Результат интеллектуальной деятельности: Устройство для получения разделенных продуктов сгорания углей

Изобретение относится к углеперерабатывающей промышленности, а именно - к оборудованию для получения из угля в процессе его сжигания разделенных по удельному весу продуктов сгорания, пригодных для использования в качестве сырья для различных отраслей промышленности, а так же для получения концентрата для извлечения из него золота и других полезных компонентов.

Известно устройство,- Экспериментально технологический комплекс «АМУР» (ЭТК «Амур») позволяющее получать продукты сгорания углей (ПСУ) в виде топочного шлака и продуктов очистки дымовых газов, опубликовано в сборнике докладов «Комплексное использование потенциала каменных и бурых углей и создание комбинированных экологически безопасных технологий их освоения» Благовещенск 2017, стр. 117-121. /1, О.А. Агеев, А.П. Сорокин, В.Н. Борисов и др./

Основным недостатком данной установки является наличие в продуктах сгорания угля большого количества углерода. В шлаке и золе уноса присутствует 20-25% несгоревшего угля (недожог). В шламе отфильтрованной техногенной воды углерод находился в виде смолы, сажи, мелких частичек угля и других комплексных углеводородных соединений. В очищенных от примесей газах (после скруббера), по данным лабораторного анализа, выполненного Филиалом федерального государственного бюджетного учреждения «Центр лабораторного анализа и технических измерений по Дальневосточному федеральному округу» Центр лабораторного анализа и технических измерений по Амурской области, содержится 68,20 мг/м³ оксида углерода (Протокол испытаний №325/2д от 21.10.2016 г).

Большое количество углеродсодержащих соединений в продуктах сгорания углей ухудшает свойство полученных продуктов, как сырья. По мнению Варшал Г.М., Велюханова Т.К., Кощеева И.Я. и др., «О концентрировании благородных металлов углеродистым веществом пород» /2, Геохимия. 1994. №6. С. 814-823/, «присутствие форм, связанных с углеродистым веществом пород по механизму комплексообразования, резко снижает степень извлечения благородных металлов в технологических и аналитических операциях. При анализе углесодержащих пород потери благородных металлов за счет сорбции и образования летучих соединений могут достигать 1-2 порядков». Для снижения содержания углерода в ПСУ и, следовательно, более эффективного извлечения из них золота и других полезных компонентов, на промышленных установках требуется использование технологических приемов, позволяющих добиваться более полного сгорания углерода.

Техническая проблема, решаемая данным изобретением, состоит в создании устройства для регулируемого сжигания угля в топочной камере в режиме кипящего слоя, и вторичным сжиганием летучих соединений топлива в камере дожига, расположенного в золоуловителе. Это позволяет получать продукты сгорания углей, разделенных по удельному весу и с высокой степенью очистки от углерода.

Сущность изобретения заключается в том, что в устройстве для получения разделенных продуктов сгорания углей, включающем топочную камеру с колосниковой решеткой внутри, соединенную через нижнюю часть воздухозаборника с двухсекционным золоуловителем с тремя термопарами, в первой секции которого расположена камера дожига, а выход из второй секции, имеющий регулирующую заслонку, соединен через дымосос с дымоходом, при этом последний через горловину соединен со скруббером, который, в свою очередь, верхней частью соединен с центробежным влагоуловителем, а нижней частью - с фильтровальным блоком, состоящим из последовательно соединенных фильтр-отстойника, механического фильтра грубой очистки и фильтра тонкой очистки, при этом к нижней боковой части топочной камеры присоединен дутьевой вентилятор, внутри дымовой трубы расположен спринклерный ороситель, посредством трубопровода соединенный с насосной станцией, расположенной в нижней части емкости для техногенной жидкости, камера дожига в верхней части снабжена газовой горелкой с регулировочным вентилем, нижняя часть воздухозаборника - заслонкой, горловина скруббера имеет регулирующие заслонки, влагоуловитель на выходе снабжен термопарой, при этом фильтр тонкой очистки выполнен комбинированным, имеющим картридж для тонкой очистки от механических примесей и фильтр-адсорбент, а в качестве техногенной жидкости используют воду или щелочной раствор.

