Способ окускования ванадийсодержащих шламов тепловых электростанций

 

Изобретение относится к переработке ванадиевых шламов, образующихся в результате промывок котлоагрегатов ТЭС методом брикетирования. Способ заключается в том, что они в качестве исходного материала используются для получения брикетов, причем влажность исходного материала составляет 12-16%, а прессование осуществляют при давлении 300-350 кг/см². Способ позволяет по упрощенной и экономичной технологии брикетирования без связующего получить брикеты для последующего использования в металлургической промышленности с более высокими потребительскими свойствами и экологическими параметрами по сравнению с существующими способами окускования ванадиевых шламов. 1 ил., 2 табл.

Изобретение относится к переработке отходов, образующихся на тепловых электростанциях, а именно к окускованию ванадийсодержащих материалов, осаждающихся на поверхностях нагрева котлоагрегатов ТЭС при сжигании жидкого топлива и удаляемых в виде водных шламов при проведении периодических капитальных ремонтов котлоагрегатов ТЭС.

Изобретение может быть использовано в металлургических переделах - сталеплавильном и электросталеплавильном при производстве легированных сталей, ферросплавов и лигатур.

Ванадийсодержащие водные шламы представляют собой смесь мелкодисперсного материала (менее 0,25 мм) и воды темно-коричневого цвета примерно следующего состава: SiO₂ - 4-6%, Fe₂O₃ - 48-52%, Al₂O₃ - 5-8%, CaO - 3-5%, V₂O₅ - 5-20%, потери при прокаливании (ППП) - 22-25%.

Ванадийсодержащие шламы состоят в основном из продуктов коррозии конструкционных материалов и золы сжигаемого жидкого топлива.

Известный способ использования ванадийсодержащих шламов состоит в следующем.

В настоящее время ванадийсодержащие шламы согласно ТУ-34.20.701-87 (введены в действие 01.01.88 г.) поступают на металлургические предприятия отдельными опытно-промышленными партиями в закрытых емкостях, исключающих попадание влаги (цистернах, контейнерах) в виде пульпы с влажностью 40-60% и с содержанием пятиокиси ванадия (V₂O₅) в пределах 5-20% (в пересчете на сухую массу). Перед использованием в металлургическом переделе ванидийсодержащие шламы подвергаются сушке, сортировке, отсеву пылевидных частиц. В совокупности этот способ использования шламов отличается проведением сложных трудоемких операций (загрузки, разгрузки, сушки и др.) с необходимостью применения специальной тары для транспортировки шламов. В процессе передела образуется значительное количество пылевидной фракции, уносящейся из сталеплавильных агрегатов и вредно действующей на технологический персонал. Использование ванадийсодержащего шлама в значительной мере упрощается при его предварительном окусковании.

Известен способ окускования мелкодисперсного материала, например колошниковой пыли, с применением связующего, отработанного сульфитного щелока; смесь формуют в вальцовых прессах [1].

Качественные брикеты были получены при температуре колошниковой пыли 80^oC. При введении в шихту 5-10% отработанного сульфитного щелока и прессовании при удельном давлении 19,6-39,2 МПа получаются качественные брикеты по физико-механическим и металлургическим свойствам.

Недостатком этого способа является сложность процесса производства брикетов за счет применения химически активных связующих добавок, ухудшающих экологию окружающей среды.

Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является известный способ (прототип), сущность которого состоит в том, что исходный ванадийсодержащий шлам влажностью около 60% (это практически соответствует состоянию материала после обезвоживания на фильтр-прессах) гранулируют путем продавливания массы через фильеру с диаметром 10 мм, обеспечивая получение гранул в виде стержней при равномерном усилии на механизм продавливания. Далее производится термообработка сырых гранул в две стадии: 1) предварительная подсушка сырых гранул до влажности 30%; 2) окончательная сушка гранул при температуре 50-105^oC в течение 3 ч.

Высушенные гранулы упаковывают в полиэтиленовые мешки или контейнеры для транспортировки к потребителю [2].

Недостатки известного способа состоят в следующем: - недостаточная механическая прочность на раздавливание - 20-35 кг/см², что не обеспечивает требования по сохранности формы гранул при их загрузке и транспортировке и приводит к их разрушению; - выход фракции менее 1 мм при транспортировке сухих гранул в полиэтиленовых мешках составляет до 10%, тем самым вызывая значительный унос этой пылевидной массы, снижение извлечения ванадия в металлургических переделах, и приводит к загрязнению токсичной пылью рабочих мест.

