Способ обогащения и транспортировки твердого топлива на тепловую электростанцию

СПОСОБ ОБОГАЩЕНИЯ И ТРАНСПОРТИРОВКИ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА НА ТЕПЛОВУЮ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЮ Изобретение относится к добыче и использованию ископаемого энергетического сырья и может найти применение при обогащении различных видов углей и горючих сланцев, добываемых с целью их использования в качестве твердого топлива на тепловых электростанциях. Целью изобретения является снижение энергоемкости горноэнергетического производства, ликвидация потерь готового продукта, устранение необратимого расхода воды и защита окружающей природной среды от ее загрязнения топливной пылью. Поставленная цель достигается осуществлением обогатительного процесса в подземных условиях с использованием для этого водной жидкости с промежуточной между целевым компонентом и пустой породой плотностью, с ее регенерацией с отвальных хвостов обогащения их отмывкой от нее неводной легкоиспаряющейся жидкостью, с последующим, после их размещения в выработанном пространстве, осушением теплом недр и ожижением покидающих, с предварительным их компримированием, ее паров, и разгонкой отошедших от отмывки неводной жидкостью стоков на водную и неводную составляющие выделяющимся при этом теплом, а оставшееся во всплывшем состоянии обогащенное твердое топливо доставляют в ее токе на тепловую электростанцию, где его отделяют от нее отжимом, промывают водой, сушат и направляют на сжигание, а отошедшие от его водной промывки промывные воды упаривают теплом, выделяющимся при конденсации рабочего тела термодинамического цикла тепловой электростанции, смешивают с отошедшими при отжиме от доставленного на тепловую электростанцию твердого топлива стоками и возвращают в голову технологического процесса. 016837 Область техники, к которой относится изобретение Изобретение относится к добыче и использованию ископаемого энергетического сырья и может найти применение при обогащении различных видов углей и горючих сланцев, добываемых для использования в качестве твердого топлива на тепловых электростанциях. Уровень техники Известен гравитационный способ обогащения угля, используемого в энергетических целях (см., например, Mitchell, David R. Coal Preparation, New York, American Institute of Mining, 1950; Циперович М.В. Обогащение углей в тяжелых средах, М., Металлургиздат, 1953, 131 с). Для этого добытую в забое угольной шахты горную массу доставляют средствами подземного рудничного транспорта к околоствольному двору и, далее, с помощью шахтных подъемных установок поднимают на поверхность, дробят и погружают в жидкую среду с промежуточной между горючим ископаемым и отвальной породой плотностью, представляющей собой суспензию порошкообразного магнетита в воде. В результате, горючее ископаемое, как наиболее легкий в этой системе компонент, всплывает в такой тяжелой среде, тогда как пустая порода в ней тонет. После извлечения из тяжелой среды продуктов обогащения и регенерации остатков магнетитовой суспензии вынесенных их поверхностью обогащенное твердое топливо сушат и доставляют железнодорожным или иным транспортом на сжигание на тепловую электростанцию, а влажные отходы обогащения складируют на земной поверхности в виде отвалов либо с целью недопущения отчуждения земельных угодий возвращают обратно в шахту, транспортируют к месту закладки и размещают в выработанном пространстве в мокром виде. Приведенный способ характеризуется явно нерациональными энергетическими затратами при выдаче отвальной породы в составе горной массы из угольной шахты на поверхность, равно как и при возврате затем отвальных продуктов обогащения назад, к месту их размещения в выработанном пространстве, а также интенсивным загрязнением окружающей среды угольной пылью при многочисленных перегрузках и перевозках обогащенного твердого топлива железнодорожным транспортом на тепловую электростанцию, из-за сильной выдуваемости пылящих фракций такого сухого продукта ветром. Наиболее близким к заявляемому является способ обогащения твердого топлива, заключающийся в расслоении слагающих дробленую горную массу минералов в водной среде, представляющей собой раствор какой-либо хорошо растворимой минеральной соли в воде, с промежуточной между целевым компонентом и пустой породой плотностью, с последующим извлечением из нее продуктов обогащения, их отмывкой водой от вынесенных с ними ее остатков, упариванием образующихся при этом стоков и возвратом регенерированной, таким образом, тяжелой водно-солевой среды в начало технологического процесса (см., например, "Washing coal: Patent 1724Great Britain, Cl. 82"). Однако приведенный способ характеризуется большим расходом воды, связанным с отмывкой продуктов обогащения водой, и выводом отвальных хвостов из системы обогащения в смоченном водой