СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЗОЛЬНОГО АГЛОПОРИТОВОГО ГРАВИЯ Российский патент 2011 года по МПК C04B20/02 C04B18/06 C04B14/10 

Изобретение относится к технологиям производства зольного аглопоритового гравия и рекомендуется для переработки золошлаков теплоэнергетики в легкий заполнитель для бетона.

Известен способ получения легкого заполнителя для бетона на основе природных глин или техногенного сырья, в т.ч. тонкодисперсной золы ТЭС, включающий дозирование глины или золы, твердого топлива, добавок, их перемешивание, окомкование полученной шихты, ее укладку на конвейерную решетку, зажигание шихтового слоя от горелок и его обжиг путем просасывания воздуха сквозь слой шихты за счет разрежения в вакуум-камерах под колосниками решетки с последующими дроблением и сортировкой продукта обжига в виде «пирога» с последующей его переработкой в аглопоритовый щебень дроблением и сортировкой дробленой массы по размеру зерен (Элинзон М.П. Производство искусственных пористых заполнителей. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., Стройиздат. 1974, с.107). Недостатком данного способа является то, что в составе его продукта, аглопоритового щебня, преобладают зерна угловатой формы, в структуре которых значительный объем занимают крупные поры диаметром до 3-5 мм. По причине указанного такой заполнитель имеет повышенные показатели пустотности и открытой пористости, что обуславливает повышенный расход цемента в бетоне на его основе.

Известен способ получения легкого заполнителя для бетона, зольного аглопоритового гравия на основе золы, содержащей от 1 до 25% остаточного углерода, включающий дозирование золы, твердого топлива, добавок, их перемешивание, грануляцию полученной шихты, укладку сырцовых гранул на конвейерную решетку поверх «подстила» из обожженного продукта, их зажигание от горелок и погоризонтный обжиг гранул путем просасывания воздуха сквозь слой шихты за счет разрежения в вакуум-камерах под колосниками решетки с последующей сортировкой продукта обжига по крупности, измельчением и повторной сортировкой части продукции в виде конгломератов (Элинзон М.П. Производство искусственных пористых заполнителей. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., Стройиздат. 1974, с.141-143, Васильков С.Г., Чалый Л.В. Производство аглопоритового гравия из зол ТЭС на Днестровском заводе // Строительные материалы, 1985. №10, с.12-13).

Недостатками этого способа являются:

- низкая производительность процесса грануляции, обусловленная замедленным образованием «зародышей» гранул, на поверхность которых потом накатывается шихта, образуя гранулы нужного размера;

- пониженная продуктивность процесса обжига, обусловленная неэффективным режимом просасывания воздуха по технологическим зонам конвейерной решетки;

- неравномерный по объему обжиг гранул крупной фракции, в результате которого часть из них имеют необожженное ядро, т.е. центральную часть;

- неодинаковые условия обжига по горизонтам шихтового слоя, вследствие чего температура обжига верхних - недостаточна, а нижних - избыточна. По этой причине в верхних горизонтах содержится недообожженный продукт в виде непрочных гранул, а в нижних - пережженный, в виде «сваров» - конгломератов из спекшихся гранул;

- ограничение доли в исходной золе остаточного углерода, которое в зависимости от свойств шихты не должно превышать уровень 5-10%. В случае его превышения взамен гранулированного продукта образуется, как при получении аглопоритового щебня, «пирог», то есть сплошной конгломерат;

- для зажигания шихты твердым топливом необходима сложная схема его приготовления, включающая сушку, помол и последующее вдувание порошка из топлива в камеру сгорания.

Технической задачей изобретения является повышение эффективности технологии производства зольного аглопоритового гравия путем ускорения грануляции шихты, созданием оптимальных условий обжига сырцовых гранул на всех горизонтах слоя шихты, применением в процессе обжига на конвейерной решетке скорректированного режима просасывания воздуха и упрощенного варианта сжигания твердого топлива для зажигания сырцовых гранул.

