Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО СРЕДНЕТЕМПЕРАТУРНОГО КОКСА В КИПЯЩЕМ СЛОЕ

Изобретение относится к области энерготехнологической переработки угля, в частности к получению из угля тепловой энергии и высококалорийного твердого топлива (кокса) для металлургии, энергетики и других отраслей промышленности.

Известен целый ряд способов энерготехнологической переработки углей с использованием техники кипящего слоя, ориентированных на получение кокса преимущественно из бурого угля. Характерным примером является технология, известная как способ термоконтактного коксования угля (способ ТККУ) в кипящем слое (Андрющенко А.И., Попов А.И. Основы проектирования энерготехнологических установок электростанций. - М.: Высшая школа, 1980). Коксование мелкозернистого угля осуществляется в аппарате с кипящим слоем при температуре около 540°С. При этом подвод тепла в кипящий слой обеспечивается за счет промежуточного теплоносителя, роль которого выполняет образующийся в процессе кокс. Для этой цели рециркулируемая часть кокса нагревается в коксонагревателе с воздушным дутьем за счет сжигания пиролизного газа. Основным продуктом данного способа являются мелкозернистый кокс (класс крупности 0-3 мм). Парогазовые продукты разложения угля подвергаются конденсации с выделением нескольких фракций смолы и пиролизного газа.

Недостатки данного способа заключаются в многостадийности процесса коксования и связанной с этим сложности технологической схемы и конструкций составляющих ее аппаратов, а также в токсичности ряда веществ (фенолы, полиароматические углеводороды и др.), содержащихся в продуктах термического разложения угля.

Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности является «Способ переработки угля» (патент РФ №2359006, 20.06.2009 г.). Данный способ заключается в том, что процесс осуществляют в аппарате кипящего слоя, выполненном в виде котельного агрегата с топкой, содержащей две секции кипящего слоя, разделенные барьером и снабженные средствами подачи воздуха в первую секцию и водяного пара или охлажденных дымовых газов во вторую секцию, при этом в первую секцию аппарата подают уголь фракции 0-35 мм и воздух, поддерживают в первой секции температуру 650-800°С, обеспечивают переток продукта из первой секции во вторую через барьер, установленный в аппарате между упомянутыми секциями, причем во вторую секцию подают водяной пар или охлажденные дымовые газы с обеспечением охлаждения полученного кокса до 150-250°С.

Основными недостатками этого способа является высокий вынос мелких частиц кокса в надслоевое пространство восходящим потоком газов и, как следствие, довольно низкий удельный выход кокса, а также повышенная зольность кокса. Для снижения доли уноса кокса из ванны кипящего слоя можно организовать над кипящим слоем расширение сечения, что позволяет резко снизить скорость течения газов и снизить количество выносимых из слоя частиц кокса. Однако габаритные размеры котлов, модифицируемых под энерготехнологическую переработку угля с получением двух продуктов - тепловой энергии и кокса, такую геометрию реактора позволяют реализовать только за счет уменьшения ширины непосредственно ванны с кипящим слоем. Это, в свою очередь, приводит к снижению производительности котлоагрегата как по тепловой энергии, так и по получаемому коксу.

Задача настоящего изобретения состоит в устранении вышеуказанного недостатка известных способов с целью повышения удельной производительности способа и удельного выхода кокса из 1 тонны угля.

Техническим результатом изобретения является увеличение удельного выхода кокса в расчете на тонну перерабатываемого угля и производительности агрегата в расчете на квадратный метр воздухораспределительной решетки, а также снижение зольности получаемого кокса и, как следствие, повышение его удельной теплоты сгорания.

Технический результат достигается за счет регулирования расхода подаваемого воздуха по длине кипящего слоя путем организации секционированной подачи первичного воздуха, при этом расход воздуха уменьшается от первой к третьей секции (рисунок 1).

Вследствие снижения скорости восходящего потока из кипящего слоя выносится меньше мелких и более легких частиц кокса, благодаря чему повышается удельный выход кокса и уменьшается его зольность, так как в зону термоокислительной обработки подается меньшее количество окислителя.

Способ осуществляют следующим образом. В аппарат с реактором кипящего слоя угля, который в зависимости от назначенного режима имеет температуру от 650 до 800°С, питателем непрерывно подают дробленый уголь с размером частиц от 0 до 35 мм. При этом происходит дробление крупных фракций угля в результате термического удара при попадании в кипящий слой с высокой температурой.

Более крупные частицы исходного угля, нагреваясь до температуры слоя и перемещаясь в горизонтальном направлении, последовательно проходят стадии сушки, пиролиза и частичной газификации. Воздух под воздухораспределительную решетку рекатора подводится через независимо регулируемые секции по длине кипящего слоя, при этом в 1-ю секцию подается первичный воздух с расходом в диапазоне 4500-6500 нм³/(м²⋅ч), во 2-ю секцию - 3500-5500 нм³/(м²⋅ч), а в 3-ю секцию - 1500-3500 нм³/(м²⋅ч). Мелкодисперсный уголь и газообразные продукты коксования воспламеняются в верхней части кипящего слоя и догорают в надслоевом пространстве за счет подачи вторичного воздуха, отдавая тепло поверхностям нагрева котельного агрегата для генерации тепловой энергии в виде горячей воды или водяного пара. Продукты сгорания через дымосос выбрасываются в атмосферу.

В примере, иллюстрирующем способ и устройство, использованы результаты балансового испытания модифицированного котельного агрегата КВТС-20, в котором типовая топка заменена реактором кипящего слоя, причем воздухораспределительная решетка по длине кипящего слоя разделена на три секции с независимой регулировкой расхода воздуха в каждой.

В таблице 1 приведены сравнительные технические показатели работы модифицированного котельного агрегата КВТС-20 с секционированной подачей первичного воздуха и без нее, в таблицах 2-3 - характеристики использованного угля фракции 0-35 мм марки 2Б Березовского месторождения Канско-Ачинского угольного бассейна с удельной теплотой сгорания 15,5 МДж/кг и полученного из него продукта - высококалорийного твердого топлива - кокса.

Таким образом, предложенный способ позволяет увеличить удельный выход кокса в расчете на тонну перерабатываемого угля и производительность агрегата в расчете на квадратный метр газораспределительной решетки, а также снизить зольность получаемого кокса и, как следствие, повысить удельную теплоту сгорания.