Istraživanje i komparacija uticaja karakteristika ugljeva niske toplotne vrednosti na njihovu meljivost i parametre procesa mlevenja

Abstract

Predmet disertacije predstavljaju domaći niskovredni ugljevi (ligniti), tačnije određivanje indeksa meljivosti po metodi Hardgrove-a i utvrđivanje uticaja karakteristika ovih ugljeva na njihovu meljivost i parametre procesa mlevenja u mlinskim postrojenjima za proizvodnju ugljenog praha. Cilj disertacije je bio istraživanje svojstva meljivosti ugljeva niskog ranga (lignita) koji se koriste u najvećim domaćim termoenergetskim postrojenjima i postavljanje korelacionih zavisnosti uticaja pojedinih karakteristika uglja na Hardgrove-ov indeks meljivosti. Za ostvarivanje cilja doktorske disertacije realizovana su istraživanja na uzorcima ugljeva iz dva najveća domaća basena (kolubarskog i kostolačkog), koja su obuhvatila kako eksperimentalna istraživanja tako i analitičke metode koje su imale za cilj da definišu izraze kojima se mogu predvideti vrednosti Hardgrove-ovog indeksa meljivosti (HGI) domaćih ugljeva, kapacitet mlevenja i potrošnja energije za mlevenje. U eksperimentalnom delu disertacije izvršena je laboratorijska analiza uzoraka ugljeva dva najvažnija domaća basena: kolubarskog i kostolačkog. Iz kolubarskog basena analizirano je 65 uzoraka a iz kostolačkog 24. Za sve uzroke izvršena je tehnička analiza i određene vrednosti HGI. Za izabrane uzorke (11 uzoraka iz kolubarskog i 13 uzoraka iz kostolačkog basena) izvršeno je određivanje masenog sadržaja i tipova ksilita, kao i petrografska i organo-geohemijska analiza. Takođe, izvršeno je kompletno ispitivanje geohemijskih karakteristika zbirnog uzorka lignita za oba basena čime je izvršena potpuna identifikacija porekla i sastava uglja. Izvršena je analiza uticaja meljivosti uzoraka uglja na rad ventilatorskog mlina termoenergetskog postrojenja. U tu svrhu izvršena su ispitivanja ventilatorskog mlina u termoelektrani TENT B u Obrenovcu. Na osnovu rezultata određivanja vrednosti indeksa meljivosti primenom postupka Hardgrove-a, utvrđeno je da se standardna Hardgrove-ova metoda za određivanje indeksa meljivosti može primeniti za domaće lignite, a ovaj parametar se može koristiti za upoređivanje meljivosti domaćih lignita sa sličnim ugljevima niskog ranga. Analizom dobijenih rezultata i vrednosti uticajnih koeficijenata, određeni su parametri i karakteristike ispitivanih ugljeva koji dominantno utiču na njihovu meljivost i koji se moraju uzeti u obzir za predviđanje ponašanja ugljeva u procesu mlevenja. Na osnovu toga izvedeni su korelacioni izrazi između vrednosti HGI i uticajnih karakteristika ugljeva, koji se mogu iskoristiti za predviđanje ponašanja domaćih ugljeva pri mlevenju u industrijskim mlinovima. Na ovaj način se vrednosti HGI mogu dobiti bez eksperimentalnog određivanja. Najniže vrednosti koeficijenta determinacije ( R2 ) imaju izrazi u koje je uključena samo tehnička analiza uzoraka, dok se znatno bolji koeficijenti determinacije ( R2 ) dobijaju kada se izrazi formiraju sa sadržajem pojedinih litotipova, odnosno petrografskim sastavom uglja. Pokazalo se da je moguće na osnovu elemenata tehničke analize predvideti vrednosti HGI, ali ukoliko je za uzorke ugljeva poznat litotipni sastav ili petrografske analize, korišćenjem izraza koji su dati u disertaciji, dobijaju se vrednosti HGI sa visokim koeficijentom determinacije ( R2 ). Izvršena je analiza uticaja meljivosti uglja i njegovih karakteristika na kapacitet mlevenja i potrošnju energije za mlevenje u ventilatorskom mlinu i izvedeni su izrazi za izračunavanje kapaciteta mlevenja i potrošnju električne energije u funkciji uticajnih karakteristika uglja uključujući i HGI. Pored toga, analizirana je mogućnost predviđanja specifične potrošnje energije za mlevenje na osnovu vrednosti HGI. Specifična potrošnja energije dobijena na osnovu vrednosti HGI dobijenog laboratorijskom analizom je pokazala dobro slaganje sa eksperimentalno utvrđenom specifičnom potrošnjom energije u realnom mlinskom postrojenju. Rezultati mogu biti korisni stručnjacima u cilju optimizacije rada ne samo postrojenja za pripremu ugljenog praha nego i optimizacije rada celog termoenergetskog postrojenja.

