Помощь в написании студенческих работ
Антистрессовый сервис

Разработка метода оценки морфологии углей для прогноза экологической безопасности их переработки

Диссертация: Разработка метода оценки морфологии углей для прогноза экологической безопасности их переработки
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Актуальность работы. Проблемы охраны окружающей среды становятся все более актуальными и находятся в поле постоянного внимания международного сообщества. В соответствии с принципами Конференции ООН по окружающей среде и развитию, состоявшейся в июне 1992 г. в Рио-де-Жанейро, разработана и Указом Президента России утверждена Концепция перехода Российской Федерации к устойчивому развитию… Читать ещё >

Разработка метода оценки морфологии углей для прогноза экологической безопасности их переработки (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Содержание

  • 1. Отходы переработки углей. Механизмы образования отходов и основные методы их снижения
    • 1. 1. Основные виды отходов в процессах энергетического и технологического использования углей
    • 1. 2. Способы снижения отходов при углепереработке
    • 1. 3. Современные экологически чистые технологии энергетического использования углей
    • 1. 4. Факторы определяющие образование отходов при энергетическом сжигании углей
  • 2. Объекты и метода исследования
    • 2. 1. Объекты исследования
    • 2. 2. Методы исследования
  • 3. Метод оценки морфологии углей. Влияние морфологии на вещественный состав углей, их физико-механические, сорбционные и реакционные свойства
    • 3. 1. Современные представления о генезисе веществ-углеобразователей и генетических типах углей
    • 3. 2. Микроструктура углей разных генотипов
    • 3. 3. Алгоритм параметризации изображений микроструктур углей
    • 3. 4. Вещественный состав углей разных генотипов
    • 3. 5. Влияние генотипа углей на их физико-механические свойства
    • 3. 6. Сорбционные свойства углей
    • 3. 7. Влияние предварительной термоподготовки на физико-механические и сорбционные свойства углей разных генотипов
  • 4. Влияние морфологии углей на качественные характеристики во- 84 доугольного топлива
    • 4. 1. Экспериментальные работы по получению ВУТ
    • 4. 2. Гранулометрический состав и стабильность ВУТ
    • 4. 3. Влияние генотипа углей на реакционную способность ВУТ при сжигании
    • 4. 4. Рекомендации по выбору угольного сырья для создания экологически безопасной технологии ВУТ
  • 5. Эколого-экономические показатели использования ВУТ
  • Заключение и
  • выводы
  • Список литературы
  • Приложение

Актуальность работы. Проблемы охраны окружающей среды становятся все более актуальными и находятся в поле постоянного внимания международного сообщества. В соответствии с принципами Конференции ООН по окружающей среде и развитию, состоявшейся в июне 1992 г. в Рио-де-Жанейро, разработана и Указом Президента России утверждена Концепция перехода Российской Федерации к устойчивому развитию. К наиболее важным направлениям научных исследований для обеспечения неотложных мер по оздоровлению окружающей среды относится разработка экологически безопасных и эффективных ресурсосберегающих технологий в переработке ископаемого минерального сырья. В переработке углей — это экологически чистое водоугольное топливо (ВУТ) для получения тепла и электроэнергии, технологическая переработка угольных суспензий, газификация, а также различные методы подготовки сырья (термоподготовка, избирательное дробление, брикетирование) для повышения экологической безопасности традиционных и новых способов переработки. Экономическая целесообразность и экологическая безопасность (количество и состав отходов) таких процессов определяются в значительной мере качественными характеристиками угольного сырья. К таким характеристикам относятся химико-технологические параметры углей и их морфология (пористость, трещиноватость, вещественная неоднородность, текстура и др.). Морфологические характеристики углей в отличие от химико-технологических не регламентированы классификационными параметрами и практически не используются на стадиях разведки и добычи углей для прогноза экологических показателей их переработки, в частности, энергетического сжигания углей. В связи с этим разработка метода оценки морфологии углей для повышения экологической безопасности их использования в энергетических целях является актуальной.

Цель работы состоит в оценке влияния морфологии угольного сырья на экологическую безопасность его использования как энергетического топлива.

Идея работы^заключается в развитии существующих представлений о генезисе и структуре органического вещества углей и включении их в общий комплекс оценки свойств углей как сырья для экологически чистых ресурсосберегающих технологий.

