СПОСОБ ПОДГОТОВКИ К СЖИГАНИЮ СЕРОСОДЕРЖАЩЕГО ТОПЛИВА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К СЖИГАНИЮ СЕРОСОДЕРЖАЩЕГО ТОПЛИВА Российский патент 1998 года по МПК F23K5/10 F23K1/04 

Изобретение касается способа подготовки серосодержащего топлива к сжиганию и устройства для подготовки серосодержащего топлива к сжиганию.

Известен способ подготовки серосодержащего топлива к сжиганию путем смешивания его с горячим сланцем для получения смеси, которую затем подвергают пиролизу. В результате пиролиза образуются газы, которые затем следует подвергать очистке для удаления соединений серы, и зола (1).

Известно устройство для подготовки серосодержащего топлива к сжиганию, содержащее камеру пиролиза с трубой для отвода горючих газов средства для приема углистого осадка и трубопровод подачи одного из производных пиролиза (газа) на сжигание (1).

По экологическим причинам применение топлива с высоким содержанием серы, особенно нефти, ограничено. Это особенно касается высокомощных энергетических установок, в которых сокращается применение топлива с высоким содержанием серы для исключения выброса в атмосферу окислов серы, образующихся при сжигании такого топлива. Присутствие окислов серы в атмосфере является основной причиной выполнения кислородных дождей, которые падают на землю, когда окислы растворяются в атмосферной воде во время выпадения осадков. Во многих странах мира кислотные дожди вредно влияют на очень большие географические зоны. Эта проблема настолько серьезна, что в данное время предпринимаются усилия во всем мире для решения этой проблемы.

Одно такое решение проблемы вредного влияния кислотных дождей на растительность, строения, транспортные средства и людей в пораженной зоне - это требование сжигания в энергетических установках топлива с низким содержанием серы, в частности малосернистой нефти. Это увеличивает уже большую потребность в малосернистом топливе, в результате повышается стоимость этого топлива, поскольку запасы малосернистого топлива, особенно сырой нефти, и ее производство ограничены. Следовательно, большая часть добываемой в настоящее время нефти имеет высокое содержание серы; и использование такой сырой нефти для топлива требует дорогостоящего обессеривания посредством очистки для получения малосернистого топлива для энергетических установок.

Другой подход к уменьшению кислотных дождей заключается в установке дорогостоящих газоочистителей в дымовых трубах энергетических установок, чтобы можно было применять топливо с высоким содержанием серы и в то же время исключить выброс в атмосферу ее соединений. В любом случае расходы на уменьшение кислотных дождей значительные.

Таким образом, целью изобретения является создание нового и улучшенного способа для экономичной эксплуатации топлива, например нефти, с высоким содержанием серы, чтобы уменьшить или по существу исключить выброс серы в атмосферу.

В соответствии с настоящим изобретением топливо с высоким содержанием серы сжигают в присутствии горючего сланца, содержащего значительное количество карбоната кальция, таким образом, сера и карбонат кальция окисляются и вступают в реакцию, образуя сульфат кальция в форме частиц, который захватывает серу в топливе и препятствует ее выбросу в атмосферу.

Горение топлива с высоким содержанием серы включает в себя стадии сжигания высокосернистого топлива в присутствии или вместе с топливом с низкой теплотворной способностью, содержащим значительное количество карбоната обычно в форме карбоната кальция. Предпочтительно высокосернистое топливо смешивают с топливом, содержащим значительное количество карбоната, до его сжигания, таким образом смесь горит. Карбонат кальция и сера окисляются и вступают в реакцию для связи с кальцием.

Химическая связь, которая происходит, образует сульфат кальция, т.е. материал в форме частиц, который может улавливаться или захватываться обычным сепаратором, соединенным с дымовой трубой, например, энергетической установки, таким образом исключается выброс соединений серы в атмосферу.

Вместо получения CaCO или CaCO₃ отдельным способом для захвата серы в процессе сжигания настоящее изобретение заключается в прямом использовании топлива, содержащего значительное количество карбоната кальция, например, горючего сланца, непосредственно в процессе сжигания. Таким образом исключаются дорогостоящие способы подготовки. Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением сам горючий сланец образует энергию, которая больше, чем достаточна для получения CaO, поскольку его сжигают вместе с высокосернистым топливом.