Изобретение поясняется чертежом. На фиг. 1 представлена схема общего вида устройства, состоящего из дутьевого вентилятора 1, топочной камеры 2, колосниковой решетки 3, заслонки 4, термопар 5.1; 5.2; 5,3, 5.4, воздухозаборника 6, двухсекционного золоуловителя 7, регулирующей заслонки 8; дымососа 9, дымохода 10, спринклерного оросителя 11, конфузора 12, регулируемой горловины 13, скруббера 14, центробежного влагоуловителя 15, фильтр-отстойника 16, механического фильтра грубой очистки 17, емкости для техногенной жидкости 18, насосной станции 19, трубопровода 20, газовой горелки 21, вентиля регулировочного 22, газопровода 23.

На схеме так же обозначены: I - сжигаемый уголь; II - топочный шлак; III - зола уноса (тяжелая фракция); IV - зола уноса легкая фракция; V - шлам фильтра отстойника; VI - шлам скруббера; VII - осадок техногенной жидкости; VIII - техногенная жидкость.

Устройство работает следующим образом.

В топочной камере 2 уголь I, измельченный до 25-30 мм, сжигается на горизонтальных колосниках 3 в режиме кипящего слоя. Формирование высокотемпературного кипящего слоя и организация процесса сгорания угля обеспечивается дутьевым вентилятором 1, нагнетающим воздух под колосниковую решетку (коэффициент избытка воздуха составляет 1,3-1,5; скорость газового потока =4-5 м/с). Дожигание продуктов неполного сгорания топлива происходит в камере дожига, расположенного в первой секции золоуловителя 7. Камера дожига снабжена газовой горелкой 21, куда по газопроводу 22, снабженному регулировочным вентилем 21, поступает газ - пропан, горение которого (подсветка) обеспечивает температурный режим в камере дожига не менее 610°С. При достижении устойчивого горения летучего топлива и температуры более 610°С, горелка отключается. Последующее горение происходит без подсветки. Вторичный воздух поступает по воздухозаборнику 6 и регулируется заслонкой 4. Температурный режим контролируется термопарами 5.1; 5.2; 5,3, 5.4. Данная конструкция двухступенчатого сжигания топлива обеспечивает высокую степень очистки продуктов сгорания угля от недожога и летучих соединений углерода и серы.

Разделение продуктов по удельному весу осуществляется в процессе сухой и мокрой очистки дымовых газов. Легкие и мелкие частицы, находящиеся в топочной камере 2 во взвешенном состоянии, за счет принудительного движения воздушно-газовой смеси, создаваемого дутьевым вентилятором 1 и дымососом 9, уносятся из топки в двухступенчатый золоуловитель 7 с камерой дожига летучих соединений углерода. Скорость движения газового потока регулируется регулирующей заслонкой 8. Двухсекционный золоуловитель предназначен для грубой очистки дыма от твердых частиц размером более 40 мкм.

Принцип действия золоуловителя - сухое гравитационное обогащение, основанное на различии скоростей движения частиц, имеющих разную плотность или крупность в потоке газа. В первой секции золоуловителя происходит значительное замедление скорости потока газа, что облегчает осаждение тяжелой фракции золы уноса III, во второй секции происходит осаждение легкой фракции золы уноса IV. Зола уноса накапливается в бункере золоуловителя и периодически удаляется. Золоуловитель обеспечивает эффективную очистку дымовых газов от пыли до 40 мкм, сохраняет основную часть уловленной пыли сухой, что позволяет использовать ее в качестве строительного материала, резко сокращает объем образующегося при мокрой очистке химически агрессивного жидкотекучего шлама.

Очищенный от пыли, размером более 40 мкм, газовый поток, а также летучие продукты сгорания топлива, состоящие из горячих газов, содержащих окислы углерода, азота, серы, и водяного пара, выводятся из золоуловителя дымососом 9 по дымоходу 10, в скруббер 14. Основные функции скруббера - глубокая очистка дымовых газов от посторонних примесей и понижение температуры дымовых газов. Принцип действия мокрой очистки основан на интенсивном дроблении орошающей жидкости запыленным газовым потоком, движущимся с большой скоростью. Скруббер имеет плавное сужение на входе газов (конфузор) 12 и плавное расширение на выходе (диффузор). Узкая часть - регулируемая горловина 13. Поперечное сечение горловины - щелевое. С увеличением скорости газов взаимодействие газового и жидкостного потоков протекает более интенсивно. Изменение скорости газового потока достигается за счет изменения площади сечения горловины регулировочными заслонками. Такая конструкция позволяет регулировать скорость газового потока в диапазоне от 18 до 200 м/с.

