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 |

Использование твердых углеродсодержащих отходов в пирометаллургических процессах

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ФЕОКТИСТОВ Андрей Юрьевич

Использование

твердых углеродсодержащих отходов

в пирометаллургических процессах


Специальность 05.16.02 Металлургия черных,

цветных и редких

металлов

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук




САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2009

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В. Плеханова (техническом университете)


Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор

Белоглазов Илья Никитич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Ткаченко Станислав Степанович

кандидат технических наук, доцент

Баркан Михаил Шмерович

Ведущее предприятие: ЗАО "Метахим".


Защита состоится « 29 » декабря 2009 г. в 14 ч 30 минут на заседании диссертационного совета Д 212.224.03 при Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В.Плеханова (техническом университете) по адресу: 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2, ауд. 1303.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного института.

Автореферат разослан «27» ноября 2009 года

УЧЁНЫЙ СЕКРЕТАРЬ

диссертационного совета

д.т.н. В.Н.БРИЧКИН

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ


Актуальность. На производство черных и цветных металлов расходуется около 14 % топлива, 16 % электроэнергии, 40 % сырья и минеральных ресурсов от общего потребления в стране. В настоящее время в качестве основных видов топлива в металлургии используются ископаемые угли, природный газ и продукты нефтепереработки, стоимость которых на международном и российском рынках имеет тенденцию неуклонного роста. В связи с увеличением стоимости их добычи, переработки и транспортировки перед отечественной промышленность со всей очевидностью встает проблема поиска новых нетрадиционных источников более дешевых видов топлива. К такого рода топливу можно отнести нерудное энергетическое сырье, представленное твердыми углеродсодержащими отходами техногенного происхождения, в т.ч. наиболее доступные и требующие утилизации твердые пластиковые, резиновые и твердые коммунальные отходы (ТКО). Более 90% названных материалов практически не используются, а захораниваются на полигонах вызывая загрязнение окружающей среды.

В настоящее время наиболее перспективной с традиционной позиции технологией энергетического использования твердого углеродсодержащего сырья, представляется технология слоевого сжигания на подвижных колосниковых решетках в специализированных котлах с получением пара. Недостатками технологии являются невысокий КПД (порядка 25-30%), обусловленный низкими параметрами получаемого пара, высокая стоимость оборудования для газоочистки и сложность кинематической схемы подвижных решеток. Одновременно данная технология не позволяет использовать техногенное углеродсодержащее сырье для замены твердого топлива в металлургических процессах, что обуславливает необходимость проведения соответствующих исследований.





Цель работы. Разработка эффективных теплотехнических и аппаратурных решений по использованию твердых углеродсодержащих отходов техногенного происхождения в металлургических процессах.

Идея работы. Для производства извести, аглопорита, портландцементного клинкера и другой продукции металлургического и попутного назначения на обжиговом агрегате конвейерного типа следует использовать тепловой потенциал твердых углеродсодержащих отходов.

Задачи работы:

- определение термохимических и физических свойств углеродсодержащего энергетического сырья, содержащего резиновые, пластиковые и др. высококалорийные компоненты;

- разработка технологии и агрегата для использования теплового потенциала углеродсодержащих отходов в металлургических процессах;

- определение рациональных параметров топлива, полученного на основе твердых углеродсодержащих отходов и условий его применения;

Методы исследований. Работа выполнена с использованием комплекса теоретических и экспериментальных методов исследований, включающего анализ существующих технологий энергетического использования твердых углеродсодержащих отходов; опытно-промышленные испытания и лабораторные эксперименты по изучению их свойств; физическое моделирование и математическую обработку результатов современными компьютерными методами.

При постановке и проведении лабораторных и опытно-промышленных испытаний реализованы методы планирования эксперимента и статистического анализа, а также принятые в металлургической отрасли методы технологического контроля.

Научная новизна:

- установлено, что тепловой потенциал при горении твердых углеродсодержащих отходов в слое шихты в пирометаллургическом агрегате конвейерного типа используется в 2 раза эффективнее, чем при традиционных способах энергетической утилизации;

-- получены зависимости продолжительности процесса диссоциации известняка от высоты слоя шихтовых компонентов и величины разряжения при просасывании горячих отходящих газов через слой известняка заданного гранулометрического состава.