Научные положения, разработанные лично автором, и их новизна.

1. Для оценки экологической безопасности и рационального использования угольного сырья на стадиях разведки и добычи углей разработан метод оценки морфологииуглей на основе определения их генетического типа. Установлено1 влияние генотипа углей на их вещественный состав, физико-механические, сорбционные и реакционные свойства, которые в свою очередь определяют количество и состав, отходов энергетического сжигания углей. Разработан алгоритм параметризации изображений микроструктуры углей и обработки информации методом фликкер-шумовой спектроскопии.

2. Впервые установлено влияние генотипа углей на их гранулометрический' состав в водоугольном. топливе. Полученные закономерности позволили разработать метод оценки углей как сырья для получения водоугольных то-плив.

3. Установлено, что угли I и II генотипов предпочтительны для получения стабильных, высокореакционных водоугольных топлив. Топливо на основе этих углей характеризуется высокой реакционной способностью при сжигании, что обеспечивает увеличение степени полезного использования углерода и снижение количества угольной пыли и «термических» оксидов азота в продуктах сгорания.

4. Особенности морфологии-и структуры углей разных генотипов позволяют скорректировать режимы-предварительной термоподготовки углей для сохранения их энергетического потенциала и повышения экологической безопасности при сжигании.

Обоснованность и достоверность научных положений подтверждаются: представительностью проб исследованных углей разных месторожденийиспользованием для анализа стандартных и апробированных методиксходимостью, воспроизводимостью и положительной апробацией полученных результатов. Практическое значение.

1. Разработана «Методика определения дисперсности водоугольных топлив», позволяющая> контролировать* процесс получения топлив на всех’технологических стадиях.

2. Обоснован метод оценки морфологии углей на стадиях их разведки и разработки.

3. Разработаны рекомендации по термоподготовке углей разных генотипов для повышения экологической безопасности их энергетического сжигания.

Научное значение работы.

Научное значение работы заключается в интегрировании^ представлений о генезисе и структуре органического веществауглей в общий' комплекс оценки свойств углей как сырья для экологически чистых ресурсосберегающих, технологий. Полученные в работе результаты позволяют прогнозировать экологические риски при использовании углей как энергетического топлива для сокращения негативного экологического воздействия на окружающую среду и минимизации ресурсных и энергетических затрат. Реализация выводов и рекомендаций работы.

Полученные результаты позволили определить требования к качеству угольного сырья для реализации эффективной технологии производства и сжигания ВУТ на ОАО «Ковдорский ГОК». Мероприятия по термоподготовке углей позволяют уменьшить выбросы оксидов азота и серы, при сжигании углей и увеличить степень полезного использования углерода. Внедрение в технологический контроль получения ВУТ методики «оценки дисперсности позволило подобрать оптимальный режим подготовки, сырья и*условий приготовления суспензии композиционного топлива.

Апробация работы.

Результаты работы докладывались на российских и международных конференциях («Неделя горняка — 2005», «Pittsburg Coal Conference — 2006» USA, «Неделя горняка — 2007», «Coal Science and Technology — 2007» UK). Публикации.

По результатам диссертации опубликовано 7 научных работ, из них 3 в журналах, рекомендованных ВАК.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, двух приложений, списка литературы из 88 источников, содержит 17 таблиц и 23 рисунка.

Основные выводы и рекомендации, полученные лично автором:

1. Морфологические характеристики углей вносят существенный вклад в образование вредных отходов энергетического сжигания углей, таких как угольная пыль и окислы азота. Установлена возможность оценки морфологии углей на основе определения их генетического типа в соответствии с генетической классификацией и обработки информации методом фликкер-шумовой спектроскопии. Установлено, что генетический тип углей (параметр генетической классификации гумусовых углей) является необходимым критерием, определяющим, наряду со стадией метаморфизма и химико-технологическими характеристиками, качественные свойства углей в процессах переработки.

2. Особенности морфологии и структуры углей разных генотипов определяют их поведение в процессах получения водо-угольных топлив и качественные показатели топлив при сжигании. Морфологическая неоднородность гели-ното-теллинитовых углей и их высокая микрохрупкость определяют оптимальный гранулометрический состав и высокую стабильность угольных суспензий, получаемых путем последовательного диспергирования.

