Построение модели кристаллохимических процессов, протекающих при сжигании твердых топлив и кристаллизации шлака на ТЭС

• Автор: Федорова, Наталья Васильевна
• Шифр специальности: 05.14.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Новочеркасск
• Количество страниц: 214 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

1. УТИЛИЗАЦИЯ ШЛАКА НА ТЭС. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ПРЕДПОСЫЛКИ.

1.1. Проблема утилизации золошлаковых отходов и анализ химического состава углей

1.2. Классификация твердых топлив.

1.3. Химические реакции, протекающие при образовании золы и шлаков из минеральной части топлива

1.3.1. Превращения соединений железа, кальция и алюминия

1.3.2. Трансформация серы при горении топлива.

1.3.3. Водород, азот, свободный кислород в составе угля.

1.4. Выводы.

2. СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ХАРАКТЕРИСТИК ТВЕРДОГО ТОПЛИВА...

2.1.еобходимость статистического анализа
2.2. Используемый математический аппарат
2.3. Общий корреляционный анализ
2.4. Расчетные характеристики плавкости золы
2.5. Аналитическое исследование теплоты сгорания углей и влияющих на нес факторов.
2.6. Корреляция различных параметров с содержанием свободного кислорода в угле.
2.7. Анализ влияния различных параметров на выход летучих
2.8. Регрессионный анализ параметров углей
2.9. Выводы.
3. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПРЕВРАЩЕНИЙ ОРГАНИЧЕСКОЙ И МИНЕРАЛЬНОЙ ЧАСТЕЙ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА В ПРОЦЕССЕ ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА
3.1. Первичные свойства элементов, входящих в состав угля
3.2. Модель топлива и продуктов горения
3.3. Модель процесса горения.
3.4. Химические реакции, протекающие при сжигании угля в топке котла ТЭС
3.5. Термодинамика химических реакций при высоких температурах.
3.6. Термодинамика химических реакций окисления молекулярным кислородом воздуха и свободным атомарным кислородом
3.7. Анализ состава уходящих газов и шлака
3.8. Программа Тер1оЕГГес1
3.9. Выводы.
4. КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ ШЛАКА. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ И
КРИСТАЛЛОХИМИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ОБРАЗОВАНИЯ ШЛАКА.
4.1. Способы удаления золы и шлака при горении топлива и возможные схемы их преобразований0
4.2. Факторы, влияющие на дифференциацию расплава шлака, образующегося при сжигании твердого топлива на ГЭС
4.3. Минералогическая аналогия дифференциации расплава шлака. Кристаллизационный ряд Боуэна.
4.4. Используемый кристаллохимический и
кристаллогеометрический аппарат.
4.5. Зонная модель формирования шлака.
4.6. Выводы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Литература


Поэтому на практике принято судить о содержании минеральных веществ в угле (М) косвенно по массовому количеству золы (А), которая остается после сгорания пробы угля при свободном доступе воздуха. Наряду с этим существуют методы прямого определения минеральных веществ углей: экстракция HF и НС1, низкотемпературное озоление и пр. Непосредственное определение минеральной массы и ее сравнение с зольным остатком привело к понятию "зольный фактор": ФА = М / А. Обычно зольный фактор ФА > 1, что соответствует уменьшению массы минеральной составляющей в результате реакций, протекающих в топке котла, и сопровождающих основные реакции окисления органической части топлива. Уменьшение минеральной массы при сгорании топлива происходит за счет испарения кристаллизационной воды, а также за счет разложения карбонатов и сульфатов при нагревании с выделением газовых образований. Но в некоторых бурых и лигнитовых углях Фл < 1. Масса золы по сравнению с массой исходной минеральной части может увеличиваться, в первую очередь, за счет окисления. То есть, в минеральной составляющей присутствуют элементы, окислившиеся не до высших своих степеней окисления, которые доокисляются в процессе сжигания топлива. Масса золы может также увеличиваться за счет образования карбонатов и сульфатов при определенных условиях остывания золы. Здесь следует отметить, что по данным результатов анализов искусгвенного щебня, производимого из золошлаковых отходов, проводимых по заказу НИИ ЭПЭ в г. Прил. То есть, наиболее существенным фактором увеличения массы золы по сравнению с массой минеральной составляющей угля представляется именно окисление (захват кислорода). Существует ряд эмпирических формул, связывающих между собой параметры М и А []. С - выход углекислого газа, %. Как видим, показатели в формулах значительно различаются, что свидетельствует об отсутствии за этими формулами теоретическою наполнения. При большой зольности углей необходимо учитывать, что содержание конкретных химических элементов в минеральной составляющей может значительно варьировать (табл. Таблица 4. Содержание различных оксидов в золе углей по данным []. Оксид бю2 А тю2 Ре3 СаО МеО К Ыа. При описании структуры углей все исследователи в первую очередь предлагают различные типы структур углеродных кластеров: углеводородные кольца различных модификаций, углеводородные структуры со включением азота и серы. То есть, структурированной представляется горючая масса топлива, а минеральная составляющая рассматривается в качестве аморфного наполнителя. Однако основными компонентами минеральной части угля являются оксиды кремния, алюминия и соединения железа. Академиком Беловым Н. Были выделены цепочечные, ленточные, слоистые, каркасные силикаты. Силикаты имеют не только специфическую структуру, определяемую химическим составом и условиями кристаллизации, но и определенный набор физико-химических, термодинамических свойств, которыми нельзя пренебречь при большой зольности топлива. В [] содержится большое количество экспериментальных данных и эмпирических характеристик, в том числе, по химическому составу различных видов топлива, сжигаемого на ТЭС, на которых базируются все расчеты тепловою баланса котлов. Предлагаемые в [] методики расчета основаны на многочисленных экспериментах и подтверждены многолетней практикой работы установок ТЭС. Однако эти методики носят усредненный характер. В представленной работе на основе данных [] по химическому составу топлива с применением различных математических методов и с учетом физико-химических свойств составляющих топлив строго обосновываются рассмотренные ниже закономерности и взаимосвязи различных характеристик топлив. Классификация твердых топлив. Твердые топлива классифицируют по возрасту формирования; по химическому составу, и в частности, по содержанию углерода, зольности, влажности; по ряду физико-химических свойств, таких как выход летучих, удельная теплота сгорания. Американским геологическим комитетом принята классификация твердых топлив [], представленная в табл.