виде, а также высокими энергозатратами на упаривание стоков, образующихся при водной промывке продуктов обогащения, с целью регенерации тяжелой водно-солевой среды. Кроме того, невозможность, по аэрологическим соображениям, размещения выпарной установки в подземных условиях в непосредственной близости от места размещения отвальных хвостов обогащения в выработанном пространстве приводит к необходимости выдачи всего объема горной массы на земную поверхность, а с ней и перерасходу энергоресурсов на транспортировку в ее составе столь существенной доли балластной составляющей. Доставка же от наземного обогатительного комбината сухого обогащенного угля на электростанцию железнодорожным транспортом, как уже подчеркивалось ранее, осложняется легкостью его выдуваемости ветром, что приводит не только к значительным потерям транспортируемого твердого топлива,но и интенсивному загрязнению окружающей среды угольной пылью, особенно в местах перегрузки такого, сильно пылящего, материала. Цель изобретения Целями изобретения являются снижение энергоемкости горноэнергетического производства, ликвидация потерь готового продукта, устранение необратимого расхода воды и защита окружающей природной среды от ее загрязнения топливной пылью. Сущность изобретения Поставленные цели достигаются осуществлением обогатительного процесса в подземных условиях,с использованием для этого водной жидкости с промежуточной между целевым компонентом и пустой породой плотностью, с ее регенерацией из отвальных хвостов обогащения их отмывкой от нее неводной легкоиспаряющейся жидкостью, с последующим, после их размещения в выработанном пространстве,осушением теплом недр, ожижением покидающих, с предварительным их компримированием, ее паров и разгонкой отходящих при отмывке неводной жидкостью стоков на водную и неводную составляющие выделяющимся при этом теплом, а оставшееся во всплывшем состоянии обогащенное твердое топливо доставляют в ее токе на тепловую электростанцию, где его отделяют от нее отжимом, промывают водой,сушат и направляют на сжигание, а отошедшие от его водной промывки промывные воды упаривают теплом, выделяющимся при конденсации рабочего тела термодинамического цикла тепловой электро-1 016837 станции, смешивают с отошедшими при отжиме от доставленного на тепловую электростанцию твердого топлива стоками и возвращают в начало технологического процесса. В качестве водной жидкости с промежуточной между топливной составляющей горной массы и пустой породой плотностью могут быть использованы растворы как индивидуальных минеральных солей в воде, таких как, например, хлорид кальция, хлорид цинка, хлорид трехвалентного железа, нитрат кальция, хлорид сурьмы, бромид кальция, бромид цинка, так и их всевозмозможные смеси между собой. В качестве же неводной легкоиспаряющейся жидкости для отмывки отвальных хвостов обогащения от остатков тяжелой водно-солевой среды могут быть использованы различные органические растворители с необходимым комплексом реологических, термодинамических и химических свойств, например ацетон, этиловый спирт, диэтиловый эфир, бромистый этил, тетрафтордибромэтан и другие летучие органические соединения, а также их смеси между собой, характеризующиеся относительно низкой температурой кипения. Раздельная регенерация остатков тяжелой водной жидкости с поверхности отвальных хвостов,осуществляемая в непосредственной близости от места их размещения в выработанном пространстве, и выносимых с доставленного на тепловую электростанцию в ней твердого топлива, осуществляемая непосредственно на месте его потребления, с использованием при этом дарового тепла недр, с одной стороны, и бросового тепла конденсации рабочего тела, находящегося в замкнутом термодинамическом цикле преобразования тепла сжигания такого энергоносителя в электрическую энергию, с другой, в сочетании с полной поточностью всего технологического процесса, начиная с добычи горной массы и кончая доставкой обогащенного твердого топлива к месту его потребления, позволяет не только полностью замкнуть такой технологический процесс по используемой в нем тяжелой водной жидкости, причем без использования для этого каких-либо кондиционных энергоресурсов, но и разместить отвальные хвосты в выработанном пространстве в сухом виде, несмотря на то, что они были до этого смочены раствором минеральной соли в воде. При этом достигается не только экономия воды, но практически полностью исключаются и какиелибо механические потери обогащенного твердого топлива при его доставке к месту его назначения, а также предотвращается загрязнение окружающей среды пылящими фракциями такого твердого энергоносителя. Из этого следуют все отличительные признаки заявляемого предложения органически взаимосвязаны между собой, и только их совокупность обеспечивает достижение поставленной цели. При этом анализ особенностей всего массива