Результат интеллектуальной деятельности: Способ переработки низкокальциевых золошлаковых отходов ТЭЦ с высоким содержанием недогоревших угольных частиц с последующим применением золошлаковых отходов ТЭЦ при производстве строительных материалов и в строительстве

Изобретение относится к способам переработки продуктов сгорания и может быть использовано на тепловых электростанциях, работающих на каменноугольных топливах, а также в строительной индустрии, например в производстве различных строительных материалов.

Известен способ переработки низкокальциевых золошлаковых отходов ТЭЦ с высоким содержанием недогоревших угольных частиц с последующим применением золошлаковых отходов ТЭЦ при производстве строительного материала, а именно зольного гравия, и конструкционных легких бетонов на основе последнего, включающий сушку золошлаковых отходов ТЭЦ, измельчение, грануляцию со связующим, в качестве которого используют пластичную глину, смачивая полученную золошлаковую смесь водным раствором технических лигносульфонатов, дополнительную сушку и спекание со вспучиванием во вращающейся печи (Дворкин Л.И. Строительные материалы из отходов промышленности: учебно-справочное пособие / Л.И. Дворкин, О.Л. Дворкин. - Ростов н/Д: Феникс, 2007. - С. 139-140).

Описанный способ переработки низкокальциевых золошлаковых отходов ТЭЦ с высоким содержанием недогоревших угольных частиц с последующим применением золошлаковых отходов ТЭЦ при производстве строительного материала не позволяет обеспечить высокое качество переработки золошлаковых отходов ТЭЦ и, следовательно, получаемого сырья для строительного материала вследствие отсутствия возможности удаления недогоревших угольных частиц, что способствует их высокому содержанию в отходах, составляющему 10-25%, и значительно ухудшает свойства изготавливаемых строительных материалов.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению (прототипом) является способ переработки низкокальциевых золошлаковых отходов ТЭЦ с высоким содержанием недогоревших угольных частиц с последующим применением золошлаковых отходов ТЭЦ при производстве строительных материалов и в строительстве, включающий предварительную сушку золошлаковых отходов ТЭЦ при их повышенной влажности, отделение крупных включений золошлаковых отходов ТЭЦ сходом по наклонной неподвижной решетке наклонного ленточного конвейера, отделение мелких золошлаковых отходов ТЭЦ проходом сквозь эту решетку и разбавление их водой для получения пульпы. Далее в сортировочном грохоте от пульпы осуществляют отделение частиц золошлаковых отходов ТЭЦ размером 2-5 мм для дальнейшего использования в строительстве, и частиц золошлаковых отходов ТЭЦ размером менее 2 мм, которые направляют в мультициклоны через промежуточную емкость-накопитель с водой. Затем с использованием мультициклонов под действием центробежной силы производят отделение от вновь полученной пульпы недогоревших угольных частиц и легких частиц микросфер и их частичное удаление. После этого с использованием гидросортировщика производят дополнительное отделение от основной массы тяжелой золы недогоревших угольных частиц и микросфер и вибрационную сушку до получения смеси остаточной влажности 20-25%. После дополнительной сушки в паровой сушилке сухую золошлаковую смесь направляют в производство строительных материалов. Отделенные недогоревшие угольные частицы осушают и возвращают в котлы на повторное сжигание (Козлов И.Н. [и др.]. Применение новых технологий при переработке золошлаковых отходов на ТЭЦ 22 ОАО «Мосэнерго» / Электрические станции. 2005. - №11. - С. 22-26).

Основными недостатками вышеприведенного способа, выбранного в качестве прототипа, являются, во-первых, низкое качество переработки золошлаковых отходов ТЭЦ и, следовательно, получаемого сырья для строительных материалов, так как данный процесс основан на использовании флотационного эффекта, когда частицы недогоревшего ококсованного угля, обладая низкой смачиваемостью, имеют способность к всплытию в воде и удержанию на ее поверхности, а отделение недогоревших угольных частиц и легких частиц микросфер, реализуемое посредством мультициклонов и гидросортировщиков, не позволяет получить очищенную золошлаковую смесь с минимальным содержанием недогоревших угольных частиц, так как большая часть недогоревшего угля спекается с минеральной частью золы и не всплывает; во-вторых, наличие безвозвратных потерь безоборотной воды.

