Содержание
Введение
1. Золошлаковые отходы при сжигании угля
1.2. Классификация топливных отходов от сжигания твердого топлива
1.3. Методы использования золошлаковых отходов ТЭС
2. Основной производственный процесс
Заключение
Список использованных источников
Введение
Тема: разработка технологической линии получения керамических смесей для безобжиговых фритт (керамических красок) из стекольных и золошлаковых отходов.
Описание процесса. Компоненты фритты (стекольные и золошлаковые отходы) измельчаются до получения порошков с дисперсностью 0,01-0,03 мм. Измельченные материалы помещаются в смеситель, добавляются модификаторы (пигменты, плавни) и перемешиваются. Для получения паст в смеситель добавляется вода. Полученная смесь направляется в смеситель тонкого измельчения (бисерные мельницы). Полученная масса направляется в бункер-стандартизатор (для придания однородных свойств массе), рецептура корректируется и затем смесь отправляется на фасовку.
Процесс состоит из следующих стадий:
- измельчение до 0,01-0,03 мм;
- сухое смешение компонентов;
- «мокрое» смешение компонентов (добавление воды);
- тонкое измельчение сухих и «мокрых» смесей;
- стандартизация готовых смесей;
- фасовка.
Задание:
1. Кратко обозначить проблемы, связанные с накоплением золошлаковых отходов при сжигании угля.
2. Разработать блок-схему процесса.
3. Составить материальный баланс каждой стадии производства.
4. Подобрать комплект оборудования технологической линии. Дать характеристику оборудования.
5. Составить спецификацию оборудования для технологической линии.
1. Золошлаковые отходы при сжигании угля
При сжигании твердых видов топлива в топках тепловых электростанций образуются зола в виде пылевидных остатков и кусковой шлак, а также золошлаковые смеси. Они являются продуктами высокотемпературной (1200 – 1700°С) обработки минеральной части топлива.
Топливо сжигают в слое над колосниковой решеткой в виде мелких кусков или при вдувании в пылевидном состоянии. Золы пылевидного сжигания проходят высокотемпературную обработку. Они имеют сравнительно однородный химический состав и незначительное содержание несгоревших частиц топлива. Некоторая часть золы оседает на трубах котла, поде и стенках топки, но основная ее масса (зола-унос) уносится с дымовыми газами, улавливается и скапливается в бункерах, откуда удаляется потоком воды или пневмотранспортом. На большинстве действующих ТЭС применяют систему гидроудаления для транспортирования золошлаковых смесей в отвалы.
Зола-унос представляет собой тонкодисперсный материал, состоящий в основном из частиц размером 5 – 100 мкм. Ее химико-минералогический состав соответствует составу минеральной части сжигаемого топлива. При сгорании каменного угля зола представляет собой обожженное глинистое вещество с включением дисперсных частиц кварцевого песка. При обжиге минеральной части топлива дегидратируется глинистое вещество и образуются низкоосновные алюминаты и силикаты кальция.
Основным компонентом золы-уноса является стекловидная алюмосиликатная фаза, составляющая 40 – 65% всей массы и имеющая вид частиц шарообразной формы размером до 100 мкм. Из кристаллических фаз в золах могут присутствовать а-кварц и муллит, а при повышенном содержании Fe2O3 также гематит. Если минеральная часть топлива содержит значительное количество карбонатов, то в золе образуются низкоосновные силикаты и ферриты кальция, способные взаимодействовать с водой. В небольшом количестве в золу входят следующие примеси: свободные оксиды кальция и магния, сульфаты, сульфиды и др.
В золах, как правило, содержится углерод в виде различных модификаций коксовых остатков. Содержание их для каменных углей – 3 – 12%, причем несгоревших частиц в тонкодисперсных фракциях золы меньше, чем в грубодисперсных.
Химический состав зол-уносов колеблется в зависимости от месторождений углей.
