Главная
страница 1
Перспективные отечественные технологии и разработки

СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ СТАБИЛЬНЫХ

ВОДОУГОЛЬНЫХ СУСПЕНЗИЙ В АППАРАТАХ

КАВИТАЦИОННОГО ТИПА

По данным НИИ экономики энергетики РАО «ЕЭС Рос-сии», в балансе топлива при производстве электроэнер­гии в нашей стране в 2002 году доля природного газа со-ставила 51%, а угля - около 18%, в то же время в США на угле вырабатывается 52% электроэнергии, в Германии -54%, в Китае - 72%, в Польше - 94%.

По ожидаемой выработке основных месторождений нефти и газа, запасы которых в десятки раз меньше запа-сов угля, структура потребления энергоресурсов будет неотвратимо изменяться в сторону увеличения потребле-ния угольного топлива.

В сложившихся условиях становится очевидным перс-пективность научно-технических разработок по созданию новых эффективных видов топлива на основе угля, к ним относится и водоугольное топливо (ВУТ) суспензия, в том числе с добавками любого углеводородного сырья (не-фти, спиртов, метанола и других горючих жидкостей).

Являясь альтернативным для традиционных видов топлива - угля, мазута, газа, водоугольное топливо (ВУТ) предназначено для их замены, а также для улучшения экологической обстановки в местах работы промышлен­ных и бытовых котельных на угле или мазуте.

Сущность традиционного приготовления водоугольного топлива, как в Российской Федерации, так и за рубежом, заключается в тонкодисперсном измельчении угля, пере-мешивании его с водой и различными химическими добав-ками, которые добавляются для повышения текучести по-лученной суспензии, предотвращения расслоения и при­дания ей стабильности. Соотношение угля и жидкости в водоугольных суспензиях составляет от 50 / 50%, до 75 / 25%.

Измельчение угля традиционно проводят в шаровых или стержневых мельницах как сухого так и мокрого помо-ла, которые отличаются большой металлоемкостью, вы­сокими удельными затратами энергии на измельчение одной тонны угля, низким КПД измельчения - 0,6%, боль-шими капитальными затратами при строительстве заво-дов приготовления ВУТ.

Представляемая технология предусматривает из­мельчение угля фракции 0-10 мм до тонкодисперсного состояния в воде как с добавками, так и без них.

В основу технологии по приготовлению водоугольных суспензий заложено свойство углеводородного сырья, угля, нефти, и других углеводородных соединений подвергать-ся «гидрогенизации», т.е. присоединению водорода к ато­мам углерода под большим давлением, до 700 атмосфер, и при высокой температуре (от 400 до 550 0С).

Вторым фактором, позволяющим обеспечивать не толь-ко измельчение, перемешивание, но и химические эф-фекты присоединения, замещения, слияния и разрыва молекул - является использование кавитации.

В кавитационных аппаратах, применяемых для тонко-дисперсного измельчения угля, всасывающие полости выполнены таким образом, что в них возникают разреже-ния, и закачиваемая диспергатором водоугольная пуль-па находится под значительным разрежением, способ-ствующим насыщению пульпы кавитационными пузырь-ками.

При переходе пульпы через диспергатор возникают зоны и импульсы с повышенным давлением.

Кавитационные пузырьки, оказавшиеся в зоне повышен­ного давления или под действием импульса повышенно-го давления, начинают интенсивно схлопываться.

Продолжительность охлопывания пузырька длится 108сек.

В точке исчезновения пузырька возникают мгновен­ные перепады давления от 4000 до 25 000 кг/см2, мгно-венные значения температуры 2000 - 3400 0К; на повер-хности пузырька возникают и при его исчезновении кон­центрируются электрические заряды, напряженностью до 1011 В/м.

Таким образом, на молекулярном уровне в достаточ­ном простом оборудовании возникают условия для про-текания реакций гидрогенизации.

Кавитация приводит к возникновению реакционно-способных радикальных частиц. В случае воды такими ра-дикальными частицами являются атом водорода и гид-роксильный радикал:

H2O -> • H + • OH + e •

Модель физико-химических процессов, протекающих в кавитационном пузырьке и в прилегающем к нему объе-ме жидкости (вода; вода + H2O2; O3; 02) включает элемен­тарные акты, приводящие к образованию продуктов со-нолиза воды:



  • гомолитическое расщепление воды с образовани­ем радикалов • Н и • ОН, при рекомбинации которых об-разуется, в том числе и пероксид водорода Н202;

  • образование гидроперекисных радикальных соеди­нений при наличии в реакционной среде кислорода;

  • взаимодействие радикальных продуктов сонолиза воды с пероксидом водорода;

  • дальнейшие вторичные процессы возбуждения и перезарядки продуктов сонолиза воды.

Таким образом, в водной среде, находящейся в поле кавитационных колебаний, присутствуют гидрокил-, перок-сид-, и другие радикальные частицы и соединения.

Гидроксил-радикал является мощнейшим окислителем, который может существовать в воде; обладая высоким окислительным потенциалом. Гидроксил-радикал спосо-бен окислять практически все органические соединения. Вместе с этим, гидрокисл-радикал является типичным электрофилом и по этой причине легко вступает в реак-цию с молекулами, содержащими ароматическое коль­цо.