Задачей настоящего изобретения является повышение качества переработки золошлаковых отходов ТЭЦ и, следовательно, получаемого сырья для строительных материалов путем максимально возможного удаления из золошлаковых отходов ТЭЦ недогоревших угольных частиц для обеспечения возможности эффективного применения золошлаковых отходов ТЭЦ без недогоревших угольных частиц в качестве данного сырья, а также рациональное использование воды путем ее отделения в коротком цикле с возвратом на ТЭЦ.

Поставленная задача решается тем, что в способе переработки низкокальциевых золошлаковых отходов ТЭЦ с высоким содержанием недогоревших угольных частиц с последующим применением золошлаковых отходов ТЭЦ при производстве строительных материалов и в строительстве, включающем удаление недогоревших угольных частиц, согласно изобретению золошлаковые отходы ТЭЦ предварительно гранулируют со связующим, в качестве которого используют известь в количестве 5-10 мас.%, или глину в количестве 10-15 мас.%, или жидкое стекло в количестве 3-7 мас.% по силикату натрия, или высококальциевую золу ТЭЦ в количестве 10-40 мас.%, производят сушку гранул, дополнительно перед грануляцией при содержании в золошлаковых отходах ТЭЦ менее 15 мас.% недогоревших угольных частиц вводят в золошлаковую смесь молотый уголь в количестве, обеспечивающем получение теплотворной способности золошлаковой смеси в пределах 6,3-7,5 кДж/кг, и перед грануляцией золошлаковой смеси при жидкой консистенции золошлаковых отходов ТЭЦ из системы гидрозолоудаления или из золоотвала названные отходы обезвоживают до остаточной влажности не более 30% с возвратом осветленной воды на ТЭЦ, а удаление недогоревших угольных частиц осуществляют путем обжига гранул золошлаковой смеси при температуре 850-900°C в котле кипящего слоя с выжиганием угольных частиц золошлаковой смеси до остаточного количества не более 1 мас.% и утилизацией тепла на ТЭЦ или у других потребителей.

Введение предварительной грануляции низкокальциевых золошлаковых отходов ТЭЦ со связующим является необходимой операцией предлагаемого способа, влияющей на показатели прочности получаемых гранул на стадиях формования, сушки и обжига. Связующее, в качестве которого используют известь, или глину, или жидкое натриевое стекло, или высококальциевую золу ТЭЦ, обеспечивает возможность получения гранул из золошлаковых отходов ТЭЦ с оптимальной прочностью, достаточной для обжига в котле кипящего слоя и последующего транспортирования. Не допускается изготовление гранул для предложенного способа без связующего, так как показатели прочности гранул не будут удовлетворять минимально допустимым требованиям.

Использование в качестве извести в количестве 5-10 мас.% является оптимальным, так как при использовании в качестве связующего извести в количестве менее 5 мас.% будет не достаточно склеивающего вещества для образования прочных гранул, а при использовании в качестве связующего извести в количестве более 10 мас.% будет удорожание технологии.

Использование в качестве связующего глины в количестве 10-15 мас.% является оптимальным, так как при использовании в качестве связующего глины в количестве менее 10 мас.% будет не достаточно склеивающего вещества для образования прочных гранул, а при использовании в качестве связующего глины в количестве более 15 мас.% будет удорожание технологии.

Использование в качестве связующего жидкого стекла в количестве 3-7 мас.% по силикату натрия является оптимальным, так как при использовании в качестве связующего жидкого стекла в количестве менее 3 мас.% по силикату натрия будет не достаточно склеивающего вещества для образования прочных гранул, а при использовании в качестве связующего жидкого стекла в количестве более 7 мас.% по силикату натрия будет удорожание технологии.

