Источник: Сборник докладов IV Международной научной конференции аспирантов и студентов "Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов" – Донецк:ДонНТУ, 2005.

АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТЕЙ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ СПЕКАНИЯ ТВЕРДОГО ТЕРМОЛИЗНОГО ТОПЛИВА ИЗ ПРОМБЫТОТХОДОВ

Л.А. Плаксенко, А.С. Парфенюк

Метод термолизно-энергетической рекуперации отходов ( метод ТЭРО ), разработку которого ведет кафедра МАХП, включает одну из важных стадий термической переработки – спекание. В данном процессе спекание – это химическое «сваривание» уплотненного материала зерен, частиц и отдельностей углеродистого сырьевого материала промбытотходов при их пластическом контакте в присутствии жидкой фазы с получением твердого топлива.

Цель работы – установить влияние технологических факторов на процесс спекания углеродистого сырья и свойства получаемого твердого топлива для управления качества последнего.

Из опыта процесса коксования известно, что на свойства спекаемого материала влияют компонентный состав, крупность частиц, структура и химический состав компонентов, наличие связующего, спекающих и отащающих добавок, скорость нагрева, плотность смеси и другие факторы.

По данным раннее проведенных исследований твердое термолизное топливо имеет зольность 30…40 %, и, следовательно, состоит из такого же количества минеральной части. Минеральные компоненты в свою очередь уменьшают текучесть пластической массы – это связано с влиянием физической поверхности.

Большое влияние на процесс спекания оказывает крупность исходных частиц. При более крупном измельчении увеличивается выход жидких и летучих продуктов. Удаление этих продуктов происходит медленнее, что приводит к появлению водородсодержащих низкомолекулярных газов. Процесс термической деструкции связан с разукрупнением молекулярной структуры, при этом наблюдается большая текучесть, так как образуется больше продуктов, которые оказывают пластифицирующее действие. При тонком измельчении: выход летучих меньше; меньшая текучесть пластической массы; более быстрое удаление летучих веществ, что приводит к увеличению газопроницаемости. Это в свою очередь уменьшает вспучиваемость (см. рис.). С другой стороны, более быстрый прогрев зерен способствует увеличению вспучивания; уменьшаются спекаемость, внутренние напряжения и трещиноватость готового продукта. При этом увеличиваются прочность, расход жидкой фазы на смачивание поверхности частиц материала, вязкость и легче удаляются летучие продукты.

Смесь промбытотходов в процессе спекания образует высокомолекулярное соединение, для которого характерна стадия набухания, происходящая при поверхностном взаимодействии отдельных зерен. Набухание протекает в одном из двух направлений: либо из-за спекания зерен в результате возникновения капиллярных сил, либо из-за выделения вязких разлагающихся жидких продуктов.

Важнейшую роль в процессе спекания играют добавки, растворители и связующие, которые влияют на сам процесс спекания и на свойства готового продукта. В качестве добавок используют малолетучие соединения ( например: каменноугольная смола, мазут ), которые играют роль пластификатора, т.е. делают зерно более пластичным и текучесть пластической массы за счет этого увеличивается.

В качестве добавок используют смолоподобные и органические вещества. Добавки не проникают вглубь зерен, так как этому препятствуют выделяющиеся летучие продукты. Введение добавок изменяет спекаемость и прочность получаемого твердого топлива, пластичность зерен при этом не изменяется, а свойства пластической массы улучшаются.

Связующее создает тонкий плотный слой на твердых частичках и может уменьшить вязкость смеси и препятствовать увеличению размера частиц, и даже уменьшить адгезию к внутренним стенкам камеры печи. Для того, чтобы снизить объемную усадку при спекании, содержание связующего должно быть минимальным.

Скорость нагрева регулирует текучесть жидкой фазы и скорость ее отверждения. При ее увеличении повышается прочность спекаемого материала, происходит более быстрое отверждение пластической массы. При повышении скорости нагрева жидкая масса меньше участвует в образовании пластической массы. Это объясняется тем, что увеличивается выход летучих веществ, движение которых способствует испарению жидких продуктов. С увеличением скорости нагрева увеличивается текучесть и пластичность спекающегося слоя.

При предварительном уплотнении или брикетировании уменьшается газопроницае-мость, а давление распирания и вспучивание увеличивается.

На основании проведенного анализа можно сделать следующие выводы: использование тонкоизмельченной исходной смеси наиболее эффективно, поскольку при этом происходит увеличение прочности готового твердого топлива, наблюдается более быстрое удаление летучих веществ из пластической массы и уменьшается давление распирания. Предварительное уплотнение исходной смеси желательно, так как оно способствует улучшению спекания.