СПОСОБ СЖИГАНИЯ ГИДРОЛИЗНОГО ЛИГНИНА В ТОПКЕ КОТЛА Российский патент 1998 года по МПК F23G7/00 

Предлагаемое изобретение относится к технологии сжигания топлива и, в частности, лигнина - отхода гидролизного производства.

Лигнин является многотоннажным отходом гидролизного производства. Выход лигнина по отношению к объему перерабатываемого древесного сырья составляет около 40%.

В настоящее время значительная часть лигнина не находит применения и вывозится в отвал. При этом под лигнин занимаются большие земельные участки, загрязняются придорожные зоны и территория, прилегающая к свалкам, при длительном хранении лигнин самовозгорается. Все это наносит значительный экономический и экологический ущерб окружающей среде.

Кроме того, вывозка лигнина, его складирование, содержание отвалов требуют значительных материальных и трудовых затрат.

Известны технологии утилизации лигнина путем сжигания его в топках паровых котлов различной конструкции с предварительной его подготовкой: подсушкой и размолом.

Недостатки технологий по сжиганию лигнина с предварительной его подсушкой и размолом состоят в следующем.

Применение сушильных комплексов и схем размола топлива требует дополнительных затрат на специальное оборудование, влечет увеличение эксплуатационных затрат, снижает экономическую эффективность утилизации лигнина. Велика взрывоопасность отделения сушки.

Кроме того, известные технологии не обеспечивают достаточно высоких технико-экономических показателей.

В схеме сушки и в топку котла вместе с лигнином вдувается до 5 кг/кг лигнина холодного воздуха, что ухудшает режим горения, требует повышенного расхода топлива.

В схеме размола также требуется для поддержания стабильного режима сжигания дополнительный расход топлива (до 40%).

За прототип принята переработка лигнина по двухконтурной разомкнутой схеме при сушке в две стадии - вначале уходящими газами котла, затем топочным. Эта схема не требует специального сушильного оборудования и не ухудшает режима горения за счет подачи в топку холодного воздуха, но в то же время лигнин сжигается только совместно с дорогостоящим природным газом или мазутом [1].

С целью полного использования сырьевой базы на основе отходов лигнина и повышения эффективности сгорания топлива в способе сжигания гидролизного лигнина в топке парового котла, включающем предварительную подсушку, дозированную подачу материала в топку котла и сжигание, подсушку лигнина осуществляют воздушным потоком, распределяя материал на колосниковой решетке котла слоем толщиной 100-150 мм, а в топку подают материал, имеющий влажность не более 60%, поддерживания при этом расход 1,5-2,5 кг/с.

Подсушка лигнина может осуществляться пульсирующим воздушным потоком, а дозированную транспортировку материала в топку котла осуществляют под действием вибрации. Кроме того, для повышения эффективности сгорания лигнина колосник подвергают вибрированию. Кроме того, одновременно с лигнином в топку котла может периодически подаваться дополнительное топливо, например мазут, в количестве 5-20% от массы подаваемого лигнина, а подсушка лигнина может осуществляться воздухом, который нагревается теплом отходящих дымовых газов.

Техническая сущность предлагаемой технологии заключается в том, что выбранные оптимальные технологические параметры позволяют осуществлять максимально эффективное сжигание лигнина.

Распределение лигнина на колосниковой решетке котла слоем толщиной 100-150 мм и подача через этот слой воздушного потока способствуют тому, что снижается влажность лигнина до 60%, происходит разрыхление слоя лигнина, что способствует его лучшему сгоранию. Кроме того, подаваемый через слой лигнина воздушный поток выносит в систему сгорания подсушенные мелкие частицы лигнина, которые сгорают мгновенно. Поступающий в топку лигнин влажностью не более 60% подвергается одновременно и сушке (возгонка воды), и сжиганию. При расходах лигнина 1,5-2,5 кг/с в данной технологической цепочке обеспечивается практически полное сгорание лигнина.

Подсушка лигнина пульсирующим воздушным потоком повышает ее эффективность, снижает влажность подаваемого в топку лигнина, повышает его рыхлость, что в конечно итоге повышает эффективность сжигания. Этому также способствует и дозированная подача материала в топку под действием вибрации (в этом случае нет зависания материала, и он поступает в топку равномерно). А за счет вибрации колосника и доступа кислорода воздуха к сжигаемому материалу увеличивается его эффективность сгорания и, кроме того, и колосник хорошо очищается от зоны. Использование подогретого воздуха повышает эффективность сгорания.