Использование в качестве связующего высококальциевой золы ТЭЦ, содержащей свободную известь и клинкерные минералы, в количестве 10-40 мас.% является оптимальным, так как при использовании в качестве связующего высококальциевой золы ТЭЦ в количестве менее 10 мас.% будет не достаточно связующего вещества для образования прочных гранул, а при использовании в качестве связующего высококальциевой золы ТЭЦ в количестве более 40 мас.% будет существенно уменьшено количество перерабатываемых кислых золошлаковых отходов.

Введение перед грануляцией в золошлаковую смесь молотого угля в количестве, обеспечивающем получение теплотворной способности золошлаковой смеси в пределах 6,3-7,5 кДж/кг, является оптимальным и необходимо при малом содержании, менее 15 мас.%, недогоревших угольных частиц в золошлаковых отходах ТЭЦ с последующей утилизацией тепла у потребителей. При содержании в золошлаковых отходов ТЭЦ более 15 мас.% недогоревших угольных частиц и более не требуется дополнительного введения молотого угля перед грануляцией. Гранулы из золошлаковой смеси с оптимальной теплотворной способностью обеспечивают устойчивое горение смеси в котле кипящего слоя. При этом особенностью работы котла кипящего слоя является то, что в нем топливо, в том числе и в виде кокса, выгорает до остаточного содержания недогоревших угольных частиц не более 1 мас.%. Такое содержание недогоревших угольных частиц, например, увеличивает прочность силикатного кирпича из золошлаковых отходов на 40% по сравнению с прочностью силикатного кирпича из золошлаковых отходов, содержащих 10% недогоревших угольных частиц.

Введение перед грануляцией в золошлаковую смесь молотого угля для обеспечения общей теплотворной способности смеси менее чем 6,3 кДж/кг не обеспечит устойчивое ее горение в котле, а при введении перед грануляцией в золошлаковую смесь молотого угля для обеспечения общей теплотворной способности смеси более чем 7,5 кДж/кг будет удорожание технологии.

Обезвоживание золошлаковых отходов ТЭЦ жидкой консистенции из системы гидрозолоудаления или из золоотвала до остаточной влажности не более 30% является оптимальным, так как обезвоживание золошлаковых отходов ТЭЦ жидкой консистенции из системы гидрозолоудаления или из золоотвала до остаточной влажности менее 30% трудно достижимо в фильтр-прессах.

Предлагаемый способ переработки низкокальциевых золошлаковых отходов ТЭЦ с высоким содержанием недогоревших угольных частиц с последующим применением золошлаковых отходов ТЭЦ при производстве строительных материалов и в строительстве поясняется чертежом, на котором представлен пример схемы технологической линии для реализации способа.

Технологическая линия для реализации предлагаемого способа переработки низкокальциевых золошлаковых отходов ТЭЦ с высоким содержанием недогоревших угольных частиц с последующим применением золошлаковых отходов ТЭЦ при производстве строительных материалов и в строительстве содержит золоотвал 1, связанный конвейерной системой 2 транспортирования золошлаковых отходов с мельницей 3 мокрого помола (либо золошлаковые отходы ТЭЦ могут доставляться к мельнице мокрого помола автотранспортом), емкость с водой 4, фильтр-прессы 5, расходный бункер 6 готовых золошлаковых отходов, систему гидрозолоудаления 7 с напорной линией 8 транспортирования золошлаковых отходов, установку для обезвоживания золошлаковых отходов, выполненную в виде радиальных отстойников 9 и фильтр-прессов 10, насос возврата 11 осветленной отфильтрованной воды на ТЭЦ, автоматический весовой дозатор 12 для золошлаковых отходов, смеситель 13, расходный бункер 14 связующего с дозатором, связанный с силосом 15 связующего, в свою очередь связанным с мельницей 16 для помола связующего, силос 17 угля, связанный с мельницей 18 для помола угля и расходным бункером 19 угля с дозатором, тарельчатый гранулятор 20, сушильный конвейер 21, котел 22 кипящего слоя, холодильник 23, бункер 25 для хранения гранул золошлаковой смеси, мельницу 26, рекуператор 24 утилизации тепла на ТЭЦ, комплекс 27 производства строительных материалов.

