УСТАНОВКА ДЛЯ УТИЛИЗАЦИИ ЗОЛОШЛАКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

Полезная модель относится к области охраны окружающей среды и к области энергетики, может быть использована на пылеугольных ТЭС для утилизации шлака, полученного при сжигании твердых топлив, а также применяться для подготовки сырья металлургических предприятий по производству алюминия.
Известна технологическая линия для гидравлического выделения золы и шлака из золошлаковых отходов (патент RU №2074340/С1), предназначенная для разделения золошлаковой гидросмеси на четыре фракции продукта и слив. Технологическая линия для гидравлического выделения золы и шлака из золошлаковых отходов содержит насос, пульпопроводы, сгуститель для мелкой фракции золы, вакуум-фильтры, конвейеры, штабальные склады, шнековый обезвоживатель для крупной фракции золы и многофакторный обогатительный агрегат.
К недостаткам данной технологической линии относится то, что разделение на фракции гидросмеси не предполагает учета химического состава, и разделение происходит по принципу различия крупности частиц золы и шлака. Таким образом, продукты, полученные на выходе приведенной технологической линии, не подвергаются глубокой утилизации.
Известны электролизеры, предназначенные для электролитического получения алюминия из глинозема, растворенного в расплавленном электролите, содержащем фторид (патент RU №2242539/02). Устройство содержит, по меньшей мере, один безуглеродный анод, изготовленный на основе металла, имеющий электропроводную металлическую структуру с электрохимически активной поверхностью анода, на которой в процессе электролиза выделяется кислород, и которая подвешена в электролите.
Недостатками устройства являются его узкая целевая направленность - установка предназначена только для получения алюминия из глинозема и не
предусматривает получение побочных продуктов электролиза, которые могли бы применяться для производства других химических веществ.
В качестве прототипа данной полезной модели принята установка для низкотемпературной газификации твердых топлив и электролиза расплава шлака (патент на полезную модель RU №45388). Установка для низкотемпературной газификации твердых топлив и электролиза расплава шлака содержит устройство для подачи шлака, устройство для отвода шлака, неподвижную шлаковую ванну, оснащенную тремя группами электродов.
Недостатком прототипа является то, что электролиз золошлакового материала (ЗШМ) проводится не глубоко, поэтому на выходе такого устройства получится сырье, требующее дополнительного рафинирования. Не предусмотрено снижение температуры плавления и ее поддержание.
Предпосылками создания предлагаемой полезной модели являются потребность в модернизации технологического процесса на пылеугольных ТЭС и других предприятиях, использующих теплопроизводящие установки, работающие на твердом топливе, а также потребность в улучшении экологического состояния территорий, находящихся вблизи ТЭС. Важной задачей при эксплуатации теплопроизводящих установок является необходимость утилизации твердых отходов сжигания твердых топлив. Минеральная часть топлива, сжигаемого для получения тепловой и электрической энергии, рассматривается как балласт. В то время как ЗШМ содержит практически все химические элементы, и ряд из них в промышленных масштабах (алюминий, железо).
Задачей является совмещение процессов получения тепловой энергии, утилизации ЗШМ, получения сырья для металлургических предприятий, использование невостребованных электрических мощностей в периоды ночных провалов нагрузки.
Поставленная задача достигается с помощью установки для утилизации ЗШМ, содержащей устройство для подачи шлака, снабженного двумя подвижными шлаковыми ваннами, двумя
механизмами-опрокидывателями, двумя миксерами, двумя емкостями с добавками, понижающими температуру кристаллизации, как минимум, двумя электролизерами.
Технический результат применения предлагаемой полезной модели заключается в том, что процесс сжигания угля с целью получения тепловой энергии протекает параллельно с процессом получения материалов, обогащенных металлами, из расплава угольного шлака. Получение обогащенных материалов осуществляется методом электролиза. За счет того, что в установке используются подвижные шлаковые ванны, время электролиза увеличивается и на выходе получается более чистое сырье. Поддержание необходимых температур расплава шлака также производится электролитическим способом. В часы провала нагрузки установка может перерабатывать предварительно расплавленные ЗШМ с захоронений. Для расплавления ЗШМ используются мощности ТЭС, что позволяет сглаживать неравномерность суточного графика нагрузки.
