Способ сжигания топлива

Изобретение относится к области энергетики, способам сжигания топлива в псевдоожиженном слое твердого теплоносителя для нагрева газов, жидкостей и твердых тел, а также обезвреживания газообразных, жидких и твердых отходов. Способ сжигания топлива в псевдоожиженном слое дисперсных частиц инертного материала, в который непрерывно вводят снизу и выводят сверху катализатор, в качестве катализатора используют частицы золы-уноса, образующиеся при сгорании ископаемых твердых топлив, а над газораспределительной решеткой размещена объемная организующая насадка. В качестве катализатора используют частицы золы-уноса, образующиеся непосредственно в псевдоожиженном слое дисперсных частиц инертного материала при сжигании в слое ископаемых твердых топлив. Образующиеся непосредственно в псевдоожиженном слое дисперсных частиц инертного материала и улавливаемые при очистке отходящих газов частицы золы-уноса возвращаются в псевдоожиженный слой в качестве катализатора. Технический результат – высокая эффективность сжигания топлива. 6 з.п. ф-лы, 2 табл.

 

Изобретение относится к способам сжигания топлива в псевдоожиженном слое твердого теплоносителя для нагрева газов, жидкостей и твердых тел, а также обезвреживания газообразных, жидких и твердых отходов.

Известен способ сжигания топлив в псевдоожиженном слое твердого теплоносителя для нагрева рабочей среды путем подачи воздуха через газораспределительную решетку в упомянутый слой теплоносителя с одновременным введением в последний топлива в близком к стехиометрическому соотношении топливо-кислород воздуха α=1.0÷1.1 и регулированием температуры слоя путем отвода из него тепла с помощью рабочей среды (Махорин К.Е., Тищенко А.Т. Высокотемпературные установки с кипящим слоем. Киев: Техника, 1966). Недостатками данного способа является необходимость проведения процесса при высоких температурах (выше 800°C), определяемых скоростью горения топливно-воздушных смесей на поверхности частиц инертного теплоносителя. Для ввода аппарата в работу необходимо нагреть теплоноситель до 600-800°C с помощью дополнительного источника теплоты, а для устойчивой работы аппарата температура в слое должна поддерживаться на уровне 800-1000°C. Высокие температуры сжигания приводят к образованию термических оксидов азота по реакции: . Связанные в топливе соединения азота в этом случае также окисляются до оксидов азота. Наблюдается также высокий выброс оксида углерода и органических соединений типа бензпиренов, особенно при сжигании твердых топлив.

Известен также способ сжигания топлив для нагрева рабочей среды путем подачи воздуха с α=1.0÷1.1 через газораспределительную решетку в псевдоожиженный слой дисперсного катализатора полного окисления органических веществ (например, 30 мас. % CuCr2O4, Al2O3 - остальное; 15% Cr2O3, Al2O3 - остальное) с одновременным введением в слой катализатора топлива. Температура в слое поддерживается постоянной в интервале 300÷800°C за счет изменения расхода рабочей среды (SU 826798, F23C 11/02, 30.05.83). Достоинством данного способа является радикальное снижение выбросов оксидов азота за счет снижения температуры процесса снижение токсичных углеродсодержащих выбросов за счет их глубокого окисления на катализаторе. Недостатком данного способа является использование катализатора как основного твердого теплоносителя. Это приводит к высоким загрузкам катализатора в реактор (высота слоя до 1.5 м) и, как следствие, большим расходам катализатора за счет его механического износа (0.3-0.5% объемных в сутки). При сжигании испаряющихся жидких топлив и отходов с высоким содержанием воды наблюдаются значительные температурные перепады на гранулах катализатора, достигающие 400-500°C, что приводит к дополнительному износу катализатора за счет раскола гранул. При высоком износе содержащиеся в катализаторе токсичные компоненты (хром, медь и др.) могут вызывать вторичное загрязнение окружающей среды. Для ликвидации такого рода загрязнения требуется сложная система пылеочистки отходящих из реактора дымовых газов.

Известен также способ сжигания топлива (RU 2057988, F23C 11/02, 10.04.1996) для нагрева рабочей среды путем подачи воздуха через газораспределительную решетку в псевдоожиженный слой смеси дисперсных частиц катализатора полного окисления органических веществ и 75-80% общего объема смеси частиц инертного теплоносителя с одновременным введением в слой топлива. Температура в слое поддерживается постоянной в интервале 300-800°C за счет изменения расхода рабочей среды. Недостатком способа является сложность поддержания концентрации катализатора в слое из-за его истирания и уноса и довольно высокий расход катализатора за счет истирания гранул.