Топливом, содержащим карбонат, может быть горючий сланец, который содержит карбонат кальция. Любо топливом может быть торф или низкосортный уголь, который содержит значительное количество карбоната кальция.

В настоящей заявке предложен способ подготовки серосодержащего топлива к сжиганию, который заключается в том, что смесь топлива с горючим сланцем нагревают для получения горючего газообразного продукта, содержащего унесенные частицы и углистый осадок, отличающийся тем, что используют горючий сланец, содержащий соединения кальция в количестве, достаточном для связывания в основном всей серы в серосодержащем топливе, сжигают упомянутый осадок в избытке воздуха с образованием горячих газов и горячих частиц, унесенных горячими газами, отделяют горячие частицы от горячих газов с образованием горячих газов, в основном свободных от частиц, и подают снова отделенные горячие частицы для нагревания указанной смеси и отделяют частицы от горячего газообразного продукта с образованием горючих газов, в основном свободных от частиц.

Серосодержащее топливо в заявленном способе представляет собой мазут.

В заявленном способе горючие газы, в основном свободные от частиц, сжигают в камере для сжигания.

В заявленном способе отделение горячих частиц от горячих газов осуществляют для получения в основном свободных от частиц горячих газов, которые подают в камеру для сжигания.

Вообще говоря, горючий сланец не является экономичным топливом особенно для применения в высокомощных энергетических установках, которые производят электроэнергию. Однако это топливо содержит значительное количество карбоната кальция и карбоната магния, которые можно использовать для поглощения серы во время горения с высокосернистым топливом. В соответствии с настоящим изобретением высокосернистое топливо, например обычный остаточный нефтепродукт, используемый в энергетических установках, сжигают с низкосортным топливом, например горячим сланцем, содержащим значительное количество карбоната кальция.

Обычно горючий сланец содержит большое количество карбоната кальция (иногда до 60%) и некоторое количество карбоната магния. Такое высокосернистое топливо часто содержит 8 об.% серы.

В процессе сжигания кальций и сера окисляются, вступают в реакцию, образуя сульфат кальция, который представляет собой материал в форме частиц. Химические реакции между кальцием и серой могут протекать различными способами. Примеры таких реакций следующие
CaCO₃ -> CaO + CO₂ с последующей реакцией CaO + SO₂ -> CaSO₃ или CaCO₃•MgO + SO₂ -> CaSO₃ • MgO + CO₂.

Образованный таким образом сульфит кальция (CaSO₃) обычно затем образует сульфат кальция следующим образом
2CaSO₃+O₂ -> 2CaSO₄
8CaSO₃•MgO -> 6CaSO₃•MgO+2CaS•MgO + 3O₂ и CaS•MgO+2O₂ -> CaSO₄•MgO. Также сульфат можно получить следующим образом
CaO+SO₃ -> CaSO₄
Карбонат магния может также образовывать некоторый сульфат.

Посредством обычных средств, например циклонового сепаратора, этот порошкообразный материал отделяется от дымовых газов, образующихся во время процесса горения. Таким образом, хотя горючий сланец или низкосортное топливо обычно не пригодно для применения в качестве топлива в высокомощных энергетических установках, однако, когда это топливо сжигают с обычным высокосернистым топливом, подобным мазутному топливу, образуется достаточное количество тепла для использования в высокомощной энергетической установке. Комбинация низкосортного топлива с высокосернистым топливом позволяет использовать последнее без необходимости применения газоочистителей и сепараторов, которые требуются, когда только применяют высокосернистое топливо.