Способ переработки низкокальциевых золошлаковых отходов ТЭЦ с высоким содержанием недогоревших угольных частиц с последующим применением золошлаковых отходов ТЭЦ при производстве строительных материалов и в строительстве осуществляется следующим образом.

Предварительно, при жидкой консистенции золошлаковых отходов ТЭЦ из системы гидрозолоудаления 7 названные отходы, пройдя напорную линию транспортирования золошлаковых отходов 8, обезвоживают в радиальных отстойниках 9, а затем - в фильтр-прессах 10 до получения остаточной влажности не более 30%. Далее, обезвоженные золошлаковые отходы ТЭЦ попадают в расходный бункер 6 готовых золошлаковых отходов. При использовании золошлаковых отходов ТЭЦ из золоотвала 1 данные отходы по конвейерной системе либо с помощью автотранспорта 2 попадают в мельницу мокрого помола 3, куда дополнительно подается вода 4 до обеспечения влажности 30%, а затем, пройдя фильтр-прессы 5, в расходный бункер готовых золошлаковых отходов 6. Если золошлаковые отходы ТЭЦ являются твердыми, то к ним подают воду до получения остаточной влажности не более 30%. Отделенную осветленную воду в коротком цикле возвращают на ТЭЦ после обезвоживания в радиальных отстойниках 9 и фильтр-прессах 5,10 посредством насоса возврата 11, обеспечивая рациональное использование воды вместо повсеместно распространенного безоборотного водоиспользования.

Золошлаковые отходы ТЭЦ из системы гидрозолоудаления 7 или из золоотвала 1 с влажностью не более 30%, пройдя автоматический весовой дозатор 12, смешивают посредством смесителя 13 со связующим, которое поступает из расходного бункера связующего с дозатором 14, пройдя мельницу 16 для помола связующего, связанную с силосом 15 связующего. В качестве связующего используют известь в количестве 10-15 мас.%, а именно молотую кальциевую негашенную известь строительную по ГОСТ 9179 с содержанием активных СаО и MgO не менее 70%, или глину в количестве 10-15 мас.%, а именно глинистые породы в виде суглинка тощих и жирных глин с содержанием глинистых частиц не менее 15%, или жидкое стекло в количестве 3-7 мас.% по силикату натрия, или высококальциевую золу ТЭЦ в количестве 10-40 мас.%. Дополнительно при содержании в золошлаковых отходах ТЭЦ менее 15 мас.% недогоревших угольных частиц вводят в золошлаковую смесь молотый уголь из расходного бункера 19, который связан с мельницей 18 для помола угля, куда уголь попадает из силоса угля 17, в количестве, обеспечивающем получение теплотворной способности золошлаковой смеси в пределах 6,3-7,5 кДж/кг.

Полученную золошлаковую смесь подвергают грануляции, например, в тарельчатом грануляторе 20. Затем после сушки гранул золошлаковой смеси на сушильном конвейере 21 осуществляют удаление недогоревших угольных частиц путем обжига гранул при температуре 850-900°C в котле 22 кипящего слоя с выжиганием угольных частиц золошлаковой смеси до остаточного количества не более 1 мас.% и утилизацией тепла на ТЭЦ с помощью рекуператора 24 или у других потребителей. Далее гранулы охлаждают в холодильнике 23 и направляют либо в бункер 25 на хранение, либо на помол посредством мельницы 26, а затем в производство строительных материалов 27.

Пример конкретного исполнения способа переработки низкокальциевых золошлаковых отходов ТЭЦ с высоким содержанием недогоревших угольных частиц с последующим применением золошлаковых отходов ТЭЦ при производстве строительных материалов и в строительстве при его реализации посредством описанной технологической линии. Используют золошлаковые отходы ТЭЦ-2 города Барнаула Алтайского края, полученные от сжигания каменного угля Кузбасса. Средний процент состава основных оксидов: кремнезема - 47,7; глинозема - 20,21; кальция - 3,91; магния - 1,13; серы - 0,52. Количество недогоревших угольных частиц в среднем 20,5%. Содержание шлака составляет 15-20%.

