RU2707276C1 - Preparation method of pulverized coal fuel for combustion - Google Patents
Preparation method of pulverized coal fuel for combustion Download PDFInfo
- Publication number
- RU2707276C1 RU2707276C1 RU2019127092A RU2019127092A RU2707276C1 RU 2707276 C1 RU2707276 C1 RU 2707276C1 RU 2019127092 A RU2019127092 A RU 2019127092A RU 2019127092 A RU2019127092 A RU 2019127092A RU 2707276 C1 RU2707276 C1 RU 2707276C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coal
- particles
- iron
- hydroxides
- oxides
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G OR C10K; LIQUIFIED PETROLEUM GAS; USE OF ADDITIVES TO FUELS OR FIRES; FIRE-LIGHTERS
- C10L9/00—Treating solid fuels to improve their combustion
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно, к технологии сжигания углеводородных топлив, в том числе низкого качества.The invention relates to a power system, and in particular, to a technology for burning hydrocarbon fuels, including low quality.
Одной из основных проблем работы больших котлов на пылеугольном топливе является накопление шлаковых осадков на стенках котлов. Особенно эта проблема обостряется при переходе работы котла на новый тип топлива, на который изначально данный котел не рассчитывался. Такой подход к использованию топлива другого типа, зачастую с худшими характеристиками, наблюдается повсеместно во всем мире. Причины такого подхода могут быть как экономические, так и истощение запасов качественного легкодоступного вида угольного топлива.One of the main problems of the operation of large pulverized coal boilers is the accumulation of slag deposits on the walls of the boilers. This problem is especially aggravated when the boiler switches to a new type of fuel, for which this boiler was not originally designed for. This approach to the use of another type of fuel, often with poorer performance, is observed everywhere throughout the world. The reasons for this approach can be both economic and the depletion of stocks of high-quality readily available type of coal fuel.
Отложения на стенках можно разделить на мягкие и твердые. Твердые - трудно отделимые от стенок обычными методами, выдерживают большие ударные нагрузки и имеют большую намагниченность. Микрозондовый анализ шлаковых отложений на стенках котлов показывает наличие значительной доли магнитных частиц в жестких, твердых (не рыхлого типа) отложениях, которые закрепляются на стенках котлов. Выяснено, что это смесь состоит в основном из окислов железа типа магнетит. Через какое-то время требуется полная остановка котла для очистки стенок котлов от этих отложений.Deposits on the walls can be divided into soft and hard. Solid - difficult to separate from the walls by conventional methods, withstand large shock loads and have a large magnetization. The microprobe analysis of slag deposits on the boiler walls shows the presence of a significant proportion of magnetic particles in hard, solid (non-loose type) deposits that are fixed on the boiler walls. It was found that this mixture consists mainly of iron oxides such as magnetite. After some time, a complete stop of the boiler is required to clean the boiler walls from these deposits.
Проведенный анализ литературы по магнитным частицам в котлах показал, что в таких частицах увеличивается доля окислов железа в десятки раз (http://earchive.tpu.ru/bitstream/11683/30400/1/TPU211194.pdf).The analysis of the literature on magnetic particles in boilers showed that the fraction of iron oxides in these particles increases tenfold (http://earchive.tpu.ru/bitstream/11683/30400/1/TPU211194.pdf).
Магнитные частицы образуются при горении угольной пылевой частицы в высокотемпературных факелах больших котлов за счет раннего выброса из такой частицы летучих, с выносом частиц с содержанием железа из тела матрицы угля. Окисление железа происходит уже в оболочке горения вокруг такой частицы в зоне поступления внешнего окислителя - кислорода. При этом частицы магнитного железа имеют малый размер (менее 1 мкм), поэтому при притяжении к формирующемуся осадку на стенах котла, они упрочняют его до бетонного состояния.Magnetic particles are formed during the combustion of a coal dust particle in high-temperature flares of large boilers due to the early emission of volatile particles from such a particle, with the removal of particles containing iron from the body of the coal matrix. Oxidation of iron occurs already in the combustion shell around such a particle in the zone of entry of an external oxidizing agent - oxygen. In this case, the particles of magnetic iron are small in size (less than 1 micron), therefore, when attracted to the forming precipitate on the walls of the boiler, they harden it to a concrete state.
Чтобы уменьшить осаждение частиц на стену, необходимо увеличить агрегаты, в которые собираются магнитные частицы. Именно за счет магнитного дипольного взаимодействия. Тогда эти агрегаты начинают седиментировать (осаждаться) вниз, на стенках не забивают поры осадка (как мелкие частицы), в результате чего осадок на стенке должен становиться рыхлым и опадать вниз, в бункер котла. Осаждение частиц, взвешенных в горячих газах, на холодных стенках котлов и теплообменников является нежелательным. Образующийся слой обладает низкой теплопроводностью, что приводит к ухудшению теплотехнических характеристик аппаратов. Плотность осадка на стенке котла во многом зависит от того, как новые частицы встраиваются в этот осадок.To reduce the deposition of particles on the wall, it is necessary to increase the aggregates into which magnetic particles are collected. It is due to the magnetic dipole interaction. Then these aggregates begin to sediment (precipitate) down, the pores of the sediment (like small particles) do not clog on the walls, as a result of which the sediment on the wall should become loose and fall down into the boiler hopper. The deposition of particles suspended in hot gases on the cold walls of boilers and heat exchangers is undesirable. The resulting layer has low thermal conductivity, which leads to a deterioration in the thermal characteristics of the apparatus. The density of the sediment on the wall of the boiler largely depends on how new particles are embedded in this precipitate.
Из физики аэрозолей известно, что процесс осаждения частиц на более холодную поверхность из более горячего газа идет очень эффективно по термофоретическому механизму.From aerosol physics it is known that the process of deposition of particles on a colder surface from a hotter gas is very efficient by the thermophoretic mechanism.
Термофоретическая сила (она слабо зависит от размера частиц в области размеров до 5-10 мкм) подгоняет частицы из потока в котле (диаметром более 1-6 метров). Современные котлы имеют большие размеры, что важно для оценки, сколько частиц достигнет стенки котла, сколько упадет вниз или поднимется вверх на следующие повороты в котле. И уже на расстоянии в несколько миллиметров и менее вступает в силу магнитное притяжение между железо-содержащими частицами, уплотняя осадок. Например, параметры котла ТЭЦ-5, Новосибирск, на котором мы проводили часть экспериментов, описаны тут (http://scbist.com/scb/uploaded/kotly/4-parovye-kotly.htm).The thermophoretic force (it weakly depends on the particle size in the size range up to 5-10 microns) drives the particles out of the stream in the boiler (with a diameter of more than 1-6 meters). Modern boilers are large in size, which is important for estimating how many particles reach the wall of the boiler, how many will fall down or rise up the next turns in the boiler. And already at a distance of several millimeters or less, magnetic attraction between the iron-containing particles takes effect, compacting the sediment. For example, the parameters of the CHPP-5 boiler, Novosibirsk, where we carried out part of the experiments, are described here (http://scbist.com/scb/uploaded/kotly/4-parovye-kotly.htm).
С ростом толщины осадка на трубах охлаждения (приблизительно 300°С температуры воды внутри этих труб, а в факеле котла в центре 1200-1600°С) осадок (отложение) начинает прогреваться до 800°С и выше. Он начинает спекаться, уплотняться и очень плотно облегать трубы охлаждения. Что заставляет останавливать котел и сбивать осадок вручную спец-молотками. В областях, в которых происходит максимальный рост котловых отложений на стенках (верхняя треть котла для Новосибирской ТЭЦ-5, например), температура газа составляет около 1600°С.With an increase in the thickness of the precipitate on the cooling pipes (approximately 300 ° C of the water temperature inside these pipes, and in the boiler plume in the center of 1200-1600 ° C), the precipitate (deposition) begins to warm up to 800 ° C and above. It begins to sinter, condense and very tightly fit the cooling pipes. What forces to stop a copper and to bring down a deposit manually with special hammers. In areas in which the maximum growth of boiler deposits on the walls occurs (the upper third of the boiler for Novosibirsk TPP-5, for example), the gas temperature is about 1600 ° C.