Предложено устройство для подготовки серосодержащего топлива к сжиганию нагреванием смеси указанного топлива с горючим сланцем для получения горючего газообразного продукта, содержащего унесенные частицы и углистый осадок, содержащее пиролизер для пиролиза смеси для получения горючего газообразного продукта, содержащего унесенные частицы и углистый осадок, отличающееся тем, что устройство содержит камеру для сжигания указанного осадка в избытке воздуха для получения горячих газов и горячих частиц, унесенных горячими газами, первый сепаратор для отделения горячих частиц от указанных горячих газов, средства для подачи горячих частиц из первого сепаратора в указанный пиролизер, и второй сепаратор для отделения частиц от горючего газообразного продукта с получением горючих газов, в основном свободных от частиц.

Воплощения настоящего изобретения показаны на примерах со ссылкой на приложенные чертежи, на которых, фиг. 1 - блок-схема одного примера воплощения изобретения, фиг. 2 - блок-схема другого примера воплощения изобретения и фиг. 3 - блок-схема еще одного примера воплощения изобретения.

Теперь рассмотрим чертежи, где в позиции 10 на фиг. 1 показано устройство для сжигания высокосернистого топлива, например остаточного нефтепродукта, в присутствии никзосортного топлива, например горючего сланца, в соответствии с настоящим изобретением. Высокосернистое топливо подают в камеру сгорания 20 через вход 15, а низкосортное топливо, которое имеет высокое содержание карбоната кальция, подают в камеру сгорания 20 через вход 25. В результате процесса горения, который происходит в камере 20, карбонат кальция в низкосортном топливе вступает в реакцию с серой из высокосернистого топлива, образуя сульфат кальция в форме частиц. Этот материал в форме частиц можно извлекать из дымовых газов, которые проходят через дымовую трубу 30, посредством разделительного средства 35, которым может быть циклонный сепаратор, газоочиститель и т.п.

Теперь обратимся к фиг. 2, где показан один пример воплощения изобретения в качестве устройства 50, которое включает в себя обычное дистилляционное устройство 52, в котором высокосернистая сырая нефть обессеривается известным способом для получения дезодорированной малосернистой нефти и других фракций, а также небольшое количество, обычно 5%, остаточного нефтепродукта, который имеет очень высокое содержание серы. Остаточный нефтепродукт может сжигаться в энергетической установке 60 без выброса серы в атмосферу при применении смесителя 54 для первого смешивания высокосернистого остаточного нефтепродукта с низкосортным топливом, например горючим сланцем, содержащим значительное количество карбоната кальция. Смесь подают в камеру сгорания в котле 56, где происходит сжигание. Как было указано, в результате процесса горения кальций и сера окисляются и затем вступают в реакцию, образуя сульфат кальция, представляющий собой материал в форме частиц, который можно извлекать из дымовых газов обычным сепаратором 57. Дымовые газы проходят через дымовую трубу 58, а частицы собираются из сепаратора.

Пар, образующийся в котле 56, приводит в движение турбину 61 для генерирования электроэнергии через генератор 62. Истощенный пар конденсируется в холодильнике 63, а образовавшийся конденсат возвращается в котел насосом 64 периодического действия.

Когда мазутное или жидкое топливо должно сжигаться с топливом, содержащим карбонат кальция, сжигание предпочтительно осуществляют в двухстадийной системе 70, показанной на фиг. 3. Камера 72 в системе 70 представляет собой устройство для пиролиза смеси горючего сланца и высокосернистого топлива после смешения в смесителе 74. В камере 72 образуются горючие газы и углистый осадок. Камера 76 системы 70 обеспечивает сжигание осадка, образованного в камере 72, с избыточным количеством воздуха. Карбонат кальция вместе с золой и окисью кальция, образующейся в процессе пиролиза, осуществляемого в камере 72, передаются в камеру 76, в которой карбонат кальция и окись кальция вступают в реакцию, образуя сульфат кальция. Продукты горения, образующиеся в камере 76, подаются в сепаратор 77, который отделяет от продуктов горения горячую крупнозернистую золу. По меньшей мере часть этой горячей крупнозернистой золы передают в камеру 72 устройства для пиролиза для получения тепла, необходимого для пиролиза. Избыточный воздух в камере 76 нагревают и передают вместе с продуктами сгорания и тонкозернистой золой и с газами из камеры 72 в камеру сжигания 78, которая может быть частью котла, как показано на фиг. 2.

