RU2630021C1 - Способ переработки золы-уноса тепловых электростанций - Google Patents

Способ переработки золы-уноса тепловых электростанций Download PDF

Info

Publication number
RU2630021C1
RU2630021C1 RU2016122592A RU2016122592A RU2630021C1 RU 2630021 C1 RU2630021 C1 RU 2630021C1 RU 2016122592 A RU2016122592 A RU 2016122592A RU 2016122592 A RU2016122592 A RU 2016122592A RU 2630021 C1 RU2630021 C1 RU 2630021C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
plasma
fly ash
nitrogen
ash
urea
Prior art date
Application number
RU2016122592A
Other languages
English (en)
Inventor
Алексей Николаевич Ермаков
Юлия Александровна Авдеева
Ирина Викторовна Лужкова
Юрий Галиулович Зайнулин
Эдуард Константинович Добринский
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Институт химии твердого тела Уральского Отделения Российской Академии наук"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Институт химии твердого тела Уральского Отделения Российской Академии наук" filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Институт химии твердого тела Уральского Отделения Российской Академии наук"
Priority to RU2016122592A priority Critical patent/RU2630021C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2630021C1 publication Critical patent/RU2630021C1/ru

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B18/00—Use of agglomerated or waste materials or refuse as fillers for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of agglomerated or waste materials or refuse, specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B18/04—Waste materials; Refuse
    • C04B18/06—Combustion residues, e.g. purification products of smoke, fumes or exhaust gases
    • C04B18/10—Burned or pyrolised refuse
    • C04B18/105—Gaseous combustion products or dusts collected from waste incineration, e.g. sludge resulting from the purification of gaseous combustion products of waste incineration
    • C04B18/106—Fly ash from waste incinerators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B09—DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09B—DISPOSAL OF SOLID WASTE
    • B09B3/00—Destroying solid waste or transforming solid waste into something useful or harmless
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B09—DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09B—DISPOSAL OF SOLID WASTE
    • B09B3/00—Destroying solid waste or transforming solid waste into something useful or harmless
    • B09B3/40—Destroying solid waste or transforming solid waste into something useful or harmless involving thermal treatment, e.g. evaporation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B20/00—Use of materials as fillers for mortars, concrete or artificial stone according to more than one of groups C04B14/00 - C04B18/00 and characterised by shape or grain distribution; Treatment of materials according to more than one of the groups C04B14/00 - C04B18/00 specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone; Expanding or defibrillating materials
    • C04B20/02—Treatment
    • C04B20/04—Heat treatment
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G5/00—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

Abstract

Изобретение относится к области переработки зольных отходов угольных тепловых электростанций с целью их утилизации в качестве, в частности, материалов для производства строительных изделий. В способе переработки золы-уноса угольных теплоэлектростанций, включающем высокотемпературную обработку в атмосфере азота, процесс ведут в присутствии мочевины при соотношении зола-унос:мочевина, равном 1:1, а высокотемпературную обработку осуществляют в потоке азотной плазмы при температуре плазмы 4000-6000°С при мощности плазмотрона 25 кВт и скорости потока плазмы 60-100 м/с с последующим охлаждением в атмосфере азота, подаваемого со скоростью 60-80 м/с, и разделением разнодисперсных фракций в условиях вихревого циклонирования и фильтрации на рукавном фильтре. Технический результат – утилизация отходов, расширение ассортимента полезных продуктов, получаемых в результате утилизации золы. 2 ил., 1 пр.