Золы подразделяются на высококальциевые (содержание СаО > 20%) и низкокальциевые (содержание СаО < 20%). Для первых преобладающими являются кристаллические фазы, для вторых – стекло и аморфизованное глинистое вещество. Интегральной характеристикой химического состава зол служит модуль основности МО, который для основных зол составляет МО > 0,9; кислых – 0,6 – 0,9; сверхкислых – МО < 0,6. В основных золах суммарное содержание суммы оксидов кальция и магния достигает 50%, в сверхкислых – 12. Последние являются более распространенными.
Шлаки – основной вид отходов при кусковом сжигании топлива. При пылевидном сжигании шлаки составляют 10 – 25% от массы образуемой золы. Шлаки образуются в результате спекания отдельных частиц на колосниковой решетке при температуре свыше 1000°С или при охлаждении расплавленной минеральной части топлива при температуре более 1300°С. В связи с интенсификацией процессов сжигания твердого топлива и переходом к использованию в тепловой энергетике многозольных видов углей перспективно применение топок с жидким шлакоудалением. Продуктами жидкого шлакоудаления из энергетических топок являются топливные гранулированные шлаки, образуемые в результате быстрого охлаждения водой минерального расплава.
Жидкое шлакоудаление обеспечивается подогревом воздуха до температуры около 700°С или снижением температуры плавления минеральной части топлива при добавке к ней флюса. В отличие от зол, шлаки, образуемые при более высоких температурах, практически не содержат несгоревшее топливо и характеризуются большей однородностью. Шлак удаляют гидравлическим или сухим способом. При гидравлическом способе, имеющем пока большее распространение, золы и шлаки смешиваются.
Гранулированные шлаки представляют собой механическую смесь зерен размером 0,14 – 20 мм. Химический состав шлаков, как и зол, может изменяться в широком диапазоне – от сверхкислых (МО < 0,1) до основных (МО > 1). Многие топливные шлаки характеризуются значительным количеством (20% и более) оксидов железа, содержащихся преимущественно в закисной форме. Содержание стекловидной фазы составляет 85 – 98%, у основных шлаков оно может быть значительно ниже. В кристаллической фазе возможно наличие муллита, геленита, псевдоволластонита, двухкальциевого силиката и других минералов.
1.2. Классификация топливных отходов от сжигания твердого топлива
Основным критерием, определяющим способность золы и шлака проявлять вяжущие свойства, является наличие кальция в свободном или связанном виде.
Наряду с этим используются следующие критерии:
- модуль основности (гидросиликатный модуль) М0, который представляет собой отношение суммы основных оксидов к сумме кислотных оксидов:
М0 = (СаО + MgO + К2О + Na2O): (SiO2 + А12О3);
- силикатный (кремнеземистый) модуль Мс, показывающий отношение оксида кремния, вступающего в реакцию с другими оксидами, к суммарному содержанию оксидов алюминия и железа:
Мс = SiO2: (A12O3 + Fe2O3);
- коэффициент качества К, показывающий отношение оксидов, повышающих гидравлическую активность к оксидам, снижающим ее:
К = (СаО + А12О3 + MgO): (SiO2 + TiO2).
На основании многочисленных исследований топливных отходов электростанций, сжигающих топливо различных месторождений, золошлаковые материалы разделены на группы - активные, скрыто активные и инертные
К активным относятся золошлаковые материалы (ЗШМ) поволжских сланцев, углей Канско-Ачинского угольного бассейна, ангренского угля, некоторых торфов. Общее содержание оксида кальция колеблется в пределах 20-60%, свободного оксида кальция - до 30%. Такой состав обеспечивает высокие значения модулей основности и силикатного, а также коэффициента качества. ЗШМ от сжигания указанных видов топлива обладают свойством самостоятельно твердеть и могут применяться как самостоятельные вяжущие.
К скрыто активным относятся ЗШМ от сжигания райчихинских, богословских, харанорских, черемховских, хакасских и некоторых других углей. Общее содержание оксида кальция в этих ЗШМ составляет 5-20%, содержание свободного оксида кальция - не выше 2%. Модуль основности составляет не более 5. Как правило, они используются в качестве комплексных вяжущих с активизиторами
К инертным относятся ЗШМ от сжигания экибастузских, подмосковных, кузнецких, донецких, нерюнгринских и других углей Они характеризуются высоким содержанием оксидов кремния и алюминия и низким количеством оксидов кальция и магния. Свободного оксида кальция содержится менее 1%, а в некоторых ЗШМ этой группы его может не быть совсем. В основном их используют в качестве техногенных грунтов.
