Utilization of Fine Coal Waste as a Fuel Briquettes

This article presents the results of a pilot plant study on fine coal processing to produce alternative fuel. Fine-grained waste generated in the processing plant of a coal-processing plant in eastern Poland (Lublin Coal Basin) was used to obtain briquettes using the roll press briquetting method. The study included material homogenization, the selection of suitable parameters for the roll press unit, and an analysis of briquette quality. Strength and waterproof testing of briquettes and a study of the heat of combustion as well as ash and dust emissions were performed. Based on the results, the production processes were developed for three types of coal-based fuel briquettes with additional components, such as potato starch, molasses, and wood biomass. Briquettes made with starch met the minimum quality requirements, but use of a cheaper binder (molasses) did not provide good quality briquettes. The addition of biomass in an amount not exceeding 20% by weight did not significantly affect the pollution emissions in the combustion tests. The fuel obtained had a suitably high-energy value (22-24 MJ Á kg À1 ) and may be used as an alternative fuel for combustion in industrial and domestic boilers

The New Technology of Separation of Coal Concentrates from Centrifugal Filtrate

Odcieki z wirówek odwadniających koncentraty flotacyjne węgli koksowych, niejednokrotnie stanowią znaczący problem w gospodarce wodno-mułowej, ze względu na wydzielanie gęstej czarnej piany pływającej na powierzchni wody w kanałach spływowych i w zagęszczaczach promieniowych. Do oczyszczania odcieków z fazy stałej stosowane są wybrane flokulanty, umożliwiające ich zagęszczanie i następne wydzielanie w prasach filtracyjnych, uzyskując placki fazy stałej (Sedyment) i oczyszczoną wodę z odcieków. Znaczne ilości odcieków nie jest zagęszczana i filtrowana, a jedynie mieszana z odpadami poflotacyjnymi i zagospodarowywana w wyrobiskach górniczych oraz deponowana w osadnikach odpadów. Przeprowadzone badania wykazują, że fazę stałą w odcieku stanowią hydrofobowe ziarna węgla i hydrofilne ziarna składników mineralnych i węgla. Poprzez zastosowanie selektywnej sedymentacji, umożliwiającej oddzielne wydzielanie ziaren hydrofilnych (warstwa dolna), uzyskuje się wysokiej jakości koncentrat węglowy (warstwa górna, ziarna hydrofobowe). Proces selektywnej sedymentacji można znacznie przyspieszyć i uefektywnić poprzez dodatek do odcieku hydrofobujących reagentów. Na podstawie prowadzonych badań i prób opracowano pilotową instalację wytwarzania koncentratów węglowych z przemysłowych odcieków z wirówek odwadniających flotokoncentraty. Opracowana technologia pozwala otrzymywać koncentraty węglowe o małej zawartości popiołu i wody oraz o wysokich parametrach energetycznych.The effluents from centrifuges for dewatering flotation concentrates of coking coals give often a significant problem in the silm-water circiut, due to the release of dense black floating foam on the surface of the water in Dorr thickeners. For the purification of the centrifuge effluents, selected flocculants were used. Significant amounts of leachate is not dewatered but only mixed with flotation waste and deposited in waste settling tanks. Carried out studies show that the solid phase in the effluent consists of hydrophobic coal grains and hydrophilic grains of minerals. Through the use of selective sedimentation, allowing separate hydrophilic grains (bottom layer), a high quality carbon concentrate (upper layer, hydrophobic grains) is obtained. The process of selective sedimentation can be significantly accelerated and enhanced by the addition of hydrophobic reactants to the effluent. On the basis of conducted tests and trials, a pilot installation for the production of coal concentrates from industrial effluents from centrifuges was developed. The developed technology allows to obtain coal concentrates with low ash and water content as well as high energy parameters

