Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ АКТИВИРОВАНИЯ ПОРОШКООБРАЗНОГО УГЛЯ В ВЕРТИКАЛЬНОЙ ЧЕТЫРЕХГРАННОЙ ПРИЗМАТИЧЕСКОЙ ТОПКЕ

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано на паровых и водогрейных котлах, сжигающих природный газ и угольную пыль при комбинированной выработке тепловой энергии и активированного угля.

Известен способ активирования порошкообразного угля путем ввода угольных частиц размером 2-4 мм в смеси с воздухом и газообразными продуктами сгорания в установку по активированию угольных частиц, нагрева с выделением влаги и летучих горючих веществ и получением коксового остатка газовым факелом, сбора и продувки паром частиц с коксовым остатком, последующего их охлаждения с выводом потребителю (X. Кинле, Э. Бадер. Активные угли и их промышленное применение. Химия, Л., 1984, с.34-57). Недостаток способа - большие расход газа на нагрев с выделением влаги и летучих веществ и тепловые потери с продуктами сгорания, выводимыми в атмосферу.

Известен способ активирования порошкообразного угля в вертикальной четырехгранной призматической топке путем ввода угольных частиц размером 2-4 мм в смеси с воздухом и газообразными продуктами сгорания, нагрева с выделением влаги и летучих горючих веществ и получением коксового остатка основными и дополнительными газовыми факелами, образованными спутными основными и дополнительными потоками газовоздушной смеси, истекающими из основных и дополнительных газовых горелок, сбора и продувки паром частиц с коксовым остатком, последующего их охлаждения с выводом потребителю в подподовых установках (патент РФ №2267055; F23С 1/12 от 31.01.2005 г.; Б.И. №36, 2005 г.). Активирование в составе технологии комбинированной выработки тепловой энергии и получения потребительского сорбционного продукта - активированного угля существенно снижает совокупный расход газа и тепловые потери с газообразными продуктами сгорания, выводимыми в атмосферу. Недостаток способа - повышенная степень обгорания коксового остатка и значительный вынос коксовых частиц с газовым факелом из топки.

Известен способ активирования порошкообразного угля в вертикальной четырехгранной призматической топке путем ввода угольных частиц размером 2-4 мм в смеси с воздухом и газообразными продуктами сгорания, нагрева с выделением влаги и летучих горючих веществ и получением коксового остатка основными и дополнительными газовыми факелами, образованными спутными основными и дополнительными потоками газовоздушной смеси, истекающими из основных и дополнительных газовых горелок, сбора и продувки паром частиц с коксовым остатком в подовом накопителе, последующего их охлаждения с выводом потребителю в подподовых установках; массовый расход газа через дополнительные горелки при этом составляет (0,01-0,15)G_н, где G_н - массовый расход газа через основные горелки (патент РФ №2306484; F23С 1/12 от 13.06.2006 г.; Б.И. №26, 2007 г.). Недостаток способа - повышенное остаточное содержание горючих летучих веществ в коксовом остатке, что снижает его сорбционные потребительские свойства.

Известен способ активирования порошкообразного угля в вертикальной четырехгранной призматической топке путем встречного ввода угольных частиц размером 2-4 мм в смеси с воздухом и газообразными продуктами сгорания вдоль вертикальной плоскости симметрии топки параллельно фронтовой и задней стенам, нагрева с выделением влаги и летучих веществ и получением коксового остатка основными и дополнительными газовыми факелами, образованными основными и дополнительными потоками реакционной газовоздушной смеси, истекающими из основных и дополнительных горелок, сбора и продувки струями пара частиц с коксовым остатком в подовых накопителях, последующего их охлаждения с выводом потребителю в подподовых установках (патент РФ №1638452; F23С 7/02 от 26.12.1988 г., с регистрацией от 06.03.1995 г.; Б.И. №12, 1991 г.). Недостаток способа - повышенное остаточное содержание горючих летучих веществ в коксовом остатке, что снижает его потребительские сорбционные свойства.

