Установка для переработки золошлаковых отходов
PLANT FOR PROCESSING OF ASH-SLAG WASTES

Изобретение относится к области энергетики, конкретно к установке для переработки золы отвалов тепловых электростанций.
Комплексное использование главных составных компонентов золошлаковых отходов (углерода, магнитных минералов, алюмосиликатов), находящихся в мокрых золошлаковых отвалах ТЭС, становится приоритетным для получения ценных продуктов переработки золы для многих отраслей промышленности и народного хозяйства.
Известна установка для комплексной переработки золы отвалов тепловых электростанций (патент RU №2614003, МПК В03В 9/04, опубл. 2016 г.), содержащая средства для разделения пульпы золы на крупную и мелкую фракции, а также флотации и магнитной сепарации с получением целевых продуктов. Сепаратор пульпы золы выполнен в виде грохота, выход которого по крупной фракции соединен с входом первого участка для производства бетонных смесей. Выход грохота по мелкой фракции соединен с входом первой флотационной машины для основной флотации, первый выход которой соединен через вторую машину перечистной флотации, блоки фильтрации и сушки с входом второго участка для складирования угольного концентрата. Второй выход первой флотационной машины соединен с первым входом блока магнитной сепарации, первый выход которого соединен через дренажный силос с входом третьего участка для складирования магнетитового концентрата. Второй выход блока магнитной сепарации соединен через блоки сгустителя и сушки с входом третьего участка для складирования алюмосиликатного концентрата. Выход дренажного силоса по воде соединен со вторым входом блока магнитной сепарации. При основной флотации используют собиратель-керосин и сосновое масло в качестве вспенивателя. Перечистную флотацию осуществляют на оборотной воде.
Недостатками установки являются использование химических реагентов, что ведет к удорожанию получаемой на нем продукции при низкой эффективности и длительности периода переработки золоотвалов.
Известна система переработки летучей золы тепловых электростанций с получением из нее алюмосиликатной, углеродной и магнитной фракции, в том числе железосодержащих микросфер (патент RU на полезную модель 142957, 10.07.2014), включающая средства для ее разделения на легкую и тяжелую фракции в разделяющей среде, средства для разделения золы на легкую и тяжелую фракции содержат первое устройство для электродинамической сепарации золы в нисходящей разделяющей среде на магнитную и немагнитную фракции, первый выход которого по магнитной фракции соединен через последовательно соединенные второе устройство для оттирки остаточной немагнитной фракции, третье устройство для гидравлической классификации магнитной фракции в восходящей разделяющей среде, четвертое устройство для фильтрации магнитной фракции на ленточном вакуум-фильтре и пятое устройство для ее сушки в барабанной сушилке с входом шестого устройства для сухой классификации магнитной фракции на ситах по размерному ряду, причем второй выход первого устройства по немагнитной фракции соединен с входом седьмого устройства для флотационного разделения немагнитной фракции на алюмосиликатный и углеродсодержащий продукты. Кроме того, выходы шестого устройства для сухой классификации магнитной фракции на ситах могут быть соединены по каждому размерному ряду с входами магнитных сепараторов, выполненных в виде вертикальных разделительных колонн, снабженных магнитными ловушками для классификации магнитных микросфер по диаметру.
Комбинированный способ переработки включает следующие стадии:
- разделение золы на легкую и тяжелую фракции в разделяющей среде (магнитную и немагнитную фракции) (электродинамическая сепарация);
- оттирка остаточной магнитной фракции и гидравлическая классификация магнитной фракции;
- фильтрация магнитной (тяжелой) фракции на вакуум-фильтре;
- сушка ее в барабанной сушилке;
- классификация магнитной фракции по размерам;
- флотационное разделение немагнитной (легкой) фракции на алюмосиликатный и углеродсодержащий продукты.
К недостаткам известного технического решения следует отнести неполное разделение компонентов золы на фракции за один цикл переработки и сложность или невозможность полной комплексной переработки золы отвалов тепловых электростанций.
Известна поточная линия для выделения ценных компонентов из золошлаковых отходов (патент RU 2393020 С1, 27.06.2010), которая включает последовательно соединенные бункер, устройства для магнитной сепарации в сильном и слабом полях, электростатический сепаратор, аппараты для выщелачивания. Линия дополнительно снабжена установленными после приемного бункера последовательно соединенными флотомашинами для выделения ксеносфер и классификаторами для разделения материала по классам крупности для дальнейшей его переработки в различных потоках. Также линия снабжена дополнительными магнитными и электростатическим сепараторами, аппаратами для выщелачивания, фильтрами и сушилками, установленными последовательно после классификатора.
Недостатками известной линии являются содержание в ней большого количества разного технологического оборудования, использование химических реагентов, что ведет к удорожанию получаемой на нем продукции при низкой эффективности и длительности периода переработки золоотвалов до полного их уничтожения с целью освобождения от них земель.