Metody podwyższenia kaloryczności drobnoziarnistych odpadów węglowych

The research and testing conducted so far on the application of fine coal waste as a fuel in power boilers and furnaces suggest the possibility of improving their quality and the chance to increase economic and ecological effects by their users. Energy properties of fine-grained coal waste result from the contents and quality of the occurring coal maceral as well as water and mineral components’ contents. The simplest way to increase the calorific value of coal sludge and floatation tailings is to lower their water and ash contents. The humidity of fine coal waste from current production is largely influenced by the applied dewatering installations, where the filtration presses proved the most effective. The degree of hydration of coal sludge and floatation tailings from settling ponds depends on the time of their deposition and the construction of settling ponds as well as the way of their breaking and storing of the broken material. The fine-grained coal waste delivered to power stations can be characterized by the humidity of 14 to 45%. A significant quality improvement of fine coal waste materials was achieved through their granulation. The obtained granulated product can be characterized by its resistance to transport and storage conditions, it does not degrade in changing weather conditions and has better energy properties. By substituting sludge water pulp with sludge granulated product there can be obtained a unitary increase of combusted fuel net calorific value by about 2000 kJ/kg. The essential quality improvement of fine coal waste can be achieved by lowering their mineral components’ contents. The easiest solution is a selective separation of water-sludge flows that are richest in coal from water-sludge circuit, and in the case of waste from storage yards, it is a selective deposit mining. The richest coal concentrates from coal sludge are obtained by separating a grain fraction over 30-50 μm. In the cases of application of dewatering vibration sieves with fabric diaphragms as well as arch sieves and centrifugal dewatering sieves, there were obtained coal concentrates of net calorific values in the range of 15 to 22 MJ/kg. In the deposition methods of water-sludge suspensions in settling ponds applied so far, the possibility of gravitational enrichment of water-sludge suspensions with coal grains has not been used. Through water-sludge suspensions’ flow channeling in settling ponds, there can be obtained rich and very rich-in-coal grains deposit areas, not to mention more effective supernatant water cleaning. Floatation tailings’ cleaning calls for different methods of separation, most often based on specific gravity differences and/or surface properties of coal grains and mineral components. Most frequently constructed cleaning installations are based on technologies using hydrocyclones, heavy water, and floatation processes. These technologies make it possible to obtain the richest coal concentrates. The analysis of fine coal waste utilization leads to a conclusion that through cooperation of mining and power industries there can be created favorable conditions and possibilities for the improvement of both quantitative waste utilization and economic and ecological effects for the parties concerned.Dotychczasowe badania i doświadczenia stosowania drobnoziarnistych odpadów węglowych, jako paliwa w kotłach i piecach energetycznych, wskazują na możliwość podwyższenia ich jakości oraz zwiększenia efektów ekonomicznych i ekologicznych u ich użytkowników. Właściwości energetyczne drobnoziarnistych odpadów węglowych wynikają z zawartości i jakości występujących materiałów węglowych oraz zawartości wody i składników mineralnych. Najprostszą drogą podwyższenia kaloryczności mułów węglowych i odpadów poflotacyjnych jest obniżenie w nich zawartości wody i popiołu. Na wilgotność drobnoziarnistych odpadów węglowych z bieżącej produkcji duży wpływ mają zastosowane urządzenia odwadniające, najbardziej skutecznymi okazały się prasy filtracyjne. Stopień zawodnienia mułow węglowych i odpadów poflotacyjnych eksploatowanych z osadników zależy od czasu ich deponowania i budowy osadników oraz sposobu urabiania i magazynowania urobku. Dostarczane do energetyki drobnoziarniste odpady węglowe charakteryzują się wilgotnością od 14 do 45%. Znaczącą poprawę jakości drobnoziarnistych odpadów węglowych uzyskano poprzez ich granulowanie. Otrzymywany granulat charakteryzuje się odpornością transportową i magazynową, nie ulega degradacji w zmiennych warunkach pogodowych oraz charakteryzuje się lepszymi właściwościami energetycznymi. Zastępując pulpę mułowo-wodną granulatem mułowym można uzyskać przyrost jednostkowy wartości opałowej spalanego paliwa o ok. 2.000 kJ/kg. Zasadniczą poprawę, jakości drobnoziarnistych odpadów węglowych można uzyskać przez obniżenie w nich zawartości składników mineralnych. Najprostszym rozwiązaniem jest selektywne wydzielanie najbogatszych w węgiel cieków wodno-mułowych z obiegu wodno-mułowego. A w przypadku ich uzyskiwania ze składowisk, selektywne wybieranie depozytu. Najbogatsze koncentraty węglowe z mułów węglowych, uzyskuje się poprzez wydzielanie frakcji ziarnowej powyżej 30-50 μm. W przypadkach zastosowania odwadniających przesiewaczy wibracyjnych z tkaninowymi przeponami oraz przesiewaczy łukow-ych i odśrodkowych sit odwadniających uzyskiwano koncentraty węglowe o wartości opałowej w granicach 16 do 22 MJ/kg. W dotychczasowych metodach deponowania zawiesin wodno-mułowych w osadnikach nie wykorzystuje się możliwości grawitacyjnego wzbogacania zawiesin wodno-mułowych w ziarna węgla. Poprzez ukierunkowanie przepływu zawiesin wodno-mułowych w osadnikach można uzyskać obszary bogatych i najbogatszych depozytów w ziarna węgla oraz uzyskać bardziej efektywne oczyszczenie wody nadosadowe. Wzbogacanie odpadów poflotacyjnych wymaga stosowania innych metod rozdziału, najczęściej opartych o różnice ciężarów właściwych lub/i właściwości powierzchniowych ziaren węgla i składników mineralnych. Najczęściej budowane instalacje oparte są o technologie stosujące hydrocyklony, ciecz ciężką i procesy flotacyjne. Wymienione technologie umożliwiają uzyskiwanie najbogatszych koncentratów węglowych. Z dokonanej analizy zagospodarowania drobnoziarnistych odpadów węglowych wynika, że poprzez współdziałanie górnictwa i energetyki istnieją warunki i możliwości nie tylko zwiększenie ich ilościowego zagospodarowania, ale także zwiększenia efektów ekonomicznych i ekologicznych dla zainteresowanych stron