1.3. Методы использования золошлаковых отходов ТЭС
В настоящее время основное количество золы используется в строительной индустрии (производство цемента, кирпича, изделий из ячеистого бетона, шлакоблоков, легких заполнителей, рубероида, керамзита), в строительстве дамб золошлакоотвалов, строительстве и ремонте дорог. За счет использования золошлаковых материалов (ЗШМ) экономится до 30% цемента и более половины природных заполнителей, снижается теплопроводность бетонов, снижается масса зданий и сооружений.
Разработано более ста технологий изготовления различных бетонов с использованием золы и шлаков. В легких бетонах зола используется в виде заполнителя, взамен кварцевого песка и как добавка к вяжущей компоненте, применяется в ограждающих конструкциях и для снижения массы несущих конструкций. Одним из самых золоемких направлений в производстве строительных материалов является изготовление керамического кирпича, камней и блоков. Изготовление строительного кирпича из золы не требует разработки глиняных карьеров, перевозки, многомесячного выдерживания сырья в запасниках. Зола и шлаки используются как сырьевой компонент и в качестве добавки (5 – 20%) на многих кирпичных заводах. Характерно, что золошлаки системы гидрозолоудаления имеют при изготовлении керамического кирпича преимущество перед сухой золой благодаря равномерному распределению влаги в шихте. На кирпичных заводах за счет использования золы экономится до 20% топлива, повышается качество продукции.
Зола, содержащая 25 – 30% оксида алюминия, является прекрасным и практически неисчерпаемым сырьем для получения коагулянта на основе оксихлорида алюминия, необходимого для очистки питьевых и сточных вод и глинозема. Шламы этого производства могут быть использованы для получения цемента и силикатного кирпича, то есть обеспечивается полное использование ЗШМ. Присутствие в золах комплексов ценных элементов позволяет рентабельно извлекать их при содержании даже более низком, чем в промышленных рудах, что в значительной степени снижает расходы на геологические поиски рудного сырья, разведку месторождений, добычу руды, ее дробление, обогащение, транспортировку. При этом кроме существенного экономического эффекта решаются многие экологические проблемы.
В золе образуется легкая фракция в виде микросфер, представляющих собой полые шарики размером от 10 до 500 мкм, наполненные углекислым газом. На их основе получены кирпичи, стоимость которых почти в два раза меньше стоимости шамотного кирпича. По своим основным характеристикам легкие огнеупорные теплоизоляционные изделия с использованием микросфер с успехом могут заменить традиционный шамотный легковес. Область их применения весьма широка: строительство зданий и сооружений, теплоизоляция в холодильной промышленности, теплозвукоизоляция в судостроении, самолетостроении и других отраслях, где требуется легкий, теплоизоляционный, негорючий материал.
ЗШМ ТЭС находят применение в дорожном строительстве. Для экономии дефицитного цемента при устройстве оснований дорожных одежд применяются смеси с использованием отходов теплоэнергетики. Проведены исследования по использованию золы-уноса для формирования теплоизолирующих слоев дорожных одежд в условиях сурового климата. Высококальциевая зола находит применение в раскислении почв сельскохозяйственных угодий. В результате исследований, проведенных рядом НИИ и высших учебных заведений, установлено, что зола ТЭС, имеющая в своем составе значительно меньше кальция и марганца, чем известь, влияет на кислотные почвы в не меньшей степени.
Наиболее качественной для практического применения является зола-унос сухого отбора. Она обладает наиболее стабильными свойствами, ценными для получения строительных материалов. Существует множество установок сухого золоудаления, позволяющих отгружать золу уноса непосредственно потребителю. Также интерес представляют установки грануляции золошлаковых материалов, которые позволяют складировать гранулированные золошлаки в золоотвалах до их использования, при этом они не слеживаются и не теряют своих потребительских свойств.