Способ сжигания кавитационного водоугольного топлива втопке кипящего слоя инертного материала, снижающий образование вредных выбросов оксидов азота и серы

Авторы патента:

F23C10/00 - Устройства для сжигания в псевдоожиженном слое

Владельцы патента RU 2546351:

Закрытое акционерное общество "КОТЭС" (RU)

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано для сжигания кавитационного водоугольного топлива в топке кипящего слоя инертного материала для снижения образования вредных выбросов оксидов азота и оксидов серы до минимального значения. Способ сжигания кавитационного водоугольного топлива в топке 1 кипящего слоя 3 инертного материала, снижающий образование вредных выбросов оксидов азота и серы, заключающийся в создании кипящего слоя 3 инертного материала в топке 1 посредством подачи под него нагретого воздуха и последующей подаче сверху на него кавитационного водоугольного топлива, отличается тем, что кавитационное водоугольное топливо сжигают в две ступени, на первой ступени топливо воспламеняют в низкотемпературном кипящем слое 3 инертного материала при температуре 930-1000°C и недостатке кислорода, а на второй ступени это топливо дожигают в верхней части топки 1 при температуре 1000-1200°C с добавлением вторичного воздуха. Настоящий способ сжигания кавитационного водоугольного топлива в топке кипящего слоя инертного материала позволит уменьшить образование вредных выбросов оксидов азота и оксидов серы до минимального значения и не потребует дополнительной очистки уходящих дымовых газов от содержащихся в них вредных газообразных примесей, что уменьшит загрязнение окружающей среды. Способ сжигания кавитационного водоугольного топлива прост в эксплуатации и может найти применение на действующих и строящихся ТЭС. 1 ил.

Известен способ снижения вредных выбросов при сжигании углей в топках с кипящим слоем, включающий предварительную загрузку в топку инертного материала, например песка или шамота (патент RU №2421505 C1, МПК C10L 10/00, 2010 г.). В состав инертного материала вводят природный цеолит в количестве 18-22% от объема инертного материала, при этом для восполнения потерь цеолита производят периодическое введение цеолита в топку. Цеолит является алюмосиликатом, содержащим кристаллизационную воду. При нагревании, что имеет место при попадании его в зону кипящего слоя топки, происходит отщепление этой воды и образование развитой системы пор, так называемой внутренней поверхности. Это обуславливает появление высоких адсорбционных свойств у цеолита по поглощению SO₂.

Настоящий способ улавливает только часть полученных при сжигании углей в топках с кипящим слоем вредных выбросов SO₂. Необходима дополнительная очистка дымовых газов от полученных вредных выбросов оксидов азота и оксидов серы до минимальных значений, а это значительно удорожает процесс сжигания топлива.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ подготовки и сжигания твердого топлива, преимущественно угля, в топке кипящего слоя инертного материала, заключающийся в разделении топлива на крупную и мелкую фракции до класса крупности (2÷8 мм), измельчении образующейся после дробления фракции класса крупности «-2 мм» до класса крупности «-0,2 мм» и одновременной подаче рассредоточено по сечению кипящего слоя дробленной и измельченной фракций посредством нагретого воздуха, предназначенного для сжигания кипящего слоя (патент RU №2270957, МПК F23C 10/00, F23K 1/00, 2004 г.). Дробленую фракцию класса крупности «-0,2 мм» направляют на мокрое измельчение для получения водоугольного топлива с содержанием твердой фазы 40-70%, затем полученное водоугольное топливо направляют в форсунки, в которые подают часть нагретого воздуха, с помощью струй воздуха проводят дробление струи водоугольного топлива на капли класса крупностью, зависящей от плотности угля и его содержания в водоугольном топливе, при этом капли водоугольного топлива одновременно с дробленной фракцией класса крупностью «2÷8 мм» подают сверху на кипящий слой инертного материала.