Цель изобретения - получить по упрощенной экономической технологии механически и термически прочные брикеты из ванадийсодержащего шлама, образующегося при периодических водных промывках котлоагрегатов ТЭС, работающих с применением жидкого топлива с последующим использованием их в металлургии при производстве специальных сталей, ферросплавов, лигатур.

В исходном виде ванадиевый шлам представляет жидкую пульпу с концентрацией в ней мелкодисперсных частиц 500-700 г на 1 л воды, в которых содержатся компоненты SiO₂, Fe₂O₃, Al₂O₃, CaO, V₂O₅ и др.

Авторами предлагаемого изобретения были проведены исследования с целью изучения возможности применения ванадийсодержащих шламов как сырья для получения без связующих механически и термически прочных водоустойчивых брикетов, способных выдерживать механические нагрузки при загрузке и разгрузке их в открытые вагоны, достаточно водоустойчивых при воздействии атмосферных осадков и пригодных для использования в высокотемпературных процессах без разрушения до температуры 800-1000^oC.

Результаты таких исследований оказались положительными. Указанные технические результаты в описываемом способе получения брикетов достигаются тем, что в качестве исходного материала используют ванадийсодержащий шлам промывок котлоагрегатов ТЭС с влажностью 12-16%, а прессование осуществляют при давлении 300-350 кг/см².

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что положительными признаками предлагаемого изобретения являются: - более упрощенная технологическая схема получения окускованного материала - брикетов; - значительно более высокие прочностные характеристики брикетов и минимальное количество образуемой фракции менее 0,25 мм.

Отличительные признаки изобретения состоят в следующем: - использование в качестве исходного материала ванадийсодержащих шламов ТЭС с влажностью 12-16%; - осуществление прессования при давлении 300-350 кг/см².

Таким образом, предлагаемое изобретение обладает новизной. Анализ технических решений, относящихся к способам окускования ванадийсодержащих шламов, позволяет характеризовать заявленное техническое решение по сравнению с прототипом как соответствующее критерию "изобретательский уровень".

В предлагаемом способе получения брикетов использовались ванадийсодержащие шламы ТЭС "Мосэнерго", предварительно обезвоженные до 12-16%-ной влажности, содержащие пятиокись ванадия в пределах 5-20% (в пересчете на сухую массу). Эти шламы в исходном виде хорошо дозируются и пригодны для прессования при давлении 300-350 кг/см² с образованием механически прочного брикета с сопротивлением на сжатие до 100-110 кг/см².

Отличительной особенностью предлагаемого способа является следующее: - применяется более производительное и работоспособное оборудование (валковые прессы, пресс-формы и др.);
- исключаются операции термообработки готовых окускованных материалов;
- исключается применение тары (полиэтиленовых мешков, контейнеров) при транспортировке брикетов;
- повышенная механическая и термическая прочность резко увеличивает эффективность металлургической переработки ванадийсодержащих брикетов.

На чертеже представлена принципиальная схема осуществления способа.

Схема последовательно содержит воронку для приема исходного материала, смеситель-питатель для усреднения ванадийсодержащего шлама по влаге и дозировке, гидравлический брикетный пресс для формования брикетов, сборный конвейер для подачи брикетов на складирование.

Способ получения брикетов осуществляется следующим образом.

Исходный ванадийсодержащий шлам ТЭС, представляющий собой смесь воды и частиц крупностью менее 0,25 мм, предварительно обезвоженную до влажности 12-16%, из приемной воронки подается в смеситель-питатель, где происходит усреднение исходного материала по влаге и дозировке. Усредненный ванадийсодержащий шлам из смесителя-питателя направляется на прессование в гидравлический пресс при давлении прессования 300-350 кг/см². Из брикетного пресса формованные брикеты по течке попадают на сборный конвейер, и далее конвейером готовые брикеты направляются на склад.

Пример 1.