Указанная задача решается тем, что:

- конгломераты из гранул в продуктах обжига выделяют, измельчают до размера частиц менее 5 мм и используют как «затравку» при грануляции шихты, а гранулированную шихту фракционируют по крупности на 9-12 и 12-15 мм и укладывают на решетку поверх «подстила» раздельно, причем крупную фракцию помещают поверх мелкой;

- скорость воздуха, просасываемого сквозь шихту, в процессе обжига, регулируют изменением разрежения в вакуум-камерах конвейерной решетки, увеличивая его в зонах зажигания шихты и обжига средних горизонтов;

- при повышенном содержании в золе остаточного углерода, свыше 10%, избыток топлива выделяют и используют для зажигания шихты, а в случае пониженного - в шихту дополнительно вводят уголь или кокс до указанного выше уровня;

- процесс обжига осуществляют в при соотношении между теплом зажигания и теплом от горения топлива шихты, равном 1:(1-1,5);

- при использовании для зажигания газового топлива поверхностные горизонты шихты обжигают сжиганием газа в факельно-слоевом режиме, а нижние и средние горизонты - сжиганием газа в режиме слоевого горения;

- при отсутствии газа для зажигания шихты твердым топливом его используют в виде зерен со средним размером от 10 до 30 мм, которые укладывают на поверхность слоя шихты и поджигают горелкой.

Эффективность предлагаемого способа проверяли на экспериментальной обжиговой установке, включающей зажигательный горн с газовой горелкой, рабочую камеру и дымосос. Рабочая камера имела диаметр 200 и высоту 400 мм, а в нижней части - решетку, колосники которой предохранялись от расплавления слоем «подстила» из обожженного аглопорита толщиной 40 мм.

В опытах использовали золу и, в качестве пластификатора, глину в пропорции 9:1. Химсостав компонентов приведен в табл.1.

Таблица 1 Наименование компонента Содержание оксидов, мас.% SiO₂ Al₂O₃ Fe₂O₃ CaO MgO SO₃ Зола* 63,4 30,2 4,2 1,3 0,7 0,8 Глина 55,7 18,3 12,7 2,1 3,1 0,2 *- содержание остаточного углерода - 15%.

Поскольку в золе содержится избыток углерода, ее кондиционировали с помощью полочного классификатора в режиме, обеспечивающем снижение содержания углерода до 10%.

Шихту, полученную смешением 90% кондиционированной золы и 10% глины, увлажняли и гранулировали на тарельчатом грануляторе до размера гранул 9-12 мм (мелкая фракция) и 12-15 мм (крупная). Гранулированную шихту укладывали в рабочую камеру обжигового устройства поверх подстила в следующей последовательности: внизу помещали 180 мм мелкой фракции, в верхней части - 180 мм крупной фракции. В части опытов для зажигания шихты использовали газовое топливо. В опыте 6 шихту зажигали нефтекоксом в виде кусков 10-12 мм. Поджигание кокса осуществляли устройством в виде трубки с вентилем, которая через редуктор сообщалась с газовым баллоном.

Качество продукта обжига оценивали по соотношению прочности на сжатие и насыпной плотности, коэффициенту конструкционного качества (ККК), а также по отсутствию конгломератов из гранул.

В табл.2 содержатся результаты грануляции порции шихты влажностью 24% с использованием затравки из дробленого аглопорита фракции менее 5 мм со средним размером частиц 3 мм. Продолжительность грануляции составляла 20 мин.

Таблица 2 № Содержание затравки в шихте, % Выход гранул фракций, % 0-5 мм 5-10 мм 10-15 мм 1 - 18 41 37 2 10 5 49 43 3 20 3 42 52 4 30 1 35 60

Из представленного в таблице следует, что с увеличением доли затравки с 10 до 30% выход крупной фракции возрастает почти в полтора раза. В отсутствие затравки почти 20% составляет мелкая фракция, доля которой при наличии затравки не превышает 5%. Благодаря вводу затравки производительность процесса грануляции ориентировочно (по выходу крупной фракции) возрастает не менее чем на 30%.

В табл.3 приведены результаты обжига шихт при изменении условий обжига согласно заявляемым отличиям. Условия проведения опыта 1, принятого в качестве контрольного, соответствуют сочетанию всех заявляемых признаков, а именно:

- использованы гранулы на основе затравки из дробленого конгломерата;

- двухслойная по размеру гранул шихта с укладкой слоя крупных гранул поверх мелких;

- просасывание воздуха через шихту с постоянной скоростью W=const=0,3 нм³/м²;

- соотношение тепла зажигания газом и тепла топлива шихты Q_заж/Q_ших=1:1.