3. На основе экспериментальных работ по предварительной термической подготовке углей скорректированы температурные режимы подготовки газовых углей разных генотипов. Установлено, что для углей I и II генотипов могут быть реализованы как схемы быстрого нагрева (например, вихревые камеры), так и установки продолжительной термоподготовки. Большая негативная зависимость технологических свойств (теплоты сгорания, спекае-мости) углей III и IV генотипов от температуры и времени термоподготовки предусматривает использование схем быстрого нагрева. Полученные результаты позволили определить требования к качеству угольного сырья для реализации эффективной технологии производства и сжигания ВУТ на ОАО «Ковдорский ГОК».

4. Термическая подготовка углей приводит к повышению их прочностных свойств и частичному активированию поверхности угольных частиц. Мероприятия по термоподготовке углей позволяют уменьшить выбросы окислов азота и угольной пыли при сжигании и увеличить степень полезного использования углерода (количество летучих продуктов в зольных остатках уменьшилось на 5−8%).

5. Снижение количества твердых и газообразных отходов при частичной замене пылевидного угля на водоугольное топливо (80%) при эксплуатации котла ТПЕ-214 (ТЭЦ-5 г. Новосибирска) позволяет снизить сумму платежей за выбросы угольной пыли и окислы азота на 350 000 руб. за 1 год эксплуатации котла.

6. Разработана методика оценки дисперсности углей в процессах получения ВУТ. Метод позволяет оперативно, в полуавтоматическом режиме, определять гранулометрический состав композиционных топлив и их стабильность. Внедрение в технологический контроль получения ВУТ методики оценки дисперсности позволило оценить перспективную ресурсную базу ОАО «Ковдорский ГОК» и подобрать оптимальный режим подготовки сырья и условий приготовления суспензии композиционного топлива.

Заключение

и выводы.

Таким образом, в работе решена актуальная научно-практическая задача повышения безопасности энергетического сжигания углей за счет оценки их морфологии на стадии разведки и добычи минерального сырья и применения на ее основе мероприятий по сокращению негативного экологического воздействия на окружающую среду.

