Физико-химическая модель сжигания высокозольных твердых топлив тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.01 ВАК РФ

'ЗВОТСКШ ГОСУДАРСТБЩЙО! ШЙЗРСКПЙ!

Картгмшэв АлэксеЗ Ллэксандровзи

€Ш5®0-ХЮНЕСНАЯ МОДЕЛЬ СНШНШ ЕЫСОКОЗШШКЫХ ТВЕРДИ ТОПЛИВ

Сгоцяашюсть 02. ГО. 01-неорганическая зшшм

Автореферат диссертации на соискание ученой степзви кандидата хкягееских наук

На правах рукописи

Иркутск 1992

Райота выполнена в лаборатории физико-химического моделирования Института геомш is.u А.П.Виноградова СО I

Научвий руководитель: доктор геолого-!,пшералогачосшп; наз профессор U.K.Карпов

Официальные оппонента: доктор технических наук,

Водудая организация: Институт естественных наук Б© СО i

, Защита диссертации состоится "/4" <У/'/' 1992 г. в %0 часов на заседают специализированного совета К 063.32.02 в Иркутском государственном университете по адресу: 664033, г. Иркутск, ул. К.Маркса, 1, 1ГГУ, химический факультет

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИГУ

профессор О.М.Катков кандидат химических наук А.К.Подзнвалова

Автореферат разослан

Ученый секретарь специализированного совэтя к.х.н., доцент

г

ОЕЦА-Я ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Более одной трем добываема: гезрдщ тошшв составляет их минеральная часть» Исследований кянер&иной части углей и ее влияниэ на энергетические свойства, процессы обогащения и переработки углей, свойства волн, начаты уг-э сравнительно давно, в последние года! сделано множество попыток преодолеть трудности, связанные с исследованием слозашх оргвноминвральных объектов, подобных ископаемым углям. Однако члоэпэтайнаи сложность их состава п отсутствие четких лэтояэтеских подходов обуславливает весьма неполную спстематизацшэ в этой вопросе.

Кзучегога исходного -¿твралогяческого состава углей, изг.»ески®, происходят с мкнзралышм веществом угля в процессе егмгшгая» представляет собой часть1'крупной проблемы -комплексного кепальзевання углей я утилизации ях зол.

Точный анализ состава продуктов горения, влияние на кого минеральной части углэЯ а параметров скигзния преобретает решающее значение при оценке и контроле энергетического и экологического оптимума сжигания твердах тошшв.

Основная причина существования вышеуказанных проблем лезшт в несогласованности исследований, отсутствии комплексного подхода к изучению углей и задаче. их рационального использования.

Решение этих проблем становится возможным при использовании физико-химических шделей углеобразования и сяигания углей, построенных на базе согласованных тервдшнашчеенга дашшх. Такие модели позволяют давать иадеише оценки загрязнения окрукакцей среда продуктами сжигания углей 0 выступать в качестве аппарата контроля загрязнений. Они достаточно адекватно описывавт минеральное вещество углей и его преобразование при сжигании.

Цель'настоящей работа состоит в создании автоматизированной 1Шфор»ацисшо-тер;.!одйпамотеской систем данных, позволяемой моделировать фазнко-хш.ячэсклз процесса, происходящие в устройствах сзаганая, гаролаза, газп^шацзп, коксования утлой любш: гасторогдонпй. Эта цель опрэ^элг.:-»

сдэдуицие задачи исследования:

1. Анализ ы обобщение данных о аакоаонарзостяг ®орс:-розташ минерального состава углей.

2. Применение физико-хиглиеского моделирования па ЗЕ." для реконструкции хишко-мтюралогачвского состава углэй по ХЕД1ЧйСХОМУ составу окисленной зола.

3. Обобщение аналитических н гдшвраяогиче скнх дашшх о составе энергетических зол.

4. Создание систем согласовашас; тершдананичаскг: дашна о заавакоч-шгвраетгачьскш составах углой и зол.

£>. Ьо^^арозасзкз модели горешя угла.

Определило- млахл еоотясжакал 'воздух - уголь -ыанэральноэ шцэство" но ооц;*аз продуктов горения а адиабатнчэскую температуру процесса.

6. Исследование превращений минеральной части угля прз катании и образования золы.

Научная новизна и практическая ценность работа. На основе физшга-химячоского моделирования на ЭВМ, путам восстановления химико-минералогического состава угля но химическому составу окисленной золы, впервые получены данный о количественном минеральном составе углей отдельных тсхорозда-ш$. Создана базовая фазико-хншческоя модель саигшаш твердых тошшв с согласованной термодинамической базой данных..