Наиболее близок по технической сущности способ осуществления химических процессов в присутствии одновременно гетерогенного катализатора и инертного материала в реакторе с псевдоожиженным слоем теплоносителя, в который непрерывно вводят снизу и выводят сверху частицы катализатора (например, Fe2O3) с размером 10 мкм при поддержании их концентрации 1-15 г/м3 (RU 2081695, B01J 8/08, B01J 8/32, 20.06.1997). Недостатком способа является относительно большой расход дефицитного и дорогостоящего катализатора из-за сложности улавливания частиц катализатора после реактора.

Задача, решаемая настоящим изобретением, состоит в исключении использования при сжигании топлива дефицитных и дорогостоящих порошков катализаторов на основе переходных металлов.

Технический результат - высокая эффективность сжигания топлива.

Задача решается тем, что сжигание топлив проводят в псевдоожиженном слое дисперсных частиц инертного материала, в который непрерывно вводят снизу и выводят сверху частицы золы-уноса, образующиеся при сгорании ископаемых твердых топлив, а над газораспределительной решеткой размещена объемная организующая насадка.

В качестве катализатора используют частицы золы-уноса, образующиеся непосредственно в псевдоожиженном слое дисперсных частиц инертного материала при сжигании в слое ископаемых твердых топлив.

Образующиеся непосредственно в псевдоожиженном слое дисперсных частиц инертного материала и улавливаемые при очистке отходящих газов частицы золы-уноса возвращаются в псевдоожиженный слой в качестве катализатора.

Частицы золы-уноса дополнительно подают в псевдоожиженный слой на стадии вывода установки на рабочий температурный режим после предварительного разогрева слоя до температуры 350-400°C.

Используемые частицы золы-уноса, образующиеся при сгорании ископаемых твердых топлив, содержат оксиды железа в количестве 3.5÷83.0 мас. % и примеси других переходных металлов.

Над газораспределительной решеткой размещена объемная организующая насадка с живым сечением 50-90% и долей свободного объема в пакете насадок 85-95%.

На газораспределительной решетке размещены гранулы инертного материала с температурой плавления выше температуры окисления топлива в реакторе.

Сущность изобретения иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. (Аналог 1)

В реактор диаметром 40 мм загружают 350 мм гранул песка размером 0.63-1.25 мм. Под газораспределительную решетку подают воздух для псевдоожижения слоя инертного материала (речной песок с размером частиц 0.63-1.25 мм) и окисления топлива. Внешним электроподогревателем нагревают слой до 350-400°C. Затем через форсунку подают дизельное топливо в количестве 120 г/ч. Температура в слое регулируется количеством воды, подаваемой на охлаждение в теплообменник, погруженный в слой инертного материала, и поддерживается на уровне 700°C.

Глубина окисления дизельного топлива 93.1%.

Пример 2 (Аналог 2)

Аналогичен примеру 1. Вместо песка загружают коммерческий алюмомеднохромовый оксидный катализатор ИК-12-70 (состав: Cr2O3 - 13.2 мас. %, CuO - 6.8 мас. %, Al2O3 - остальное, размер частиц 1.25-1.5 мм).

Глубина окисления дизельного топлива 99.9%.

Пример 3 (Аналог 3)

Аналогичен примеру 1. Вместо песка загружают смесь катализатора ИК-12-70 (25% от общего объема) и песка (75% от общего объема).

Глубина окисления дизельного топлива 99.9%.

Пример 4. (Прототип)

Аналогичен примеру 1. В нижнюю часть реактора, загруженного инертным теплоносителем (речной песок), подают частицы катализатора Fe2O3 размером менее 0.09 мм в количестве 150 см3/ч.

Глубина окисления дизельного топлива 96.6%.

Пример 5. (Прототип)

Аналогичен примеру 4. В нижнюю часть реактора, загруженного инертным теплоносителем (речной песок), подают частицы размельченного коммерческого катализатора ИК-12-70 размером менее 0.09 мм.

Глубина окисления дизельного топлива 95.8%.

Примеры 6-8 иллюстрируют предлагаемый способ.

Пример 6. Аналогичен примеру 5. Вместо катализатора в нижнюю часть реактора подают частицы золы размером менее 0.09 мм от пылевидного сжигания бурого угля Ирша-Бородинского месторождения марки Б2 Канско-Ачинского месторождения при температуре в ядре факела 1350-1400°C на Красноярской ГРЭС-2 с содержанием оксида железа 83.0 мас. % и примесей оксидов переходных металлов не более 1 мас. %. Над газораспределительной решеткой размещена объемная организующая насадка с живым сечением 90% и долей свободного объема в пакете 95%.

