RU2456354C1 - Method of noble metal extraction from liquid slag when it is removed from coal boiler and device for implementation of this method - Google Patents
Method of noble metal extraction from liquid slag when it is removed from coal boiler and device for implementation of this method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2456354C1 RU2456354C1 RU2010153742/02A RU2010153742A RU2456354C1 RU 2456354 C1 RU2456354 C1 RU 2456354C1 RU 2010153742/02 A RU2010153742/02 A RU 2010153742/02A RU 2010153742 A RU2010153742 A RU 2010153742A RU 2456354 C1 RU2456354 C1 RU 2456354C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- slag
- air
- drum
- boiler
- centrifuge
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y02W30/54—
Abstract
Description
Изобретение относится к угольным энергетическим котлам с жидким шлакоудалением, особенно при их работе на углях, содержащих благородные металлы.The invention relates to coal-fired power boilers with liquid slag removal, especially when they are operated on coals containing noble metals.
При сжигании пылевидного угля в котле образующийся в процессе горения шлак удаляют из топки котла в жидком виде в закалочную ванну, установленную под леткой котла и заполненную водой. Накапливающийся в закалочной ванне отвержденный шлак непрерывно удаляют механически в систему гидрозолоудаления, куда также сбрасывают уловленную летучую золу. Затем смесь шлака и золы удаляют на золошлакоотвал (Ю.П.Соловьев. Вспомогательное оборудование паротурбинных электростанций. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 200 с.).When burning pulverized coal in the boiler, the slag formed during the combustion process is removed from the boiler furnace in liquid form to the quenching bath installed under the boiler’s notch and filled with water. The solidified slag accumulated in the quenching bath is continuously removed mechanically in the hydraulic ash removal system, where the trapped fly ash is also dumped. Then the mixture of slag and ash is removed to the ash and slag dump (Yu.P. Soloviev. Auxiliary equipment of steam turbine power plants. - M.: Energoatomizdat, 1983. - 200 p.).
Такой охлажденный шлак помимо удаления на золошлакоотвал может отгружаться потребителям, при необходимости проходя дробление до нужной крупности.Such cooled slag can be shipped to consumers, in addition to being removed to an ash and slag dump, if necessary, crushing it to the required size.
Установлено, что угли содержат широкий спектр различных элементов, включая благородные металлы (Юдович Я.Э., Кетрис М.В. Ценные элементы-примеси в углях, Екатеринбург, 2006. - 538 с.). Благородные металлы (БМ) включают в себя такие элементы, как серебро, золото, платина, рутений, родий, палладий, рений, иридий, осмий и другие металлы. БМ относятся к редким элементам. Так, содержание серебра в земной коре по массе равно 7·10-6 %, а палладия, наиболее распространенного из металлов платиновой группы, равно 1·10-6 % (Свойства элементов: Справ, изд. В 2-х кн. / Под ред. Дрица М.Е. - 3-е изд. - М.: Руда и Металлы, 2003). Их получение связано с переработкой больших объемов сырья и проведением различных процессов восстановления металлов из соединений, в которых они находятся в рудном сырье. Это требует больших финансовых затрат и приводит к экологическим проблемам, связанным с большими объемами твердых отходов.It has been established that coals contain a wide range of various elements, including noble metals (Yudovich Y.E., Ketris M.V. Valuable impurity elements in coals, Yekaterinburg, 2006. - 538 p.). Noble metals (BM) include elements such as silver, gold, platinum, ruthenium, rhodium, palladium, rhenium, iridium, osmium and other metals. BM are rare elements. Thus, the silver content in the earth's crust by mass is equal to 7 · 10 -6 %, and the palladium, the most common of the platinum group metals, is 1 · 10 -6 % (Properties of elements: Reference, ed. In 2 books. / Under edited by Dritsa M.E. - 3rd ed. - M.: Ore and Metals, 2003). Their receipt is associated with the processing of large volumes of raw materials and various processes for the reduction of metals from compounds in which they are found in ore raw materials. This requires large financial costs and leads to environmental problems associated with large volumes of solid waste.
При сжигании в котлах углей, содержащих микропримеси БМ, они переходят в металлическую форму и попадают в золошлаковые материалы. Содержание БМ в золе и шлаке электростанций незначительно, но с учетом объемов сжигаемого угля объемы БМ, потенциально извлекаемые из золошлаковых продуктов, могут превзойти современное производство этих металлов, обеспечиваемое горнорудной промышленностью и металлургией (Юдович Я.Э., Кетрис М.В. Ценные элементы-примеси в углях. Екатеринбург, 2006. - 538 с.). В минеральной части углей содержатся также соединения железа, никеля, кобальта и других металлов, которые при сжигании угля в восстановительной атмосфере топки частично восстанавливаются, образуя капли чистого металла (Л.Я.Кизельштейн, И.В.Дубов, А.Л.Шпицглуз, С.Г.Парада. Компоненты зол и шлаков ТЭС. М.: Энергоатомиздат, 1975. - 175 с.).When coals containing BM trace elements are burned in boilers, they transform into metallic form and end up in ash and slag materials. The BM content in the ash and slag of power plants is insignificant, but taking into account the volume of coal burned, the BM volumes potentially extracted from ash and slag products may exceed the modern production of these metals provided by the mining industry and metallurgy (Yudovich Y.E., Ketris M.V. Valuable elements -impurities in coal. Yekaterinburg, 2006. - 538 p.). The mineral part of coal also contains compounds of iron, nickel, cobalt and other metals, which, when burning coal in a reducing atmosphere, the furnaces partially recover, forming drops of pure metal (L.Ya. Kizelstein, I.V.Dubov, A.L. Shpitsgluz, S.G.Parada, Components of Evils and Slags of Thermal Power Plants, Moscow: Energoatomizdat, 1975. - 175 p.).
Содержание в углях этих металлов значительно превосходит содержание БМ. Кроме того, в отличие от БМ эти металлы практически содержатся в углях всех месторождений.The content in coal of these metals significantly exceeds the content of BM. In addition, unlike BM, these metals are practically contained in the coals of all deposits.
С точки зрения извлечения упомянутых благородных металлов из углей сжигание углей в котле можно рассматривать как процесс первичного обогащения и восстановления сырья. Например, золотосодержащие Экибастузские угли имеют зольность на сухую массу топлива 40÷48%, а кузнецкие угли - 15÷40% (Энергетическое топливо СССР. Справочник. / В.С.Вдовченко, М.И.Мартынова, Н.В.Новицкий и др. М.: Энергоатомиздат, 1991. - 184 с.). После сжигания таких углей твердый негорючий остаток, в котором содержится металл, имеет массу, в 2-6 раза меньшую, чем исходный уголь.From the point of view of extracting the mentioned noble metals from coal, coal burning in a boiler can be considered as a process of primary enrichment and recovery of raw materials. For example, gold-containing Ekibastuz coals have an ash content on dry fuel mass of 40 ÷ 48%, and Kuznetsk coals - 15 ÷ 40% (Energy fuel of the USSR. Reference book / V.S. Vdovchenko, M.I. Martynova, N.V. Novitsky and Dr. M .: Energoatomizdat, 1991 .-- 184 p.). After burning such coals, the solid non-combustible residue in which the metal is contained has a mass 2-6 times smaller than the initial coal.
Экспериментально установлено, что некоторые угли содержат БМ, например золото, серебро, платину и другие, в концентрациях, представляющих интерес для промышленного их использования в качестве источника этих металлов (С.Б.Леонов, К.В.Федотов, А.Е.Сенченко. Промышленная добыча золота из золошлаковых отвалов тепловых электростанций. - Горный журнал, №5, 1988, с.67-68). Так при сжигании Экибастузского угля с твердым шлакоудалением среднее содержание золота в золошлаковых отвалах Рефтинской ГРЭС составило 0.1÷0.15 г/т. Установлено, что примерно 85% всего золота поступает на золошлакоотвал со шлаком, в котором золото находится в свободной форме в виде сферических оплавленных частиц крупностью 10÷300 мкм. При этом выход шлака составляет 20÷25%, а золы - 80÷85% золошлакового материала.It has been experimentally established that some coals contain BM, for example gold, silver, platinum and others, in concentrations of interest for their industrial use as a source of these metals (S. B. Leonov, K. V. Fedotov, A. E. Senchenko Industrial gold mining from ash and slag dumps of thermal power plants. - Mining Journal, No. 5, 1988, pp. 67-68). So, when burning Ekibastuz coal with solid slag removal, the average gold content in the ash and slag dumps of the Reftinskaya GRES was 0.1–0.15 g / t. It was found that approximately 85% of all gold goes to an ash and slag dump with slag, in which gold is in free form in the form of spherical fused particles with a particle size of 10–300 μm. In this case, the slag yield is 20–25%, and the ash is 80–85% of the ash and slag material.
