Контрольная работа: Вторичная переработка зольной пыли для получения пуццолана
Дополнительное снижение плотности заполнителя обеспечивается за счет разбухания гранул вследствие удерживания внутри гранул заполнителя газов от сгорания летучих органических веществ, связанного углерода и реакций кальцинации.
Смесь может содержать от 35 до 99% зольной пыли в сухом весе. Предпочтительнее, чтобы смесь содержала от 65 до 95% зольной пыли в сухом весе и от 5 до 35% шлама в сухом весе.
Важнейшими характеристиками обработки внутри вращающейся обжиговой печи являются параллельное движение окатышей и газа, размещение основной горелки на загрузочном конце печи, совершенно ровный температурный профиль вдоль всей длины печи, максимум температур газа порядка 800-1200o C в зонах сжигания и спекания в печи, и состав и скорость течения газа через печь, которые обеспечивают достаточную температуру, кислород и время выдержки для полного выгорания углерода и летучих органических компонентов.
Высокая тепловая энергия отходящих из печи газов позволяет использовать их для сушки агломерируемой смеси пыли и шлама или сушки шлама, предшествующей смешиванию его с зольной пылью.
Упомянутые выше и другие цели и преимущества изобретения поясняются дальнейшим подробным описанием предпочтительного способа выполнения изобретения.
Зольная пыль может изменяться по составу в зависимости от источника ее получения, а также может меняться и в случае получения ее из одного и того же источника в зависимости от специфических условий работы, практикуемых на силовой установке. Типичная зольная пыль, используемая в настоящем изобретении, представляет собой пыль, получаемую на нескольких углесжигающих электростанциях среднего Запада. Потери на обзоливание типичной зольной пыли составляют 0-20% и зольные пыли такого типа могут успешно использоваться. Однако, когда есть несколько источников зольной пыли, целесообразнее смешивать зольную пыль от различных источников для получения конечной смеси, имеющей потери на обзоливание порядка 5-10%. Химический состав золы в той же зольной пыли представлен в табл. 2. Шлам очистки сточных вод также широко меняется по составу и характеристикам. Также очень сильно меняется влажность в зависимости от уровня обработки на средствах обслуживания сточных вод. Примерами типичного шлама также являются шламы, полученные на средствах обслуживания сточных вод на верхнем среднем Западе. Перед смешиванием с зольной пылью влажность шлама должна быть уменьшена до такого уровня, чтобы влажность смеси пыли и шлама была пригодной для агломерации. В зависимости от исходной влажности такой, шлам досушивают общепринятыми и широко известными способами механической и термической сушки шлама.
Исходный высушенный шлам затем может требовать снижения крупности для разрушения любых твердых комков, образовавшихся в процессе сушки и способствования равномерному рассредоточению в смеси с зольной пылью.
Зольная пыль и шлам смешиваются на участке приготовления материала 10, который может включать дозированное или непрерывное смешивание. Влажность смешиваемых пыли и шлама должна быть порядка 5-25% для облегчения смешивания и последующей агломерации смеси. Пыль и шлам смешивают в соотношении около 35-99% пыли в сухом весе и около 1 - 65% шлама в сухом весе. Внутри эти пределов предпочтительным соотношением является около 65-95% пыли в сухом весе и около 5-35% шлама в сухом весе. Как свойственно агломерации, может быть необходимым и желательным добавлять такое связующее как бентонит для способствования образованию смешанных частиц. Такое связующее не должно превышать порядка 20% от общего сухого веса полученной смеси и предпочтительно не должно превышать 5%.
В зависимости от когезионной способности и целостности необработанной агломерируемой смеси в связующем может не возникнуть необходимости.
Смесь смешиваемых пыли и шлама со связующим или без него подается в первый агломератор 12, агломерирующий смесь в небольшие окатыши с диаметром порядка 1/8 - 3/4 дюйма (0,3175 - 1,905 см). Сырые окатыши, полученные в первом агломераторе. 12, подаются во второй агломерате 14, в котором сырые окатыши могут быть покрыты кроющим материалом для предотвращения спекания их друг с другом в процессе тепловой обработки во вращающейся обжиговой печи. Предпочтительно покрытие из зольной пыли с низкими потерями на обзоливание. Альтернативно в качестве покрытия могут использоваться доломит, известняк, портландцемент и другие материалы. В зависимости от тенденции спекания окатышей в обжиговой печи в покрытии может не быть необходимости.