Основные защищаемые положения:

  1. Для получения продукции металлургического и попутного назначения следует использовать твердые углеродсодержащие отходы в качестве топлива в процессах обжига, что позволяет существенно снизить расход традиционного энергетического сырья;
  2. С целью увеличения теплового КПД агрегата и снижения выбросов кислот и диоксида серы в окружающую среду следует использовать технологию слоевого обжига твердых шихт металлургического назначения в агрегате конвейерного типа.

Практическая значимость и реализация результатов работы:

- установлена технологическая возможность замены традиционных видов топлива твердыми углеродсодержащими материалами в процессах обжига при получении кондиционной продукции металлургического и попутного назначения, что позволяет снизить расход материальных и энергетических ресурсов и обеспечить экономический эффект;

- экспериментально установлено, что слоевой процесс обжига с использованием в качестве топлива твердых углеродсодержащих отходов, обеспечивает связывание выделяющихся при их горении кислот и диоксида серы твердыми продуктами обжига, содержащими оксиды и карбонаты кальция;

- разработана конструкция термического агрегата на основе конвейерной обжиговой машины, которая при использовании в пирометаллургическом процессе позволяет осуществить наиболее полный прогрев слоя при просасывании горячих отходящих газов через слой обжигаемых углеродсодержащих твердых материалов и добиться повышения КПД процесса до 55 % в соответствие с обоснованной схемой газопотоков;

- получены исходные данные для разработки технического проекта отечественной конвейерной обжиговой машины для переработки твердых углеродсодержащих отходов с получением извести ООО "Уралмаш-Инжиниринг".

Достоверность результатов работы.

Приводимые выводы и рекомендации обоснованы путем сопоставления результатов численных расчетов, лабораторных исследований и опытно-промышленных испытаний.

Апробация работы.

Результаты работы докладывались на семинаре “Промышленные печи и высокотемпературные реакторы” (ВО “РЕСТЭК”, Санкт-Петербург, 2006); на международных ежегодных специализированных конференциях в Краковской горной академии (Польша, Краков, 2006 и 2007 г.г. ) и Фрайбергской горной академии (Германия, Фрайберг, 2008); на четвертых научных чтениях по цементу “Современный цементный завод. Экология” (АНТЦ «Алит», Москва, 2007); на всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов (Политехнический университет, Санкт-Петербург, 2007) научно-технических конференциях молодых ученых Санкт-Петербургского государственного горного института (Санкт-Петербург, 2006, 2007); на Петербургской технической ярмарке (ПТЯ, ВО “РЕСТЭК”, Санкт-Петербург, 2008 и 2009 г.г.); семинарах кафедры автоматизации технологических процессов и производств СПГГИ (ТУ).

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 174 страницах машинописного текста и включает введение, четыре главы и заключение. Содержит 32 рисунка, 55 таблиц, библиографический список из 153 литературных источников.

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель, идея и решаемые задачи, приведены основные защищаемые положения, научная новизна и практическая значимость.

В первой главе выполнен научно-технический анализ современного состояния и перспектив развития теории и практики энергетического использования углеродсодержащих твердых отходов. Приведены результаты анализа состава и свойств углеродсодержащих твердых отходов, применяемых методов и аппаратов их энергетического использования. Рассмотрены вопросы экологии, классификации обогащенного топлива из отходов и аппаратурные схемы его получения. Определены требования, предъявляемые к термическому агрегату для энергетического использования твердых углеродсодержащих отходов.

Во второй главе приведены результаты опытно-промышленных испытаний по использованию теплового потенциала углеродсодержащих отходов на обжиговой машине конвейерного типа с получением полезных продуктов (извести, аглопорита и цементного клинкера) и выполнен анализ.

В третьей главе выполнен теплотехнический расчет процесса использования энергетического потенциала твердых углеродсодержащих отходов с получением извести. Рассмотрены вопросы обжига известняков в слое, приведены физико-математические описания диссоциации карбоната кальция и горения твердого топлива, представленного твердыми углеродсодержащими материалами. Рассчитано время необходимое для обжига известняка на конвейерной машине до необходимой степени диссоциации и время полного выгорания кокса отходов.

В четвертой главе даны рекомендации по использованию разработанных технологических решений. Сформулированы оптимальные технологические и конструктивные характеристики конвейерной машины для утилизации теплового потенциала твердых углеродсодержащих отходов.

Заключение содержит обобщенные выводы по результатам исследований.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 статей, в том числе 2 публикации в изданиях, входящих в Перечень ВАК Минобрнауки России, получен 1 патент России.