Рассмотрены возможные температурные преврЕцания катаральной части углей в топочных устройствах.

Установлены закономерности образования газовой фазы в зависимости от химико-минералогического состава углей, окислительных условий и температуры горения. Модель позволяет прогнозировать уровень экологической опасности сшганая углей, исследовать влияние минеральной части топлива на загрязнение поверхностей нагрева и тепловой баланс котлоагрегата, а также оценить эффективность немэхашческих катодов газоочистки.

Результаты исследования минеральной части углей и еэ преобразования в процессе горения позволяют в некоторой мере обобщить ошт, накопленный в области переработки углей, дают возможность прогноза важнейших технологических свойств золы.

Представленная модель лишена недостатка предшествующи доследований, методы которых не позволяют комплексно оценить

превращения минерального вещества углей при его сжигании. В качестве основного инструмента исследований использован мзтод физико-химического моделирования на ЭВМ,' разработанный И.К. Карповым. Для построения физико-химических моделей применялась автоматизированная система "Селектор",,

Апробация работа. Основные положения диссертации докла-давались нв II Всесоюзном совешашш "Физико-химическое моделирование в геохимии и петрологии на ЭВМ", г. Иркутск, 1988 г.; Всесоюзном совещании "Защита озера Байкал от загрязнения", г. Иркутск, 1938 г.; Всесоюзном совещаюш "Комплексное использование зол углей СССР в народном хозяйстве", Иркутск, 5969 г.; конференции молодах ученых Института геохимии СО РАН, 1991 Г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 печати раоог.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Соде раит 158 страниц каашнопасного текста , з том числе 30 рисунков, 13 гаолиц, список литература, включающей 119 наименований работ отечественных и зарубетшх авторов,.

На защиту выносятся;

1. Согласованная термодинамическая база данных минералов и соединений углей н продуктов их сгорания.

2. Физико-химическая модель сжигания высокозольных твердых топлив.

3. Механизм равновесных превращений минеральной части углей в процессе скитания и образования газовой фазы.

4. Определение, с помощью модели скитания, адаабатичэс-кой температуры горения топлива с учетом минерального балласта.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой глава представлен анализ литературных данных, характеризующий современный уровень знаний о минеральной части углей. Рассмотрены источники поступления и условия формирования минерального вещества углей, обсуждены проблемы определения их химико-минералогического состава. Показаны

трудности анализа минерального вещества угля и дострржшаги характер предварительной обработки проб.

Описано состояние проблема изучения преобразований минеральной чести углей при скнгаши и определены осковныэ существующие подхода к решентяа этого вопроса, а таю© недостатки таких подходов. Рассмотрены основные группы сольного вещества.

Рассмотрены главный кошоконты газообразных продуктов сгорания углей, механизма их. образования и некоторые катода уменьшения образования 302. Шх„ .неокисленных соединений» газов щелочшх металлов.

На основе анализа литературных данных определены основные направления исследования.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

В главе 2 ("Постановка задачи <|ьшко-ш.зетеского моделирования процесса скитания углей к подготовка ксхо.цннх дан-ш") определена необходимость и правомочность прккзшккп метода физико-химического моделирования на ЭВМ дл;: яяалязь топочного процесса. Описана методика физико-ишческого моделирования методом минимизации анэргии Гпббса с помощью автоматизированной системы "Селектор".

Для моделирования процессов углеобразования и сжигания била сформирована термодинамическая база данных (БД) простых веществ и соединений, состоящая из 12 независимых (С, К, О, Н, Б, 31, А1, Ре, К, Са, На) и 232 зависимых компонентов, составляющих 70 фазы. Таким стразом БД содержит 53 компонентов газовой фаза, 70 - жидкой фазы и 105 соединенна в тверда фазах. БД заимствована из работ Р.Бормана, шбрана из архива АС "Селектор" и адаптирована к 1,¡одела сстгокия. Критерием выбора служило упоминание того или иного вещества в каких-либо исследованиях, касакщ-дся утлой, зол и высокотемпературных процессов.

Показана необходимость предварительного построения модели углеоОразования для восстановления количественного ш-перального состава углей по химическому составу их аналитических зол.

Приведет таблицы пересчета химического состава углей к

inaexozzzzs? для кодэла виду. Расчиташ стешядотричвские :кшггество охнслатвля п химически формула углей (СЕу^Оа).

:;сс.'0,ч0ее;г.1Л проводились для 100 г угля, включая его :7*ш>релызу£ часть. Изучались угла Ирша-Бородинского, Азейс-::огс и 5ш*е'астузского глсторогздоний, как представителя раз-¿згчпк потрозгшчеишх классов (табл. I). Процесс схигания ::одо;яроз&лея п ps>.aaz тегпэратур от SCO до 1700°С и зго»й:-агг>тпвз избытка создаха а= O.a + 1.4.