Poligeneracja energii cieplnej, energii elektrycznej i produktów antropogenicznych

This is the first in the series of engineering papers presenting new possibilities of coal-based power engineering, where the energy producing boiler is seen as a chemical reactor, which in the poly-generation process should be outputting only products, no waste. This is to help meeting the Circular Economy (CE) goals by the power sector. Rich chemical composition of flyash and conditions in which they arise, high temperatures and flue gas control systems, many times suggest to purposefully combine the processes of combustion of fuels with the processes of their energy-and-technological processing. Taking into account the huge interest in extracting aluminum compounds (alumina) from flyash, theoretical considerations were made in terms of possibilities of combing the combustion of coals rich in alumina compounds with the process of their extraction. Out of a very rich list of techniques for producing alumina, in the context of ashes the most interesting are the alkali-sintering methods. Of particular potential is the sintering-disintegrating method by Prof J. Grzymek, which has been already verified in industrial conditions in the cement sector, while in this paper it is analyzed from the angle of coal combustion and sintering of calcium-oxide containing ash.Jest to pierwsza z serii prac inżynieryjnych prezentujących nowe możliwości energetyki węglowej, w której kocioł energetyczny jest postrzegany jako reaktor chemiczny, który w procesie poligeneracji powinien wytwarzać tylko produkty, bez odpadów. Ma to pomóc w osiągnięciu celów gospodarki o obiegu zamkniętym (Circular Economy) przez sektor energetyczny. Bogaty skład chemiczny popiołów lotnych i warunki, w których powstają, wysokie temperatury i systemy kontroli spalin, sugerują celowe łączenie procesów spalania paliw z procesami przetwarzania powstających odpadów i produktów ubocznych. Biorąc pod uwagę ogromne zainteresowanie wydobyciem związków glinowych (tlenku glinu) z popiołów lotnych, przeprowadzono analizę możliwości adaptacji procesów spalania węgli bogatych w związki glinu do zwiększenia odzysku związków glinu. Z bardzo bogatej literatury dotyczącej technik wytwarzania tlenku glinu na bazie popiołów najciekawsze są metody spiekania alkalicznego. Szczególny potencjał stanowi metoda spiekania i dezintegracji wg Prof. J. Grzymka, która została już zweryfikowany w warunkach przemysłowych w sektorze produkcji cementu, natomiast w niniejszym opracowaniu przeprowadzono analizę spalania węgla i spiekania popiołu zawierającego tlenek wapnia