Автор диссертационной работы выражает благодарность директору по исследованиям и развитию ОАО “НПК “Механобр-техника” Арсентьеву В.А., главному специалисту Петрову А.В. и главному технологу Михайловой Н.В. за помощь в организации и проведении исследований; благодарность и признательность научному руководителю работы профессору Белоглазову И.Н.

Основные защищаемые положения

1. Для получения продукции металлургического и попутного назначения следует использовать твердые углеродсодержащие отходы в качестве топлива в процессах обжига, что позволяет существенно снизить расход традиционного энергетического сырья.

В соответствии с разработанной методикой были проведены комплексные экспериментальные исследования процесса сжигания углеродсодержащих отходов в агломерационных чашах (аглочашах), позволяющих моделировать процессы, протекающие в слое материала при различных условиях (рис. 1). В качестве углеродсодержащих материалов использовались смешанные пластиковые и резиновые отходы, коксовая мелочь, древесные отходы и торф. Исходным сырьем служил известняк, а также шихта для получения аглопорита и цементного клинкера. В качестве шихты при получении цементного клинкера использовался обезвоженный белитовый шлам глиноземного производства.

Рис 1. Схема укрупнено-лабораторной установки физического моделирования слоевого сжигания. 1 – агломерационные чаши; 2 - эксгаустер; 3 – газоход; 4 – измерительная шайба; 5 – заслонка; 6 – задвижка; 7 – потенциометр; 8 – термопара; 9 – тягонапоромер; 10 – слой шихты; 11 - слой углеродсодержащего сырья (топливо).

Результаты, полученные в экспериментальных исследованиях с использованием указанной методики, приведены в табл. 1. и 2. и на рис. 2.

Установлено, что оптимальные условия сжигания углеродсодержащих материалов достигаются при их укладке на слой обжигаемого материала. Послойная укладка компонентов шихты обеспечивает наиболее равномерный нагрев известняка (рис. 2). Некоторые показатели процесса обжига известняка с использованием в качестве углеродсодержащих материалов твердых коммунальных отходов, коксовой мелочи, резиновых отходов и торфа приведены в таблице 1. Характеристика полученных в ходе экспериментальных исследований продуктов при сжигании твердых углеродсодержащих отходов приведена в таблице 2.

Таблица 1

Показатели обжига известняка в агломерационных чашах

№ п/п Условия опыта Степень обжига известняка, % Продолжительность процесса, мин Скорость протекания процесса мм/мин Температура газов под решеткой (max), 0С Скорость фильтрации воздуха, м/с
соотношение отходы/ известняк Дополнительное твердое топливо, %
1. 4,0 - 72,0 8,0 37,5 600-750 1,4
2. 1,0 - 39,0 10,0 30,0 600-700 1,6-2,8
3. 1,05 2,5 (коксовая мелочь) 57,0 10.0 30,0 650-780 0,95-1,7
4. 0,9 4,9(коксовая мелочь) 88,0 13,0 23,0 680-800 1,4-1,85
5. 2,16 5,0 (торф) 68,0 7,0 42,8 750-800 1,7-2,5
6. 1,6-2,1 (резиновые отходы) - 77-81 33-38 13-15 900-1050 0,95-1,9

Таблица 2

Характеристика полученных продуктов

№ п.п Наименование основных показателей Величина %
1 Известь
1.1 степень обжига, % 62-82
1.2 гранулометрический состав, %
- фракция 12-18мм 59,8
- фракция 5-12мм 29,4
- фракция 3-5мм 10,8
1.3 массовая доля компонентов, %
- СаО 62-64
- SiO2 1,3-4,2
- ППП 16,5-10,2
- S 0,62
- Cl 0,3 – 0,5
- прочее 19,28-20,28
2 Аглопорит
2.1 массовая доля компонентов, %
- SiO2 64,6
- Al2O3 15,1
- Fe2O3 7,5
- CaO+MgO 8,12
- S 0,28
- Na2O+K2O 2,1
- ППП 1,15
2.2 Насыпная плотность фракции +3 мм, кг/м3 316-468
3. Цементный клинкер на основе белитового шлама глиноземного производства
3.1 Фазовый состав, %
- алит 43,03-44,47
- белит 20,43-20,92
- алюминат 1,7-1,77
- алюмоферрит 3,64-3,69
3.2 Коэффициент насыщения 0,87
3.2 Удельная поверхность, м2/кг 370-383


Pages:   || 2 |
 

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.