ВВЕДЕНИЕ
Зольная пыль является наиболее важным из продуктов сгорания угля, составляя почти 70% от их общего количество. В Европе каждый год около 6 млн. тонн кремнистой зольной пыли используется в качестве добавки к цементу, заменяя часть цемента для производства бетона. Столь большое количество объясняется более чем 50-летним опытом использования зольной пыли в производстве бетона в некоторых европейских странах.
Глава 1. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЗОЛЬНОЙ ПЫЛИ
1.1 Использование зольной пыли в производстве бетона
Зольная пыль является наиболее важным из продуктов сгорания угля, составляя почти 70% от их общего количество. В Европе каждый год около 6 млн. тонн кремнистой зольной пыли используется в качестве добавки к цементу, заменяя часть цемента для производства бетона. Столь большое количество объясняется более чем 50-летним опытом использования зольной пыли в производстве бетона в некоторых европейских странах.
Технические преимущества, особенно в отношении обрабатываемости и долговечности, а также длительный опыт привели к признанию этого материала в качестве строительного сырья. Главным условием для такого признания было доступность зольной пыли постоянного качество. Чтобы удовлетворить растущий спрос но зольную пыль но рынке бетона в сезон строительство, были установлены бункера для хранения и системы обогащения. Для использования в качестве добавки к бетону зольная пыль должна отвечать требованиям европейского стандарта EN 450 "Зольная пыль для бетона". Этот стандарт, впервые опубликованный в 1994 г. и исправленный в 2005 г., относится к кремнистой зольной пыли, получаемой при сжигании пылевидного угля.
1.2 Производство и характеристики кремнистой зольной пыли
Зольная пыль получается но электростанциях, работающих на сжигании угольной пыли. Уголь, измельченный на угольных мельницах до пылевидного состояния, подается с помощью сжатого воздуха но пылеугольные горелки и сжигается в полностью контролируемом процессе при высокой температуре до 14000С (котлы с сухим золоудалением). В некоторых странах используются также котлы с водяным золоудалением, где при температуре сжигания, достигающей 16000С, образуются сферические частицы с большим количеством аморфного материала. Полученное тепло нагревает воду в пароводяном тракте, и вырабатываемый пор приводит в действие турбину.
Во время сжигания меньшая часть угольной золы падает на дно печи, откуда оно удаляется как зольный остаток. Большая часть, примерно 90% мелкой золы, уносится дымовыми газами и проходит через катализатор DENOX до электростатического фильтра, где более 99,9% золы отделяется от дымовых газов и с помощью сжатого воздуха направляется в бункер. Топочный газ после этого пропускается через установку десульфуризации дымовых газов (FGD), где производится гипс FGD, и поступает в трубу. Чистый' газ, уже не содержащий азота, пыли и десульфуризованный, выходит через трубу в атмосферу.
Для определения возможности использования зольной пыли в связанных с цементом применениях определяются характеристики золы, то есть физические характеристики - гранулометрический состав, плотность и объемная плотность, и минералогический, о также химический состав.
Зольная пыль из котлов с сухим золоудалением представляет собой чрезвычайно мелкозернистый материал от светло-серого до средне-серого цвета.
Его плотность обычно находится в диапазоне между 2,0 и 2,6 кг/дм', объемная плотность - от 0,7 до 1,1 кг/дм'. По минералогическому составу зольная пыль содержит алюмосиликатное стекло с вкраплениями кварца, муллита, гематита и магнетита. Кристаллическая доля составляет от 5 до 25% массы.
По химическому составу зольная пыль содержит более 80% по массе 5Si02, АI2Оз и Fе20з. Количество СаО меньше 1 0% по массе. В отношении содержания несгоревших материалов (<5 - 7% по массе) должны выполняться требования стандарта EN 450 по предельному содержанию свободной извести (<1 % по массе), серы (<3% по массе, как S03) и хлора (<о, 1 % по массе).
1.3 Преимущества использования зольной пыли в бетоне
Использование зольной пыли в качестве добавки к бетону оказывает реологическое и заполняющее воздействие на свежеуложенную бетонную смесь. Кроме того, прочность и долговечность затвердевшего бетона повышаются благодаря пуццелановой реакции, ведущей к образованию более плотной структуры.
Изобретение относится к способу обработки зольной пыли и шлама очистки сточных вод, способу получения легкого заполнителя и легкому шарообразному пористому заполнителю.
Зольная пыль является побочным продуктом, полученным при сжигании угля и особенно пылевидного битуминозного угля. Углесжигающие электростанции обычно производят очень большое количество зольной пыли, которую необходимо удалить приемлемым для окружающей среды способом. В процессе обработки зольной пыли типичным приемом является нагрев смеси зольной пыли, и этот нагрев часто осуществляется во вращающейся обжиговой печи.
