Спосіб збагачення золи вугілля теплових електростанцій

Реферат: Спосіб збагачення золи вугілля теплових електростанцій включає утворення золи шляхом спалювання вугілля, створення аерованого потоку золи при заданій концентрації газоподібної і твердої фаз, сепарування потоку з одержанням корисного компонента і хвостів збагачення. Утворений потік піддають пневматичній сепарації в циклоні, за допомогою якого формують відцентрове прискорення зольних частинок, при якому частинки з великою гідравлічною крупністю - хвости збагачення - переміщають на дно циклона. Частинки з малою гідравлічною крупністю, що містять пуцолан, переміщають висхідним потоком по вертикальному патрубку і осаджують у приймальному бункері. Утворені хвости збагачення додатково піддають впливу висхідних повітряних потоків, чим руйнують слабкі магнітні і атомарні зв'язки, і відокремлюють від них частинки з малою гідравлічною крупністю, і направляють у вигляді висхідного потоку по вертикальному патрубку, звідки переміщають по трубопроводу і осаджують у приймальному бункері. Хвости збагачення дозовано подають у повітропровід, за допомогою якого переміщають утворену пневмосуміш на другу стадію пневматичної сепарації в циклоні, за допомогою якого формують відцентрове прискорення частинок. Частинки з великою гідравлічною крупністю - хвости збагачення - переміщають на дно циклона, а частинки з малою гідравлічною крупністю, що містять пуцолан, переміщають висхідним потоком по вертикальному патрубку і осаджують у приймальному бункері. Утворені хвости збагачення другої стадії пневматичної сепарації піддають магнітно-гравітаційній сепарації і формують три технологічних потоки. UA 112956 U (54) СПОСІБ ЗБАГАЧЕННЯ ЗОЛИ ВУГІЛЛЯ ТЕПЛОВИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ UA 112956 U UA 112956 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до теплоенергетики і може бути використана для збагачення золи, що утворюється при спалюванні вугілля, які є основним видом палива на теплових електростанціях, призначених для генерації електричної енергії. Корисна модель може бути використана як основна технологічна схема, що забезпечує збагачення золи вугілля електростанцій, що являє собою комплексну сировину для енергетичної, будівельної і металургійної промисловості. Корисна модель призначена для використання в тому випадку, коли стоїть задача повної утилізації сировини, яку одержують із золи, у результаті максимальної дезінтеграції компонентів, що входять у її склад. Відомий спосіб збагачення золи (Ерошкина Η.Α., Коровкин М.О., Коровченко И.В. Использование золы ТЭС в технологии геополимерных строительных материалов // Молодой ученый. - 2015. - № 7. - С. 117-120. (http://www.moluch.ru/archive/87/17049/). Відповідно до відомої технології, збагачення золи, що утворюється при згорянні вугілля теплових електростанцій, полягає у вибірному вилученню корисного компонента. У результаті збагачувального процесу вилучають тільки частинки склоподібних фаз високої дисперсності, що мають в'язкі і пуцоланові властивості. Зазначені дисперсні частинки золи можуть бути використані при виготовленні високоміцних цементів, які використовують при будівництві відповідальних споруд. Недоліком відомого способу є те, що вибірне вилучення корисного компонента не вирішує проблему повної утилізації продукції, що утворюється при роботі теплових електростанцій. Це приводить до необхідності складування відходів збагачувального процесу, що негативно позначається на екології регіону через значне пилоутворення. Складування отриманих відходів пов'язано з непродуктивними витратами при виконанні заходів щодо пилоподавлення, що особливо витратно в літній період часу при високих температурах навколишнього повітря. Найбільш близьким аналогом, є спосіб збагачення золи теплових електростанцій, що полягає в утворенні золи шляхом спалювання вугілля, створення аерованого потоку золи при заданій концентрації газоподібної і твердої фаз, сепарування потоку з одержанням корисного компонента і хвостів збагачення. Особливістю відомої технології є те, що після видобування золи із золовідвалу