Таблица I.

Улршя хадзгозетва компонентов исследуемых углей {сухая глсса) (тль/ICO г угля).

Ггта-Ебролииеяаа Азейсшй Эхибастузский

0е" 5.15323 4.7645 4.6776

нс 4.29426 4.0662 2.94005

цС 0.051803 0.0773 0.0598

0е 1.201193 0.S038 ' 0.4-473 i

иС о 0.0031 0.01447 0.0244

3Í 0.1 С5ОТ8 0.2С0515 0.4549

м Л*. 0.03425 0.15219 0.23348

0.013458 0.010418 0.041412

I Сп 0.C6227G 0.02T4ST 0.00623

l'S 0.01666 0.007036 0.СЮ656

|i:a 0.002166 0.0СШ76 0.00568

к 0.001426 0.COI 49 0.00655

20 0.362455 0.633274 ' 1.35208

гострогшЕ csshío-xowecíckx: «оделен

В главе 3 представлена результата фазико-химического шделирозанид процессов углеобразовшия и ссагашя. 1. Моделирование? протеса углесфззоззная проводилось в рамаах явгарг&э парцкаяьгаго zmmmm CO., от 0 до 7, при знзченкяг iorspsjaa лрзгс:*а:п:.п рзскдаи от 7 до О

(р:гс. 1). В стой Ч'сг.: гг-стт; аскеза», что основными соэдгсзепп:®, mr:-. начаяккы® стадии

угсзоСрззоагапя, г„"т::гс;-. :гг:т:г г.\ сбрззоваввиеся в рсоуupe:;*; eco-- г г в частности,

последних их сталей: гидролиза и окисления. Н-ионы еода связываются с ОН-яонамп минералов е удаляются из вощзства в виде водн. Окисление наиболее ярко проявляется у минералов, содержащих влекенти переменной валентности. в этой стадия процесса образуются гетит (НРеО^) п гнббеит (АНСШд). В области окислительно- восстановительного барьера наблюдалось образование каолинита Щ4[314010Н01]а). Зона собственно углеобразования проходит в резко восстановительных условиях (ЕкО). В этой стадии происходи? восстановление аэлеза с образованием пирита и хлоритов. Начинается углефикацая вэщества. При более полном протекании реакции образуется слоаше влшосалшшти- иллиты. Б зона близкой к значениэ степени протекания реакции равном;/ едишщэ происходит образование карбонатов кальция, магния и голеза, а также вутагешого квврда. образование кварца характерно для углей с невысоким содержанием ашешния» исклвчазвзм образование каолинита. Применительно к псслодуе?«2аз углям кварц характерен только для Ирта-Вородавского.

Газош образом, с помогаю модели углэобрязовгшя. получали равновесные количественные минеральные составы Ирза-Боро-динского, Ааейского к Эккбостуэокого углей, жаравтэриэуизих-ся наличием пирита, карбонатов, шиитов, кеолянита п кварца, которые в дальнейшем были использованы в качестве исходных данных для модели сжигания углэй (тебя. 2).

Таблица 2.

РасчитаншШ химико-^дзнералогический состав исслэдуешх углей .(мода/100 г угля).

Ийпа-Ботэоданский Азейский ЭкибастузсккЗ

уголь каолинит магнезит сидерит кальцит пират кварц иллиты (суша) 5.5734 1.2139Е""02 3.3428Е-04 6.0484Е"02 4.0495Е"03 1.2463Е"02 2.32136Е"02 4.8574 2.7093Е"02 2.СГГ661Г03 1.ЗЗЗбЕ"04 2.4286Е-03 7.2348Е"03 7.15149Е"02 3.6324 2.9321Е-02 1.3533Е-04 1.2915Е"03 1.29Е-02 1.872844Е-01

Примечание: Рвсчитанше формулы углэй: с%.83^0.012°0.23;

б

^О.аА.оЛ-ШЭ1 са0.799%.016°0.12 Крза-Бородннско-го, Азойского и Зкибастузского соответственно. 2. йгаико-хишчэская модель сжигания в система С-Н-П-0-S-Sl-Al-Fa-Hg-Ca-lla-K в общей случае сводилась к моделирования взаимодействия системы "уголь- минеральная часть- воздух"» т.е. определялись равновесные концентрации зависимых номпо-еэйтов при задаваемых соотнотэниях "уголь-воздух", в температурных рамках 900 - 1700°С.

