Способ комплексной сухой переработки золы уноса и технологическая линия для переработки золы уноса
METHOD OF COMPLEX DRY PROCESSING OF FLY ASH AND TECHNOLOGICAL LINE FOR PROCESSING OF FLY AREA

Изобретение относится к способу переработки отходов сжигания угля и может быть использовано на тепловых электростанциях и котельных, работающих на каменном угле.
Известна поточная линия для выделения ценных компонентов из золошлаковых отходов (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.
Известен способ комплексной переработки золошлаковых отходов тепловых электростанций (RU 2588521 С1, 27.06.2016), который 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.
Основным недостатком приведенных процессов является то, что процессы разделения отходов от сжигания угля проходят в жидкой среде, что обуславливает необходимость наличия сложных систем водоснабжения, шламового хозяйства, очистки использованной воды и утилизации отходов.
Известно, что извлечение одного из ценных компонентов сухой золы уноса - микросферы может быть осуществлено также по сухой технологии.
Известна установка получения микросферы (RU 43791 U1, 10.02.2005) с использованием сепараторов кипящего слоя, которая состоит из приемного бункера, в котором собирается сухая зола уноса, шнекового дозатора, которым зола подается на сепарацию в кипящем слое. В сепараторе кипящего слоя легкая часть летучей золы - микросфера отдувается. Тяжелая часть золы удаляется снизу сепаратора кипящего слоя и далее транспортером подается на отгрузку. Легкая часть -микросфера сверху установки кипящего слоя поступает в воздушный сепаратор для отделения микросфер от примесей. Из сепаратора шнековым дозатором микросфера подается на узел классификации по размерам. После классификации фракции микросферы собираются в бункерах.
3
3
3
3
Недостатком указанного способа является практическая невозможность промышленного использования технологии из-за высокой засоренности микросферы мелкой фракцией золы уноса. Известно, что 90% частиц сухой золы имеют сферическую форму, а их размер в основном колеблется от 1 до 300 мкм. Примерно 80% сухой золы имеют размер менее 100 мкм, и, соответственно, при сепарации золы уноса в кипящем слое вместе с микросферами диаметром 80 мкм, имеющими удельный вес 0,4 мг/мм и минимальный вес одной частицы 0,000075 мг, будет отсеяно примерно 50% сухой золы с размером частиц 52 мкм, удельным весом 2,2 мг/мм и весом отдельных частиц 0,000073 мг. При отделении в сепараторе кипящего слоя микросферы диаметром около 200 мкм, имеющими удельный вес 0,4 мг/мм и минимальный вес одной микросферы 0,00167 мг, будет отсеяно более 90% сухой золы с размером частиц 145 мкм, удельным весом 2,2 мг/мм и весом отдельных частиц менее 0,00159 мг.
Задачей настоящего изобретения является разработка применимого в промышленных масштабах сухого способа извлечения из сухой золы уноса ценных компонентов и подготовки сухой золы уноса к переработке в строительные материалы.
Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении эффективности комплексной сухой переработки золы уноса с максимальным извлечением ценных компонентов для получения широкого спектра продуктов.
Заявленное техническое решение достигается за счет использования способа комплексной сухой переработки золы уноса, включающего транспортирование сухой золы уноса для подачи в накопительные бункеры, соединенные шнековыми транспортерами с отделением магнитной сепарации, в котором сухая зола уноса проходит двухступенчатую магнитную сепарацию для разделения золы уноса на магнитную и немагнитную составляющую, полученная немагнитная составляющая поступает на промежуточные бункеры, а магнитная составляющая направляется или в устройство для наполнения мягких контейнеров типа «Биг-Бег», или в индукционные печи для прокаливания, после чего подается в мельницу для разламывания и получения после помола железоокисных пигментов, или в смеситель для смешивания с несгоревшими частицами угля, извлеченными на вибрационном сепараторе из золы уноса, затем подаются на мельницу для совместного помола и дополнительной гомогенизации смеси, после чего на оборудование брикетирования для формирования метало-топливных брикетов, из промежуточных бункеров немагнитная часть золы уноса поступает в отделение воздушной классификации, где с помощью воздушно-динамического классификатора она разделяется на три класса: тонкий класс фракций размером менее 30 мкм, средний класс размером от 30 мкм до 60 - 70 мкм и крупный класс размером более 60-70 мкм, при этом фракция золы уноса с размером частиц менее 60-70 мкм собирается циклонным и рукавным фильтрами и подается или в накопительные бункеры, или в воздушно-динамический классификатор, в котором из нее циклонным и рукавным фильтрами извлекается еще более мелкая фракция частиц диаметром не более 30 мкм и подается в накопительные бункеры, крупный класс фракций подается в отделение механической классификации и извлечения недожога, в котором вибрационными сепараторами извлекается фракция размером более 300-315 мкм и подается в смеситель, для дальнейшего производства метало-топливных брикетов, а полученная фракция размером от 60-70 до 315 мкм подается в отделение воздушно-динамической классификации, в котором она проходит разделение на узкие классы для выделения микросфер в своем диапазоне размеров частиц, которые улавливаются и подаются в накопительные бункеры, а полученная после выделения микросферы зола уноса накапливается в бункерах.