її направляють на багатостадійну систему віброгрохотів, продукт яких багаторазово просівається, подрібнюється до необхідного ступеню, змішується з водою і подається в зумпф, звідки відцентровим насосом перекачується на батарейні гідроциклони. Злив гідроциклонів надходить у водообіг самої збагачувальної установки, а нижній продукт (піски) гідроциклонів служить живленням гідрокласифікатора. У даному апараті відбувається поділ частинок по щільності і по крупності за рахунок утворення киплячого шару в надрешітному просторі за допомогою потоків води, яка подається в нижню частину гідрокласифікатора. Наявність системи датчиків, що відслідковують висоту киплячого шару, дозволяє автоматично підтримувати крупність частинок, що видаляють у злив гідрокласифікатора, регулювати концентрацію і крупність частинок, які розвантажують із решіток через пневматично регульовані засувки. Злив гідрокласифікатора, що містить дрібні частинки вугілля і золи, із зумпфа подається насосом на гідроциклон. Нижній продукт гідрокласифікатора (0-3 мм) представлений в основному зольними частинками. Після видалення з нього води, він направляється на склад. Згущений продукт гідроциклона, що містить вугілля і дрібні частинки золи, після фільтрації на стрічковому вакуумфільтрі готовий для використання як паливо на діючій ТЕЦ (http://www.abok.ru/for_spec/articles.php?nid=5784). Недоліками відомої технології збагачення золи електростанцій є те, що: - сировину для збагачувального процесу беруть безпосередньо з відвала, у якому зола, що перебуває там під дією електростатичних полів і метаморфічних процесів, ущільнюється до утворення великоблочних структур; - збагачення визначає необхідність виконання багатостадійного просівання продукту і його здрібнювання до одержання необхідного гранулометричного складу; - у відомій технології, збагачення сировини здійснюється тільки для вилучення основного корисного компонента - незгорілого вугілля; - хвости збагачення повторно складуються, вимагаючи значних площ під розміщення відвалів, які є джерелом інтенсивного пилоутворення; - хвости збагачення не піддаються поглибленому поділу на компоненти і використовуються, при необхідності, тільки як наповнювач для різного роду будівельних сумішей; 1 UA 112956 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 - при збагаченні золи використовується вода, що вимагає значних витрат на зневоднювання отриманого продукту; - при використанні води утруднюється видобування дрібнодисперсних пуцоланових частинок, які є коштовною сировиною для одержання високоміцних цементів; - використання води в технологічному оберті погіршує екологію регіону і санітарно-гігієнічні умови роботи технологічного персоналу; - спосіб не передбачає можливість збагачення золи в процесі її транспортування від печі до місця складування отриманих компонентів; - не передбачається диверсифікованість утворених технологічних потоків, що складаються з відомих компонентів, які відрізняються фізико-механічними властивостями і якісними показниками; - багатостадійність технологічного циклу і видобування обмеженої кількості корисних компонентів визначає високу собівартість процесу й, відповідно, негативно позначається на вартості готового продукту. Задачею корисної моделі є вдосконалення способу збагачення золи вугілля теплових електростанцій за рахунок послідовних циклів гравітаційного, магнітного і електричного впливів на вихідний продукт із формуванням утворених технологічних потоків вилучених продуктів, які входять до складу золи. Поставлена задача вирішується тим, що спосіб збагачення золи вугілля теплових електростанцій, включає утворення золи шляхом спалювання вугілля, створення аерованого потоку золи при заданій концентрації газоподібної і твердої фаз, сепарування потоку з одержанням корисного компонента і хвостів збагачення, згідно з корисною моделлю, утворений потік піддають пневматичної сепарації в циклоні. За допомогою циклона формують відцентрове прискорення зольних частинок, при якому частинки з великою гідравлічною крупністю - хвости збагачення, переміщають на дно циклона, а частинки