информации, опубликованной по данному вопросу в научнотехнической литературе, и выявление сущности технических решений, лежащих в основе изобретений,обнаруженных в результате патентного поиска, показали отсутствие какого-либо методологического сходства основных технологических черт предлагаемого технологического процесса с отличительными особенностями известных методов обогащения и транспортировки твердого топлива. Таким образом, заявляемое предложение является не только новым, но и обладает существенными отличиями, наделяющими предлагаемый способ рядом технико-экономических преимуществ, выгодно отличающих его от известных технических решений в области обогащения и транспортировки твердого топлива. Предлагаемый способ реализуется последовательным осуществлением следующих операций: размол исходной горной массы до порога раскрываемости слагающих ее минералов; гравитационная сепарация твердого топлива от пустой породы в водной жидкости с промежуточной между разделяемыми компонентами плотностью, организуемая в непосредственной близости от размещения отходов обогащения в выработанном пространстве; гидромеханический отжим отвальных хвостов обогащения от водной жидкости; отмывка отжатых отвальных хвостов обогащения неводной легкоиспаряющейся жидкостью, экстрагирующей остатки водной жидкости с их поверхности; закладка отвальных хвостов, пропитанных неводной легкоиспаряющейся жидкостью, в выработанное подземное пространство и их осушка теплом вмещающих их горных пород; ожижение отходящих от осушаемого материала паров их компримированием и конденсацией и возврат регенерируемой таким образом неводной легкоиспаряющейся жидкости в цикл отмывки отвальных хвостов обогащения; разгонка стоков, образовавшихся при отмывке отвальных хвостов, на водную и неводную составляющие теплом, выделяющимся при компримировании и конденсации паров регенерируемой неводной легкоиспаряющейся жидкости; доставка оставшегося на плаву водной жидкости обогащенного твердого топлива в ее токе на тепловую электростанцию; гидромеханический отжим доставленного к месту назначения твердого топлива от его гидравлического носителя; отмывка обезвоженного твердого топлива от пропитывающих его остатков водно-солевой тяжелой среды водой;-2 016837 упарка стоков, отошедших от отмывки твердого топлива, теплом, выделяющимся при конденсации рабочего тела термодинамического цикла тепловой электростанции; возврат упаренных стоков совместно с водной жидкостью, отошедшей от отжима доставленного на тепловую электростанцию твердого топлива, обратно к месту его добычи и обогащения. Пример. Сущность предлагаемого способа поясняется примером его осуществления, иллюстрируемым технологической схемой работы такого целостного топливно-энергетического комплекса (см. чертеж). Поступающую из очистного забоя исходную горную массу измельчают в барабанной мельнице 1,затопленной водной жидкостью с промежуточной между твердым топливом и пустой породой плотностью, работающей в замкнутом цикле с трехпродуктовым тяжелосредным гидроциклоном 2. В качестве такой водной жидкости используют раствор смеси нитрата кальция с хлоридом цинка в воде плотностью 1,48 г/см 3. Выходящий из гидроциклона 2 готовый обогащенный продукт оставляют суспендированным в выносящей его тяжелой водной среде, в токе которой он вначале сплавляется к околоствольному двору и,далее, с помощью насоса 3, а затем посредством наземных перекачивающих станций (условно не показанных) доставляется к конечному месту назначения - тепловой электростанции. Недораскрывшиеся в ходе мокрого измельчения сростки твердого топлива с пустой породой отводят из второй секции гидроциклона 2 и вновь заворачивают на доизмельчение в мельницу 1, а выделенную из этого технологического потока пустую породу выводят из его конусной части, охлаждаемой внешним хладоносителем (при этом происходит повышение плотности водной жидкости) и направляют на обезвоживание в центрифугу 4. Отжатые на ней отвальные хвосты проходят противоточную промывку неводной легкоиспаряющейся жидкостью, представляющей собой ацетон, осуществляемую на ленточном вакуум-фильтре 5, и поступают на закладку в подземную выработку 6. После полного заполнения объема подземной выработки 6 таким влажным закладочным материалом отвальные хвосты замуровывают в ней и подключают ее к всасу компрессора 7, откачивающего пары легкоиспаряющейся неводной жидкости, испаряющиеся с их поверхности под действием геотермального тепла недр. Сжатые в компрессоре 7 органические пары направляют в конденсатор 8, в котором происходит их ожижение. Регенерированную таким образом легкоиспаряющуюся неводную жидкость вновь возвращают на отмывку отвальных хвостов обогащения от пропитывающей их водной жидкой фазы. Образовавшиеся же в результате такой операции стоки, представляющие собой раствор органической жидкости в водной среде, направляют