Спосіб утилізації золи від спалювання вугілля на тепловій електростанції

Реферат: Спосіб утилізації золи, одержаної від спалювання вугілля на тепловій електростанції, при якому аеросуміш, що являє собою перегріту водяну пару, попередньо подрібнену до 15-30 мкм золу та повітря подають до плазмореактора, в якому під дією плазми, одержаної за допомогою НВЧрозряду при частоті 900-2400 МГц утворюють алюміній та кремній, після виходу з реактора суміш охолоджують, алюміній та кремній подають в прийомний тигель на дзеркало попередньо одержаного та перегрітого розплаву кремній-алюміній. UA 71092 U (12) UA 71092 U UA 71092 U 5 10 Корисна модель належить до галузі утилізації золи від спалювання вугілля на тепловій електростанції (ТЕС) та може бути використана для одержання сплавів кремній-алюміній з можливістю подальшого їх розділення на кремній та алюміній. Утилізація золи, що одержана від спалювання вугілля на ТЕС, є дуже актуальною та тяжкою у вирішенні задачею. Багато міст та особливо мегаполісів, поруч з якими знаходяться електростанції, що працюють на вугіллі, опинились в екологічній небезпеці - бути буквально засипаними золою від спалювання вугілля. В цей час продукти переробки золи направляються в будівельні галузі. (патенти RU 239478, 200713480). Відомі способи переробки золи з одержанням органо-мінеральних добрив (UA 39402), але значних, вичерпуючих результатів такої утилізації золи не досягнуто. Слід зазначити, що зола вугільних електростанцій є цінною хімічною сировиною для вилучення з неї металів та інших сполук. В таблиці 1 наведено спектр мінеральних компонентів, що містить зола. 15 Таблиця 1 Компонент SiO2 Аl2О3 Fe2O3 Р2О5 CaO 20 25 30 35 40 45 50 Вміст, % 63-74 23-28 5 0,27 1,5 Компонент ZnO3 La2O3 Се2О3 Y2O3 Sc2O3 Вміст, % 730 92 117 76 77 Як видно з таблиці комерційний інтерес може представляти, в основному, кремнезем та оксид алюмінію. Деякий комерційний інтерес можуть мати рідкі метали (Zr та РЗЕ), якщо способи витягування їх та реалізації після економічної оцінки та доцільності їх одержання та вивчення ринку збуту будуть доцільні. В патенті RU 2097329 представлено спосіб переробки золи, що містить алюміній, одержаний від спалювання вугілля. Суть корисної моделі полягає в тому, що золу піддають магнітній сепарації з одержанням слабомагнітної та сильномагнітної фракцій. Слабомагнітну фракцію шихтують з вапняком та содою, шихту гранулюють, спікають, спек охолоджують, подрібнюють та вилуговують розчином соди, пульпу фільтрують, розчин обезкремнюють і з нього виділяють алюміній. Твердий залишок від вилуговування використовують для одержання цементу. Але, незважаючи на те, що спосіб дозволяє при утилізації золи одержати алюміній, в ньому недостатньо представлена комплексність переробки, оскільки він направлений на одержання тільки алюмінію, при цьому інші компоненти не задіяні. Окрім того, широке використання хімічних компонентів при обробці золи робить спосіб неекологічним. Окрім того, відомий спосіб характеризується множиною трудомістких операцій, що підкреслює складність його технології. Задачею цієї корисної моделі є удосконалення способу утилізації золи від спалювання вугілля на ТЕС шляхом поєднання особливих технологічних прийомів, направлених на комплексну переробку відходів золи, що дозволяє одержати сплав алюмінію та кремнію. Поставлена задача вирішується тим, що в способі утилізації золи, одержаної від спалювання вугілля на ТЕС, згідно з корисною моделлю, аеросуміш, що являє собою перегріту водяну пару, попередньо роздрібнену до 15-30 мкм золу та повітря, подають до плазмореактора, в якому під дією плазми, одержаної за допомогою НВЧ-розряду при частоті 900-2400 МГц, утворюють алюміній та кремній, потім після виходу з реактора суміш охолоджують, а алюміній та кремній подають в прийомний тигель на дзеркало попередньо одержаного і перегрітого розплаву кремній-алюміній. Сукупність наведених вище дій та режимів їх виконання, як встановлено авторами рішення, що заявляється, визначає очікуваний технічний результат. Окрім того, цією корисною моделлю передбачено одержання перегрітої водяної пари в теплообміннику з використанням тепла від вихідної аеросуміші. Вибір інших параметрів, наприклад роздрібнення золи до розмірів зерен 15-30 мкм, частота НВЧ-розряду 900-2400 МГц, обумовлений принципом досягнення необхідного технічного результату. Частки золи знаходяться в оплавленому стані, тому вимагають