Stan i perspektywy zwiększenia produktowego zagospodarowania ubocznych produktów spalania (UPS)

At present, the situation in utilisation of combustion products in Poland should be viewed as a positive outcome of efforts of research and implementation centres associated with the power sector, as well as of users on the market. This was in large extent facilitated by emerging new companies concentrating not solely on transport tasks but also on active development of new ways of utilisation. As using pure coal fuel for power generation gives place to optimisation by co-combustion of other fuels with coal, which impacts the properties of arising fly ashes, slags and flue-gas desulphurisation products, it is necessary to further study the physico-chemical properties and toxicity behaviours of these new products and make public the results of both research and practical application. It seems appropriate to consider the production of varieties of processed ash, such as quality, activated and hydrophobic ash, in order to increase the overall scope of utilization. In terms of high-quality products it seems desirable to develop manufacturing of cenospheres in dry technologies as well as metal-concentrates, micro- and nano-fillers, and carriers. Successful utilization of deposited ashes should bring about large economic effects, also in terms of recovery of land suitable for development.Dotychczasowy stan zagospodarowanie ubocznych produktów spalania z energetyki należy uznać za duże osiągnięcia krajowych ośrodków badawczych i wdrożeniowych energetyki i użytkowników. Na uzyskane rezultaty duży wpływ miał i ma nowy system zagospodarowania ups polegający na powstaniu szeregu organizacji nie tylko transportu, ale także rozwoju nowych technologii ich zagospodarowania. W okresie niepopularności i dokonywanych optymalizacji spalania paliw węglowych, co niejednokrotnie obciąża również popioły lotne, żużle i produkty odsiarczania spalin staje się koniecznym dalsze rozeznawanie ich właściwości fizykochemicznych i toksycznych oraz upowszechnianie uzyskiwanych wyników badań, ocen i wyników wdrożeń. Dla zwiększenia zakresu dotychczasowych zastosowań celowym jest rozważyć możliwości masowego ich zagospodarowania do produkcji kwalifikowanych, aktywowanych i hydrofobizowanych popiołów lotnych. W zakresie wytwarzania wysokiej jakości produktów wskazanym jest natomiast rozwinąć prace nad wytwarzaniem mikrosfer w technologii suchej i koncentratów metali oraz mikro i nano wypełniaczy i nośników. W miarę upowszechniania zagospodarowywania zdeponowanych popiołów ze składowisk staje się możliwym uzyskiwanie dużych efektów ekonomicznych poprzez kompleksowe zagospodarowanie złoża

Research data and possibilities of controlling negative environmental impact caused by dumped loose materials and waste

Warunki atmosferyczne i właściwości fizyko- chemiczne materiałowo sypkich są naturalnymi przyczyną zanieczyszczania środowiska pyłami i gazami toksycznymi oraz migracją erodowanych materiałów i ekstraktów wymywanych składników. Wszystkie te problemy występują w energetyce spalającej paliwa kopalne i często stosujących najlepsze dostępne techniki (BAT) wytwarzania energii cieplej i elektryczne. Przedstawiany materiał stanowi analizę dotychczasowych przemysłowych doświadczeń i sposobów rozwiązywania tych skomplikowanych problemów dla środowiska.Weather conditions and physical-chemical properties of loose materials are a natural cause for environmental pollution by dust and toxic gases as well as the migration of eroded materials and extracts of leachable substances. All of these problems are observed in energy sector where fossil fuels are combusted and oftentimes there are applied best available techniques (BAT) for production of energy and heat. The presented material constitutes an analysis of past industrial experience and the methods of solving these complicated environmental issue

