ДВУХКОМПОНЕНТНОЕ ТВЕРДОЕ ТОПЛИВО Российский патент 2002 года по МПК C10L5/00 

Изобретение относится к твердым энергетическим топливам, а именно к угольному твердому композитному топливу, которое может быть использовано преимущественно для сжигания на тепловых электростанциях и в котельных установках.

В настоящее время весьма актуальным является использование твердого топлива, содержащего, наряду с основным энергетическим компонентом, различные добавки. Применение таких композитных топлив позволяет решить экономические, экологические проблемы, а также задачи улучшения технологических показателей работы оборудования.

Известно двухкомпонентное твердое топливо, содержащее бурый уголь и добавку клиноптилолита состава (Na₂,K₂)•О•Аl₂О₃•10SiO₂•8H₂O [патент РФ 2057165, C 10 L 9/10, 10/00, публ. 1996 г.]. 3а счет введения в состав топлива указанной добавки удается уменьшить содержание окислов азота и сернистых соединений в уходящих газах при факельном сжигании топлива.

Однако данное топливо имеет низкую калорийность, поскольку в его составе использованы низкокалорийный бурый уголь и негорючая минеральная добавка, что обуславливает недостаточно высокую экономичность указанного топлива.

Известно двухкомпонентное топливо [а. с. СССР 1169980, С 10 L 5/00, публ. 1985 г.], выбранное авторами в качестве прототипа.

Топливо содержит в качестве основного энергетического компонента высокосернистый каменный уголь и добавку низкосортного энергетического топлива, в частности бурого угля.

Данное топливо обладает более высокой калорийностью, так как оба его компонента содержат горючую часть. Кроме того, топливо имеет невысокую зольность, а при его использовании снижается коррозия оборудования.

Однако из-за использования в составе топлива высокосернистого угля и бурого угля, имеющего высокий индекс загрязнения окружающей среды по выбросу сернистых соединений [Б. С. Белосельский, В.И. Барышев. Низкосортные энергетические топлива. М., 1989, с. 118, табл. 5.1], указанное топливо является неэкологичным.

Задачей заявляемого изобретения является создание твердого топлива, обладающего высокой экономичностью при обеспечении его экологичности и не ухудшающего технического состояния эксплуатационного оборудования при сжигании топлива.

Сущность изобретения заключается в том, что двухкомпонентное твердое топливо, содержащее каменный уголь в качестве основного энергетического компонента и добавку низкосортного энергетического топлива, согласно изобретению в качестве основного энергетического компонента содержит каменный уголь, имеющий низшую теплоту сгорания не менее 5000 ккал/кг, а в качестве добавки содержит горючие сланцы, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Каменный уголь - 82-95
Горючие сланцы - 5-18
Целесообразно использовать в составе топлива каменный уголь, имеющий следующие основные характеристики: низшая теплота сгорания от 5000 до 6500 ккал/кг, рабочее влагосодержание от 4 до 12%, зольность от 10 до 30,5%, массовое содержание серы от 1,5 до 10%.

Целесообразно использовать в составе топлива горючие сланцы, имеющие следующие основные характеристики: низшая теплота сгорания от 1800 до 2450 ккал/кг, рабочее влагосодержание от 9,5 до 14%, зольность от 40 до 60%, массовое содержание серы не более 1,6%.

Решение поставленной комплексной задачи изобретения достигается за счет оптимально выбранного качественного и экспериментально подобранного количественного состава заявляемого двухкомпонентного твердого топлива.

Использование в топливе основного энергетического компонента (каменного угля), имеющего низшую теплоту сгорания не менее 5000 ккал/кг, и более дешевой энергетической добавки (горючих сланцев) при выбранном соотношении указанных компонентов обеспечивает достаточно высокую теплотворную способность топлива при значительном снижении его стоимости, чем достигается высокая экономичность предлагаемого топлива.

Использование в топливе горючих сланцев помимо снижения стоимости топлива способствует улучшению его экологичности. Горючие сланцы имеют практически нулевой индекс загрязнения окружающей среды по выбросу сернистых соединений. Кроме того, благодаря высокому содержанию карбонатов, горючие сланцы обеспечивают связывание образующихся при сгорании топлив окислов серы, что обуславливает применение горючих сланцев в способах десульфуризации продуктов сгорания как твердых, так и жидких видов высокосернистых топлив (высокосернистых углей, мазута) - [см., например, патент РФ 2079543, C 10 L 10/04, 9/10, публ. 1997 г.]. Содержание горючих сланцев в топливе в выбранных количественных пределах оказывается достаточным для существенного снижения концентрации оксидов серы в уходящих газах (в 2-3 раза по отношению к эксплуатационным значениям концентрации оксидов серы при работе на углях без добавки сланцев).

Следует отметить, что совместное сжигание углей с добавками, характеризующимися значительным содержанием оксида кальция в золе (к числу которых относятся, в частности, горючие сланцы), может, в принципе, приводить к повышенному шлакованию, загрязнению и износу топливного оборудования. В ходе экспериментов было подобрано такое оптимальное количественное соотношение компонентов топлива, при котором особенности горения горючих сланцев не проявляются с негативной стороны ни в отношении износа поверхности нагрева, ни в отношении шлакования трубопроводов гидрозолоудаления.

