> Техника, страница 96 > Золы и топливные шлаки
Золы и топливные шлаки
Золы и топливные шлаки, остатки от сжигания минеральных топлив или мусора в котельных установках и в различного рода топках. Эти остатки в зависимости от химич. состава минеральной части топлива и достигнутой г° при сжигании получаются или в виде рыхлого порошка, или в виде частично оплавленных кусков, или же в виде расплавленной массы пузыристого строения. В процессе сжигания топлива сначала происходит удаление влаги в нем, затем его газификация и выгорание органич. части, или собственно сжигание топлива. В тоже время по мере повышения t° в минеральной части топлива идут реакции разложения карбонатов (СаС03, MgC03) и других соединений, затем в зависимости от наличия других компонентов и их количества и при существовании определенных термин, условий совершаются реакции образования новых соединений, а именно: моно- и даже бисиликатов, алюминатов и др. Указанные новообразования, а также не вошедшие в новые соединения компоненты в зависимости от наличия плавней, об разуя легкоплавкие смеси, или эвтектики, дают или полное расплавление, или спекание и начало размягчения, или же совершенно неспекшуюся рыхлую массу; все эти виды образований вследствие неравномерного распределения г° в разных местах топки могут получаться одновременно. Помимо того в случае нарушения в процессе сжигания к золе и шлакам подмешивается несгоревшее топливо. Так протекает процесс при сжигании на колосниковых решетках; в случае сжигания топлива в пылевидном виде происходит быстрое и полное сгорание частиц топлива и достигается более высокая t°, что и обусловливает больший процент спекания и оплавления минеральных топливных остатков. При сжигании топлива на колосниковых решетках уносится (унос) с приходящими газами незначительная часть рыхлой золы в виде тонкой пыли, при сжигании же в пылевидном виде уносится не менее 50% ее.
По химич. составу и строению 3. и т. ш. должны быть отнесены к соединениям силикатов. Химич. их состав приводится в таблице.
Главными составными частями в золах и шлаках являются Si02, А1203, СаО и Fe203, в силу чего к ним можно применить все результаты и выводы изучения диаграммы трех и четырех веществ на основе методов физико-химич. анализа. 3. и т. ш. в зависимости от своего химич. состава и полученных при сжигании топлива соединений обладают различной г° и разделяются (по Киршу) на огнеупорные (с г° выше 1 200°) и легкоплавкие (с г° ниже 1 200°). О плавкости золы см. Спр. ТЭ, т. III, стр. 357. Объемный вес каменноугольного шлака в зависимости от его пористости колеблется в пределах 800—650 килограмм/мг и торфяного 800—1г000 килограмм/м3.
По химич. составу золы представляют собой силикаты и, обладая тем или другим процентом активной, способной к растворению кремне-кислоты, являются искусственными пуццоланич. веществами (по ОСТ внесены в число кислых, искусственных и гидравлич. добавок). Степень гидравличности зол зависит также от происхождения и рода топлива. На гидравлич. свойства зол влияет еще способ золоудаления из топок (сухой или мокрый), а также степень и скорость их охлаждения. Зола горючих сланцев при условии определенного химич. состава и соответствующего количества извести, СаО, а также достигнутых t° (не выше 1 100°) является гидравлич. вяжущим веществом, способным самостоятельно схватываться и твердеть. Таковы золы горючих сланцев Веймарнского месторождения, содержащие 38—39% СаО, а также некоторых сланцев Кашпирского месторождения. Получаемое из них гидравлич. вяжущее вещество по своим свойствам очень близко к роман-цементу. Присутствие серного ангидрида, S03, в них должен быть учитываемо во всех случаях применения как гидравлич. добавок или вяжущих веществ (сланцевый цемент).
Золы благодаря своим гидравлич. свойствам применимы или в качестве гидравлич. добавок при изготовлении известково-зольных цементов [см. Цемент, Вяжущие вещества (Доп. том)] или же в качестве самостоятельного гидравлич. вяжущего вещества. Шлаки топливные благодаря своей пористости и невысокому объёмному весу (650—1 000 килограмм/м3) применяются в качестве легкого (теплого) заполнителя при изготовлении легких бетонов и изделий из них, например искусственные безобжиговые теплобетонные камни (смотрите Строительные материалы). Шлаки из газогене-
раторов оказались пригодными для обесфеноли-вания сточных вод. За последние годы выявлено значение золы как катализатора благодаря наличию щелочей и солей, особенно железа.