з малою гідравлічної крупністю, що містять пуцолан, переміщають висхідним потоком по вертикальному патрубку і осаджують у приймальному бункері. Утворені хвости збагачення додатково піддають впливу висхідних повітряних потоків, чим руйнують слабкі магнітні і атомарні зв'язки і відокремлюють від них частинки з малою гідравлічної крупністю, що містять пуцолан, і направляють у вигляді висхідного потоку по вертикальному патрубку. Отримані пуцоланові частинки переміщають по трубопроводу і осаджують у приймальному бункері. Отримані хвости збагачення дозовано подають у повітропровід, за допомогою якого переміщають утворену суміш на другу стадію пневматичної сепарації в циклоні. На другій стадії пневматичної сепарації в циклоні, аналогічно першої стадії, формують відцентрове прискорення частинок. Це відцентрове прискорення дозволяє частинки з великий гідравлічної крупністю - хвости збагачення - переміщати на дно циклона, а частинки з малою гідравлічної крупністю, що містять пуцолан, переміщають висхідним потоком по вертикальному патрубку і осаджують у приймальному бункері. Утворені хвости збагачення другої стадії пневматичної сепарації піддають магнітно-гравітаційної сепарації і формують три технологічних потоки один із яких містить магнітосприйнятливі частинки, другий потік - слабомагнітосприйнятливі частинки, а третій потік, що містить немагнітосприйнятливі частинки - піски і частинки вугілля. Потік немагнітосприйнятливих частинок направляють на електричну сепарацію, у результаті якої формують два потоки, один із яких представляє вуглевмісний продукт, а інший - хвости збагачення. Вуглевмісний продукт направляють на спалювання в тепловій електростанції, а отримані хвости збагачення - мінеральну складову - використовують як наповнювач у будівельній промисловості для виготовлення сумішей, призначених для одержання різних бетонів або для виконання дорожньо-будівельних робіт. Технічний результат від використання корисної моделі полягає в тому, що: - забезпечується повна утилізація золи за рахунок видобування всіх компонентів, що входять у її склад, які дозволяють їх використовувати залежно від фізико-механічних властивостей; - спосіб дозволяє послідовно вилучати корисні компоненти при комплексному впливі сил гравітації, магнітного і гравітаційного полів; - спосіб дозволяє відмовитися від непродуктивного складування золи і одержувати необхідні компоненти безпосередньо в процесі переміщення золи від місця одержання за рахунок пневмотранспортування; - реалізація способу дозволяє відмовитися від складування золи й, відповідно, від необхідності розміщення відвалів значної площі на площах сільськогосподарського призначення; 2 UA 112956 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 - спосіб дозволяє знизити негативний вплив дисперсного середовища у вигляді золи на екологію регіону, у якому працює електростанція, за рахунок того, що процес переміщення золи і її переробка відбувається в обмеженому просторі; - реалізація способу дозволяє використовувати високопродуктивне устаткування, що забезпечує одержання комплексної сировини для різних галузей промисловості з низькою собівартістю процесу його одержання; - спосіб може бути реалізований на будь-яких теплових електростанціях, що використають у якості палива вугілля з різними фізико-механічними і енергетичними характеристиками; - пристрої, що реалізують спосіб можуть бути встановлені на діючій електростанції без її зупинки; - технологічна схема збагачення золи вугілля має високий рівень рентабельності і короткий строк окупності. Спосіб реалізується таким чином. Робота теплових електростанцій, у яких як паливо використовують вугілля, пов'язана із проблемою утилізації золи, що накопичується в великих об'ємах на відвалах. Складування золи приводить до ряду негативних наслідків, серед яких основними є: нераціональне використання земельних ресурсів, погана екологія в регіоні, що прилягає до теплової електростанції, технологічні складності збагачення золи, що перебуває тривалий час у відвалі. Заявлений спосіб дозволяє вирішити проблему ефективного збагачення золи