Известен наиболее близкий способ активирования порошкообразного угля в вертикальной четырехгранной призматической топке путем встречного ввода угольных частиц размером 2-4 мм в смеси с воздухом и газообразными продуктами сгорания вдоль вертикальной плоскости симметрии топки параллельно фронтовой и задней стенам, нагрева с выделением влаги и летучих веществ и получением коксового остатка основными и дополнительными газовыми факелами, образованными основными и дополнительными потоками реакционной газовоздушной смеси, истекающими из основных и дополнительных горелок, сбора и продувки струями пара частиц с коксовым остатком в подовых накопителях, последующего их охлаждения с выводом потребителю в подподовых установках (Перевод котла БК3-220 на технологию ступенчатого сжигания топлива / В.В. Осинцев и др. // Электрические станции, №11, 1991. - с.17-22). Недостаток способа - повышенное остаточное содержание горючих летучих веществ в коксовом остатке, что снижает его потребительские сорбционные свойства.

Задача изобретения - снижение остаточного содержания горючих летучих веществ в коксовом остатке вводимых на активирование угольных частиц и повышение его потребительских сорбционных свойств.

Поставленная задача решается способом активирования порошкообразного угля в вертикальной четырехгранной призматической топке путем встречного ввода угольных частиц размером 2-4 мм в смеси с воздухом и газообразными продуктами сгорания вдоль вертикальной плоскости симметрии топки параллельно фронтовой и задней стенам, нагрева с выделением влаги и летучих веществ и получением коксового остатка основными и дополнительными газовыми факелами, образованными основными и дополнительными потоками реакционной газовоздушной смеси, истекающими из основных и дополнительных горелок, сбора и продувки струями пара частиц с коксовым остатком в подовых накопителях, последующего их охлаждения с выводом потребителю в подподовых установках, реализуемым, согласно изобретению, вводом основных потоков реакционной газовоздушной смеси над потоками с угольными частицами параллельно и симметрично вертикальной плоскости симметрии топки, подачи дополнительных потоков реакционной газовоздушной смеси под потоками с угольными частицами вдоль вертикальной плоскости симметрии топки с массовым расходом газа (0,16-0,3 5)G_о, где G_о - массовый расход газа в основных потоках, кг/с.

Вводом основных потоков газовоздушной смеси над потоками с угольными частицами размером 2-4 мм параллельно и симметрично вертикальной плоскости симметрии топки, подачей дополнительных потоков газовоздушной смеси под потоками с угольными частицами вдоль вертикальной плоскости симметрии топки с массовым расходом газа G_д=(0,16-0,35)G_о, где G_о - массовый расход газа в основных потоках, кг/с достигается максимальный ~ 100% выход летучих веществ из вводимых на активирование угольных частиц размером 2-4 мм; при этом диапазон G_д=(0,16-0,35)G_о оптимален, поскольку даже незначительное отклонение от него влечет нарушение процесса активирования с выходом качественного коксового сорбента. Так при G_д≤0,155G_o резко скачкообразно увеличивается остаточное содержание в коксовом остатке вводимых угольных частиц горючих летучих веществ; при G_д≥0,360G_о начинается обгорание и вынос уменьшаемых при этом в размерах и весе коксовых частиц с газовым факелом из топки, что снижает эффективность процесса активирования со снижением расхода выпускаемого сорбционного материала потребителю. Обгоревшие коксовые частицы имеют, как правило, оплавленную поверхность и ухудшенные сорбционные свойства. Положительный эффект достигается при подаче в топку частиц размером 2-4 мм как бурого, так и каменного угля с высоким содержанием летучих веществ. Частицы <2 мм выносятся в большом количестве из топки, частицы с размером >4 мм выходят с большим остаточным содержанием летучих веществ и ухудшенными сорбционными свойствами.

Предлагаемый способ активирования порошкообразного угля в вертикальной четырехгранной призматической топке поясняется чертежами.

На фиг.1 представлена схема вертикальной призматической четырехгранной топки, продольный разрез; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.

Вертикальная призматическая четырехгранная топка содержит камеру сгорания 1, фронтовую, заднюю и боковые стены 2, 3, 4, 5, экранированные трубами 6, основные газовые горелки 7, размещенные в один горизонтальный ряд на боковых стенах 4, 5 симметрично относительно вертикальной плоскости симметрии к камеры сгорания 1 и топки, дополнительные газовые горелки 8, установленные вдоль вертикальной плоскости симметрии к под основными газовыми горелками 7, сопловые узлы 9 ввода смеси И воздуха и газообразных продуктов сгорания и угольных частиц 12 размером 2-4 мм, под 13 в виде нисходящего двухстороннего конфузора с накопителями 14 коксовых частиц 15, имеющими питатели 16 и паровые сопла 17; к накопителям 14 подключены охладители 18, в частности, кипящего слоя, имеющие систему подачи 19 смеси 11 воздуха и газообразных продуктов сгорания, системы выпуска 20 готового сорбционного материала (активированного угля) 21 и системы выпуска 22 смеси 11 воздуха и газообразных продуктов сгорания, направляемых по газоходам 23 к соплам 9 ввода смеси 11 и угольных частиц 12. Особенностью топки является размещение сопловых узлов 9 на высотной отметке между основными и дополнительными газовыми горелками 7 и 8 соответственно вдоль вертикальной плоскости симметрии к камеры сгорания 1 топки.

