Способ переработки золы-уноса тепловых электростанций



Способ переработки золы-уноса тепловых электростанций
Способ переработки золы-уноса тепловых электростанций

 

H05H1/00 - Плазменная техника (термоядерные реакторы G21B; ионно-лучевые трубки H01J 27/00; магнитогидродинамические генераторы H02K 44/08; получение рентгеновского излучения с формированием плазмы H05G 2/00); получение или ускорение электрически заряженных частиц или нейтронов (получение нейтронов от радиоактивных источников G21, например G21B,G21C, G21G); получение или ускорение пучков нейтральных молекул или атомов (атомные часы G04F 5/14; устройства со стимулированным излучением H01S; регулирование частоты путем сравнения с эталонной частотой, определяемой энергетическими уровнями молекул, атомов или субатомных частиц H03L 7/26)

Владельцы патента RU 2630021:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Институт химии твердого тела Уральского Отделения Российской Академии наук" (RU)

Изобретение относится к области переработки зольных отходов угольных тепловых электростанций с целью их утилизации в качестве, в частности, материалов для производства строительных изделий. В способе переработки золы-уноса угольных теплоэлектростанций, включающем высокотемпературную обработку в атмосфере азота, процесс ведут в присутствии мочевины при соотношении зола-унос:мочевина, равном 1:1, а высокотемпературную обработку осуществляют в потоке азотной плазмы при температуре плазмы 4000-6000°С при мощности плазмотрона 25 кВт и скорости потока плазмы 60-100 м/с с последующим охлаждением в атмосфере азота, подаваемого со скоростью 60-80 м/с, и разделением разнодисперсных фракций в условиях вихревого циклонирования и фильтрации на рукавном фильтре. Технический результат – утилизация отходов, расширение ассортимента полезных продуктов, получаемых в результате утилизации золы. 2 ил., 1 пр.

 

Изобретение относится к области переработки зольных отходов угольных тепловых электростанций с целью их утилизации в качестве, в частности, материалов для производства строительных изделий.

Известен способ обработки золы-уноса путем использования огнеупорного реактора, имеющего ряд отстоящих друг от друга угловых вихревых индуцирующих сопел, которые вызывают циклический и/или турбулентный поток воздуха при введении золы в реактор (патент US 8234986, МПК F23G 5/00, 2012 год). Способ обеспечивает обогащение золы-уноса за счет уменьшения содержания остаточного углерода и удаления загрязняющих примесей, таких как ртуть и аммиак, и получение пуццолана, используемого в качестве добавки к цементу.

Однако способ не обеспечивает возможность получения материалов на основе золы за счет прохождения химических превращений, например сиалонов.

Известен способ обработки золы, в котором зольную пыль отделяют от потока газообразного продукта, полученного при газификации топлива, причем указанную зольную пыль сжигают в псевдоожиженном слое при температуре не выше 800°С для снижения содержания углерода, а затем сжигают топочные газы в независимом процессе сгорания при температуре не меньше 850°С (патент US 8833278; МПК F23B 10/02, F23C 10/02, F23G 5/39, F23G 7/00, F23J 15/00; 2014 год).

Однако способ также не обеспечивает возможность получения материалов на основе золы за счет прохождения химических превращений.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является известный способ переработки золы-уноса путем процесса карботермического восстановления и азотирования с использованием в качестве исходных материалов золы и сажи при температуре 1550°С в течение 6 часов при соотношении золы и сажи, равном 100:56 (B.Y. Ma, Y. Li, Y.C. Zhai "In sity synthesis of β-sialon powder from Fly Ash", Advanced Materials Reseach, vol. 194-195, p.p. 2179-2182, 2011). Известным способом может быть получен β-сиалон в виде гранул со средним размером 2 мкм (прототип).

Однако утилизация золы по известному способу имеет ограниченный характер, поскольку в качестве полезного (товарного) продукта может быть получен только сиалон.

Таким образом, перед авторами стояла задача разработать способ переработки золы-уноса теплоэлектростанций, обеспечивающий расширение ассортимента полезных продуктов, получаемых в результате утилизации золы.

