Исследование характеристик и эффективности применения в доменной плавке композитных жидких топлив на основе отработанных смазочных материалов и подлежащих утилизации взрывчатых веществ и порохов

Развитие мировой цивилизации в XX веке характеризовалось быстрым ростом энергетики, горно-добывающей промышленности, химии, металлургии, машиностроения, транспорта и промышленности вооружений как в индустриальных, так и в ряде развивающихся стран, и происходило в условиях все более заметного истощения природных ресурсов, загрязнения окружающей среды, накопления промышленных и бытовых отходов и создания все возрастающих запасов оружия, включая оружие массового уничтожения. Все это, а также изменение геополитической обстановки в мире, уменьшение и ликвидация противостояния двух политических систем привело к принятию на Конференции ООН по окружающей среде и развитию в 1992 году концепции устойчивого развития, которая предполагает «нормальное, устойчивое развитие человеческого общества во всех странах мира на основе: заботы о людях, которые имеют право на здоровую жизнь в гармонии с природойрационального использования природных ресурсовсохранения биологического разнообразия природных экосистем, которое обеспечивает стабильность экосистемы и сохранение биосферы в целом» /1,2/.

Устойчивое развитие предполагает эксплуатацию природных ресурсов в соответствии как с сегодняшними так и с будущими потребностями и ориентацию технологического развития, обеспечивающую получение прибавочной стоимости при сокращении потребления ресурсов, уменьшении загрязнения окружающей среды и накопления промышленных и бытовых отходов. Такое развитие промышленных кампаний отвечает критерию экоэффективности /3/.

Концепция устойчивого развития имеет важное значение для промышленных и энергетических предприятий России, где за период экстенсивного развития промышленного, энергетического и военного потенциала произошло существенное сокращение природных сырьевых и энергетических ресурсов, образовались значительные по запасам техногенные месторождения металлургического сырья и сформировался источник техногенных энергоресурсов в виде отходов нефтепродуктов, мощность которого продолжает увеличиваться с расширением использования двигателей внутреннего сгорания, а применяемые технологии утилизации этих энергоресурсов не отвечают критерию экоэффективности. Кроме того, в стране довольно остро встала проблема утилизации накопленных запасов элементов вооружений, исчерпавших срок хранения или подлежащих уничтожению.

После энергетики черная металлургия является главным потребителем природных энергоресурсов, основная доля которых расходуется при производстве чугуна в доменных печах. В то же время, особенности доменного процесса создают большие возможности использовать доменную печь в качестве агрегата для рециклинга промышленных и бытовых отходов /1/. Это подтверждается уже и практикой доменного производства за рубежом и в России.

В данной диссертационной работе рассмотрена возможность утилизации в доменных печах в качестве компонентов доменного топлива отработанных смазочных материалов, а также порохов и взрывчатых веществ, проблема утилизации которых пока еще не нашла эффективного решения.

1. Анализ существующих технологий переработки отработанных смазочных материалов показал, что они не удовлетворяют требованиям экологической безопасности. Подавляющая часть собираемых ОСМ сжигается в котельных установках с выбросом в атмосферу опаснейщих токсинов.2. Применяемые технологии утилизации взрывчатых веществ и порохов являются малопроизводительными, экологически небезопасными и не обеспечивают утилизации всего объема высвобождаемых высокоэнергетических материалов. Значительная часть порохов сжигается с выделением в атмосферу оксидов азота и парниковых газов.3. Предложена принципиально новая технология утилизации ВВ и порохов и ОСМ путем вдувания в составе композитных жидких топлив в доменные печи, позволяющая безопасно и эффективно использовать большие объемы этих материалов.4. Исследованы реологические характеристики водоугольного топлива с артиллерийским порохом в качестве углеводородного наполнителя. Найдены эмпирические зависимости динамического напряжения сдвига и структурной вязкости такого топлива от изменения содержания дисперсной фазы и количественного соотногпения порох-уголь в интервалах 45-ь56% и Он-25% соответственно. Полученные характеристики подтверждают возможность подачи и вдувания таких топлив в доменные печи.5. Установлены общие закономерности горения капель водоугольного топлива с пороховым наполнителем. Горение такого топлива сопровождается появлением пламени, наступает при более низкой температуре и протекает в 2 раза интенсивнее, чем горение ВУТ без пороха.6. Разработаны основы технологии производства водоугольного топлива с добавками артиллерийского пороха. Технологическая схема производства включает: узел приема, аккумулирования и подачи угля и порохаузел измельчения, классификации и сгущенияузел приготовления ЭКОВУТ-АП.

7. Разработана методика расчета состава и температуры водоугольного топлива с добавками взрывчатых веществ и порохов при компьютерном моделировании доменной плавки, позволяющая учитывать влияние химически связанного кислорода на температуру и состав продуктов горения ВВ и порохов.8. Путем компьютерного моделирования получены показатели доменного процесса с вдуванием ВВ и пороков в составе БУТ. Утилизация этих материалов не оказывает существенного отрицательного влияния на доменный процесс.9. Показана высокая эффективность вдувания в доменные печи отработанных моторных масел без их обезвоживания. Коэффициенты замены кокса отработанным моторным маслом составляют от 0,7 до 1,1 кг/т при содержании в них воды от 30 до 10% соответственно.10. Разработана методика оценки коэффициентов замены кокса вдуваемыми в горн газообразными, жидкими и твердыми материалами, позволяющая производить априорную оценку их энергетической ценности для доменной плавки без математического моделирования.