авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

Свойства минеральных сорбентов применительнок технологиям топливосжигания

-- [ Страница 1 ] --

на правах рукописи

Буваков Константин Владимирович

СВОЙСТВА МИНЕРАЛЬНЫХ СОРБЕНТОВ ПРИМЕНИТЕЛЬНО
К ТЕХНОЛОГИЯМ ТОПЛИВОСЖИГАНИЯ

05.14.14. – тепловые электрические станции,
их энергетические системы и агрегаты

Автореферат диссертации

на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Томск – 2007

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Томский политехнический университет»

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Заворин А.С.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Лебедев В.М.

кандидат технических наук Захарова Л.Г.

Ведущая организация: Региональный Центр управления энергосбережением
(г. Томск)

Защита состоится «25» мая 2007 года в 15 часов на заседании диссертационного совета К 212.269.04 в Томском политехническом университете по адресу: 634034, г. Томск, пр. Ленина, 30, корпус 4, ауд. 406.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке Томского политехнического университета по адресу: г. Томск, ул. Белинского, 55.

Автореферат разослан «___» апреля 2007 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Заворин А.С.

Актуальность работы определяется ее соответствием современным тенденциям в развитии топливно-энергетического комплекса России, а именно направленностью на сокращение техногенной нагрузки угольных тепловых электростанций на окружающую среду, включая вопросы ограничения выбросов вредных газообразных веществ, ликвидации разливов при повреждениях элементов мазутного хозяйства и хранения нефтепродуктов, расширения сферы утилизации золовых отходов от сжигания углей. По своей актуальности тема диссертации, объекты исследования и полученные результаты имеют большое значение не только для теплоэнергетики, но и для других отраслей деятельности, использующих различные технологии сжигания твердого топлива.

Работа выполнялась в соответствии с основными направлениями научной деятельности Томского политехнического университета («Разработка эффективных технологий и материалов на основе природного и техногенного сырья», «Разработка методов и средств повышения надежности и эффективности эксплуатации энергетических объектов») и в продолжение исследований, выполненных ранее в ТПУ в соответствии с научно-техническими программами «Исследование и освоение сжигания канско-ачинских углей на электростанциях КАТЭКа», «Сибирь», «Экологически чистая энергетика».

В настоящей работе поставлена цель изучения сорбционных свойств минеральных сорбентов применительно к условиям топливосжигания и получения на этой основе технологических параметров процессов газоочистки.

Исходя из указанной цели определены следующие задачи исследований:





  • выявление в структуре угля и его золы (уноса) минералогических компонентов, являющихся аналогами или подобием известных материалов с сорбентными свойствами;
  • экспериментальное исследование сорбционной способности золы (уноса) относительно оксидов азота и серы в условиях, приближенных к технологии сжигания угля на ТЭС;
  • экспериментальное тестирование сорбционной способности таких крупнотоннажных техногенных отходов как зола от сжигания энергетических углей и углистый аргиллит относительно нефтепродуктов;
  • сравнение сорбционных характеристик исследованных техногенных отходов и природного цеолита как широко апробированного и универсального сорбента;
  • обоснование технических параметров и рекомендаций для исследованных минеральных сорбентов в технологиях топливосжигания.

Научная новизна работы заключается в следующем:

  • получены физико-химические характеристики золы от сжигания энергетических углей, в том числе классификационные признаки морфологических типов частиц уноса, совокупность которых расширяет основания для новых сфер утилизации этого вида техногенных отходов;
  • впервые получены экспериментальные данные о кинетике сорбции оксидов азота и диоксида серы золой (уносом) из потока газовой среды, приближенной по составу к дымовым газам энергетических котлов, и о сорбционных свойствах золы в зависимости от ее состава и концентрации сорбируемых газов;
  • охарактеризована сорбционная способность золы (уноса) и углистого аргиллита из отвальных пород горно-шахтных выработок относительно нефтепродуктов в сравнении с цеолитом клиноптилолитового типа как эффективным природным сорбентом;
  • на уровне изобретения предложено техническое решение по использованию золы для частичной очистки дымовых газов от токсинных оксидов, реализующее научные результаты исследований.