Description

Изобретение относится к области переработки зольных отходов угольных тепловых электростанций с целью их утилизации в качестве, в частности, материалов для производства строительных изделий.
Известен способ обработки золы-уноса путем использования огнеупорного реактора, имеющего ряд отстоящих друг от друга угловых вихревых индуцирующих сопел, которые вызывают циклический и/или турбулентный поток воздуха при введении золы в реактор (патент US 8234986, МПК F23G 5/00, 2012 год). Способ обеспечивает обогащение золы-уноса за счет уменьшения содержания остаточного углерода и удаления загрязняющих примесей, таких как ртуть и аммиак, и получение пуццолана, используемого в качестве добавки к цементу.
Однако способ не обеспечивает возможность получения материалов на основе золы за счет прохождения химических превращений, например сиалонов.
Известен способ обработки золы, в котором зольную пыль отделяют от потока газообразного продукта, полученного при газификации топлива, причем указанную зольную пыль сжигают в псевдоожиженном слое при температуре не выше 800°С для снижения содержания углерода, а затем сжигают топочные газы в независимом процессе сгорания при температуре не меньше 850°С (патент US 8833278; МПК F23B 10/02, F23C 10/02, F23G 5/39, F23G 7/00, F23J 15/00; 2014 год).
Однако способ также не обеспечивает возможность получения материалов на основе золы за счет прохождения химических превращений.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является известный способ переработки золы-уноса путем процесса карботермического восстановления и азотирования с использованием в качестве исходных материалов золы и сажи при температуре 1550°С в течение 6 часов при соотношении золы и сажи, равном 100:56 (B.Y. Ma, Y. Li, Y.C. Zhai "In sity synthesis of β-sialon powder from Fly Ash", Advanced Materials Reseach, vol. 194-195, p.p. 2179-2182, 2011). Известным способом может быть получен β-сиалон в виде гранул со средним размером 2 мкм (прототип).
Однако утилизация золы по известному способу имеет ограниченный характер, поскольку в качестве полезного (товарного) продукта может быть получен только сиалон.
Таким образом, перед авторами стояла задача разработать способ переработки золы-уноса теплоэлектростанций, обеспечивающий расширение ассортимента полезных продуктов, получаемых в результате утилизации золы.
Поставленная задача решена в предлагаемом способе переработки золы-уноса угольных теплоэлектростанций, включающем высокотемпературную обработку в атмосфере азота, в котором процесс ведут в присутствии мочевины при соотношении зола-унос:мочевина, равном 1:1, а высокотемпературную обработку осуществляют в потоке азотной плазмы при температуре плазмы 4000-6000°С при мощности плазмотрона 25 кВт и скорости потока плазмы 60-100 м/с с последующим охлаждением в атмосфере азота, подаваемого со скоростью 60-80 м/с, и разделением разнодисперсных фракций в условиях вихревого циклонирования и фильтрации на рукавном фильтре.
В настоящее время из патентной и научно-технической литературы не известен способ переработки золы-уноса угольных теплоэлектростанций в потоке низкотемпературной азотной плазмы при соблюдении рабочих характеристик процесса в предлагаемых интервалах с использованием в качестве исходного сырья мочевины.
В ходе разработки процесса утилизации золы-уноса теплоэлектростанций авторами была выявлена целесообразность ведения процесса в присутствии мочевины ((NH2)2CO). Это связано с тем, что сиалоны по сути дела являются оксинитридами кремния и алюминия переменного состава Si6-zAlzOzN8-z. В данном случае применение мочевины обусловлено недостаточностью радикалов азота, фактически отвечающих за формирование конечного состава сиалона. В процессе деградации органическое соединение мочевины, являясь химически активной добавкой, ускоряет процесс азотирования, то есть интенсифицирует диффузию азота, и таким образом обеспечивает увеличение выхода сиалоновой фазы. При этом существенным является соотношение количества золы-уноса и мочевины, равное 1:1. При уменьшении количества мочевины не только снижается выход сиалоновой фазы, но и сокращается выход второго полезного продукта - плакированного алюминия. Увеличение количества мочевины не оказывает влияния на выход конечных продуктов, загрязняя атмосферу оксидами азота.
Авторами были проведены исследования с целью определения оптимальных условий проведения плазмохимической переработки золы-уноса. Так, при температуре плазмы менее 4000°С при мощности плазмотрона менее 25 кВт и скорости потока плазмы менее 60 м/с наблюдается только частичное прохождение процесса, при котором остаются исходные компоненты в виде крупных включений. В случае увеличения температуры плазмы более 6000°С при мощности плазмотрона более 25 кВт и скорости потока плазмы более 100 м/с наблюдается восстановление оксидных составляющих до металлов, в результате чего возможно последующее неконтролируемое возгорание конечного продукта при хранении.