Внешне технология приготовления водоугольного топ­лива выглядит следующим образом: уголь измельчается в молотковой дробилке и фракцией от 0 до 10 мм, лен­точным конвейером направляется в смеситель, в кото­рый подается вода. Приготовленная в смесителе водо-угольная пульпа направляется в кавитационный диспер-гатор крупного помола (0-800 мкм). После обработки в диспергаторе водоугольная суспензия направляется в гидроциклон, в котором происходит отделение фракции более 800 мкм и возврат ее в диспергатор.

Избирательное действие кавитации по измельчению материалов с различной прочностью отчетливо видно при работе диспергатора крупного помола. На этой стадии, когда менее прочные частицы угля разрушаются, а мине-ральные частицы в виде кварцитов и других типов пород сохраняют свои размеры необходимо проводить демине-рализацию, и тем самым повысить теплотворную способ-ность водоугольного топлива и уменьшить содержание золы в дымовых газах, уменьшить износ оборудования и насосно горелочных устройств.

Суспензия с размером частиц угля 0-800 мкм направля­ется в диспергатор среднего помола (0-250 мкм). После обработки в диспергаторе суспензия направляется в гидро-циклон, в котором происходит отделение частиц угля раз-мером более 250 мкм и возврат их в диспергатор на домол.

Основная масса суспензии фракцией 0-250 мкм на­правляется в диспергатор тонкого помола, в котором про-исходит измельчение до любой необходимой фракции и завершаются процессы физико-химических преобразова-

ний длинных молекул угля в более легкие углеводород­ные соединения.

Топливо, приготовленное в кавитационном дисперга-торе, не нуждается в каких-либо добавках, оно не рассла-ивается в течение 6 месяцев, легко прокачивается по тру-бопроводам, распыляется форсунками и сгорает. Топливо начинает кристаллизоваться и замерзать при температу-ре - 6 0С, при этом, объем его не увеличивается и при размораживании сохраняет свои свойства. После высуши­вания и последующего добавления воды топливо приоб-ретает свои изначальные реологические свойства.

По данным НПО «Гидротрубопровод» и ФГУП «МПЦ Экотехника» и мирового опыта, перевод на водоугольное топливо, промышленных и бытовых котельных со сжига-нием угля и мазута, значительно улучшает экологическую обстановку, снижает выбросы:


  • в 2 - 2,5 раза - оксида серы;

  • на 50 - 70% - окислов азотов;

  • в 1,5 - 2 раза - окиси углеродов.

Возможность получения водоугольного топлива на ка-витационных установках в больших количествах подтвер-ждена работой опытно-промышленной установки в г. Крас-ноярске.

Водоугольное топливо, приготовленное из Балахтинс-кого бурого угля при соотношении твердого и жидкого 60/ 40%, по данным центральной лаборатории ЕЦБК, имела следующие характеристики:

• гранулометрический состав:
0,2 мм - 11,1%;

0,16 мм - 2,0%;

0,125 мм - 1,8%;

0,071 мм - 9,0%;

0,045 мм - 21,7%;

поддон - 54,4%;

т.е. фракция топлива 0 - 0,135 мм составляет 86,9%;


  • плотность продукта - 1037 кг/м3;

  • массовая доля жидкой фазы - 84,6%;

  • сухой остаток- 15,4%.

Водоугольное топливо, приготовленное из шлама шах-ты «Тырганская» (Кузбасс) при том же соотношении твер­дого и жидкого 60/40% содержало:

  • массовая доля жидкой фазы - 71,5%

  • массовая доля сухого остатка - 28,5%

  • плотность продукта - 1107 кг/м3

К сожалению, пока мы не провели детальные анализы, чтобы выяснить, какие именно углеводородные соедине-ния получаются при приготовлении водоугольного топлива.

По данным различных лабораторий (АлтГУ, АГТУ и др.), проводивших частичное изучение состава водоугольного топлива, были обнаружены химические соединения кар-боновых кислот, диметиловый эфир и даже метан в коли­честве до 9%, который был растворен в топливе и выде-лялся в течение нескольких дней.

Кавитация способна не только заменить или запол­нить боковые связи бензольных колец, но и разрушать их с образованием простых углеводородных соединений.

Это позволяет использовать вместо воды при приго­товлении водоугольного топлива замазученные воды, сто-ки отбельных производств ЦБК, щелока после варки цел­люлозы, утилизировать трансформаторные масла, совто-лы, эмульсии и даже производить обеззараживание про-мышленных ядов и «агроядохимикатов».






Смотрите также:
Способ приготовления стабильных водоугольных суспензий в аппаратах кавитационного типа
65.27kb.
1 стр.
Приложение №6 Салат
21.58kb.
1 стр.
Требования к техническим характеристикам окр «Разработка технологий производства для работы па глубоководных спускаемых аппаратах» Лот №, шифр
95.29kb.
1 стр.
Приготовления к торжественной линейки началось за неделю до этого праздника. Так как 11 класс выпускной, мы возложили все приготовления на себя
136.48kb.
1 стр.
Воображение и внимание. Первый способ репетирования атмосфера. Второй способ репетирования
321.72kb.
1 стр.
Решение которых связано с понятием «концентрация»,
27.74kb.
1 стр.
Технология приготовления колбас
444.12kb.
3 стр.
Мороженое своими руками
25.88kb.
1 стр.
За теорию стабильных вкладов и практику планирования рынка
110.43kb.
1 стр.
Синтез полимерных суспензий с ионами металлов на поверхности частиц
442.42kb.
3 стр.
Лекция №21. Фильтрование. Общие сведения
1152.57kb.
7 стр.
Особенности инсулинотерапии у больных сахарным диабетом типа 2 в г. Железногорске
22.02kb.
1 стр.