Недостатком этого способа является сложность технологии сжигания водоугольного топлива, а также необходимость дополнительной очистки дымовых газов от полученных при сжигании водоугольного топлива вредных выбросов оксидов азота и оксидов серы. Все это влияет на стоимость сжигания топлива.

Задачей изобретения является создание способа сжигания кавитационного водоугольного топлива в топке кипящего слоя инертного материала, позволяющего снизить образование вредных оксидов азота (NO_x) и оксидов серы (SO_x) до минимальных значений, при которых отпадает необходимость дополнительной очистки дымовых газов.

Поставленная техническая задача решается тем, что способ сжигания кавитационного водоугольного топлива в топке кипящего слоя инертного материала, снижающий образование вредных выбросов оксидов азота и серы, заключается в создании кипящего слоя инертного материала в топке посредством подачи под него нагретого воздуха и последующей подаче сверху на него кавитационного водоугольного топлива.

Новым, согласно изобретению, является сжигание кавитационного водоугольного топлива в две ступени, на первой ступени топливо воспламеняют в низкотемпературном кипящем слое инертного материала при температуре 930-1000°C и недостатке кислорода, а на второй ступени его дожигают в верхней части топки при температуре 1000-1200°С с добавлением вторичного воздуха.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена схема реализации способа сжигания кавитационного водоугольного топлива в топке кипящего слоя инертного материала.

Способ сжигания кавитационного водоугольного топлива в топке 1 кипящего слоя инертного материала реализован посредством следующей схемы. В нижней части топки 1 для сжигания установлены воздухораспределительная решетка 2 с кипящим слоем 3 инертного материала (крупнозернистый песок), над которыми расположены сопла 4 вторичного воздуха и форсунка 5 ввода сжигаемого материала (КаВУТ), соединенная с насосом-дозатором 6. Под воздухораспределительную решетку 2 топки 1 введены воздуховод 7 и газоход 8 рециркуляции дымовых газов.

Способ сжигания кавитационного водоугольного топлива в топке кипящего слоя инертного материала осуществляют следующим образом.

Кавитационное водоугольное топливо (КаВУТ) получают известным способом и на известной технологической линии (патент RU №2249029, МПК C01L 1/32, B01F 7/12, B01F 7/28, 2003 г.). КаВУТ содержит около 65% твердого вещества и около 35% воды. Фракционный состав твердой части составляет в среднем 120 мкм без существенного разброса. Кавитация исходного топлива (угля) обеспечивает повышение реакционной способности всех элементов, в том числе и десульфуризаторов, содержащихся в негорючей части топлива. В разных углях колебание десульфуризаторов составляет 3-30%, что достаточно для связывания оксида серы при сжигании углей с содержанием серы до 1,5%. Приготовленный КаВУТ хранят в топливном баке, где он сохраняет свои свойства длительное время.

Под воздухораспределительную решетку 2 по воздуховоду 7 и газоходу 8 подают, соответственно, горячие воздух и дымовые газы рециркуляции. За счет их на воздухораспределительной решетке 2 топки 1 происходит «ожижение» кипящего слоя 3 нагретого инертного материала. На первой ступени сжигания КаВУТ подают через форсунку 5 насосом-дозатором 6 сверху на кипящий слой 3 нагретого инертного материала, который формируется на воздухораспределительной решетке 2. При этом происходит интенсивное перемешивание КаВУТ с первичным воздухом и горячими дымовыми газами рециркуляции и из топлива испаряется влага, выделяются летучие, а твердые горючие окисляются и воспламеняются. На первой ступени сжигание КаВУТ происходит в низкотемпературном кипящем слое при температуре 930-1000°C и недостатке кислорода. При этих условиях минеральные составляющие, имеющиеся в КаВУТ окись магния (MgO) и окись кальция (CaO), связывают оксиды серы (SO_x). При сжигании КаВУТ с низким содержанием серы (≥1.5%) происходит связывание практически всех оксидов серы (SO_x).

