CZ298294B6

CZ298294B6 - Způsob modifikace tokových vlastností vodnýchsuspenzí elektrárenských popílků

Info

Publication number: CZ298294B6
Application number: CZ20050009A
Authority: CZ
Inventors: Andertová@Jana; Rieger@František
Original assignee: Vysoká škola chemicko - technologická; České Vysoké Učení V Praze, Fakulta Strojní; Hydrosystem Project A.S.
Priority date: 2005-01-07
Filing date: 2005-01-07
Publication date: 2007-08-15
Also published as: CZ20059A3

Abstract

Modifikace tokových vlastností vodných suspenzí elektrárenských popílků spočívá v tom, že se k vodní suspenzi elektrárenských popílků obsahující 20 až 35 % obj. popílku přidá aditivum na bázi polykarboxylových kyselin v množství 0,2 až 2 % hmotn., vztaženo na hmotnost popílku, s výhodou kyselina citronová v množství 0,2 až 0,7 % hmotn., vztaženo na hmotnost popílku.

Description

Způsob modifikace tokových vlastností vodných suspenzí elektrárenských popílků

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu modifikace tokových vlastností vodných suspenzí ůletových elektrárenských popílků (produkt odsiřování ze spalování ve fluidním loži).

w Dosavadní stav techniky

Hydraulická doprava suspenzí ůletových elektrárenských popílků má ve srovnání s mechanickými druhy dopravy řadu předností: je kontinuální, je minimálně ovlivněna povětmostí, má velkou kapacitu, je vhodná pro plně mechanizovaný a automaticky řízený provoz, má nízké nároky na 15 pracovní síly, na energii, na zábor půdy, značně snižuje negativní vliv na životní prostředí (hluk, exhalace, prašnost). Její provozní a často i investiční náklady jsou nižší ve srovnání s dopravou popílku v suchém stavu.

Nevýhodou hydraulické dopravy ve formě vodných suspenzí popílků je značný objem přepravo20 váné vody. Tekutost vodných suspenzí popílku je velmi nízká, a proto se koncentrace popílku v přepravovaných suspenzích obvykle pohybují pouze v rozmezí cca 20% obj. až 25% obj. popílků. j

Podstata vynálezu

Uvedené nevýhody odstraňuje způsob modifikace tokových vlastností vodných suspenzí elektrárenských popílků, který podle vynálezu spočívá v tom, že se k vodní suspenzi elektrárenských popílků obsahující 20 až 35 % obj. popílku přidá aditivum na bázi polykarboxylových kyselin 30 v množství 0,2 až 2 % hmotn., vztaženo na hmotnost popílku, s výhodou kyselina citrónová v množství 0,2 až 0,7 % hmotn., vztaženo na hmotnost popílku.

Přídavkem těchto aditiv lze snížit viskozitu, resp. zvýšit tekutost uvedených suspenzí. Takto upravené suspenze lze potom hydraulicky dopravovat při snížené tlakové ztrátě, tedy při sníže35 něm příkonu čerpadla.

Bylo zjištěno, že přídavek aditiva na bázi polykarboxylových kyselin má deflokulační účinky na částice elektrárenského popílku vodné suspenze a zvyšuje tekutost těchto suspenzí. Typ a množství aditiva na bázi polykarboxylových kyselin se mění v závislosti na typu popílku, chemickém 40 složení a fyzikálně-chemických vlastnostech zpracovávaného elektrárenského popílku (chemické a fázové složení, velikost částic a rozdělení velikosti částic, kol o i dní vlastnosti vodných disperzí atd.). Popílky obecně obsahují sloučeniny na bázi vápna, anhydridu síranu vápenatého, hematitu, vápence, písku atd. s minimálním obsahem částic koloidních rozměrů- méně než 5 % hmotn.

Použití kyseliny citrónové ke zlepšení tokových vlastností suspenzí elektrárenského popílku je výhodné z hlediska ekonomické dostupnosti této kyseliny, přidávaného množství, citlivosti dávkování a závislosti přidávaného množství na typu popílku.

Přehled obrázků na výkresech

Na obr. 1 jsou znázorněny chemické a fyzikálně chemické vlastnosti studovaného úletového elektrárenského popílku ze spalování ve fluidním loži, na obr. 2 závislost hodnoty zdánlivé viskozity na hmotnostním přídavku aditiv, na obr. 3 časová závislost viskozity suspenze popílku 55 s přídavkem 0,3 % hmotn. kyseliny citrónové a na obr. 4 závislost efektivní viskozity na rychlosti deformace pro systémy bez přídavku kyseliny citrónové (horní linie) a s přídavkem 0,3 % hmotn. kyseliny citrónové (dolní linie).

