Российские ученые нашли способ, как можно снизить количество вредных выбросов при сжигании отходов угольного производства. Для этого они использовали опилки. Исследование опубликовано в журнале Science of The Total Environment.
На территории Кузнецкого угольного бассейна в Кемеровской области накопились колоссальные объемы отходов обогащения угля. Отходы хранятся в виде влажного высокозольного фильтр-кека. Это вязкая и липкая масса, которая визуально выглядит как черная грязь, а по химическому составу близка к низкосортным каменным углям. Избавится от фильтр-кека трудно. Дело в том, что высокая влажность и зольность вещества сильно осложняет его сжигание в энергетических котлах, а слипание летом и смерзание зимой делают фактически невозможной транспортировку. Тем не менее избавляться от него нужно. Решить проблему можно, если разбавить фильтр-кек водой, а получившуюся водоугольную суспензию подать в топку энергетического котла с помощью насоса. Российские ученые предложили способ, как можно облегчить воспламенение такой смеси с помощью отходов деревообрабатывающего производства — опилок.
Исследователи изучили, как воспламеняется и горит водоугольная суспензия на основе фильтр-кека и опилок в диапазоне температур от 300 до 1000 ℃, то есть от начала выделения под термическим воздействием летучих углеродсодержащих веществ до предельных возможностей лабораторных муфельных электропечей. Ученые использовали две технологии сжигания. Первая моделировала процесс в топке энергетического котла — образец подавался в уже разогретую до 700–1000 ℃ печь. Во втором случае исследователи нагревали образец вместе с печью до 300–600 ℃. Это позволяло подробно рассмотреть механизм происходящих физико-химических процессов.
«По результатам экспериментов выяснилось, что по сравнению со сжиганием каменного угля, используемого в энергетике, при сжигании водоугольной суспензии фильтр-кека выбросы оксидов серы и азота с продуктами сгорания сокращаются более чем на 40%. По мере испарения влаги и выхода из топлива летучих веществ содержащиеся в нем сера и азот вступают в химические реакции с компонентами золы и таким образом “задерживаются” ею, а не выходят в виде газообразных оксидов», — рассказал руководитель исследования от УрФУ, профессор кафедры тепловых электрических станций Александр Рыжков.
Ученые также выяснили, что выбросы оксидов серы и азота сокращаются еще на 12–35%, если в водоугольную суспензию добавить опилки. Исследователи полагают, что это вызвано взаимодействием серы с щелочными металлами, которые содержатся в опилках. Снижение выбросов оксидов азота обусловлено восстановлением оксидов при взаимодействии с водородом, образующимся при пиролизе биомассы.
«В то же время результаты наших экспериментов наглядно продемонстрировали, что сжигание высушенных фильтр-кеков в отсутствие паров воды приводит к повышенным выбросам оксидов серы и азота. Их становится даже больше, чем при сжигании применяемых в энергетике углей», — рассказал другой автор исследования, преподаватель кафедры тепловых электрических станций УрФУ Александр Никитин. Ученые отмечают, что результаты их работы могут помочь усовершенствовать технологии утилизации отходов углеобогащения и снизить количество вредных выбросов.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