Прогревание осадка приводит к спеканию относительно легкоплавких частиц с окислами железа (и кальция, для бурого угля, например) и формированию очень твердого жесткого осадка.The heating of the precipitate leads to sintering of relatively fusible particles with iron oxides (and calcium, for brown coal, for example) and the formation of a very hard hard precipitate.
Наш анализ (численный и исследование образцов) показал, что необходимо учитывать еще и силы седиментации, и структуру (фрактальность) частиц аэрозолей [С.Э. Пащенко, К. К. Сабельфельд, Атмосферный и техногенный аэрозоль: кинетические, электронно-зондовые и численные методы исследования, Том 1 ВЦ СО РАН 1992; патент RU 2282742 - Способ сжигания твердого ракетного топлива, 2004].Our analysis (numerical and study of samples) showed that it is also necessary to take into account the sedimentation forces and the structure (fractality) of aerosol particles [S.E. Pashchenko, K. K. Sabelfeld, Atmospheric and technogenic aerosol: kinetic, electron-probe and numerical methods of investigation, Volume 1, Computing Center SB RAS 1992; patent RU 2282742 - Method for burning solid rocket fuel, 2004].
В тех условиях, когда магнитные силы не являются определяющими, осадки на котлах являются рыхлыми и опадают вниз сами в режиме работы котла без его остановки. Для этого внизу котла есть холодные поддоны с нужным углом наклона, по которым и скатывается такой рыхлый осадок во внешний отвалоприемник.In those conditions when magnetic forces are not determining, precipitation on the boilers is loose and fall down themselves in the mode of operation of the boiler without stopping it. To do this, there are cold pallets at the bottom of the boiler with the desired angle of inclination, along which such loose sediment rolls into the external dump.
Наиболее близким аналогом является техническое решение, описанное в патенте RU 2678310 от 02.11.2018, в котором на уголь перед помолом наносят модифицированное жидкое стекло (МЖС), обладающее высоким коэффициентом смачивания поверхности угольной пыли, образующейся в процессе размола угля.The closest analogue is the technical solution described in patent RU 2678310 dated 02.11.2018, in which a modified liquid glass (MZH) is applied to the coal before grinding, which has a high wetting coefficient of the surface of coal dust generated during coal grinding.
МЖС заполняет трещины (щели) в угольных частицах образующиеся в процессе размола, далее при нагреве такой частицы в факеле на начальном этапе прогрева МЖС в трещине превращается в высокотемпературный гель окиси кремния, и препятствует выбросу летучих.MFZ fills cracks (gaps) in coal particles formed during the grinding process, then when such a particle is heated in a flare at the initial stage of heating, MFZ in the crack turns into a high-temperature silica gel, and prevents the emission of volatiles.
Модификаторами в жидком стекле могут служить поверхностно - активные вещества (ПАВ) Можно использовать, например, стеарат натрия C17H35COONa - этот компонент дешев и нетоксичен.Surface active agents (SAS) can serve as modifiers in liquid glass. For example, sodium stearate C17H35COONa can be used - this component is cheap and non-toxic.
Но указанное техническое решение направлено на обеспечение при его использовании эффективного сжигания пылеугольного топлива с образованием экологически более чистого высокотемпературного факела с уменьшением выбросов окислов азота, а также уменьшение пылеобразования, взрывоопасности.But the specified technical solution is aimed at ensuring, when using it, efficient burning of pulverized coal fuel with the formation of an environmentally cleaner high-temperature flame with a decrease in emissions of nitrogen oxides, as well as a reduction in dust formation and explosion hazard.
Задачей изобретения является разработка способа сжигания угля, позволяющего минимизировать или ликвидировать образование твердых магнитных отложений на стенках котлов, что позволит уменьшить время простоя котлов под очисткой и избежать повреждений стенок трубок котла при грубой механической очистке отложений, а также позволит расширить ассортимент углей, которые имеют большой шлакующий коэффициент (но дешевы).The objective of the invention is to develop a method of burning coal, which minimizes or eliminates the formation of solid magnetic deposits on the walls of the boilers, which will reduce the downtime of the boilers under cleaning and avoid damage to the walls of the tubes of the boiler during rough mechanical cleaning of deposits, and will also expand the range of coals that have a large slag ratio (but cheap).
Для решения задачи необходимо преобразовать частицы зольного осадка на стенках котлов и в выбросах из котлов перед электрическими фильтрами в оптимальные по размерам структуре, твердости и фрактальности. Для решения задачи необходимо научиться управлять свойствами дисперсной фазы (аэрозолей минерального остатка) в объеме котла (размер и фрактальность, рыхлость) для минимизации скоростей зарастания стенок. Физически это достигается за счет ускорения в десятки раз процессов коагуляции аэрозолей.To solve the problem, it is necessary to convert the particles of ash sediment on the walls of the boilers and in the emissions from the boilers in front of the electric filters into the optimal structures, hardness and fractality in size. To solve the problem, it is necessary to learn how to control the properties of the dispersed phase (aerosols of the mineral residue) in the boiler volume (size and fractality, friability) to minimize the rate of wall overgrowth. Physically, this is achieved by accelerating dozens of times the process of aerosol coagulation.
Таким образом, необходимо:Thus, it is necessary:
- изменить режимы горения одиночных пылевых частиц; вследствие наличия на их поверхности дополнительных магнитных частиц, которые при нагреве пылевой угольной частицы блокируют процесс раскрытия первичных щелей (как в прототипе), но еще и дополнительно перехватывают при последующем открытие щелей частицы окислов железа уже из матрицы угля. Эти частицы окислов железа всегда образуются при горении угольных пылевых частиц, так как в углях всегда имеется минеральная примесь окислов железа разного типа. Но введенная в молотковой мельнице добавка на поверхность пылевых частиц должна ускорить их коагуляцию над поверхностью горящей частицы, увеличить их размер, изменить форму. Что, как выше было уже сказано, приводит к образованию фрактальных частиц и к рыхлому осадку на стенках котлов. Рыхлый осадок потом опадает вниз в бункер под действием силы тяжести.- change the combustion modes of single dust particles; due to the presence on their surface of additional magnetic particles, which, when heated by a dusty coal particle, block the process of opening primary gaps (as in the prototype), but also additionally intercept the gaps of iron oxide particles from the coal matrix during subsequent opening. These particles of iron oxides are always formed during the combustion of coal dust particles, since coal always has a mineral admixture of iron oxides of various types. But the addition to the surface of dust particles introduced in a hammer mill should accelerate their coagulation above the surface of a burning particle, increase their size, and change their shape. Which, as mentioned above, leads to the formation of fractal particles and to loose sediment on the walls of the boilers. The loose sediment then falls down into the hopper under the action of gravity.
- увеличить размер пылевых частиц для более эффективной их седиментации в холодный и (или) горячий золо-отборники;- increase the size of dust particles for more efficient sedimentation in cold and (or) hot ash collectors;
- увеличить эффективность зарядки частиц в электрофильтрах для повышения эффективности электрофильтров; когда мы увеличиваем фрактальный размер частиц, электронная диффузионная зарядка в электрофильтре будет более быстрой, а, значит, степень очистки будет более высокой.- increase the efficiency of charging particles in electrostatic precipitators to increase the efficiency of electrostatic precipitators; when we increase the fractal particle size, the electron diffusion charge in the electrostatic precipitator will be faster, which means that the degree of purification will be higher.