Известна технологическая линия, описанная в способе комплексной переработки золошлаковых отходов тепловых электростанций (патент RU 2588521, опубл. 27.06.2016), которая включает систему транспортировки золошлаковых отходов, узел подготовки отходов с удалением недожога и последовательный ряд технологических переделов, направленных на селективное извлечение железосодержащего и алюмосиликатного концентратов, а также благородных металлов. На магнитную сепарацию направляют обесшламленные, после удаления недожога, золошлаковые отходы крупностью не более 0,5 мм. Удаление недожога осуществляют в виде фракции +0,5 мм при классификации на грохоте. Отделение недожога в виде фракции +0,5 мм обеспечивает чистоту недожога от микросфер. Микросферы с пульпой поступают на гидроциклоны и со сливом удаляются из дальнейшей переработки.
Недостатками известной линии является то, что выделение недожога из золошлаковых материалов осуществляется по принципу удаления крупной фракции из смеси, содержащей наибольшую его концентрацию. Такой метод не позволяет извлечь угольный недожог из всего объема золошлаковых материалов до содержания 1% масс. Данная технология не предусматривает переработку и утилизацию всего объема золошлаковых материалов.
Известна технологическая линия для переработки золошлаковых отходов тепловых электростанций (патент RU 2363885, МПК В03В 9/04, опубл. 2009 г.), которая содержит дозатор-питатель золошлаковых отходов и измеритель консистенции разжиженной золошлаковой смеси. Технологическая линия может также дополнительно содержать устройство размола крупных частиц разжиженной золошлаковой смеси.
Недостатками известной линии являются невозможность получения золошлаковых материалов после активации в воде однородного состава и повторяющихся физических характеристик материалов выпущенных партий продукции, так как это труднопрогнозируемый процесс. Также данный процесс требует высоких скоростей движения пульпы в зоне смешения и давления среды в трубопроводах, и как результат для осуществления технологии необходимо энергоемкое оборудование.
Наиболее близкой является установка, описанная в способе отделения материала (US 6666335, МПК В03В 9/04, опубл.2003,) включающем подачу материала на грубый первичный экран, в результате чего очень грубый материал отделяется от первого остатка материала; измельчение очень грубого материала и возврат измельченного материала на первичное сито; подача материала с первичного сита на вторичный сито для отделения материала первого размера от второго остатка материала; удаление железосодержащих материалов из второго остатка материала; подача не содержащего железа материала в гидравлический классификатор, который классифицирует материалы на грубые, средние и мелкие; объединение грубых материалов из гидравлического классификатора с материалом первого размера и обезвоживание комбинации материалов, в результате чего образуется блочный песчаный продукт; подача мелкой фракции из гидравлического классификатора в стационарный грохот, в результате чего образуется мелкий зольный продукт; подача материала среднего размера из гидравлического классификатора в спирали для разделения материала среднего размера по высокой, средней и низкой удельной плотности; пропускание материала с низким удельным весом через калибрующую втулку; подачу материала со средним удельным весом из спирали и подачу грубого материала со средним удельным весом из шлихтовальной гильзы в обезвоживающий экран; складирование материалов с экрана для обезвоживания в виде бетона или песка среднего размера.
Недостатками прототипа являются то, что не предусмотрено выделение угольного недожога из золошлаковой смеси. Продукты, получаемые в результате классификации, предназначены в качестве наполнителей бетонов или строительного песка. Угольной недожог является разупрочняющим компонентом в бетонных композициях вследствие гидрофобности и низкой прочности частиц.
Кроме того, крупные фракции золошлаковой смеси измельчаются до размера песка и классифицируются повторно, что усложняет процесс. Отделение мелкого зольного продукта (зольная составляющая) осуществляется в стационарном грохоте. Для осуществления этого процесса сначала золошлаковую смесь необходимо разделить на воду и твердые частицы, затем произвести сушку до 10% масс. и менее для того, чтобы материал приобрел свойство сыпучести. В противном случае процесс грохочения не эффективен, так как золошлаковая смесь в мокром виде склонна к слипанию (окомковыванию). Также процесс грохочения мелкодисперсных материалов сопровождается высоким пылением, что приводит к загрязнению окружающей среды.
Задачей является разработка установки, в которой не используются химические реагенты и ее использование не приводит к образованию дополнительно к существующей, оборотной технической воды, циркулирующей в системе гидротранспортирования золошлаковых отходов, сточных вод и токсических выбросов в атмосферу.
Техническим результатом заявленного изобретения является обеспечение возможности эффективной утилизации золошлаковых отходов, вследствие удаления угольного недожога, расширение диапазона фракционирования золошлаковых отходов по крупности, удельному весу и форме частиц, а также снижение загрязнения окружающей среды.
