Soffietto di carbone e acqua
I. Proprietà fisiche e funzioni
La sospensione di carbone e acqua è una miscela composta da carbone, acqua e una piccola quantità di additivi chimici. A seconda dell'utilizzo, la sospensione di carbone e acqua si divide in sospensione di carbone e acqua ad alta concentrazione per combustibile e sospensione di carbone e acqua per la gassificazione in forni Texaco. La sospensione di carbone e acqua può essere pompata, atomizzata, immagazzinata, accesa e bruciata in condizioni stabili. Circa 2 tonnellate di sospensione di carbone e acqua possono sostituire 1 tonnellata di olio combustibile.
La combustione di una miscela di carbone e acqua offre prestazioni superiori in termini di elevata efficienza di combustione, risparmio energetico e benefici ambientali, rappresentando un elemento importante della tecnologia del carbone pulito. Questa miscela può essere trasportata su lunghe distanze tramite gasdotto con bassi investimenti e costi operativi contenuti. Una volta giunta al terminale, può essere bruciata direttamente senza disidratazione, e il processo di stoccaggio e trasporto è completamente chiuso.
L'acqua provoca dispersione di calore e non può generare calore nel processo di combustione. Pertanto, la concentrazione di carbone dovrebbe raggiungere un livello relativamente elevato, generalmente tra il 65% e il 70%. Le aggiunte chimiche sono pari a circa l'1%. La dispersione di calore causata dall'acqua rappresenta circa il 4% del potere calorifico della miscela di carbone e acqua. L'acqua è una materia prima inevitabile nella gassificazione. Da questo punto di vista, la concentrazione di carbone può essere ridotta al 62%-65%, il che potrebbe potenzialmente aumentare la combustione con ossigeno.
Al fine di facilitare le reazioni di combustione e gassificazione, la sospensione di carbone in acqua deve soddisfare determinati requisiti di finezza del carbone. Il limite superiore della granulometria della sospensione di carbone in acqua destinata al combustibile (granulometria con una percentuale di passaggio non inferiore al 98%) è di 300 μm, e il contenuto di particelle inferiori a 74 μm (200 mesh) non deve essere inferiore al 75%. La finezza della sospensione di carbone in acqua destinata alla gassificazione è leggermente superiore a quella della sospensione destinata al combustibile. Il limite superiore della granulometria può raggiungere i 1410 μm (14 mesh), e il contenuto di particelle inferiori a 74 μm (200 mesh) deve essere compreso tra il 32% e il 60%. Per facilitare il pompaggio e l'atomizzazione della sospensione di carbone in acqua, quest'ultima deve inoltre soddisfare specifici requisiti di fluidità.
A temperatura ambiente e con una velocità di taglio di 100 s⁻¹, la viscosità apparente non deve generalmente superare i 1000-1500 mPa·s. La sospensione di carbone e acqua utilizzata per il trasporto a lunga distanza tramite gasdotto richiede una viscosità apparente non superiore a 800 mPa·s a bassa temperatura (la temperatura più bassa dell'anno per le tubazioni interrate) e con una velocità di taglio di 10 s⁻¹. Inoltre, è richiesto che la sospensione di carbone e acqua abbia una viscosità inferiore quando è in movimento, il che ne facilita l'utilizzo; quando smette di scorrere e si trova in uno stato statico, può presentare un'elevata viscosità per agevolarne lo stoccaggio.
La stabilità della sospensione di carbone e acqua durante lo stoccaggio e il trasporto è di fondamentale importanza, poiché si tratta di una miscela di fasi solida e liquida, e la separazione tra le due fasi è facile. Pertanto, è essenziale che non si formino "precipitazioni solide" durante tali operazioni. Per "precipitazioni solide" si intende la formazione di un precipitato che non può essere riportato allo stato originale mediante agitazione della sospensione. La capacità della sospensione di carbone e acqua di mantenere tale stabilità è definita "stabilità" della sospensione stessa. Una sospensione con scarsa stabilità, qualora si verificassero precipitazioni durante lo stoccaggio e il trasporto, comprometterebbe seriamente la produzione.
II. Panoramica della tecnologia di preparazione della sospensione di carbone e acqua
La sospensione di carbone e acqua richiede un'elevata concentrazione di carbone, una granulometria fine, una buona fluidità e una buona stabilità per evitare la formazione di precipitati duri. Sarà difficile soddisfare tutte le proprietà sopra menzionate contemporaneamente, poiché alcune di esse sono reciprocamente limitate. Ad esempio, l'aumento della concentrazione provoca un aumento della viscosità e un deterioramento della fluidità. Una buona fluidità e una bassa viscosità peggiorano la stabilità. Pertanto, è necessario monitorare la concentrazione in tempo reale.Lonnmeterdensimetro portatilePresenta una precisione fino a 0,003 g/ml, che consente di ottenere misurazioni accurate della densità e di controllare con precisione la densità della sospensione.
1. Selezionare correttamente il carbone grezzo per la produzione di pasta di cellulosa
Oltre a soddisfare i requisiti degli utenti a valle, nella scelta del carbone per la produzione di pasta di cellulosa è necessario considerare anche le sue proprietà di spappolamento, ovvero la difficoltà del processo. Alcuni tipi di carbone consentono di ottenere facilmente una pasta ad alta concentrazione di carbone e acqua in condizioni normali. Per altri tipi di carbone, invece, la produzione di una pasta ad alta concentrazione risulta più complessa o richiede un processo più elaborato e un costo maggiore. Le proprietà di spappolamento delle materie prime hanno un impatto significativo sull'investimento, sui costi di produzione e sulla qualità della pasta ottenuta dall'impianto di spappolamento. Pertanto, è fondamentale padroneggiare le leggi che regolano le proprietà di spappolamento del carbone e selezionare la materia prima più adatta in base alle esigenze specifiche e ai principi di fattibilità tecnica e razionalità economica.
2. Valutazione
La miscela di carbone e acqua non solo richiede che la granulometria del carbone raggiunga la finezza specificata, ma anche una buona distribuzione granulometrica, in modo che le particelle di carbone di diverse dimensioni possano incastrarsi tra loro, minimizzando gli spazi vuoti e ottenendo una maggiore "efficienza di impilamento". Un minor numero di spazi vuoti consente di ridurre la quantità di acqua utilizzata e facilita la produzione di miscele di carbone e acqua ad alta concentrazione. Questa tecnologia è talvolta definita "gradazione".
3. Processo e attrezzature per la produzione della pasta di cellulosa
Date le caratteristiche granulometriche del carbone grezzo e le condizioni di macinabilità, per ottenere una distribuzione granulometrica più elevata del prodotto finale, ovvero una sospensione di carbone e acqua, è necessaria una selezione oculata delle apparecchiature di macinazione e del processo di polpaggio.
4. Selezione di additivi con prestazioni adeguate
Per ottenere una sospensione di carbone e acqua ad alta concentrazione, bassa viscosità, buona reologia e stabilità, è necessario utilizzare una piccola quantità di agenti chimici, denominati "additivi". Le molecole dell'additivo agiscono sull'interfaccia tra le particelle di carbone e l'acqua, riducendo la viscosità, migliorando la dispersione delle particelle di carbone nell'acqua e aumentando la stabilità della sospensione. La quantità di additivi è generalmente compresa tra lo 0,5% e l'1% della quantità di carbone. Esistono numerose tipologie di additivi e la formula non è fissa, ma deve essere determinata sperimentalmente.
Data di pubblicazione: 13 febbraio 2025
