CC BY
46
Химия и металлургия
УДК 662.613.13 (035.5)
ИЗУЧЕНИЕ ЗОЛЫ-УНОСА ПРИ СЖИГАНИИ АНТРАЦИТОВЫХ УГЛЕЙ МЕТОДОМ РЕНТГЕНОФЛУОРЕСЦЕНТНОГО АНАЛИЗА
Е.И.Головина1, Ю.И.Кураков2, Н.П.Коновалов3
1,2Южно-Российский государственный технический университет, 346428,г. Новочеркасск, ул. Просвещения, 132 3Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул.Лермонтова, 83
Рассмотрены вопросы утилизации золы-уноса Новочеркасской ГРЭС. Приведены результаты ситового состава
золы-уноса, а также результаты ее исследования методом рентгенофлуоресцентного анализа.
Ил.4
Ключевые слова: зола-уноса, ГРЭС, рентгенофлуоресцентный анализ.
THE STUDY OF ASH-CARRYOVER WHEN BURNING THE ANTHRACITE COALS BY THE METHOD OF X-RAY
FLUORESCENCE ANALYSIS
E.I. Golovina, Y.I. Kurakov, N.P. Conovalov
South Russian State Technical University 132 Prosveschenie St., Novocherkassk 346428 Irkutsk State Technical University 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074
The authors consider the questions of utilization of the ash-carryover from
Novocherkasskaya State Regional Power station. They present both the results of sieve composition of the ash-carryover and the results of ash-carryover study by the method of H-ray fluorescence analysis. Key words: ash-carryover, State Regional Power Station (SRPS), H-ray fluorescence analysis. 4 figures.
Разнообразие углей по структуре и свойствам определяет задачу оптимального использования их энергохимического потенциала, что, в свою очередь, определяет круг научных исследований, направленных на процессы переработки углей как для топливного, так и нетопливного использования. В результате сжигания твердого горючего топлива образуется большое количество зольных продуктов, которые в настоящее время практически не утилизируются (1520%). Для нахождения применения зольных продуктов необходимо знать их физико-химические свойства и гранулометрический состав.
В данной работе представлены материалы исследования золы-уноса Новочеркасской ГРЭС после электрофильтров и циклонов, образующейся при сжигании антрацитовых штыбов, при температуре в рабочей зоне 1700°С. Штыбы поставляются на ГРЭС с обогатительной фабрики АО «Гуковуголь» шахт Восточного Донбасса.
Золы-уноса - тонкодисперсный материал, образующийся на тепловых электростанциях в результате сжигания углей в топках котлоагрегатов и собираемый золоулавливающими устройствами. В результате про-
1 Головина Евгения Игоревна, аспирант кафедры физики и химии Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института), тел.: (8636)223-032, e-mail: qenia_12@mail.ru. Golovina Evgenia Igorevna, a postgraduate of the Chair of Phisics and Chemistry of South Russian State Technical University (Novocherkassk Polytechnical Institute), tel.: (8636)223-032. e-mail: genia_12@mail.ru.
2Кураков Юрий Иванович, зав. кафедрой физики и химии, доктор технических наук Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института), тел.(8636)223-032, e-mail: phisycs@yandex.ru. Kurakov Yuriy Ivanovich, the head of Chair of Phisics and Chemistry, a doctor of technical sciences of South Russian State Technical University (Novocherkassk Polytechnical Institute), tel.:(8636)223-032, e-mail: phisycs@yandex.ru.
3Коновалов Николай Петрович, зав. кафедрой физики, профессор Иркутского государственного технического университета, тел.: (3952)405177, e-mail: i03@istu.edu.
Konovalov Nikolay Petrovich, the head of Chair of Phisics, a professor of Irkutsk State Technical University, tel.:(3952)405177. e-mail: i03@istu.edu.
веденного ситового анализа отобранных проб были выделены фракции (рис.1,2).
