СПОСОБ ПОДГОТОВКИ К СЖИГАНИЮ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА Российский патент 1997 года по МПК F23C11/00 

Изобретение относится к области сжигания твердого топлива и может быть использовано в энергетике на тепловых электростанциях.

Известен способ термообработки твердого топлива путем его газификации в токе теплоносителя в аэрофонтанном реакторе, разделения газообразных и твердых продуктов газификации с одновременным отделением мелкой фракции от твердых продуктов, подачи крупной фракции твердых продуктов газификации совместно с воздухом в аэрофонтанную камеру термообработки (камеру дожигания) [1]
Данное техническое решение позволяет сжигать дробленное твердое топливо с широким фракционным составом. Недостатком данного технического решения является невозможность его реализации в случае сжигания твердого топлива с малой зольностью. При зольности топлива A^P<15,0% невозможно обеспечить требуемый уровень температур в аэрофонтанном реакторе вследствие недостатка золы-теплоносителя из-за естественного уноса золы из системы сепарации на выходе из аэрофонтанной камеры термообработки. Кроме того, при сжигании топлива с низким выходом летучих (например, с V^daf<40%) необходимость обеспечения уровня температур в аэрофонтанной камере термообработки ниже температур размягчения золы приводит к снижению эффективности процесса вследствие увеличения доли механической неполноты сгорания. Достижение приемлемого уровня недожога приводит к росту температур в аэрофонтанной камере термообработки выше температур размягчения зольной массы и соответственно к зашлаковыванию аппарата и нарушению его стабильности эксплуатации. Таким образом, работа по данному способу обеспечивает эффективное и стабильное сжигание дробленного топлива с достаточно узким диапазоном изменения теплотехнических характеристик.

Известен наиболее близкий в заявленному способ подготовки к сжиганию твердого топлива путем его термообработки в аэрофонтанном реакторе в токе теплоносителя с последующим отделением от продуктов термообработки крупной твердой фракции, причем исходное топливо вводят в пристенную область реактора [2]
Данное техническое решение позволяет провести термическую подготовку топлива к сжиганию практически любого качества. К недостаткам данного способа следует отнести высокое гидравлическое сопротивление аппаратов, обусловленное их последовательным расположением, следствием чего является гидродинамическая неустойчивость процесса. Это снижает надежность подготовки топлива к сжиганию.

Целью настоящего изобретения является повышение надежности подготовки к снижению твердого топлива.

Эта цель достигается тем, что отделенные крупные твердые фракции продуктов термообработки исходного топлива возвращаются совместно с воздухом в нижнюю часть реактора, а исходное топливо в его верхнюю часть, и в качестве теплоносителя используют продукты неполного сгорания возвращенных в реактор отделенных крупных твердых фракций продуктов термообработки исходного угля. При этом воздух в аэрофонтанный реактор могут подавать через перфорированную решетку со скоростью, исключающей провал частиц топлива.

Технических решений, связанных с наличием вышеуказанных отличительных признаков и позволяющих повысить надежность подготовки к сжиганию твердого топлива, авторами не обнаружено.

На чертеже изображена принципиальная схема установки, в которой осуществляют способ подготовки к сжиганию твердого топлива.

Установка содержит аэрофонтанный реактор 1, к верхней половине которого подведен трубопровод 2 подачи твердого топлива и который соединен газоходом 3 продуктов термической обработки с циклоном 4, который, в свою очередь, трубопроводом 5 полукокса соединен с нижней половиной аэрофонтанного реактора 1. Под перфорированную решетку 6 аэрофонтанного реактора 1 подведен трубопровод 7 дутьевого воздуха. Циклон 4 трубопроводом 8 газообразных продуктов термической обработки соединен с горелочным устройством 9 котельного агрегата 10, к которому подведен трубопровод 11 воздуха вторичного дутья.

Способ подготовки к сжиганию твердого топлива осуществляют следующим образом.

Измельченное твердое топливо подают в аэрофонтанный реактор 1, в котором реализуют процесс предварительной термической обработки исходного топлива (сушка, пиролиз, газификация, неполное горение) в аэрофонтанирующем слое, причем с целью повышения эффективности термической обработки за счет увеличения времени пребывания исходное топливо подают в пристенную область (в зону опускного движения материала) верхней половины аэрофонтанного реактора 1.

Продукты термической обработки твердого топлива по трубопроводу 3 подают в циклон 4, в котором происходит разделение газообразных и твердых (активированного полукокса) продуктов. Твердые продукты по трубопроводу 5 подают в пристенную область нижней половины аэрофонтанного реактора 1, где происходит интенсивное окисление горючей массы полукокса в аэрофонтанирующем слое, организуемом за счет подачи под перфорированную решетку 6 аэрофонтанного реактора дутьевого воздуха по трубопроводу 7. Дутьевой воздух в аэрофонтанный реактор 1 подают в количестве, меньшем стехиометрического значения, из условия бесшлакового режима термической обработки твердого топлива. Таким образом, организуется внешний контур циркуляции (циркулирующий аэрофонтанирующий слой) твердых продуктов термической обработки исходного топлива: аэрофонтанный реактор циклон аэрофонтанный реактор. Газообразные продукты термической обработки и унос твердых продуктов (мелочь активированного полукокса) по трубопроводу 8 подают в горелочное устройство 9, куда по трубопроводу 11 направляют также вторичный воздух.