Реализация предложенного способа обеспечивается с помощью технологической линии сухой переработки золы уноса, состоящей из связанных между собой системы транспортирования, отделения сухой двух ступенчатой магнитной сепарации, промежуточных бункеров, отделения воздушной классификации, отделения механической классификации и извлечения недожога и отделения воздушно-динамической классификации.
Заявленное изобретение поясняется чертежами.
На фигуре 1 представлена схема технологической линии сухой переработки золы уноса с первым методом извлечения микросферы.
На фигуре 2 представлена схема технологической линии сухой переработки золы уноса со вторым методом извлечения микросферы.
На фигуре 3 приведен график распределения масс золы уноса и микросферы в зависимости от размера.
Для решения поставленной задачи предлагаемый способ реализуется следующим образом.
Сухая зола уноса системой транспортирования (1) подается в накопительные бункеры (2), из которых шнековыми транспортерами (3), подается в отделение магнитной сепарации. Шнековые транспортеры (3) оборудованы высоковольтными нейтрализаторами электростатических зарядов на поверхности сухой золы уноса (на чертеже не показаны), Использование высоковольтных нейтрализаторов электростатических зарядов предотвращает прилипание частиц сухой золы друг к другу, шнековым транспортерам и магнитным сепараторам, что облегчает технологический процесс и дает возможность повысить скорость работы оборудования. В отделении магнитной сепарации сухая зола уноса проходит двухступенчатую магнитную сепарацию с использованием двух барабанных магнитных сепараторов (4) и (5). При этом двух барабанные магнитные сепараторы устанавливают каскадом, так чтобы извлеченная на первой ступени сепарации золы уноса магнитная составляющая направлялась на дополнительную сепарацию во вторую ступень магнитной сепарации.
Прошедшая дополнительную очистку магнитная составляющая золы уноса направляется по выбору по нескольким направлениям (вариантам), а именно: - в устройство (6) для наполнения мягких контейнеров типа «Биг-Бег» (вариант 1), после чего вилочными погрузчиками (7) перевозится на склад готовой продукции и отгружается предприятиям металлургии для производства стали и ферро магнитов; - на производство пигментов (вариант 2), где в индукционных печах (8) магнитная составляющая прокаливается несколько часов при температуре более 500°С. После прокаливания изменившая цвет магнитная составляющая подается в мельницу (9) для измельчения. После размола прокаленной магнитной составляющей получаются железноокисные пигменты, цвет которых зависит от температуры и времени прокаливания. Готовые пигменты с помощью дозирующего оборудования упаковываются в бумажные мешки по 20-50 кг и отгружаются потребителям для использования в качестве красителя при производстве красок и окрашивания сухих смесей и бетонов; - на производство метало-топливных брикетов (вариант 3), где сначала магнитная составляющая смешивается в смесителе (10) с несгоревшими частицами угля, извлеченными на вибрационном сепараторе (19) из золы уноса, затем подается в мельницу (11) для совместного помола и дополнительной гомогенизации смеси, после чего на оборудовании брикетирования (12) формуются метало-топливные брикеты, после чего вилочными погрузчиками (13) перевозится на склад готовой продукции.
Немагнитная составляющая золы уноса после разделения в отделении магнитной сепарации направляется в промежуточные бункеры (18). Из промежуточных бункеров шнековыми питателями (17) немагнитная часть золы уноса поступает в отделение воздушной классификации, где с помощью воздушно-динамического классификатора (16) она разделяется на три класса: тонкий класс фракций размером менее 30 мкм, средний класс размером от 30 мкм до 60 - 70 мкм и крупный класс размером более 60-70 мкм.
Основными потребителями тонкого класса золы уноса размером не более 30 мкм являются предприятия по производству красок и теплоизолирующих покрытий, цементные заводы, заводы по производству сухих строительных смесей и выпуску товарных бетонов. Фракция золы уноса с размером частиц более 30 мкм используется в качестве минерального порошка при производстве асфальтобетонных смесей, поставляется на цементные заводы, заводы по производству сухих строительных смесей и выпуску товарных бетонов.