Был определен механизм термических превращений минерального вещества углей и завксшость этих превращений от окислительных условий процесса горения. Расчктян разновесный состав продуктов сгорания в твердой п газообразной фазе. Рассмотрены температурные к окислителыше параметры образования газообразных загрязшкщях веществ.

Расчитана теоретическая (адиабатическая) тешхература горения топлива с учетом минерального балласта. В результате этих расчетов на пршерэ йраа-Еородшзского угля получена те:шоратура горения равная 1851°С, тогда как величина температуры „ определяемая традиционными расчетными методами оценивается,, и довольно приблизительноt в 2000°Со Предлагаемый алгоритм расчета основал на энергетическом анализа теплового процесса в ра-даж аппарата равновесной химической термодапшшси. Равновесная температура процесса находилась минимизацией скалярной непрерывной функции ?(Т) па тешгаратурноы интервале В?= [Т^З^^Ь

Результаты шделнровапия процесса сжигания углей рассмотрены и обобщены в глава 4 "Интерпретация результатов коделнровашя процесса сжигания углей".

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДУ

Даншо, полученные в результате моделирования, представлены в видо графического материала. Графики вырахают зависимость превращений шпералькой часта. Образования газовой фазы, пх взаимодействия от тегягерзтуры ц количества окислителя.

1. Превращение гашералыюй части углей при сжигании. Обоими для всех исследуемых утай в процессе сзигзная, практически не зависяпет.а от количества окислителя, является

такие шнералы как кварц и его модификации» муллит„ форстерит, периклаз* сшшкаты кальция тша глнта0 лейцит. Эти минералы устойчиво существуют в рамках температур, характерных для топочных процессов.

Кардинально меняет картину минеральных превращений окислительно-восстановительный фактор. Особенно ярко' это видно на превращениях авлэзосодеркаашх минералоз. При недостатке кислорода (о=0.8), раэлокение зтах минералов идет наиболее слогашм путем , Для Азейского к Экпбастузского углей это следующая схема; иалезосодергздке минералы угля (пирит, сидерит), разлагаясь, образует энстатиг (РеБЮ^) и . фаялит (Уе23101,). При теьшературэ более 800°0, спи исчезая? и появляется болэз устойчивая шинель - (РеА1204) -герцинит. Для йрша-Бородшскогс угля характерно наличие промежуточного ферросиялите (Ре?31206), при температурах 1200-1400°С (рлс.2). Для этого угля епалогачвае процессы протекают такаэ и при тооротичоска ыэобходга-.ом количество окислителя.

С далькеКлт новшеяием количества воздушного дутья (а =1.4) (рис. 3), ггрэвредэиш соединений калеза идут по следующей схеме:.> 800 °С 130и °С геБ2 -г- УеС03-» ?е20э -► Ре304

пирит сидерит гематит иагнэтлт

Здесь приходам к замечательному выводу - при температурах более 1300°0 гематит 4?е203> восстанавливается до магнетита (?е0*?е203) ее йонз окислений газовой фазы.

Следовательно, в системе с фиксированным» хотя и достаточны?,» количеством окислителя, с увеличением температура процесса растет .интенсивность окисления газовой фаза, уменьшатся количество свободного кислорода и происходи восстановление келеза в твердой фазе. Очевидно, что основное количество кислорода расходуется на окпслеЕие азота:

Л2-» ц20{1) -► КОШ) -» К02(П);

т.к. при эти температурах начинает окисляться азот воздуха, подаваемого на сгагаше.

При а-1, для наиболее сернистого угля - Экибастузского,

Рис Л. Равновесней минеральный состав Ирма-Бородинского угля.

Рис.2. Равновесные превращения минеральной части Ирна-Бородинского угля при сжигании с недостатком окислителя («<=0.8-1.0).

пря температуре до S00° Ct хар&чтерно присутствие ангидрита, хотя и в небольших количествах. Яра увеличении коэффициента а до 1.4 , ангидрит присутствует при этой температура во всех углях. Пирит, разлагаясь, продуцирует S02(IV), который соединяясь с кальцием, образует ангидрит. Далее, ара взаимодействии кальция в системе СаО - SiOg - А1203 образуется анортит по реакция:

CaOf2S102+Al203-»CaO"Al203'2S102;

У кальцийсодераввдх минералов, по-видимому, наиболее простой путь к равновесию» за исключением высококапьщювого - Ирпз-Бородипскогс угля. Зто, как правило, слодукдая схема:

500-вЮ °0 110Q °с СаС03 +• 1шгеты-» CaAIgSlgOg-- CagSlOg

кальцит анортит стекло

алитового состава

Длй йрша-Бсродпнского угля, злит появляется ужо при темаоратурэ eico 600° С и достигает наксклальннх содержаний ара 1100° С. этой температура, очевидно, начинается его стабилизация как стекла. При температурах 800 - SOO°C для атого угля наблюдается появление диопсидов CaMggigOg к CaPeSlgOg, что обуславливает некоторое сншгокне содержания влита.