теплових електростанцій безпосередньо після її отримання. Як показали дослідження, найбільш ефективним способом транспортування золи є напірний пневмотранспорт. Цей вид транспорту дозволяє забезпечити високу швидкість переміщення продукту і зберігати його у зваженому, аерованому стані, що особливо важливо для наступних технологічних циклів сепарації потоку з метою виділення корисних компонентів і хвостів збагачення, які утримуються в ньому. Частинки золи, що мають різну гідравлічну крупність, переміщаючись у повітропроводі, надходять у відцентровий пневматичний сепаратор - циклон. Застосування відцентрового пневматичного сепаратора дозволяє частинки з вираженою гідравлічною крупністю розділити в заданому діапазоні. Параметри поділу задаються швидкістю потоку, який надходить у відцентровий сепаратор, а також кутовою швидкістю руху частинок усередині сепаратора. Якщо швидкість потоку недостатня, для поділу компонентів потоку, через наявність місцевих опорів виникаючих на його шляху від печі до сепаратора, то при вході в нього додатково подають напірний потік повітря, який змішуючись із аерованою сумішшю, надають йому необхідну швидкість, достатню для реалізації процесу сепарації. За рахунок відцентрового прискорення відбувається поділ частинок, що рухаються по окружності. Частинки, що мають велику гідравлічну крупність - хвости першої стадії збагачення, переміщаються до периферії потоку, переміщаються уздовж внутрішньої частини циліндричного корпуса відцентрового сепаратора - циклона по спадній і за рахунок впливу відцентрової і гравітаційної складових, переміщають униз на дно циклона. Дрібнодисперсні частинки на цій стадії збагачення мають властивості пуцолану високоякісного компонента, застосування якого дозволяє використовувати його при виготовленні високоякісного цементу, який має широкий спектр застосування в будівельній промисловості. Пуцоланові частинки витягаються із циклона по вертикальному осьовому патрубку повітряним потоком, що надходить із магістрального повітропроводу, що транспортує аерований потік золи. Пуцоланові частинки переміщають по трубопроводу, що відводить, і осаджують у приймальному бункері, який має засоби фільтрації повітря для попередження виносу дисперсних частинок в атмосферу. Дослідження показали, що у хвостах збагачення першої стадії процесу утримуються дрібнодисперсні пуцоланові частинки, які взаємодіють із великими частинками золи за рахунок слабких атомарних, магнітних і електростатичних зв'язків. Ці зв'язки можуть бути порушені за рахунок механічного впливу. В умовах прийнятої технології збагачення, цим механічним впливом є додатковий висхідний потік повітря, яким впливають на хвости збагачення, що перебувають у доній частині циклона. Повітряний потік відокремлює пуцоланові частинки від великих частинок золи, при цьому звільнені частинки направляють висхідним потоком у вертикальний осьовий канал циклона для наступного осадження у бункері. Частково звільнені від пуцолану частинки золи - хвости першої стадії збагачення, переміщають на другу стадію пневматичної сепарації. 3 UA 112956 U 5 10 15 20 25 30 35 Як пневматичний сепаратор використовують аналогічний циклон, у якому формують відцентрове прискорення частинок. Відцентрове прискорення на другій стадії збагачення робить потужний механічний вплив на вхідний у циклон потік і забезпечує повне і остаточне відділення пуцоланових частинок від частинок золи, зв'язаних між собою. На другій стадії збагачення відбувається диверсифікованість потоків на потік з великих частинок золи, що рухається по спіралі вниз на дно циклона, а також на потік звільнених частинок пуцолану, що рухаються також по спіралі вниз, але ближче до осьової частини циклона. Як і у першій стадії збагачення, частинки з великою гідравлічної крупністю - хвости збагачення, переміщають на дно циклона, а частинки з малою гідравлічною крупністю, що містять пуцолан, переміщують висхідним потоком по вертикальному патрубку і осаджують у приймальному бункері. У донній частині циклона другої стадії збагачення утворені хвости збагачення є коштовною полікомпонентною