Глубина окисления дизельного топлива 97.9%. Основной состав золы-уноса приведен в таблице 1.

Пример 7

Аналогичен примеру 6. Вместо дизельного топлива в реактор подают каменный уголь марки Г Кузнецкого бассейна. Расход угля 250 г/ч. В качестве катализатора используют золу-унос, образующуюся непосредственно при сжигании каменного угля в псевдоожиженном слое инертного материала при 700-800°C с содержанием оксида железа 3.5 мас. % и примесей оксидов переходных металлов не более 1 мас. %. Над газораспределительной решеткой размещена объемная организующая насадка с живым сечением 50% и долей свободного объема в пакете 85%.

Глубина окисления органической составляющей каменного угля 94.7%.

Пример 8.

Аналогичен примеру 7. Дополнительно в реактор в качестве катализатора окисления подают золу-унос, уловленную на выходе из реактора, в количестве 150 см 1 ч. Глубина окисления органической составляющей каменного угля 96.2%.

Пример 9.

Аналогичен примеру 7. При подаче каменного угля после разогрева слоя до 350°C дополнительно подают золу-унос в количестве 150 г/ч для уменьшения времени выхода установки на рабочий температурный режим. После выхода установки на рабочий температурный режим подачу золы-уноса отключают. Время выхода на рабочий режим сократилось в 2 раза (с 60 мин до 30 мин).

Таким образом, приведенные примеры показывают, что зольные остатки от сжигания ископаемых твердых топлив в отношении окисления дизельного топлива близки по своей активности в отношении окисления дизельного топлива катализаторам на основе переходных металлов, используемых в прототипе. При этом необходимо отметить, что зольные остатки от сжигания углей являются отходом котельных при производстве тепловой и электрической энергии. Стоимость же оксида железа составляет около 100 тысяч рублей за тонну, а стоимость алюмомеднохромового катализатора достигает 500 тысяч рублей за тонну.

1. Способ сжигания топлива в псевдоожиженном слое дисперсных частиц инертного материала, в который непрерывно вводят снизу и выводят сверху катализатор, отличающийся тем, что в качестве катализатора используют частицы золы-уноса, образующиеся при сгорании ископаемых твердых топлив, а над газораспределительной решеткой размещена объемная организующая насадка.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве катализатора используют частицы золы-уноса, образующиеся непосредственно в псевдоожиженном слое дисперсных частиц инертного материала при сжигании в слое ископаемых твердых топлив.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что образующиеся непосредственно в псевдоожиженном слое дисперсных частиц инертного материала и улавливаемые при очистке отходящих газов золы-уноса возвращаются в псевдоожиженный слой в качестве катализатора.

4. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что частицы золы-уноса дополнительно подают в псевдоожиженный слой на стадии вывода установки на рабочий температурный режим после предварительного разогрева слоя до температуры 350-400°C.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используемые частицы золы-уноса, образующиеся при сгорании ископаемых твердых топлив, содержат оксиды железа в количестве 3.5÷83.0 мас. % и примеси других переходных металлов.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что над газораспределительной решеткой размещена объемная организующая насадка с живым сечением 50-90% и долей свободного объема в пакете насадок 85-95%.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на газораспределительной решетке размещены гранулы инертного материала с температурой плавления выше температуры окисления топлива в реакторе.



 

Похожие патенты:
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.

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.

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.

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.
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.

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.

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.

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.

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.

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.

Изобретение относится к области энергетики, способам сжигания топлива в псевдоожиженном слое твердого теплоносителя для нагрева газов, жидкостей и твердых тел, а также обезвреживания газообразных, жидких и твердых отходов. Способ сжигания топлива в псевдоожиженном слое дисперсных частиц инертного материала, в который непрерывно вводят снизу и выводят сверху катализатор, в качестве катализатора используют частицы золы-уноса, образующиеся при сгорании ископаемых твердых топлив, а над газораспределительной решеткой размещена объемная организующая насадка. В качестве катализатора используют частицы золы-уноса, образующиеся непосредственно в псевдоожиженном слое дисперсных частиц инертного материала при сжигании в слое ископаемых твердых топлив. Образующиеся непосредственно в псевдоожиженном слое дисперсных частиц инертного материала и улавливаемые при очистке отходящих газов частицы золы-уноса возвращаются в псевдоожиженный слой в качестве катализатора. Технический результат – высокая эффективность сжигания топлива. 6 з.п. ф-лы, 2 табл.

Наверх