Наличие большей части золота в шлаке связано с тем, что более тяжелые частицы золота в меньшей степени уносятся газовыми потоками в газоход котла, чем более легкие сравнительно с ними зольные частицы и преимущественно выпадают на под топки котла вместе со шлаковыми частицами.The presence of most of the gold in the slag is due to the fact that heavier particles of gold are less entrained in the gas duct of the boiler by gas flows than the lighter ash particles compared to them and mainly fall on the furnace of the boiler together with the slag particles.
Разделение в топке котла минеральной части угля на летучую золу, содержащую относительно небольшое количество мелких частиц золота, и шлак, содержащий большую часть золота угля, можно рассматривать как вторую ступень процесса обогащения золотосодержащего сырья.The separation in the boiler furnace of the mineral part of coal into fly ash containing a relatively small amount of fine gold particles, and slag containing most of the gold in coal, can be considered as the second step in the process of enrichment of gold-containing raw materials.
В силу наличия описанных механизмов обогащения золошлакоотвалы некоторых электростанций могут рассматриваться как техногенные месторождения ценных металлов, переработка которых может быть экономически привлекательна. Это позволило начать полупромышленную добычу золота за счет переработки материалов золошлакоотвалов электростанции методом сгущения, гидроциклонирования и обогащения на концентраторе Кнельсона исходной золошлаковой пульпы (см. уже упомянутую работу С.Б.Леонова и др.).Due to the presence of the described enrichment mechanisms, ash dumps of some power plants can be considered as technogenic deposits of valuable metals, the processing of which can be economically attractive. This made it possible to start semi-industrial gold mining by processing the materials of ash and slag dumps of a power plant by the method of thickening, hydrocyclone and dressing at the Knelson concentrator of the initial ash and slag pulp (see the work already mentioned by S. B. Leonov et al.).
Недостатком описанного способа удаления шлака является потеря физического тепла шлака при его охлаждении водой, а также захолаживание воронки котла парами воды, поступающими в топку из закалочной ванны с водой.The disadvantage of the described method of slag removal is the loss of physical heat of the slag when it is cooled by water, as well as cooling the boiler funnel with water vapor entering the furnace from the quenching bath with water.
Недостатком описанного способа извлечения БМ из золошлаковых материалов отвалов является необходимость их существенного обогащения. В случае извлечения ценных металлов из золошлакоотвалов это потребует переработки большого объема материала отвалов, концентрация металлов в которых заметно меньше, чем собственно в шлаке. Это связано с тем, что смешение золы и шлака в системе гидрозолоудаления приводит к существенному уменьшению содержанию золота и других ценных металлов в материалах золошлакоотвалов по сравнению с их содержанием в шлаке. Кроме того, возможна неконтролируемая сепарация тяжелых частиц металлов и их фактическая потеря в процессе гидрозолоудаления из котельного цеха на золошлакоотвал.The disadvantage of the described method for extracting BM from ash and slag materials of dumps is the need for their substantial enrichment. In the case of the extraction of valuable metals from ash dumps, this will require the processing of a large amount of material dumps, the concentration of metals in which is noticeably lower than in the slag itself. This is due to the fact that the mixing of ash and slag in the ash removal system leads to a significant decrease in the content of gold and other valuable metals in the materials of ash and slag dumps compared to their content in slag. In addition, uncontrolled separation of heavy metal particles and their actual loss during the ash removal process from the boiler house to the ash and slag dump are possible.
Недостатком описанного способа удаления шлака при отгрузке его потребителям с точки зрения извлечения из него БМ является полная потеря благородных металлов, содержащихся в этом шлаке.The disadvantage of the described method of removing slag during shipment to consumers from the point of view of extracting BM from it is the complete loss of precious metals contained in this slag.
В патенте RU 2251581 С2, выданном Л.Линдгрену (США), для извлечения БМ из шлака предложено использовать шлак, полученный в топке или котле. Для этого собственно для извлечения БМ осуществляют множество стадий дробления шлака, на каждой из которых получают частицы шлака, имеющие последовательно меньшие размеры диаметра частиц, суспендируют дробленые частицы в жидкой среде, отделяют тяжелые частицы, дробят их и повторяют описанные действия. Этот процесс проводят вплоть до получения конечного желаемого размера частиц.In the patent RU 2251581 C2, issued to L. Lindgren (USA), it is proposed to use slag obtained in a furnace or boiler to extract BM from slag. For this purpose, in order to extract BM, many stages of crushing of slag are carried out, on each of which slag particles having successively smaller particle diameters are obtained, crushed particles are suspended in a liquid medium, heavy particles are separated, crushed and the described steps are repeated. This process is carried out until the final desired particle size is obtained.
При использовании такого способа ступенчатого дробления для извлечения БМ имеются проблемы. Так диаметр частиц уже после первого дробления должен быть достаточно мал, чтобы не потерять частицы металла при отделении легких частиц в результате суспендирования в жидкости всех частиц первого диаметра. В одном предпочтительном варианте осуществления способа первый диаметр частиц принят равным 150 мкм. До такого диаметра частиц придется раздробить шлак, который может иметь первоначальную крупность кусков более 150 мм.When using this method of stepwise crushing to extract BM there are problems. So the particle diameter after the first crushing should be small enough so as not to lose metal particles during the separation of light particles as a result of the suspension of all particles of the first diameter in the liquid. In one preferred embodiment of the method, the first particle diameter is taken to be 150 μm. To such a particle diameter, it will be necessary to crush the slag, which may have an initial particle size of more than 150 mm.
Другой проблемой описанного способа является возможность потери частиц БМ. Легко показать, что, если в шлаковой частице первого диаметра 150 мкм будет находиться газовое включение диаметром 50 мкм и частица золота диаметром 25,6 мкм, то масса такой частицы будет равна массе шлаковой частицы такого же диаметра, но без включений. С учетом хаотичности процесса выпадения частиц из топки котла такое предположение представляется достаточно вероятным. Это значит, что такая частица при создании суспензии попадет в категорию «легких» частиц и вместе с чисто шлаковыми частицами того же диаметра будет удалена из дальнейшей переработки, т.е. частица золота диаметром 25,6 мкм будет потеряна. Нельзя исключить и другие соотношения диаметров возможных газовых включений и частиц металла, при которых могут быть потеряны и более крупные частицы БМ.Another problem of the described method is the possibility of loss of BM particles. It is easy to show that if there is a gas inclusion with a diameter of 50 μm and a gold particle with a diameter of 25.6 μm in a slag particle of a first diameter of 150 μm, then the mass of such a particle will be equal to the mass of a slag particle of the same diameter, but without inclusions. Given the randomness of the process of precipitation of particles from the boiler furnace, such an assumption seems quite probable. This means that when creating a suspension, such a particle will fall into the category of “light” particles and, together with purely slag particles of the same diameter, will be removed from further processing, i.e. a gold particle with a diameter of 25.6 microns will be lost. It is impossible to exclude other ratios of diameters of possible gas inclusions and metal particles, at which larger BM particles can be lost.
Еще одной проблемой является возможность образования сплавившихся частиц БМ и железа. Это происходит в расплаве шлака при достаточно большом содержании в угле железа. При увеличении содержания железа в угле вероятность образования таких сплавившихся частиц повышается. Это и наблюдалось Л.Линдгреном при анализе тяжелых частиц, извлеченных на последнем диаметре дробления при переработке шлака, охлажденного в закалочной ванне котла. Все это требует дополнительных операций отделения БМ от железа при дальнейшей переработке.Another problem is the possibility of the formation of fused BM and iron particles. This occurs in the melt of slag with a sufficiently high content of iron in coal. With an increase in the iron content in coal, the probability of the formation of such fused particles increases. This was observed by L. Lindgren in the analysis of heavy particles extracted on the last crushing diameter during the processing of slag cooled in the quenching bath of the boiler. All this requires additional operations of separation of BM from iron during further processing.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является извлечение БМ из шлака при минимальных затратах энергии и использование физического тепла шлака. Другой задачей настоящего изобретения является исключение образования сплавов БМ с содержащимися в шлаке частицами железа и других металлов, которые восстанавливаются из шлакового расплава при попадании на него угольных частиц в топке котла.The problem to which the invention is directed, is the extraction of BM from the slag with minimal energy and the use of physical heat of the slag. Another objective of the present invention is the elimination of the formation of BM alloys with particles of iron and other metals contained in the slag, which are restored from the slag melt when coal particles get on it in the boiler furnace.
Техническим результатом, достигаемым в заявленном изобретении, является исключение присосов холодного воздуха и паров воды из закалочной ванны в топку котла через летку, повышение текучести удаляемого из топки котла жидкого шлака, выделение БМ из жидкого шлака котла, окисление частиц восстановленного железа или других металлов, дожигание несгоревшего в топке углерода, а также использование тепла шлака для нагрева сжатого воздуха.The technical result achieved in the claimed invention is the exclusion of suction of cold air and water vapor from the quenching bath into the furnace of the boiler through the tap hole, increasing the fluidity of liquid slag removed from the furnace of the boiler, isolating BM from the liquid slag of the boiler, oxidizing particles of reduced iron or other metals, afterburning carbon unburned in the furnace, and the use of slag heat to heat compressed air.