Золошлаковые отходы ТЭЦ из золоотвала 1 по конвейерной системе 2 направляют в мельницу 3, куда дополнительно подают воду 4, затем в фильтр-прессы 5, а далее в расходный бункер 6 готовых золошлаковых отходов. Если используют суспензию золошлаковых отходов ТЭЦ из системы 7 гидрозолоудаления, то сначала по напорной линии 8 системы гидрозолоудаления 7 смесь подают в радиальные отстойники 9, затем в фильтр-прессы 10 для обезвоживания до получения массы влажностью не более 30%. Отфильтрованную воду возвращают на ТЭЦ для повторного использования после обезвоживания в радиальных отстойниках 9 и фильтр-прессах 5,10 посредством насоса возврата 11, а обезвоженные золошлаковые отходы ТЭЦ подают в расходный бункер 6 готовых золошлаковых отходов, а затем через автоматический весовой дозатор 12 для золошлаковых отходов в смеситель 13. В смеситель 13 также подают связующее - молотую кальциевую негашенную известь строительную по ГОСТ 9179 с содержанием активных СаО и MgO не менее 70%, в количестве 7,5 мас.%, или глинистые породы в виде суглинка тощих и жирных глин с содержанием глинистых частиц не менее 15% в количестве 12,5 мас.%, или жидкое стекло в количестве 3,5 мас.% по силикату натрия, или высококальциевую золу ТЭЦ в количестве 20 мас.% из расходного бункера 14 связующего с дозатором, причем связующее направляют в бункер 14 из силоса 15 связующего после помола в мельнице 16.

При содержании в золошлаковых отходах ТЭЦ-2 города Барнаула Алтайского края недогоревших угольных частиц в среднем 20,5% дополнительное введение в золошлаковую смесь молотого угля не производят. Однако в случае содержания в золошлаковых отходах ТЭЦ менее 15 мас.% недогоревших угольных частиц вводят в смеситель 13 с золошлаковой смесью молотый уголь из расходного бункера 19 с дозатором, причем уголь направляют в бункер 19 из силоса 17 угля после помола в мельнице 18 в количестве, обеспечивающем получение теплотворной способности золошлаковой смеси в пределах 6,3-7,5 кДж/кг.

После перемешивания в смесителе 13 из золошлаковой смеси формуют гранулы размером 10-15 мм посредством тарельчатого гранулятора 20 диаметром 5,5 м, производительностью 120 т/смена. Затем после сушки гранул золошлаковой смеси на сушильном конвейере 21 площадью 10 м² осуществляют удаление недогоревших угольных частиц путем обжига гранул при температуре 850-900°C в котле 22 кипящего слоя с выжиганием угольных частиц золошлаковой смеси до остаточного количества не более 1 мас.%. Полученное тепло при этом утилизируют с помощью рекуператора 24 утилизации тепла на ТЭЦ. Далее после охлаждения в холодильнике 23 гранулы направляют либо в бункер 25 для хранения гранул золошлаковой смеси, либо на помол в мельницу 26, а затем непосредственно в комплекс 27 производства строительных материалов. Предприятия комплекса 27 производства строительных материалов рационально располагать на территории, прилегающей к ТЭЦ.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет осуществить следующее:

- получать строительные материалы высокого качества;

- обеспечить оборотное водоснабжение с экономией в среднем до 8-10 млн куб. м воды в год;

- перерабатывать как золошлаковые отходы из отвалов ТЭЦ, так и золошлаковые отходы текущего выхода из системы гидрозолоудаления;

- получать дополнительное тепло за счет выгорания недогоревших угольных частиц;

- переоборудовать существующие системы гидрозолоудаления в системы с одновременной утилизацией золы и утилизацией тепла, полученного при дожигании золошлаковых отходов;

- полностью ликвидировать отвалы золошлаковых отходов и освободить земли, занимаемые ими, с получением дополнительных экологических и экономических выгод.