механічного роздрібнення до зерен вказаного розміру, що дозволяє оптимальним чином приготувати частинки золи до наступних реакцій. При роздрібненні шароподібні частинки золи набувають їжакоподібну форму 1 UA 71092 U 5 10 15 20 25 30 та характеризуються наявністю активних центрів, що і сприяє інтенсивному відновленню оксидів алюмінію та кремнію до металів. Ще одною особливістю цієї корисної моделі є можливість збирати шлак, який накопичується на дзеркалі розплаву кремній-алюміній, і направляти його, наприклад, для використання в будівництві. Суть корисної моделі пояснюється наступним чином. Аеросуміш у своєму складі має дозовані компоненти (зокрема перегріту пару та повітря), кількість яких розраховується в залежності від вмісту оксидів кремнію та алюмінію в суміші, що утилізується. В реакційній камері плазмореактора під впливом температури, яка створюється плазмою і різко підвищується, усі компоненти аеросуміші створюють також активні реакційноздатні центри. В результаті реакційноздатні центри, що утворилися, реагують між собою в загальному потоці аеросуміші з утворенням відновлених кремнію та алюмінію. Після виходу з плазмореактора одержаного продукту, виникає різке зниження його температури, при цьому метали, що утворилися, зберігають свої фізичні властивості. В плазмореакторі потік, що утворюється аеросумішшю, при заданій частоті НВЧ-розряду (900-2400 МГц) і відповідно температурі 2000-2700°К, тонко роздрібнена активована зола реагує з воднем, що утворений вхідною парою, мікрочастки оксидів алюмінію та кремнію відновлюються до металів, а після виходу з плазмореактора охолоджуються і попадають на дзеркало перегрітого розплаву кремній-алюміній в тигель. Розплав кремній-алюміній попередньо готують в спеціальній електропечі. Таким чином в результаті здійснення способу, що заявляється, одержують розплав кремнійалюміній, який є кінцевим продуктом, і при необхідності може бути розділений будь-яким доступним методом на кремній та алюміній. Плазмореактор являє собою циліндричну проточну конструкцію, в якій збуджується плазма від високочастотного генератора плазми (магнетрон НВЧ-розряду). Плазмореактор розміщується вертикально, в нижній його частині встановлено тигель-збірник. Параметри НВЧ плазмотрона наступні: потужність до 200 кВт з робочою частотою генерації, що перестроюється, в діапазоні 2,24 ГГц і 900 МГц, довжина НВЧ плазмоїду 60-70 мм, температура плазменного струменя (по перетину) 3-12 тис°С, КПД ≥ 80 %. Подача НВЧ енергії в реактор виконується по хвилеводу з лінією-вставкою, що настроюється (див. креслення). Дослідна переробка була виконана в 10 експериментах, при цьому використовувалась зола Бурштинської ТЕС, а також золи Рефтинської ТЕС. Зола мала наступний хімічний склад, мас. %: оксид алюмінію оксид кремнію оксид заліза оксид кальцію 24 32 7,2 2,3. 35 40 45 50 55 Решта домішок та компонентів складає приблизно 32 мас. %. В результаті при переробці 1 т золи одержано кремній-алюмінієвий сплав в кількості 592 Кг, чистий первинний алюміній - 203 Кг, чистий кремній (баласт в тому числі) - 442 Кг. При переробці 1 т золи з одержанням 203 Кг алюмінію витрачено 668 КВт енергії. Таким чином спосіб, що пропонується, вирішує територіально екологічні проблеми утилізації золи ТЕС з масштабним одержанням необхідного, наприклад, в металургії, сплаву алюмінійкремній. Крім того, спосіб дозволяє використовувати маси шлаку, що утворюються, наприклад, в будівельних цілях. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 1. Спосіб утилізації золи, одержаної від спалювання вугілля на тепловій електростанції, який відрізняється тим, що аеросуміш, що являє собою перегріту водяну пару, попередньо подрібнену до 15-30 мкм золу та повітря подають до плазмореактора, в якому під дією плазми, одержаної за допомогою НВЧ-розряду при частоті 900-2400 МГц утворюють алюміній та кремній, після виходу з реактора суміш охолоджують, алюміній та кремній подають в прийомний тигель на дзеркало попередньо одержаного та перегрітого розплаву кремній-алюміній. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що перегріту водяну пару одержують в теплообміннику за допомогою використання тепла від вихідної аеросуміші. 3. Спосіб за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що утворений на поверхні розплаву кремнійалюміній шлак направляють на будівельні потреби. 2 UA 71092 U Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3