ах ночь пьяна напругой мыслей

в эксперименты сложить
забыть

потом насрать на всех
к утру

и через триста лет понять
что ты в науке
кенгуру

============= ===========

Дополнительные материалы по ТЭЦ-1  Алма-Аты 
12 мая 2020 –
Только отослал  для Квашнина Александра.

ПО ПРОБЛЕМАМ ВЕТРОВОГО ПЕРЕНОСА В АЛМА-АТЕ

Из планов экологических работ ТЭЦ-2 на 2020 год

4. Моделирования движения воздушной среды г. Алматы и поступления загрязняющих веществ от Алматинских ТЭЦ

В связи с социальной напряженностью среди населения г. Алматы из-за загрязненности воздушного бассейна последнее время участились случаи обвинения энергоисточников как единственных загрязнителей воздушного бассейна города Алматы. В связи с этим требуется провести работы по моделированию движения выбросов из дымовых труб ТЭЦ и площади рассеивания загрязняющих веществ с учетом розы ветров района размещения станций

Очень много зависит от свойств золы. К сожалению, сейчас  у нас нет золы с ТЭЦ-2 Алматы. Поэтому мы частично опишем свойства золы ТЭЦ-5 Новосибирск, которые могут быть общими для обеих ТЭЦ. Частично мы получили золу из присланных образцов, но конечно в малых лабораторных котлах, при относительно малых температурах, других кислородных балансах. Но и такие эксперименты позволили получить первичную нужную информации.

Первое – возможность использовать СаО в составе золы для  создания устойчивых образцов золы. Которые не будут подвергаться   ветровому раздуву, противостоят внешней влаги (не дают, например, растворяться микроэлементам из золы во внешнюю среду).
 
   
Фото.   Как делать высокощелочные таблетки из золы бурых углей
(для гуртов помета, для растворов против вирусов - обработка поверхностей)

Второй важнейший параметр для оптимизации создания оболочки – это определение коэффициентов растекания ЖС с добавками на пылеугольных частицах микронного размера (от 0.1 и до 150 мкм). Если проводить нанесение оболочки в молотковых мельницах, то ЖС вводится в молотильный объем в виде аэрозолей, который коагуляционно захватывается на поверхностях угольных частиц как в процессе дробления, так и позже. И дальше нам надо получить минимальный угол растекания, чтобы пленочка могла образовать максимально однородную оболочку вокруг угольной частицы. Которая и будет сдерживать выход летучих и влаги при прогреве частицы в факеле форсунки, тем самым изменяя качественно скорость воспламенения и процесса горения частицы в котле ТЭЦ.
Второй важнейший параметр для оптимизации создания оболочки – это определение коэффициентов растекания ЖС с добавками на пылеугольных частицах микронного размера (от 0.1 и до 150 мкм). Если проводить нанесение оболочки в молотковых мельницах, то ЖС вводится в молотильный объем в виде аэрозолей, который коагуляционно захватывается на поверхностях угольных частиц как в процессе дробления, так и позже. И дальше нам надо получить минимальный угол растекания, чтобы пленочка могла образовать максимально однородную оболочку вокруг угольной частицы. Которая и будет сдерживать выход летучих и влаги при прогреве частицы в факеле форсунки, тем самым изменяя качественно скорость воспламенения и процесса горения частицы в котле ТЭЦ.




-----------------  ------------------------------

Новые материалы - запись 12.05.2020
НГУ разработал новые методы покрытия бурого угля высокого дробления и пылегенерации (например Экибастузского или Бородинского). На базе дешевых растворов, нарабатываемых на самих ТЭЦ разного типа.

Краткая иллюстрация метода.
Метод приготовление непылящего угля на основе высококачественной кальцитной золы - для дальних перевозок и перегрузок
Пример 1-  зола высоко-кальцитная ТЭЦ-5 ...УГОЛЬ Экибастузский высокозольный
Зола ТЭЦ-5 очень полезный продукт при правильных добавках


Приготовление зольного высоко-кальцитного раствора с добавками больших органических молекул. Перемешивание. Выдержка 10 -30 мин для СО2 закрепления поверхностных слоёв.


Тщательное перемешивание с высокопыльным углем. Золы с добавками менее 1-2% по весу к углю.


Стадия СО2 закрепления. Можно добавить СО2 за счет внешнего источника, тогда процесс проходит в 1-2 минуты.



Размер, форма, итп определяются условиями транспортировки и последующего дробления сжигания уже не пылящего угля. Перспективна форма выдавливаемых цилиндров, макарон. Быстро, и очень упрощает хранение, дроблении и (или) последующего сжигание в котлах разного типа.
Легко поддается численному моделирования цилиндрическое «лапшовое» топливо.