Поставленная задача решена в предлагаемом способе переработки золы-уноса угольных теплоэлектростанций, включающем высокотемпературную обработку в атмосфере азота, в котором процесс ведут в присутствии мочевины при соотношении зола-унос:мочевина, равном 1:1, а высокотемпературную обработку осуществляют в потоке азотной плазмы при температуре плазмы 4000-6000°С при мощности плазмотрона 25 кВт и скорости потока плазмы 60-100 м/с с последующим охлаждением в атмосфере азота, подаваемого со скоростью 60-80 м/с, и разделением разнодисперсных фракций в условиях вихревого циклонирования и фильтрации на рукавном фильтре.

В настоящее время из патентной и научно-технической литературы не известен способ переработки золы-уноса угольных теплоэлектростанций в потоке низкотемпературной азотной плазмы при соблюдении рабочих характеристик процесса в предлагаемых интервалах с использованием в качестве исходного сырья мочевины.

В ходе разработки процесса утилизации золы-уноса теплоэлектростанций авторами была выявлена целесообразность ведения процесса в присутствии мочевины ((NH2)2CO). Это связано с тем, что сиалоны по сути дела являются оксинитридами кремния и алюминия переменного состава Si6-zAlzOzN8-z. В данном случае применение мочевины обусловлено недостаточностью радикалов азота, фактически отвечающих за формирование конечного состава сиалона. В процессе деградации органическое соединение мочевины, являясь химически активной добавкой, ускоряет процесс азотирования, то есть интенсифицирует диффузию азота, и таким образом обеспечивает увеличение выхода сиалоновой фазы. При этом существенным является соотношение количества золы-уноса и мочевины, равное 1:1. При уменьшении количества мочевины не только снижается выход сиалоновой фазы, но и сокращается выход второго полезного продукта - плакированного алюминия. Увеличение количества мочевины не оказывает влияния на выход конечных продуктов, загрязняя атмосферу оксидами азота.

Авторами были проведены исследования с целью определения оптимальных условий проведения плазмохимической переработки золы-уноса. Так, при температуре плазмы менее 4000°С при мощности плазмотрона менее 25 кВт и скорости потока плазмы менее 60 м/с наблюдается только частичное прохождение процесса, при котором остаются исходные компоненты в виде крупных включений. В случае увеличения температуры плазмы более 6000°С при мощности плазмотрона более 25 кВт и скорости потока плазмы более 100 м/с наблюдается восстановление оксидных составляющих до металлов, в результате чего возможно последующее неконтролируемое возгорание конечного продукта при хранении.

Авторами также были исследованы условия охлаждения переконденсированной массы в закалочной камере, куда она поступает в токе газообразного. Существенным признаком является скорость тока азота. Так, при скорости менее 60 м/с наблюдается протекание процесса кристаллизации через жидкую фазу, что, в свою очередь, обусловливает получение частиц крупного размера. При скорости более 80 м/с наблюдаются большие потери продукта при его транспортировке из камеры охлаждения в циклон.

Предлагаемый способ переработки золы уноса может быть осуществлен следующим образом. Золу уноса и мочевину при соотношении 1:1 помещают в дозатор поршневого типа и пневмотоком подают в камеру реактора-испарителя установки, оборудованной плазмотроном. Порошок механической смеси вводят навстречу потоку плазмы, скорость которого составляет 60-100 м/с. Температура азотной плазмы в камере реактора испарителя составляет 4000-6000°С. При обработке порошка механической смеси мощность плазмотрона составляет 25 кВт/час. Расход плазмообразующего газа - 6,0 нм3/ч. В качестве плазмообразующего и одновременно реакционного газа используют азот технический марки ГОСТ 9293-74 (N2 - 99,95%, O2 - 0,05%). В качестве технологического газа используют балонный аргон ТУ - 6-21-12-79. Полученный продукт в потоке азота со скоростью 60-80 м/с поступает и охлаждается в водоохлаждаемой закалочной камере, расположенной в нижней части реактора-испарителя, после чего улавливается в циклоне вихревого типа и на поверхности тканевого фильтра.