Практическая значимость диссертационной работы определяется тем, что:

  • полученные результаты лабораторных исследований пригодны для использования в качестве расчетных технологических параметров устройств сорбентной очистки в системах газоудаления котельных установок и топливного хозяйства тепловых электростанций;
  • результаты экспериментального тестирования сорбционной способности минеральных отходов энергетического и угледобывающего производств создают предпосылки для расширения сферы и наращивания масштабов вторичного использования техногенного сырья;
  • отдельные рекомендации, технические решения и сорбционные эффекты подтверждены в натурных условиях экспериментальной эксплуатации опытных установок на Иркутской ТЭЦ-6 и Новоиркутской ТЭЦ;
  • материалы выполненных исследований используются в учебном процессе по специальности «котло- и реакторостроение» в Томском политехническом университете (включены в лекционный курс по дисциплине «Методы защиты окружающей среды», в тематику выпускных квалификационных работ и учебно-исследовательской работы студентов).

Достоверность результатов проведенных исследований, обоснованность научных положений и выводов обеспечиваются: применением различных физико-химических методов с высокой разрешающей способностью, в том числе рентгеновской дифрактометрии, рентгеновской флюоресцентометрии, электронного зондирования, электронно-растровой микроскопии; сочетанием апробированных, включая стандартизованные, и оригинальных методик экспериментальных исследований; применением методов статистической обработки экспериментальных результатов и анализом погрешностей эксперимента.

Часть инструментальных исследований выполнена на оборудовании институтов Уральского отделения РАН в период научной стажировки диссертанта в Уральском Всероссийском теплотехническом НИИ (Урал ВТИ) в рамках Федеральной целевой программы «Государственная поддержка интеграции высшего образования и фундаментальной науки» по направлению «Поддержка обучения и стажировок наиболее способных студентов и аспирантов в российских научных школах мирового уровня».

Полученные в диссертации экспериментальные результаты и их толкование не противоречат фундаментальным физическим положениям, удовлетворительно коррелируют с данными других авторов.

На защиту выносится:

  • результаты исследования состава и строения, структуры и поверхности, морфологических типов частиц золы от сжигания энергетических углей как основа для выявления аналогов известных материалов с сорбентными свойствами;
  • результаты экспериментального исследования сорбционной способности техногенных отходов относительно компонентов дымовых газов котлов и нефтепродуктов топливного хозяйства ТЭС;
  • рекомендации по использованию исследованных минеральных сорбентов в технологиях топливосжигания.

Апробация работы

Результаты исследований, включенных в диссертационную работу доведены до научной общественности и специалистов на V, VI и VIII научно-технических конференциях «Энергетика: экология, надежность, безопасность» (Томск, 1999 – 2002 гг.

), на V областной и VI, VII, VIII, X международных научно-практических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии» (Томск, 1999 – 2004 гг.), на III научно-технической конференции «Минеральная часть топлива, шлакование, загрязнение и очистка котлов» (Челябинск, 2001 г.), на региональной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука. Техника. Инновации» (Новосибирск, 2001 г.), на II семинаре вузов Сибири и Дальнего востока по теплофизике и теплоэнергетике (Томск, 2001 г.), на международной конференции «Сопряженные задачи механики, информатики и экологии» (Томск, 2004 г.), на научных семинарах кафедры парогенераторостроения и парогенераторных установок Томского политехнического университета (1999 – 2007гг.).

Публикации

По результатам диссертационной работы опубликованы 17 работ, в том числе 3 статьи в рецензируемых изданиях, 1 описание изобретения.

Объем и структура диссертации

Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы (173 наименований) и приложения. Работа содержит 159 страниц текста, 20 таблиц и 39 рисунков.

Личный вклад автора состоит: в непосредственном участии во всех исследованиях, включая разработку методик экспериментов, анализ и обобщение результатов, в единоличном проведении обработки и оценки погрешности экспериментальных результатов. В постановке задач работы, обсуждении основных положений, результатов и выводов принимал участие научный руководитель к.т.н. А.С. Заворин. Консультации по методикам исследований оказывали сотрудники кафедры парогенераторостроения и парогенераторных установок к.т.н. А.А. Купрюнин, инженер В.И. Николаева, с.н.с. Урал ВТИ к.х.н. В.Е. Гладков.

С целью расширения экспериментальной базы для обобщений в соответствующих разделах работы привлечены с необходимыми ссылками данные, полученные ранее Завориным А.С. и Красильниковой Л.Г. (минералофазовый состав фракций, выделенных из канско-ачинских углей), Купрюниным А.А. (сорбция газов цеолитом).

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы, сформулирована цель работы.