Получение технического результата изобретения осуществляют за счет того, что жидкий шлак продувают нагретым воздухом, направляют в центрифугу, где отделяют от него БМ и распыляют в поток пара с каплями воды или в смесь пароводяного потока и воздуха. Частицы отвержденного шлака отделяют от паровоздушного потока и охлаждают воздухом. Выделенные из шлака БМ передают на дальнейшую переработку. Паровоздушную смесь после отделения от нее твердых частиц охлаждают и разделяют воздух и образующийся при этом конденсат. Конденсат используют повторно для отверждения капель жидкого шлака. Нагретый шлаком воздух подают в горелки котла, а часть его подают на продувку жидкого шлака для окисления восстановленных в топке частиц железа и других металлов.Obtaining the technical result of the invention is carried out due to the fact that the liquid slag is purged with heated air, sent to a centrifuge, where BM is separated from it and sprayed into a steam stream with drops of water or into a mixture of a steam-water stream and air. The cured slag particles are separated from the vapor stream and cooled by air. Separated from slag BM transfer for further processing. The vapor-air mixture, after separation of solid particles from it, is cooled and the air and the resulting condensate are separated. The condensate is reused to cure droplets of liquid slag. Heated air is supplied to the burners of the boiler, and part of it is fed to blowing liquid slag to oxidize the particles of iron and other metals recovered in the furnace.
Преимуществами предлагаемого изобретения являются стабильное удаление жидкого шлака, дожигание не прореагировавших в топке котла угольных частиц нагретым воздухом и окисление частиц ферромагнитных металлов, восстановленных в восстановительной атмосфере топки, что снижает вероятность образования сплавов этих металлов с БМ. Получение мелкодисперсного твердого шлака дает возможность легко использовать физическое тепло шлака.The advantages of the invention are the stable removal of liquid slag, the afterburning of coal particles that did not react in the boiler furnace with heated air, and the oxidation of particles of ferromagnetic metals reduced in the reducing atmosphere of the furnace, which reduces the likelihood of the formation of alloys of these metals with BM. The preparation of finely divided solid slag makes it possible to easily use the physical heat of the slag.
Предлагаемый способ поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен вариант общей схемы извлечения металла из шлака котла, а на фиг.5 - расчетный график изменения температуры по радиусу частицы в процессе ее быстрого охлаждения, поясняющий возможности реализации способа.The proposed method is illustrated by drawings, in which Fig. 1 shows a variant of the general scheme for extracting metal from boiler slag, and Fig. 5 is a calculated graph of the temperature change along the radius of a particle during its rapid cooling, explaining the possibility of implementing the method.
Частицы жидкого шлака и не до конца сгоревшие в топке 1 котла частицы угля в процессе горения выпадают на под 2 топки. Собираясь на поду 2 топки, жидкий шлак стекает в летку 3 котла. Объем жидкого шлака, находящийся в летке котла 3, продувают горячим воздухом, который подают по трубопроводу 4. В результате продувки шлакового расплава воздухом дожигают несгоревшие в топке частицы угля и окисляют восстановленные в топке частицы железа и других металлов. Объем шлака в летке котла, продуваемого воздухом, поддерживают постоянным за счет переливного шлакового затвора 5, через который шлак сливают из летки. Жидкий шлак из переливного шлакового затвора 5 по шлакопроводу 6 подают в распределить шлака 7, из которого по шлакопроводу 8 шлак подают в центрифугу 9. За счет центробежных сил частицы металлов, содержащиеся в шлаке, более тяжелые, чем шлаковый расплав, отделяют от шлака. Отделенный от шлака металл периодически или непрерывно отводят из центрифуги по трубопроводу 10 на дальнейшую переработку.Particles of liquid slag and coal particles that are not completely burned in the
Очищенный от металлических включений шлак по линии 11 распыляют центробежными силами в предварительный охладитель 12 шлака, где его охлаждают потоком охладителя в виде воздуха или воздуха с каплями воды. Охлаждающий поток подают в охладитель 12 предварительного охлаждения шлака по трубопроводу 13. Мелкодисперсные капли шлака при распылении быстро охлаждаются и покрываются твердой корочкой.The slag purified from metal inclusions is sprayed along
Отвержденные снаружи частицы шлака отделяют от охлаждающего потока в предварительном охладителе 12 и отводят по трубопроводу 14 в накопитель шлака 18. Поток охладителя вместе с уносимыми им самыми мелкими шлаковыми частицами, образующимися при распылении шлака, отводят из охладителя 12 предварительного охлаждения шлака по трубопроводу 16 в сепаратор 17, где отделяют шлаковые частицы от несущего потока, после чего шлак в виде сыпучей сухой мелкодисперсной массы по шлакопроводу 18 подают в накопитель 15 шлака.Externally hardened slag particles are separated from the cooling stream in the pre-cooler 12 and discharged through a
Отделенный в сепараторе 17 поток охладителя отводят по трубопроводу 19 в конденсатор 20. Воздух отводят из конденсатора 20 по трубопроводу 21, а конденсат отводят по трубопроводу 22.Separated in the
Из накопителя 15 отвержденный шлак по шлакопроводу 23 подают в охладитель 24 шлака, где его охлаждают сжатым воздухом.From the
Охлажденный воздухом в охладителе 24 шлак по трубопроводу 25 подают потребителю или в систему гидрозолоудаления (на фиг.1 не показано).Cooled by air in the cooler 24, the slag is piped 25 to the consumer or to the hydraulic ash removal system (not shown in FIG. 1).
Воздух, охлаждающий шлак в охладителе 24 шлака, подают в него по трубопроводу 26, нагретый воздух отводят из охладителя 24 по трубопроводу 27 и подают в горелки котла (на фиг.1 не показано). Часть нагретого воздуха из трубопровода 27 подают в трубопровод 4 и продувают им шлак в летке 3 котла. Конденсат, отводимый из конденсатора 20 по трубопроводу 22, распыляют в смеситель 28 в поток сжатого воздуха, который подают в смеситель 28 по трубопроводу 29 из трубопровода 26.The air cooling the slag in the
В случае остановки центрифуги 9, например, для устранения неисправности центрифуги или теплообменного оборудования жидкий шлак из распределителя шлака 7 по шлакопроводу 30 подают в закалочную ванну 31 жидкого шлака. В этом случае жидкий шлак гранулируют и охлаждают по общепринятой схеме в воде и удаляют из ванны 31 через канал 32 в систему гидрозолоудаления.In the case of a
Расчетное обоснование процесса отверждения шлаковых частиц в потоке и их последующее использование для нагрева воздуха представлено ниже. В соответствии с данными справочника Энергетическое топливо СССР, М.: Энергоатомиздат, 1991. - 184 с. при расчетах условно принято, что для кузнецкого угля tA=1200°С, tB=1300°С, tC=1400°C, где tA - температура начала деформации золы, tB - температура размягчения золы, a tC - температура жидкоплавкого состояния в полувосстановительной газовой среде.The estimated rationale for the process of curing slag particles in the stream and their subsequent use for heating air is presented below. In accordance with the data of the reference book Energy Fuel of the USSR, Moscow: Energoatomizdat, 1991. - 184 p. in the calculations it was conventionally assumed that for Kuznetsk coal t A = 1200 ° C, t B = 1300 ° C, t C = 1400 ° C, where t A is the temperature at which the ash begins to deform, t B is the softening temperature of the ash, and at C is the temperature liquid-melting state in a semi-reducing gas medium.
При охлаждении поверхности капли до температур, меньших tA, образуется внешняя твердая корочка, после чего капля уже не прилипает к твердой поверхности, при этом температура жидкого ядра изменяется очень мало. На фиг.5 представлено расчетное распределение температур по радиусу частицы шлака, полученное по формулам, приведенным в работе В.П.Исаченко, В.А.Осипова, А.С.Сукомел. Теплопередача. М.: Энергоиздат, 1981. - 416 с. для случая нестационарного охлаждения сферической частицы шлака диаметром 30 мкм. Можно считать, что при охлаждении шлака водой интенсивность охлаждения капли внешней средой намного превосходит интенсивность переноса тепла внутри капли за счет теплопроводности. Это соответствует случаю, когда число Био стремится к бесконечности (Bi→∞). Для этого случая на фиг.5 приведен профиль температуры частицы шлака кузнецкого угля с начальной температурой t0=1450°С в случае нестационарного охлаждения капли водой с температурой 100°С. Принято, что для кузнецкого угля tA=1200°C, a tC=1400°C.When the droplet surface is cooled to temperatures lower than t A , an external hard crust forms, after which the droplet no longer adheres to the solid surface, and the temperature of the liquid core changes very little. Figure 5 presents the calculated temperature distribution along the radius of the slag particles obtained by the formulas given in the work of V.P. Isachenko, V.A. Osipov, A.S. Sukomel. Heat transfer. M .: Energoizdat, 1981. - 416 p. for the case of unsteady cooling of a spherical slag particle with a diameter of 30 μm. We can assume that when cooling the slag with water, the intensity of cooling the droplet by the external medium is much higher than the intensity of heat transfer inside the droplet due to thermal conductivity. This corresponds to the case when the Biot number tends to infinity (Bi → ∞). For this case, Fig. 5 shows the temperature profile of a Kuznetsk coal slag particle with an initial temperature t 0 = 1450 ° C in the case of unsteady cooling of a drop with water at a temperature of 100 ° C. It is accepted that for Kuznetsk coal t A = 1200 ° C, at C = 1400 ° C.
