Технологія збільшення вилучення паливної маси із золошлакових відходів вугільних теплоелектростанцій - Глуховеря, Микола Романович (НТУ ДП, 2024)
Представлена дисертація є закінченою науково-дослідною роботою, яка присвячена вирішенню актуального наукового завдання, яке полягає в розробці технології збільшення вилучення паливної маси із накопичених золошлакових відходів вугільних теплоелектростанцій України, що досягається за рахунок встановлення технологічних параметрів які мають вплив на процес флотаційного вилучення паливної маси із золошлакових відходів, розробки регресійної моделі прогнозування зольності концентрату паливної маси в залежності від факторів впливу під час флотації, розробки математичної моделі прогнозування показників збагачення золошлакової сировини, розробки математичної моделі яка дає змогу теоретично знаходити оптимальну витрату реагенту-збирача необхідного для флотаційного процесу. На основі аналізу літературних джерел розглянуто питання утворення золошлакових відходів та об’єму їх накопичення, а також їх річний приріст. При спалюванні вугілля на теплоелектростанціях утворюється незгоріла частина палива, яка складається з золи та шлаку. Існуючі технології з переробки золошлакових відходів не забезпечують в достатній мірі якість продуктів переробки. Зіставлення існуючих проблем та методів їх вирішення дало змогу сформувати наукові завдання дослідження. Перспективність та економічна рентабельність технології повинна забезпечуватись якісними продуктами переробки при мінімальних енерговитратах, тому дослідження збагачувальних властивостей золошлакових відходів дозволить розробити технологічну схему збільшення вилучення паливної маси, що створить наукове підґрунтя для ефективної переробки цих відходів. Досліджено гранулометричний та фракційний склад золошлакових відходів. Представлено хімічний склад золошлакової сировини, визначено вміст паливної маси в класах крупності. За даними фракційного аналізу визначена межа концентрації вугільних частинок. Досліджено параметри які впливають на процес вилучення вугільних частинок із золошлакових відходів за допомогою методу флотації, так порівнюються якісні та кількісні показники продуктів переробки які отримані на двох флотаційних машинах механічного та ежекторного типу. При флотації золи винесення кращі результати отримані на флотаційній машині ежекторного типу, вихід пінного продукту склав 18,6 % із зольністю 25,1 %, порівняно із флотаційною машиною мехнічного типу, де зольність пінного продукту склала 36,5 % із середнім виходом 21,1 %. Попередньо експериментально визначені оптимальні витрати флотаційних реагентів на рівні не більше 3500 г/т збирача та спінювача до 250 г/т, встановлено необхідний час флотації. Досліджено основні фактори які вливають на функцію відгуку (зольність вугільного концентрату) під час флотації золи винесення. Виконані обчислення щодо визначення коефіцієнтів регресії та ступеня впливу факторів на процес флотації. Складені графіки значущості факторів і тривимірної поверхні розрахункової функції відгуку. Отримані дані дають змогу прогнозувати кінцеві показники зольності вугільного концентрату. Попередньо експериментально визначені сепараційні характеристики флотаційного розділення й замкнутих циклів, визначені співвідношення, що дозволяють розрахувати показники розкриття вугільних частинок у золошлакових відходах, на підставі яких знайдені функції розподілу частинок за вмістом у них цінного компоненту – фракційний склад. Визначені сепараційні характеристики з’єднань розділових блоків, що складаються з декількох операцій перечисток збагаченого – пінного продукту. Виконано розрахунок із визначення кількісних і якісних показників розділення. Проведено термодинамічний аналіз можливості закріплення частинки цінного компоненту на поверхні бульбашки повітря. Досліджено вплив способу аерації пульпи та гранулометричної характеристики бульбашок повітря в камерах флотаційних машин ежекторного та механічного типу на витрату реагенту-збирача та на вилучення цінного компоненту. Розглянуто процес взаємодії вугільних частинок, бульбашок повітря та флотаційних реагентів в камері флотаційної машини, досліджені параметри які впливають на процес надійного закріплення вугільної частинки на поверхні повітряних бульбашок. Визначено ймовірність зустрічі та закріплення вугільної частинки на поверхні бульбашки повітря яка пропорційна відношенню розміру частинки до вільної поверхні бульбашки. Розроблено алгоритм розрахунку оптимального співвідношення повітряної та твердої фаз при флотації золи винесення. Будь-який переріз поверхні твердих частинок являє собою в проекції випадкову функцію з виступами і впадинами що чергуються. Зіставлення поверхні частинки з поверхнею овалу чи кулі дає відхилення у більший чи менший бік, тобто утворюються виступи та впадини. Впадини є ініціаторами накопичення зайвої кількості реагенту-збирача або поверхнево-активної речовини (ПАР). Для вивчення закономірностей зміни поверхні використано статистичний підхід шляхом візуального дослідження під мікроскопом нерівностей поверхні вугільних частинок золи винесення для визначення об’єму порожнеч. Для кількісного отримання результатів визначалися відношення вмісту порожнин до об’єму частинки. Розрахунок кількості реагенту-збирача необхідного для заповнення порожнеч поверхні частинок визначався шляхом зіставлення з результатами лабораторних досліджень. Вперше розроблено математичну модель розрахунку оптимальної кількості реагенту-збирача необхідного для ефективного вилучення вугільного концентрату із золи винесення. На підставі отриманих теоретичних та практичних досліджень розроблено технологічну схему з переробки золошлакових відходів вугільних теплоелектростанцій, розраховано якісно-кількісну та водно-шламову схему. Проведено розрахунок основного технологічного обладнання, розраховані енерговитратні та економічні показники технологічної схеми. Розроблена технологічна схема дозволяє отримати шлак який може бути використаний для облаштування промислових доріг, вугільний концентрат із зольністю 21,80% який може бути використаний як вторинне паливо для вугільних теплоелектростанцій, мінеральну частину золи із зольністю 98,10% яка може знайти широке використання в будівельній індустрії. Доцільність реалізації технологічної схеми підтверджено техніко-економічним обґрунтуванням, собівартість переробки золошлакових відходів складає 1004,2 грн/т, термін окупності інвестицій складає до 3 років. Напівпромислові випробування розробленої технологічної схеми підтвердили результати наукових досліджень, енерговитрати не перевищували 33,5 кВт ⋅ год/т переробки золошлакових відходів.
Keywords: техногенні родовища; золошлакові відходи; зола винесення; теплові електростанції; переробка відходів; збагачення; технологічні схеми; флотація; вугільний концентрат; реагент-збирач; вугільні шлами; гірництво