Что касается матшйсодераагрх минералов, то их презра-цоеия идут по двум параллельный схемам. Первая - это превращение анстатита . (ЫзЗЮ3) при температуре более 800° С в форстерит (Kg^SiO^) и далее при температуре более 1100° С образование юшноэкстатпта (Hggl03), исчезающего при повше-ши температура вайе 1300° С. Эта схема наиболее неустойчива и характерна для процесса о недостатком окислителя. Основной еэ путь цровраданий ыагшШсодераанщх компонентов:

5400 °С 1500 °С

«a2M4Sl5018-b!SgS104-> MgO

кордперат форстерит перш-паз

Прэарагоэшм: соединений алшанзя тага» проходят двумя путямл, которио определятся содоргрвкем апшинля в угле, завершаясь, однако, образованием ыуллпта. Для Криа-Бородпп-

ского угля, характеризующегося относительно невысоким содер-ааяивм аимивия, муллит (Al6Si2oJ3), образуется непосредственно после разложения кордиерлта (MggAl^SlgOjg). Для Азейского и Зкибастузского углей, муллит образуется в результате преобразований андалузита (AlgSlOg) . Ери температура вше .1400° С ■ содержание муллита несколько увеличивается за счзр разлояешш кордиерита и нефелинового (NaA.lSi04) и лейцнтосого (KAlSigOg) стекол.

При температурах, до 800 С, патрийсодерхащие иллиты обезволиваются и, разруиэя свои структуру, переходя? в альбит (NaAlSlgOg) и даопсида (HáFeSlgOgJ.ClíaAlSigOg). Последние судеотзуги до температура около 1000° С, образуя затем стеклофазу вефэлннового состава (HaAlSiO^), которая с испарение« натрия, образует муллит при температуре выше 1400°С. Калийсодерхащде иллита, разлагаясь, образуют санидин (KAlSigOg), которий, в свою очередь, при температуре более 1100° С перехода в лейцнтовое стекло (KAlSlgO^), исчеззпцее при 1500° 0, в связи с испарением калия. Испаряясь при высоких теггаерагураг, калий а натрий в значительной степени зшявт на формирование газовой фазы. Процессы преобразования калий- к аатрийсодэряаздх минералов довольно однообразны для всех трех углей и качественно иа зависят от количества окислителя. Эти минералы. по-видимому, являются одним из основных источников появления стеклофазы.

Кривая существования кварца слвбо изменяется с изменением количества окислителя н различия в ее облике связана лишь с содераашем кварца в углях и влиянием кремнийсодэрхзщих компонентов минеральной части. В совокупности со всей минеральной частые, кварц выполняет роль своего рода "депо", принимая на себя кремний после разлояашя одних соединений и отдавая его на образование других.

Я. Образование аагрязпягсупс веществ и поведение газовой фазк.в настоящей работе ставилась цель проследить поведение шшютантов лишь на этапе их образования.

В результате моделирования процесса скитания установлена количественный состав, условия и границы существования газообразных продуктов сгорания. Установлено, такта, что окологическкй оптимум горения углэй практически совпадает с энергетическим, что соответствует зксперимепталыпм наблвде-

ниям. На рисунках. 4 а 5 видан окислительяо-восстановителыщй барьер, который проходит в области, близкой к теоретическому количеству окислителя (а=1). При уменьшении количества дутьевого воздуха (а < 1) резко возрастает количество неокисленных соединений в продуктах сгорания (сероводород, аммиак, щ.анистый водород а др.). При повышении количества воздуха (а > 1.1) растет доля окислов на фоне исчезаицих неокислеыша соединения.

Несомненно влияние на свойства окислительно-восстановительного барьера ге^зратур и процесса( рис. 6,7). При температуре 1700° 0 барьер "расплывается", исчезает четкая граница мевду окисленными и неокислешшма соединениями.