Лит.: Суровцев В., Золы и шлаки как сырье для стройматериалов, М.—Л., 1933; Высоцкий П., Сланцевая зола и применение ее в строительстве, Самара, 1933; Лагунов Г., Шлаки и золы как сырье для производства стройматериалов, «Научные основы индустриализации строительства», 1932, 2—3; «Строительные материалы», М.; «Горючие сланцы», М.; «Топ-industrie-Zeitung», В. В. Тарарин.
Зола. Исследование золы сводится к определению химич. состава, t°, реже — ее химич. активности. В СССР определяют (в %) Si02; А1203; Fe203; Ti02; MnO; CaO; MgO; S03; P205; Na20 + + K20 и иногда редкие элементы. Об определении золы см. Каменный уголь, т. IX,Методика исследования каменных углей. Распределение золы констатируется рентгеновскими снимками. На базе химич. состава предложены ф-лы для подсчета коэф-та огнеупорности золы Простом (1897 г.), Донатом (1924 год) и др. Ф-ла Проста оказалась непригодной для золы с высоким % железа. Все ф-лы дают только примерное представление о степени плавкости золы, определяемой исключительно экспериментальным путем при действии высоких t° на пирамидки из золы в особых печах или микропироме-трическим методом нагрева небольших количеств золы на платиновой пластинке. Нонетам (1913 год) применял криптоловую печь. Bureau of Mines (в Америке) исследовало влияния степени измельчения золы, размеров сформированных пирамидок, склеивающего материала (декстрина), скорости нагрева и особенно газовой среды, играющей очень важную роль, и выработало американский стандартный метод исследования золы, применяемый и у нас. В общих чертах исследование ведется след, образом. Изготовленная в лаборатории зола формуется, с раствором декстрина в пирамидки
(20 миллиметров высоты, 7 миллиметров основание), помещается на огнеупорной пластине после подсушивания и прокаливания при 600° в печь; ВТИ пользуется как газовой, так и криптоловой печью; подогрев ведется в полувосстано-вительной среде с постепенным подъемом t° (примерно 5° в мин.); наблюдение ведется через боковую трубку с помощью· оптическ. пирометра типа Курльбаума и Хольборна или измерением термопарой платина — платина-родий. Точность измерений — до 10°; при этом отмечается: 1) t° начала деформации (закругления острой вершины и наклоны ее), 2) t° размягчения (при которой пирамидка сплавляется в шарик или верхушка наклоняется, опускаясь до подставки),
3) t° жидкоплавкого состояния, когда вся масса растекается по подставке. Характерны как эти г°, так и интервалы между ними. При таком способе не получается полной картины изменения золы. Хю-блей еще в 1914 году предложил аппарат «фюзиометр», дающий графич. изображение процесса плавления золы. В последнее время в Германии применяется прибор Бунте-Баума-Риринга, построенный на этом же принципе. Испытуемый стержень из золы при подогреве передает с помощью сложного механизма гамму изменений пишущему прибору, при этом вычерчивается кривая, харак-теризующая поведение золы вплоть до достижения жидкоплавкого состояния. Одни золы дают сначала медленно, затем быстро загибающуюся вниз кривую при г° ок. 1 200° (г° откладывается по оси абсцисс), другие показывают плавное понижение кривой и лишь ок. 1 500° быстрый наклон и т. д. Метод дает сходимость до 5° и ценные указания, но для практич. целей он.слишком сложен. Микропирометрич. способ по Дольху и Пехмюллеру дает результаты в несколько мин. Пробу золы помещают на расширенный спай термопары платина—платина-родий в небольшой печи из огнеупорного материала и подогревают лучистой теплотой вольтовой дуги, установленной над спаем. Усиление или ослабление нагрева достигается перемещением вольтовой дуги вверх или вниз, наблюдение осуществляется с помощью лупы (этим прибором сделано между прочим интересное наблюдение улетучивания части золы подмосковного угля при t° ок. 900°). Проверка метода показала что он принципиально верен, но в приборе получаются неточные определения.