Фазовый состав полученных порошковых композиций исследовали методами рентгенографии (рентгеновский дифрактометр SHIMADZUXRD7000, CuKα-излучение), включая количественный фазовый анализ (программа STOEWinX-POW) и уточнение параметров элементарных ячеек (программа PowderCell 2.3 с применением базы данных ICSD).

Форму и размеры частиц порошковых композиций определяли методом сканирующей электронной микроскопии (РЭМ JEOLJSM 6390 с энергодисперсионным анализатором JED2100). Порошковые композиции наносились на двусторонний углеродный скотч и обдувались потоком воздуха.

На фиг. 1 изображено электронно-микроскопическое изображение фракции, отгруженной из тканевого фильтра, содержащей металлический алюминий, полученной методом плазменной переконденсации золы уноса в низкотемпературной азотной плазме.

На фиг. 2 изображено электронно-микроскопическое изображение фракции, отгруженной из циклона вихревого типа, содержащей сиалон, полученной методом плазменной переконденсации золы уноса в низкотемпературной азотной плазме.

Предлагаемый способ иллюстрируется следующим примером.

Пример 1

Берут 100 г золы уноса (SiO2 ~50 масс. %, Al2O3~50 масс. %), смешивают со 100 г порошковой мочевины (NH2)2СО и помещают в дозатор поршневого типа. Пневмотоком механическая смесь поступает в камеру реактора-испарителя лабораторной установки ГНИИХТЭОС, оборудованной плазмотроном. Параметры установки: мощность плазмотрона - 25 кВт/час; используемый режим 100-110 А, 200-220 В; суммарный расход газа (азот технический марки по ГОСТу 9293-74) в плазменном реакторе - 25-30 нм3/час, из этого объема плазмообразующий газ - 6 нм3/час, остальное количество стабилизирующий и закалочный. Технологический газ = аргон балонный ТУ-6-21-12-79. Температура азотной плазмы в камере испарителя составляет 4000°С. Прекурсорную механическую смесь со скоростью 100 г/час вводят навстречу потоку плазмы, скорость которой составляет 60 м/с. Продукты испарения охлаждают в водоохлаждаемой закалочной камере, расположенной в нижней части испарителя, куда они подаются в токе азота со скоростью 60 м/с. После кристаллизации порошковая композиция подвергается сепарированию в циклоне вихревого типа, где осаждаются наиболее тяжелая и крупнодисперсные фракции, а нанокристаллическая составляющая отводится на тканевый фильтр рукавного фильтра.

Рентгенофазовый и количественный фазовый анализ порошковых композиций показал, что в классификаторе 1 - циклоне вихревого типа - улавливается механическая смесь состава Si1,2Al0,2O1,2N1,8 - 42,0 масс. %; Al2,35Si1,6O4,82 - 36,0 масс. %; а на классификаторе 2 - тканевом фильтре - собирается композиция на основе кубического алюминия, покрытая нитридом и оксидом алюминия. Следует отметить, что общее количество примесных фаз AlN и Al2O3 не превышает 5-7 масс. %.

Электронно-микроскопические исследования, представленные на фиг. 1 и 2, показали, что фракция из циклона вихревого типа (фиг. 1) имеет преимущественно сферическую форму частиц, размер которых изменяется в интервале 1-10 мкм, а фракция из тканевого фильтра (фиг. 2) имеет средний размер частиц менее 100 нм.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет не только утилизировать отходы, но и расширить ассортимент полезных продуктов, широко используемых в разных областях промышленности: керамической, химической и металлургической.

Способ переработки золы-уноса угольных теплоэлектростанций, включающий высокотемпературную обработку в атмосфере азота, отличающийся тем, что процесс ведут в присутствии мочевины при соотношении зола-унос:мочевина, равном 1:1, а высокотемпературную обработку осуществляют в потоке азотной плазмы при температуре плазмы 4000-6000°С при мощности плазмотрона 25 кВт и скорости потока плазмы 60-100 м/с с последующим охлаждением в атмосфере азота, подаваемого со скоростью 60-80 м/с, и разделением разнодисперсных фракций в условиях вихревого циклонирования и фильтрации на рукавном фильтре.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к плазменной технике и технологии и может быть использовано для получения электрического разряда в большом объеме. Технический результат - увеличение объема горения электрического разряда.