Не прилипает, инертно, легко перегружается. Имеет особые режимы прогрева и возгорания. Не пылит аэрозолем при любых видах воздействия – молотьба, перетирание. Спокойно выдерживает нагрев до ВЕСЬМА высоких температур без потери внутренних свойств (подробнее ниже). Потом переходит РЕЗКО в режим длиннофакельного горения. Для котлов колосникового типа или с кипящим слоем зольность тоже будет связанна и не даст выносить высокодисперсные аэрозоли через системы продува (трубы).

 

По критерию сыпучести нового вида топлива – не сыпуча. Угол конусности легко достигает 70-75 градусов. И сохраняется при вибрациях с амплитудой до 2.5 g  с частотой 1-3 Гц. При прогреве на нагреваемом вибростенде до температуры более 120С (предел стенда пока такой) форма конуса не изменилась. Заметим, что конусность определяется по ГОСТАм России.

   

При воздействии температур более 400 С наблюдаются сложные предвоспламенительные процессы. Ясно, что данное топливо является новым типом топлива. В литературе аналогов мы не обнаружили. Изучению горения такого непылящего топлива будут посвящены   наши последующие исследования.

Базовым методом является ИК поверхностная теплометрия, что позволяет рассчитывать  температуры внутри такого топлива на разных стадиях прогрева и предвоспламенения. Этот же метод должен использоваться при покрытии вагонов, камазов, складов высокопылящих углей специальными пленками закрепителями на основе как и ранее разработанными нами растворов с жидким стеклом, так и новых разработок НГУ  с заменой жидкого стекла зольными высококальцитными растворами с присадками.





ИК изображения модифицированного угольного топлива шаровой формы и графики температур поверхности его по линиям сканирования (белые прямые). Координаты пространственные в пикселях изображения.  Частица лежала неподвижно при нагреве с одной стороны – четко виден слева фронт продвижения тепла в объеме – слева пологие кривые. И фронт потери тепла на конвективное охлаждения поверхности – справа – резкие прямые. Эти данные позволяет определить внутренние константы такого материала (теплопроводность, теплоемкость) и режимы конвекции. Разрешение во времени 0.1 сек).

КАК МОЖЕТ ПОВЛИЯТЬ антипылевая пленка на угле на его режимы горения?

Если на уголь нанесена пленка, которая обладает  термостабильностью и газонепроницаемостью, то она не только не позволяет пылить такому углю, но она и существенно меняет режимы горения такого угля. С такими особенностями прогрева, зажигания и горения мы столкнулись в 2004 – 2018 годах, исследую вопросы СВЧ облучения углей с кремнеземными высокотемпературными пленками (наши патенты тоже).
Если массово применять такие пленки при транспортировке огромных массивов углей (карьерные самосвалы, карьерные ленточные транспортёры, включая шагающие экскаваторы, например, Экибастазских карьеров,  Казахстан, погрузку и перевоз в вагонах открытого типа, перегрузка в морских портах на суда, и наконец, на линиях подготовки угля в ТЭЦ и котельных), то вопрос о качестве горения углей с пленкой (пленочные угля – ПУ) важен.
Тут,  не вдаваясь в детали теории горения (наши труды тоже),  рассмотрим простые иллюстрационные эксперименты основных особенностей воспламенения ПУ. При обычном, а не внутреннем СВЧ зажигании. И обнаружим много общего, что в дальнейшем позволит легко применить СВЧ горение углей к горению ПУ.

Отметим, что в принципе возможно всего несколько организации структур пленочного угля, здесь мы рассмотрим только объемную пленочную структуру, которая в производственных условиях легко может быть создана (сопряжена) с имеющимися уже механизмами разрузки траспортировки углей.



Выше мы рассматривали структуру поверхности такой куска угля, и его начальную динамику прогрева на плоской поверхности по данным Тепловизора с перерасчетом на объемные температуры во времени. На фото сверху этот же кусок помещен на стенд, имитирующий пламя реального котла с горением кускового угля (не пылегорящие форсунки больших ТЭЦ).
Оболочка имеет твердость керамического свойства, частотных спектр от удара камертона узкополосый, указывает на однородность объемной оболочки и отсутствие начальных трещин.

( Фото внизу)  При этом керновое тестирование пробным сильным магнитом обнаруживает большую долю упорядоченных частиц окислов железа, обладающих большой намагниченностью. Количественная характеристика снимается на сотовом магнитометре в полевых условиях за 10 сек, и важна для контроля за правильным формированием оболочек зол бурых углей с кальцитной составляющей более 20-25%. 

Также магнитные свойства оболочки ( а значит и содержание железа) важны будут в дальнейшем для количественной оценки процессов раскрытия оболочки при нагревах в котлах выше уже 350-400С (следующая серия фото).
Сочетание доля кальция доля окислов железа в предыдущих работах мы саязали с характеристиками (темпами) накопления отложений на стенках больших угле-пылевых котлов мощных ТЭЦ.  По иронии природной судьбы  именно в котлах, где скорость отложения почти катастрофическая и доставляет массу проблем инженерам, получается оптимальная зола с электрофильтроф для многих новых приложений, разрабатываемые нами (антивирусные рН растворы,  оболочки угольные,  СВЧ керамические нагреватели итп).