Шламы сточных вод являются побочным продуктом очистки сточных вод. Шлам представляет собой твердые плотные частицы осадка, накопленные и затем отделенные от струи жидкости в течение различных этапов процесса очистки сточных вод. Шлам может быть от первичного или повторного осаждения или активным илом. Шлам может быть в виде необработанного канализационного ила, вываренного шлама или обезвоженного шлама. Характеристики шлама очень зависят от стадии обработки, из которой их извлекают, а также от того проведена ли такая обработка, как вываривание. Однако общей характеристикой шлама является то, что он содержит значительное количество органического вещества.
Шлам обычно уничтожают сжиганием с последующим захоронением инертной золы в почве, образованием лагун и насыпей, разбрасыванием по почве как удобрение или для кондиционирования грунта и сбрасыванием в океан, там где это возможно. Экономичное и безвредное для окружающей среды избавление как от зольной пыли, так и от шлама сточных вод представляет значительную проблему.
Полученная масса спекалась на проницаемом поле для образования твердого ячеистого брикета, который было бы удобно использовать как заполнитель для бетона. Другой способ избавления от шлама очистки сточных вод был предложен Бебстером (Webster et all) и др., в пат. США N 4028130, от 07.06.77, в котором вываренный шлам сточных вод смешивался с известью, зольной пылью и любым щелочноземельным металлом, сульфатами или грунтом для образования застывающей на воздухе структуры, которую можно разместить на открытом атмосфере участке, и которая через некоторое время вулканизируется, чтобы работать как земляная насыпь или как материал для фундамента (подошвы) дорог.
Патент США N 3600476 раскрывает способ производства легковесных заполнителей, которые по существу образуют окатыши из смеси зольной пыли и шлама сточных вод. В этом патенте не раскрывается обработка агломерированной смеси пропусканием через печь, используя параллельный поток горячего газа.
Наиболее близким способом является способ обработки зольной пыли и шлама очистки сточных вод, включающий смешивание зольной пыли и шлама очистки сточных вод, агломерирование смеси, нагрев агломерированной смесь во вращающейся обжиговой печи с получением шарообразного продукта и охлаждение полученного продукта (ЕВ 2142006).
Основной задачей, решаемой изобретением, является создание легковесного легкого заполнителя, образованного из обработанных и нагретых зольной пыли и шлама очистки сточных вод.
В смесь зольной пыли и шлама очистки сточных вод дополнительно вводят связующее в количестве до 20 мас.% (на сухое).
Агломерированная смесь перед нагреванием ее во вращающейся печи может быть высушена до содержания влаги менее 5 мас.%.
Сформулированная задача решается также за счет того, что в способе обработки зольной пыли и шлама очистки сточных вод, агломерирование смеси, нагрев агломерированной смеси во вращающейся обжиговой смеси с образованием пористого шарообразного продукта и извлечение его из печи, при смешивании используют шлам очистки сточных вод с высокой теплотворной способностью для замены более половины топлива, расходуемого на нагрев агломерированной смеси во вращающейся обжиговой печи до температуры ниже температуры плавления смеси.
Сформулированная задача решается также за счет того, что в способе получения легкого заполнителя, включающем смешивание зольной пыли и шлама очистки сточных вод, агломерирование смеси окомковыванием, нагрев окомкованной смеси во вращающейся обжиговой смеси и охлаждение, зольную пыль и шлам очистки сточных вод смешивают в количествах от 35 до 99 мас.% и от 1 до 65 мас.% (на сухое), соответственно, и нагрев осуществляют при пропускании окомкованной смеси через обжиговую печь параллельно потоку горячих газов в печи.
В смесь зольной пыли и шлама очистки сточных вод дополнительно может быть введено связующее в количестве до 20 мас.% (на сухое).
Агломерированную смесь перед нагревом ее во вращающейся обжиговой печи, сушат до содержания влаги менее 5 мас.%.
Окатыши перед сушкой могут быть покрыты порошком.
Температура во вращающейся обжиговой печи может равняться 800 - 1200oC.
Тепло отходящих газов утилизируют при сушке шлама перед смешиванием и при сушке окатышей. Тепло, удаляемое из окатышей в процессе охлаждения, используют для сушки окатышей.
Получаемый заявленным способом легкий заполнитель характеризуется плотностью 700 - 900 кг/м3.
Полученный окомкованный шаровидный продукт после охлаждения может быть использован как легковесный заполнитель для бетона, каменной кладки или в целях изоляции, может использоваться для других коммерческих целей, или же от него можно избавиться любым безвредным для окружающей среды и экономичным способом.
В зависимости от количества шлама в смеси сжигание органической части шлама обеспечит существенный вклад в общую тепловую энергию, необходимую для печи и для других стадий процесса. Шлам также приводит к значительной потере веса агломерируемой смеси за счет образования пор в заполнителе после улетучивания или сгорания органической части шлама в обжиговой печи.