MgO+SO_x=MgSO₄

CaO+SO_x=CaSO₄

При сжигании КаВУТ с высоким содержанием серы (2-7%) дополнительно добавляют в качестве компонента КаВУТ десульфуризаторы, например это молотый известняк или окись магния, в количестве, необходимом для связывания серы, содержащейся в топливе, что дает возможность технологично добиваться требуемых показателей по снижению содержания в продуктах сгорания оксидов серы. Образующиеся при этой температуре устойчивые нерастворимые сернистые соединения магния и кальция выводятся вместе с золой, что позволяет не загрязнять уходящие дымовые газы вредными выбросами.

При температуре 930-1000°C, недостатке кислорода и в присутствии значительного количества водяных паров на первой ступени сжигания не происходит связывание атомарного азота в (NO_x), а атомарный азот соединяется в молекулярный азот, который является инертным газом и удаляется из топки 1 вместе с дымовыми газами в атмосферу, что не вредит окружающей среде.

Температура 930-1000°C низкотемпературного кипящего слоя 3 и недостаток кислорода в нем регулируется соотношением подачи первичного воздуха и горячих дымовых газов рециркуляции, поступающих под воздухораспределительную решетку 2, соответственно, по воздуховоду 7 и газоходу 8.

На второй ступени сжигания КаВУТ происходит его дожигание в верхней части топки 1 при температуре 1000-1200°C с добавлением вторичного воздуха через сопла 4. При этом происходит полное дожигание летучих твердых частиц, а окись углерода (CO) преобразуется в углекислый газ (CO₂).

После сжигания КаВУТ в низкотемпературном кипящем слое инертного материала при температуре 930-1000°C и недостатке кислорода содержание вредных оксидов азота (NO_x) и оксидов серы (SO_x) в дымовых газах составит, соответственно, 250-300 мг/нм³ и 150-200 мг/нм³. Такое содержание конечных, вредных веществ меньше предельно допустимых, а поэтому дополнительная очистка дымовых газов не требуется, что позволит значительно удешевить процесс сжигания угольного топлива.

С учетом ужесточения требований по экологии и ростом затрат на выполнение этих требований по уменьшению вредных выбросов в атмосферу в связи с ростом объема сжигаемого органического топлива в мире предлагаемый способ сжигания КАВУТ позволит получить быструю окупаемость разовых затрат на реализацию технического решения за счет снижения затрат на сложную и энергозатратную технологию очистки дымовых газов при обеспечении требований по экологии на вредные выбросы, а также за счет продаж квот по Киотскому протоколу на реализацию технического решения по снижению выбросов в атмосферу.

Настоящий способ сжигания кавитационного водоугольного топлива в топке кипящего слоя инертного материала позволит уменьшить образование вредных выбросов оксидов азота и оксидов серы до минимального значения и не потребует дополнительной очистки уходящих дымовых газов от содержащихся в них вредных газообразных примесей, что уменьшит загрязнение окружающей среды. Способ сжигания кавитационного водоугольного топлива прост в эксплуатации и может найти применение на действующих и строящихся ТЭС.

Способ сжигания кавитационного водоугольного топлива в топке кипящего слоя инертного материала, снижающий образование вредных выбросов оксидов азота и серы, заключающийся в создании кипящего слоя инертного материала в топке посредством подачи под него нагретого воздуха и последующей подаче сверху на него кавитационного водоугольного топлива, отличающийся тем, что кавитационное водоугольное топливо сжигают в две ступени, на первой ступени топливо воспламеняют в низкотемпературном кипящем слое инертного материала при температуре 930-1000°C и недостатке кислорода, а на второй ступени это топливо дожигают в верхней части топки при температуре 1000-1200°C с добавлением вторичного воздуха.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в котлах с циркулирующим псевдоожиженным слоем. Котел содержит топку, сепаратор твердой фазы, газовый затвор, две камеры теплообмена с псевдоожиженным слоем, при этом первая камера теплообмена с псевдоожиженным слоем расположена над второй камерой теплообмена, причем охлажденная твердая фаза выгружается из первой камеры в нижнюю часть топки, а вторая камера теплообмена расположена между нижними концами возвратных каналов первой камеры теплообмена.

