СПОСОБ ДОЖИГАНИЯ ГОРЮЧИХ ВЕЩЕСТВ В ЗОЛАХ Российский патент 1996 года по МПК F23B5/00 

Изобретение относится к промышленности производства строительных материалов, конкретно к технологии плавления тол ТЭЦ.

Известен способ обжига полидисперсных материалов, реализуемый в циклонной печи, содержащей коаксиально расположенную в корпусе цилиндрическую огнеупорную камеру с верхним подводом материала и газа и с нижним выводом отходящих газов. При этом, внутренняя огнеупорная камера выполнена из пористого материала с пористостью 25 40% [1]
Недостатком указанного известного способа является невозможность использования его для обработки полидисперсных материалов, содержащих горючие вещества, подлежащих выжиганию (так как из-за отсутствия распыления материала и смешения его в таком виде с окислителем, выжигание горючих веществ характеризуется недостаточной полнотой).

Известна камера для сжигания угля и получения чистого топочного газа с низким содержанием серы, в которой измельченный уголь, содержащий 2 8% серы, сжигают в циклонной камере сгорания, обеспечивая неполное сгорание, при этом сера переходит в сероводород. Продукты неполного сгорания направляют внутрь внутренней стенки камеры сгорания вместе с основным веществом, например, с известью, известняком, доломитом, которые предварительно измельчают в порошок и смешивают с углем в количествах, пропорциональных содержанию диоксида кремния в угле, получая в камере сгорания жидкотекучий шлак и газообразный горючий продукт сгорания с уменьшенным содержанием серы. Уголь и основное вещество в камеру сгорания направляют по оси, используя для этого воздух. В камеру сгорания также подают тангенциальным потоком предварительно подогретый воздух, чтобы поддержать в камере 1200^oС. Внутренняя стенка камеры сгорания покрыта жидкотекучим шлаком, который реагирует с газообразными веществами, содержащими серу. Шлак содержит также частицы углерода, полученные при неполном сжигании угля, которые реагирует кислородсодержащими составляющими газообразных продуктов сгорания.

При этом газообразные продукты сгорания сгорают полностью. Расплавленный шлак, содержащий большую часть серы, присутствующей первоначально в угле, удаляют [2]
Недостатки известного способа, реализуемого в вышеописанной камере, заключаются в отсутствии решений по распыливанию шлака и дожиганию содержащегося в нем углерода.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является способ плавки мелких руд и концентраторов, по которому в камеру тангенциально через сопло с большой скоростью подается воздух.

Топливо и шихта поступают в камеру через шнековые питатели и в направлении, перпендикулярном направлению воздушного потока. Поток газов с большей скоростью омывает стенки камеры, обеспечивая интенсивное сгорание частиц топлива и плавление золы и шихты [3]
Недостатком известного способа является возможность использования его для выжигания частиц топлива, самостоятельно присутствующих в шихте. В случае, если топливо присутствует в шихте в виде вкраплений, последние при расплавлении шихты обволакиваются негорючей составляющей и становятся трудновыжигаемыми (без дополнительного распыления жидкой фазы и организованной подачи окислителя).

Целью изобретения является повышение полноты сжигания топлива в золах.

Поставленная цель достигается тем, что минеральную составляющую золы расплавляют методом циклонной плавки, распыляют расплав, содержащий твердое топливо потоком отходящих газов, а затем, дожигают твердое топливо путем организованного подвода к газокапельному потоку окислителя.

В настоящее время на тепловых электростанциях, работающих на угле, образуется большое количество золошлаковых отходов. Эти материалы являются значительным резервом для производства строительных материалов и конструкций, использование которых имеет важное народнохозяйственное значение, решает вопросы утилизации золошлаковых отвалов и охраны окружающей среды. К последнему следует добавить, что зола экибастузского угля, содержащая до 65% двуокиси кремния, является силикозоопасной.

Наличие значительных золошлаковых отвалов у ТЭЦ создает серьезную угрозу здоровью населения.