При безразмерном времени охлаждения Fo=0.0033 на капле шлака образуется корочка толщиной 0.113 от радиуса и внешняя температура капли будет равна температуре охлаждающей жидкости. Если такую частицу поместить в адиабатическую камеру, то за счет теплопроводности внешние холодные слои частицы будут нагреваться за счет охлаждения центральной зоны капли и ее равновесная температура будет равна примерно 1200°С, т.е. температуре начала деформации золы. При вдвое большем времени охлаждения Fo=0.0066 на капле шлака образуется корочка толщиной 0.164 радиуса, а ее равновесная температура будет равна 1103.5°С. Это значит, что распыляя в поток воздуха, несущий частицы шлака, воду или непосредственно распыляя шлак водой под давлением и гранулируя его, можно в дальнейшем еще очень горячие, но уже не слипающиеся частицы шлака охлаждать, например, воздухом, нагревая его до температуры около 1050-1150°С в противоточном теплообменнике.With the dimensionless cooling time Fo = 0.0033, a crust 0.113 thick in radius is formed on the slag drop and the external temperature of the drop will be equal to the temperature of the coolant. If such a particle is placed in an adiabatic chamber, then due to thermal conductivity, the outer cold layers of the particle will be heated by cooling the central zone of the droplet and its equilibrium temperature will be approximately 1200 ° С, i.e. temperature of the onset of ash deformation. With a twice as long cooling time Fo = 0.0066, a crust 0.164 radius in thickness is formed on the slag drop, and its equilibrium temperature will be 1103.5 ° С. This means that by spraying water into the air flow carrying slag particles or directly spraying the slag with water under pressure and granulating it, it is possible to further cool, but not sticking, slag particles, for example, by air, heating it to a temperature of about 1050 -1150 ° С in countercurrent heat exchanger.
После предварительного охлаждения шлак отделяют от паровоздушного потока и сбрасывают в теплоизолированный накопитель шлака, где происходит выравнивание температуры по радиусу шлаковых частиц. Далее отвержденный, но имеющий достаточно высокую температуру (1100÷1200°С) шлак, охлаждают воздухом в теплообменном аппарате с опускным течением шлака.After preliminary cooling, the slag is separated from the vapor-air stream and dumped into a thermally insulated slag storage, where the temperature is equalized along the radius of the slag particles. Further, the slag cured, but having a sufficiently high temperature (1100 ÷ 1200 ° C), is cooled by air in a heat exchanger with a slag downflow.
Известно устройство удаления жидкого шлака от сжигания пылевидного угля в котле, в котором топка имеет постоянное сечение либо в ней за счет одностороннего или двухстороннего пережима выделена камера сгорания. Подовая часть открытой топки или камеры сгорания имеет наклон и переходит в летку, под которой установлена закалочная ванна, заполненная водой. Закалочная ванна оснащена устройством механического удаления охлажденного в воде шлака с помощью шнекового, скребкового или роторного механизма, подсоединенного шлакопроводом к системе гидрозолоудаления. Образующийся в процессе горения жидкий шлак выпадает на обмурованный под топки котла и стекает в летку котла, а через нее попадает в закалочную ванну. Накапливающийся в закалочной ванне гранулированный шлак непрерывно удаляется из нее в систему гидрозолоудаления, куда сбрасывают также уловленную летучую золу. Далее, смесь шлака и золы удаляют на золошлакоотвал (Ю.П.Соловьев. Вспомогательное оборудование паротурбинных электростанций. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 200 с.). Такой охлажденный шлак помимо удаления на золошлакоотвал может отгружаться потребителям, при необходимости проходя дробление до нужной крупности.A device is known for removing liquid slag from burning pulverized coal in a boiler, in which the furnace has a constant cross-section or a combustion chamber is allocated in it due to unilateral or bilateral clamping. The hearth of an open firebox or combustion chamber has a slope and passes into a notch, under which a quenching bath filled with water is installed. The quenching bath is equipped with a device for the mechanical removal of water-cooled slag by means of a screw, scraper or rotor mechanism connected by a slag line to the hydraulic ash removal system. The liquid slag formed during combustion falls onto the boiler walled under the furnace and flows into the boiler’s notch, and through it it enters the quenching bath. The granular slag accumulating in the quenching bath is continuously removed from it into the hydraulic ash removal system, where the trapped fly ash is also dumped. Further, the mixture of slag and ash is removed to an ash and slag dump (Yu.P. Soloviev. Auxiliary equipment for steam turbine power plants. - M.: Energoatomizdat, 1983. - 200 p.). Such cooled slag can be shipped to consumers, in addition to being removed to an ash and slag dump, if necessary, crushing it to the required size.
Недостатком такого устройства удаления шлака является потеря физического тепла шлака при его охлаждении водой, а также захолаживание воронки котла парами воды и воздухом, поступающими в топку из закалочной ванны с водой через летку. Это снижает жидкотекучесть шлака и может привести к образованию шлаковых наростов в летке. При сжигании непроектного высокозольного угля, сверхнормативных присосах воздуха через летку топки, плохом состоянии зажигательного пояса топки часто возникает необходимость сжигания в котле природного газа на поддержание стабильного шлакоудаления.The disadvantage of such a slag removal device is the loss of physical heat of the slag when it is cooled by water, as well as the cooling of the boiler funnel by water vapor and air entering the furnace from the quenching bath with water through the tap hole. This reduces the fluidity of the slag and can lead to the formation of slag growths in the notch. When burning non-projected high-ash coal, excess air suction through the notch of the furnace, and the poor condition of the furnace’s incendiary belt, it is often necessary to burn natural gas in the boiler to maintain stable slag removal.
При наличии в углях БМ они попадают на золошлакоотвалы, и в случае извлечения ценных металлов из золошлакоотвалов это потребует переработки большого объема материала отвалов, концентрация металлов в которых заметно меньше, чем собственно в шлаке. Это связано с тем, что смешение золы и шлака в системе гидрозолоудаления приводит к существенному уменьшению содержанию золота и других ценных металлов в материалах золошлакоотвалов по сравнению с их содержанием в шлаке. Кроме того, возможна неконтролируемая сепарация тяжелых частиц металлов и их фактическая потеря в процессе гидрозолоудаления из котельного цеха на золошлакоотвал.If BM is present in the coal, they end up in ash and slag dumps, and in the case of the extraction of valuable metals from ash and slag dumps, this will require the processing of a large amount of dump material, the concentration of metals in which is noticeably lower than in the slag itself. This is due to the fact that the mixing of ash and slag in the ash removal system leads to a significant decrease in the content of gold and other valuable metals in the materials of ash and slag dumps compared to their content in slag. In addition, uncontrolled separation of heavy metal particles and their actual loss during the ash removal process from the boiler house to the ash and slag dump are possible.
Недостатком описанного устройства удаления отвержденного шлака при отгрузке его потребителям с точки зрения извлечения из него БМ является полная потеря ценных металлов, содержащихся в этом шлаке.The disadvantage of the described device for the removal of solidified slag during shipment to consumers from the point of view of extracting BM from it is the complete loss of valuable metals contained in this slag.
Известно устройство удаления жидкого шлака от сжигания пылевидного угля в котле, в котором подовая часть топки имеет обмуровку, а в нижней части пода имеется летка для отекания жидкого шлака в ванну с проточной водой (М.В.Мейкляр. Современные котельные агрегаты ТКЗ. - М.: Энергия, 1978. - 223 с.). В ванне шлак затвердевает в виде зерен (гранул), после чего удаляется в систему гидрозолоудаления с помощью шлакоудаляющего механизма, например роторного транспортера.A device for removing liquid slag from burning pulverized coal in a boiler, in which the hearth of the furnace is lined, and in the bottom of the hearth there is a notch for swelling liquid slag in a bath with running water (M.V. Meiklyar. Modern boiler units TKZ. - M .: Energy, 1978.- 223 p.). In the bath, the slag hardens in the form of grains (granules), after which it is removed into the hydro-ash removal system using a slag-removing mechanism, for example, a rotary conveyor.
