Разработка машин и технологии для активации и переработки буроугольных зол тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.13, кандидат технических наук Нейланд, Дмитрий Николаевич

• Нейланд, Дмитрий Николаевич
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Нейланд, Дмитрий Николаевич

Введение

1. Суперкавитационная (СК) технология и предпосылки ее эффективного применения для активации высококальциевых зол-уноса ТЭС

1.1. Существующие способы активации и нейтрализации зол ТЭС

1.2. Обзор работ в области кавитационных технологий

1.3. ■ Предпосылки эффективности СК-обработки буроугольных высококальциевых зол

2. Моделирование процессов кавитационного диспергирования и гашения высококальциевых зол

2.1. Схема разрушения частиц золы под действием кавитации

2.2. Суперкавитирующие элементы в циркуляционном контуре

2.3. Механизм СК-воздействия на зольную суспензию в центробежном насосе

2.4. Особенности СК-воздействия на зольную суспензию в осевом насосе

2.5. Механизм кавитационного диспергирования золы

2.6. Сочетание СК-обработки с вибрацией зольного теста

2.7. Сочетание СК-обработки зольной суспензии с введением химических добавок

Выводы по главе

3. Экспериментальные исследования процессов СК-обработки золошлаковых отходов

3.1. Методика эксперимента и конструкция опытной установки

3.2. Многофакторный эксперимент

3.3. Результаты испытаний кавитированных золошлакобетонных образцов Выводы по главе

4. Конструкции кавитационных диспергаторов и методы оснащения золоперерабатывающих производств 4.1. Принципиальные схемы СК-диспергаторов для золопереработки

4.2. Конструкции СК-диспергаторов

4.3. Технологические схемы и практические решения производства СК-активированных золошлакобетонных изделий

4.4. Экономическая эффективность применения СК-технологий активации золошлаковых отходов

4.5. Комплексы полевых СК-машин для массовой утилизации буроугольных зол и шлаков 120 Выводы по главе

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка машин и технологии для активации и переработки буроугольных зол»

Актуальность темы. Создание машин и технологии для утилизадии буроугольных зол-уноса является важной технической проблемой. Существующие способы переработки таких зол требуют больших энергетических и финансовых затрат, которые не окупаются при реализации получаемого продукта. Необходима разработка новых машин и технологий, способных перерабатывать значительные объемы золодшаковых отходов тепловых электрических станций. Одним из направлений решения этой проблемы следует считать создание машин на основе суперкавитационной (СК) обработке зольных суспензий. Для этого необходима разработка конструкций кавитационных диспергаторов, агрегатируёмых с действующим парком производственного оборудования.

Цель работы. Разработка машин и элементов технологии для кавита-ционной обработки водно-зольных суспензий.

В соответствии с целью, поставленной в диссертационной работе,^-сформулированы следующие задачи исследования:

1. Определение конструктивных параметров навесных и автономных суперкавитационных машин, агрегатируемых с действующим парком смесителей.

2. Выбор оптимальной конструктивно-технологической схемы рабочего органа кавитирующего агрегата.

3. Разработка методов расчета параметров кавитационных машин применительно к специфике активации и гашения высококальциевых зол в процессе приготовления золобетонных смесей.

4. Изучение механизма кавитационной обработки буроугольных высококальциевых зол.

5. Разработка и создание параметрического ряда суперкавитационных машин для возможности массовой утилизации существующих золопшаковых отходов.

Научная новизна. Разработаны математические' модели для расчета параметров виброкавитационных машин, предназначенных для гидродинамического диспергирования и активации буроугольных зол. Определены рациональные схемы решения, позволяющие создать простые и технологичные конструкции специальных суперкавитационных машин для обработки высокоабразивных водно-зольных суспензий.

Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена целесообразность использования суперкавитационных машин в автономном режиме и в качестве навесных насадок на существующие виды бетоносмесителей. Предложена методика оптимизации параметоров суперкавитационных. машин. В лабораторных условиях показана возможность диспергирования зол и одновременного гашения свободного оксида кальция одним из наиболее ре-. сурсосберегающих способов с использованием суперкавитационных машин.

Научные положения, выносимые на защиту:

- техника и технология процесса с применением суперкавитационных машин автономного и навесного типов;

- результаты экспериментального исследования суперкавитационных машин позволяющие выбрать параметры (эксплуатационные и конструктивные) влияющие на эффективность технологического процесса обработки различных материалов;

- физическая модель кавитационного воздействия элементов суперкавитационных машин на остеклованные частицы буроугольных зол-уноса и математическое моделирование проточно-кавитационного реактора для активации зол;

- расчетно-теоретические и проектно-конструкторские разработки суперкавитационных машин для массовой утилизации золошлаковых отходов ТЭЦиТЭС.