Способ активирования порошкообразного угля в вертикальной четырехгранной призматической топке реализуется путем встречного ввода угольных частиц 12 размером 2-4 мм в смеси 11 воздуха и газообразных продуктов сгорания вдоль вертикальной плоскости симметрии к камеры сгорания 1 топки параллельно фронтовой и задней стенам 2, 3, нагрева с выделением влаги 24 и летучих горючих веществ 25 и получением коксового остатка 15 основными и дополнительными газовыми факелами 26 и 27 соответственно, образованными основными и дополнительными потоками реакционной газовоздушной смеси 28, 29, истекающими из основных и дополнительных горелок 7, 8 соответственно, сбора и продувки струями пара 30 частиц 15 с коксовым остатком в подовых накопителях 14, последующего их охлаждения с выводом потребителю в подподовых установках 18 (в частности, охладителях кипящего слоя). Особенностью способа является вывод основных потоков 28 реакционной газовоздушной смеси над потоками 11 с угольными частицами 12 параллельно и симметрично вертикальной плоскости симметрии топки, дополнительных потоков 29 реакционной газовоздушной смеси под потоками 11 с угольными частицами 12 вдоль вертикальной плоскости симметрии k топки с массовым расходом газа G_д=(0,16-0,35)G_o, где G_о - массовый расход газа в основных потоках 28, кг/с. Реакционная газовоздушная смесь 28 и 29 формируется потоками воздуха 31 и 32 и газа 33 и 34 соответственно.

Вводом основных потоков 28 газовоздушной смеси 11 над потоками с угольными частицами 12 размером 2-4 мм параллельно и симметрично вертикальной плоскости симметрии к топки, подачей дополнительных потоков 29 газовоздушной смеси под потоками 11 с угольными частицами 12 вдоль вертикальной плоскости симметрии к топки с массовым расходом газа G_д=(0,16-0,35)G_о, где G_о - массовый расход газа в основных потоках 28, кг/с достигается максимальный ~ 100% выход летучих веществ 25 из вводимых на активирование угольных частиц 12 размером 2-4 мм; при этом диапазон G_д=(0,16-0,35)G_o оптимален, поскольку даже незначительное отклонение от него влечет нарушение процесса активирования с выходом качественного коксового сорбента 21. Так при G_д≤0,155G_o резко скачкообразно увеличивается остаточное содержание в коксовом остатке 15 вводимых угольных частиц 12 горючих летучих веществ 25; при G_д≥0,360G_o начинается обгорание и вынос уменьшаемых при этом в размерах и весе коксовых частиц 15 с газовым факелом из топки, что снижает эффективность процесса активирования из-за снижения расхода выпускаемого сорбционного материала 21 потребителю. Обгоревшие коксовые частицы 15 имеют, как правило, оплавленную поверхность и ухудшенные сорбционные свойства. Положительный эффект достигается при подаче в топку частиц 12 размером 2-4 мм как бурого, так и каменного угля с высоким содержанием летучих веществ 25. Частицы <2 мм выносятся в большом количестве из топки, частицы с размером >4 мм выходят с большим остаточным содержанием летучих веществ 25 и ухудшенными сорбционными свойствами.

Практическое использование способа связано в первую очередь с котлами типа БК3-220 с наиболее близкой технологией сжигания газа. Возможно использование топок с большим количеством основных горелок 7 в вертикальных и горизонтальных рядах. Использование комбинированной технологии выработки теплоты (пара) и активированного угля снижает расход реакционного газа за счет сжигания в топке выделяемых из угольных частиц 12 летучих горючих веществ 25. Вырабатываемый и охлаждаемый материал (активированный уголь) 21 направляют в системы водоподготовки и очистки промстоков ТЭЦ со значительной экономией затрат в сравнении с вариантом его приобретения от стороннего производителя.