Недостатком такого устройства удаления шлака является потеря физического тепла шлака при его охлаждении водой, а также захолаживание воронки котла парами воды и воздухом, поступающими в топку из закалочного ковша с водой через летку. В периоды временного увеличения вязкости шлака, например при изменении состава топлива или изменении режима работы котла, под леткой нарастают крупные куски шлака, периодически падающие в ванну. Это может привести к забиванию летки или затруднению удаления шлака из ванны, при этом не исключаются и механические поломки роторного транспортера.The disadvantage of this slag removal device is the loss of physical heat of the slag when it is cooled by water, as well as the cooling of the boiler funnel with water vapor and air entering the furnace from the quenching ladle with water through the tap hole. During periods of temporary increase in slag viscosity, for example, when changing the composition of the fuel or changing the mode of operation of the boiler, large pieces of slag grow periodically under the tap hole, periodically falling into the bath. This can lead to clogging of the tap hole or difficulty in removing slag from the bath, and mechanical damage to the rotor conveyor is not excluded.
Недостатком такого устройства удаления шлака также является потеря физического тепла шлака при его охлаждении водой и потеря БМ в случае их наличия в сжигаемом угле.A disadvantage of such a slag removal device is also the loss of physical heat of the slag when it is cooled by water and the loss of BM if they are present in the burned coal.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является сведение к минимуму затрат энергии на извлечение БМ из шлака угольного котла с жидким шлакоудалением и использование физического тепла шлака. Другой задачей настоящего изобретения является снижение содержания в шлаке частиц несгоревшего углерода, а также железа и других металлов в восстановленной форме и предотвращение образования сплавов этих металлов с БМ.The problem to which the invention is directed, is to minimize energy costs for extracting BM from the slag of a coal boiler with liquid slag removal and the use of physical heat of slag. Another objective of the present invention is to reduce the content in the slag of unburned carbon particles, as well as iron and other metals in reduced form and to prevent the formation of alloys of these metals with BM.
Техническим результатом, достигаемым в заявленном изобретении, является исключение присосов холодного воздуха и паров воды из закалочной ванны в топку котла через летку, повышение жидкотекучести шлака, эффективное отделение частиц БМ от шлака, выпадающего на поверхность пода топки котла, окисление частиц восстановленного железа или других металлов, дожигание и газификация несгоревшего в топке углерода, а также использование тепла шлака для нагрева сжатого воздуха.The technical result achieved in the claimed invention is the exclusion of suction of cold air and water vapor from the quenching bath into the furnace of the boiler through the notch, increasing the fluidity of slag, the effective separation of BM particles from slag falling on the surface of the furnace of the boiler, oxidizing particles of reduced iron or other metals , afterburning and gasification of unburned carbon in the furnace, as well as the use of slag heat to heat compressed air.
Преимуществами предлагаемого устройства являются стабильное удаление жидкого шлака, эффективное удаление частиц металла из шлака, дожигание и газификация не прореагировавших в топке котла угольных частиц в воздушном потоке и окисление частиц ферромагнитных металлов, восстановленных в восстановительной атмосфере топки, что снижает вероятность образования сплавов частиц этих металлов с частицами БМ. Все это позволяет использовать физическое тепло шлака и энергию не сгоревших в топке угольных частиц, а также существенно снизить потребление энергии при выделении БМ из шлака.The advantages of the proposed device are the stable removal of liquid slag, the effective removal of metal particles from the slag, the afterburning and gasification of coal particles not reacted in the boiler furnace in the air stream, and the oxidation of the particles of ferromagnetic metals reduced in the reducing atmosphere of the furnace, which reduces the likelihood of the formation of alloys of particles of these metals with BM particles. All this allows you to use the physical heat of the slag and the energy of coal particles not burnt in the furnace, as well as significantly reduce energy consumption during the release of BM from the slag.
Предлагаемое устройство поясняется чертежами, где на фиг.2 представлен вариант устройства для удаления жидкого шлака из котла и извлечения металла из шлака котла с помощью центрифуги, имеющей горизонтальную ось вращения. На фиг.3 представлен вариант такой центрифуги с периодической разгрузкой БМ, а на фиг.4 представлен вариант центрифуги с непрерывной разгрузкой.The proposed device is illustrated by drawings, where figure 2 shows a variant of the device for removing liquid slag from the boiler and extracting metal from the slag of the boiler using a centrifuge having a horizontal axis of rotation. Figure 3 presents a variant of such a centrifuge with periodic unloading BM, and figure 4 shows a variant of a centrifuge with continuous unloading.
На фиг.2 показана топка 1 котла, которая имеет под 2 с леткой 3 для отвода жидкого шлака. Летка 3 имеет перфорированное дно 33, отверстия в котором с наружной стороны выходят в воздушный коллектор 34. В стенке летки 3 в придонной части имеется отверстие 35, с помощью которого придонная часть летки 3 сообщается с переливным шлаковым затвором 5. Разделительной стенкой 36 переливной шлаковый затвор 5 разделен на подъемную и опускную части. Выход переливного шлакового затвора 5 шлакопроводом 6 подсоединен к распределителю шлака 7. Распределитель шлака 7 шлакопроводом 8 подсоединен к внутренней полости центрифуги 9, выход из которой по металлу подключен к трубопроводу 10. Выход центрифуги 9 по жидкому шлаку подсоединен (на фиг.2 не показано) к охладителю 12 предварительного охлаждения шлака, который трубопроводом 13 подсоединен к смесителю 28, Выход охладителя 12 по предварительно охлажденному шлаку трубопроводом 14 подсоединен к промежуточному накопителю 15 шлака, а выход по охлаждающей среде трубопроводом 16 подсоединен к сепаратору 17. Выход сепаратора 17 по шлаку соединен с промежуточным накопителем 15 шлака, который соединен с охладителем 24 охлаждения шлака сжатым воздухом.Figure 2 shows the
Вход в охладитель 24 шлака по воздушной стороне подсоединен трубопроводом 26 к воздушному компрессору 37, а выход - трубопроводом 27 подсоединен к горелкам котла (на фиг.2 не показано). Трубопровод 27 трубопроводом 4 подсоединен к воздушному коллектору 34.The air inlet of the
Сепаратор 17 трубопроводом 19 подсоединен к конденсатору 20, к которому подсоединены также трубопровод отвода воздуха 21 и трубопровод конденсата 22. Трубопровод конденсата 22 соединяет конденсатор 20 со смесителем 28, который трубопроводом 29 подсоединен к трубопроводу 26 сжатого воздуха.The
Выход охладителя 24 шлака по твердому шлаку шлакопроводом 25 подсоединен к накопителю 38 охлажденного шлака.The output of the
Распределитель 7 шлака шлакопроводом 30 соединен с закалочной ванной 31 шлака, имеющей устройство 32 удаления гранулированного шлака (показано условно).