Příklady provedení vynálezu

Byla studována změna tokových vlastností vodných suspenzí úletových elektrárenských popílků ovlivněných přídavkem aditiv.

Byla testována aditiva na bázi polykarboxylových kyselin (amonná sůl polyakrylové kyseliny, směsi polykarboxylových kyselin na bázi huminových kyselin, čistá polykarboxylová kyselinakyselina citrónová).

Základní měření byla provedena pro směs elektrárenského popílku, jehož chemické a fyzikálně chemické vlastnosti jsou uvedeny na obr. 1. Ze stanovení velikosti částic a rozdělení velikost částic (přístroj Analyssete fy. Fritsch- metoda laserové difrakce) vyplývá, že systém obsahuje méně jak 5 % částic koloidních rozměrů. Z termogravimetrické analýzy (termogravimetrická křivka stanovení hmotnostní změny systému v závislosti na rostoucí teplotě, TG-750 Stanton-Redcroft) je vidět, že cca do 600 °C nedochází v systému k hmotnostním změnám. Na základě fázové analýzy (RTG-difrakce) a chemické analýzy (XRF analýza) lze konstatovat, že systém se skládá z písku, anhydridu, vápna, hematitu, kalcitu a směsné fáze, čemuž odpovídá i prvkové zastoupení s převažujícím obsahem Ca, Si, Al, Fe, S a K.

Studium tokového chování bylo provedeno pro vodnou suspenzi elektrárenského popílku (o koncentraci 25 % obj. pevné fáze a 75 % obj, vody). Byla měřena změna hodnoty zdánlivé viskozity systému modifikovaného přídavkem aditiva s cílem postižení změny tekutosti systému při různém hmotnostním přídavku aditiva. Měření bylo provedeno na viskozimetru RVI (ThermoHaake, Karlsruhe) v experimentálním uspořádáním dvou souosých válců, senzor Z 41). Hodnota zdánlivé viskozity byla odečítána pro rychlost deformace 50 s“¹ a 100 s“¹. Závislost hodnoty zdánlivé viskozity na hmotnostním přídavku aditiva pro jednotlivá studovaná aditiva je uvedena na obr. 2. Jako aditivum č. 1 je označena amonná sůl polyakrylové kyseliny, aditivum č. 2 směs na bázi huminových kyselin a aditivum č. 3 kyselina citrónová. Na základě charakteru naměřených závislostí se jako nejvýhodnčjší jeví aditivum č. 3 na bázi kyseliny citrónové a č. 2 na bázi směsi huminových kyselin, neboť jeho přidáním se zdánlivá viskozita suspenze snižuje nejvíce, tj. dochází k nej výraznějšímu zlepšení tekutosti daného systému. Pro studovanou suspenzi (fyzikálně—chemické a chemické vlastnosti popílku - viz obr. 1) bylo jako optimální aditivum vyhodnocena kyselina citrónová, v přídavku 0,3 % hmotn., neboť nejnižší hodnoty viskozity dosahuje při nižším hmotnostním přídavku v porovnání s aditivem na bázi huminových kyselin (—0,5 % hmotn.) a sníženou hodnotu viskozity vykazuje v širším intervalu hmotnostních přídavků aditiva. U aditiva na bázi huminátových kyselin se snížení viskozity omezuje jen na velmi úzký interval hmotnostních přípravků, což je nevýhodné v praxi (při technologické nekázni dochází naopak ke zhoršení tekutosti systému). Optimální přídavek kyseliny citrónové se pohybuje okolo 0,3 % hmotn. (došlo k nej výraznějšímu snížení hodnoty zdánlivé viskozity). Pro systémy s odlišnými chemickými a fyzikálně-chemickými vlastnostmi tj. jiný typ popílku (např. popílek o chemickém složení: 24 % hm. Al, 34 % hm. Si, 4 % hm. S, 4 % hm. K, 20 % hm. Ca, s méně než 2 % částic menších než 1 μπι) byla stanovena optimální hodnota přídavku kyseliny citrónové 0,2 % až 0,7 % hmotn.

Zároveň byla měřena stabilita modifikovaných suspenzí, tj. časová změna zdánlivé viskozity aditivem modifikovaného systému (tj. s obsahem stanoveného optimálního hmotnostního přídavku). Závislost časové změny viskozity suspenze (25 % obj. popílku, 75 % obj. vody) obsahující

0,3 % hm. kyseliny citrónové je uvedena na obr. 3. Bylo zjištěno, že studovaná suspenze zůstává stabilní po dobu minimálně 48 hodin.