Авторами также были исследованы условия охлаждения переконденсированной массы в закалочной камере, куда она поступает в токе газообразного. Существенным признаком является скорость тока азота. Так, при скорости менее 60 м/с наблюдается протекание процесса кристаллизации через жидкую фазу, что, в свою очередь, обусловливает получение частиц крупного размера. При скорости более 80 м/с наблюдаются большие потери продукта при его транспортировке из камеры охлаждения в циклон.
Предлагаемый способ переработки золы уноса может быть осуществлен следующим образом. Золу уноса и мочевину при соотношении 1:1 помещают в дозатор поршневого типа и пневмотоком подают в камеру реактора-испарителя установки, оборудованной плазмотроном. Порошок механической смеси вводят навстречу потоку плазмы, скорость которого составляет 60-100 м/с. Температура азотной плазмы в камере реактора испарителя составляет 4000-6000°С. При обработке порошка механической смеси мощность плазмотрона составляет 25 кВт/час. Расход плазмообразующего газа - 6,0 нм3/ч. В качестве плазмообразующего и одновременно реакционного газа используют азот технический марки ГОСТ 9293-74 (N2 - 99,95%, O2 - 0,05%). В качестве технологического газа используют балонный аргон ТУ - 6-21-12-79. Полученный продукт в потоке азота со скоростью 60-80 м/с поступает и охлаждается в водоохлаждаемой закалочной камере, расположенной в нижней части реактора-испарителя, после чего улавливается в циклоне вихревого типа и на поверхности тканевого фильтра.
Фазовый состав полученных порошковых композиций исследовали методами рентгенографии (рентгеновский дифрактометр SHIMADZUXRD7000, CuKα-излучение), включая количественный фазовый анализ (программа STOEWinX-POW) и уточнение параметров элементарных ячеек (программа PowderCell 2.3 с применением базы данных ICSD).
Форму и размеры частиц порошковых композиций определяли методом сканирующей электронной микроскопии (РЭМ JEOLJSM 6390 с энергодисперсионным анализатором JED2100). Порошковые композиции наносились на двусторонний углеродный скотч и обдувались потоком воздуха.
На фиг. 1 изображено электронно-микроскопическое изображение фракции, отгруженной из тканевого фильтра, содержащей металлический алюминий, полученной методом плазменной переконденсации золы уноса в низкотемпературной азотной плазме.
На фиг. 2 изображено электронно-микроскопическое изображение фракции, отгруженной из циклона вихревого типа, содержащей сиалон, полученной методом плазменной переконденсации золы уноса в низкотемпературной азотной плазме.
Предлагаемый способ иллюстрируется следующим примером.
Пример 1
Берут 100 г золы уноса (SiO2 ~50 масс. %, Al2O3~50 масс. %), смешивают со 100 г порошковой мочевины (NH2)2СО и помещают в дозатор поршневого типа. Пневмотоком механическая смесь поступает в камеру реактора-испарителя лабораторной установки ГНИИХТЭОС, оборудованной плазмотроном. Параметры установки: мощность плазмотрона - 25 кВт/час; используемый режим 100-110 А, 200-220 В; суммарный расход газа (азот технический марки по ГОСТу 9293-74) в плазменном реакторе - 25-30 нм3/час, из этого объема плазмообразующий газ - 6 нм3/час, остальное количество стабилизирующий и закалочный. Технологический газ = аргон балонный ТУ-6-21-12-79. Температура азотной плазмы в камере испарителя составляет 4000°С. Прекурсорную механическую смесь со скоростью 100 г/час вводят навстречу потоку плазмы, скорость которой составляет 60 м/с. Продукты испарения охлаждают в водоохлаждаемой закалочной камере, расположенной в нижней части испарителя, куда они подаются в токе азота со скоростью 60 м/с. После кристаллизации порошковая композиция подвергается сепарированию в циклоне вихревого типа, где осаждаются наиболее тяжелая и крупнодисперсные фракции, а нанокристаллическая составляющая отводится на тканевый фильтр рукавного фильтра.
Рентгенофазовый и количественный фазовый анализ порошковых композиций показал, что в классификаторе 1 - циклоне вихревого типа - улавливается механическая смесь состава Si1,2Al0,2O1,2N1,8 - 42,0 масс. %; Al2,35Si1,6O4,82 - 36,0 масс. %; а на классификаторе 2 - тканевом фильтре - собирается композиция на основе кубического алюминия, покрытая нитридом и оксидом алюминия. Следует отметить, что общее количество примесных фаз AlN и Al2O3 не превышает 5-7 масс. %.
Электронно-микроскопические исследования, представленные на фиг. 1 и 2, показали, что фракция из циклона вихревого типа (фиг. 1) имеет преимущественно сферическую форму частиц, размер которых изменяется в интервале 1-10 мкм, а фракция из тканевого фильтра (фиг. 2) имеет средний размер частиц менее 100 нм.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет не только утилизировать отходы, но и расширить ассортимент полезных продуктов, широко используемых в разных областях промышленности: керамической, химической и металлургической.

