СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ВЫСОКОЗОЛЬНОГО И/ИЛИ НИЗКОКАЛОРИЙНОГО ТВЕРДОГО ТОПЛИВА Российский патент 2014 года по МПК C10B49/00 C10B53/06 C10B53/08 

Изобретение относится к термической переработке высокозольных и/или низкокалорийных топлив, преимущественно отходов углеобогащения, и может быть использовано в угле-, сланцеперерабатывающих, нефтехимической промышленностях, в энергетике, при энерготехнологичном использовании высокозольных и других низкокалорийных (низкосортных) топлив на электростанциях, и, одновременно, в строительстве (получение строительных блоков).

Известен способ термической переработки высокозольных топлив, например горючих сланцев, включающий пиролиз, выполняемый при помощи циркулирующего твердого носителя с образованием парогазовых продуктов и высокозольного остатка, сжигание последнего с образованием газовзвеси, постадийное разделение последней на циркулирующий твердый теплоноситель, возвращаемый на стадию пиролиза, газообразный сушильный агент, направляемый на стадию сушки, и золодымовую смесь, охлаждение этой смеси и разделение ее на выводимую из процесса золу и дымовые газы, при этом часть дымовых газов рециркулируют на стадию охлаждения золодымовой смеси, и концентрацию твердых частиц в охлажденной золодымовой смеси поддерживают путем изменения расхода рециркулируемых газов, а оставшуюся часть дымовых газов сжигают совместно с отработанным сушильным агентом и температуру на стадии сушки поддерживают путем изменения расхода направляемых на сжигание дымовых газов [Патент РФ на изобретение №2118979, кл. С10В 53/06, опубликованный 20.09.1998].

Недостатками известного способа являются невозможность безотходной переработки высокозольного и низкосортного топлива, недостаточное количество выделяемой тепловой энергии, загрязненность окружающей среды.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ технической переработки высокозольного твердого топлива, например горючих сланцев, включающий сушку измельченного топлива отходящими 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 возвратом ее на стадию нагрева в качестве твердого теплоносителя, разделение оставшейся газовзвеси на твердую фазу, с выводом ее в виде золы, и дымовые газы, с последующим возвратом дымовых газов на стадию сушки, при этом на стадию сжигания дополнительно подают часть твердой фазы, выделенной с потока газовзвеси, а перед подачей на стадию сжигания ее охлаждают до температуры 250-600°С [Патент РФ на изобретение №2088633, кл. С10В 53/06, опубликованный 27.08.1997].

К недостаткам известного способа относятся невозможность переработки низкосортных высокозольных отходов угольного производства, например отходов углеобогащения, незначительное количество выделенной тепловой энергии, которую используют только на стадии сушки топлива, засорение окружающей среды.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа термической переработки высокозольного и/или низкокалорийного твердого топлива, в котором формование в пустотелые блоки твердого топлива в виде шихты, укладывание блоков в штабеля на транспортерах, подача их, после сушки, в разогретую туннельную печь, где блоки проходят три зоны: зону нагревания, зону горения и зону остывания, постепенное нагревание блоков до температуры воспламенения углерода (600°C и выше), выдерживание их в зоне горения при температуре 750-1200°C, отвод избытка тепловой энергии, выделяемой в процессе выжигания углерода из зоны горения и утилизация, обеспечивают безотходность производства в горной промышленности, этим обеспечивается максимальное выделение избытка тепловой энергии из перерабатываемого твердого топлива и использование ее для преобразования в иные виды энергии, в т.ч. в электрическую, получение твердого остатка в виде строительных блоков, улучшение экологии.

Поставленная задача решается тем, что в способе термической переработки высокозольного и/или низкокалорийного твердого топлива, включающем сушку твердого топлива отводимыми дымовыми газами, нагрев и сжигание высушенного топлива с образованием газовой смеси и твердого остатка, согласно изобретению предусмотрены следующие отличия:

- твердое топливо в виде шихты формуют в пустотелые блоки;

- пустотелые блоки укладывают в штабеля на транспортерах;

- выполняют сушку блоков в сушильной установке;

- пустотелые блоки на транспортерах подают в зону нагревания разогретой туннельной печи;

- в зоне нагревания блоки нагревают постепенно до температуры воспламенения углерода (600°С и выше);

- после зоны нагревания блоки подают в зону горения туннельной печи;

- блоки выдерживают в зоне горения при температуре 750-1200°С;

- избыток тепловой энергии, выделяемый в процессе выжигания углерода, отводят из зоны горения и утилизируют;

- в зоне остывания туннельной печи блоки, в виде готовых строительных блоков, остывают;

- после остывания, блоки выгружают из печи.

Кроме того, твердое топливо берут в виде шихты из отходов углеобогащения, избыток тепловой энергии утилизируют в котлах-утилизаторах; избыток тепловой энергии утилизируют при помощи теплообменников; теплообменники вмонтированы в туннельную печь.

Способ выполняют следующим образом.

