Способ пылеприготовления на ТЭС и устройство для его осуществления Российский патент 2023 года по МПК F23G5/27 

Изобретение относится к области теплоэнергетики, касается комплексной переработке и утилизации различных видов отходов и может быть применено на тепловых электрических станциях.

Известен способ сжигания низкосортного топлива, описанный в патенте RU, «СПОСОБ СЖИГАНИЯ НИЗКОСОРТНЫХ УГЛЕЙ» № RU 2 027 951 C1, опубл. 27.01.1995, МПК F23C 11/00. СПОСОБ СЖИГАНИЯ НИЗКОСОРТНЫХ УГЛЕЙ путем подачи угля в реактор, термической обработки с получением горючего газа и коксозольного остатка, направления горючего газа на сжигание в горелки и коксозольного остатка - в аэрофонтанную топку и очистки продуктов сгорания от твердых частиц, отличающийся тем, что, с целью повышения экономичности, слой угля в реакторе дополнительно обрабатывают низкотемпературной плазмой, а твердые частицы, полученные при очистке, удаляют.

Недостатком такого способа является то, что твердые частицы, полученные при очистке, не используют, а также отсутствует возможность использования твердых бытовых отходов в качестве топлива.

Известны схемы пылеприготовления с промежуточным бункером готовой пыли, используемые для размола углей, например:

Системы топливоподачи и пылеприготовления ТЭС: Справочное пособие / Назмеев Ю.Г., Миндалеева Г.Р. – М.: Издательский дом МЭИ, 2005. – 2005. – Стр. 437.

Тепловые и атомные электрические станции: Справочник/ Под общ. ред. В. А. Григорьева, В. М. Зорина. – 2-е изд, перераб. -М.: Энергоатомиздат, 1989- 608 с.: ил. – (Теплоэнергетика и теплотехника; Кн. 3). Стр. 28-39.

Индивидуальная схема пылеприготовления с пылевым бункером для ШБМ» в книге А.А.Лебедева «Подготовка и размол топлива на электростанциях», изд. «Энергия», 1969 г., стр.172.

За прототип принимаем известный способ пылеприготовления описанный в Кн. 3: Тепловые и атомные электростанции: Справочник / [Алхутов М.С. и др.]; Под общ. ред. А.В. Клименко и В.М. Зорина. - М.: Изд-во МЭИ, 2003 (ОАО Тип. Новости). – 29 с.

Из бункера сырого угля с помощью питателей угля, уголь подается в устройство для нисходящей сушки, где происходит его сушка горячим воздухом. Воздух забирается из атмосферы дутьевым вентилятором и подается на воздухоподогреватель котла, после чего горячий воздух с температурой порядка 350 °С из воздухоподогревателя направляется в устройство для нисходящей сушки. Из устройства для нисходящей сушки горячий воздух и уголь поступают в шаробарабанную мельницу. В ней происходит измельчение угля до состояния пыли. Готовая пыль с помощью вентилятора мельницы направляется на сепаратор, в котором готовая пыль отделяется от крупных фракций пыли. Крупные фракций пыли возвращаются на домол в шаробаробанную мельницу. Из сепаратора готовая пыль подается вентилятором мельницы в циклон, в котором она отделяется от сушильного агента, после чего, пройдя, через установленные под циклоном мигалки и сетки для улавливания щепы, пыль поступает в промежуточный бункер. С помощью перекидных клапанов пыль из циклона можно направлять реверсивным шнеком в промежуточные бункера соседних котлов. Под промежуточным бункером установлены питатели пыли, подающие пыль в смесители пылепроводов. В смесители пыль подхватывается горячим воздухом или отработавшим воздухом из циклона и транспортируется в горелки топки.

Недостаток данного прототипа заключается в том, что отсутствует возможность использования твердых бытовых отходов совместно с основным топливом на тепловой электростанции.

