Способ термической подготовки твердого топлива к сжиганию

 

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано при сжигании твердых угдеводородсодержащих материалов, содержащих летучие вещества в процессе газификации: каменный и бурый угли, сланцы, торф, сухие остатки биомассы сельского хозяйства. В способе термической подготовки твердого топлива к сжиганию, включающем нагрев топлива путем смешения с высокотемпературными продуктами горения, дожигание мелочи углеводородных паров в зоне сжигания, в качестве высокотемпературных газов подают восстановительный газ до получения температуры смешенного потока в слое материала 300 - 550^oС, причем навстречу потоку подают воздух на окисление, поддерживая температуру в слое 700 - 950°С, и суммарный газовый поток дожигают в зоне сжигания. Восстановительный газ получают при сжигании углеводородного топлива с коэффициентом расхода воздуха α =0,4-0,85 и подают в соотношении к топливу 0,3-0,5:1. Процесс окисления ведут при α =1,1-0,7. Технический результат от использования изобретения в топках тепловых агрегатов (котлов) позволяет полностью исключить содержание в дымовых газах сажи, толуола, стирола, бензпирена, а также снизить содержание окислов азота до 30 мг/м³, оксида углерода до 6 мг/м³. 3 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано при сжигании твердых углеводородсодержащих материалов, содержащих летучие вещества в процессе газификации: каменный и бурый угли, сланцы, торф, сухие остатки биомассы сельского хозяйства.

Известен способ сжигания твердого топлива, включающий подачу воздуха, образование продуктов сгорания и газификации, их движение через слой топлива и дожигание с подачей вторичного воздуха (1).

Недостатком способа является выброс значительного количества вредных углеводородов в атмосферу в результате недожога топлива.

Известен способ термической подготовки пылевидного топлива к сжиганию путем смешения с высокотемпературными продуктами горения в отдельной топке. Топливо приобретает высокую реакционную способность, но выброс вредных веществ в атмосферу остается высоким (2).

Известен способ предварительного нагревания горючего сланца, включающий нагрев его путем смешения с высокотемпературными газами горения, подаваемыми в зону нагрева, сгорание мелочи и углеводородных паров, содержащихся в дымовых газах, отводимых из зоны нагрева в зону сгорания (3). Недостатком способа является выброс значительного количества вредных углеводородов в атмосферу.

Задачей изобретении является снижение загрязнения атмосферы.

Поставленная задача решается тем, что в способе термической подготовки твердого топлива к сжиганию, включающем нагрев топлива путем смешения с высокотемпературными продуктами горения, дожигание мелочи и углеводородных паров в зоне сгорания, в качество высокотемпературных продуктов горения подают восстановительный газ до получения температуры смешанного потока в слое материала 300-550^oC, причем навстречу потоку подают воздух для окисления, поддерживая температуру в слое 700-950^oC, и суммарный газовый поток дожигают в зоне сгорания.

Задача решается также тем, что восстановительный газ получают при сжигании углеводородного топлива с коэффициентом расхода воздуха α = 0,4-0,85, и подают в соотношениях к топливу 0,3-0,5:1. Задача решается также тем, что процесс окисления ведут при α = 1,1-0,7.

Состав восстановительного газа, используемого в качестве реагента при подготовке твердого топлива к сжиганию, может изменяться в широких пределах в зависимости от коэффициента избытка воздуха в генераторе восстановительного газа. Газ, поступающий в реактор, содержит водород, газообразные углеводороды, оксид и диоксид углерода, водяной пар. Твердое топливо с высоким выходом летучих (более 30% от горючей массы топлива) при нагревании восстановительным газом при температуре более 250^o начинает выделять легкокипящие углеводороды. Пары углеводородов в силу разности парциального давления быстро удаляются с поверхности и глубины твердого топлива. Отсутствие свободного кислорода в восстановительном газе не позволяет углеводородным парам воспламеняться. При более высокой температуре (>500^oC) водород и газообразные углеводороды восстановительного газа могут вступать в реакцию c более тяжелыми углеводородами топлива, например смолами, образуя более легкие углеводороды. Смесь паров углеводородного топлива и восстановительного газа выводится из реактора через систему отверстий в топку для их сжигания.