Для возможности использования золы в строительной промышленности ее необходимо перевести из кристаллической в стекловидную фазу, что достижимо при температурах до 1460-12500^oС.

Существующие технические разработки по плавильным агрегатам, предназначенным для расплавления зол и зольных шихт, имеют существенные недостатки, связанные с цикличностью процесса плавки, отсутствием решений по теплоиспользованию отходящих газов в последующих технологических переделах, и, следовательно, с высокими удельными расходами тепла.

Поскольку в золе содержится практически от 8 до 20% углерода, перспективными являются направления по использованию тепла от его сжигания. Однако сжигание углерода затруднительно из-за того, что он покрыт минеральными составляющими золы и не поддается обогащению.

Зола ТЭЦ-22 представлена мельчайшими частицами серовато-сизого цвета, основная масса которых глобулярной формы. Реже встречаются угловатой формы частицы серой окраски. Частицы полые внутри, иногда с многочисленными порами. Как правило, они стеклообразны и в основном состоят из оксидов кремния и алюминия. В единичных случаях среди основной стеклообразной массы наблюдаются единичные скелетного облика мельчайшие образования алюмосиликатов. В достаточно большом количестве в золе присутствуют мелкие угловатой формы частицы угля, выделяющиеся желтоватой окраской и наличием большого количества алюмосиликатных прослоев.

Однако следует иметь в виду, что характер частицы недожженного топлива, его химический состав, плотность и температура перехода в жидкоплавкое состояние зависят от вида топлива, также его месторождения.

Несгоревшие частицы угля сосредоточены в крупных фракциях золы, основным компонентом которых является обожженное неоплавленное глинистое вещество.

Несгоревшие частицы топлива в разной степени метаморфизированные присутствуют в золе всех твердых топлив. Преобразованное в топке органическое вещество весьма отлично от его исходного состояния и находится в виде кокса и полукокса с очень малой гигроскопичностью и выходом летучих.

Состояние глинистого вещества в золе в настоящее время недостаточно изучено.

Обожженное глинистое вещество находится преимущественно в золе тех топлив, минеральная основа которых представлена каолинитовыми глинами. Другие глины, как более легкоплавкие, почти полностью переходят в стекловидную фазу. Обожженное глинистое вещество содержится в золе канско-ачинского, Экибастузского углей, эстонского сланца. Зола подмосковного угля в основном состоит из обожженного глинистого вещества.

Движение и выгорание частиц твердого топлива (недожега) в циклонных камерах определяется размером частиц, их состояние степенью пассивации глинистым веществом, а также скоростью газового потока.

Сепарация частиц размером более 25 50 мм происходит настолько быстро, что за это время они не успевают сколь-нибудь заметно видоизменяться. На стенке глинистая составляющая частиц оплавляется и, находясь в пленке расплава, органическое вещество частично догорает, омываемое потоком высокой скорости горячих газов. В связи с органическим временем пребывания частиц в циклоне и ограниченным подводом кислорода к ее поверхности, полного догорания органического вещества не наблюдается. Наиболее благоприятные условия для догорания органического вещества создаются после его выхода из циклонной камеры. Газовый поток разбрызгивает пленку расплава, оголяя органические частицы, и они полностью догорают за счет подведенного к ним дополнительного кислорода воздуха.

Введение в циклонную камеру воздуха в объеме, необходимом для плавления минеральной составляющей и сжигания топлива, нерационально, так как при этом затруднено достижение высоких температур для перевода минимальной составляющей золы в жидкоплавкое состояние (при t жидкоплавкого состояния золы 1500^oC необходимо достижение действительной температуры порядка 1800 1850^oC).

Затруднение вызывается подогревом до 1800 1850^oC избытка воздуха, идущего на дожигание топлива, т. е. достижение температуры плавления.

Организованный подвод воздуха (окислителя) к пылегазовому потоку обеспечивает максимальные теплоэнергетические характеристики газового потока в разделительной камере при полном сжигании органического вещества.

Все вышеизложенное в сравнении с прототипом позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "новизна".

