СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ВЫСОКОЗОЛЬНЫХ ТВЕРДЫХ ТОПЛИВ Российский патент 1997 года по МПК C10B53/06 C10B49/16 

Изобретение относится к термической переработке высокозольных твердых топлив и может быть использовано в топливоперерабатывающей промышленности и энергетике.

Известен способ термической переработки высокозольных твердых топлив, включающий сушку дробленого топлива уходящими дымовыми газами, нагрев высушенного топлива зольным теплоносителем с образованием парогазовой смеси и коксо-зольного остатка, сжигание последнего в потоке воздушного дутья с образованием возвращаемого на стадию нагрева зольного теплоносителя, выводимой из процесса золы и направляемых на сушку дымовых газов. Сжигание коксозольного остатка осуществляют при стехиометрическом недостатке кислорода (α < 1), а химическую неполноту сгорания оставшиеся в дымовых газах горючие компоненты сжигают и утилизируют выделенное физическое тепло в специально установленном котле-утилизаторе [1]
Известна установка для термической переработки высокозольных твердых топлив, например горючих сланцев, содержащая последовательно расположенные сушилку, сепаратор для отделения сушильного агента, реактор термического разложения для отделения твердого теплоносителя, соединенный с реактором и сепаратор для отделения золы, подключенный к котлу-утилизатору [1]
Недостатками известных способа и установки является то, что в этом техническом решении для сжигания горючих компонентов, остающихся после стадии сжигания коксозольного остатка в дымовых газах, и утилизации избыточного тепла использован котел-утилизатор. Он установлен на потоке дымовых газов перед стадией сушки. В нем в потоке воздушного дутья сжигают содержащиеся в дымовых газах горючие компоненты при α = 0,95 - 1,05. Потенциальное тепло, содержащееся в этих компонентах, составляет 5-8% от потенциального тепла перерабатываемого сланца, так как заданную температуру на стадии сжигания поддерживают объемом вдуваемого воздуха и топливо сжигают при стехиометрическом недостатке кислорода (α < 1).

Другим недостатком этого способа и установки является то, что твердую фазу (золу), полученную при сжигании коксозольного остатка в аэрофонтанной топке при значительном недостатке кислорода (α < 1), выводят из процесса без ее дожигания в среде со стехиометрически необходимым объемом кислорода (α ~ 1). В выводимой золе содержится повышенное количество горючих компонентов, а среди них и соединения, вызывающие загрязнение окружающей среды например, водорастворимые соли сульфидной кислоты, фенольные соединения и т. д. С механической неполнотой сгорания коксозольного остатка теряется потенциальное тепло сланца.

Наиболее близким техническим решением является способ термической переработки высокозольных твердых топлив, например горючих сланцев, включающий сушку дробленого топлива уходящими дымовыми газами, нагрев высушенного топлива твердым теплоносителем с образованием парогазовой смеси и коксозольного остатка, сжигание последнего в потоке воздушного дутья с образованием газовзвеси, выделение из газовзвеси твердого теплоносителя, разделение оставшейся газовзвеси на золу и дымовые газы с последующим возвратом дымовых газов на сушку [2]
Известна установка для термической переработки высокозольных твердых топлив, например горючих сланцев, содержащая последовательно расположенные сушилку дробленого топлива, сепаратор для отделения сушильного агента, реактор термического разложения твердого топлива, топку, сепаратор для отделения твердого теплоносителя, подключенный к верхней части реактора, сепаратор для отделения золы, подключенный к сушилке [2]
Известные способ и установка не обеспечивают полноты сгорания горючих компонентов сжигаемого коксозольного остатка.

Технический результат от использования предлагаемых способа и установки состоит в обеспечении полноты сгорания горючих компонентов сжигаемого коксозольного остатка при одновременном снижении объема вредных выбросов и увеличении коэффициента полезного действия установки.

Для достижения указанного технического результата топливо сушат уходящими дымовыми газами, нагревают твердым теплоносителем с образованием парогазовой смеси и коксозольного остатка, сжигают последний в потоке воздушного дутья с образованием газовзвеси, выделяют из газовзвеси твердую фазу с возвращением ее на стадию нагрева в качестве твердого теплоносителя, разделяют оставшуюся газовзвесь на твердую фазу, с выводом ее в качестве золы, и дымовые газы с последующим возвратом дымовых газов на стадию сушки, а на стадию сжигания дополнительно подают твердую фазу, выделяют ее из потока газовзвеси и перед подачей на стадию сжигания охлаждают до 250-600^oС.