Вопросы влияния золы топлив при высоких t° на огнеупорные материалы и методы лабораторного испытания на химическую активность были освещены в работах ВТИ. Были испытаны методы плавкостей смесей золы и огнеупорных материалов и взаимного поверхностного воздействия. Принцип метода ВТИ заключается в определении степени
Состав золы и топливных шлаков (в %).
| Наименование зол и шлаков | S1O2 | AI2O3 | ГегОз | СаО | MgO | SO3 | Р2О5 | Щело чи |
| Донецкого антрацита | ||||||||
| Боково-хрустальск. | 22,28 | 17,36 | 34,86 | 8,45 | 2,51 | 6,78 | — | 1,02 |
| » » | 52,12 | 32,12 | 9,38 | 0,87 | 1,09 | 0,25 | — | 0,88 |
| Шахтинского. | 48,31 | 26,61 | 17,84 | 2,62 | 1,30 | 0,65 | — | 2,03 |
| Уральского к а м. угля | ||||||||
| Кизеловско-губахин. | 38,28 | 30,50 | 25,33 | 1,40 | 0,43 | 1,39 | _ | 0,47 |
| » » | 31,70 | 17,03 | 20,67 | 12,40 | 3,63 | 11,81 | — | 2,42 |
| Подмоск. кам. угля | ||||||||
| Товарковского. | 36,40 | 41,53 | 8,37 | 2,27 | 0,54 | 0,58 | — | Следы |
| ». | 35,44 | 32,44 | 19,78 | 4,75 | 0,50 | 6,48 | 0,21 | — |
| Бобриковского. | 37,10 | 40,83 | 16,22 | 1,85 | 0,69 | 3,15 | 0,22 | — |
| ». | 45,01 | 44,58 | 6,72 | 1,56 | 0,70 | 1,18 | 0,20 | — |
| Щекинского. | 49,45 | 38,00 | 10,68 | 0,75 | — | 0,79 | 0,24 | — |
| Торфа | ||||||||
| Шатурского. | 54,76 | 27,77 | 11,99 | 5,25 | 0,59 | 0,72 | — | - |
| Горючих сланцев | ||||||||
| Веймарнского. | 34,29 | 11,50 | 9,10 | 36,17 | 1,17 | 3,06 | — | _ |
| Кашпирского. | 40,80 | 8,85 | 11,64 | 24,84 | 0,20 | 0,69 | — | — |
| Мусоросожигат. Моек. ст. | ||||||||
| Летних. | 73,90 | 3,74 | 6,46 | 7,79 | 1,23 | 0.11 | _ | 3,32 |
| Зимних. | 65,00 | 10,92 | 6,69 | 9,17 | 1,50 1 | 0,68 | — | 4,54 |
|
Потери при прокаливании золы горючих сланцев: Веймарнского—3,2%, Кашпир- | ||||||||
|
ского--3,3%; 3. и т.ш. мусоросожигательн. станции: летних—0,54%, зимних— |
0,50%. | |||||||
коррозии в зоне, соприкасающейся с золами и шлаками. В кирпиче высверливалось углубление с определенным объёмом, к-рое заполнялось известным количеством золы или шлака; после нагрева поворачивали кирпич вниз и повторно нагревали до расплавления золы, которую затем удаляли, измеряя по охлаждении изменение объёма. Кривые изменений объёма в зависимости от t° характеризуют степень стойкости материала. Такие кривые получены были для шлака и золы антрацитового штыба, торфа и уноса при воздействии их на кирпичи 8 марок. Характер кривых для золы антрацита отличается от таковых для золы торфа и уноса. Они значительно выше, причем разница в t° размягчения доходит иногда до 300°. В общем шамотные кирпичи не показали значительной разницы между марками при воздействии золы торфа, резко реагируя лишь на t° выше 1 300°. Ошима и Фу куда наблюдали различное влияние золы для нек-рых видов топлива: удаление ее из коксов усиливало реакционную способность, из древесного угля, наоборот, уменьшало ее. Долгое время золу считали только балластом, затрудняющим технич. использование топлива и понижающим экономич. эффект. Несомненно, что зола иногда вызывает зашлаковывание топок, облипание металлич. частей, разрушение кладки. Зола кокса обусловливает увеличенный расход материалов, уменьшение производительности доменных печей. Перевозка, удаление золы, тепловые потери от нее дают сотни млн. руб. убытков для народного х-ва. Иногда зола является даже угрозой окружающему. Напр. крупная электроцентраль с суточным потреблением 120 вагонов угля при 20% золы (при пылевидном сжигании, когда получается до 70% летучей золы) покроет за год пространство 0 в 2 км зольным покровом в 5 см. Мерами борьбы является снижение зольности топлива путем обогащения. Для борьбы с вредным влиянием золы в топках и газогенераторах применяется охлаждение колосников, подбор типа генераторов со спуском расплавленной золы, правильный подбор топки и т. д.