Циркулирующий псевдоожиженный слой с соплами для подачи вторичного воздуха в топочную камеру // 2537482

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в котлах с циркулирующим псевдоожиженным слоем. Котел включает в себя реакционную камеру, где кипящий псевдоожиженный слой содержится в кожухе в нижней части реакционной камеры и содержит теплообменник в слое, который занимает часть пода реакционной камеры.

Каталитический реактор для переработки осадков сточных вод и способ их переработки (варианты) // 2536510

Изобретение относится к способам переработки сточных осадков, содержащих органические вещества, перед их утилизацией или захоронением. Каталитический реактор содержит корпус с расширением в верхней части, патрубок подачи осадка сточных вод, расположенный на уровне соединения нижней и верхней частей корпуса, патрубок выгрузки инертного материала и патрубки подачи воздуха и топлива, расположенные в нижней части корпуса, патрубок отвода дымовых газов и патрубок загрузки инертного материала, расположенные в верхней части корпуса, газораспределительную решетку, размещенную между патрубками подачи воздуха и топлива, на которой расположены частицы дисперсного инертного материала, последовательно размещенные выше решетки организующую насадку и теплообменные поверхности, при этом организующая насадка изготовлена из материалов, содержащих катализатор окисления.

Способ обезвреживания органических отходов и нефти // 2527238

Изобретение относится к способам обезвреживания беспламенным сжиганием жидких органических отходов и нефти, содержащей серу, в кипящем слое катализатора и может быть использовано в химической, нефтехимической, лесохимической, атомной промышленности и теплоэнергетике.

Способ приготовления катализатора и способ каталитического сжигания топлив в псевдоожиженном слое // 2496579

Изобретение относится к катализаторам. Описан способ приготовления катализатора сжигания топлива в псевдоожиженном слое на основе мартеновского шлака, в котором гранулы мартеновского шлака подвергают обработке парами воды при температуре максимального выделения водорода с последующим нанесением на поверхность шлака компонентов катализатора полного окисления, содержащих оксиды переходных металлов или их смеси.

Реактор с кипящим слоем // 2495712

Настоящее изобретение относится к реактору с кипящим слоем. Описан реактор (10) с кипящим слоем, содержащий нижнюю часть (12), верхнюю часть (16) и боковые стенки (30.1, 30.2, 30.3, 30.4), вертикально проходящие между нижней частью и верхней частью, образующие реакционную камеру (20) реактора с кипящим слоем, причем, по меньшей мере, одна боковая стенка (30.2) реакционной камеры образует, по меньшей мере, одно вертикальное углубление (34) в реакционной камере (20), причем углубление образует пространство снаружи боковой стенки реактора, углубление образовано частью боковой стенки (30.2), выступающей от плоскости (32) боковой стенки к реакционной камере, упомянутая часть боковой стенки содержит, по меньшей мере, две вертикальные углубленные части стенки, отклоняющиеся от плоскости упомянутой боковой стенки у вертикальных линий с расстоянием, по меньшей мере, 1 м друг от друга, причем боковые стенки и, по меньшей мере, одно углубление образованы из стенок водяных труб, к которым может переноситься тепло из реакционной камеры.

Каталитический реактор - парогенератор // 2490543

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано при экологически безопасной выработке пара для получения электроэнергии и теплоснабжения потребителей.

Элемент каталитической насадки (варианты) и способ осуществления экзотермических каталитических реакций // 2489210

Изобретение относится к области каталитического сжигания топлив, а именно к способам приготовления элементов малообъемных каталитических насадок для осуществления сжигания газообразных, жидких и твердых топлив в организованном псевдоожиженном слое частиц инертного материала.