Показать весь текст

Список литературы

  1. В.Г., Щелоков Я. М., Ладыгичев М. Г. Топливо. Рациональное сжигание, управление и технологическое использование. М.: Теплотехник, 2004. т. 1, 604 с:
  2. С., Новоселова Т., Кашанский С. И. и др. Содержание высокотоксичных компонентов в составе организованных выбросов ряда ТЭЦ и ГРЭС Свердловской области// Энергетика региона. 1998. № 10. с.24−25.
  3. A.A., Ташкинова Г. В., Чебаненко Б. Б. и др. Экологические проблемы энергетики. Новосибирск: Наука. Сиб. Отд-ние, 1989. 322 с.
  4. Г. Я. Экологические проблемы теплоэнергетики: моделирование процессов образования и преобразования вредных веществ. М.: Изд-во МГУ, 1998.211с.
  5. Защита атмосферы от промышленных загрязнений: Справ, изд. в 2-х т/Под ред. Калверта С. и Инглунда Г. М. М.: Металлургия, 1988. 202 с.
  6. Г. А. Новое время угольной энергетики. М.: ЦНИЭИуголь, 2000. 121 с.
  7. В.Л. Иноземцев. Кризис Киотских соглашений и проблема глобального потепления климата/ТПрирода. 2002. № 1, с. 17−23.
  8. Ю., Маас У., Диббл Р. Горение. Физические и химические аспекты, моделирование, эксперименты, образование загрязняющих ве-ществ./Пер. с англ. Г. Л. Агафонова. Под ред. П. А. Власова. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003.352 с.
  9. Л.И., Яновский Л. П. Экологические требования и эффективность улавливания на ТЭС// Теплоэнергетика. 1983. № 9. с. 19−22.
  10. В.Р. Технология одновременного снижения выбросов NOx и Sox на пылеугольных котлах ТЭС США// Теплотехника. 2002. № 2.с. 76−78.
  11. В.Г., Щелоков Я. М., Ладыгичев М. Г. Топливо. Рациональное сжигание, управление и технологическое использование, 2004. М.: Теплотехник, т. 2. 832 с.
  12. И.Я. Защита воздушного бассейна при сжигании топлива. М.: Недра, 1988.312 с.
  13. А.И.Родионов-. В. Н. Клушин, Н.С. Торочешников- Техника, защиты окружающей среды. М.: Химия, 1989.512 с.
  14. В.Н., Никитин Е. Е. Кинетика и механизм газофазных реакций. М.:Наука, 1974. 558 с.
  15. Мозжухина Е. В: Физическая химия быстрых реакций. М.: Мир, 1976. 392 с.
  16. F.O., Саранчук В. И., Чуищев В. М., Ошовский В. В. Системный ана-/ лиз коксохимического производства//Доп НТУ. Донецк: Вос точный издательский дом, 2002. 296 с.
  17. Н.С. Основы теории коксования- М-:Металлургия, 1976. 312 с.
  18. А.Н., Розентиль Д. А., Русьянова Н. Д., и др. Справочник по химии и технологии твердых горючих ископаемых// СПб «Синтез», 1996. 362 с.
  19. .И., Патрушев А. Н. О-повышении технико-экономической эффективности производства кокса из термически подготовленной ших-ты//Кокс и химия. 1988: № 7. с. 44−46.
  20. Ю.С., Долгарев Г. В., Гордиенко А. И., и др. Расширение сырьевой базы и интенсификация процесса коксования благодаря термической подготовке шихты// Кокс и химия: 2003. № 11. с. 11−13.
  21. В.Г., Дюканов А. Г., Лазовский И. М. и др. Возможные направления развития технологии и техники подготовки углей к коксованию// Уголь. 1976. № 2. с. 43−46.
  22. А.Д., Козак А. Я., Руденко Л. И., Романов В. В. Исследование физико-механических свойств термически подготовленных шихт//Кокс и химия. 1978. № 1. с. 6−8.
  23. О.С., Сухоруков В. И., Беляев Е. Б. и др. Изменение механической прочности углей, подвергнутых термической подготовке// Кокс и химия. 1976. № 7. с. 6−8:
  24. П.В., Трубицын A.A., Ворошилов С. П. Самоподобие разрушения углей и эволюция нагружаемых твердых тел// Уголь. 2006. № 5. с.55−58.
  25. Ю.С., Кузнеченко В. М., Браун Н. В. и др. Технология производства кокса из трамбованных шихт// Кокс и химия. 1990. № 6. с. 24−26.
  26. Л.П. Термическая подготовка угольной шихты как способ расширения сырьевой базы коксования и улучшения качества кокса// Кокс и химия. 1990. № 6. С.-22−24.
  27. Скляр М. Г. Высокоскоростное слоевое коксование термически подготовленных углей и шихт// Кокс и химия. № 4.с.10−12.
  28. В.В., Синцерова Л. Г., Колосов A.B. О влиянии термической подготовки углей перед коксованием на выход кокса// Кокс и химия. 1977. № 3. с. 12−14.