Claims (1)

  1. Способ переработки золы-уноса угольных теплоэлектростанций, включающий высокотемпературную обработку в атмосфере азота, отличающийся тем, что процесс ведут в присутствии мочевины при соотношении зола-унос:мочевина, равном 1:1, а высокотемпературную обработку осуществляют в потоке азотной плазмы при температуре плазмы 4000-6000°С при мощности плазмотрона 25 кВт и скорости потока плазмы 60-100 м/с с последующим охлаждением в атмосфере азота, подаваемого со скоростью 60-80 м/с, и разделением разнодисперсных фракций в условиях вихревого циклонирования и фильтрации на рукавном фильтре.
RU2016122592A 2016-06-07 2016-06-07 Способ переработки золы-уноса тепловых электростанций RU2630021C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016122592A RU2630021C1 (ru) 2016-06-07 2016-06-07 Способ переработки золы-уноса тепловых электростанций

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016122592A RU2630021C1 (ru) 2016-06-07 2016-06-07 Способ переработки золы-уноса тепловых электростанций

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2630021C1 true RU2630021C1 (ru) 2017-09-05

Family

ID=59797992

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016122592A RU2630021C1 (ru) 2016-06-07 2016-06-07 Способ переработки золы-уноса тепловых электростанций

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2630021C1 (ru)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
PL426573A1 (pl) * 2017-08-04 2019-02-11 Businesscoop Ltd. Dodatkowy komponent do cementu i betonu
RU2739241C1 (ru) * 2020-06-11 2020-12-22 Общество с ограниченной ответственностью "Производственно-строительная компания ПЛАСТМЕТАЛЛ" Способ обезвреживания летучей зоны, образующейся при сжигании отходов, и устройство для его осуществления
RU2798804C2 (ru) * 2021-03-01 2023-06-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Томский государственный архитектурно-строительный университет» (ТГАСУ) Способ получения керамики сиалона (sialon) с помощью энергии плазмы

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2138339C1 (ru) * 1998-04-06 1999-09-27 Омский государственный университет Способ подготовки золы-уноса от сжигания углей для использования в производстве строительных материалов
RU2183794C2 (ru) * 1999-08-24 2002-06-20 Общество с ограниченной ответственностью "Огневая технология" Способ плазмотермической переработки твердых отходов и устройство для его осуществления
US8234986B2 (en) * 2005-06-17 2012-08-07 The Sefa Group, Inc. Method and apparatus for turbulent combustion of fly ash
RU2502568C2 (ru) * 2012-02-20 2013-12-27 Открытое акционерное общество "Территориальная генерирующая компания № 11" Способ комплексной переработки золы от сжигания углей
RU2515786C1 (ru) * 2012-10-31 2014-05-20 Открытое акционерное общество "Всероссийский дважды ордена Трудового Красного Знамени теплотехнический научно-исследовательский институт" Способ переработки золошлаковых отходов тепловых электростанций для производства строительных изделий
US8833278B2 (en) * 2011-03-14 2014-09-16 Valmet Power Oy Method for processing ash, and an ash processing plant