Технический результат достигается в установке для переработки золошлаковых отходов содержащей устройство для разделения золошлаковой пульпы по фракциям и размеру, устройство классификации золошлаковых частиц и средство обезвоживания полученных продуктов, причем установка содержит емкость с водой, соединенную трубопроводом с устройством для разделения золошлаковой пульпы по фракциям и размеру, представляющим собой вибросито, для последовательного прохода через сита золошлаковой пульпы и выделения из нее шлакового щебня, шлакового песка, причем нижнее сито соединено с емкостью, оборудованной устройством для перемешивания, выход которой соединен с Песковым насосом для перекачивания пульпы по трубопроводу на вход первого гидроциклона устройства классификации золошлаковых частиц, состоящего из системы гидроциклонов и вибролотка, при этом первый гидроциклон обеспечивает разделение пульпы на зольную составляющую и песковую фракции, причем его нижняя конусная часть соединена трубопроводом для вывода из него песковой фракции пульпы, состоящей преимущественно из микросфер и частиц угольного недожога, и подачи их во второй гидроциклон для перечистки и дополнительного отделения зольной составляющей, а верхняя часть первого и второго гидроциклонов соединены трубопроводами с входом третьего гидроциклона, обеспечивающего отделение зольной составляющей от воды, при этом выход третьего гидроциклона соединен с фильтровальным мешком, расположенным в средстве для обезвоживания полученных продуктов, выполненном в виде центрифуги, а выход второго гидроциклона соединен с вибролотком, обеспечивающим разделение песковой фракции на два слоя, верхнего слоя, состоящего из угольного недожога, и нижнего, состоящего из микросферы, поступающих в фильтровальные мешки, расположенные в центрифуге для отжима полученных продуктов.
Вибросито состоит из трех сит с плетеными ячейками квадратной формы: 20 мм; 5 мм; 0,5 мм.
Установка предназначена для разделения золошлаковой пульпы на компоненты по крупности, удельному весу и фактору формы.
Преимуществом заявляемой установки по сравнению с прототипом является то, что отделение мелкого зольного продукта осуществляется в гидроциклонах в виде пульпы (суспензии). Таким образом, отсутствует пылеобразование, что не приводит к загрязнению окружающей среды. Данный способ высокопроизводителен и энергоэфективен в отличие от процесса грохочения мелкодисперсных материалов в прототипе.
Кроме того в заявляемой установке продукты производятся согласно требований нормативно технических документов.
В результате разделения на установке получают: основные продукты: шлаковый песок;
концентрат алюмосиликатной микросферы
концентрат угольного недожога.
Дополнительные продукты:
шлаковый щебень;
зольная составляющая.
Схема установки представлена на Фиг.
Установка для переработки золошлаковых отходов содержит емкость с водой 1, для промывки вибросита 2 в случае подачи золошлаковых отходов (пульпы) в сухом виде или для разбавления сильно концентрированной золошлаковой пульпы свыше 40% масс., соединенную трубопроводом 19 с устройством для разделения золошлаковой пульпы по фракциям и размеру, представляющим собой вибросито 2 для последовательного прохода через сита пульпы и выделения из нее шлакового щебня, шлакового песка и их сбора в соответствующих сборниках 15, 16, 17, причем нижнее сито соединено с емкостью 3, оборудованной устройством для перемешивания, выход которой соединен с Песковым насосом 4 для перекачивания пульпы по трубопроводу 21 на вход первого гидроциклона 7, устройства классификации золошлаковых частиц, состоящего из системы гидроциклонов 7, 8, 9 и вибролотка 10, при этом первый гидроциклон обеспечивает разделение пульпы на зольную составляющую и песковую фракции, а его нижняя конусная часть соединена трубопроводом 24 для вывода из него песковой фракции пульпы, состоящей преимущественно из микросфер и частиц угольного недожога и подачи их во второй гидроциклон 9, обеспечивающий перечистку и дополнительное отделение зольной составляющей, а верхняя часть первого 7 и второго 9 гидроциклонов соединены трубопроводами 23 и 25 с входом третьего гидроциклона 8, обеспечивающего отделение зольной составляющей от воды, при этом выход третьего гидроциклона 8 соединен с фильтровальным мешком 14, расположенным в средстве для обезвоживания полученных продуктов, выполненном в виде центрифуги 11, а выход второго гидроциклона 9 соединен с вибролотком 10, обеспечивающим разделение концентрата на два слоя, верхнего слоя, состоящего из угольного недожога, и нижнего, состоящего из микросферы, поступающих в фильтровальные мешки 12, 13, расположенные в центрифуге 11 для отжима полученных продуктов.
Вибросито 2 состоит из трех сит с плетеными ячейками квадратной формы: 20; 5; 0,5 мм.