Окислы азота являются одним из основных и наиболее опасных загрязнителей при сжигании углей. Результата моделирования подтвердила экспериментальный факт о том, что больную часть Н0Х составляет оксид азота N0(11). Так, для Йрша-Бородинского угля, выбросы оксидов азота распределились следующим образом:

да - 99,79 % ; 1Ю2 - 0,14 % ; Н20 - 0,066 % 0 при температуре 1600°С и а=1.4,

При недостатках окислителя (а= 0.8 -1.0)<рис.8), закись азота N20(I> преобладает над двуокисью. При увеличении количества дутьевого воздуха возрастает как общее количество К02, так и количество навдого из окислов. Однако, {рис.Э), при а= 1.4 преобладает Н02 (17). О увеличением температуры количество оксидов азота возрастает практически линейно. Па образование окислов азота высокие температуры влияют в несколько больией мере, чем количество окислителя. Так ири 1700° С зги соединения образуются в больших количествах уже при недостатке дутьевого воздуха и их содержание линейно возрастает при а > 1, тогда как при низких температурах (до 1000° С) рост окислов азота, за исключением К0(Ш, начинается от а = 1 и содэркаяие их стабилизируется при а > 1.2.

Окислы сетн.Содержание окислов серы в продуктах сгорания углей, в первую очередь, зависит от сернистоста углей. ' Наибольшее содержание SOg (IV) наблэдается в продуктах сгорания Экибастузского угля, а наименьшее - Ириа-Вородинс-иого ), пря содержании серы на горючую массу Экибастузс-кого, Ааейского и Ирша-Бородинского углей - 1,4 % ;0,6 % I!

Рис.3. Равновесные превращения минеральной часэи Ирша-Бородинского угля при сжигании с избытком окислителя (<¡¿=1.4).

Рис.4. Образование газовой фазы при сжигании 100 г Йрша-Бородинского угля (Т=Ю00°С).

Рис.5« Образование газовой фазы-при снигаши 100 г Ириа-Бородаиского угля (Т=Ю00°С).

Ркс.б. Образование газовой фазы при сжигании 100 г ¡'рша-Бородкнского угля (Т=1700°С).

Рис.7. Образование газовой фазы при сжигании 100 г Ирша-Бородинского угля(Т=Г700°С).

Рис.8. Образование газовой фазы при горении 100 г

Ирша-Бородинского угля с недостатком окисли? теля (»£=0.8).

0,3 % COOK5€ÏC?£OJ2:O. ïo s:: ссотаог.охля 3¿pCiKÍ0ptUI В £2ÍÍ £03№).

Вря низко Teax»pösj?paa горзш»: kcäwocsdö оксда» сора шкот бить срваггзэ с кодэтэско-,: £СЦШ). На рлсü вздцо, что зтрл тсиаротурех 5С0 - ТСa,J~ <з £0? a scLj

штаг щроздаигснутаеа. Таи т^зерсгурз acpssicpau дзш процессов cessai jrsc2 sa odarâiîiro.'ssax &абркиази

Крзая S0g прл jöjpcraiao zyipjza (a=0»6) cxcöacsa-руотся при томюрагураз. 1200 - I-ICO0 С, Бра « от 1,0 до '¡„4- 1фзз8Я SO- jt;-; птр ЩЭ -' 1CCQ0 С.

]£с»т;г-юсгго сшща eopj (71) «р:: гадасгаш) шздхо разке зкмажйссз, «фя зезша яу ~ уг^ж^зтел оа ста® оетыкиш SO.,» 'Лпйт»«», чго под ¿;cca п сод;;г,.э-

ш SO3, гвассаяш» юдаастао Si? йтйккррскз asa^sî-ся. Этот Лжло Sö^ SÛ3, кдгд-^раава^хсу

rascotínaaiio-S ccjoä (В).

егоршда СС-5^ «-•;), .хг^х:;.а

еепосго:!; гоj4v'

Л"" rj.s^oc.vco ^v^,» I • <

a-gtcpic e sbsxseoce« ¡sracœ ^таегго ' ес^дуйс слеишэтсс. шапздпг:» а крг, ес ec-îsecoï

дае прз c=îdi « оетсхы^о ecokeüeseeic CKscTByOT только Ее воеста202зх&£Ъ2о£ еторт;:о <kccjsktc£lsï-сосстааовягвльного' барьэрз.

Показано шшше ^зьээратщзц ез ccpasosasio сзскпсяоа-Î2E. сседавен¡21 . При с < 1,0 с увеличение:: теклзргтура, цектредгл стих esijscte в сродукгах сгорания падos?. Kcuetk-trse к e Егсзг случае ссо?г.:^хзг Essaie. Ирд c=1,4S E ovjssec or Есчезеэдпх пт.гдглг. гзо:хслэшга создгнон2£с K2g образуется шг тейпзрйщк. cr/sao isco° с и хэзраегт ланзЕю. Такую so, хотя п бэлге сягбгг 5сгдетшз цроягшл- газообраггад

СОрС-'.е

Рг.с" tw"H"~r г г;>.поч:"*т s

irr, -..-s:: к дпг co?ít.;í:s^;,

«^г. гзедуп; до

oi CItI:>Û„ irrisircLÄDS, к с^Х-С^о:;. 0;я в »-т.