Сырые окатыши с покрытием или без него затем сушат в сушилке 16, с подвижными решетками. Сырые окатыши высушивают до влажности менее 5%. Высушенные окатыши затем вводят во вращающуюся обжиговую печь 18. Высушенные окатыши поступают в тот же конец печи 18, через который снаружи через горелки 20 вводят топливо и воздух, либо воздух вводят через воздушные фурмы 22. Окатыши будут медленно перемещаться через наклонную вращающуюся обжиговую печь в том же направлении, в котором через печь движется поток горячих газов (т.е. в параллельном с потоком газов направлении), максимальная температура в печи должна быть в пределах 800-120o C, и температурный профиль по всей длине обжиговой печи должен быть относительно ровным (или плоским). Окатыши в печи затвердеют. Окатыши пройдут полное прокаливание и будут подвергнуты в различной степени пиролизу и спеканию. На наружной поверхности окатышей будет образовываться оболочка, задерживающая газы, образующиеся внутри окатышей, в результате чего окатыши раздуваются. Это формирует пористую внутреннюю часть (внутренность). Полученный продукт является шаровидным материалом с низкой плотностью, но с твердой и пористой структурой.
Обожженный продукт поступает в охладитель 24, который может охлаждаться водой или воздухом, для снижения температуры продукта до температуры, при которой затем он может транспортироваться и штабелироваться. Тепло из охладителя 24 может быть уловлено и использовано для различных технологических приемов, включая сушку сырых окатышей в сушилке с подвижными решетками.
Добавка шлама существенно увеличивает калорийность смеси в печи и значительно снижает количество внешнего топлива, такого как природный газ, который требуется для зажигания печи. В приведенной ниже таблице 5 приведено сравнительное содержание топлива в типичной смеси зольной пыли и шлама сточных вод в соотношении 65% и 35% соответственно в сравнении со 100% зольной пылью. Как будет показано, количество топлива в виде природного газа, которое необходимо добавить в печь для получения той же самой скорости продукта в коротких тоннах в час (короткая тонна = 907,18 кг) снижается до примерно 85% за счет использования смеси пыли и шлама в сравнении с полностью пылью. Кроме того отходящие из печи газы обладают значительной колорийностью, и эта тепловая энергия может использоваться для сушки шлама, предшествующей смешиванию, для сушки свежих окатышей и для утилизации энергии и других целей. Охладитель и/или отходящие из печи газы могут быть поданы в сушилку с подвижными решетками в качестве источника тепла для процесса сушки. Неиспользованные газы проходят газоочистку и выходят через выводную трубу 26.
На опытной установке проведены испытания различных смесей зольной пыли и шлама сточных вод, включая сравнительные тесты с пылью без шлама. Параметры работы печи также изменялись. Зольная пыль, использованная в каждой смеси, сама была смесью зольных пылей из различных источников. Соотношения различных компонентов в смесях пылей были выбраны с целью достижения определенного процентного содержания потерь на обзоливание. В тестах 1 и 2 процентное содержание потерь на обзоливание составило 10 и 12,8% соответственно. Для всех тестов с 3 по 18 процентное содержание потерь на обзоливание в дозирующем смесителе 30, который придает интенсивное аксиальное и радиальное движение материалу вибратором с высокой скоростью смешения.
Смесь поступала в лотковый окомкователь 32 с диаметром 101 см и глубиной 16,5 см, вращающийся со скоростью порядка 15 - 20 об/мин под углом 45o - 50o к горизонтали. Сырые шарики из первого лоткового окомкователя 32 поступали во второй лотковый окомкователь 34 с аналогичными характеристиками, и сухие покрывающие материалы, если это необходимо, подавались во второй лотковый окомкователь. Пробы агломерированного материала со стадии окомкования собирались и анализировались на влажность, насыпную плотность, количество 45,7 см шариков во фракции, прочность на сжатие в сухом и влажном состоянии и калибр для определения качества полученных сырых шариков. Параметры сырых шариков полученных в различных опытах, приведены в табл. 8.
Сырые окатыши поступали в решетчатую сушилку 36, утилизирующую текущий вниз к плотным частицам теплообменника поток газа. Нагрузочное поперечное сечение сырых окатышей 27,9 см в ширину, 15,2 см в глубину с длиной активной сушки 1,22 м и скоростью решетки менялась от 2,54 до 10,1 см/мин. Температура сушки поддерживалась в зоне 150-200o C. Технологический поток газа регулировался для поддержания влажности в осушаемых шариках ниже 5%.
Высушенные окатыши поступали во вращающуюся обжиговую печь 38 с внутренним диаметром 57,8 см и длиной 3,96 м. Подача осуществлялась в том же направлении, что и зажигание во вращающейся печи, так чтобы поток технологического газа перемещался в одном направлении с потоком твердых частиц. В загрузочном конце печи входящие из сушилки окатыши сначала сушились и подогревались, некоторые органические составляющие испарялись, и начиналось удаление горючих веществ. В следующей зоне испарялись оставшиеся органические вещества, обжигались негорючие вещества в окатышах, и полностью завершалась головка слоя. В последней греющей зоне плотные твердые частицы и газ в течение определенного времени обеспечивают высокие температуры, гарантирующие полный обжиг и последующее затвердевание окатышей.