Основными потребителями сухой золы уноса размером не более 70 мкм являются цементные заводы, заводы по производству сухих строительных смесей и выпуску товарных бетонов. Также сухая зола уноса фракцией до 70 мкм может использоваться в качестве минерального порошка при производстве асфальтобетонных смесей.
Мелкая фракция золы уноса с размером частиц менее 60-70 мкм собирается с помощью циклонного (15) и рукавного фильтров (14) и подается:-или в накопительные бункеры (27, 28), из которых автомобильным и железнодорожным транспортом поставляется потребителям; - или подается в воздушно-динамический классификатор (29), в котором из нее извлекается циклонным (30) и рукавным (31) фильтрами еще более мелкая фракция частиц сферической формы диаметром не более 30 мкм (иногда такая фракция называется толстостенной микросферой) и складируется в накопительном бункере (27). Фракция размером 30-70 мкм складируется в накопительном бункере (28).
Крупная фракция золы уноса (размер более 60-70 мкм) составляет примерно 40-50% первоначальной массы сухой золы уноса и содержит некоторое количество мелкой фракции (менее 60-70 мкм). Крупный класс золы уноса с размером частиц более 60-70 мкм подается в отделение механической классификации и извлечения недожога, в котором вибрационными сепараторами (19) извлекается более узкая фракция размером более 300-315 мкм, в котором содержатся в основном несгоревший уголь (недожег) и шлаковые частицы, и фракция размером менее 315 мкм.
Фракция размером более 300-315 мкм подается в смеситель (10), для дальнейшего производства метало-топливных брикетов.
Полученная фракция сухой золы уноса с размерами частиц в диапазоне от 60-70 до 315 мкм подается в отделение воздушно-динамической классификации (извлечения микросферы). Микросферы из-за низкой плотности получили широкое применение в качестве наполнителя для буровых растворов, пластмасс, красок, электроизоляционных материалов и легких бетонов.
Отделение комплектуется не менее чем одним воздушно-динамическим классификатором с циклонным и рукавным фильтрами и не менее чем одним вибрационным грохотом с ситами для рассева мелких фракций от 60 до 315 мкм.
В зависимости от физических свойств сухой золы и процентного содержания в ней частиц микросферы используются два метода извлечения микросферы.
Согласно первому методу (фиг. 1), сухая зола уноса сначала направляется на не менее чем один воздушно-динамический классификатор (20) для разделения золы уноса на два более узких класса (фракция с верхней границей 315 мкм и нижней границей 180-200 мкм, фракция с верхней границей 180-200 мкм и нижней границей 60-70 мкм). Более тяжелая часть сухой золы после воздушно-динамического классификатора направляется в бункеры накопители (26), более легкая часть сухой золы с микросферами улавливается не менее чем одним циклонным (21) и не менее чем одним рукавным (22) фильтрами и направляется на не менее чем один вибрационный грохот (23), ячейки сита которого соответствует нижней границе классификации в воздушно-динамическом классификаторе (180-200 мкм). Микросферы, с размером более размера ячейки сита, не проваливаются на сите вибрационного грохота и направляются в бункер накопитель (24). Частицы сухой золы, с размером менее размера ячейки сита, проваливаются на сите вибрационного грохота (23) и направляются на повторную классификацию в воздушно-динамический классификатор (20). При использовании только одного воздушно-динамического классификатора (20) для накопления золы перед повторной классификацией применяется накопитель золы (на схеме не показан).
При повторной классификации в воздушно-динамический классификатор (20) поступает фракция сухой золы, с размером менее 180-200 мкм, т.е. менее размера ячейки сита первого этапа классификации.
3
3
В воздушно-динамическом классификаторе (20) зола уноса разделяется на два класса (фракция с верхней границей 180-200 мкм и нижней границей 100-120 мкм, фракция с верхней границей 100-120 мкм и нижней границей 60-70 мкм), Более тяжелая часть сухой золы после воздушно-динамического классификатора направляется в бункеры накопители (26), более легкая часть сухой золы с микросферами улавливается не менее чем одним циклонным (21) и не менее чем одним рукавным (22) фильтрами и направляется на не менее чем один вибрационный грохот (23), ячейки сита которого соответствует нижней границе классификации в воздушно-динамическом классификаторе второго этапа классификации (100-120 мкм). Так как зольные частицы в основном имеют плотность около 2,2 мг/мм, а плотность тонкостенных микросфер не более 0,7 мг/мм, то диаметры частичек золы будут значительно меньше диаметров тонкостенных микросфер и такие частицы золы на решетке грохота провалятся и поступят в накопительный бункер (26), а микросферы скатятся по поверхности решеток и поступят в накопительный бункер (24) и далее на оборудование для наполнения мягких контейнеров типа «Биг-Бег» (25) с последующей отгрузкой потребителям. Микросферы, размер которых меньше чем граница классификации в воздушно-динамическом классификаторе, также провалятся на решетке вибрационного грохота. После этого цикл воздушно-динамической классификации повторяется с более мелким классом сухой золы уноса и последующим выделение микросферы на вибрационном грохоте.