сущоствуот свои особенности.

Гидроокк&га IfoOIí я КОЗ пояплянгся уев яри температурах ООО - 900°0 я содержание six растог с ув&шчешом температу-■¡U горания. Во всем кмторвале» коэМацкевтов избытка воздуха содоряапхю прюсгаческн постоянно и зависит только от тзппоратурц. Газообразные коли?! и натрий при низких тегоюратурах (до 1200° С) а при «>1,0 окислявтся, резко ушзнькая своз содорашшз в дагашх газах, но исчезая, однако, до конца. При высоких температурах (150Q - 1700° С) эти газн, с увеличениям Kcsííisxiisiría избытка воздуха, окисляются лезь незначительно (сглаккваэтся окислатэльно-восстановитвлышй барьер) н содержание ах раотет. Увеличэкиэ количества окислителя лишь а некоторой мерз поникает содержание газообразных-кадая и натрия, т.е. калий а натрий восстанавливаются за счет окисления азота при тешературах вше 1200° С. Газ натрая вообще не образуется до 950° С, независимо от значений <*. На рисунках показаны сульфаты калия и натрия, появляидиэся с окислительной стороны барьера, its содержание, а значительной мере, зависит от температур процесса и достигает максимума при 1000° С.

Содержание кэлвза и его оксида Feo (IX) с увеличением температуры возрастает почта линейно. Так so, кок и основное количество дру1та газов . соединения голеза прекрасно реагируют на окислятельно-зосстэшвлтэльиуа обстановку при низких температурах. С повышением тешгаратуры содерзанив Peo , при любых избытках воздуха, стабилизируется а дает проявляет тенденции к восстановлению, а Ре окисляется слабо, в отлнчиэ от его интенсивного окисления при низких температурах.

Лиалоикло веду® собя оксида црзюшя. Дцокспд кро>.аяя стабилен, а оксид пэ до конца окисляогся щж шсогаяс температурах, тогда как при епжпх температурах SiO окисляется до SiOg при 0=0,9 - 1,0. Оксид углерода СО, при шдэстатках аоздуг.8 но зависит от температура процесса, при избытках воздуха ого содержание растет с увеличением температура, что связано, очевидно, с диссоциацией СО, при высоких температурах. На рисупкэ 10 показано образование С02, яэи-Оольиее количество которого образуется при 800°С и избыточ-ш количествах окислителя.

Рис.9. Образование газовой фазы пригорении 100 г

Ирша-Бородинского угля с избытком окислителя (<¿=1.4).

- ак>1 * 10® &5 - . • -со2

ЕШ -

4Л -

4.0 - аь - *» * с • . ■Ч. ^ Юм *с иой "с 1700 *с

(Ш ' ' 1 г 1.0 12 1.4 с<

Рис.10. Изменение содержания СО^ в продуктах сгорания 100 г Ирша-Бородинского угля в зависимости от количества окислителя.

К~П ГГ„ТЭ гкзи г-^оч^г-; гз'ть'сж, гэгз-

жг.'-гт г-> сгол> «шел: ,*'.гя огфутггегй! орэда, хш, -гэр» 1Д, л ггелдэпетрултея задолго до шходз

г.: 'опгз гйзоз з зт..тл'1'зру о одако супеси)ует опасгозгь пяоез Э2П2. ¡шндснснрсвззпйз: еоодшшкй з атгасфэру, ^серзерогслияя ив суслтаснпня частица:; з«ш. 3 дсгаоЗ глапз дгпы южготорь'з гскго^зядащпт па СЕжггтт} ггго.т.0 оспояк-'х гвтрлввятпда газообразная ••^ястп» Что лпе-з'хса "л сзргпо:::/:^" зуд езгянкп углай,, :жга ;:ошак$огх№ «те -гак?, 'л о пспойпгл яр-яерса яг яздяо'згея гасогзя гелгаратурз 3 йлкио

загояг!»(!:гп .«рзггшдз;: ер-ач. ..•з'Чйявв га,•*;?* геппгигуш прс№?ссоп горз-шя и

::о;Г1рггш;э тт урепш тосроткчэс?:гг

пзеиедспязго кэлгпост?.^,

Оспошйтл результате:.! исападовалая лшшотся создоява ба-гегс;! ¡Гпзт^о-'елтаяг'сс! гчэяэлз ютганш високоеолыап твор-,7-К тешгяз с согдпсошлой тар:.:од'ШЕОТоскоЗ базой давши. Р.»вгзкм достсг.зтсгг-с<м шдвла яздяотсл ва универсальность а £Г.:зизксгост& пэ оггпдзкял ебьэк-гу последовал«.