На фиг.3 показано устройство центрифуги с горизонтальной осью вращения для отделения частиц БМ от шлака и периодической разгрузкой БМ. Барабан 39 центрифуги 9 имеет глухое дно, к которому подсоединен вал 40 привода центрифуги, установленный в подшипники 41. Со стороны открытой части барабан 39 соединен с опорной втулкой 42, установленной в подшипники 43. Между фланцем 44 барабана 39 и фланцем 45 опорной втулки 42 имеется ряд равномерно расположенных по окружности радиальных отверстий 46. Напротив отверстий 46 расположен кольцевой щелевой канал 11 предварительного охладителя 12, образованный двумя дисками 47. На своем внешнем диаметре кольцевой щелевой канал 11 выходит в тороидальную камеру 48, так что одна из сторон щели является касательной к внутренней окружности тороидальной камеры 48. Объем между дисками 47 и фланцами 44 и 45 уплотнен кольцевой коробкой 49 с кольцевыми лабиринтовыми уплотнениями 50, в одном из вариантов примыкающими к цилиндрическим частям барабана 39 и втулки 42. Кольцевая коробка 49 имеет патрубки 51 для отвода паровоздушной смеси. Тороидальная камера 48 имеет патрубок 52 подвода воздушно-водяной смеси и патрубок 53 для отвода частиц шлака.Figure 3 shows a centrifuge device with a horizontal axis of rotation for separating BM particles from slag and periodic unloading of BM. The
Барабан 39 центрифуги 9 имеет кольцевой карман 54, образованный кольцевой проставкой 55 между фланцами 56 и 57 цилиндрической части барабана 39.The
В цилиндрический барабан 39 через отверстие в опорной втулке 42 входят перемещаемый в осевом направлении подающий шлакопровод 58 и перемещаемый в осевом и радиальном направлениях трубопровод 10 отбора БМ. Трубопровод 10 имеет Г-образный отвод для забора металла при перемещении отвода в кольцевой карман 54.In the
На фиг.4 показано устройство центрифуги с горизонтальной осью вращения для отделения частиц БМ от шлака и непрерывной разгрузкой БМ. Здесь кольцевой карман 54 образован кольцевой проставкой 55 между фланцами 56 и 57 цилиндрической части барабана 39. Во фланце 57 имеются равномерно расположенные по окружности отверстия 59, которыми кольцевой карман 54 сообщается с полостью 60. Полость 60 образована фланцем 57 и кольцом 61, посаженным на цилиндрическую часть барабана 39. В кольце 61 имеется ряд равномерно расположенных по окружности радиальных отверстий 62. Напротив отверстий 62 установлена тороидальная камера 63, имеющая кольцевой щелевой канал 64, образованный двумя дисками 65, составляющими одно целое с тороидальной камерой 63. На своем внешнем диаметре кольцевой щелевой канал 64 выходит в тороидальную камеру 63, так что одна из сторон щели является касательной к внутренней окружности тороидальной камеры 63. Нижняя часть тороидальной камеры 63 подсоединена трубопроводом 10 отвода металла, под которым установлен накопитель 66 металла.Figure 4 shows a centrifuge device with a horizontal axis of rotation for separating BM particles from slag and continuous unloading of BM. Here, the
Представленное на фиг.2 устройство работает следующим образом. При работе котла частицы жидкого шлака и не до конца сгоревшие в топке 1 котла частицы угля в процессе горения выпадают на под 2 топки 1. Собираясь на поду 2 топки, жидкий шлак стекает в летку 3 котла. Объем жидкого шлака, находящийся в летке котла 3, через перфорированное дно 33 продувается горячим воздухом, который поступает по трубопроводу 4 в коллектор 34. В результате продувки шлакового расплава воздухом дожигаются несгоревшие в топке частицы угля и окисляются восстановленные в топке частицы железа и других металлов. Шлак из летки 3 котла отводится через отверстие 35, с помощью которого придонная часть летки 3 сообщается с переливным шлаковым затвором 5. Проходя через отверстие 35, шлак поступает в восходящую часть переливного шлакового затвора 5, поднимается вверх, перетекает через разделительную стенку 36 и поступает в опускную часть переливного шлакового затвора 5. Жидкий шлак из переливного шлакового затвора 5 по шлакопроводу 6 поступает в распределитель 7 шлака, который подает поток шлака либо в шлакопровод 8, либо в шлакопровод 30. При работе центрифуги 9 шлак из распределителя шлака 7 по шлакопроводу 8 поступает в центрифугу 9.Presented in figure 2, the device operates as follows. During the operation of the boiler, particles of liquid slag and coal particles that are not completely burnt in the
В центрифуге 9 частицы БМ как более тяжелые по сравнению с жидким шлаком перемещаются к периферии и накапливаются в кольцевом кармане, откуда металл периодически или непрерывно отводится по трубопроводу 10.In a
Очищенный от частиц металла шлак под действием центробежных сил распыляется и поступает в охладитель 12 предварительного охлаждения шлака. Капли шлака охлаждаются встречным потоком охлаждающей среды, подаваемой в охладитель 12 по трубопроводу 13 из смесителя 28, в результате чего внешняя поверхность капли отверждается.The slag purified from metal particles is sprayed by centrifugal forces and enters the
Отвержденные снаружи частицы шлака отделяются от охлаждающего потока в предварительном охладителе 12 и по трубопроводу 14 поступают в промежуточный накопитель 15 шлака. Паровоздушный поток вместе с уносимыми им самыми мелкими шлаковыми частицами, образующимися при распылении шлака, отводится из охладителя 12 предварительного охлаждения шлака по трубопроводу 16 в сепаратор 17. В сепараторе 17 частицы шлака отделяются от паровоздушного потока и поступают в промежуточный накопитель 15 шлака.Externally cured slag particles are separated from the cooling stream in the pre-cooler 12 and through a
Паровоздушный поток из сепаратора 17 по трубопроводу 19 отводится в конденсатор 20, где пары воды конденсируются и отводятся по трубопроводу 22 конденсата в смеситель 28. Несконденсировавшийся воздух отводится из конденсатора 20 по трубопроводу 21. В смеситель 28 по трубопроводу 29 подается сжатый воздух из трубопровода 26 и распыляется конденсат из конденсатора 20. Воздушно-капельная смесь по трубопроводу 13 поступает в предварительный охладитель 12.The vapor-air stream from the
В промежуточном накопителе 15 температура шлаковых частиц выравнивается по радиусу частиц за счет механизма теплопроводности. Из промежуточного накопителя 15 шлак поступает в охладитель 24 шлака, где омывает поверхность нагрева либо продувается непосредственно охлаждающим воздухом и постепенно спускается вниз, тем самым нагревая воздух по противоточной схеме. Нагреваемый в охладителе 24 шлака воздух подается в него по трубопроводу 26 компрессором 37.In the
Нагретый в охладителе 24 шлака воздух по трубопроводу 27 поступает в горелки котла (на фиг.2 не показано). Часть нагретого воздуха из трубопровода 27 по трубопроводу 4 подается в коллектор 34 для продувки шлакового расплава в летке 3.Heated air in the cooler 24 of the slag through the
Из охладителя 24 шлака охлажденный шлак по шлакопроводу 25 подается в накопитель 38 охлажденного шлака.From the
В случае остановки центрифуги 9 для устранения неисправности центрифуги или теплообменного оборудования жидкий шлак из распределителя 7 шлака по шлакопроводу 30 подается в закалочную ванну 31 жидкого шлака и через канал 32 в систему гидрозолоудаления.In the case of a
Представленная на фиг.3 центрифуга работает следующим образом. Жидкий шлак по подающему шлакопроводу 58 поступает на нижнюю образующую внутренней поверхности барабана 39 центрифуги 9 вблизи ее глухого дна, к которому подсоединен вал 40 привода центрифуги 9. За счет сил вязкого трения жидкий шлак вовлекается во вращение и растекается в виде пленки по внутренней поверхности барабана 39, двигаясь в сторону опорной втулки 42. Капли БМ при этом под действием центробежных сил движутся к периферии и в процесс течения пленки в центрифуге оказываются на внутренней поверхности барабана 39. Проходя над кольцевым карманом 54 в барабане 39, капли металла попадают в него и постепенно накапливаются в нем, вытесняя из него шлак.Presented in figure 3, the centrifuge operates as follows. Liquid slag is supplied through the
Очищенный шлак достигает торцевой части барабана 39 и поступает в радиальные отверстия 46. Эти отверстия, действуя как каналы центробежного насоса, разбрызгивают жидкий шлак. Образующиеся капли шлака попадают в неподвижный кольцевой канал 11 между дисками 47, который соединяется с тороидальной камерой 48. По патрубку 52 в тороидальную камеру 48 подается под давлением воздушно-капельная смесь, которая поступает в кольцевой канал 11 и движется навстречу каплям шлака, охлаждая их. Давление и скорость движения воздушно-капельной смеси выбирается так, чтобы капли шлака, образующиеся при центробежном распылении, не выносились бы из канала 11 встречным охлаждающим потоком и при этом успевали бы отверждаться с поверхности. Такие частицы шлака, попадая в тороидальную камеру 48, поступают в ее нижнюю часть, не прилипая к стенкам улитки и не слипаясь друг с другом. Очень мелкие капли шлака, которые могут образоваться при центробежном распылении, выносятся охлаждающим потоком в кольцевую коробку 49, из которой поток с мелкими частицами шлака отводится по патрубкам 51.The cleaned slag reaches the end of the
Давление охлаждающей среды в кольцевом канале 11 поддерживают повышенным за счет лабиринтовых уплотнений 50. Отвержденные с поверхности капли шлака, поступившие в тороидальную камеру 48, собираются в нижней ее части и отводятся из нее через патрубок 53.The pressure of the cooling medium in the
При накоплении достаточного количества БМ в кольцевом кармане 54 подача шлака в центрифугу прекращается и остатки шлака удаляются через отверстия 46 за счет центробежных сил. В барабан центрифуги вводится трубопровод 10 отвода БМ. Его отогнутая часть погружается в кольцевой карман 54 за счет поворота вокруг оси трубопровода 10 и перемещения в радиальном направлении. При погружении отогнутой части в жидкий металл за счет скоростного напора металла он поступает в трубопровод 10 и удаляется из кармана 54.Upon accumulation of a sufficient amount of BM in the
Представленная на фиг.4 центрифуга работает так же, как и центрифуга, представленная на фиг.3. Отличие состоит только в отводе накопленного БМ. По мере накопления БМ в кольцевом кармане 54 металл по отверстиям 59 поступает в полость 60. Пока свободная поверхность металла в полости 60 не достигнет внутреннего радиуса кольца 61, происходит накопление металла при поступлении капель металла в кольцевой карман 54. В этом случае силы давления металла в полости 60 уравновешивают давление слоя шлака и металла в полости 54. Если же поверхность металла в полости 60 достигнет внутреннего радиуса кольца 61, то при поступлении капель металла в полость 54 происходит вытеснение металла в полости 60 на меньший радиус, в результате чего металл попадает в отверстия 62 и за счет центробежных сил удаляется через эти отверстия. Капли металла, вылетающие из отверстий 62, попадают в кольцевой канал 64, а из него в тороидальную камеру 63 сбора металла. Поступающие в тороидальную камеру 63 капли металла стекают в ее нижнюю часть и отводятся из нее через трубопровод 10 отвода металла в накопитель 66 металла.The centrifuge shown in FIG. 4 works in the same way as the centrifuge shown in FIG. 3. The difference is only in the allocation of accumulated BM. As BM accumulates in the
При самом первом пуске центрифуги некоторое минимальное количество металла заливается в кольцевой карман 54, образуя гидравлический затвор и препятствуя вытеканию шлака, когда еще не накоплено в кармане достаточное количество металла.At the very first start-up of the centrifuge, some minimal amount of metal is poured into the
Рассмотрим жидкое шлакоудаление для котла П-67/2650 т/ч блока 750 МВт Березовской ГРЭС-1. По данным (В.А.Бутан, А.М.Сазонов, В.П.Шорохов, В.В.Косарев. Угли Канско-Ачинского бассейна и продукты их сжигания как «нетрадиционные виды полезных ископаемых». // Уголь, 2000. №6, С.55-57) среднее содержание золота в материале золоотвала можно принять равным 0.97 г/т, а серебра - 18,75 г/т. Будем считать, что 85% металла попадает в шлак и только 15% металла попадает в золу уноса.Let us consider liquid slag removal for the P-67/2650 t / h boiler of the 750 MW block of the Berezovskaya GRES-1. According to (V.A. Butan, A.M.Sazonov, V.P. Shorokhov, V.V. Kosarev. Coals of the Kansk-Achinsk basin and products of their combustion as “non-traditional types of minerals.” // Coal, 2000. No. 6, P.55-57) the average gold content in the material of the ash dump can be taken equal to 0.97 g / t, and silver - 18.75 g / t. We assume that 85% of the metal goes to slag and only 15% of the metal goes to fly ash.