Микросферы, с размером более 100-120 мкм, не проваливаются на сите вибрационного грохота и направляются в бункер накопитель (24). Частицы сухой золы, с размером менее 100-120 мкм, проваливаются на сите вибрационного грохота (23) и направляются на третий этап классификации в воздушно-динамический классификатор (20).
На третьем этапе классификации в воздушно-динамический классификатор (20) поступает фракция сухой золы, с размером менее 100-120 мкм, т.е. менее размера ячейки сита второго этапа классификации. В воздушно-динамическом классификаторе (20) третьего этапа зола уноса отделяется от мелких примесей и делится на два класса (фракция с верхней более 60-70 мкм, и пылевые включения с размером менее 60-70 мкм). Более тяжелая часть сухой золы, после воздушно-динамического классификатора, направляется в бункеры накопители (26), более легкая часть сухой золы с микросферами улавливается не менее чем одним циклонным (21) и не менее чем одним рукавным (22) фильтрами и направляется на не менее чем один вибрационный грохот (23), ячейки сита которого соответствует нижней границе классификации в воздушно-динамическом классификаторе третьего этапа классификации (60-70 мкм). Микросферы, с размером более 60-70 мкм, не проваливаются на сите вибрационного грохота и направляются в бункер накопитель (24). Частицы сухой золы, с размером менее 60-70 мкм, проваливаются на сите вибрационного грохота (23) и направляются в бункер накопитель (26). Управление потоками сухой золы уноса, прошедшими классификацию на вибрационном грохоте, осуществляется устройством (37).
3
3
Согласно второму методу (фиг. 2), фракция сухой золы уноса с размерами частиц в диапазоне от 60-70 до 315 мкм подается на вибрационный грохот (33), в котором она проходит разделение на узкие классы с разницей среднего размера частиц 10-50 мкм. Такое деление на узкие классы необходимо для подготовки сухой золы к выделению микросферы, так как несмотря на разницу в плотности (плотность микросферы от 0,4 до 0,7 мг/мм, а плотность золы 2,0-2,2 мг/мм) качественное выделение микросферы в одну стадию из широких фракций золы практически невозможно.
После разделения золы уноса на узкие классы, каждый класс отдельно подается в воздушно-динамической классификатор (34), который настраивается на выделение микросфер в данном диапазоне размеров частиц.
Выделенные микросферы улавливаются циклонным (35) и рукавным (36) фильтрами, после чего поступят в накопительный бункер (24) и далее на оборудование для наполнения мягких контейнеров типа «Биг-Бег» (25) с последующей отгрузкой потребителям.
Зола уноса после выделения микросферы накапливается в бункерах (26) из которых подается на дальнейшую переработку.
Граница разделения сухой золы по диаметру частиц 60-70 мкм обусловлена тем, что, во-первых, в сухой золе, имеющей размеры менее 70 мкм, содержание частиц микросферы относительно не велико и не превышает 2% общего количества микросферы в золе уноса, во-вторых, низкая производительность оборудования для механического рассева фракций менее 70 мкм, что негативно отражается на экономических показателях.
На приведенном на фигуре 3 графике распределения масс золы уноса и микросферы в % в зависимости от размера частиц видно, что диаметрам частиц сухой золы 60-70 мкм соответствует резкое снижение доли массы сухой золы и повышение доли частиц микросферы.
Вследствие различных весовых характеристик зольных частиц и тонкостенных микросфер, граничная крупность для кремниевых частичек золы и тонкостенных микросфер будет отличаться приблизительно более чем в два раза. Наибольшее содержание тонкостенных микросфер, примерно 95% от общего количества, приходится на фракцию размером от 80 до 200 мкм. На этот же интервал размеров приходится примерно 40-44% массы золы уноса.
Таким образом, использование заявленной технологической линии для комплексной переработки золы уноса позволяет без образования отходов извлекать из сухой золы уноса ценные компоненты и подготавливать сухую золу уноса к переработке в строительные материалы.