"изЕгсо-лвочасксо модедароваяно процесса ггагсхса позволило получить слодукезий результата:

- создана термодинамическая база данных шнералов углей я зол, а тахзэ проглецуточзшх тверда! соединений и газовой фаси;

- расчитаа количественный минеральный состав псследуешх углей;

- определено влияние составления "воздух - уголь - генеральное земство" на состав продуктов сгорания, исследовали основные закономерности превращений минеральной части угля при горении и образования газовой фазы, их взаимосвязь;

- разработан нетрадиционней иатод определения теоретической температуры горения с учетом минерального балласта»

Результаты моделирования процессов скитания нраа-Ооро-динского, аэейского и акибастузского углей позволили сделать выводы о совпадении энергетического и экологического оптимума процесса скитания, т.е. об одновременности полного окисления углерода угля и всех его компонентов, включал .■япгоральпу» часть, при коэффициентах избытка воздуха Лппзгеп

к единице. ошзлнтельше условия являются одним из главных факторов, определявши: минеральный состав эолы.

Определены основные минералы топлива, влиялцш на образование газовой фазы и степень этого влияния.

Преобразование минерального вецества углей в топка сводится, в основном, к упрощение обцего минерального состава вплоть до оксидов ж достаточно однообразно для углей различных местороадэнкй.

ОсЕо-зваэ минерала »>. с^кофаза, образующиеся в процессе сяигания yr,.:.-;., отлачаюпзйся в количественных соотноданаях, характеризующей качзстеашшм однообразием. Эта тенденция усиливается с увеличением температуры.

С точки зрения минимизации образования газообразных загрязшшщх веществ, иоано определить главные рекомендации?

- наиболее опасными являются режимы с высокой (до 1600°С) температурой горения н недостатком окислителя, а тагекз неустановившиеся и нерегулируемые реаиш с нарушенным окислительно-восстановительным оптимумом;

- подобные режимы горения ведут не только к образованию особо ядовитых соединений, но и могут провоцировать их выброс в атмосферу.

- с увеличением температуры более 1200° происходит интенсивное окисление азота воздуха, подаваемого на сшгаше, на Зоне восстановления газов металлов и кремния „ а тагаш келеза в твердой фазе.

Прикладное значение работы определяется тем, что несмотря на хакуиуюся простоту получаемых решений акологи, специалиста по минералогии углей и зол,энергетики могут использовать данную модель в качестве аппарата исследований топлива, контроля образования загрязнявших веществ к разработки физико-химических методов очистки дамовых газов.

Основное содерхаше диссертации изложено в следущах работах:

1. 'Картамшев A.A., Бойко С.Ы. <й13ико-таческая модель превращения минеральной части угля при скитании // Тез. докл. II Всессвз. совоц. "Физико-химическое моделирование а геохимии а шгрологш на ЭВМ". - Иркутск, 1933.- ч.2. - С.

СО

í-2,

ü, К'.»Л., Iv.-orz: AJ":r. Кшш.а®йт:а

птгчлго'! // £33. zaiiv.* Веоеста. сакц.

Т-гг'ир ссшп гг'• 'лп о-г гият'гп2шяв. - ?Тпга?ш;-Госгша,

if - О»

3„ nrtercrlt З.Л.о Катгл'с.-лгл'г! Л.Л. Г:э*ол$рэкгтг/о »э^лйпз "сслз ;дагзй-гэда" // '¿'оз. зззя. II Pcoccrs, сопзп. п?;т>®й-хп.шэсгло гядолшсаапго u reosním п пззрояогш аз 021. - гтрхутск, - ЮТ. - т.2, - о. 126»

•i. Шф?с.\?.тай A.A., Шрадаа Я.О. !!ат?шт!хая сосгавята-Г.2П ПОЛ ÏC-Ц и ПС^ОГЗЗЭСГО ОО ШШКОЗаЕТЯ // Ï03. ЙВГЛ. РСЗСОПЗ» СОП2:Д. "ЙКЗШИКЖОО ПШМЬСОЗаЯЯЗ ."01 углзй ССОР п юрздпо:5 xosi^ctss1'. - Цдогсск, 1Г-ЗЭ. - о. юз.

б. Карягз&оэ A.A., Чулксяко К.В., Еичяшжай В.А. Полоза *fäzi%4* ¡tsr. способ гвроджсотоского спагпза яроцзе-сз с~.гтгг;;л углл // -Хоз. доая. II Всэсозз. сове,-. Теохсэя гохлоготза". - ?.';тск, - 1991. - 0. 116-119.

Отпечатано в ИЗК СО РАН яинзчЗРЗ тираж WO