Основным техническим результатом заявляемого изобретения является сокращение среднего времени выделения летучих, увеличение скорости коагуляции магнитных частиц, уменьшение зашлакованности стенок котлов за счет введения добавки из окислов железа на поверхность пылевых частиц в молотковой угольной мельнице, а также уменьшение выброса золовых аэрозолей в атмосферу.The main technical result of the claimed invention is to reduce the average time for the emission of volatiles, increase the rate of coagulation of magnetic particles, reduce slagging of the boiler walls by introducing an additive of iron oxides onto the surface of dust particles in a hammer coal mill, and also reduce the emission of ash aerosols into the atmosphere.
Технический результат достигается путем способа подготовки пылеугольного топлива для сжигания, включающего сушку и дробление сырого угля, причем на этот уголь наносят окислы и (или) гидроокислы железа в виде суспензии или сухого порошкового распыла, при этом концентрация (количество) нанесенных окислов железа и (или) гидроокислов железа должна быть не более 0.4% от массы угля.The technical result is achieved by a method of preparing pulverized coal fuel for combustion, including drying and crushing of raw coal, and on this coal is applied oxides and (or) hydroxides of iron in the form of a suspension or dry powder spray, while the concentration (amount) of supported iron oxides and (or ) iron hydroxides should be no more than 0.4% by weight of coal.
При этом на уголь наносят окислы железа и/или гидроокислы железа перед дроблением в виде суспензии с содержанием по массе окислов железа от 10 до 50%.At the same time, iron oxides and / or iron hydroxides are applied to coal before crushing in the form of a suspension with a content by weight of iron oxides from 10 to 50%.
По способу на уголь наносят окислы и (или) гидроокислы железа в виде сухого порошкового распыла на входе или выходе молотковой мельницы с размерами этих частиц в струе распыла не более 0.5 мкм.According to the method, oxides and / or hydroxides of iron are applied to coal in the form of a dry powder spray at the inlet or outlet of a hammer mill with a particle size of no more than 0.5 μm in the spray stream.
Окислы и/или гидроокислы железа также наносят на уголь в виде суспензии в модифицированном жидком стекле, в котором они составляют не более 5%.Oxides and / or hydroxides of iron are also applied to coal in the form of a suspension in modified liquid glass, in which they make up no more than 5%.
В способе окислы и гидроокислы железа перед нанесением на уголь прогревают до фазы появления магнетита.In the method, iron oxides and hydroxides are heated before being deposited on coal until the appearance of magnetite.
При этом окислы и гидроокислы железа перед нанесением на уголь прогревают в магнитном поле до достижения намагниченности всех железосодержащих соединений.In this case, iron oxides and hydroxides are heated in a magnetic field before being applied to coal until the magnetization of all iron-containing compounds is achieved.
Водную суспензию окислов и гидроокислов железа интенсивно насыщают кислородом (пробулькивание).An aqueous suspension of iron oxides and hydroxides is intensively saturated with oxygen (bubbling).
Приведем оценки для котлов 6 ТПЕ-214/А ТЭЦ-5, Новосибирск. Данная методика позволит при правильной эксплуатации котла увеличить падение отложений в нижний бункер с 5-7% для ТЭЦ-5 сегодня на буром угле, до 60-70%. Что резко уменьшает нагрузку на электрофильтры и выброс аэрозолей в трубу ТЭЦ-5 в атмосферу.We give estimates for boilers 6 TPE-214 / A TPP-5, Novosibirsk. This technique will allow, with proper operation of the boiler, to increase the fall in deposits in the lower bunker from 5-7% for CHPP-5 today on brown coal, to 60-70%. This dramatically reduces the load on electrostatic precipitators and the release of aerosols into the CHPP-5 pipe into the atmosphere.
При размоле на первоначальный кусок угля размером менее нескольких сантиметров происходит многократное мощное воздействие на поверхности размола. Известно, что при таких нагрузках поверхность и объем угля проходят через процесс резкого образования щелей (например, зарождающихся в дислокационном росте). Эти щели в свою очередь порождают выброс мелких частиц угля (от нанометров до 1-2 мкм).When grinding on the initial piece of coal with a size of less than a few centimeters, a multiple powerful effect occurs on the grinding surface. It is known that under such loads, the surface and volume of coal pass through the process of sharp formation of gaps (for example, nucleating in dislocation growth). These gaps, in turn, generate an emission of small particles of coal (from nanometers to 1-2 microns).
Соединения железа в угле при его нагреве переходят в газовую фазу и в аэрозольную фазу (они гораздо более летучие, чем окислы кремния и алюминия - основных компонентов зольного осадка угля).When heated, iron compounds in coal pass into the gas phase and into the aerosol phase (they are much more volatile than the oxides of silicon and aluminum, the main components of the coal ash sediment).
Согласно изобретению, на режиме помола угля в молотковых мельницах вводятся окислы и гидроокислы железа, как в виде суспензии (распыл мокрый), так и в виде сухого порошкового распыла. Например, ферродобавки железа (II-Ш) вводятся в бункер перед размолом в виде высокодисперсного аэрозоля через сухую воздушную форсунку.According to the invention, in the mode of grinding coal in hammer mills, iron oxides and hydroxides are introduced, both in the form of a suspension (wet spray) and in the form of a dry powder spray. For example, iron (II-III) ferroadditives are introduced into the hopper before grinding in the form of a highly dispersed aerosol through a dry air nozzle.
Как показывают наши модельные и стендовые лабораторные исследования, окислы железа в процессе помола концентрируются в области свежих активационных щелей. И когда пылевая частица с такой модифицированной поверхностью достигает начала факела в угольном котле (размер фракции частиц порядка 100 мкм), начинается прогрев ее поверхности. При нагревании частицы окислов железа на поверхности угольной частицы в основании факела котла переходят в 5-15 нм ферромагнитные частицы. Возникает обменный спиновый механизм в режиме создания супермагнетизма, малые частицы превращаются в один намагниченный домен, в котором все спины молекул окислов железа направлены в одном направлении. Что приводит к сильному дипольному магнитному полю около такой частицы, а значит и к эффективному захвату другой такой же частицей. Если частицы будут изначально большими - более 50-100 нм, внутри них возникнут несколько доменов, которые будут гасить общее магнитное поле из-за их случайной направленности в пространстве. Это плохо для нашей задачи. Таким образом, нами задаются требования к размерам вводимых частиц окислов железа в молотковую мельницу. Для, повторим, резкого увеличения силы магнитного диполь-дипольного притяжения таких частиц. Что и ведет к возрастанию скорости процессов их коагуляции в зоне горения каждой пылеугольной частицы.As our model and bench laboratory studies show, iron oxides are concentrated in the field of fresh activation gaps during grinding. And when a dust particle with such a modified surface reaches the beginning of the torch in a coal boiler (particle size fraction of the order of 100 microns), heating of its surface begins. When heated, particles of iron oxides on the surface of a coal particle at the base of the boiler plume transform into 5-15 nm ferromagnetic particles. An exchange spin mechanism arises in the regime of creating supermagnetism, small particles turn into a single magnetized domain, in which all the spins of the iron oxide molecules are directed in the same direction. This leads to a strong dipole magnetic field near such a particle, and hence to effective capture by another of the same particle. If the particles are initially large - more than 50-100 nm, several domains will appear inside them, which will dampen the general magnetic field due to their random orientation in space. This is bad for our task. Thus, we set requirements for the sizes of introduced particles of iron oxides in a hammer mill. For, we repeat, a sharp increase in the strength of the magnetic dipole-dipole attraction of such particles. Which leads to an increase in the rate of their coagulation processes in the combustion zone of each pulverized-coal particle.