Для достижения указанного технического результата установка содержит последовательно расположенные сушилку, сепаратор для отделения сушильного агента, реактор термического разложения твердого топлива, топку, первый сепаратор для отделения твердой фазы, выход твердой фазы которого подключен к верхней части реактора, второй сепаратор для отделения твердой фазы, вывод газовой фазы которого подключен к сушилке, причем установка дополнительно содержит теплообменник, вход которого соединен с выходом твердой фазы любого из имеющегося или дополнительно установленного сепаратора для отделения твердой фазы, а выход полключен к нижней части топки.

Дополнительная подача на стадию сжигания частиц твердой фазы позволяет аккумулировать этими частицами выделенное при сгорании коксозольного остатка физическое тепло непосредственно в зоне горения (на месте ее выделения). Это позволяет осуществить сжигание коксо-зольного остатка при оптимальном соотношении топливо-воздух (α = 0,95 - 1,05), а температуру газовзвеси поддерживать в пределах 650-900^oС массой и температурой дополнительно подаваемых частиц. Вследствие оптимального соотношения топливо-воздух резко сокращается химическая и техническая неполнота сгорания коксо-зольного остатка и не требуется оборудования для дожигания дымовых газов и золы, что приводит к упрощению конструкций установки, облегчает ее обслуживание и уменьшает металлоемкость аппаратов.

Вследствие поддержания на стадии сжигания (в аэрофонтанной топке) температуры ниже температуры декарбонизации минеральных составляющих сланцевой золы (ниже 780^oС) в золе сланца кукерсита резко сокращается содержание сульфидной серы с 1,5-1,8 до 0,1-0,3 мас. Зола, полученная по предлагаемой технологии, без дополнительно термообработки может быть использована в качестве мелиоранта для нейтрализации кислых почв и в качестве бактерицидного препарата в борьбе с бактериозом сельскохозяйственных растений.

Выделение и охлаждение частиц твердой фазы позволяет утилизировать аккумулированные этими частицами физическое тепло и на его основе вырабатывать технологический пар высоких параметров, так как температура частиц при их выделении из потока газовзвеси составляет 650-900^oС, а температура при их возвращении на стадию сжигания 250-600^oС.

Охлаждение возвращаемых частиц ниже 250^oС нецелесообразно, так как при этом ухудшается работа камеры воспламенения аэрофонтанной топки и требуется больше времени для полного сгорания коксозольного остатка. Это приводит к увеличению объема камеры сгорания аэрофонтанной топки и как следствие к увеличению металлоемкости конструкции.

Возвращение охлажденных частиц с температурой выше 600^oС нецелесообразно по причине незначительного количества тепла, которое они могут аккумулировать в зоне горения. В этом случае резко возрастает масса циркулирующих в замкнутом контуре топка-сепаратор-теплообменник-топка частиц твердой фазы, возрастают затраты энергии в виде давления воздушного дутья на их циркуляцию и происходит забалансирование аэрофонтанной топки зольными частицами.

На фиг. 1-3 представлены три варианта установки для термической переработки высокозольных твердых топлив. Установка включает в себя последовательно расположенные сушилку 1 дробленного топлива, сепаратор 2 для отделения дымовых газов, реактор 3 термического разложения твердого топлива, топку 4, сепаратор 5 для отделения твердого теплоносителя, подключенный к верхней части реактора 3, сепаратор 6 для отделения золы, подключенный к сушилке 1 через теплообменник для охлаждения дымовых газов. Установка дополнительно содержит теплообменник 8, вход которого соединен с выходом твердой фазы сепаратора 5 (фиг. 1), или сепаратора 6 (фиг. 2), или дополнительного установленного сепаратора 9 (фиг. 3) для отделения твердой фазы. Выход теплообменника 8 подключен к нижней части топки 4.

Предложенный способ осуществляется следующим образом.

Дробленый сланец с размером частиц не более 25 мм подают в сушилку 1, где его теплом уходящих дымовых газов нагревают при температуре 100-150^oС. Высушенный отработанный сушильный агент отделяют в сепараторе 2 и после очистки сбрасывают в дымовую трубу. Высушенные частицы сланца поступают в реактор 3 термического разложения, где их зольным теплоносителем нагревают и при температуре 450-550^oС проводят термодеструкцию содержащейся в них горючей массы. В результате термодеструкции образуется парогазовая смесь и коксозольный остаток. Очищенную от механических примесей парогазовую смесь передают в отделение конденсации, где из нее выделяют отдельные фракции сланцевой смолы, подсмольную воду и газ полукоксования.