В первой главе проведен анализ сведений о свойствах сорбентных материалов, в основу которых положены определяющие классификационные признаки. Приведенные сведения систематизированы для крупных групп сорбентов в зависимости от их происхождения и от механизма проявления сорбционной способности. Охарактеризованы особенности использования отдельных сорбентов. По итогам рассмотрения опыта использования различных сорбентов для очистки газовых сред от вредных составляющих и для очистки грунтов и водоемов от нефтесодержащих веществ сформулированы задачи исследований, соответствующие поставленной цели работы.

Во второй главе по материалам опубликованных работ с результатами исследования сорбционных процессов систематизированы основные закономерности и количественные характеристики, которые можно использовать в качестве технологических параметров при применении сорбентных материалов. Показано, что несмотря на хорошую изученность физико-химических явлений, использование большинства уравнений, описывающих сорбционные процессы, требует нахождения разного рода констант только экспериментальным путем. Сформулированы общие требования к содержанию экспериментов в рамках настоящей работы.

В третьей главе рассматриваются методические положения экспериментальных методов исследований, приводится описание лабораторной установки и подготовки образцов для физических методов исследования, методика измерений; рассмотрены основные аналитические зависимости для обработки экспериментальных данных.

В качестве основных методов исследования фазового состава, структуры и морфологии золовых остатков от сжигания угля, позволяющих выполнить поставленную задачу, выбраны физические методы с высокой разрешающей способностью – электронно-растровая микроскопия, рентгено-фазовый анализ, рентгено-флуоресцентный и электронно-зондовый анализы. Для исследований сорбционных свойств сорбента в газовых средах использовали установку, созданную в Томском политехническом университете и позволяющую проводить эксперименты по изучению адсорбции токсичных веществ различными сыпучими сорбентами в потоке с газовой средой, а также при неподвижном слое сорбента. Основные рабочие узлы установки представлены на рисунках 1 и 2.

Для осуществления опыта с неподвижным слоем сорбента использовали адсорбер, в качестве которого выступает реакционная колонка РК (рис. 1), изготовленная из нержавеющей стали, что обеспечивает ее стойкость к агрессивным средам. Герметичность колонки обеспечивается фланцевыми соеди-

Рис. 1. Реакционная колонка. 1 – корпус; 2 – крышка; 3 – прокладка; 4 – патрубок отвода газов; 5 – патрубок подвода газов; 6 – диффузионный колпачок; 7 – решетка; 8 – слой сорбента; 9 – термопара; 10 – обмотка нагревателя

нениями 2 с медными прокладками 3. Включение РК в контур осуществляется посредством подводящего 5 и отводящего 4 штуцеров. Штуцера резьбовым соединением связаны с диффузионными колпачками 6, которые обеспечивают равномерное распределение газов по слою сорбента 8, размещенного на сетке 7, и препятствуют выносу частиц в контур. Для нагрева РК используется электронагреватель 10, выполненный в виде обмотки из нихромовой проволоки с регулирующим устройством, благодаря которому можно выходить на необходимый уровень температуры.

В качестве кинетического параметра адсорбции использовано отношение количества адсорбированных токсичных оксидов на единицу сорбента А (мг/г), определяемого через равные промежутки времени в течение эксперимента, к равновесному значению А (мг/г), называемому предельной величиной адсорбции:

. (1)

Величины А и А определяются по формуле: , где С – изменение концентрации оксидов за счет адсорбции, мг/м3; Vг –объем газа в экспериментальной установке при нормальных условиях, м3; mc – масса сорбента в реакционной колонке, г.

Для оценки влияния температуры дегидратации сорбента на сорбционные свойства использована формула:

, (2)

где Со и С – начальная и равновесная концентрации токсинов в газах, мг/м3.

Для вычисления параметров адсорбции в зависимости от фракционного состава использована функциональная зависимость среднего диаметра частиц сорбента к величине K=f(ср), где K – безразмерная величина, прямо пропорциональная произведению величины адсорбции А (мг/г) на массу сорбента mс (г) и обратно пропорциональная произведению концентрации токсинов С (мг/м3) на объем газов Vг (м3), и определяема из уравнения:

. (3)

 Рис. 2. Рабочий участок-6
Рис. 2. Рабочий участок экспериментальной установки. 1 – реакционные колонны; 2 – корпус сепаратора; 3 – внутренний цилиндр сепаратора; 4 – жалюзийный сепаратор; 5 – патрубок выхода газов; 6 – заглушка; 7 – электронагреватель; 8 – изоляция; 9 – сорбент; 10 – бункер;11 – зубчатый питатель; 12 – смеситель; 13 – патрубок входа газов; 14 – термопара; 15– двигатель электропривода


Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.