В результате такой специфической коагуляции магнитных доменных (однодоменных) частиц происходит не только быстрая коагуляция, но и зацепление магнитных частиц север - юг полярностями. Это приводит к формированию цепочек, на 5-6 шаге замыкающихся в многогранники (по 5-6-7 сторон, почти плоские). Такая структура чрезвычайно рыхлая сама по себе. При этом ее основой является структура магнетита, точка Кюри которого достаточно высока, чтобы провести процесс коагуляции вблизи поверхности горения в факеле пылевой 50-100 мкм частицы угольной пыли.As a result of this specific coagulation of magnetic domain (single-domain) particles, not only fast coagulation occurs, but also the magnetic particles are linked north-south by polarities. This leads to the formation of chains that are locked into polyhedra at steps 5–6 (on 5–6–7 sides, almost flat). Such a structure is extremely loose in itself. At the same time, its basis is the structure of magnetite, the Curie point of which is high enough to conduct the coagulation process near the combustion surface of a dust particle of 50-100 μm coal dust particles.
Эти небольшие 3-6 нм частицы магнетита настолько пористы, что легко по механизму фрактального фильтра захватывают основную массу частиц окислов кремния и алюминия, вылетающих из частицы на более поздней стадии горения (например - коксового горения). Такие смешанные частицы легко наблюдаются под электронным микроскопом, так как плотность окислов железа более 5 г/см3, и значительно превышает плотность окислов алюминия и кремния.These small 3-6 nm magnetite particles are so porous that they easily capture the bulk of particles of silicon and aluminum oxides that escape from the particle at a later stage of combustion (for example, coke combustion) by the fractal filter mechanism. Such mixed particles are easily observed under an electron microscope, since the density of iron oxides is more than 5 g / cm 3 and significantly exceeds the density of aluminum and silicon oxides.
Такой осадок виден в виде рыхлых серо-желтых отложений. Он легко опадает со стенок (как говорилось выше).Such a precipitate is visible in the form of loose gray-yellow deposits. It easily falls off the walls (as mentioned above).
Нами были исследованы образцы, отобранные на ТЭЦ-5 при работе на буром угле - упавшие отложения, уголь до помола, уголь после помола, зола, уловленная электрофильтрами частиц, определены их магнитные свойства, СВЧ отклик, твердость осадков.We studied samples taken at CHPP-5 when working on brown coal - fallen deposits, coal before grinding, coal after grinding, ash trapped by particle electrostatic precipitators, their magnetic properties, microwave response, and precipitation hardness were determined.
На фиг. 1 и фиг. 2 показана структура реального осадка с ТЭЦ-5.In FIG. 1 and FIG. Figure 2 shows the structure of the real sediment from TPP-5.
Проведены модельные эксперименты с молотым бурым углем от ТЭЦ-5 - обоснованы режимы нанесения окислов и гидроокислов железа в модельных лабораторных шаровых мельницах.Model experiments with ground brown coal from CHPP-5 were carried out - the modes of deposition of iron oxides and hydroxides in model laboratory ball mills were substantiated.
На фиг. 3 изображен магнитный агломерат, который образовался в объеме модельного котла. На фиг. 4 изображен результат осаждения таких магнитных агломератов на стенки котла (в данном случае на 600 мкм иглу из котельной стали). Видна высокая пористость и рыхлость осадка за счет магнитной коагуляции частиц.In FIG. 3 shows a magnetic agglomerate that has formed in the volume of a model boiler. In FIG. 4 shows the result of the deposition of such magnetic agglomerates on the walls of the boiler (in this case, a 600 micron needle made of boiler steel). High porosity and friability of the sediment due to magnetic coagulation of particles are visible.
На фиг. 5 изображение в отраженных и на просвет лучах света фрагмента магнитного отложения с высокодисперсной фазой на поверхности первичных пылеугольных частиц.In FIG. 5 image in the reflected and in the light rays of a fragment of magnetic deposition with a finely dispersed phase on the surface of primary pulverized-coal particles.
Наблюдение и определение процесса задержки воспламенения угольной частицы (начало выброса летучих) за счет модификации поверхности горения различным добавками проводилось с использованием плазмотрона для поджига первичных частиц размером около 50-150 мкм и лазерной подсветки для визуализации высокодисперсных аэрозолей.Observation and determination of the process of delaying the ignition of a coal particle (the beginning of the emission of volatiles) due to the modification of the combustion surface with various additives was carried out using a plasma torch to ignite primary particles with a size of about 50-150 μm and laser illumination to visualize highly dispersed aerosols.
В основание факела модельной газовой горелки, размером в длину до 10 см и диаметром до 2 см, сверху вводились угольные частицы (впрыск или падение в гравитационном поле). Частицы подхватывались струей горелки, двигались в ней, нагревались, начинали гореть. Все регистрировалось на скоростной камере, как в собственном свечении, так и в режиме строб-засветки с частотой 200-1000 Гц. Когда начинается выделение летучих и их воспламенение, это видно по газовому ореолу свечения вокруг траектории частицы. После прекращения выделения летучих газовый ореол исчезает, и виден яркий (белый контраст), четкий и узкий след частицы в режиме гетерогенного горения. То есть идет только процесс окисление кислородом углеродного остатка.At the base of the torch of a model gas burner, up to 10 cm in length and 2 cm in diameter, coal particles were introduced from above (injection or drop in a gravitational field). Particles were picked up by the torch stream, moved in it, heated up, and began to burn. Everything was recorded on a high-speed camera, both in its own glow and in the strobe-illumination mode with a frequency of 200-1000 Hz. When the release of volatiles and their ignition begins, this can be seen in the gas halo of glow around the particle trajectory. After the termination of the emission of volatile gas, the gas halo disappears, and a bright (white contrast), clear and narrow trace of the particle is seen in the heterogeneous combustion mode. That is, only the process of oxygen oxidation of the carbon residue.
Таким образом, в одном эксперименте можно выделить три основных фазы. Первая - разогрев, вторая - горение летучих, третья - горение коксового остатка.Thus, in one experiment, three main phases can be distinguished. The first is heating, the second is the combustion of volatiles, the third is the burning of coke residue.
Пример 1 - ввод сухого порошка.Example 1 - input of dry powder.
Был приготовлен порошок окиси железа из раствора трехвалентного железа. Высушен при 50°С в течение 40 часов. При этом несколько образцов сушились в магнитном поле, величиной около 500 Э (4000 А/м), что приблизительно в 100 раз сильнее среднего поля Земли. Порошки были высокодисперсными, размер частиц менее 0.1 мкм, так как изготовлялись в растворе методом пробулькивания микропузырьками внешнего окислителя (кислорода).An iron oxide powder was prepared from a ferric iron solution. Dried at 50 ° C for 40 hours. Moreover, several samples were dried in a magnetic field of about 500 Oe (4000 A / m), which is approximately 100 times stronger than the Earth’s average field. The powders were finely dispersed, with a particle size of less than 0.1 μm, since they were made in solution by bubbling microbubbles of an external oxidizer (oxygen).
Сухой ввод осуществлялся в малой шаровой мельнице одновременно с измельчением первичного бурого угля (Бородинский разрез, ТЭЦ-5, сентябрь 2018 года).Dry input was carried out in a small ball mill at the same time as grinding primary brown coal (Borodinsky open pit, CHPP-5, September 2018).
