СПОСОБ СЖИГАНИЯ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА Российский патент 1995 года по МПК F23C11/00 F23D1/00 

Изобретение относится к энергетике.

Существующие традиционные способы сжигания твердого топлива в факеле в топках котлов имеют главный недостаток высокую температуру в корне факела и большой пылевынос, приводящие в образование большого количества вредных выбросов, в частности оксиды азота, и большому пылевыносу, превышающие предельно допустимые нормы (ПДК) и снижающие КПД котла. В корне факела температура достигает 1700-1900^оС, при этих температурах образование оксидов азота происходит наиболее интенсивно [5 и 6]
Одним из способов уменьшения вредных выбросов в атмосферу, в частности оксидов азота, является снижение темпе- ратуры горения топлива [7] Для этой цели используется впрыск воды в корень факела (зону максимальных температур).

Известны способы сжигания топлива в камере сгорания котла [1 и 2] путем подачи в зону горения потоков топлива воздушной смеси с образованием факела и зоны максимальной температуры и ввода воды различными способами [3 и 4] в корень факела с целью снижения температуры и содержания вредных выбросов в атмосферу. Применение в известных способах [1-4] впрыскивания воды в топки котлов снижает содержание оксидов азота, но не в достаточной степени (выше норм ПДК). К недостаткам этого способа сжигания твердого топлива следует отнести также то, что для сжигания пылевидного топлива требуются большие энергозатраты на размол и приготовление твердого топлива, а при сжигании пылевидного топлива происходит большой пылевынос с высокой степенью химического и механического недожога. Все это отрицательно сказывается на экологии атмосферы.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ сжигания твердого топлива, включающий ввод топлива в шахту печи, подачу кислородсодержащего газа и вывод продуктов сгорания из печи. Сжигание твердого топлива ведут в барботируемом кислородсодержащим газом силикатном расплаве при расходе кислорода в дутье 250-2500 нм³/ч на 1 м³ силикатного расплава в спокойном состоянии [8]
Недостатком способа является то, что при расходе кислорода 595 нм³/ч и выше до 2500 нм³/ч на 1 м³ силикатного расплава его температура растет от 1500^оС до 2100^оС, достигая недопустимых величин, резко повышающих образование оксидов азота. Известно, что при температурах выше 1500^оС резко возрастает образование оксидов азота, что отрицательно сказывается на экологии.

Цель изобретения повышение экономической эффективности и создание экологически чистого способа сжигания твердого топлива.

Цель достигается тем, что в способе сжигания твердого топлива, включающем ввод топлива в шахту печи, подачу кислородсодержащего газа и вывод продуктов сгорания, сжигание твердого топлива ведут в барботируемом кислородсодержащим газом или парокислородной смесью в шлаковом расплаве путем впрыскивания в дутье диспергированной воды в количестве 0,23-1,0 кг на 1 кг сжигаемого топлива в пересчете на условное при наличии азота в дутье от 55% до полного его отсутствия 0,0% что соответствует удельному расходу воды, равному 0,73-0,85 кг для снятия 1 Мкал образующегося избыточного тепла расплава и стабилизирует заданную температуру технологического процесса, например 1500^оС, с обеспечением увеличения производительности топки до 40% при минимальном образовании оксидов азота.

Способ осуществляется следующим образом.

В топку твердое топливо через загрузочные устройства попадает на интенсивно барботируемый кислородсодержащим газом или парокислородной смесью шлаковый расплав, нагревается и за счет взрывного испарения влаги и выделения летучих составляющих разрушается на мелкие частицы, интенсивно вступая в теплообмен с расплавом и газообразным парокислородным дутьем.

В кислородсодержащий газ или чистый газообразный кислород определенного, заданного количества, вдуваемый в фурмы под расплав, впрыскивают воду. Эта смесь газообразного кислорода с дисперсными капельками воды, попадая из фурм в шлаковый расплав, мгновенно испаряется, образуя парокислородную смесь, которая, барботируя расплав, интенсивно вступает в тепло- и массообмен с поступающим топливом и расплавом.

В дутье на фурмы впрыскивают воду из расчета 0,23 кг на 1 кг сжигаемого условного топлива из расчета в кислородсодержащем дутьевом газе 55 об. азота, 35 об. кислорода и 10 об. пара. Далее, увеличивая расход впрыскиваемой воды до 1 кг на 1 кг сжигаемого условного топлива, добиваются полного отсутствия азота в дутье (0,0%) и содержания парокислородной смеси состава: 45 об. кислорода и 55 об. пара при равенстве баланса прихода и расхода тепла и стабилизированной, заданной температуре расплава, равной, например 1500^оС, обеспечивающей жидкотекучее удаление шлака и образование минимального количества оксидов азота (0,1 г/м³). При этом производительность топки, при прочих равных условиях, повышается до 40%
Сопоставление осуществления способа сжигания твердого топлива в расплаве с впрыском мелкодисперсной воды и без нее можно провести на примере разработанной топки для сжигания твердого топлива в расплаве для Харьковской ГРЭС-2. Результаты приведены в таблице.