В результате такого взаимодействия частицы пыли при ударе проникают в жидкость, крупные капли жидкости вместе с захваченными частицами пыли поступают в поддон для техногенной жидкости скруббера и в виде шлама непрерывно выводятся в фильтровальный блок для очистки. Мелкие капли воды, унесенные потоком газа, поступают в центробежный влагоуловитель 15, где под действием центробежной силы, оседают на стенках циклона и стекают в поддон скруббера. В качестве жидкости в системе используется вода или щелочной раствор (хемосорбция). Распыляемые капли должны быть достаточно крупными, чтобы не быть унесенными газовым потоком. Площадь поверхности капель должна быть достаточной для улавливания всей пыли. Для реализации этих требований в системе орошения используется спринклерный ороситель 11.

Очищенные газы транспортируются в атмосферу, а жидкая среда с взвесями попадает в фильтровальный блок. Фильтровальный блок отличается простотой конструкции, компактностью и способностью качественно очищать жидкость от взвешенных частиц и ионов тяжелых металлов. Блок состоит из трех ступеней очистки. Первая ступень - фильтр-отстойник 16. Принцип работы - поток техногенной жидкости попадает в расширяющееся пространство корпуса фильтра, где резко теряет в скорости, и тяжелые частицы оседают на дно под действием гравитационных сил. Образованный осадок - шлам фильтра отстойника V, собирается в нижней части корпуса, откуда периодически выводится. Вторая ступень очистки - механический фильтр грубой очистки 17, предназначен для сбора шлама скруббера VI. Принцип работы - техногенная жидкость проходит через ячеистую структуру, которая не пропускает далее взвешенные твердые включения. Глубина очистки регулируется размерами ячеек. Третья ступень - фильтр тонкой очистки для извлечения из техногенной воды растворенных веществ и осадка техногенной воды VII (фильтр адсорбент). В качестве сорбента предполагается использовать активированный уголь (карболен) или ионообменную смолу. Техногенная жидкость VIII заливается в емкость 18, откуда насосной станцией 19 по трубопроводу 20 подается к сплинклерному оросителю 11. Водоснабжение оборотное.

Технический результат использования устройства состоит в следующем: 1. Раздельное получение ПСУ еще на стадии сжигания угля значительно упрощает технологию утилизации ПСУ. Гравитационное и магнитное обогащение топочных шлаков II и золы уноса III, IV позволяет получать готовое сырье для использования в дорожном строительстве и производстве строительных материалов, а также сырье для металлургической промышленности и концентрат, содержащий целый ряд ценных элементов, включая самородное золото. Продукты мокрой очистки дымовых газов V, VI, VII, по данным нейтронно-активационного анализа выполненного в Институте химии ДВО РАН, являются ценным сырьем для цветной металлургии. Содержание в шламах золота достигает промышленных значений (1,71 г./т.), а свинца и железа значительно превышает содержания этих элементов в шлаках и золе уноса. /Распределение макроэлементов и золота в продуктах сгорания углей (Результаты экспериментов)/ Агеев О.А., Юдаков А.А.; Иванков С.И; и др. результаты опубликованы в сборнике докладов «Комплексное использование потенциала каменных и бурых углей и создание комбинированных экологически безопасных технологий их освоения» Благовещенск 2017, стр. 129-132/.

2. Примененный метод регулируемого сжигания топлива в режиме кипящего слоя с вторичным смесеобразованием несгоревших летучих соединений углерода с воздухом в камере дожига обеспечивает высокую степень очистки продуктов сгорания угля от недожога и летучих соединений углерода и серы.

3. Разработанная и внедренная технология многоступенчатой очистки дымовых газов и техногенной жидкости от вредных и токсичных примесей решает важную экологическую задачу очистки выбросов от сжигания угля.

4. Использование в качестве орошающей жидкости щелочного раствора обеспечивает очистку дымовых газов от выбросов диоксидов серы на 90% (хемосорбция). Это позволяет использовать для сжигания топливо с повышенным содержанием серы.