После этого уголь с нанесенным порошком использовался в стандартных тестах сжигания, как описано выше и в основном прототипе. Соотношение угля и сухого порошка окислов (гидроокислов) железа изменялось в широком диапазоне отношений (100 к 1, 100 к 0.1 и 100 к 0.01). Однородность нанесения контролировалось сжиганием в модельной горелке и отслеживанием интенсивности желто-бурого облака свечения вдоль траекторий зажигания и горения угольных пылевых частиц.After that, powder coated coal was used in standard combustion tests, as described above and in the main prototype. The ratio of coal to dry powder of iron oxides (hydroxides) varied over a wide range of ratios (100 to 1, 100 to 0.1, and 100 to 0.01). The uniformity of the application was controlled by burning in a model burner and by tracking the intensity of the yellow-brown cloud of glow along the ignition and combustion paths of coal dust particles.
Пример 2 - ввод в виде суспензии.Example 2 - input in the form of a suspension.
Ввод в виде суспензии отличался тем, что растворы окислов железа не высушивались, а только частично седиментационно обогащались за счет слива верхней части растворов после выключения продува воздушными пузырьками (до 90-95% от начальной концентрации).Injection in the form of a suspension was distinguished by the fact that the solutions of iron oxides were not dried, but only partially sedimentally enriched by draining the upper part of the solutions after turning off the blowing with air bubbles (up to 90-95% of the initial concentration).
Оставшаяся часть наносилась через пульверизатор непосредственно на уголь до помола (или после помола на уже молотый). Основное требование - однородность нанесения, что достигалось перемешиванием угля под струей распыла. Концентрации менялись в диапазоне, как в примере 1 выше.The remaining part was applied through a spray directly to coal before grinding (or after grinding on already ground). The main requirement is uniformity of application, which was achieved by mixing coal under a spray jet. Concentrations varied in a range, as in example 1 above.
Испытание покрытий проводилось методом модельного сжигания в модельных горелках (описан выше). Метод суспензий более капризный по параметрам подготовки образцов угля с железистыми соединениями, хотя и более быстрый, вследствие отсутствия долгого процесса сушки образцов.Testing of coatings was carried out by the method of model combustion in model burners (described above). The method of suspensions is more moody in terms of the preparation of samples of coal with ferrous compounds, although faster because of the absence of a long drying process of the samples.
Пример 3 - ввод с жидким стеклом.Example 3 - input with liquid glass.
Этот метод базируется во многом на технологиях и методах, описанных нами в прототипе. Основное действие - это ввод в раствор с окислами и гидроокислами железа малой доли жидкого стекла обычного типа. Ввод осуществляется в разных пропорциях.This method is based largely on the technologies and methods described by us in the prototype. The main action is the introduction into the solution with iron oxides and hydroxides of a small fraction of the usual type of liquid glass. Input is carried out in different proportions.
После интенсивного пробулькивания окислителем (воздухом) не менее 30 минут (полное перемешивание 10 кратное) можно или сушить раствор, или готовить суспензию, как было описано выше. Нанесение на частицы угля не отличаются тоже от описанных выше, однако необходимо следить, чтобы температура веществ не превышала 60-70°С. Это необходимо для того, чтобы избежать преждевременного образования окислов кремния при высыхании жидкого стекла до полного помола или полного перемешивания угля в процессе углеподготовки.After intensive bubbling with an oxidizing agent (air) for at least 30 minutes (complete mixing 10 times), you can either dry the solution or prepare a suspension, as described above. The application to coal particles does not differ from those described above, however, care must be taken that the temperature of the substances does not exceed 60-70 ° C. This is necessary in order to avoid premature formation of silicon oxides during the drying of liquid glass to complete grinding or complete mixing of coal in the coal preparation process.
Пример 4.Example 4
Угольные частицы с покрытием и без покрытия сжигались в газовой горелке, выхлоп которой входил в металлическую емкость объемом 60 литров прямоугольного сечения. Образовавшиеся частицы отбирались методом вакуумных отборников и исследовались в оптическом и электронном микроскопах. Первичные частицы имеют размер порядка характерного для коагуляционного предела в таком режиме сжигания угольной пыли. Это около 80-120 нм. С шириной спектра распределения около 1.3 σg. (σg параметр логнормального распределения).Coated particles with and without coating were burned in a gas burner, the exhaust of which was included in a metal container with a volume of 60 liters of rectangular cross section. The resulting particles were selected by vacuum sampling and studied in optical and electron microscopes. Primary particles have a size of the order of the characteristic for the coagulation limit in such a regime of burning coal dust. This is about 80-120 nm. With a width of the distribution spectrum of about 1.3 σg. (σg is the parameter of the lognormal distribution).
Доля агломератов для сжигания угольных пылевых частиц без покрытия составляет не более 5% процентов от общего числа частиц. Число первичных частиц в таких агломератах составляет 3-5 штук. Это типичные характеристики при сжигании разных частиц размером около 100 мкм в условиях большой емкости.The proportion of agglomerates for burning coal dust particles without coating is not more than 5% percent of the total number of particles. The number of primary particles in such agglomerates is 3-5 pieces. These are typical characteristics when burning different particles about 100 microns in size under conditions of high capacity.
При нанесении на первичные угольные частицы окислов железа, как предлагается в данной заявке, спектр отобранных частиц и их вид, состав, были совершенно другими. 90-95% частиц были в составе агломератов. Агломераты состояли из десятков, иногда до сотни первичных частиц. Причем это были не трехмерные шарообразные агломераты, а вытянутые цепочки или плоскостные образования. Их пористость, или так называемая фрактальная размерность, были малы.When applied to primary coal particles of iron oxides, as proposed in this application, the spectrum of the selected particles and their type, composition, were completely different. 90-95% of the particles were in the composition of agglomerates. Agglomerates consisted of dozens, sometimes up to hundreds of primary particles. Moreover, these were not three-dimensional spherical agglomerates, but elongated chains or planar formations. Their porosity, or the so-called fractal dimension, were small.
Оценки электронно-микроскопических фотографий по плотностному контрасту дают плотность таких частиц на уровне 0.3-0.8 грамм на см3. Измерения осаждения таких фрактальных агломератов в магнитных полях показало наличие у них магнитного момента. Что и приводит к ускорению коагуляции за счет взаимодействия магнитных диполей первичных частиц, при их объединении в факеле котла (емкости).Evaluation of electron microscopic photographs by density contrast gives the density of such particles at the level of 0.3-0.8 grams per cm 3 . Measurements of the deposition of such fractal agglomerates in magnetic fields showed their magnetic moment. As a result, coagulation is accelerated due to the interaction of magnetic dipoles of primary particles, when they are combined in a boiler flame (capacity).
Пример 5.Example 5
Мы проводили сжигание в описанной металлической емкости (модель котла) угольных пылевых частиц без покрытия и с покрытием окислами железа достаточно больших количеств (до 500 грамм). С целью создать осадок на металлических стенках, имитирующие реальные поверхности котла (материал стенок). Затем емкость охлаждали, осадок со стенок и дна отбирали специальными методами, взвешивали и исследовали его характеристики на оптических электронных микроскопах.We carried out burning in the described metal container (boiler model) coal dust particles without coating and coated with iron oxides of sufficiently large quantities (up to 500 grams). In order to create a deposit on the metal walls that mimic the real surface of the boiler (wall material). Then the container was cooled, the precipitate from the walls and bottom was taken by special methods, weighed, and its characteristics were examined using optical electron microscopes.
В девяти экспериментах по сжиганию равных количеств покрытых пылеугольных частиц осадок на дне (у стенок в основном) превышал от 4 до 7 раз вес осадка на дне не модифицированных угольных частиц. Соответственно суммарный вес осадка на стенках микрокотла от сжигания частиц с оболочкой был настолько же меньше, чем при сжигании обычных угольных частиц. В обоих случаях первичные частицы угля приготавливались из помола в молотковой мельнице бурого угля на ТЭЦ-5.In nine experiments on burning equal amounts of coated pulverized-coal particles, the sediment at the bottom (mostly at the walls) exceeded from 4 to 7 times the weight of the sediment at the bottom of unmodified coal particles. Accordingly, the total weight of the precipitate on the walls of the microcottle from the combustion of particles with a shell was just as less than when burning ordinary coal particles. In both cases, the primary particles of coal were prepared from grinding in a brown coal hammer mill at TPP-5.