Выше показан первый этап прогрева (200-250С) – равновесного по объему – когда происходит нанокластерное возгонка в диффузионном режиме по матрице объемных оболочек тяжелых угольных молекул с потерей на каталитических центрах зольных систем (опять же оксиды железа) водородов т образования поверхностной пористой сажи. Отметим, что в таком механизме сажа не поступает во внешних воздух, нет саже-аэрозоляобразования. Углерод (включая и графены, по оценкам более 30-40%), блокирует поверхность оболочки, превращая ее в темный, легко определяемый сотовым спектрометром (сразу в полевых условиях) композит нового типа.



Проницаемость его  для легких газов (группы метана) как диффузионная, так и  по микротрещинам на этой стадии практически заблокирована, что ведет к огромным внутренним давления внутри частицы. По нашим вычислениям и масс-спектроскопическим исследованием водорода (как наиболее проникающего малого газа или даже атомарного водорода точнее внутри керамики оболочки) суммарное давление летучих углеводородов может составить более 30-70 атмосфер.
Что конечно приводит, при дальнейшем повышении температуры, к появлению процесса растрескивания оболочки с открытием уже макроскопических щелей (сотни микрон минимум). Фото внизу.

   

Разные режимы нагрева позволяют определить, фото внизу,  как градиент температур вдоль геодезической линии поверхности до 1200С на см влияет на качества такого образца топлива. Видно, что градиентных разломов не возникает, значит причиной появления трещин является внутреннее давление.  Таким образом, уголь преобразуется по законам  работы угольных реакторов большого давления, поэтому аэрозольно – дымовые выбросы практически отсутствуют.  Реакция Бергиуса  [ В 1913 году Фридрих Бергиус разработал способ получения моторных жидких топлив путём насыщения водородом смеси, состоящей из измельчённого угля и смолообразных отходов производства кокса и генераторного газа под давлением выше 20 МН/м; (200 кгс/см2, 200 атм.) и температуре порядка 500 °C. ]
Оболочка после прорыва через щели летучих газов (длинно-факельное горение) выдерживала температуры нагрева более 900С.  Уголь Экибастузского бассейна при такой обработке во второй стадии горения (стадии кислородного окисления коксоподобного остатка после выхода летучих) не давал дыма тоже.



 



Фото внизу.  Внутренняя структура матрицы Пленочного Угля после принудительного вскрытия части поверхностной оболочки. Наша количественная модель горения базируется именно на исследованиях среза таких частиц после принудительной остановки горения. Откачка на вакуум на стенде, или в полевых условиях  погружение в атмосферу СО2 с резким охлаждением емкости внешней водой.

    





ФОТО внизу. Стадии окончания горения летучих после вскрытия части оболочки, но еще при температуре ядра более 520С.  В этой стадии горение уже не водородной, как на первом этапе рачкрытия щелей, а идет горения тяжелых углеводородов, и из-за укороченного пути поступления кислорода к ядру с ярко выраженным образованием сажестых нано-частиц  из чистого углерода (анализ на сканирующем микроскопе НГУ).

   


Фото внизу – пример бокового факела через щель в не вскрытой оболочке, что приводит к разложению тяжелых углеводород внутри щелейи выход на поверхность до 70-80% водородного газа (анализ на масс-спектрометре в НГУ). Видно по спектру факела, что это  горение без образования сажи или других типов аэрозолей.
Тут еще раз подчеркнем, как важно использовать хорошо оттоженную золу только от котлов больших ТЭЦ.
   



    

Фото внизу Режим гетерогенного коксового горения Экибастузкого угля в оболочке
Коксовый образовавший осадок горит (красные участки) в режиме гетерогенного окисления. Реакция медленная, около 1 мм в 5 мин. Но дает более 50% в теплоту сгорания такого угля в кусковых котлах.


ФОТО внизу. Были исследованы и режимы  зажигания и горения  угольных конгломератов частиц Экибазстуского угля размером каждой частицы  1- 5 мм, в общей оболочке размером 2.5 см по радиусу. То есть изначально тонкая оболочка и угольной ядро. Результаты  пока обсуждаются нами во внутренних отчетах НГУ.
.

ВЫВОД для Пылеподавления.

Таким образом, создание оболочек разного типа на углях, с основной целью подавления пылеобразования при перевозке и перегрузке углей, не ухудшает качество углей для их последующего сжигания в котлах разного типа.
Скорее наоборот, экологические характеристики такого топлива резко повышаются. Возникает и возможность избежать в процессе горения на решетках колосников резкого рассыпания бурых углей на более мелкого и проваливания их в зольные ящики с большим недогаром органического вещества угля.