В остальных опытах при постоянном значении общего расхода тепла на обжиг (Q_заж+Q_ших=const) изменяли одну из характеристик, влияющих на эффективность обжига. В опыте 2 использовали нефракционированную шихту, в опыте 3 в шихте добавкой безуглеродистой золы уменьшили долю углерода в шихте, усиливая при этом зажигание. В опыте 4, напротив, увеличили количество углерода в шихте. В опыте 5 процесс обжига осуществляли, как в прототипе, при постоянном значении разрежения под слоем шихты P=const=5,0 кПа. В опыте 6 для зажигания шихты использовали нефтекокс в количестве, эквивалентном расходу газа на зажигание в опыте 1.

Таблица 3 № Показатели процесса Свойства продукта Примечание V, мм/мин Р_мах, кПа П, м³/м²ч р_н, кг/м³ R_сж, МПа ККК 1* 17,3 16 0,93 723 7,88 15,1 Контрольный обжиг, по п.п.1-5 формулы изобретения 2* 15,6 18 0,84 761 6,75 11,2 Нефракционированная шихта, по прототипу 3 16,2 16,3 0,90 752 6,25 11,1 Q_заж/Q_ших=1:0,8. Шихта с низким содержанием углерода 4 15,3 17,5 0,82 741 8,05 14,6 Q_заж/Q_ших=1:1,5. Повышенная доля углерода в шихте 5* 13,3 16,2 0,71 720 8,10 15,6 При P=const, по прототипу 6* 15,5 16,5 0,81 730 7,72 14,5 Зажигание шихты углем по п.6 * - Q_заж/Q_ших=1:1, соотношение тепла зажигания газом и тепла топлива шихты.

V - вертикальная скорость обжига. Р_мах - максимум гидравлического сопротивления шихтового слоя. П - удельный съем продукции с 1 м² конвейерной решетки, определяли как произведение (V×60 мин×0,9). Где 0,9 - коэффициент, учитывающий усадку шихты при ее обжиге. р_н - насыпная плотность обожженного продукта. R_сж - прочность продукта на сжатие в цилиндре по ГОСТ 9758. ККК - коэффициент конструкционного качества. Его значение вычисляли по формуле: ККК=R_сж/р_н ². Р, кПа - разрежение газов под шихтой. Из сравнения результатов в табл.3 следует следующее.

При использовании нефракционированной шихты, опыт 2, снижается вертикальная скорость обжига и качество продукта - возрастает показатель его плотности и снижается прочность.

В случае снижения доли углерода в шихте, опыт 3, уменьшается скорость обжига, повышается плотность продукта. Поэтому уменьшать долю тепла шихты в тепловом балансе обжига менее 50% нецелесообразно.

Увеличение содержания углерода в шихте, опыт 4, повышает прочность продукта, но снижает продуктивность процесса, то есть вертикальную скорость обжига.

При проведении обжига с постоянной величиной разрежения под шихтой, опыт 5, скорость просасывания воздуха в период зажигания и обжига средних горизонтов снижается с 0,3 до 0,15-0,2 нм/с. Поэтому снижается вертикальная скорость обжига и, соответственно, его продуктивность, поскольку уменьшается количество кислорода, поступающего с воздухом на горение кокса.

В случае замены газа при зажигании шихты слоем нефтекокса, опыт 6, отмечается, в сравнении с контрольным опытом, снижение продуктивности процесса, что обусловлено более высоким тепловым напряжением процесса газового зажигания.

При использовании в опытах 1-5 факельно-слоевого зажигания, при котором примерно половина газа сгорает над слоем и остальное в слое, достигается значительное ускорение нагрева слоя без существенного повышения гидравлического сопротивления слоя шихты и одновременно полный прогрев и обжиг крупных гранул верхних горизонтов шихты. Слоевое сжигание газа рекомендуется использовать для обжига средних и нижних горизонтов в случае, когда зола содержит пониженное количество невыгоревшего углерода и его тепла недостаточно для обеспечения необходимой температуры обжига.