Предложенный способ подготовки позволяет перерабатывать топливо с широким фракционным составом: например, уголь (до 25 мм) непосредственно после дробления, древесные отходы (до 50 мм) непосредственно после измельчения в корорубках. Это становится возможным благодаря организации в реакторе 1 аэрофонтанирующего слоя с внешним контуром циркуляции. В процессе внутренней циркуляции материала в аэрофонтанирующем слое, выгорания горючей массы частиц, внешней циркуляции происходит их интенсивное истирание и разрушение.

Это измельчение частиц, в свою очередь, способствует более интенсивному процессу термической обработки горючей массы топлива. Подачей исходного топлива в верхнюю половину аэрофонтанного реактора 1 в пристенную область (в зону опускного движения материала) обеспечивают преимущественное сжигание и газификацию углерода горючей массы топлива, сводя к минимуму окисление газообразных продуктов предварительной термической обработки исходного топлива в объеме аэрофонтанного реактора 1. Подачей уловленных в циклоне 4 крупных фракций твердых продуктов термообработки угля в нижнюю часть аэрофонтанного реактора 1 в пристенную область (в зону опускного движения материала) обеспечивают преимущественное сжигание и газификацию горючей массы этого продукта по сравнению с углеродом исходного топлива. Это также приводит к повышению эффективности термообработки топлива. Реализация процессов термической обработки исходного топлива и установленных в циклоне 4 крупных фракций твердых продуктов термообработки угля в одном аппарате, аэрофонтанном реакторе 1, позволяет существенно упростить его конструкцию, снизить по сравнению с прототипом его гидравлическое сопротивление, тем самым повысить гидродинамическую стабильность процесса. На это направлена также подача воздуха в аэрофонтанный реактор 1 через перфорированную решетку 6, обеспечивающую скорость воздуха, исключающую провал частиц топлива. Таким образом, совокупность перечисленных отличительных признаков позволяет повысить надежность подготовки топлива.

Ниже приводятся примеры реализации предложенного способа подготовки к сжиганию твердого топлива.

Пример 1. Исходное топливо древесные отходы (измельченные до фракции 50 мм) со средней теплотой сгорания Qpн

Термическую обработку топлива осуществляют в аэрофонтанном реакторе при температуре 500^oC. Для обеспечения этой температуры в реактор подают примерно 30% воздуха, необходимого для сжигания этого топлива.

В результате термической обработки потенциальное тепло древесных отходов передается в котлоагрегат в виде потенциального тепла газообразных продуктов термообработки (≈49,3%), физического тепла газообразных продуктов (≈43,4%) и потенциального тепла твердого уноса (≈4,8%).

Пример 2. Исходное топливо интинский длиннопламенный уголь (дробленный фракция до 25 мм) со средней теплотой сгорания 4370 ккал/кг, влажностью W^p 11% зольностью A^p 25% подвергают термообработке по предложенному способу.

Термическую обработку топлива осуществляют в аэрофонтанном реакторе при температуре 700^oC. Для обеспечения этой температуры в реактор подают примерно 45% воздуха, необходимого для сжигания этого топлива.

В результате термической обработки потенциальное тепло исходного топлива передается в котлоагрегат в основном в виде физического тепла газообразных продуктов термообработки (≈36,8% ), потенциального тепла твердого уноса (≈33,7%), потенциального тепла газообразных продуктов (≈25%).

Предлагаемый способ подготовки твердого топлива позволяет сжигать бурые и каменные угли практически любого качества, торф, древесные отходы, гидролизный лигнин. Однако процесс термообработки наиболее эффективен для топлив с выходом летучих более 30% и зольностью менее 10%

Использование: для сжигания твердого топлива, в т.ч. кородревесных отходов, в промышленной теплоэнергетике. Сущность изобретения: топливо в реакторе подвергают термической обработке в циркулирующем аэрофонтанирующем слое, образующиеся газообразные продукты термической обработки с уносом мелких частиц топлива дожигают в топке котла, отделенные крупные твердые фракции продуктов термообработки топлива возвращают совместно с воздухом в нижнюю часть реактора, а исходное топливо подают в его верхнюю часть. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ подготовки к сжиганию твердого топлива путем его термообработки в аэрофонтанном реакторе в токе теплоносителя с последующим отделением от продуктов термообработки крупной твердой фракции, причем исходное топливо вводят в пристенную область реактора, отличающийся тем, что отделенные крупные твердые фракции продуктов термообработки возвращают совместно с воздухом в нижнюю часть реактора, а исходное топливо подают в его верхнюю часть, и в качестве теплоносителя используют продукты неполного сгорания возвращенных в реактор отделенных крупных твердых фракций продуктов термообработки исходного угля. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что воздух в аэрофонтанный реактор подают через перфорированную решетку со скоростью, исключающей провал частиц топлива.