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2138339C1 (ru) * 1998-04-06 1999-09-27 Омский государственный университет Способ подготовки золы-уноса от сжигания углей для использования в производстве строительных материалов
RU2183794C2 (ru) * 1999-08-24 2002-06-20 Общество с ограниченной ответственностью "Огневая технология" Способ плазмотермической переработки твердых отходов и устройство для его осуществления
US8234986B2 (en) * 2005-06-17 2012-08-07 The Sefa Group, Inc. Method and apparatus for turbulent combustion of fly ash
US8833278B2 (en) * 2011-03-14 2014-09-16 Valmet Power Oy Method for processing ash, and an ash processing plant
RU2502568C2 (ru) * 2012-02-20 2013-12-27 Открытое акционерное общество "Территориальная генерирующая компания № 11" Способ комплексной переработки золы от сжигания углей
RU2515786C1 (ru) * 2012-10-31 2014-05-20 Открытое акционерное общество "Всероссийский дважды ордена Трудового Красного Знамени теплотехнический научно-исследовательский институт" Способ переработки золошлаковых отходов тепловых электростанций для производства строительных изделий

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BEI YUE MA at al. In Situ Synthesis of β-Sialon Powder from Fly Ash. Advanced Materials Reseach. 2011, vol. 194 - 195, p. 2179 - 2182. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
PL426573A1 (pl) * 2017-08-04 2019-02-11 Businesscoop Ltd. Dodatkowy komponent do cementu i betonu
RU2739241C1 (ru) * 2020-06-11 2020-12-22 Общество с ограниченной ответственностью "Производственно-строительная компания ПЛАСТМЕТАЛЛ" Способ обезвреживания летучей зоны, образующейся при сжигании отходов, и устройство для его осуществления
RU2798804C2 (ru) * 2021-03-01 2023-06-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Томский государственный архитектурно-строительный университет» (ТГАСУ) Способ получения керамики сиалона (sialon) с помощью энергии плазмы

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5075090A (en) Process for preparing small particle size mixed metal oxides
CN1974379B (zh) 流化床直接制取氮化硅的装置及其方法
Zawrah et al. Synthesis and characterization of SiC and SiC/Si3N4 composite nano powders from waste material
RU2630021C1 (ru) Способ переработки золы-уноса тепловых электростанций
JPH06199516A (ja) 焔内加水分解により得られた珪素−アルミニウム混合酸化物粉末、その製造法、並びにセラミックおよびセラミック前駆物質の製造法
Panchula et al. Nanocrystalline aluminum nitride: I, vapor‐phase synthesis in a forced‐flow reactor
WO2018180680A1 (ja) 改質フライアッシュの製造方法
Martinez et al. Production of β-SiC by pyrolysis of rice husk in gas furnaces
Zhao et al. A mechanistic study on the synthesis of β-Sialon whiskers from coal fly ash
JP2001017857A (ja) 噴霧熱分解装置
AU2017285710B2 (en) A method and system for carbon capture and recycling
CN103159190B (zh) 一种超纯氮化物粉体的制备方法
SU1170966A3 (ru) Способ получени высокодисперсной двуокиси кремни
Batsanov et al. Fixation of atmospheric nitrogen by nanodiamonds
US4719095A (en) Production of silicon ceramic powders
Paur et al. Thermal stability and material balance of nanomaterials in waste incineration
CN200985280Y (zh) 流化床直接制取氮化硅的装置
Sun et al. Transformation of polysilicon cutting waste into SiC/α-Si3N4 composite powders via electromagnetic induction heating
RU2641737C1 (ru) Способ получения нанокристаллического порошка оксикарбида молибдена
CN102241393A (zh) 气流法制备氮化镁的方法
Radwan et al. Self-Propagating High-temperature Synthesis of
JPS60200811A (ja) 窒化ホウ素の製造法
JP6392491B1 (ja) 改質フライアッシュの製造方法
RU2007123092A (ru) Аппарат для получения ультрадисперсных порошков методом сжигания газовзвесей частиц металлов
JPH10502899A (ja) 含シリカ物質を処理する方法

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190608