сировиною, що містить значний об'єм незгорілого вугілля, частинка якого становить 20-25 %, крім того, хвости містять магнітосприйнятливі частинки, зі значною масовою частинкою корисного компонента, що може бути концентратом із заданою масовою частинкою корисного компоненту для металургійної промисловості. Збагачення хвостів другої стадії пневматичної сепарації здійснюють на третій стадії збагачення за допомогою магнітно-гравітаційної сепарації, при якій ці хвости піддаються впливу магнітного поля і під дією сил гравітації розділяють на три технологічних потоки. Перший потік, отриманий у результаті магнітно-гравітаційної сепарації, містить максимально багатий продукт, що містить магнітосприйнятливі частинки, які можуть бути використані у якості сировини для металургійної промисловості. Другий потік, отриманий у результаті магнітно-гравітаційної сепарації, містить в основному слабомагнітосприйнятливі частинки, які можуть бути використані в металургійній промисловості, але після попереднього виконання збагачення з одержанням відповідного концентрату. Третій потік, отриманий у результаті магнітно-гравітаційної сепарації, містить немагнітосприйнятливі частинки - піски і частинки вугілля. Дослідження показали, що цей продукт може бути успішно збагачений за допомогою електричної сепарації. Електрична сепарація дозволяє одержати повноцінне паливо - незгоріле вугілля, яке може бути включене у циркуляційну схему подачі його до теплової електростанції. Другим продуктом електричної сепарації є хвости збагачення - мінеральні частинки типу піску, які використовують як наповнювач для готування сумішей, що твердіють, у промисловому і цивільному будівництві. Дослідження показали, що спосіб може бути успішно реалізований на всіх теплових електростанціях, у яких використовується як паливо вугілля, особливо у тих випадках, коли необхідне вирішення задачі утилізації золи, яка утворюється при згорянні вугілля. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 45 50 55 60 Спосіб збагачення золи вугілля теплових електростанцій, що включає утворення золи шляхом спалювання вугілля, створення аерованого потоку золи при заданій концентрації газоподібної і твердої фаз, сепарування потоку з одержанням корисного компонента і хвостів збагачення, який відрізняється тим, що утворений потік піддають пневматичній сепарації в циклоні, за допомогою якого формують відцентрове прискорення зольних частинок, при якому частинки з великою гідравлічною крупністю - хвости збагачення - переміщають на дно циклона, а частинки з малою гідравлічною крупністю, що містять пуцолан, переміщають висхідним потоком по вертикальному патрубку і осаджують у приймальному бункері, а утворені хвости збагачення додатково піддають впливу висхідних повітряних потоків, чим руйнують слабкі магнітні і атомарні зв'язки, і відокремлюють від них частинки з малою гідравлічною крупністю, що містять пуцолан, і направляють у вигляді висхідного потоку по вертикальному патрубку, звідки переміщають по трубопроводу і осаджують у приймальному бункері, при цьому хвости збагачення дозовано подають у повітропровід, за допомогою якого переміщають утворену пневмосуміш на другу стадію пневматичної сепарації в циклоні, за допомогою якого формують відцентрове прискорення частинок, при якому частинки з великою гідравлічною крупністю хвости збагачення - переміщають на дно циклона, а частинки з малою гідравлічною крупністю, що містять пуцолан, переміщають висхідним потоком по вертикальному патрубку і осаджують у приймальному бункері, після чого утворені хвости збагачення другої стадії пневматичної сепарації піддають магнітно-гравітаційній сепарації і формують три технологічних потоки, один із яких містить магнітосприйнятливі частинки, другий потік - слабомагнітосприйнятливі частинки, 4 UA 112956 U а третій потік, що містить немагнітосприйнятливі частки - піски і частинки вугілля, направляють на електричну сепарацію, у результаті якої формують два потоки, один із яких представляє вуглевмісний продукт, а інший - хвости збагачення. Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5