Исходный ванадийсодержащий шлам ТЭЦ-23 "Мосэнерго" из приемной воронки подается в смеситель-питатель, затем дозированный и усредненный шлам влажностью 6% направляется на брикетный пресс для прессования под давлением 300-350 кг/см². Полученные брикеты направляются на конвейер, с которого брикеты направлялись на склад готовой продукции (табл. 1).

Пример 2.

Условия те же, что и в примере 1, но влажность исходного ванадийсодержащего шлама составляла 10% (табл. 1).

Пример 3.

Условия те же, что в примерах 1, 2, но влажность исходного ванадийсодержащего шлама составляла 12% (табл. 1).

Пример 4.

Условия те же, что в примерах 1, 2, 3, но влажность исходного ванадийсодержащего шлама составляла 14% (табл. 1).

Пример 5.

Условия те же, что в примерах 1, 2, 3, 4, но влажность исходного ванадийсодержащего шлама составляла 16% (табл. 1).

Пример 6.

Условия те же, что в примерах 1, 2, 3, 4, 5, но влажность исходного ванадийсодержащего шлама составляла 18% (табл. 1).

В табл. 1 представлены результаты испытаний по брикетированию ванадийсодержащего шлама (зависимость прочности получаемого брикета от влажности исходного шлама).

Пример 7.

Исходный ванадийсодержащий шлам фракции до 0,25 мм влажностью 14% ТЭЦ-23 "Мосэнерго" из приемной воронки подается в смеситель-питатель, затем дозированный и усредненный шлам направляется на брикетный пресс для прессования под давлением 200 кг/см². Полученные брикеты отправлялись конвейером на склад готовой продукции (табл. 2).

Пример 8.

Условия те же, что и в примере 7, но давление при прессовании брикетов составляло 250 кг/см² (табл. 2).

Пример 9.

Условия те же, что и в примерax 7, 8, но давление при прессовании брикетов составляло 300 кг/см² (табл. 2).

Пример 10.

Условия те же, что и в примерax 7, 8, 9, но давление при прессовании брикетов составляло 350 кг/см² (табл. 2).

Пример 11.

Условия те же, что и в примерax 7, 8, 9, 10, но давление при прессовании брикетов составляло 400 кг/см² (табл. 2).

Пример 12.

Условия те же, что и в примерax 7, 8, 9, 10, 11, но давление при прессовании брикетов составляло 800 кг/см² (табл. 2).

В табл. 2 представлены результаты испытаний по брикетированию ванадийсодержащего шлама (зависимость прочности брикетов от давления прессования).

Как видно из табл. 1 и 2, предлагаемый способ обеспечивает получение брикетов с высокой механической прочностью, а процесс брикетирования целесообразно проводить при влажности шихты 12-16% и при давлении прессования 300-350 кг/см². При этом механическая прочность при истирании по ГОСТ 21289-75 составляет 87-96% (при норме не менее 80%), механическая прочность на сбрасывание по ГОСТ 21391-75 равна 90,0-98,0% (при норме не менее 85,0%), механическая прочность при сжатии по ГОСТ 21391-75-105-138 кг/см² (при норме не менее 100 кг/см²).

Предлагаемый способ получения брикетов в отличие от известного позволяет выполнить окускование ванадийсодержащих шламов ТЭС меньшим, чем у известного способа, количеством операций и с меньшими энергетическими затратами. Исходный шлам (шихта) прессуeтся с использованием более производительного оборудования, не требуется термообработка получаемых брикетов, что удешевляет процесс переработки ванадийсодержащих шламов ТЭС и позволяет получить экономию энергозатрат, а полученные брикеты удовлетворяют требованиям при их транспортировкe и использовании в высокотемпературных процессах. Предлагаемый способ обеспечивает получение брикетов с высокими прочностными показателями и термостойкостью, что является одним из основных требований при использовании их в различных металлургических переделах.

Источники информации
1. Б.М. Равил и др. Комплексное использование сырья и топлива.- М.: Химия, 1988, 152 с.

2. Энергетика и электрификация, 1981, N 4.

Формула изобретения

Способ окускования ванадийсодержащих шламов тепловых электростанций, включающий прессование под давлением, отличающийся тем, что в качестве исходного материала применяют ванадийсодержащий шлам промывок котлоагрегатов тепловых электростанций с влажностью 12 - 16% и прессование осуществляют под давлением 300 - 350 кг/см².

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2