При сравнении решения и другими известными техническими решениями в данной области техники, находящимися в фонде Л. О. Стальпроекта, не обнаружены решения, обладающие сходными признаками. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "Существенные отличия".

На чертеже показано устройство для реализации заявляемого способа.

Плавильный циклон 1, содержащий патрубок 2 для тангенциального подвода теплоносителя, кольцевую щель 3 для подачи золы 4, диафрагму 5 для нижнего вывода расплава 6, а также на схеме показан конусообразный газовый поток 7, содержащий расплав 6 в пылевидном состоянии и частицы 8 недогоревшего органического вещества.

Способ дожигания горючих веществ в золах реализуется в приведенной схеме следующим образом.

Частицы золы 4 подаются через кольцевую щель 3, отбрасываются на стенку плавильного циклона 1, где сепарируются и проплавляются. Горючие вещества 8 частично догорают и через диафрагму 5 выводятся вместе с теплоносителем из циклона 1.

Расплав распыляется газовым потоком, горючие вещества окисляются подводимым к пылегазовому потоку окислителем. Выделяющееся при этом тепло может использоваться для ведения других технологических процессов.

Пример 1. В циклонной установке Новомосковского трубного завода проведены 2 опытные плавки. Эти плавки условно разделены, несмотря на то, что они были проведены без остановки агрегата и отличались, главным образом, составом исходной шихты. В одной из них в качестве шихты использовали смесь золы с известью и окалиной, в другой смесь золы и железной окалины.

Химический состав приведен в таблице 1.

Расплав из летки охлаждался струей воды и полученный гранулятор по лотку направлялся в приемную емкость. Для изучения превращений составляющих расплава отбирали пробы с грануляцией их в воде и медленным охлаждением.

С увеличением по ходу плавок температуры подогрева воздуха до 415 - 480^oC и разогрева копильника до 1420 1530^oC расплава из циклонной установки поступал непрерывно и достаточно интенсивно.

Состав расплава и гранулятора, полученных из зольных шихт, приведен в таблице 2, основные показатели плавок в таблице 3.

Пример 2. Плавки золы ТЭЦ-22 и зольной шихты в циклонной шлакоплавильной установке завода им. Г. И. Петровского. Химический состав исходных материалов приведен в таблице 3 и конечного продукта в табл. 4
Приведенные примеры свидетельствуют о принципиальной возможности практически полного дожигания углерода (на уровне 99%), в золе отвальных шлаков в плавильных циклонах с получением стекловидной фазы конечного продукта. Однако, при этих условиях, процесс характеризовался высокими тепловыми затратами, так как через плавильный циклон проходит весь воздух, необходимый для дожигания топлива, содержащегося в золе, при этом он подогревался до температуры 1750 1800^oC и дополнительно расходовалось порядка 65 70 нм³ природного газа на тонну золы. Кроме того, в результате высокотемпературного подогрева воздуха в разделительной камере развиваются высокие температуры, отрицательно влияющие на стойкость ее футеровки.

Существенным отличием заявляемого способа дожигания топлива в золах является организованный подвод дополнительного воздуха к пылегазовому потоку, выходящему из плавильного циклона с нижним выводом газа и расплава. Экономия 65 70 нм³ природного газа\т. золы непосредственно от заявляемого подвода дополнительного воздуха (окислителя).

Организованный подвод воздуха необходим для полного смешения окислителя с топливом с целью достижения полного сжигания последнего. ТТТ1 ТТТ2

Использование: в промышленности строительных материалов, для плавления зол в ТЭЦ. Сущность изобретения: способ дожигания зол включает распределение золы методом циклонной плавки с последующим отводом расплава и отходящих газов. Для дожигания горючих веществ в золе осуществляют распыление расплава отходящими газами и дополнительную подачу к потоку распыленного расплава окислителя. 1 ил., 4 табл.

Способ дожигания горючих веществ в золах, включающий расплавление золы методом циклонной плавки с последующим отводом расплава и отходящих газов, отличающийся тем, что для дожигания горючих веществ в золе осуществляют распыление расплава отходящими газами и дополнительную подачу к потоку распыленного расплава окислителя.