Достигнутые улучшения обусловлены оптимизацией теплового режима обжига по уровню температуры и равномерности температурного прогрева всех горизонтов слоя шихты и полному по объему обжигу крупных гранул. Следует ожидать, что дополнительным эффектом использования изобретения явится уменьшение общих энергозатрат на осуществление процесса на 10-15% - вследствие уменьшения теплопотерь в окружающее пространство, с физическим и химическим недожогом, а также потребности в электроэнергии для просасывания воздуха, поскольку оптимизация процесса обжига сопровождается уменьшением гидравлического сопротивления шихтового слоя.

В сравнении с традиционной технологией, применение изобретения позволит увеличить продуктивность процессов грануляции и обжига на 20-30%. При этом одновременно существенно улучшается качество продукта: показатель соотношения прочности и плотности возрастает на 25-35%. Использование изобретения позволяет вовлечь в переработку некондиционные золы ТЭС, содержащие повышенное, более 10%, остаточного углерода.

Общий ожидаемый экономический эффект должен составить 30-35%.

Изобретение относится к технологиям производства пористых заполнителей, в частности к переработке золошлаков теплоэнергетики в легкий заполнитель для бетона. Технический результат - повышение эффективности и экономичности технологии производства зольного аглопоритового гравия при повышении качества продукции. Способ получения зольного аглопоритового гравия на основе золы, содержащей от 1 до 25% остаточного углерода, включает дозирование золы, твердого топлива, добавок, их перемешивание, грануляцию полученной шихты, укладку сырцовых гранул на конвейерную решетку поверх «подстила» из обожженного продукта, их зажигание от горелок и их погоризонтный обжиг шихты путем просасывания воздуха сквозь ее слой за счет разрежения в вакуум-камерах под колосниками решетки, последующую сортировку продукта обжига по крупности, измельчение и повторную сортировку части продукции в виде конгломератов. Конгломераты подвергают измельчению до размера частиц менее 5 мм и используют в качестве «затравки» при грануляции шихты. Гранулированную шихту разделяют по крупности на фракции 9-12 и 12-15 мм и укладывают на конвейерную решетку поверх «подстила» раздельно, причем крупную фракцию помещают поверх мелкой. 5 з.п. ф-лы, 3 табл.

1. Способ получения зольного аглопоритового гравия на основе золы, содержащей от 1 до 25% остаточного углерода, включающий дозирование золы, твердого топлива, добавок, их перемешивание, грануляцию полученной шихты, укладку сырцовых гранул на конвейерную решетку поверх «подстила» из обожженного продукта, их зажигание от горелок и их погоризонтный обжиг шихты путем просасывания воздуха сквозь ее слой за счет разрежения в вакуум-камерах под колосниками решетки с последующей сортировкой продукта обжига по крупности, измельчением и повторной сортировкой части продукции в виде конгломератов, отличающийся тем, что конгломераты подвергают измельчению до размера частиц менее 5 мм и используют в качестве «затравки» при грануляции шихты, а гранулированную шихту разделяют по крупности на фракции 9-12 и 12-15 мм и укладывают на конвейерную решетку поверх «подстила» раздельно, причем крупную фракцию помещают поверх мелкой.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при содержании в золе остаточного углерода свыше 10% избыток углерода выделяют и используют для зажигания шихты, а при его доле менее 5% в шихту дополнительно вводят уголь или кокс до уровня, указанного выше.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что скорость воздуха, просасываемого через шихту, регулируют изменением разрежения в вакуум-камерах, увеличивая его в зонах зажигания шихты и обжига средних горизонтов.

4. Способ по п.1 или 3, отличающийся тем, что процесс обжига осуществляют в при соотношении между теплом от топлива и теплом зажигания, равном 1:(1-1,5).

5. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что при газовом зажигании шихты поверхностные горизонты шихты обжигают сжиганием газа в факельно-слоевом режиме, а нижние и средние горизонты - сжиганием газа в режиме слоевого горения.

6. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что при использовании для зажигания шихты твердого топлива его в виде зерен с размером от 10 до 30 мм укладывают на поверхность слоя шихты и поджигают горелкой.