  29. В.И., Филоненко Ю. Я. Новые процессы.подготовки и коксования углей//Справочник по химии и технологии твердых горючих ископаемых/ Под ред. А. Н. Чистякова. СПб.: Издат. Комп. «Синтез», 1996. С. 295 315.
  30. В.Е., Трубецкой К. Н., Мурко В. И. и др. Производство и использование водоугольных топлив. М.:Академия горных наук, 2001. 172 с.
  31. A.C., Савинкина М. А., Анищенко Л. Я. Воздействие ТЭС на окружающую среду и способы снижения наносимого ущерба. Новосибирск: Изд-во Института химии твердого тела, 1990. 184 с.
  32. С.И. Пути развития малой гидроэнергетики России. // Гидротехническое строительство. 1997. № 9. с. 13−21.
  33. Энергетическая стратегия России (основные положения). // Энергетическое строительство. 1995. № 1. с. 2 20.
  34. Г. А. Новое время угольной энергетики М.: ЦНИЭИуголь, 2000. 98 с.
  35. Ю.Н. Энергетика России и перспективы развития ТЭК в XXI ве-ке//Электронный журнал «Исследовано в России». 2002. № 11, с.119−134 (http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2002/01 l.pdf.).
  36. A.A. Крайние стратегии долгосрочного развития энергетики. // Экономика и математические методы. № 1. 1987. с. 9−13.
  37. Ю.В., Дубовик B.C. Опыт внедрения горелочных устройств типа СНГ на основе струйно-нишевой технологии сжигания топлива// Новости теплоснабжения, М., № 11, 2003, С. 20−21.
  38. М.З., Овсиенко И. П., Дворцин Г. Р., Жученко A.M., Кулешов Ю. А. Оптимизация топочного процесса путь к повышению эффективности, экологической безопасности и надежности работы котлов//Новости теплоснабжения. 2002. № 12. с. 25−28.
  39. М.З. Некоторые аспекты повышения экономичности и экологической безопасности горелочных устройств//Энергетика, экономика, технологии, экология. 2000. № 4. с. 65−68.
  40. И.И. Определение экономии топлива и теплоты при реализации энергосберегающих мероприятий в котельных// Новости теплоснабжения. 2002 № 12. с. 50−52.
  41. С.М., Каленин Э. В., Исьемин Р. Л., и др. Рациональный выбор топлива для муниципальной котельной или при каких условиях уголь может стать альтернативой природному газу// Новости теплоснабжения. 2006. № 3. с. 65−67.
  42. Ю.В., Пуценко C.B. Искусственное жидкое топливо из угля и эффективность его использования// Новости теплоснабжения. 2006. № 4. с. 65−68.
  43. B.C., Солдатов A.B. Региональные требования к разработке топочных устройств котельных малых и средних мощностей для местного угля Тихонского месторождения Республики Саха (Якутия)// Новости теплоснабжения. 2006. № 5. с. 72−77.
  44. А.Н., Казанцев Е. И., Гинкул С. И. Исследование окислительных свойств продуктов сгорания различных видов топлива. // Известия вузов. Черная металлургия. 1987.№ 5.с.53−54.
  45. Патент № 2 080 354 РФ. М. кл1 C10L 1/32. Способ приготовления водо-угольных суспензий для транспортирования по трубопроводу/Трубецкой К.Н., Чантурия В. А., Трофимова Э. А. и др.- № 93 038 969/04- Заявлено 06.08.93- Опубл. 27.05.97, Бюл. № 15.
  46. Г. Н. Сжигание водоугольных суспензий метод использования обводненных топлив: Дис. д-ра техн. наук.-М.: ИГИ, 1970. 432 с.
  47. JI.A., Канторович Б. В. Использование обводненных твердых топ-лив в виде ВУС//Теория и технология процессов переработки топлив. М.: Недра, 1996. с. 124−151.
  48. А.Г., Делягин JI.A. Промышленное сжигание водоугольных суспензий// Обогащение и брикетирование углей.1968.- № 2. с.8−13.
  49. JI.A. Вопросы теории горения водоугольных суспензии в потоке воздуха// в сб. Сжигание высокообводненного топлива в виде водоугольных суспензий. М.: Наука, 1967. с. 45−55.
  50. О., Мертен Г. Непосредственное сжигание водоугольных суспензий на электростанциях// Глюкауф. 1967. № 5. с. 27−35.
  51. Trubetskoy K.N., Nekhoroshy J.Kh. Power Engineering and the tech-nology of Coal Suspensions://International conf. Energy 93, Moscow, 1993.
  52. K.H., Нехороший И. Х. Развитие работ по использованию высококонцентрированной водоугольной суспензии в энергетике России// Теплоэнергетика. 1994. № 11. с. 26−29.