Изобретение относится к области генерирования химически активных частиц физическими методами воздействия и может быть использовано в биомедицинских исследованиях.

Изобретение относится к электроду для плазменных горелок для плазменной резки и применению электрода для указанной плазменной горелки. Электрод для плазменных резаков, выполненный в соответствии с изобретением, содержит держатель электрода и эмиссионную вставку, которые соединены друг с другом запрессовкой и/или подгонкой по форме.

Изобретения относятся к способам и устройствам для осуществления тлеющего разряда и могут найти применение при обработке поверхности и нанесении покрытий на поверхности различных изделий в вакууме, в машиностроении для поверхностной термообработки, напыления и упрочнения, а также для получения излучения, например для накачки лазеров.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в малогабаритных приборах ЯМР- и ЭПР-спектроскопии высокого спектрального разрешения. Технический результат состоит в повышении степени однородности магнитного поля в рабочей области системы и увеличении его напряженности.

Изобретение относится к области исследования физических свойств вещества, в частности к исследованию процессов в газоразрядных приборах и плазме. Между электродами при фиксированном расстоянии между ними подается напряжение, возникающий ток плавит и испаряет тонкую проволочку, которая размещается между электродами, расстояние от катода до анода выбирается таким, при котором разряд без проволочки самопроизвольно не возникает, а между электродами создаются условия для лавинного пробоя разрядного промежутка, возникающего при наличии в воздухе паров испаряющейся проволочки.

Изобретение относится к плазменной технике и может быть использовано в газоразрядных устройствах с самонакаливаемым полым катодом. Способ изготовления самонакаливаемого полого катода из нитрида титана для систем генерации плазмы включает формирование трубчатого изделия из смеси порошков, содержащей нитрид титана, 10 вес.% титана, не более 2 вес.% пластификатора поливинилбутираля, импульсным или статическим прессованием, экструзией, шликерным литьем или альтернативным способом, отжиг трубчатого изделия в вакуумной печи в потоке азота при давлении 1 Па при температуре 500°С в течение 1 ч для термического разложения пластификатора и удаления продуктов разложения из объема трубчатого изделия, установку трубчатого изделия в качестве катодного электрода в электроразрядную систему, содержащую анодный электрод, постоянную прокачку азота через трубчатое изделие, приложение между анодом и трубчатым изделием напряжения и зажигание тлеющего разряда между трубчатым изделием и анодом, ток которого постепенно увеличивают по мере прекращения дугообразования, что обеспечивает удаление поверхностных загрязнений и рост температуры трубчатого изделия, переход разряда в термоэмиссионный дуговой режим и нагрев катода до температуры 2000°С.

Изобретение относится к способу и устройству для низкотемпературного упрочнения оптического контакта диэлектрических поверхностей газоразрядных приборов, в частности резонаторов моноблочных газовых лазеров, в процессе их технологической сборки.

Изобретение относится к плазменной технике, в частности к источникам получения и управления потоком плазмы атмосферного давления. Источник образован цилиндрической трубкой из диэлектрического материала, с входной частью - трактом для поступления газа и выходной частью - соплом для вывода плазмы.

Изобретение относится к области плазменной техники. Система (1) водяного охлаждения для плазменной пушки (2), способ охлаждения плазменной пушки (2) и способ увеличения срока службы плазменной пушки (2).

Изобретение относится к мусоросжигательным печам, предназначенным для сжигания отходов или низкосортных топлив. Техническим результатом является упрощение технологии подготовки материалов к переработке.

Изобретение относится к области медицины и экологии и может использоваться для утилизации инфицированных медицинских отходов опасных и чрезвычайно опасных классов непосредственно в лечебно-профилактических учреждениях (ЛПУ).

Изобретение относится к способам и устройству для обработки зольных продуктов сгорания для безопасной и экономичной утилизации. Техническим результатом является улучшение термической среды сжигательной установки.