Каталитический реактор для переработки осадков сточных вод и способ их переработки (варианты) // 2456248

Изобретение относится к способам переработки осадков сточных вод, содержащих органические вещества, перед их утилизацией или захоронением и может найти применение для переработки влажных осадков сточных вод в химической, нефтехимической, целлюлозно-бумажной промышленности, коммунального и сельского хозяйства.

Интегральное устройство для охлаждения шлака в псевдоожиженном слое // 2436013

Установка и способ утилизации биомассы // 2549947

Изобретение относится к устройству и способу для переработки отходов, преимущественно биомассы, путем газификации с получением жидких и газообразных горючих продуктов, используемых в качестве топлива или промежуточных полупродуктов для химического синтеза или жидких моторных топлив. Техническим результатом является увеличение производительности по утилизируемой биомассе. Описана конструкция установки для утилизации биомассы путем газификации или пиролиза, в которой вертикальный цилиндрический реактор со слоем твердых частиц в его нижней части, оборудованный средствами для подачи биомассы и среды под давлением в слой твердых частиц, а также средствами для сбора горючих продуктов газификации на выходе в его верхней части, расположенный коаксиально внутри кольцевого реактора, содержащего слой гранулированного катализатора полного окисления в его нижней части, и оборудованный газораспределительной решеткой и средствами для подачи топлива и воздуха в слой катализатора, а также средствами для сбора продуктов сгорания, расположенных в его верхней части. К внешней поверхности внутреннего реактора приварены плоские ребра из материала корпуса реактора, а между патрубками для подачи биомассы и среды под давлением размещена газораспределительная решетка, над которой располагается организующая насадка, неизотермическая решетка и теплообменник, а в патрубок для подачи среды под давлением направляются газообразные продукты газификации. Кольцевой реактор в нижней части содержит частицы катализатора глубокого окисления веществ в смеси с дисперсными частицами инертного материала, а над газораспределительной решеткой располагается организующая насадка, неизотермическая решетка и теплообменник. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 9 пр., 1 ил.

Механизированная слоевая топка // 2552009

Изобретение относится к устройствам для сжигания топлива и может использоваться в твердотопливных котлах, печах и газогенераторах. Механизированная слоевая топка включает расширяющуюся камеру сгорания вихревого типа с забрасывателем топлива, ярусами тангенциальных сопл вторичного дутья и газоотводящим окном, имеющим сопла дожигающего дутья. Камера сгорания расположена над воздухораспределительной решеткой, которая имеет вращающуюся шурующую планку и узел выгрузки золы, выполненные охлаждаемыми. Узел выгрузки золы подключен к бункеру золы через аэродинамический классификатор частиц, присоединенный газоходом к камере сгорания. Охлаждение водой шурующей планки, воздухораспределительной решетки, узла выгрузки золы и вынесенный теплообменник кипящего слоя обеспечат их защиту от выгорания в топочной среде и этим повысят надежность работы их и всей топки, работающей в режимах газификации или полного сгорания топлива в слое, в кипящем слое либо циркуляционном слое с высокой экономичностью. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Устройство разделения частич для химического контура сжигания // 2568017

Объектом изобретения является устройство сжигания в химическом контуре, использующем твердое топливо. Устройство содержит, по меньшей мере, одну зону сжигания и сепаратор частиц, находящихся в газовой смеси, поступающей из упомянутой зоны сжигания, в котором сепаратор содержит, по меньшей мере, одну камеру с каналом впуска упомянутой смеси, каналом удаления, находящимся в нижней части камеры, и выпускным каналом, находящимся в верхней части устройства, при этом параметры впуска и удаления/выпуска определяют таким образом, чтобы создавать в камере плотную фазу в нижней части и разбавленную фазу в верхней части, и в котором упомянутый впускной канал сообщается с разбавленной фазой. Объектом изобретения является также способ сжигания, в котором применяют устройство в соответствии с изобретением. Задачей изобретения является создание более простого сепаратора с повышенной эффективностью разделения частиц недожога и частиц металлических оксидов. 2 н. и 12 з. п. ф-лы, 9 ил.