Практическая ценность. На основе проведенного исследования предложен ряд конструктивных решений кавитационных машин, приспособленных к агрегатированию с существующими серийными бетоносмесителями, что позволяет диспергировать и активировать золы, а также другие вяжущие вещества непосредственно в процессе приготовления бетонов. Показаны несколько направлений практического применения кавитационных диспергато-ров: в полевых смесительных установках, а также в составе перерабатывающих комплексов на ТЭЦ, на золоотвалах, и др. Экспериментально отработана технология кавитационного диспергирования высококальциевых буроуголь-ных зол с одновременным гашением избыточной СаО. Разработана методика создания парка СК-машин для утилизации золоншаковых отходов ТЭЦ с учетом спроса на продукцию переработки зол и шлаков.

Реализация работы. Методика расчета и проектирования суперкави-тационных машин для активации зол передана для использования в проектные организации. Суперкавитационный агрегат испытан и внедрен, что подтверждено соответствующими актами.

Апробация работы. Основные положения работы доложены на Третьей Всероссийской научно-практической конференции с международным участием (Красноярск, 2001 г.); на заседаниях технического совета ОАО «Крас-ноярскгидропроект» (2000-2002 г.); на научных семинарах кафедры ГПиГПА Красноярского государственного технического университета (2000-2002 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, в том числе две монографии.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы, включающего 95 наименований. Работа изложена на 174 страницах, включая 53 рисунка.

Заключение диссертации по теме «Машины, агрегаты и процессы (по отраслям)», Нейланд, Дмитрий Николаевич

5. ■ Результаты работы позволяют более успешно решать весьма актуальную проблему утилизации буроугольных высококальциевых зол и шлаков, поступающих в отвалы миллионами тонн и нарушающих экологический баланс городов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Нейланд, Дмитрий Николаевич, 2004 год

1. Ивченко В.М. О влиянии точности изготовления тела на возникновение кавитации при модельных испытаниях// Гидродинамикабольших скоростей/КрПИ. Красноярск, 1982. Вып. 3. 141 с.

2. Ивченко В.М., Кулагин В.А., Немчин А.Ф. Кавитационная технология. Красноярск: Изд-во Краснояр. ун-та, 1990. -200 с.

3. Кулагин В.А. Суперкавитация в энергетике и гидротехнике: Монография. Красноярск: КГТУ, 2000. 157 с.

4. Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. 4.1.-М.: Наука, 1987464 с.

5. Кнепп Р., Хейли Дж., Хэммит Ф. Кавитация. М.: «Мир», 1974 687 с.

6. Plesset M.S., Champan R.B. Collapse of an initially spherical vapor cavity in the neighborhood of a solid boundary//Jorn. Of Fluid Mech. 1971.------Vr47. №2. P. 283-290.

7. Маклаков Д.В. Плоские нелинейные задачи безотрывного кавитаци-онного и волнового обтекания препятствий однородными и двухслойными потоками. Дис. д-ра физ.-мат. наук. Казань, 1995 -231 с.

8. Blake E.G. The onset of cavitation in liquids// University. Cambridge,1949.

9. Иванов В.Г. Центробежные насосы средней быстроходности: Учеб. пособие. Красноярск: КГТУ, 1999, 208 с.

10. Седов Л.И. Механика сплошной среды. T.l, Т.2. М.: Наука, 1976, 584 с.

11. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М.: «Наука», 1978, 736 с.

12. Гогиш Л.В., Молодых О.В. Расчетная модель турбулентного отрывного обтекания конуса с учетом возникновения кавитации// Гидродинамика больших скоростей/Красноярск: КрПИ, 1987. С. 153-158.

13. Ивченко В.М. Элементы кавитационной технологии// Гидродинамика больших скоростей.- Красноярск, 1982.-е. 3-19.

14. Ивченко В.М., Есиков С.А. Биологические эффекты гидродинамической кавитации// Гидродинамика больших скоростей.- Красноярск, 1986.-е. 23-35.

15. Немчин А.Ф. Опыт применения суперкавитационных аппаратов в сахарной промышленности// Пищевая промышленность. Сер. 23. Сахарная промышленность. 1986.-№1.-с. 1-32.

16. А.с. 467158 СССР, МКИ4 D21 В 1/36. Гидродинамический кавита-ционный реактор/ В.П. Борисевич, В.М. Ивченко (СССР). Опубл. в Б.И., 1975.-№14.