размер сита, мм
Рис. 1. Ситовой состав золы-уноса после электрофильтров
Ситовой состав золы-уноса после электрофильтров показал, что в данной золе превалирует фракция - 0,05мм до 76%. Если сравнить с ситовым составом золы после циклонов, то минимальный размер частиц -0,063 и составляет всего около 13%. Для определения химического состава был использован метод рентгенофлуоресцентного анализа на рентгеновском спектрометре S4 Pioneer в Институте геохимии имени
Химия и металлургия
А.П. Виноградова Сибирского отделения Российской академии наук. Метод основан на измерении характеристических спектров флуоресценции атомами элементов анализируемой пробы.
%
35 30 25 20 15 10 5 0
+2,5 +1,0 +0,5 +0,16 +0,063 -0,063
размер сита, мм
Рис. 2. Ситовой состав золы-уноса после циклонов
Рентгенофлуоресцентный метод является нераз-рушающим методом исследования и наиболее информативным для анализа выбранных объектов. Это метод одновременного многоэлементного качественного и количественного анализа, которым можно определить элементы, располагающиеся в периодической таблице Менделеева от бора до урана. Данный метод обладает широким диапазоном определяемых содержаний - от ррт до 100 масс. %, при этом инструментальная погрешность метода составляет 0,05% отн. В этом методе анализируемый образец и стандарты легко готовятся к исследованию, не требуют применения химических реагентов для проведения анализа. Однако следует помнить, что для получения корректных результатов анализа необходимо учитывать межэлементное влияние.
содержание, %
686460 56 52 48 44 40 36 32
2 2
1
8 0
Рис.3. Рентгенофлуоресцентный анализ золы-уноса после электрофильтров
Проведенные анализы показали, что зола антрацитовых штыбов (с зольностью 36,0%) практически полностью состоит из оксидов металлов: Ыа, Мд, А1, Б1, Р, Б, К, Са, И, Мп, Ре, 2п, РЬ, Бг, Ва. Химический состав золы-уноса характеризуется высоким суммарным содержанием БЮ2+А1203 и небольшим количеством оксидов железа, щелочных и щелочно-земельных металлов. В составе золы-уноса обнаружены также следы оксидов N11, Сг, Wa. Данные золы относятся к
кислым, отмечается низкое содержание оксида кальция - до 10%, а наличие кислотных оксидов - более 70%. Фракционный состав золы-уноса после электрофильтров и циклонов представлен одним набором оксидов металлов, относительное содержание которых в разных фракциях отличается незначительно. Это говорит о том, что изменение фракционного состава связано с неравномерным сгоранием топлива, который характеризует скорость окисления металлов и образование частиц различного размера.
содер жан ие,%
Рис.4. Рентгенофлуоресцентный анализ золы-уноса после циклонов
На основании исследований рентгенофлуорес-центного анализа могут быть намечены пути рационального использования золы-уноса с учетом её фракционного и химического состава. Это фракции (-0,16)+(-0,05), они обладают повышенными активными свойствами за счет развитой поверхности частиц. Для сравнения приведем ситовой состав портландцемен-тов: 90% составляет фракция (-0,08), остальные 10% -выше 0,08. А в золах-уноса после электрофильтров минимальная фракция размером (-0,05) составляет 76% и содержит не только микро, но и наночастицы размером 7 - 63 нм до 12% по данным электронно-зондового рентгеновского микроанализатора фирмы ^01..
По всей вероятности, полученные бетоны с таким наполнителем имеют повышенную прочность за счет того, что в их составе находятся частицы такого малого размера, которые могут обладать повышенной активностью и создавать новые центры кристаллизации при образовании бетонного камня.
Применение данной добавки значительно удешевляет стоимость строительных материалов, улучшая их технические характеристики. Золы-уноса могут быть использованы в качестве добавки для штукатурных растворов, цементно-зольных заполнителей, в качестве добавки в керамический кирпич, асфальтобетон, для повышения качества бетонных и железобетонных изделий, снижения себестоимости строительных материалов за счет частичной замены цемента, битума, инертных материалов, в производство пенобетона, нанобетона.
