Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ СЖИГАНИЯ КАВИТАЦИОННОГО ВОДОУГОЛЬНОГО ТОПЛИВА ВТОПКЕ КИПЯЩЕГО СЛОЯ ИНЕРТНОГО МАТЕРИАЛА, СНИЖАЮЩИЙ ОБРАЗОВАНИЕ ВРЕДНЫХ ВЫБРОСОВ ОКСИДОВ АЗОТА И СЕРЫ

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.

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.