Установка работает следующим образом:
Разделение компонентов основано на физических принципах и отличительных (контрастных) свойствах компонентов ЗШМ, а именно: крупность; удельный вес; фактор формы.
Золошлаковая пульпа подается на установку по трубопроводу 18. Из емкости 1 с водой по трубопроводу 19 подается вода для промывки вибросита в случае подачи золошлаковой пульпы в сухом виде или для разбавления сильно концентрированной пульпы свыше 40% масс. Пульпа самотеком поступает на вибросито 2, на котором установлены три сита с плетеными ячейками квадратной формы: 20; 5; 0,5 мм. Последовательно проходя через сита из пульпы выделяются шлаковый щебень, шлаковый песок и отводятся через патрубки в соответствующие сборники 15, 16, 17. Проходящая через нижнее сито фракция 0,5 мм относится к зольной фракции пульпы. Для предотвращения расслаивания и оседания зольной фракции пульпы после вибросита она сливается самотеком через трубопровод 20 в емкость 3, оборудованную устройством для перемешивания, предназначенную для подготовки пульпы. В емкости 3 зольная фракция интенсивно перемешивается с помощью мешалки до однородного состояния. Из емкости 3 гомогенизированная пульпа по трубопроводу 21 поступает на вход пескового насоса 4. Насос 4 перекачивает пульпу по трубопроводу 22 на вход гидроциклона 7. В гидроциклоне 7 в поле центробежных сил пульпа разделяется на зольную составляющую и песковую фракции. При соответствующем давлении на входе в гидроциклон 7 происходит классификация: а именно, в конусной части песковой фракции (тяжелой и крупной фракции пульпы), состоящей преимущественно из микросфер и частиц угольного недожога, которая отводится через песковое отверстие в трубопровод 24, а зольная составляющая (легкая часть пульпы), состоящая преимущественно из пылевидных и обломочных частиц, с основной частью воды выходит через слив гидроциклона 7 и поступает в трубопровод 23.
Тяжелая и крупная фракция пульпы по трубопроводу 24 поступает на вход гидроциклона 9, в котором происходит перечистка и дополнительно отделяется зольная составляющая, которая из слива гидроциклона 9 через трубопровод 25 поступает на вход гидроциклона 8, куда так же поступает пульпа с основным объемом зольной составляющей - слив из гидроциклона 7. В гидроциклоне 8 зольная составляющая пульпы концентрируется. Концентрат по трубопроводу 27 сливается в фильтровальный мешок 14, находящийся в роторе центрифуги 11
Осветленная от зольной составляющей вода из слива гидроциклона 8 по трубопроводу 26 подается при необходимости на орошение верхнего сита вибросита 2 или на слив.
Подвергшаяся перечистке в гидроциклоне 9 тяжелая и крупная фракция пульпы в виде концентрата, состоящего преимущественно из угольного недожога и зольных микросфер, из пескового отверстия гидроциклона 9 по трубопроводу 28 поступает на вибролоток 10. Под действием вибрации происходит разделение слоя концентрата на два продукта, отличающихся по плотности. В верхний слой концентрируется угольный недожог, а в нижний - тонущая микросфера. Фильтровальные мешки 12, 13, 14 раскладываются по барабану центрифуги 11 равномерно и производится отжим полученных продуктов. Обезвоженные продукты после остановки центрифуги из фильтровальных мешков 12, 13, 14 перегружаются в соответствующую тару.
В составе установки так же предусмотрена емкость для воды 6 и возможность подключения к напорному трубопроводу технической воды. Наличие чистой технической воды необходимо для промывки сальникового уплотнения пескового насоса 4, промывки оборудования и трубопроводов после работы, а также обеспечения разбавления пульпы в случае технологической надобности. Подача воды осуществляется насосом 5.
По предлагаемому изобретению работает опытно-промышленная установка.
Продукты производятся согласно требований нормативно технических документов:
1. Щебень рядовой из шлаков тепловых электростанций (фракции 40 - 20 мм, 20-5 мм)
ГОСТ 26644-85
2. Песок из шлаков тепловых электростанций (фракция 5 - 0,5 мм)
ГОСТ 26644-85
3. Концентрат угольного недожога (марки по концентрации угля - 25, 50, 75% масс.)
ТУ 0763-001-0206-9303-2016
4. Микросферы алюмосиликатные
ТУ 5712-089-00884306-2016
5. Зольная составляющая
ГОСТ25592-91
Таким образом, предлагаемая установка для переработки золошлаковых отходов обеспечивает возможность эффективной утилизации золошлаковых отходов, вследствие удаления угольного недожога, расширяется диапазон фракционирования золошлаковых отходов по крупности, удельному весу и форме частиц, а также снижается загрязнение окружающей среды.