Коксозольный остаток стадии нагрева передают в аэрофонтанную топку 4. В последнюю вдувают подогретое воздушное дутье и при α ≥ 1 сжигают всю горючую массу коксозольного остатка. Совместно с коксозольным остатком в топку 4 направляют охлажденную в теплообменнике 8 твердую фазу с температурой 250-600^oС. Массой возвращаемой из теплообменника 8 твердой фазы поддерживают на стадии сжигания коксозольного остатка температуру в пределах 650-900^oС. Полученную в результате сжигания коксозольного остатка газовзвесь подвергают разделению на возвращаемую в топку твердую фазу, в реактор-теплоноситель, в сушилку-дымовые газы и удаляемую золу. Согласно варианту, изображенному на фиг. 1, газовзвесь подают в сепаратор 5 для отделения твердой фазы с последующим использованием ее в качестве твердого теплоносителя стадии термического разложения сланца в реакторе 3. После выделения из сепаратора 5 часть твердой фазы отделяют от потока, идущего в реактор 3, охлаждают в теплообменнике 8 до 600-250^oС и возвращают в нижнюю часть топки.

Оставшаяся газовзвесь поступает на дальнейшее разделение в сепаратор 6, в котором разделяют золу и дымовые назы. Дымовые газы охлаждают в теплообменнике 7 до 450-650^oС и используют в качестве сушильного агента на стадии сушки сланца.

По варианту, изображенному на фиг. 2, газовзвесь после сжигания подают в сепаратор 5 для отделения твердой фазы с последующим использованием е в качестве твердого теплоносителя на стадии термического разложения сланца в реакторе 3. Оставшаяся газовзвесь поступает на дальнейшее разделение в сепаратор 6, в котором разделяют золу и дымовые газы.

Отделившуюся золу охлаждают в теплообменнике 8 до 600-250^oС и часть золы возвращают в нижнюю часть топки 4. Дымовые газы из сепаратора 6 подают в теплообменник 7 и, охлажденные до 450-650^oC, они поступают на стадию сушки.

По варианту, изображенному на фиг. 3, газовзвесь из топки 4 направляют в дополнительно установленный сепаратор 9. Отделенная твердая фаза после охлаждения в теплообменнике 8 поступает в топку 4. Оставшаяся газовзвесь из сепаратора 9 поступает в сепаратор 5 для отделения твердого теплоносителя и в сепаратор 6 для отделения золы. Дымовые газы охлаждают в теплообменнике 7 и возвращают на стадию сушки.

Пример осуществления способа.

На установку подают сланец-кукерсит эстонского месторождения со следующими характеристиками W^r 12,4% А^d 52,81% фракционный состав 0- 15 мм.

В сушилке его нагревают и с температурой 120^oС и W^r О передают в реактор. В последний на каждую тонну сухого сланца подают 3,1 т нагретого зольного теплоносителя с температурой 730^oС. Температура смеси сланца и теплоносителя по завершении процесса теплообмена и термодеструкции 485^oС. При этом выход парогазовой смеси составляет 209,1 кг/т в том числе паров суммарной сланцевой смолы 171,6 кг/т, паров подсмольной воды 12,7 кг/т и газа полукоксования 24,8 кг/т, а выход коксового остатка 666,9 кг/т, в котором содержится около 70,9 кг/т органического вещества. Выводимый из реактора твердый остаток (смесь полукокса и отработавшего твердого теплоносителя) составляет 3766,9 кг/т.

На стадию сжигания (в аэрофонтанную топку) подают 602 кг/т подогретого воздушного дутья с температурой 400^oС и сжигают оставшуюся органическую (горючую) массу коксозольного остатка при α = 1,02. В зоне горения (на выходе из аэрофонтанной топки) поддерживают температуру 730^oС путем циркуляции твердой фазы из камеры сгорания топки через теплообменник в камеру воспламенения аэрофонтанной топки. В камеру воспламенения топки возвращают 1800 кг/т твердой фазы с температурой 325^oС.