Wykorzystanie drobnouziarnionych odpadów węglowych

The most frequent solution of water-slime industry in mines and companies working on coal output enrichment is linking watercourses from individual technological nodes into one stream of water-slime slurry. The outcome of such solutions is water-slime mixture of averaged composition and physicochemical properties. Depending on the applied slurry dewatering methods, we obtain cakes of slime coal mixtures or/and, in the case of gravitational dewatering of slurry in settlings, slimes diversed in composition in relation to the place of sedimentation. Among all studied various methods of coal concentrates extraction from slime – water slurries, the most interesting results are these of industrial significance obtained on mesh sieves. The new production of arched and centrifugal sieves (the so-called OSO),with minimum mesh size, enables selective coal concentrates extractions from coal slimes. The recovery of coal concentrates from postflotation wastes is more difficult and most often the best results are ensured through application of flotation processes. The conducted research of fine-grained coal wastes and side products of coal combustion lay a fundament to elaboration of new technology, pilot installations and industrial implementation.Najczęstszym rozwiązaniem w zakresie gospodarki wodno-mułowej w zakładach wzbogacania węgla jest łączenie strumieni z poszczególnych węzłów technologicznych w jeden strumień zawiesiny. Efektem tych rozwiązań jest mieszanina fazy stałej i ciekłej o uśrednionym składzie i właściwościach fizykochemicznych. W zależności od zastosowanych metod odwadniania szlamu, otrzymujemy mieszaniny o zróżnicowanym składzie. Spośród badanych metod odzysku węgla z zawiesin wodno- mułowych najciekawsze wyniki o znaczeniu przemysłowym uzyskano dla procesów odwadniana i na przegrodach filtracyjnych. Wprowadzenie do praktyki przemysłowej sit łukowych i odśrodkowych sit odwadniających (tzw OSO) o minimalnym rozmiarze oczek sita , umożliwia odzysk węgla koncentraty z zawiesin wodno-mułowych. Odzysk węgla z odpadów flotacyjnych jest trudniejsze, a najczęściej najlepsze efekty uzyskuje się przez zastosowanie procesów flotacji. Przeprowadzone badania drobnouziarnonych odpadów węglowych pozwoliły na opracowanie nowych technologii i ich wdrożenie w przemyśle

Manufacture and properties of magnetite dust from by-products of carbon combustion