Используемый уголь - бурый уголь Березовского разреза марки Б2Р. По данным (Энергетическое топливо СССР. Справочник / В.С.Вдовченко и др. М.: Энергоатомиздат, 1991) теплотворность угля 
В работе В.В.Иванов, И.В.Иванов. Энергосберегающая экологически чистая технология сжигания твердого топлива и переработки золошлаковых отходов электростанций. Рязань, 2009. - 476 с. изучена летучая зола Березовской ГРЭС-1. Отмечено, что шлаки от плавления золы уноса при 1280-1300°С жидкотекучи и имеют динамическую вязкость µ=0.4-0,6 Па·с. Плотность расплава при 1380°С равна 2.85 т/м3.In the work of V.V. Ivanov, I.V. Ivanov. Energy-saving environmentally friendly technology for burning solid fuel and processing ash and slag waste from power plants. Ryazan, 2009 .-- 476 p. The fly ash of Berezovskaya GRES-1 was studied. It is noted that slags from the melting of fly ash at 1280-1300 ° C are fluid and have a dynamic viscosity of µ = 0.4-0.6 Pa · s. The melt density at 1380 ° C is 2.85 t / m 3 .
Оценим расход золы и шлака. Расход топлива котлом равен:We estimate the consumption of ash and slag. The fuel consumption of the boiler is:
Здесь кпд блока принят равным 0.378.Here, the block efficiency is taken equal to 0.378.
Расход золы и шлака можно оценить по формуле:The consumption of ash and slag can be estimated by the formula:
где q4=1.5 % - потери от механического недожога топлива. Если доля шлака от общей массы золы и шлака равна 0,3, то расход шлака будет равен Gsl=4.83 кг/с, а расход серебра в шлаке составит 0.257 г/с.where q 4 = 1.5% - losses from mechanical underburning of fuel. If the proportion of slag from the total mass of ash and slag is 0.3, then the slag consumption will be G sl = 4.83 kg / s, and the silver consumption in the slag will be 0.257 g / s.
Примем внутренний диаметр барабана шлаковой центрифуги равным 1.2 м и число оборотов 3000 об/мин. При этом массовый расход жидкости в пленке на единицу ширины пленки будет:We take the inner diameter of the drum of the slag centrifuge equal to 1.2 m and a speed of 3000 rpm. In this case, the mass flow rate of the liquid in the film per unit width of the film will be:
Gf=Gsl/(πD)=1.28 кг/(м с)G f = G sl /(πD)=1.28 kg / (m s)
Поскольку Gf=ρuδ, а число Рейнольдса пленки Re=ρuδ/µ, то Re=Gf/µ. Для нашего случая Re=2.56 при динамической вязкости 0.5 Па·с.Since G f = ρuδ, and the Reynolds number of the film is Re = ρuδ / µ, then Re = G f / µ. In our case, Re = 2.56 at a dynamic viscosity of 0.5 Pa · s.
Толщина жидкой пленки фактически определяется высотой буртика, образованного внутренним отверстием втулки, диаметр которого меньше внутреннего диаметра барабана центрифуги, и скоростью отвода шлака через радиальные отверстия между фланцами втулки и барабана. Примем толщину пленки δ=5 мм. Тогда скорость течения в пленке равна: u=Gf/(ρδ)=0.09 м/с. При длине цилиндрической части барабана центрифуги в 1.3 м время пребывания шлака в центрифуге составит 14.44 с.The thickness of the liquid film is actually determined by the height of the flange formed by the inner hole of the sleeve, the diameter of which is less than the inner diameter of the centrifuge drum, and the rate of slag removal through the radial holes between the flanges of the sleeve and the drum. We take the film thickness δ = 5 mm. Then the flow velocity in the film is: u = G f /(ρδ)=0.09 m / s. If the length of the cylindrical part of the centrifuge drum is 1.3 m, the slag residence time in the centrifuge will be 14.44 s.
Скорость осаждения капли серебра диаметром 3 мкм в шлаке в поле силы тяжести при Стоксовском законе движения равна:The deposition rate of a silver drop with a diameter of 3 μm in slag in the field of gravity under the Stokes law of motion is:
w=(ρd-ρsl)gd2/(18µ)=6.03·10-8 м/с.w = (ρ d -ρ sl ) gd 2 /(18µ)=6.03·10 -8 m / s.
При такой скорости осаждения капля проходила бы за 3600 с (1 час) путь в 0.22 мм. В этом случае отделение металла отстаиванием шлака практически невозможно. Для капли диаметром 300 мкм скорость осаждения равна 6.03·10-4 м/с, что также недостаточно для эффективного отстаивания металла.At such a deposition rate, a drop would pass in 3600 s (1 hour) a path of 0.22 mm. In this case, the separation of metal by settling of slag is almost impossible. For a droplet with a diameter of 300 μm, the deposition rate is 6.03 · 10 -4 m / s, which is also insufficient for effective metal sedimentation.
При центрифугировании шлака угловая скорость вращения равна:When centrifuging the slag, the angular velocity of rotation is equal to:
ω=πn/30=314.1 l/сω = πn / 30 = 314.1 l / s
Центростремительное ускорение при вращении:Centripetal acceleration during rotation:
a n=Rω2=59195 м/c2 a n = Rω 2 = 59195 m / s 2
При Стоксовском движении радиальная скорость капли серебра диаметром 3 мкм равна:During the Stokes movement, the radial velocity of a silver drop with a diameter of 3 μm is equal to:
wr=(ρd-ρsl)a nd2/(18µ)=0.00036 м/с.w r = (ρ d -ρ sl ) a n d 2 /(18µ)=0.00036 m / s.
Время движения капли поперек пленки шлака за счет центробежной силы:The time the droplet moves across the slag film due to centrifugal force:
Δt=δ/wr=13.73 сΔt = δ / w r = 13.73 s
Таким образом, за время течения пленки шлака (с каплей серебра диаметром 3 мкм) по барабану центрифуги, которое равно 14.44 с, капля пройдет в радиальном направлении всю толщину пленки и окажется в кольцевом кармане для сбора металла. Капли БМ тяжелее серебра тем более попадут в кольцевой карман.Thus, during the flow of the slag film (with a silver droplet with a diameter of 3 μm) along the centrifuge drum, which is equal to 14.44 s, the drop will pass in the radial direction the entire thickness of the film and will be in the annular pocket for collecting metal. Drops BM heavier than silver all the more fall into the ring pocket.
Кинетическая энергия, которая необходима для раскрутки 1 кг шлака до окружных скоростей в центрифуге:Kinetic energy, which is necessary for the promotion of 1 kg of slag to peripheral speeds in a centrifuge:
W=m(ωR)2/2=17758 ДжW = m (ωR) 2/2 = 17758 J.
Мощность привода центрифуги равна:The power of the centrifuge drive is:
N=GslW=85.5 кВтN = G sl W = 85.5 kW
По ранее упомянутой работе В.В.Иванов, И.В.Иванов. «Энергосберегающая…» теплопотребление шлака при 1450°С, составляет 1550 кДж/кг. Для рассчитанного расхода шлака 4.83 кг/с тепло шлака можно оценить в 1550·4.83=7486.5 кВт. Если это тепло использовать для получения электроэнергии с кпд 0.25, можно дополнительно вырабатывать 1871.6 кВт, что заведомо превосходит мощность привода центрифуги и других обслуживающих систем.According to the previously mentioned work of V.V. Ivanov, I.V. Ivanov. "Energy-saving ..." heat consumption of slag at 1450 ° C is 1550 kJ / kg. For the calculated slag flow rate of 4.83 kg / s, the slag heat can be estimated at 1550 · 4.83 = 7486.5 kW. If this heat is used to generate electricity with an efficiency of 0.25, 1871.6 kW can be additionally generated, which obviously exceeds the power of the centrifuge and other service systems.