Морфологический анализ осадка (цвет, форма частиц, твердость закрепления на стенке и т.п.) показал, что угольные частицы с покрытием дают рыхлый осадок светло-коричневого типа. Осадок легко отделяется, разрезается скальпелем. И при вибрациях стенки котла просто осыпается вниз на дно на 30-70% от своей первичной массы.Morphological analysis of the sediment (color, particle shape, hardness of attachment to the wall, etc.) showed that coated carbon particles give a friable sediment of a light brown type. The sediment is easily separated, cut with a scalpel. And with vibrations of the boiler wall, it simply crumbles down to the bottom by 30-70% of its primary mass.
При сжигании простых частиц угля в ряде мест на стенках котла образуются плотные, черноватые отложения, которые магнитны сами по себе. И на которые нельзя нанести значимые царапины скальпелем. Твердость таких отложений сильно зависит от места на стенке микро-котла. И максимально в зонах турбулентного поворота струи и больших температур факела.When burning simple coal particles in a number of places, dense, blackish deposits are formed on the walls of the boiler, which are magnetic in themselves. And on which it is impossible to apply significant scratches with a scalpel. The hardness of such deposits strongly depends on the location on the wall of the micro-boiler. And maximum in areas of turbulent rotation of the jet and high torch temperatures.
Наши исследования показывают, что механизм образования отложений разных плотностей и твердости зависит от плотности первичных фрактальных агломератов, которые подходят к стенке и закрепляются на ней или на поверхности уже растущего отложения. Выше мы указывали в примере, что частицы с дополнительным магнитным дипольным моментом имеют намного меньшую плотность (в 3-8 раз) при коагуляционном образовании.Our studies show that the mechanism of formation of deposits of different densities and hardness depends on the density of the primary fractal agglomerates, which approach the wall and are fixed on it or on the surface of an already growing deposit. We indicated in the example above that particles with an additional magnetic dipole moment have a much lower density (3-8 times) during coagulation.
Пример 6.Example 6
Методом сухого распыла магнитных окислов на первичный бурый уголь Бородинского разреза и обработкой смеси в малой шаровой мельнице получались пылеугольные частицы.The method of dry spraying of magnetic oxides on the primary brown coal of the Borodino section and processing the mixture in a small ball mill yielded pulverized coal particles.
Было нанесено 5%, 2%, 1%, 0.5%, 0.1%, 0.05%, 0.01% от массы бурого угля. Критерием служили микроскопные исследования получаемых модифицированных частиц и скорости сгорания таких частиц в режиме фоторегистрации времени газового горения и горения коксового остатка (описано выше). Дополнительно методами точечного магнитного щупа (5-10 мкм локализация) и методом суспензионной подвижности исследовались магнитные свойства получаемых частиц.5%, 2%, 1%, 0.5%, 0.1%, 0.05%, 0.01% by weight of brown coal were deposited. The criterion was microscopic studies of the obtained modified particles and the combustion rate of such particles in the photo-recording mode of gas combustion and coke residue combustion (described above). Additionally, the magnetic properties of the resulting particles were studied using the methods of a point magnetic probe (5-10 μm localization) and the method of suspension mobility.
При 5%, 2% и 1% была обнаружена по цветовому контрасту избыточная доля частиц оксидов железа на поверхности пылеугольных частиц подготовленного топлива. Их размер составлял более 1-2 мкм, цвет - темно-оранжевый, и при горении в горелке они давали дополнительные треки горения с зеленоватым оттенком. То есть не участвовали полезно в процессе магнитной пассивации щелей пылеугольных частиц.At 5%, 2%, and 1%, an excess fraction of particles of iron oxides on the surface of the pulverized-coal particles of the prepared fuel was detected by color contrast. Their size was more than 1-2 microns, the color was dark orange, and when burning in the burner they gave additional burning tracks with a greenish tint. That is, they did not participate useful in the process of magnetic passivation of the cracks of pulverized-coal particles.
При исследовании смеси с 0.01% окислов железа нашими методами значимых изменений морфологии и режимов горения в треках мы не наблюдали. Это предел чувствительности наших экспериментальных методов.When studying a mixture with 0.01% iron oxides by our methods, we did not observe significant changes in the morphology and combustion conditions in the tracks. This is the limit of sensitivity of our experimental methods.
При исследовании смеси с 0.05% еще наблюдались излишние частицы темно-оранжевых окислов железа на поверхности пылеугольных частиц, хотя 90-95% треков составляли классическое горение с задержкой газового горения как указывалось в таблице выше.When studying a mixture with 0.05%, excess particles of dark orange iron oxides on the surface of pulverized-coal particles were still observed, although 90-95% of the tracks were classical combustion with a delay in gas combustion, as indicated in the table above.
При исследовании смеси с 0.1% число полезных треков с задержкой газового воспламенения составляло около 30-50%.When studying a mixture with 0.1%, the number of useful tracks with a delay of gas ignition was about 30-50%.
Как ясно из теоретического рассмотрения данного процесса дробления смеси на пылевые угольные частицы в молотковых мельницах, результат эффективности покрытия будет зависеть от степени размола частиц (функции их распределения по размерам) и ударной нагрузки по разлому частиц с новым щелеобразованием на их поверхности. Однако в практике контроль таких характеристик очень трудоемок, а на производстве части и невозможен.As is clear from a theoretical consideration of this process of crushing the mixture into dusty coal particles in hammer mills, the result of the coating efficiency will depend on the degree of grinding of the particles (function of their size distribution) and the impact load on the fracture of particles with a new gap formation on their surface. However, in practice, control of such characteristics is very laborious, and part production is not possible.
Таким образом, мы предлагаем взять обобщенный критерий 0.4% и менее по содержанию окислов железа от массы перемалываемого угля.Thus, we propose to take a generalized criterion of 0.4% or less in terms of the content of iron oxides based on the mass of coal being milled.
Пример 7.Example 7
В ряде производственных ситуациях на ТЭЦ при работе с разными углями удобно наносить окислы железа и гидроокиси в виде суспензии. Это обеспечивает более однородное нанесение. Есть два критерия для такого нанесения. Воды не должно быть много, но воды должно быть достаточно для получения однородной первичной суспензии и для отсутствия фазы водной коагуляции железистых намагниченных частиц.In a number of production situations, it is convenient to apply iron and hydroxide oxides in the form of a suspension at the CHPP when working with different coals. This provides a more uniform application. There are two criteria for this application. There should not be much water, but there should be enough water to obtain a homogeneous primary suspension and for the absence of a phase of water coagulation of glandular magnetized particles.
Водные растворы (суспензии) в смеси с порошком железистых частиц брались с 80, 60, 50, 30, 10, 5 и 1%. Проценты относятся к массовой доле железистых частиц.Aqueous solutions (suspensions) in a mixture with a powder of ferrous particles were taken from 80, 60, 50, 30, 10, 5, and 1%. Percentage refers to the mass fraction of glandular particles.
При 80, 60% распыл в форсунках затруднен, сопло форсунки быстро забивается. Особенно если оксиды железа имеют первичную намагниченность.At 80, 60%, the spray in the nozzles is difficult, the nozzle nozzle quickly clogs. Especially if iron oxides have primary magnetization.
