Введение к работе
Актуальность работы.
В России несколько десятков тепловых электростанций (ТЭС) малой, средней и большой мощности, работающих на твердом топливе - каменном угле.
Объемы продуктов сгорания твердого топлива в котлах ТЭС - золошлаковых отходов, хранящихся на золоотвалах, составляют сотни миллионов тонн. Ежегодно к ним добавляются десятки миллионов тонн зольных отходов. В состав золошлаковых отходов в небольшом количестве (около 3 %) входит ценный продукт: микросферы - сферические полые частицы, представляющие собой застывшие капли шлакового расплава, содержащие газовые включения. Таким образом, запасы микросферы, содержащиеся в золоотвалах и составляющие сотни тысяч тонн, ежегодно пополняются
Микросфера нашла свое применение как наполнитель в химической и строительной промышленности при производстве бетонов, строительных блоков, различных видов пластмасс, резинотехнических изделий и тд При использовании микросферы в вышеперечисленных областях к ней предъявляются требования, самым важным из которых является отсутствие влаги или содержание ее не более 1 %.
Выполнение данного требования ставит общую комплексную проблему переработки микросферы, состоящую из следующих основных этапов: сбор с поверхности золоотвалов и первичная обработка, сушка с последующим эффективным разделением в пылеулавливающем аппарате, классификация по фракциям и отгрузка готового продукта потребителю.
Наиболее сложным и малоизученным из этих стадий является сушка микросферы и ее улавливание после сушилки
Гидродинамические и термодинамические явления, протекающие при сушке микросферы, малоизученны, и требуют установления влияния технологических и режимных параметров сушильного агента (теплоносителя) на процесс. Прогресс в этой области может быть достигнут путем систематических исследований по влиянию основных технологических и режимных параметров теплоносителя, а так же конструктивных и геометрических факторов сушильных аппаратов на указанный процесс, с целью нахождения их оптимальных и эффективных диапазонов для интенсификации процесса.
Другой актуальной проблемой является эффективное улавливание летучей золы из отходящих газов котлов ТЭС в сухом виде, поскольку летучая зола применяется как компонент в строительных композициях, например, в сухих смесях, цементах и т.д
Решение этой проблемы кроется в применении современных комбинированных золоуловителей. В таких аппаратах используется совместное воздействие на частицы золы нескольких силовых факторов. Одним из наиболее подходящих аппаратов является электроциклон, в котором очистка газа от частиц происходит под действием силы центробежного и электростатического поля.
Поскольку картина физических явлений, происходящих в электроциклоне исключительно сложная, необходимо было исследовать влияние основных режимных и конструктивных параметров на процесс улавливания летучей золы в лабораторных моделях электроциклонов
Цель работы.
Исследование закономерностей процессов' сушки микросферы в аэрофонтанной сушилке, улавливания летучей золы и микросферы в моделях электроциклонов различных конструкций, как основных стадий технологии комплексной переработки и утилизации золошлаковых отходов ТЭС
Задачи исследования.
-
Определение влияния основных технологических и режимных параметров теплоносителя на кинетические закономерности процесса сушки микросферы, находящейся в неподвижном состоянии.
-
Исследование закономерностей процесса сушки микросферы в лабораторной аэрофонтанной сушилке.
-
Разработка математической модели процесса сушки в аэрофонтанной сушилке.
-
Исследование процесса улавливания летучей золы и микросферы в лабораторных моделях центробежно-электрических пылеуловителей
Научная новизна.
1. Впервые установлены кинетические закономерности сушки микросферы при варьировании гидродинамических факторов. Определено влияние скорости теплоносителя на интенсивность процесса сушки.
2 Разработана полуэмпирическая модель для описания процесса сушки микросферы в аэрофонтанной сушилке. Определены эмпирические коэффициенты для микросферы.
3. На основании экспериментальных исследований в лабораторной модели электроциклона установлены основные закономерности сепарации летучей золы и микросферы под действием центробежной и электрической силы. Показано влияние гидродинамики пылегазового потока и конструктивных параметров электроциклонов на эффективность пылеулавливания. Получено критериальное уравнение для расчета степени очистки воздуха от летучей золы.
Практическая значимость. Получена полуэмпирическая модель, учитывающая влияние термодинамических и гидродинамических параметров теплоносителя на процесс сушки материалов в фонтанирующем слое аэрофонтанной сушилки. С использованием данной модели была рассчитана промышленная аэрофонтанная сушилка. Разработана конструкция и основные узлы опытно-промышленного электроциклона производительность 50 тыс. м3/ч для Красногорской ГРЭС, г. Каменск-Уральский.
Реализация результатов. На основе полуэмпирической модели процесса сушки для ООО «Гранула» была рассчитана промышленная аэрофонтанная сушилка для установки по переработке сырой микросферы производительностью 500 кг/ч (по сухому продукту), состоящая из аэрофонтанной сушилки, циклона для улавливания продукта и узла классификации микросферы по размерам.
На защиту выносятся:
Результаты кинетических закономерностей сушки микросферы в аэрофонтанной сушилке;
Полуэмпирическая модель процесса сушки в аэрофонтанной сушилке;
Результаты исследований улавливания летучей золы и микросферы на моделях центробежно-электрических пылеуловителей;
Критериальное уравнение для расчета степени очистки центробежно-
электрического пылеуловителя.
Апробация работы. Основные результаты, изложенные в диссертационной работе, были представлены на- Всероссийской научно-практической конференции (г. Екатеринбург, 1996 г.); Научно-практической конференции (г. Краснотурьинск, 1999 г.); Международной выставке и научно-практической конференции (г. Екатеринбург, 2002 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано восемнадцать работ, в том числе одиннадцать статей, шесть тезисов докладов, один патент на изобретение.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы, приложения. Содержание диссертации изложено на 165 страницах машинописного текста, содержит 38 рисунков и 15 таблиц. Список литературы содержит 186 наименований