Зола находит себе применение, во-первых, как добавка при изготовлении цементов, во-вторых, после извлечения горючих частей для изготовления плит, пустотелых кирпичей.
Удаление из золы и шлаков остатков топлива достигается сухим или мокрым путем или комбинированием их, также электромагнетическими способами. Распространены сепараторы, например типа «Колумбус», с применением тяжелых жидкостей или воды со взмученной глиной. По герм, данным в каменноугольной золе промышленных топок находится до 30, а на паровозных и до 45% несгоревших частиц. Лабораторным путем выявлена в Мосхимэнергострое возможность использования золы бобриковских углей для комплексной переработки ее.
Лит.: Орлов Н., «Химия твердого топлива», 1933: Нефедьева О., Уваров В., «ИТИ», М., 1927, 10/33; П а ц у к о в Н., там же, 1928, 5/38; Нефедьева О., Пацуков Н., там же, 1929, 5148; Крым В., Методика отбора средних проб очаговых остатков, «ГЖ», 1920, 10; Godfrey W. Н i m u s, Fuel Testing, L., 1932; D о 1 c h M., Die Untersuchung d. Brennstoffe u. ihre rechnerische Auswertung, Halle a/S., 1932; D o-nath E., Die Verfeuerung d. Mineralkohlen u. die Auf-bereitung d. Feuerungsriickstande, Dresden, 1924; В un-t e K., Baum K., «Das Gas- u. Wasserfach», Mch., 1928; В u n t e K., Baum K., ibid., 1928, 5, -6; «Arch, f. Warmewirtschaft», B., 1928, p. 370; S i m e k B., Cou-f a 1 i k F., B e r a n e k Z., «Feuerungstechnik», Lpz., 1934, 1; S i η n a t F., «Ass. Intern. Mater. Congress», Zurich, 1932, p. 358; Dawe A., «Fuel», 1932, 8; N i-«holls P., S e 1 v i g W., «Fuel», 1933, 5, 6, 7, 8, 9, JO (большая работа по плавкости золы); «Hot Gas», 1932,
p. 171; Kosaga J., Toda H., «J. Ch. I. Jap. Supp.», 1934, у. 37; О s h i m a J., F u k u d a J., «Proc. 3 Intern. Conf. Bitum Coal», Pittsburg, 1931; В a h r, «St. u. E.», 1924, H. 39; В a h r, «Brennstoff Chemie», 1924, p. 365, 384; В a h r, «Gas- u. Wasserfach», Mch., 1926, p. 909, 943; Cobb Sutcliff a. Branson Bent, «Gas Journal», L., 1927, p. 896, 901, 905; Braunholtz Nave Brisco 1, ibid., 1929, p. 896, 901, 905; Jonnes King S i η n a t, «Fuel Res. Board Techn. Pap.», 1930, 25; Das Ascheproblem, «Arch. f. Warmewirtschaft», B., 1931, 3, p. 6870; Ter Meulen, «RecueiJ des travaux chi-miques des Pays-Bas et de la Belgique», Leyde, 1929, p. 939, 1931, p. 49; King J. a. Cross ley H., Methods for the Quantatiye Analysis of Coal Ash, «Fuel Research Phys. Chem. Survey», L., 1933, 28; Field-n e r A., Hall A., F e i 1 d A., «Bui. Bureau of Mines», Wsh., 1918. А. Шахно.