Хотя в описании указан горячий сланец в качестве низкосортного топлива, однако можно также применять торф и низкосортный уголь, содержащий карбонат кальция, для сжигания в соответствии с настоящим изобретением в присутствии такого высокосернистого топлива как, например, мазута для получения сульфата кальция способом, подобным описанному. Торф и низкосортный уголь обычно имеют небольшое содержание серы, а также сравнительно высокое содержание карбоната кальция. Таким образом, настоящее изобретение предлагает практический способ для экономичного использования в качестве топлива эти сравнительно изобильные естественные богатства.

Также, хотя в качестве высокосортного топлива указан мазут, согласно настоящему изобретению можно применять другое высокосернистое топливо, например некоторые сорта угля, имеющие высокие уровни содержания серы, которые не используют иным образом по причинам экологии. Благодаря применению способов и устройства в соответствии с настоящим изобретением такой уголь можно сжигать вместе с малосернистым топливом, таким образом, карбонат кальция, содержащийся в нем, будет превращать серу из угля в порошкообразный сульфат кальция. Это имеет благоприятный эффект на уменьшение кислотных дождей и в то же время позволяет широко использовать высокосернистое топливо без повышения уровня загрязнения окружающей среды.

Преимущества и улучшенные результаты, достигаемые благодаря способу и устройству в соответствии с настоящим изобретением, очевидны из описания конкретного исполнения изобретения. В объеме изобретения возможны различные изменения и модификации, как раскрыто в формуле изобретения.

Изобретение может быть использовано в различных теплотехнических установках, где есть необходимость сжигать высокосернистое топливо. Технический результат от использования изобретения - снижение выбросов в атмосферу окислов серы. Этот результат достигается при осуществлении способа подготовки к сжиганию серосодержащего топлива в устройстве, содержащем пиролизер для получения горючего газообразного продукта, камеру для сжигания углистого осадка в избытке воздуха и два сепаратора - первый для отделения горячих частиц от горячих газов и второй - для отделения частиц от горючего газообразного продукта. 2 с. и 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ подготовки серосодержащего топлива к сжиганию нагреванием смеси топлива с горючим сланцем для получения горючего газообразного продукта, содержащего унесенные частицы и углистый осадок, отличающийся тем, что используют горючий сланец, содержащий соединения кальция в количестве, достаточном для связывания в основном всей серы в серосодержащем топливе, сжигают упомянутый осадок в избытке воздуха с образованием горючих газов и горючих частиц, унесенных горячими газами, отделяют горячие частицы от горячих газов с образованием горячих газов, в основном свободных от частиц, подают снова отделенные горячие частицы для нагревания указанной смеси и отделяют частицы от горючего газообразного продукта с образованием горючих газов, в основном свободных от частиц. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что серосодержащее топливо представляет собой мазут. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что горючие газы, в основном свободные от частиц, сжигают в камере для сжигания. 4. Способ по п.3, отличающийся тем, что отделение горючих частиц от горючих газов осуществляют для получения в основном свободных от частиц горючих газов, которые подают в камеру для сжигания. 5. Устройство для подготовки серосодержащего топлива к сжиганию нагреванием смеси указанного топлива с горючим сланцем для получения горючего газообразного продукта, содержащего унесенные частицы и углистый осадок, содержащее пиролизер для пиролиза смеси для получения горючего газообразного продукта, содержащего унесенные частицы и углистый осадок, отличающееся тем, что устройство содержит камеру для сжигания указанного осадка в избытке воздуха для получения горячих газов и горячих частиц, унесенных горячими газами, первый сепаратор для отделения горячих частиц от указанных горячих газов, средства для подачи горячих частиц из первого сепаратора в указанный пиролизер и второй сепаратор для отделения частиц от горячего газообразного продукта с получением горючих газов, в основном свободных от частиц. 6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что серосодержащим топливом является мазут. 7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что горючие газы на сжигание в камеру для сжигания подают в основном свободными от частиц. 8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что первый сепаратор производит горячие газы, в основном свободные от частиц, и содержит средства для подачи горячих газов, в основном свободных от частиц, в камеру для сжигания.