на разгонку в ректификационную колонну 9, кубовую часть которой обогревают горячей водой, отбирающей тепло компримирования и конденсации органических паров, ожижаемых в конденсаторе 8. В результате разгонки эта смесь разделяется на исходную водную жидкость с превосходящей твердое топливо плотностью, возвращаемую обратно в обогатительный процесс, и регенерированную неводную органическую легкоиспаряющуюся жидкость, вновь направляемую на отмывку отвальных продуктов обогащения от пропитывающих их остатков водной жидкой фазы. Доставленный же на тепловую электростанцию в токе водной жидкости обогащенный материал проходит аналогичные операции с той лишь разницей, что для его отмывки используется не неводная органическая легкоиспаряющаяся жидкость, а вода. Для этого прибывшее трубопроводным транспортом твердое топливо, прежде всего, освобождают от доставившего его к месту назначения гидравлического носителя на центрифуге 10, а затем промывают в противоточном режиме горячей водой на ленточном вакуум-фильтре 11, на выходе из которого его подсушивают горячим воздухом и направляют на сжигание в топку тепловой электростанции. Отошедшие от его промывки промывные воды, представляющие собой разбавленный раствор смеси нитрата кальция с хлоридом цинка в воде, упаривают в выпарной установке 12, обогреваемой мятым паром паровых турбин, являющимся рабочим телом термодинамического цикла преобразования тепла сжигания твердого топлива в электрическую энергию на тепловой электростанции. Поэтому образующийся в межтрубном пространстве кипятильных труб выпарной установки 12 конденсат опять нагнетают в паровой котел тепловой электростанции, в котором вновь осуществляется выработка из него рабочего пара высокого давления. Отходящий же от выпарной установки соковый водяной пар поступает на конденсацию в конденсатор 13, в котором он превращается в конденсат, вновь используемый в качестве горячей промывной воды для противоточной отмывки твердого топлива от остатков пропитывающего его, после отжима на центрифуге 10, солевого раствора. Упаренный же до исходной плотности 1,48 г/см 3 раствор смешивают с фугатом, отошедшим от обезвоживания твердого топлива в центрифуге 10, и посредством перекачивающих насосов 14 (условно показан на схеме только один) возвращают назад к месту добычи и обогащения твердого топлива.-3 016837 Использование предлагаемого способа обеспечивает ему ряд существенных преимуществ по сравнению с известными методами обогащения и транспортировки твердого топлива к тепловой электростанции, заключающихся в снижении энергетических затрат на работу всего горноэнергетического производства, функционирующего в этом случае как единый технологический комплекс, в связи с отказом от выдачи из шахты пустой породы на земную поверхность в составе горной массы, и организации полной поточности всего такого технологического процесса, начиная с добычи и обогащения твердого топлива и кончая его доставкой на сжигание на тепловую электростанцию. Кроме того, эксплуатация такого производства не сопряжена с вредным воздействием топливной пыли на окружающую природную среду,а также характеризуется отсутствием необратимых потерь воды. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ обогащения и транспортировки твердого топлива на тепловую электростанцию, включающий сепарацию слагающих горную массу минералов в тяжелой водной жидкости на твердое топливо, доставляемое затем на электростанцию, и отвальные хвосты, размещаемые в выработанном пространстве, с последующей ее регенерацией из продуктов обогащения и возвратом в начало технологического процесса, отличающийся тем, что регенерацию тяжелой водной жидкости с отвальных хвостов обогащения осуществляют отмывкой указанных хвостов от указанной водной жидкости неводной легкоиспаряющейся жидкостью с последующим, после их размещения в выработанном пространстве, осушением теплом недр, ожижением выделяющихся из них паров и разгонкой отошедших от их отмывки стоков на водную и неводную составляющие выделяющимся при ожижении неводной жидкости теплом, а оставшееся во всплывшем состоянии в тяжелой водной жидкости твердое топливо доставляют в ее потоке на тепловую электростанцию, где твердое топливо отжимают от указанной тяжелой жидкости, промывают водой и направляют на сжигание, а отошедшие от его водной промывки стоки упаривают теплом, выделяющимся при конденсации рабочего тела термодинамического цикла тепловой электростанции, смешивают упаренные стоки с ранее отошедшими при его отжиме стоками и возвращают к месту добычи и обогащения твердого топлива. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве тяжелой водной жидкости используют раствор смеси нитрата кальция с хлористым цинком, плотность которого является промежуточной между твердым топливом и пустой породой, а в качестве неводной легкоиспаряющейся жидкости - ацетон.