Установка для утилизации ЗШМ представлена на фиг.1.
Установка для утилизации ЗШМ содержит устройство для подачи шлака - 1, подвижные шлаковые ванны - 2, находящиеся на рельсах - 3; механизмы - опрокидыватели - 4, способствующие переливанию шлака из подвижных шлаковых ванн - 2 в миксеры - 5, находящиеся на опорной поверхности (полу) - 6, в которых происходит перемешивание шлака с добавками, понижающими температуру начала кристаллизации, поступающими из емкостей с добавками - 7; устройства для отвода шлака - 8, находящиеся на опорах для устройств для отвода шлака - 9; электролизеры - 10 и устройства для сбора конечных продуктов - 11, 12.
В отличие от прототипа, в предлагаемой модели предусматриваются две подвижные шлаковые ванны, находящиеся на рельсах, два механизма-опрокидывателя, две емкости с присадками и два миксера для перемешивания расплава шлака и добавок, устройства для сбора конечного продукта. Эти элементы технологической линии способствуют созданию
раствора с температурой плавления 900-950°С, а не 1400-1600°С как у чистого шлака, а также позволяют отделять на выходе полученные различные по составу продукты. В предлагаемой полезной модели предоставляется больше времени для электролиза расплава шлака, это будет способствовать глубокой утилизации ЗШМ ТЭС.
Особенность предлагаемой установки для утилизации ЗШМ такова, что схема является симметричной относительно устройства для подачи шлака. Подробно опишем работу одной ветви установки, вторая ветвь установки вступает в работу после того, как одна из подвижных шлаковых ванн 2 наполнена и начинает перемещаться. Одновременно с первой подвижной шлаковой ванной приходит в движение вторая подвижная шлаковая ванна, с которой далее происходят те же действия, что и с первой. Рассмотрим подробно работу ветви установки для утилизации ЗШМ.
ЗШМ (отходы сжигания угля) из устройства для подачи шлака 1 поступают в подвижную шлаковую ванну 2, находящуюся на рельсах 3. После наполнения подвижная шлаковая ванна 2 перемещается по рельсам 3 и при помощи механизма-опрокидывателя 4, который находится под рельсами 3, опорожняется. Механизм-опрокидыватель 4 отклоняется на конструктивно обусловленный угол, обеспечивающий свободное перетекание ЗШМ в миксер 5. Миксер 5 находится на опорной поверхности 6, и его работу можно описать тремя позициями.
1 позиция - положение приема ЗШМ из подвижной шлаковой ванны 2 (фиг.2).
2 позиция - положение, в котором в миксер 5 поступают добавки из емкости с добавками, понижающими температуру начала кристаллизации, 7 (фиг.3).
3 позиция - положение, в котором приготовленный раствор электролита переливается в устройство для отвода шлака 8, находящееся на опорах для устройства для отвода шлака 9 (фиг.4).
После того, как расплавленный шлак из подвижной шлаковой ванны - 2 весь перельется в миксер 5, подвижная шлаковая ванна - 2 принимает горизонтальное положение при помощи механизма-опрокидывателя 4 и находится в неподвижном состоянии до тех пор, пока не наполнится и не придет в движение вторая подвижная шлаковая ванна - 2, то есть не отработает вторая ветвь установки по идентичной технологической схеме и управление не перейдет к первой ветви установки.
При помощи устройства для отвода шлака 8, находящегося на опорах 9, приготовленный электролит (отходы сжигания угля и добавки, понижающие температуру начала кристаллизации) транспортируется в электролизер 10, находящийся на опорной поверхности 6. В электролизере 10 происходит разделение приготовленного электролита на кислую и щелочную составляющие, которые самотеком поступают в устройства для сбора конечного продукта 11, 12, находящиеся под разрежением.
Таким образом, благодаря предлагаемой установке для утилизации ЗШМ станет возможным освободить часть плодородных земель, занятых под золошлакоотвалы, использовать невостребованную электроэнергию в часы ночных провалов, получать более дешевое сырье для металлургических предприятий и вследствие всего выше сказанного снизить себестоимость электрической энергии, производимой на пылеугольных ТЭС.