Способ каталитической переработки осадков сточных вод // 2568978

Изобретение относится к способам переработки осадков сточных вод, содержащих органические вещества, перед их утилизацией или захоронением и может быть использовано в химической, нефтехимической и целлюлозно-бумажной промышленности, а также в коммунальном и сельском хозяйствах. Обезвоженный осадок высушивают до влажности 1-2% в верхней части дополнительного реактора при контакте с псевдоожиженным слоем смеси дисперсных частиц катализатора и инертного материала при температуре 100-200°C. После отделения от парогазовой смеси около 60% осадка с влажностью 1-2% обрабатывают при температуре 700-750°C в нижней части реактора в псевдоожиженном слое смеси дисперсных частиц катализатора и инертного материала, организованном последовательно неподвижной насадкой и решеткой с параметрами ячеек, обеспечивающими градиент температур между непрерывным псевдоожиженным слоем над решеткой и под решеткой 500-550°C. Термообработку оставшейся части осадка проводят в основном реакторе при температуре 500-750°C в организованном неподвижной насадкой псевдоожиженном слое смеси дисперсных частиц катализатора и инертного материала. Изобретение позволяет упростить регулирование температуры в псевдоожиженном слое и снизить расход дополнительного топлива с сохранением эффективности каталитической переработки осадков сточных вод. 2 н.п. ф-лы, 1 ил., 6 пр.

Теплообменник с псевдоожиженным слоем // 2599888

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в котлах с псевдоожиженным слоем. Предложен теплообменник (10) с псевдоожиженным слоем котла (12) с псевдоожиженным слоем, причем теплообменник содержит переднюю стенку (16), смежную с котлом с псевдоожиженным слоем, заднюю стенку (18), противоположную передней стенке, и две боковые стенки (60, 60′), при этом стенки сформированы как водотрубные панели, входное отверстие (24), расположенное в первой секции верхней части теплообменника для подачи горячих частиц из котла с псевдоожиженным слоем в теплообменник, теплопередающие поверхности (34) для извлечения тепла из частиц и выходное отверстие (36), расположенное во второй секции верхней части теплообменника, для возвращения охлажденных частиц в качестве перелива из теплообменника назад в котел с псевдоожиженным слоем, в котором теплообменник содержит разделительную перегородку (26) между первой (38) и второй (40) секциями верхней части теплообменника, при этом разделительная перегородка проходит от передней стенки до срединного сечения теплообменника, и разделительная перегородка сформирована посредством изгибания кипятильных труб, по меньшей мере, от одной боковой стенки (60, 60′) теплообменника. Технический результат - уменьшение габаритов теплообменника. 10 з. п. ф-лы, 2 ил.

Способ сжигания топлива // 2647744

Изобретение относится к способам сжигания газообразных жидких и твердых топлив для нагрева газов, жидкостей и твердых тел, а также обезвреживания газообразных, жидких и твердых отходов. Способ сжигания топлива в псевдоожиженном слое заключается в подаче воздуха через газораспределительную решетку, поддержании температуры 700-750°С в слое, включающем катализатор полного окисления органических веществ, путем отвода тепла с помощью нагреваемой рабочей среды, включающей частицы инертного теплоносителя, количество которого составляет 75-80% общего объема смеси последнего и упомянутого катализатора, псевдоожижение слоя проводят в импульсном режиме при частоте импульсов потока воздуха более 25 Гц. Технический результат - снижение выброса из слоя мелких частиц катализатора и соответственно снижение расхода катализатора с сохранением эффективности каталитического сжигания. 1 з.п. ф-лы.