При распыле 5 и 1% раствора анализ поверхности первичной угольной частице показал, что при высыхании капли от распыла раствора частицы оксидов стягиваются в отдельные линии на поверхности первичной угольной частице. То есть последующее дробление приводит к значительным неоднородностям в покрытии пылевых частиц. Что сказывается на неоднородности треков зажигания.When spraying a 5 and 1% solution, analysis of the surface of the primary coal particle showed that when the droplet dries from spraying the solution, the oxide particles are pulled together in separate lines on the surface of the primary coal particle. That is, subsequent crushing leads to significant inhomogeneities in the coating of dust particles. Which affects the heterogeneity of the ignition tracks.
Поэтому доля окислов в растворе от 10% до 50% позволяет удовлетворять признакам оптимального пассивирования угольных частиц до этапа их помола.Therefore, the proportion of oxides in the solution from 10% to 50% allows us to satisfy the signs of optimal passivation of coal particles to the stage of grinding.
Пример 8.Example 8
В некоторых производственных процессах может оказаться выгодным нанести частицы окислов железа уже на подготовленные пылеугольные частицы перед их поступлением в горелки мощных котлов. При этом нанесение предлагается осуществлять сухой газовой форсункой, используя, например, тракты вторичного воздуха или дополнительного вдува по периметрам форсунок. Главное условие - частицы окислов железа должны быть пылеобразные, то есть меньше 0.5 мкм. Такой размер позволяет создать однородное аэрозольное облако и ввести его в горелки. Максимальный размер определяется размерами щелей в пылеугольных частицах, которые необходимо магнитно пассивировать. Как показывают электронно-микроскопические исследования, частицы распыла имеют в области малых размеров достаточную диффузионную подвижность (0.001 см2/с), что позволяет им достигать щелей на пылеугольных частицах, и закрепляться на их геометрических неровностях за счет сил Ван-дер-Ваальса за время нахождения в трактах пылепровода до впрыска в факел.In some production processes it may be advantageous to apply particles of iron oxides to the prepared pulverized coal particles before they enter the burners of powerful boilers. In this case, the application is proposed to be carried out with a dry gas nozzle, using, for example, secondary air paths or additional injection along the nozzle perimeters. The main condition is that the particles of iron oxides must be dusty, that is, less than 0.5 microns. This size allows you to create a homogeneous aerosol cloud and enter it into the burners. The maximum size is determined by the size of the cracks in the pulverized-coal particles, which must be magnetically passivated. As shown by electron microscopic studies, the spray particles have a sufficient diffusion mobility (0.001 cm 2 / s) in the region of small sizes, which allows them to reach gaps in the dust-coal particles, and to be fixed on their geometric irregularities due to Van der Waals forces over time being in the dust ducts before injection into the torch.
Были исследованы частицы сухого распыла с 1, 0.1 и 0.02 мкм средним размером. Разброс логнормальной функции распределения по размерам составлял 0.5-0.9 σg.Dry spray particles with an average size of 1, 0.1 and 0.02 μm were investigated. The spread of the lognormal size distribution function was 0.5–0.9 σg.
Для 1 мкм частиц при распыле начинали играть роль силы инерции и более 60% по массе таких частиц осаждались на деталях конструкций распылителя.For 1 μm particles, the inertia forces began to play the role of atomization during atomization, and more than 60% by weight of such particles were deposited on the details of atomizer designs.
Для частиц около 0.01 мкм силы Ван-дер-Ваальса относительно их массы значительны, что приводило практически к однородному осаждению их по поверхности пылеугольных частиц. А значит, на долю пассивации трещин приходилось менее 10% от их массы.For particles of about 0.01 μm, the Van der Waals forces with respect to their mass are significant, which led to their almost uniform deposition on the surface of pulverized-coal particles. This means that the passivation of cracks accounted for less than 10% of their mass.
Наиболее оптимальны размеры порядка 0.1 мкм. Как по массе, поступающей на щель, так и по эффективности диффузии к ней около поверхности. Дополнительно начинает действовать термофоретическая сила для таких частиц (разность между температурами впрыска и температурой поверхности частиц). Осаждение на поверхности приобретает структуру, отражающую в значительной степени структуру щелей и напряжений на пылеугольной частице до входа в факел.The most optimal sizes are about 0.1 μm. Both in terms of the mass entering the gap and the efficiency of diffusion to it near the surface. Additionally, the thermophoretic force begins to act for such particles (the difference between the injection temperatures and the particle surface temperature). The deposition on the surface takes on a structure that largely reflects the structure of the cracks and stresses on the pulverized-coal particle before entering the torch.
Пример 9.Example 9
В патенте 2678310 (прототипе) мы наносили на щели в пылеугольных частицах модифицированное жидкое стекло.In patent 2678310 (prototype), we applied modified liquid glass to cracks in pulverized-coal particles.
Экспериментально показано на модельных установках, что введение ЖС в первичный порошок окислов железа на уровне не более 5% позволяет проводить все операции по введению Fe-ЖС в дробилки и в форсунки. При большем проценте начинаются проблемы, так как вязкость жидкого стекла значительна и начинаются проблемы комкования порошка железа в форсунках распыла даже при небольших еще температурах в воздушном тракте. Например, при 10% ЖС к весу окислов железа частицы окислов необратимо сцепляется, а при дроблении с углем в модельных шаровых мельницах в точках повышения локальных температур выше 130°С пылеугольные частицы просто начинают керамизироваться.It was experimentally shown in model plants that the introduction of liquid iron into the primary powder of iron oxides at a level of no more than 5% allows all operations to introduce Fe-liquid iron to crushers and nozzles. At a higher percentage, problems begin, since the viscosity of liquid glass is significant and problems begin to clump the iron powder in the spray nozzles even at still low temperatures in the air duct. For example, at 10% FS, the particles of oxides irreversibly coalesce by weight of iron oxides, and when crushed with coal in model ball mills, at the points of increase in local temperatures above 130 ° C, pulverized-coal particles simply begin to ceramize.
Согласно литературе, а также нашим экспериментам, можно резко увеличить магнитность окислов и гидроокислов железа, если их прогреть до температур более 180-250°С в зависимости от размеров первичных частиц.According to the literature, as well as our experiments, it is possible to sharply increase the magnetism of iron oxides and hydroxides if they are heated to temperatures above 180-250 ° C depending on the size of the primary particles.
Если проводить прогрев железистых частиц в магнитном поле, можно увеличить намагниченность таких частиц. При распыле они теряют сцепление друг с другом, и поэтому движутся как обычные частицы (размером желательно около 0.1 мкм). Однако при закреплении на поверхности первых частиц за счет сил Ван-дер-Ваальса, последующие частицы будут притягиваться (или отталкиваться) за счет взаимодействия их магнитных моментов. Что позволяет в итоге регулировать их структуру, плотность перемычки осадка между частицами первичного догорания (5-100 мкм). При этом, именно плотность железистых отложений на стенках больших котлов наиболее важна с точки зрения их прочности закрепления в котле (Алехнович А.Н. Влияние тонкости помола углей на шлакование котлов - Электрические станции, 2015, №10; Алехнович А.Н. Температура начала шлакования как показатель шлакующих свойств: определение и применение (часть 1) - Электрические станции, 2014, №3. С. 16-24).If the glandular particles are heated in a magnetic field, the magnetization of such particles can be increased. When sprayed, they lose adhesion to each other, and therefore move like ordinary particles (preferably about 0.1 microns in size). However, when the first particles are fixed on the surface due to Van der Waals forces, subsequent particles will be attracted (or repelled) due to the interaction of their magnetic moments. That allows you to ultimately adjust their structure, the density of the bridge of sediment between the particles of primary combustion (5-100 microns). At the same time, it is the density of glandular deposits on the walls of large boilers that is most important from the point of view of their fastening strength in the boiler (Alekhnovich A.N. Effect of fineness of coal grinding on slagging of boilers - Electrical stations, 2015, No. 10; Alekhnovich A.N. slagging as an indicator of slagging properties: determination and application (part 1) - Electrical stations, 2014, No. 3, pp. 16-24).