Две горелки для природного газа 40 и две воздушные фурмы 42 размещены на загрузочном конце. Вторая горелка не использовалась во всех опытах. Печь работала со скоростью 2-3,9 об/мин для обеспечения времени выдержки порядка 30 - 60 мин. Уклон печи составлял 1,04 см/м. В таблице 7 представлены скорость работы печи, расход природного газа и температуры в четырех точках от Т-1 до Т-4 по длине печи.
В таблице 8 представлены значения теплотворной способности смесей, используемых в каждом опыте и насыпная плотность шариков и полученного шарообразного продукта.
Шарообразный продукт из печи передавался во вращающийся холодильник 44, внутренний диаметр которого равен 38,1 см и длина равна 3,66 м.
Вращающийся холодильник с косвенным охлаждением охлаждал плотные частицы до температуры ниже 65o C. Косвенное охлаждение являлось результатом прохождения тепла через стенки кожуха к постоянно увлажняемой наружной поверхности. Уклон холодильника также составлял 1,04 см/м и его скорость поддерживалась постоянной и равной 6 об/мин для обеспечения времени выдержки около 30 мин. Полученный гранулированный продукт анализировался на насыпную плотность и результаты этих опытов приведены в таблице 8.
Полученный на опытной установке продукт удовлетворяет стандарту А ТМ для легковесных заполнителей бетона (марка СЗЗ0), для легковесных заполнителей блоков кирпичной кладки (марка С331) и легковесных заполнителей бетонной изоляции (марка С332). Эти стандарты обеспечивают максимальную насыпную плотность порядка 880-112,2 кг/м3 , в зависимости от степени распределения заполнителя в смеси.
Глава 2. ПОЛУЧЕНИЕ ПУЦЦОЛАНА ИЗ ЗОЛЬНОЙ ПЫЛИ
Процесс, разработанный В. Дж. Хёрстом используется для мокрой переработки зольной пыли с получением из нее ряда продуктов, имеющих большую стоимость, чем исходная зольная пыль, в том числе углеродного концентрата, фракции сферических пористых частиц, концентрата железа, пуццолана повышенной прочности и инертного минерального наполнителя.
Схема процесса приведена на рис. 1. Электростатическую зольную пыль, в мокром или сухом виде, подают на сито 2, где задерживаются и удаляются частицы более крупные чем 50 меш. Здесь, в частности, происходит удаление больших кусков углерода и других агломерированных частиц. Минерал, проходящий через сито размером 50 меш, подается в глиномялку 5, в которую добавляют воду до получений содержания твердого вещества 55 % или выше. Далее материал проходит через серию кондиционирующих или смесительных резервуаров 7а—7г. К суспензии в резервуаре 7о добавляют керосин в количестве 0,9 кг на тонну зольной пыли, что облегчает отделение углерода на следующей стадии пенной флотации.
Зольная пыль контактирует с керосином в резервуарах 7а—7г в общей сложности в течение 30 мин или более. Добавление пенообразователей в последний из резервуаров 7г позволяет улучшить выделение углерода из смеси. Пенообразователь можно добавлять в количестве 150 г на тонну зольной пыли.
Кондиционированный материал, содержащий керосин и частицы пенообразователя, подается в параллельно соединенные флотаторы 9а, где частицы углерода всплывают и отделяются. Отделение проводят обычным методом пенной флотации с использованием воздуха. В флотаторы добавляют воду для получения содержания твердого вещества не более 25 %. В первом всплыве, который может составлять =;2,5 % от общей массы сырья, выделяется 75—80 % всего имеющегося углерода. Получаемый продукт может быть использован в виде сажи. Для получения товарного продукта можно проводить сушку или фильтрование, измельчение и брикетирование.
Далее удаление угля проводят во флотаторах 96, которые последовательно соединены с 9а. При этом отделяется второй всплыв, который может составлять 4 %,от массы сырья. Эта фракция отбрасывается либо подвергается дальнейшей переработке. В процессе дальнейшего пенообразования частицы углеродного концентрата становятся все более мелкими, а содержание углерода снижается.
При добавлении на стадии подготовки к флотации диспергирующего агента гексаметафосфата натрия достигается более четкое отделение углерода. Однако некоторые другие обычные диспергирующие агенты оказывают обратное, действие на процесс отделения углерода. Так, например, для этой цели нельзя применять «Орзан S», поскольку он также является депрессором углерода.
Углерод, удаляемый из зольной пыли, в основном представляет собой пористый материал, который легко размалывается. При измельчении до величины частицменее 1 мкм его можно использовать в качестве наполнителя и армирующего материала для резины.