Таким образом, авторам заявляемого изобретения удалось решить комплексную задачу по созданию композитного твердого топлива, обладающего высокой экономичностью при обеспечении его экологичности и при этом не ухудшающего технического состояния эксплуатационного оборудования при сжигании топлива.

Известно, что состав, а следовательно, и свойства углей зависят от месторождения и могут значительно отличаться друг от друга.

Экспериментально было установлено, что оптимальный баланс свойств заявляемого топлива достигается при использовании в его составе в качестве основного энергетического компонента каменного угля и горючих сланцев, основные характеристики которых укладываются в диапазон приведенных выше значений.

Для приготовления предлагаемого двухкомпонентного твердого топлива авторами предложен технологический комплекс, имеющий в своем составе следующие здания и сооружения:
- приемная яма;
- склад сланцев и рядового угля;
- пункт дробления и сортировки;
- пункт смешивания;
- склад сортового угля;
- склад угольно-сланцевого топлива и отсева;
- пункт опробования;
- пункт погрузки с железнодорожными весами, маневровым устройством;
- конвейерные эстакады между зданиями комплекса;
- пункт слива и хранения жидкости для обработки топлива против смерзания.

Уголь и сланцы на комплекс доставляется в железнодорожных вагонах и разгружается в бункера приемной ямы.

Из бункеров уголь ленточным конвейером подается на открытый склад.

Со склада уголь грузится погрузчиком на ленточный конвейер и направляется в пункт дробления и сортировки. Бульдозером сланец со склада отгружается скребковым конвейером и далее подается в пункт смешивания.

Уголь в пункте дробления и сортировки сортируется на два класса: 50-300 мм и 0-50 мм.

Для приготовления топлива используется уголь класса 0-50 мм. Этот уголь подается на пункт смешивания. На пункт смешивания также поступают сланцы крупностью 0-25 мм.

В пункте смешивания уголь и сланцы через бункера с помощью питателей подаются на ленточный конвейер, где и происходит их смешивание. Затем угольно-сланцевое топливо транспортируется на открытый склад или на пункт погрузки.

В зимнее время предусмотрена подача жидкости для обработки топлива против смерзания. Определение качества товарного топлива осуществляется на пункте опробования.

Возможность реализации изобретения показана в примере.

Пример.

Для приготовления двухкомпонентного твердого топлива использовали кузбасский уголь марки ТСШ 0-50 и горючие сланцы класса 0-25.

Основные характеристики угля:
низшая теплота сгорания (Q) - 6230 ккал/кг;
рабочее влагосодержание (W) - 6,5%;
зольность (А) - 18,1%;
массовое содержание серы (S) - 0,7%.

Основные характеристики сланцев:
Q - 1900 ккал/кг;
W - 14%;
А - 47%;
S - 1,5%.

Путем смешивания указанных компонентов готовили двухкомпонентные топлива, составы и основные характеристики которых приведены в таблице.

В течение отопительного сезона 1999-2000 г.г. в котельной установке шахты 3 ОАО "Ленинградсланец " на котле ДКВР-10/13 были проведены опытные сжигания указанных в таблице двухкомпонентных топлив в режиме стационарного кипящего слоя.

Котел работал в опытном режиме в общей сложности 30 дней.

Визуальный осмотр топки котла, а также проверка состояния труб гидрозолоудаления после проведения испытаний не выявили шлакования радиационных поверхностей и трубопроводов. Признаков износа оборудования (коррозии, механического разрушения) также не наблюдалось.

Содержание оксидов серы в дымовых газах при сжигании испытуемых топлив было значительно ниже нормируемого показателя.

Изобретение относится к твердым энергетическим топливам, а именно к угольному твердому композитному топливу, которое может быть использовано преимущественно для сжигания на тепловых электростанциях и в котельных установках. Твердое топливо содержит каменного угля 82-95%, горючих сланцев 5-18%. Твердое топливо обладает высокой экономичностью при обеспечении его экологичности и не ухудшает техническое состояние эксплуатационного оборудования при сжигании топлива. 2 з.п.ф-лы, 1 табл.

1. Двухкомпонентное твердое топливо, содержащее каменный уголь в качестве основного энергетического компонента и добавку низкосортного энергетического топлива, отличающееся тем, что в качестве основного энергетического компонента использован каменный уголь, имеющий низшую теплоту сгорания не менее 5000 ккал/кг, а в качестве добавки использованы горючие сланцы при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Каменный уголь - 82-95
Горючие сланцы - 5-18
2. Топливо по п. 1, отличающееся тем, что в его составе использован каменный уголь, имеющий следующие основные характеристики: низшая теплота сгорания 5000 - 6500 ккал/кг, рабочее влагосодержание 4 - 10%, зольность 10 - 30,5%, массовое содержание серы 1,5 - 10%. 3. Топливо по п. 1 или 2, отличающееся тем, что в его составе использованы горючие сланцы, имеющие следующие основные характеристики: низшая теплота сгорания 1800 - 2450 ккал/кг, рабочее влагосодержание 9,5 - 14%, зольность 40 - 60%, массовое содержание серы не более 1,6%.