В некоторых случаях (запуск котла, необходимое повышение КПД котла для нужд производства) возможна одновременная с лигнином подача в топку котла и дополнительного топлива, например мазута, в количестве 5-20% от массы подаваемого лигнина.

Сравнение предложенного технического решения с прототипом показывает, что оно отличается от него признаками, заявленными в отличительной части формулы изобретения.

Сравнение предложенного технического решения не только с прототипом, но и другими решениями по сжиганию лигнина в котлах показывает, что:
- известно использование подушки материала (лигнина) воздухом, однако не известна подсушка его пульсирующим воздушным потоком;
- известно использование вибрации для предотвращения зависания материала в бункерах, однако не известна дозированная транспортировка материала под действием вибрации.

- известно использование в качестве топлива лигнина и мазута, однако при использовании основного топлива - лигнина периодическое использование дополнительного топлива на период запуска котла в других неординарных ситуациях не известно.

В то же время совокупность известных и неизвестных признаков позволяет достичь поставленной выше цели.

Технологические параметры способа выбраны из следующих условий.

Толщина слоя лигнина 100-150 мм, распределяемого на колосниковой решетке, выбрана экспериментальным путем. Слой лигнина этой толщины обеспечивает с одной стороны его достаточную подсушку подогретым воздушным потоком от тепла отходящих дымовых газов, а с другой стороны этим потоком уносятся в зону сгорания мелкие частицы лигнина, которые быстро сгорают.

Толщина слоя менее 100 мм повышает степень подсушки лигнина, но, с другой стороны, снижается количество сжигаемого лигнина.

При толщине слоя более 150 мм становится недостаточной степень подсушки и для сжигания лигнина требуется введение обязательного дополнительного дорогостоящего топлива типа мазута, что тоже снижает технико-экономические показатели процесса утилизации лигнина.

Подача в топку котла материала влажностью более 60% затрудняет процесс сжигания лигнина и требует также дополнительной подачи топлива.

Расход лигнина, сжигаемого в топке, выбран из следующих условий.

При расходе менее 1,5 кг/с процесс утилизации малоэффективен (переработка малых объемов, необходимость подача дополнительного количества дорогостоящего топлива).

Расход более 2,5 кг/с нецелесообразен, так как требуется дополнительная подача топлива для эффективного сжигания всей массы лигнина.

Для повышения эффективности подсушки, а следовательно, и повышения производительности и эффективности процесса утилизации лигнина подсушка может осуществляться пульсирующим воздушным потоком. При этом снижается влажность лигнина и повышается рыхлость подаваемого материала, что способствует эффективности сжигания лигнина. Кроме того, для этих же целей на подсушку подают воздух, нагреваемый отходящими дымовыми газами.

Для повышения эффективности сгорания лигнина дозированная подача материала в топку также может осуществляться под действием вибрации, а также за счет вибрации колосника. При вибрации колосника происходит лучшее очищение его от зоны, что способствует лучшему доступу кислорода воздуха.

Одновременно с лигнином в топку котла может периодически подаваться дополнительное топливо, например мазут, в количестве 5-20% от массы подаваемого лигнина.

Дополнительное топливо (мазут) в виде "подсветки" подается при запуске котла и выходе его на режим нормального горения, а также в зависимости от влажности подаваемого лигнина для повышения технологических показателей котла в зависимости от нужд производства.

Способ реализуется следующим образом (см. фиг. 1).

Гидролизный лигнин из-под циклонов (сцеж) влажностью 65-70% ленточным транспортером 1 подается в бункер, откуда подается самотеком (либо под воздействием пульсирующего воздушного потока) через шибер 3, регулирующий толщину слоя лигнина, на колосниковую решетку 4 парового котла 5. Причем подаваемый материал может подвергаться вибрации.

Лигнин сгорает, а дымовые газы, частично унося с собой несгоревшую мелкую фракцию лигнина, поступают в циклон для очистки, а затем выбрасываются в атмосферу. Кроме того, возможна подача воздуха, нагретого от дымососа 8 бесконтактным способом, на подсушку. Образовавшаяся в результате сжигания лигнина зола через колосниковые решетки 4 и колосники 6 просыпается в золовую камеру 7, откуда периодически убирается.

Зола лигнина по своим качествам аналогична древесной золе и может быть использована в качестве удобрения в сельскохозяйственном производстве.

Способ осуществляется следующим образом.