Spalaniu węgla kamiennego i brunatnego w kotłach z paleniskami pyłowymi towarzyszy powstawanie związków ferromagnetycznych zawartych w popiołach lotnych i żużlach. Najwyższe ilości magnetycznych związków żelaza zawierają popioły rodzaju krzemianowego, mniejsze ilości popioły rodzaju glinowego a najmniejsze popioły rodzaju wapniowego. Na podstawie przeprowadzonych badań zawartości związków magnetycznych oraz zawartości całkowitej związków żelaza i dwuwartościowego opracowano kryteria techniczno-ekonomiczne wydzielania pyłu magnetytowego z popiołów lotnych. Dla przemysłowego wydzielania pyłu magnetytowego z suchych popiołów lotnych zastosowano oryginalne separatory typu BWP z wędrującym polem magnetycznym a dla wydzielania pyłu magnetytowego z mieszaniny wodno-popiołowej separator ze stałymi magnesami typu ZUO/SM-500/I. Wydzielany w elektrowniach pył magnetytowy (maksymalnie 20.000 t/a) charakteryzował się zawartością frakcji magnetycznej powyżej 85% i całkowitej zawartości związków żelaza powyżej 45% . Produkowany pył magnetytowy pomimo wielu możliwości zastosowania był w największych ilościach stosowany w górnictwie do sporządzania cieczy ciężkiej i wytwarzania zasypek hutniczych oraz do sporządzania betonów o dużej przewodności cieplnej stosowanych w budowie szybu górniczego w kurzawce.Hard and brown coal combustion in a pulverized-fuel boiler is accompanied by forming ferromagnetic compounds contained in fly ash and slag. The ferromagnetic compounds can be found as follows: the highest quantity in the ash of silicate kind, lower quantity in the ash of aluminum kind, and the lowest quantity in the calcium kind of ash. On the basis of test results on the content of magnetic compounds and total content of iron compounds and two-valued iron there were prepared technical and economic criteria regarding the separation of magnetite dust from fly ash. For industrial separation of magnetite dust from dry fly ash there were used original separators of the BWP type with a traveling magnetic field, whereas for magnetite dust separation from water-ash mixture, a separator with permanent magnets of the ZUO/SM-500/I type was employed. Magnetite dust separated in power plants (max. 20 000 t/a), could be characterized by a magnetic fraction of over 85% and total content of iron compounds exceeding 45%. The produced magnetite dust, despite many possibilities of use, was mainly applied in mining industry for making heavy liquid (to reduce imports), and manufacturing casting powder, as well as for building a mining shaft in quicksand

Uwarunkowania wytwarzania trwałych brykietów z pyłów żelazokrzemu

The article presents the results of the selection of optimal conditions for the preparation of mixture and the briquetting conditions for obtaining stable ferrosilicon dust briquettes. The dust of 0–3 mm grain size fractionswhich are residues (by-products) of ferrosilicon melting processwas analyzed. Briquetting of dust allows obtainingvery solid agglomerates. The method of material preparation was to add a particular quantity of binder to dust and mixing them carefully. An adhesive of the water glass withor without addition an aqueous solution of starch were used. The addition of water glass to ferrosilicon in the amount of about 6% allows manufacturing tough briquettes, however, the application of adhesives in the form of a mixture of water glass (about 2.0%) and starch (about 3.0%) found to obtain higher strength parameters. Finding the binder allowed to develop of industrial production technology of high-quality ferrosilicon briquettes, which are suitable for use in domestic and foreign steel foundries. Briquettes are not to crumble and dissolve easy when adding for melting to recovery of silicon.W artykule przedstawiono wyniki badań nad doborem optymalnych warunkówprzygotowania mieszanki i brykietowania dla uzyskania trwałych brykietów z pyłów żelazokrzemu. Analizowano pyły o frakcji ziarnowej 0–3 mm, które stanowią pozostałości (produkty uboczne) procesu wytapiania żelazokrzemu.Brykietowaniepyłów umożliwiło uzyskanie bardzo zwartych aglomeratów. Sposób przygotowania materiału polegał na dodaniu do pyłów określonej ilości spoiwa oraz dokładnym ich wymieszaniu. Stosowano spoiwa z samego szkła wodnego oraz z dodatkiem skrobi w roztworze wodnym. Stwierdzono, że dodatek szkła wodnego do żelazokrzemu w ilości ok. 6% gwarantuje tworzenie trwałych brykietów, jednakże zastosowanie mieszaniny spoiw w postaci szkła wodnego (ok. 2,0%) i skrobi (ok. 3,0%) zapewnia otrzymanie brykietów o wyższych parametrach wytrzymałościowych. Dobór spoiwa umożliwił opracowanie technologii przemysłowej produkcji wysokiej jakości brykietów z pyłów żelazokrzemu,które nadają się do wykorzystania w krajowych i zagranicznych odlewniach stali. Brykiety te nie kruszą się i łatwo rozpuszczają w przypadku dodania do wytopu w celu odzysku krzemu