В графе режим N 1 приведены проектные параметры работы топки на обогащенном до 35% кислорода и содержание 65% азота в дутьевом газе в режиме частичной газификации топлива марки Донецкого АШ, при сжигании углерода топлива с образованием 70% СО₂ и 30% СО без впрыскивания воды в дутье. Количество сжигаемого топлива 25 т/ч при температуре ванны 1500^оС, с образованием 0,15 г/м³ оксидов азота NO_х. Расход кислорода на 1 м³ расплава в спокойном состоянии составляет 594,4 нм³-О₂/м³-распл.

В таблице приведены режимы N 2-5 работы топки с впрыскиванием диспергированной воды в дутьевой газ, идущий на фурмы и вдуваемый в расплав. Причем во всех режимах одинаковая максимальная напряженность дутья, обеспечиваемая одинаковым во всех режимах общим расходом дутья, равным 67000 нм³/ч, при стабильном барботаже ванны, без пенообразования и с минимальным брызгоуносом.

В режиме N 3 в кислородсодержащий дутьевой газ впрыскивают дисперсную воду в количестве 0,85 кг на 1 Мкал образующегося избыточного тепла расплава, тогда дутьевой газ, выйдя из фурмы в расплав, мгновенно нагреваясь и испарив дисперсные капли воды, становится следующего состава: О₂ 35% N₂ 55% Н₂О 10% Этот режим обеспечивает стабильную работу топки при сохранении теплового баланса (приход равен расходу тепла) и заданной температуре расплава, равной 1500^оС, что обеспечивает жидкотекучее удаление шлака и достаточно низкое содержание оксидов азота 0,15 г/м³ в отходящих газах при повышении производительности топки на 9,4% (по сравнению с режимом N 1 без впрыскивания воды).

Увеличение подачи впрыскиваемой воды до 0,9 кг на 1 Мкал избыточного тепла расплава приводит к снижению температуры расплава до 1320^оС к повышению вязкости расплава и даже возможному застыванию (режим N 2).

В режиме N 4 в чистый газообразный кислород в количестве 30150 нм³/ч впрыскивают воду в количестве 0,73 кг на 1 Мкал образующегося избыточного тепла расплава (общее количество 21362 кг), тогда дутьевой газ, выйдя из фурм в расплав, нагревшись и испарив дисперсную воду, становится следующего состава: О₂ 45% Н₂О 55% при полном отсутствии азота в нем. Этот режим обеспечивает стабильную работу топки при сохранении теплового баланса (приход равен расходу тепла) и заданной температуре расплава, равной 1500^оС, что обеспечивает жидкотекучее удаление шлака и снижение содержания оксидов азота (<0,1 г/м³) в отходящих газах при повышении производительности топки на 40% (по сравнению с режимом N 1 без впрыскивания воды).

Снижение подачи впрыскиваемой воды до 0,7 кг на 1 Мкал избыточного тепла расплава приводит к увеличению температуры расплава до 1830^оС и, тем самым, к повышению образования оксидов азота более 0,15 г/м³, что исключает работу топки на этом режиме.

Таким образом, применение предлагаемого способа по сравнению с прототипом позволяет повысить производительность топки на 40% за счет впрыска в дутьевой кислородсодержащий газ или парокислородную смесь дисперсной воды в количестве (0,73-0,85) кг на 1 Мкал образующегося избыточного тепла расплава при стабилизации заданной температуры расплава и снижении образования оксидов азота за счет полного исключения из дутьевого газа азота.

Использование: в энергетике, предназначено для сжигания твердого топлива. Сущность изобретения: в кислородосодержащий газ или в газообразный кислород с содержанием азота соответственно от 55 до 0% впрыскивают воду в количестве, равном 0,23 1,0 кг на 1 кг сжигаемого условного топлива, при этом температуру расплава поддерживают на величине равной 1500°С путем равенства баланса прихода и расхода тепла в топке. 1 табл.

СПОСОБ СЖИГАНИЯ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА, включающий подачу его в шлаковый расплав топки, барботирование расплава кислородсодержащим газом или газообразным кислородом и вывод продуктов сгорания из топки, отличающийся тем, что в кислородсодержащий газ или в газообразный кислород с содержанием азота соответственно от 55 до 0% впрыскивают воду в количестве 0,23 1,0 кг на 1 кг сжигаемого условного топлива, при этом температуру расплава поддерживают равной 1500^oС путем равенства баланса прихода и расхода тепла в топке.