17. А.с. 456869 СССР, МКИ4 D21 В 1/36. Гидродинамический кавита-ционный реактор/ А.Д. Золотов, Е.А. Мелешкин (СССР). Опубл. в Б.И., 1975.-№2.

18. А.с. 421722 СССР, МКИ4 D21 В 1/36. Гидродинамический кавита-ционный реактор/ А.Д. Золотов (СССР). Опубл. в Б.И,, 1974.~№12.

19. Немчин А.Ф., Мачинский А.С. О кавитационном испарении и дегазации жидких сред// Гидродинамика больших скоростей.- Красноярск, 1986.-е. 50-57.

20. Ивченко В.М., Немчин А.Ф. Высокоскоростной кавитационный стенд для экспериментального исследования суперкавитирующих насосов водометных движетелей. В кн.: Экспериментальная гидродинамика судна.-Л.: Судостроение, 1978, № 272, с. 47-54.

21. Шервуд Т., Пигфорд Р., Уилки Ч. Массопередача.-М.: Химия, 1982.695 с.

22. Савченко Ю.Н., Семененко В.Н., Осипенко С.Б. Механизм взаимодействия каверны с пузырьковым потоком// Докл. АН УССР. Сер. А. Физ.-мат и техн. науки.-1985ю-№9.- с. 39-42.

23. Алехин Ю.А., Люсов А.Н. Экономическая эффективность использования вторичных ресурсов с производстве строительных материалов. М.: Стройиздат, 1988.

24. Балахнин М.В., Меренцова Г.С. Нейтрализация деструктивных процессов при гидратации высококальциевой золы бурого угля Канско-Ачинского бассейна// Изв. вузов. Сер. «Строительство и архитектура». 1974. №6. С. 64-68.

25. Балахнин М.В., Меренцова Г.С. О вещественном составе и физико-химической активности золы бурого угля Канско-Ачинского бассейна// Изв. вузов. Сер. «Строительство и архитектура». 1974. №6. С. 84-88.

26. Бобык И.С., Бродский Н.А. Бетоны на граншлаке и золе ТЭС// Бетон и железобетон. 1986. №3. С. 19-20.

27. Применение зол и топливных шлаков в производстве строительных материалов/Волженский А.В. и др. М.: Стройиздат, 1984.

28. Вевражин Ф., Крима Р. Химические добавки в строительстве. М.: Стройиздат, 1964.

29. Козлова В.К. Использование зол тепловых электростанций в производстве строительных материалов. Барнаул, 1975.

30. Козлова В.К. Основные направления использования зол и золошлаковых смесей ТЭЦ Сибири в производстве строительных материалов и в строительстве// Изв. вузов «Строительство и архитектура». 1990. №Ю.

31. Козлова В.К. Основные направления использования зол и золошлаковых смесей ТЭЦ Сибири в производстве строительных материалов и в строительстве// Изв. вузов «Строительство и архитектура». 1990. №10. С. 60-63.

32. Козлова В.К., Белозерова Н.Г. Применение зол-уносов от сжигания бурых углей Канско-Ачинского бассейна в качестве вяжущего// Энергетическое строительство. 1990. №5.

33. Козлова В.К., Овчаренко Г.И. и др. Получение смешанных вяжущих на основе высококальциевых зол// Пути использования вторичных ресурсов для производства строительных материалов и изделий: Тез. докладов Всесоюзн. совещ. 9-11 окт. 1986. Чимкент, 1986. Т.1.

34. Меркин А.П., Филин А.Н., Земцов Д.Г. Формирование микроструктуры ячеистых бетонов// Строительные материалы. 1963. №12.

35. Назиров Р.А., Шевченко В.А. Разработка рекомендаций по применению золы-уноса и топливного шлака Красноярской ТЭЦ-3 на- заводе ЖБИ ССК. Красноярск: КИСИ, 1994.

36. Овчаренко Г.И. Золы углей КАТЭКа в строительных материалах. Красноярск: Изд-во КГУ, 1991.

37. Рыбьев Н.А. Строительные материалы на основе вяжущих веществ. М.: Высш. шк., 1978.

38. Справочник по производству сборных железобетонных изделий/ Под ред. А.И. Смирнова: В 2 т. Т.2. М., 1965.

39. Шевченко В.А., Гордеева А.Н. Применение высококальциевых зол в поризованных керамзитобетонах// Эффективные строительные материалы на базе местного сырья и отходов промышленного производства: Сб. науч. тр. КПСНИИП. Красноярск, 1990. С. 87-93.

40. ГОСТ 26633-91. Бетоны тяжелые и мелкозернистые. Технические условия. М., 1992.