-2CZ 298294 B6 i 1

Efekt snížení viskozity, resp. zvýšení tekutosti systému byl ověřen dále měřením tokového chování na rotačním viskozimetru (RHEOTEST 2) se šroubovým senzorem a usměrňovacím válcem, Byla měřena suspenze bez přídavku aditiva a suspenze se stanoveným optimálním přídavkem kyseliny citrónové, tj. s 0,3 % hmotn. kyseliny citrónové. Na obr. 4. je uvedeno srovnání tokového chování (závislost hodnoty efektivní viskozity na smykové rychlosti) aditivem nemodifikovaného systému (horní linie) a modifikovaného systému (spodní linie) pro suspenzi o koncentraci 30 % obj. popílku, 70 % obj. vody. Měření pro vyšší objemové zastoupení pevné fáze v suspenzi bylo provedeno záměrně ve snaze o postižení pozitivního efektu modifikace systému z hlediska možného zvyšování koncentrace, resp. snižování obsahu vody v přepravovaném systému. Modifikovaný systém vykázal snížení efektivní viskozity cca o 50 % (v porovnání se systémem stejného objemového zastoupení pevné fáze, bez přídavku modifikujícího aditiva), což se projevilo výrazným zlepšením tekutosti daného systému.

Modelové měření otáček a příkonu tří lopatkového míchadla potřebných pro suspendaci pro vodnou suspenzi elektrárenského popílku (30% obj. popílku, 50% obj. vody) bylo provedeno na nádobě průměru 200 m. Kritické otáčky potřebné pro suspendaci byly určeny vizuálně sledováním pohybu částic na dně nádoby z organického skla (částice se udržují ve vznosu, na dně nádoby nezůstává sediment) a otáčky byly měřeny fotoelektrickým snímačem. Příkon byl určován z kroutícího momentu na nádobě pomocí otočného stolku a měření sily působící na daném rádiusu. Výsledky měření jsou uvedeny v tabulce I, příkon se snížil cca o 45 % a kritické otáčky cca o 16 %, reprodukovatelnost všech měření byla ověřena na základě postupných opakovaných měřeních na studovaných systémech (cca 10 měření). Uvedené výsledky jsou statistickým průměrem. Stanovením snížení příkonu a otáček třílopatkového míchadla potřebných pro suspendaci nemodifikované a modifikované suspenze byla opět potvrzena zlepšená tekutost systému.

Tabulka I. Naměřené parametry procesu suspendace vodné disperze elektrárenských popílků s obsahem 30 % obj. pevné fáze stanovené pro proces zpracování systému bez aditiv a aditivy modifikovaného systému.

Míchadlo	Před žtekucením (D = 200 mm)	Po ztekucehí (D - 200 mm)	Změna
	iik [min⁴]	ta [gl	M_k[Nm]	PfW]	n_k [min¹]	ta’ [g]	Mk [Nm]	P [W]	n[%]	P[%]
3SL(2 nár.)	: 2030	530	0,25	51	1700	350	0,16	29	16,26	44,70

Legenda tabulky: n_k = kritické otáčky, m = hmotnost závaží, M_k = kroutící moment, P = příkon

Průmyslová využitelnost

Produktivita a ekonomika procesu hydraulické dopravy modifikovaných systémů vodných disperzí elektrárenských popílků způsobem podle vynálezu se zvyšuje. V praxi tento fakt znamená, že lze při stávajícím příkonu dopravního zařízení dopravovat systémy s vyšším hmotnostním zastoupením pevné fáze v disperzním systému (zvýšení přepravovaného objemu pevné fáze, snížení spotřeby vody, zvýšení produktivity), popřípadě lze dopravovat systémy se stávajícím zastoupením pevné fáze, avšak při nižším příkonu (snížení ekonomické náročnosti procesu). Homogenizaci suspenzí v míchané nádrži lze provádět při nižších otáčkách míchadla, resp. při nižším příkonu míchacího zařízení.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

5 L Způsob modifikace tokových vlastností vodných suspenzí elektrárenských popílků, v y z n a č u j í c í se t í m , že se k vodní suspenzi elektrárenských popílků obsahující 20 až35 % obj, popílku přidá aditivum na bázi polykarboxylových kyselin v množství 0,
2 až 2 % hmotn., vztaženo na hmotnost popílku.

io 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že se přidává kyselina citrónová v množství 0,2 až 0,7 % hmotn., vztaženo na hmotnost popílku.
3 výkresy
4CZ 298294 B6

a) Rozděleni velikosti částic popílku (srovnáni výsledku mařeni tři odebraných vzorků)

b) Fázové složení popílku stanovené metodou RTG fázové analýzy

c) Ťermogravimetrická křivka popílku

d) Hmotnostní zastoupení základních prvků v popílku