Пример 1. Лигнин влажностью 70% из-под циклонов подают ленточным транспортером 1 в бункер 2. Шибер 3 устанавливают таким образом, чтобы расстояние между стенкой и нижним срезом шибера составляло 130 мм, что обеспечивает на выходе из бункера толщину слоя лигнина 130 мм. Расход лигнина 2,1 кг/с. Через колосниковую решетку 4 через слой лигнина постоянно проходит воздушный поток, создаваемый дымососом. Влажность лигнина при этом снизилась до 55%. Мелкие частички лигнина уносятся воздушным потоком в топку и мгновенно сгорают. Лигнин сгорает на колоснике, зола ссыпается в золовую камеру 7, откуда периодически убирается, а дымовые газы, пройдя конвективную часть парового котла, отсасываются дымососом 8 и поступают для очистки в циклон, после чего сбрасываются в атмосферу. Давление пара 5 ати, температура пара 160^oC. Производительность котла 7,56 т лигнина/ч.

Однако было отмечено следующее. При влажности подаваемого лигнина 70-75% на выходе из бункера наблюдалось кратковременное зависание материала. Вибрационное воздействие известными устройствами (электровибраторы, пневмовибраторы) на стенку бункера полностью устраняет этот момент. Кроме того, вибрационное воздействие теми же вибрационными устройствами на сходящий в топку материал и вибрация колосника, а также подача на подсушку лигнина воздуха, нагреваемого отходящими дымовыми газами, способствуют понижению влажности материала до 45-50%, повышают его рыхлость и повышает эффективность сжигания. Становится возможной подача материала слоем 150 мм, расход - 2,5 кг/с, производительность котла по лигнину возрастает до 8340 кг/ч (20 т/сутки). При запуске котла и в случаях, требующих увеличение паро- и водопотребления, в топку котла подают дополнительное топливо, например мазут, в количестве 5-20% от массы подаваемого лигнина, в зависимости от влажности лигнина и необходимого увеличения теплофизических параметров.

Несмотря на снижение теплотехнических характеристик работы котла, утилизация лигнина путем его сжигания в топке парового котла является экономически целесообразной операцией по следующим соображениям.

1) Вместо дорогостоящего топлива для производства теплореагентов (пар, горячая вода) для нужд собственного производства используется отход этого же производства.

2) Утилизация лигнина путем его сжигания устраняет затраты на его транспортировку, устройство и содержание отвалов.

3) Улучшается экологическая ситуация за счет устранения загрязнения окружающей среды.

4) В результате утилизации лигнина образуется отход (зола), который в дальнейшем может быть использован в качестве удобрения в сельскохозяйственном производстве.

Использование: для сжигания топлива, в частности лигнина - отхода гидролизного производства. Сущность изобретения: в способе сжигания гидролизного лигнина в топке котла путем предварительной подсушки, дозированной подачи материала в топку котла и сжигания, подсушку лигнина осуществляют воздухом, распределяя материал на колосниковой решетке котла слоем толщиной 100 - 150 мм, а в топку подают материал, имеющий влажность не более 60%, поддерживая при этом расход 1,5 - 2,5 кг/с. При этом подсушку лигнина осуществляют пульсирующим потоком воздуха, дозированную транспортировку материала в топку осуществляют под действием вибрации, подвергают вибрации колосники. Кроме того, подсушку лигнина осуществляют воздухом, нагреваемым теплом отходящих дымовых газов, а одновременно с лигнином в топку котла периодически подают дополнительное топливо, например мазут, в количестве 5 - 20% от массы подаваемого лигнина. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ сжигания гидролизного лигнина в топке котла путем предварительной подсушки, дозированной подачи материала в топку котла и сжигания, отличающийся тем, что подсушку лигнина осуществляют воздухом с распределением материала на колосниковой решетке котла слоем толщиной 100 - 150 мм, причем в топку материал подают с влажностью не более 60% и поддерживают его расход в количестве 1,5 - 2,5 кг/с. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что воздух подают пульсирующим потоком. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что дозированную подачу материала в топку котла осуществляют под действием вибрации. 4. Способ по пп.1 и 3, отличающийся тем, что колосники решетки подвергают вибрации. 5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что колосники решетки подвергают периодической вибрации. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что одновременно с лигнином в топку котла периодически подают дополнительное топливо, преимущественно мазут, в количестве 5 - 20% от массы подаваемого лигнина. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что подсушку лигнина осуществляют воздухом, нагреваемым теплом отходящих дымовых газов.