41. ГОСТ 26644-85. Щебень и песок из шлаков тепловых электростанций для бетона. Технические условия. М., 1986.

42. Немчина Н.Е., Овчаренко Ф.Д., Марцин И.И. Применение суперка-витирующих статических смесителей для интенсификации техноло-. гических процессов// Химическая технология, 1986, вып. 6, с. 32-36.

43. Овчаренко Г.И. Состав зол углей КАТЭКа с жидким шлакоудалени-ем// Резервы производства строительных материалов: Тез. докл. к регион, науч.-техн. конфер. 2-4 окт. 1991. Барнаул, 1991.

44. Савинкина М.А. и др. Организация полной утилизации золопшаковых отходов ТЭС// Энергетическое строительство. 1990. №3.

45. Савинкина -М.А. и др. Химико-технологические особенности золопшаковых отходов канско-ачинских бурых углей и перспективные направления их использования в строительстве// Изв. Сиб. отд. АН СССР. Сер'. «Химические науки». 1987. №12.

46. Савинкина М.А. и др. Химико-технологические свойства золы бурого угля Ирша-Бородинского месторождения// Изв. вузов. Сер. «Строительство и архитектура». 1988. №10. '

47. Глуховцев и др. Золы-унос Канско-Ачинских углей эффективный материал для дорожного строительства// Автомобильные дороги. 1986. №8. С. 14-15.

48. Савинкина М.А., Логвиненко А.Г. Золы канско-ачинских бурых углей. Новосибирск: Наука, 1979.

49. Савинкина М.А., Логвиненко А.Г. Золы от сжигания бурых углей КАТЭКа. Новосибирск: Наука, 1984.

50. Зоткин А.Г. Назначение состава бетона с золой// Бетон и железобетон. 1988. №1. С. 31-32.

51. Данилович И.Ю., Сканавин А.В. Использование топливных ншако'в и зол для производства строительных материалов. М.: Высшая школа, 1988.

52. Лещинский М.Ю. О применении золы-уноса в бетонах// Бетон и железобетон. 1987. №1.

53. Пантелеев В.Г., Ларина Э.А. и др. Состав и свойства золы и шлака ТЭС: Справочное пособие. Л.: Энергоатомиздат, 1985.

54. Применение зол и шлаков ТЭС в строительстве и производстве строительных материалов. Аналитический обзор. М.: ВНИИЭСМ. 1996. Вып. 2.

55. Проблемы утилизации промышленных отходов в строительстве и промышленности строительных материалов: Тез. конф. 13-14 сент. 1989. Красноярск, Дом техники. Красноярск, 1989.

56. Назиров Р.А.,-Шевченко В.А. Разработка рекомендаций по применению золы-уноса и топливного ишака 4 Красноярской ТЭЦ-3. Красноярск: КИСИ, 1994.

57. Назиров Р.А., Шилов Ю.С., Карасев Н.С. Исследование кинетики гидратации оксида кальция в зольных композициях// Комплексное использование зол^углей СССР в народном хозяйстве: Тез. докл. Всесоюзн. совещ. Иркутск, 1989. С. 69-70.

58. Рекомендации по изготовлению и применению растворов с добавкой высококальциевых зол бурых углей. Новосибирск: СибНИИЭП, 1987.

59. Рекомендации по применению в бетонах золы, шлака и золошлако-вой смеси тепловых электростанций. М.: Стройиздат, 1986.

60. Шевченко В.А. и др. Исследование возможности применения золы-уноса бурых углей Канско-Ачинского бассейна в бетонах различного назначения. Красноярск: ПСНИИП, 1989.

61. Селиванов В.М., Тинников А.А. Вяжущее на основе шлака Кузнецкого металлургического завода// Сб. Исследования по технологии строительных материалов. Красноярск: КПИ, 1975. С. 8-12.

62. Поспелова ЕА. Повышение эффективности технологии строительных материалов путем регулирования процессов переноса: Автореф. дис. канд. техн. наук. Белгород: БелГТАСМ, 1999.

63. Назиров А.Х., Назиров Р.А., Шилов Ю.С. Быстротвердеющий арболит на золе-унос ТЭС с портландцементом// Комплексное использование зол бурых углей СССР в народном хозяйстве: Тез. докл. Все-союзн. совещ. 11-13 июля 1989. Иркутск. 1989. С. 117.

64. Справочник по производству сборных изделий. Т.2, М.: Стройиздат, 1965.

65. Есиков С.А. Гидродинамические характеристики суперкавитирую-щего реактора с пространственной системой осесимметричных кавитаторов// Гидродинамика больших скоростей.- Красноярск: КПИ, 1987.С. 27-35.