Шихту, например отходы углеобогащения, с низким содержанием углерода, дегидрируют до влажности от 30-50% до 18-25%, формуют в пустотелые блоки, которые укладывают в штабеля на транспортерах и направляют в отдельно стоящий сушильный агрегат, в котором используют часть тепла, отводимого из зоны горения туннельной печи. После сушки шихты до влажности 2-6%, блоки, уложенные в штабеля на транспортерах, подают, через зону загрузки, в разогретую туннельную печь, где они проходят зону нагревания, зону горения и зону остывания, при этом в зоне нагревания блоки постепенно нагреваются до температуры 600°С и выше - температуры воспламенения углерода, откуда их отправляют в зону горения, где блоки выдерживают при температуре 750-1200°C на протяжении 5-24 часов (в зависимости от состава шизты), но в зоне горения необходимо поддерживать тепловой режим, необходимый для обжига пустотелых блоков - 300 кКал/кг, поэтому избыток тепла (от 2000 кКал/кг до 2500 кКал/кг) отводят из зоны горения и утилизируют в виде дымовых газов в котлах-утилизаторах, или в теплообменниках с охлаждающей жидкостью или газом, вмонтированных в туннельную печь. Полученные блоки, в виде строительных блоков, через зоны остывания и выгрузки, выгружают из печи, а отведенную тепловую энергию, в виде горячих газов, жидкости или пара, подают для дальнейшего использования:

обогрева зданий и сооружений, горячего водоснабжения, преобразования тепловой энергии в другие виды энергии, в т.ч. - электрическую, для других целей.

Способ поясняется примером.

Пример

На обогатительной фабрике «Святоварваринская» для производства стеновых керамических блоков использовали отходы флотации с содержанием золы 76% и углерода - 24%, калорийность которых составляет 2500 кКал/кг. Для сушки и обжига сформованных пустотелых блоков необходимые расходы тепловой энергии составляют 300 кКал/кг, а образовавшаяся тепловая энергия после выжигания углерода из шихты - 2200 кКал/кг. Такое количество избытка тепловой энергии не позволяет контролировать необходимый режим обжига, в результате чего возникла необходимость в отведении избытка тепла из зоны горения печи. Проведенные испытания способа показали, что отвод избытка тепловой энергии можно осуществлять как непосредственным отводом дымовых газов из зоны горения через специальное отверстие в корпусе печи, или с помощью теплообменников с охлаждающей жидкостью или газом, при этом жидкость или газ, проходя через теплообменник, нагреваются, отводя часть тепловой энергии из печи.

Применение предложенного способа термической переработки высокозольного и/или низкокалорийного твердого топлива позволит безотходно перерабатывать отходы угольного производства, такие как порода, шихта, кек, засоряющие окружающую среду, и при этом получать в значительных количествах тепловую энергию, которую можно направлять на обогрев зданий и сооружений, горячее водоснабжение, а перегретый пар с теплообменников подавать на турбогенераторы для генерирование электроэнергии, и др. цели, причем с твердого остатка получать готовые строительные блоки, при этом не загрязняется окружающая среда.

Изобретение может быть использовано в угольной, нефтехимической промышленности и в строительстве. Способ термической переработки высокозольного и/или низкокалорийного твердого топлива включает сушку твердого топлива отводимыми дымовыми газами, нагрев и сжигание высушенного топлива с образованием газовой смеси и твердого остатка. Твердое топливо в виде шихты формуют в пустотелые блоки, которые укладывают в штабеля на транспортерах и после сушки подают в разогретую туннельную печь. В туннельной печи блоки проходят зону нагревания, зону горения и зону остывания. В зоне нагревания блоки нагревают постепенно до температуры воспламенения углерода - 600 °C и выше, затем их выдерживают в зоне горения при температуре 750-1200 °C. Избыток тепловой энергии, выделяемый в процессе выгорания углерода, отводят из зоны горения и утилизируют. Блоки в виде готовых строительных блоков после зоны остывания выгружают из печи. Твердое топливо берут в виде шихты из отходов углеобогащения. Изобретение позволяет обеспечить безотходное производство при переработке высокозольного и/или низкокалорийного твердого топлива с получением твердого остатка в виде строительных блоков и максимальным выделением тепловой энергии из перерабатываемого твердого топлива. 4 з.п. ф-лы, 1 пр.

1. Способ термической переработки высокозольного и/или низкокалорийного твердого топлива, включающий сушку твердого топлива отводимыми дымовыми газами, нагрев и сжигание высушенного топлива с образованием газовой смеси и твердого остатка, отличающийся тем, что твердое топливо в виде шихты формуют в пустотелые блоки, которые укладывают в штабеля на транспортерах и после сушки подают в разогретую туннельную печь, где блоки проходят зону нагревания, зону горения и зону остывания, при этом в зоне нагревания блоки нагревают постепенно до температуры воспламенения углерода (600 °C и выше), затем их выдерживают в зоне горения при температуре 750-1200 °C, причем избыток тепловой энергии, выделяемый в процессе выгорания углерода, отводят из зоны горения и утилизируют, а блоки в виде готовых строительных блоков после зоны остывания выгружают из печи.

2. Способ термической переработки твердого топлива по п.1, отличающийся тем, что твердое топливо берут в виде шихты из отходов углеобогащения.

3. Способ термической переработки твердого топлива по п.1, отличающийся тем, что избыток тепловой энергии утилизируют в котлах-утилизаторах.

4. Способ термической переработки твердого топлива по п.1, отличающийся тем, что избыток тепловой энергии утилизируют при помощи теплообменников.

5. Способ термической переработки твердого топлива по п.1, отличающийся тем, что теплообменники для утилизации избытка тепловой энергии вмонтированы в туннельную печь.