Верхний предел температуры смешанного потока 550^oC обусловлен нижней границей размягчения бурого и каменного углей. Нагревание выше этих температур ведет к спеканию угля, что резко ухудшает процесс термической подготовки. А при температуре ниже 300^oC реакция взаимодействия восстановительного газа с топливом протекает слабо.

Из восстановительной зоны топливо поступает в зону окисления, куда подают воздух с α = 1,1-0,7. Оставшийся твердый углерод нагретого материала, вступая в реакцию с кислородом, образует оксид и диоксид углерода. Количество воздуха, подаваемого на горение, регулируют по температуре слоя, поддерживая температуру в слое 700-950^oC. Ниже 700^oC в топливе остается невыгоревший углерод, а верхний интервал температур обусловлен нижней границей плавкости золы, а также возможностью снижения содержания сернистых соединений в газообразных продуктах.

Продукты горения зоны окисления смешиваются в реакторе с продуктами восстановительной зоны, образуя общий поток, который выводят через систему отверстий в зону сгорания и дожигают в топке.

На чертеже показана схема осуществления способа подготовки твердого топлива к сжиганию, где 1 - генератор восстановительного газа, 2 - реактор, 3 - восстановительная зона, 4 - зона окисления, 5 - патрубок подачи воздуха, 6 - колосниковая решетка, 7 - отверстия для вывода газов, 8 - топка (зона сжигания).

Способ осуществляют следующим образом. Топливо через герметичный питатель загружают в реактор 2, представляющий собой металлический корпус, футерованный изнутри огнеупорным материалом, например корундом, стойким к углеводородным соединениям в восстановительной среде. В верхнюю часть реактора из генератора 1 подают восстановительный газ в зону 3 до образования температуры в слое материала 300-550^oC. В этой зоне выделяются легкокипящие углеводороды, а материал, содержащий твердый углерод и золу, опускается в зону окисления 4, куда через патрубок 5 и решетку 6 на горение подают воздух с α 1,1-0,7 для поддержания в слое температуры 700-950^oC. Газы восстановительной зоны 3 и зоны окисления 4 образуют общий поток, который выводят через отверстия 7 и дожигают в топке 8.

Пример 1. В реактор 2 через питатель загружают каменный уголь Кузнецкого бассейна "Беловский Ж", характеризующийся выходом летучих 37%. Из генератора 1 подают восстановительный газ в соотношении к углю 0,4:1, полученный при сжигании метана с коэффициентом избытка воздуха α = 0,75. Температура в слое материала составляет 520^oC. В зону 4 подают через патрубок 5 и решетку 6 воздух для окисления с коэффициентом избытка α = 0,8 для поддержания температуры в слое 900^oC. Общий поток газов отводят через отверстия 7 и дожигают в топке 8 при температуре 1250^oC с α = 1,5.

Пример 2. В реактор 2 загружают сухие отходы древесины с выходом летучих 85%. Нагревают восстановительным газом, полученным в генераторе 1 при α = 0,5, в соотношении газа к материалу 0,4:1. Время обработки 20 минут. Температура в слое материала 550^oC. В зону 4 подают воздух на окисление углерода с коэффициентом избытка α = = 0,7 для поддержания температуры в слое 850^oC. Общий поток газов дожигают в топке 8.

Предлагаемый способ подготовки твердого топлива к сжиганию при использовании в топках тепловых агрегатов (котлов) позволит полностью исключить содержание в дымовых газах сажи, стирола, толуола, бензпирена, а также снизить содержание окислов азота до 30 мг/м³, оксида углерода до 6 мг/м³.

Формула изобретения

1. Способ термической подготовки твердого топлива к сжиганию, включающий нагрев топлива путем смешения с высокотемпературными продуктами горения, дожигание мелочи и углеводородных паров в зоне сгорания, отличающийся тем, что в качестве высокотемпературных продуктов горения подают восстановительный газ до получения температуры смешанного потока в слое материала 300 - 550^oС, причем навстречу потоку восстановительного газа подают воздух для окисления, поддерживая температуру в слое 700 - 950^oС и суммарный газовый поток дожигают в камере сгорания.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что восстановительный газ получают при сжигании углеводородного топлива с коэффициентом расхода воздуха α = 0,4 - 0,85.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что восстановительный газ подают в соотношении к топливу 0,3 - 0,5 : 1.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс окисления ведут при α = 1,1 - 0,7.

РИСУНКИ

Рисунок 1