Оценим ширину В кольцевого кармана, изображенного крупно на фиг.3. Капля металла, которая движется вдоль образующей барабана, должна за время прохождения длины В пройти в радиальном направлении расстояние, равное своему диаметру. Время радиального движения капли равно:Let us estimate the width B of the annular pocket, depicted coarsely in Fig. 3. A drop of metal, which moves along the generatrix of the drum, must pass a distance equal to its diameter during the passage of length B in the radial direction. The time of the radial movement of the droplet is equal to:
Δt=d/wr=0.0083 сΔt = d / w r = 0.0083 s
За столь малое время пленка шлака перенесет каплю вдоль образующей барабана на:For such a short time, the slag film will transfer a drop along the generatrix of the drum to:
Δt·u=0.75 ммΔtu = 0.75 mm
Таким образом, уже при ширине В=1 мм все капли заведомо окажутся в кольцевом кармане. При В=0.05 м, R0=0.625 м, R1=0.6 м, Н=0.025 м масса серебра в кармане будет равна 88.36 кг. При расходе серебра в шлаке 0.257 г/с это количество металла будет накапливаться в течение примерно 4 суток непрерывной работы котла.Thus, even with a width of B = 1 mm, all the drops will obviously be in the annular pocket. At B = 0.05 m, R 0 = 0.625 m, R 1 = 0.6 m, N = 0.025 m, the mass of silver in the pocket will be 88.36 kg. With a silver flow rate of 0.257 g / s in slag, this amount of metal will accumulate over approximately 4 days of continuous boiler operation.
Оценим теперь возможности непрерывного удаления металла из центрифуги по схеме фиг.4. Для расчета давления на внешнем радиусе R0 в левой части кармана из уравнения:Let us now evaluate the possibility of continuous removal of metal from the centrifuge according to the scheme of Fig. 4. To calculate the pressure on the outer radius R 0 in the left side of the pocket from the equation:
получаем:we get:
Давление металла на радиусе R0 в правой части кармана равно:The metal pressure at a radius R 0 in the right side of the pocket is equal to:
Отсюда из равенства давлений в правой и левой частях кармана на радиусе R0 получаем:Hence, from the equality of pressures in the right and left parts of the pocket on a radius R 0 we get:
При плотности шлака 2850 кг/м3, плотности металла 9000 кг/м3 (серебро), радиусе центрифуги 0.6 м, толщине пленки шлака 0.005 м Rsl=0.595, при RH=0.610 м, R0=0.625 м получим, что RB=0.6168 м, т.е. RB-RH=0.0068 м = 6.8 мм. Таким образом, слой металла 6,8 мм в правой части кармана уравновешивает давление слоя шлака толщиной RB-Rsl=0.0218 м = 21.8 мм в левой части кармана.With a slag density of 2850 kg / m 3 , a metal density of 9000 kg / m 3 (silver), a centrifuge radius of 0.6 m, a slag film thickness of 0.005 m R sl = 0.595, at R H = 0.610 m, R 0 = 0.625 m, we obtain R B = 0.6168 m, i.e. R B -R H = 0.0068 m = 6.8 mm. Thus, a 6.8 mm metal layer on the right side of the pocket balances the pressure of the slag layer with a thickness R B -R sl = 0.0218 m = 21.8 mm on the left side of the pocket.
Claims (19)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010153742/02A RU2456354C1 (en) | 2010-12-28 | 2010-12-28 | Method of noble metal extraction from liquid slag when it is removed from coal boiler and device for implementation of this method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010153742/02A RU2456354C1 (en) | 2010-12-28 | 2010-12-28 | Method of noble metal extraction from liquid slag when it is removed from coal boiler and device for implementation of this method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2456354C1 true RU2456354C1 (en) | 2012-07-20 |
Family
ID=46847401
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010153742/02A RU2456354C1 (en) | 2010-12-28 | 2010-12-28 | Method of noble metal extraction from liquid slag when it is removed from coal boiler and device for implementation of this method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2456354C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103542406A (en) * | 2013-10-22 | 2014-01-29 | 中国石油化工集团公司 | Boiler slag cooler enhanced cooling and waste-heat utilization system and method for thermal power plant |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU958775A1 (en) * | 1980-07-15 | 1982-09-15 | Уральский Филиал Всесоюзного Дважды Ордена Трудового Красного Знамени Теплотехнического Научно-Исследовательского Института Им.Ф.Э.Дзержинского | Apparatus for removing melt slag off boiler |
| RU2024795C1 (en) * | 1991-01-18 | 1994-12-15 | Салов Юрий Васильевич | Method of operation of boiler in mode of liquid slag removal |
| RU2038532C1 (en) * | 1991-07-25 | 1995-06-27 | Александр Михайлович Грибков | Boiler |
| WO2001029275A1 (en) * | 1999-10-21 | 2001-04-26 | The University Of Akron | Recovery of precious metals from coal burning slag by multiple crushing/suspension stages |
-
2010
- 2010-12-28 RU RU2010153742/02A patent/RU2456354C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU958775A1 (en) * | 1980-07-15 | 1982-09-15 | Уральский Филиал Всесоюзного Дважды Ордена Трудового Красного Знамени Теплотехнического Научно-Исследовательского Института Им.Ф.Э.Дзержинского | Apparatus for removing melt slag off boiler |
| RU2024795C1 (en) * | 1991-01-18 | 1994-12-15 | Салов Юрий Васильевич | Method of operation of boiler in mode of liquid slag removal |
| RU2038532C1 (en) * | 1991-07-25 | 1995-06-27 | Александр Михайлович Грибков | Boiler |
| WO2001029275A1 (en) * | 1999-10-21 | 2001-04-26 | The University Of Akron | Recovery of precious metals from coal burning slag by multiple crushing/suspension stages |
| RU2251581C2 (en) * | 1999-10-21 | 2005-05-10 | Зэ Юниверсити Оф Экрон | Step crushing process for regeneration of noble metals of slag |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103542406A (en) * | 2013-10-22 | 2014-01-29 | 中国石油化工集团公司 | Boiler slag cooler enhanced cooling and waste-heat utilization system and method for thermal power plant |
| CN103542406B (en) * | 2013-10-22 | 2016-02-03 | 中国石油化工集团公司 | Thermal power plant boiler slag cooler strengthening cooling and bootstrap system and method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101600666B (en) | Exhaust gas treating method and treating system for cement burning plant | |
| US8033327B2 (en) | Device for extracting heat from gas and for recovering condensates | |
| US3133804A (en) | Apparatus for treating molten ash or slag | |
| CN101871025B (en) | Metallurgical molten slag dry-type processing device and processing method thereof | |
| DE102006056480B4 (en) | Process and plant for useful energy production by garbage gasification | |
| CN111349793A (en) | Zinc recovery method and device for blast furnace or shaft furnace | |
| CN101717208A (en) | Process method and process system of exhaust gas of cement calcination equipment | |
| CN103484165A (en) | System and method for slurry handling | |
| SU938747A3 (en) | Process and apparatus for reducing iron oxide and producing molten crude iron | |
| RU2456354C1 (en) | Method of noble metal extraction from liquid slag when it is removed from coal boiler and device for implementation of this method | |
| RU2458997C1 (en) | Method for extracting metals from solid slag when it is being discharged from coal-fired boiler, and device for its implementation | |
| CN106969639A (en) | A kind of chamber type sintering ore deposit waste-heat recovery device | |
| JPS62236891A (en) | Method and apparatus for gasification in coal gasification oven | |
| US2911061A (en) | Apparatus for cooling hot kiln gases | |
| JPS593677B2 (en) | You can't help it. | |
| RU2453769C1 (en) | Method to remove solid slag from coal-fired burner and to extract metal from it and device for its realisation | |
| CN206683419U (en) | A kind of chamber type sintering ore deposit waste-heat recovery device | |
| WO2014207755A1 (en) | Zero effluent discharge biomass gasification | |
| RU2427417C2 (en) | Granular material thermal treatment plant | |
| CN204311033U (en) | Multistage original gas washing system | |
| CN106833692A (en) | A kind of oil-sand distillation system | |
| US9310133B2 (en) | Rotary hearth furnace exhaust gas duct apparatus and method for operating same | |
| US1274058A (en) | Air-cleaner and proces of cleaning air. | |
| US4029302A (en) | Device for separation of mixtures of at least partially molten metals and/or metallic compounds into at least two phases of different density | |
| RU2614293C2 (en) | Method of low-autogenous raw material processing in flash smelting furnaces |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20131229 |