Выводимую со стадии сжигания (из аэрофонтанной топки) газовзвесь с температурой 730^oС разделяют на теплоноситель (3100 кг/т), золу (528 кг/т) и дымовые газы (622,9 кг/т). Поток дымовых газов охлаждают в теплообменнике и с температурой 510^oС возвращают на стадию сушки в качестве сушильного агента. Отработавший сушильный агент с температурой 120^oС сбрасывают в дымовую трубу. В дымовых газах практически отсутствует химическая неполнота сгорания, так как в аэрофонтанной топке поддерживается оптимальное соотношение топливо-воздух (α = 1,02), и не требуется их дожиг в котле-утилизаторе.

В результате охлаждения циркулирующих частиц твердой фазы и дымовых газов вырабатывают около 160 кг/т технологического пара с параметрами Р 40 атм, t 440^oС.

В удаляемой с установки золе содержится около 0,6% горючих компонентов, 0,2% сульфидной серы. Степень разложения карбонатов в ней не превышает 3% Доля потенциального тепла сланца, перешедшая в продукты термической переработки сланца (смолу и газ полукоксования) 6 составляет около 90% В результате утилизации от 1,5 до 2% потенциального тепла сланца используется для производства технологического пара.

Таким образом, предложенный способ термической переработки высокозольных топлив позволяет снизить потери тепла с химической и механической неполнотой сгорания коксозольного остатка в технологической топке, повысить и химический и тепловой КПД процесса, упростить аппаратурное оформление и регулирование процесса переработки и непосредственно на установке выработать золу, удовлетворяющую требованиям, предъявляемым к мелиоративному препарату для нейтрализации кислых почв. Использование этого способа позволяет создать установки для термической переработки высокозольных топлив, обладающих минимальными выбросами вредных компонентов в окружающую среду.

Изобретение относится к способам и установкам для термической переработки высокозольных твердых топлив, например горючих сланцев, и позволяет повысить химический и тепловой КПД процесса, уменьшить выбросы вредных компонентов в окружающую среду. Топливо сушат, нагревают твердым теплоносителем в реакторе с получением парогазовой смеси и коксозольного остатка, подают коксозольный остаток и твердую фазу на стадию сжигания в топку, сжигают смесь с получением газовзвеси, выделяют из газовзвеси твердую фазу с возвратом ее в топку и в реактор, и отделением золы. Перед подачей твердой фазы в топку ее охлаждают в теплообменнике до 600-250^oС. Дымовые газы отводят из газовзвеси, охлаждают и возвращают на сушку. Установка содержит последовательно расположенные сушилку 1, сепаратор для отделения сушильного агента 2, реактор термического разложения 3, топку 4 первый сепаратор для отделения твердой фазы 5 вывод твердой фазы которого подключен к верхней части реактора, второй сепаратор для отделения твердой фазы 6, вывод газовой фазы которого подключен к сушилке. Установка дополнительно содержит теплообменник 8, вход которого соединен с выходом твердой фазы любого из имеющихся или дополнительно установленного сепараторов для отделения твердой фазы, а выход подключен к нижней части топки. 2 с.п.ф., 3 ил.

1. Способ термической переработки высокозольных твердых топлив, например горючих сланцев, включающий сушку дробленого топлива отводимыми дымовыми газами, нагрев высушенного топлива твердым теплоносителем с образованием парогазовой смеси и коксозольного остатка, сжигание последнего в потоке воздушного дутья с образованием газовзвеси, выделение из газовзвеси твердой фазы с возвращением ее на стадию нагрева в качестве твердого теплоносителя, разделение оставшейся газовзвеси на твердую фазу с выводом ее в качестве золы и дымовые газы с последующим возвратом дымовых газов на стадию сушки, отличающийся тем, что на стадию сжигания дополнительно подают часть твердой фазы, выделенной из потока газовзвеси, и перед подачей на стадию сжигания ее охлаждают до 250 600^oС. 2. Установка для термической переработки высокозольных твердых топлив, например горючих сланцев, содержащая последовательно расположенные сушилку дробленого топлива, сепаратор для отделения сушильного агента, реактор термического разложения твердого топлива, топку, первый сепаратор для отделения твердой фазы, вывод твердой фазы которого подключен к верхней части реактора, второй сепаратор для отделения твердой фазы, вывод газовой фазы которого подключен к сушилке, отличающаяся тем, что установка дополнительно содержит теплообменник, вход которого соединен с выходом твердой фазы любого из имеющихся или дополнительно установленного сепаратора для отделения твердой фазы, а выход подключен к нижней части топки.