The subject of the doctoral dissertation is Serbian low rank coal (lignite), specific the determination of coal grindability index using Hardgrove method and influence of characteristics of these coals on grinding behavior and grinding process parameters in coal pulverizers. The aim of the dissertation was to investigate the properties of the grindability of low rank coals (lignite) used in the largest domestic thermal power plants and setting the correlations depending on the impact of individual characteristics of coal on coal grindability index. For achieving the goal of doctoral dissertation research carried out on samples of coal from the two largest domestic coal basin (Kolubara and Kostolac), which included both experimental studies and analytical methods that are aimed to define the mathematical expressions that can predict the Hardgrove grindability index (HGI) of domestic coal, mill capacity and energy consumption. The experimental part of the dissertation included laboratory analysis of coal samples from the two most important domestic basins: the Kolubara and Kostolac. 65 samples of coal from the Kolubara basin and 24 samples from Kostolac were analyzed. For all samples proximate analysis was performed and HGI values determined. For selected number of samples (11 samples from Kolubara basin and 13 samples from Kostolac basin) analysis was performed to determine the lithotype composition, as well as petrographic and organic geochemical analysis. In order to identify origin and composition of coal, organic geochemical analysis was carried out on group sample. Also, analysis of the influence of grindability of coal samples on milling process in beater wheel mill were carried out. For this purpose, tests were made on beater wheel mill in thermal power plant TENT B in Obrenovac. Based on the results of determining the grindability index using the Hardgrove method, it was found that the standard method for determining Hardgrove grindability index can be applied to domestic lignite, and this parameter can be used to compare the grindability of domestic lignite coals with similar low rank coals. Based on the results of experimental research and influential coefficients, parameters and characteristics of coal samples which predominantly affect on milling process, which must be taken into account to predict the behavior of coal in the milling process were determined. Based on coal characteristics and influential coefficients, mathematical expressions between values of HGI and coal characteristics, which can be used to predict the behavior of domestic coal in comminution process, were derived. In this way, the values of HGI can be obtained without its experimental determination. The lowest values of the coefficient of determination (R squared) have the expressions which involve only proximate analysis of coal, while a significantly higher coefficient of determination (R squared) are obtained when the expressions are formed with the lithotype or petrographic composition of coal. It has been shown that it is possible to predict the value of HGI on the basis of proximate analysis. But if the lithotype or petrographic composition of coal is known, using expressions given in the dissertation, obtained values of HGI give high coefficient of determination (R squared). Analysis of the influence of grindability of coal and coal characteristics on mill capacity and energy consumption in power plants was carried out. Based on coal characteristics and values of HGI, mathematical expressions were derived for the calculation of mill capacity and electric energy consumption. In addition, ability to predict specific energy consumption of the mill on the basis of HGI values, were carried out. Specific energy consumption obtained from HGI values showed good agreement with the experimentally determined specific energy consumption in thermal power plant mill. These results may be useful for engineers in order to optimize not only the pulverizers but also the operation of whole power plant.