  53. Delyagin G.N., Demidov Y.V., Kostovetsky S.P. and Nekhoroshy J.K. Highly concentrated water-coal suspensions — a new form of ecologicaly clean fuell// Symposium on New Coal Utilization Technologies. Helsinki (Finland). 1993.— 10−13 May.
  54. В.И. Научные основы процессов получения и эффективного применения водоугольных суспензий: Автореф. дис. на соиск. уч. степени д-ра техн. наук. М.: ИГИ. 1999. 48 с.
  55. И.Д., Кафтан Ю. С., Должанская Ю. Б. Новые направления использования угля// Кокс и химия. 1999. № 1. с. 4−16.
  56. Бибик Е. Е Реология дисперсных систем. JL: Изд. Ленинградского университета, 1981. 172 с.
  57. Т.П., Ильин В. К., Пименова E.H. Гранулометрический состав угля и подвижность водоугольных суспензий// Химия твёрдого топлива. 1986. № 6. с.105−108.
  58. В.Л., Филиппеко Т. А., Зубкова Ю. И. Зависимость структурно-реологических свойств водоугольных суспензий от природы углей и их дисперсности// Химия твёрдого топлива. 1988. № 5. с.139−143.
  59. Урьев Н. Б Физико-химические основы технологии дисперсных систем и материалов. М.: Химия, 1988. 256 с.
  60. Н.И., Ходаков Г. С. Физико-химическая трактовка peo-логических свойств концентрированных суспензий// Технология приготовления и физико-химические свойства водоугольной суспензии: Тр. НПО «Гидротрубопровод». М., 1991. с.62−77.
  61. Э.П., Берковский Б.М Пограничный слой ньютоновских жидкостей. Минск: Наука и техника, 1966. 238 с.
  62. Atlas H., Casassa E.Z., Parfitt G.D., Roa A. S and Toor E. W //In Proc. 10-th Annual Powder and Bulk Solids conf., Chicago, May, 1975.
  63. Г. С. Дисперсионный анализ высокодисперсных мате-риаллов, подлежащих гидротранспортированию//Исследование технологии и оборудования терминальных комплексов магистрального гидротранспорта: Тр. ин-та/ВНИИПИгидротрубопровод. М., 1985. с. 96−99.
  64. И.В., Арцер A.C., Броновец Т. М. Петрология и химико-технологические параметры углей Кузбасса. Кемерово: Притомское, 2001. 400 с.
  65. И.В., Броновец Т. М. Марочный состав углей и их рациональное использование. М.: Недра, 1994. 254 с.
  66. , В.Б., Еремин И. В., Гагарин С. Г. Петрография углей и их эффективное использование. М.: Недра, 2000. 336 с.
  67. В.И., Матвеева И. И., Полферов К. Я. О влиянии петрографического состава на размолоспособность углей//Химия тв. топлива. 1970.№ 4. с. 28−33.
  68. , В.Б., Еремин И. В., Гагарин С. Г. Условия образования и характерные признаки динамически активных углей. М.: Недра ком-мюникейшенс ЛТД, 1999. 496 с.
  69. Н.Э., Волкова И. Б., Гаврилова О. И. и др. Петрография углей СССР. Л.: Недра, 1982. 191 с.
  70. Schapiro N., Gray R.J. The use of coal petrography in coal making// J Fuel. 1964. V.37.№ 281.P. 234−342.
  71. Петрология палеозойских углей СССР. М.: Недра, 1975. 213 с.
  72. Геолого-углехимическая карта Донецкого бассейна. Вып.VIII. М.: Углетех-издат, 1954. 428 с.
  73. И.В., Броновец Т. М., Супруненко О. И. и др.// Химия тв. топлива. 1983. № 4. с.3−15.
  74. Аммосов И.И.//Изв. АН СССР.ОТН.1944.№Ю-11. с. 784.
  75. О.И. // В кн. «Физические и химические свойства ископаемых углей». М-Л.: Изд АН СССР, Вып. Х1У, 1962. с. 173−250.
  76. В.А., Мясникова Л. П. Надмолекулярная структура полимеров. Л.: Химия, 1977. 212с.
  77. Л.И., Яблоков B.C. Генетические типы углей среднего карбона юго-западной части Донбасса// Изв. АН СССР. Сер. геол. 1951. № 6. с. 110 119
  78. П.П. Эволюция угленосной формации в истории Земли. М.: Наука. 2006. 206 с.
  79. К.И., Кухаренко Т. А. Определениё конституционных групп в углях ¦ и составных частях сорбционным способом// Заводская лаборатория. 1968. № 1. с. 25−28.
  80. С.Ф. Фликкер-шумовая спектроскопия. Информация о хаотических сигналах. М.:ФИЗМАТЛИТ. 2007. 248 с.
  81. С.А., Супруненко О. И., Барабанова О. В. Вещественный состав и реакционная способность витринитов каменных углей разной степени вос-становленности//Химия твердого топлива. 2005. № 1. с.22−35.
Заполнить форму текущей работой

Сессия? Спокойно!