Наш эксперименты показывают, что нагрев первичного порошка железистых оксидных частиц и прогрев в магнитном поле, существенно, в десятки раз, увеличивают намагниченность (или магнитную восприимчивость).Our experiments show that heating the primary powder of glandular oxide particles and heating in a magnetic field significantly increase the magnetization (or magnetic susceptibility) by tens of times.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019127092A RU2707276C1 (en) | 2019-08-27 | 2019-08-27 | Preparation method of pulverized coal fuel for combustion |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019127092A RU2707276C1 (en) | 2019-08-27 | 2019-08-27 | Preparation method of pulverized coal fuel for combustion |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2707276C1 true RU2707276C1 (en) | 2019-11-26 |
Family
ID=68653095
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019127092A RU2707276C1 (en) | 2019-08-27 | 2019-08-27 | Preparation method of pulverized coal fuel for combustion |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2707276C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023007315A1 (en) * | 2021-07-26 | 2023-02-02 | The Trustees For The Time Being Of The Kmn Fulfilment Trust | Fuel composition for combustion |
| WO2023177311A1 (en) | 2022-03-14 | 2023-09-21 | Latocha Elzbieta | A method of combusting coal solid fuels, an additive to coal solid fuels and a method of manufacturing an additive to coal solid fuels |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU641940B2 (en) * | 1989-10-06 | 1993-10-07 | Pyropower Corporation | A power system for separating coal into clean and dirty coal and separately burning the fuel in different type combustors and combining the energy output |
| SU1658640A1 (en) * | 1989-07-04 | 1996-07-27 | Украинский научно-исследовательский углехимический институт | Method of applying protective coating in the form of water-based dispersion onto surface of coke |
| RU2282742C2 (en) * | 2004-11-22 | 2006-08-27 | Институт химической кинетики и горения Сибирского отделения РАН (ИХКГ СО РАН) | Method of combustion of solid propellant |
| US20140070116A1 (en) * | 2003-12-12 | 2014-03-13 | Coaltek, Inc. | Pre-burning, dry process methodology and systems for enhancing mettallurgical solid fuel properties |
| RU2595344C1 (en) * | 2015-07-23 | 2016-08-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Новосибирский национальный исследовательский государственный университет" (Новосибирский государственный университет, НГУ) | Method of creating temperature-dependent carbon film cladding |
| US10024533B2 (en) * | 2014-06-16 | 2018-07-17 | Ctp Biotechnology Llc | System and process for combusting cleaned coal and beneficiated organic-carbon-containing feedstock |
| RU2678310C1 (en) * | 2018-11-02 | 2019-01-25 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Новосибирский национальный исследовательский государственный университет" (Новосибирский государственный университет, НГУ) | Pulverized coal fuel for burning preparation method |
-
2019
- 2019-08-27 RU RU2019127092A patent/RU2707276C1/en active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1658640A1 (en) * | 1989-07-04 | 1996-07-27 | Украинский научно-исследовательский углехимический институт | Method of applying protective coating in the form of water-based dispersion onto surface of coke |
| AU641940B2 (en) * | 1989-10-06 | 1993-10-07 | Pyropower Corporation | A power system for separating coal into clean and dirty coal and separately burning the fuel in different type combustors and combining the energy output |
| US20140070116A1 (en) * | 2003-12-12 | 2014-03-13 | Coaltek, Inc. | Pre-burning, dry process methodology and systems for enhancing mettallurgical solid fuel properties |
| RU2282742C2 (en) * | 2004-11-22 | 2006-08-27 | Институт химической кинетики и горения Сибирского отделения РАН (ИХКГ СО РАН) | Method of combustion of solid propellant |
| US10024533B2 (en) * | 2014-06-16 | 2018-07-17 | Ctp Biotechnology Llc | System and process for combusting cleaned coal and beneficiated organic-carbon-containing feedstock |
| RU2595344C1 (en) * | 2015-07-23 | 2016-08-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Новосибирский национальный исследовательский государственный университет" (Новосибирский государственный университет, НГУ) | Method of creating temperature-dependent carbon film cladding |
| RU2678310C1 (en) * | 2018-11-02 | 2019-01-25 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Новосибирский национальный исследовательский государственный университет" (Новосибирский государственный университет, НГУ) | Pulverized coal fuel for burning preparation method |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023007315A1 (en) * | 2021-07-26 | 2023-02-02 | The Trustees For The Time Being Of The Kmn Fulfilment Trust | Fuel composition for combustion |
| WO2023177311A1 (en) | 2022-03-14 | 2023-09-21 | Latocha Elzbieta | A method of combusting coal solid fuels, an additive to coal solid fuels and a method of manufacturing an additive to coal solid fuels |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Wang et al. | Effectiveness and mechanism of carbamide/fly ash cenosphere with bilayer spherical shell structure as explosion suppressant of coal dust | |
| Zhang et al. | Characteristics of particulate matter from emissions of four typical coal-fired power plants in China | |
| Yu et al. | Use of elemental size distributions in identifying particle formation modes | |
| Li et al. | Experimental research of particle size and size dispersity on the explosibility characteristics of coal dust | |
| Jallo et al. | The effect of surface modification of aluminum powder on its flowability, combustion and reactivity | |
| RU2707276C1 (en) | Preparation method of pulverized coal fuel for combustion | |
| CA2440168A1 (en) | Anti-slagging fuel additve and method for combustion of fuel | |
| Groves et al. | Decomposition of pyrite during pulverized coal combustion | |
| Liu et al. | The effect of size distribution of slag particles obtained in dry granulation on blast furnace slag cement strength | |
| Dai et al. | Inhibition of lignite ash slagging and fouling upon the use of a silica-based additive in an industrial pulverised coal-fired boiler: Part 2. Speciation of iron in ash deposits and separation of magnetite and ferrite | |
| Stjernberg et al. | Deposit formation in a grate–kiln plant for iron-ore pellet production. Part 2: Characterization of deposits | |
| Liu et al. | Fe occurrence form and slagging mechanism on water-wall during high iron Zhundong coal combustion process | |
| Si et al. | Physical and chemical characterization of two kinds of coal-derived soot | |
| Wang et al. | Deposits in a coal fired grate-kiln plant for hematite pellet production: Characterization and primary formation mechanisms | |
| Wilczyńska-Michalik et al. | Characteristics of particulate matter emitted from a coal-fired power plant | |
| Ruan et al. | Inhibiting the formation of PM0. 4 by optimizing the distribution of excess air coefficient in preheating combustion of lignite | |
| Vasamsetti et al. | Synthesis, characterization and hardness studies of nano rice husk ash reinforced Al6061 nanocomposites | |
| Valentim et al. | Scanning electron microscopy and energy-dispersive X-ray spectroscopy of low-sulfur coal fly ash | |
| Liu et al. | Characteristics and composition of particulate matter from coal-fired power plants | |
| Hurt et al. | Percolative fragmentation and spontaneous agglomeration | |
| Zhou et al. | The effects of coal blending on the formation and properties of particulate matter during combustion | |
| JP2004083796A (en) | Fuel additive for preventing slugging and method of burning fuel | |
| RU2678310C1 (en) | Pulverized coal fuel for burning preparation method | |
| Kamunur et al. | Separation of iron and carbon concentrates from thermal power plant solid waste using physical methods | |
| Laursen et al. | Classification system for ash deposits based on SEM analyses |