Изобретение относится к энергетике. Устройство для экологически чистой утилизации жидких горючих отходов, содержащее бак для отработанного масла, распиливающее устройство с поджигом, компрессор с редуктором и запорным электроуправляемым клапаном, камеру горения из вложенных коаксиальных цилиндров, в состав которого дополнительно введены ресиверы основного топлива, воздуха, кислородсодержащего агента и легковоспламеняемого топлива, давление в которых регулируется соответствующими редукторами, а подача компонента на сжигание управляется соответствующими запорными клапанами, смеситель-эмульгатор, причем объем внутреннего цилиндра горелки является камерой горения, а наружный цилиндр является кожухом горелки, при этом в образующемся кольцевом зазоре между внутренним и наружным цилиндрами размещены трубопроводы разогрева топлива и парогазотопливной эмульсии, выполненные в виде змеевиков, навитых на внутренний цилиндр и нагреваемых потоком перегретых продуктов сгорания, поступающих к корню факела.

Изобретение относится к оборудованию для нагрева воды путем сжигания твердых видов топлива, таких как изношенных автотракторных шин, отходов древесно-стружечных плит, отходов древесно-волокнистых плит, отходов пластика, и может быть использовано в теплоэнергетике.

Изобретение относится к системам подачи топлива для обжиговой печи. Система подачи твердого топлива в стационарный участок теплопередачи печи содержит: стержень, который используется для подвешивания твердых топлив в потоке нагретого газа, проходящем через стационарный участок теплопередачи печи, передний конец стержня располагается снаружи стационарного участка теплопередачи, а по длине проходит в стационарный участок теплопередачи печи; и систему продвижения топлива, имеющую шток, который продвигает твердое топливо по длине стержня, при этом твердое топливо переходит в поток нагретого газа, проходящий через стационарный участок теплопередачи печи.

Изобретение относится к области уничтожения отходов производства и может найти применение при переработке твердых бытовых и промышленных отходов. Техническим результатом предлагаемого технического решения является повышение производительности процесса переработки, коэффициента полезного действия всего цикла при одновременной экологической безопасности проведения переработки.

Изобретение может быть использовано в области переработки древесины и ее отходов пиролизом. Устройство для получения древесного угля содержит топочную камеру (1) и пиролизную камеру (2) с выемными ретортами (3).

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, а более конкретно к способу и установке для утилизации попутных нефтяных газов. Способ утилизации попутных нефтяных газов, содержащих сероводород, заключается в сжигании газов в камере сгорания и преобразовании выделяющейся тепловой энергии в электрическую со съемом электроэнергии с вращающейся турбины, при этом газы сжигают, организуя присутствие в камере сгорания возбужденного молекулярного кислорода в синглетном состоянии, обеспечивая повышение полноты сгорания и увеличение эффективности преобразования химической энергии реагентов в тепловую энергию, выделяющуюся при горении, продукты сгорания, содержащие SO2, отводят и доокисляют до SO3 в камере доокисления, организуя дополнительное присутствие синглетного кислорода, образовавшиеся продукты охлаждают до температуры ниже температуры конденсации бинарного аэрозоля H2O/H2SO4, генерируют в них ионы S O 3 − , H S O 4 − , H3O+ и формируют конденсированную фазу бинарного сульфатного аэрозоля H2O/H2SO4, сульфатный аэрозоль отводят, отделяют от него пары воды и выделяют конденсат серной кислоты H2O/H2SO4.

Изобретение относится к области санитарно-энергетического самообеспечения хозяйствующих субъектов. Техническим результатом является обеспечение автономной, экологически безопасной, энергосберегающей, безмашинной системы.

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, в частности к производству бетонных стеновых блоков. Бетонная смесь, включающая портландцемент, мелкий заполнитель, воду, дополнительно содержит измельченный и просеянный через сито №5 волокнит в виде пресс-материала, изготовляемого на основе целлюлозного волокна, пропитанного резольной фенолформальдегидной смолой, при следующем соотношении компонентов, мас.%: портландцемент 22,0-26,0; мелкий заполнитель 50,5-54,5; указанный волокнит 3,0-10,0; вода 16,5-17,5.
Наверх