66. Лопез Сантана Х.М. Исследование теплового и кавитационного воздействия. Автореф. дис. канд. техн. наук. Киев, 1981, 21 с.

67. Башта Т.М. и др. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы. М.: Машиностроение. 1982 - 423 с.

68. Немчина Н.Е. Перемешивание и массобмен в суперкавитирующих статических смесителях// Гидродинамика больших скоростей.-Красноярск: КПИ, 1987.С. 42-45.

69. Ивченко В.М. Гидродинамика суперкавитирующих механизмов. Иркутск: ИГУ, 1985, 231 с.

70. Вахтель А.К. Золопшакоудаление на ТЭС/ КГТУ, Красноярск, 1996, 68 с.

71. Гаврилов Е.И. Топливно-транспортное хозяйство и золопшакоудаление на ТЭС. М.: Энергоиздат, 1987.

72. Нормы технологического проектирования тепловых электрических станций и тепловых сетей. М.: Энергия, 1979.

73. Волженский А.В. Минеральные вяжущие вещества. М.: Стройиздат, 1986.

74. Комар А.Г., Баженов Ю.М. Сулименко JI.M. Технология производства строительных материалов. М., 1990.

75. Универсальная дезинтеграторная активация: Сб. статей. Таллин: Валгус, 1980. 112 с.

76. Кулагин В.А. Применение кавитационной технологии с целью энерго- и ресурсосбережения// Достижения науки и техники развитию города Красноярска: Тез. докл. НПК. Красноярск: КГТУ, 1997; С. 160-161.

77. Кулагин В.А. Суперкавитационный миксер// Гидродинамика больших скоростей.-Красноярск, 1992.С. 134-140.

78. Кулагин В.А. Лабораторный суперкавитационный стенд// Гидродинамика больших скоростей.-Красноярск, 1992.С. 140-144.

79. Кулагин В.А. Кавитационная технология как критическая в экологии и энергосбережении// Ресурсосбережение и экологическая безопасность: Труды II Меджунар. НПК. Смоленск: СНИО, 1999, С. 5354.

80. Кулагин В.А. Использование гидродинамической кавитации при получении ультрадисперных материалов// Ультрадисперсные порошки, материалы: Материалы межрегион, конф. с междунар. участием. Красноярск. 1996. С. 199-200.

81. Карелин В.Я. Кавитационные явления в центробежных и осевых насосах. М.: Машиностроение, 1975, 385 с.

82. Искусственная кавитация/ И.Т. Егоров и др. Л.: Судостроение, 1971, 284 с.

83. Есиков С.А. Гидродинамические характеристики суперкавитирую-щего реактора с пространственной системой осесимметричных кавитаторов// Гидродинамика больших скоростей/ КрПИ. Красноярск,1978.С. 27-36.

84. Катализ в кипящем слое. Под ред. Мухленова И.П. JL, «Химия», 1971,312 с.

85. Катина Л.В., Кортнев А.А. и др. О разрушительных эффектах кави-тационного пузырька// Акустическая и ультразвуковая техника,1979, №14. С. 6-10.

86. Кулагин В.А., Кулагина Т.А., Грищенко Е.П. Кавитационный смеситель со специальным исполнением турбулизирующих элементов// Информ. Листок № 250-95. Красноярск: ЦНТИ, 1995. 4с.

87. Никифоров Ю.А., Нейланд Д.Н., Никифоров Ю.Е. Кавитационная активация минеральных отходов// Достиж. Науки и техники развитию сибирских регионов. Мат-лы III Всеросс. 'НПК с междунар. участием: 4.3. Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2001. С. 163-164.

88. Никифоров Ю.А., Нейланд Д.Н. и др. Навесное оборудование для монолитно-сборного малоэтажного "строительства. Мат-лы III Все-росс. НПК с междунар. участием: 4.3. Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2001. С. 116.

89. Нейланд Д.Н. смесительно-формовочный агрегат для рассредоточенного строительства. Мат-лы III Всеросс. НПК с междунар. участием: 4.3. Красноярск: ИПЦ КГТУ, 200.1 165.

90. Никифоров Ю.А., Нейланд Д.Н. Минеральные отходы: активация и применение в малоэтажном строительстве: Научное издание. Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2001. 92 с.

91. Никифоров А.Ю., Нейланд Д.Н. Гидродинамическое диспергирование и активация вяжущих: монография. Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2003, 150 с.

92. Нейланд Д.Н., Никифоров А.Ю. Гидродинамическая активация и применение зол ТЭС// монография. Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2003, 150 с.