Введение к работе
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 угле-родсодержащего 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 пирометаллурги-
ческом агрегате конвейерного типа используется в 2 раза эф
фективнее, 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:
Для получения продукции металлургического и попутного назначения следует использовать твердые углеродсодер-жащие отходы в качестве топлива в процессах обжига, что позволяет существенно снизить расход традиционного энергетического сырья;
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 авто-
матизации 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.