Известно устройство для приготовления пылевидного топлива, описанное в патенте RU, «УСТАНОВКА ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ПЫЛЕВИДНОГО ТОПЛИВА» № RU 197 671 U1, опубл. 21.05.2020, МПК F23K 1/00 (2006.01). B02C 17/00 (2006.01). УСТАНОВКА ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ПЫЛЕВИДНОГО ТОПЛИВА.

Установка для приготовления пылевидного топлива, состоящая из бункера сырого угля и бункера готовой пыли, мельницы, сепаратора, шиберов, циклона, мельничного вентилятора, пылепровода готовой пыли, шибер установлен между шаровой барабанной мельницей и сепаратором, между выходной горловиной шаровой мельницы и всасом мельничного вентилятора установлен пылепровод, оснащенный шибером, барабан шаровой мельницы внутри облицован металлическими плитами, выполненными с пазами на каждом выпуклом участке их волновой рабочей поверхности, при этом ширина каждого паза меньше диаметра мелющего тела. Пылепровод представляет собой трубопровод с диаметром от 900 мм до 1000 мм и толщиной стенок от 9 мм до 12 мм.

Недостатком данного аналога является отсутствие возможности использования твердых бытовых отходов совместно с основным топливом на тепловой электростанции

Известна система пылеприготовления, взятая за прототип, описанная в Кн. 3: Тепловые и атомные электростанции: Справочник / [Алхутов М.С. и др.]; Под общ. ред. А.В. Клименко и В.М. Зорина. - М.: Изд-во МЭИ, 2003 (ОАО Тип. Новости). – 29 с.

Индивидуальная система пылеприготовления с промежуточными бункерами (замкнутая) включающая в себя: бункер сырого топлива (у нас бункер сырого угля) последовательно соединенный с шиберами , питателем сырого топлива, устройством нисходящей сушки (у нас канал подачи твердого топлива), шаробарабанной мельницей, сепаратором, к которому подключена точка возврата топлива с клапаном мигалкой, циклоном с установленным на нем взрывным клапаном, а также соединенный с котлом (у нас паровой котел), мельничным вентилятором и сбросным соплом, клапаном мигалкой, перекидным шибером, реверсивным шнеком, пылевым бункером (у нас промежуточный бункер) который соединен с циклоном трубопроводом влагоотсоса, питателем пыли (у нас питатели), смесителем, каналом подачи твердой горючей смеси с горелкой (у нас горелочные устройства), котлом (у нас паровой котел), воздухоподогревателем (у нас подогревательная камера с поверхностным теплообменником), соединенным с дутьевым вентилятором (у нас вентилятор), который соединен с присадкой холодного и слабоперегретого воздуха, коробом вторичного воздуха, а также смесителем, который соединен с коробом горячего воздуха, соединенный с присадкой холодного и слабоперегретого воздуха и соединенный с котлом газоходом.

Недостаток данного прототипа заключается в том, что отсутствует возможность использования твердых бытовых отходов совместно с основным топливом на тепловой электростанции.

Задачей изобретения является выработка тепловой и электрической энергии при совместном сжигании продуктов газификации твердых бытовых отходов с твердым топливом в котлах электростанций.

Технический результат заключается в эффективном получении теплоты и сокращение потребления твердого топлива, за счет совместного использования твердого топлива и твердых бытовых отходов на тепловой электростанции.

Технический результат в части способа достигается за счет того, что способ заключается в измельчении твердого топлива с подачей горячего воздуха для его сушки, разделении полученного измельченного пылевидного топлива и горячего воздуха и подаче пылевидного топлива на сжигание в топке парового котла, с образованием уходящих дымовых газов, дополнительно осуществляют пиролиз в баке газификации отходов предварительно отсортированных и измельченных твердых бытовых отходов с подачей уходящих газов, с температурой 800–900 °С, с образованием генераторного газа и твердого коксового остатка, причем генераторный газ по каналу подачи генераторного газа подают на горелочные устройства парового котла и используют его в качестве подсветочного топлива, а твердый коксовый остаток с твердым топливом измельчают в шаробарабанной мельнице с подачей горячего воздуха для сушки, полученную пылевидную горючую смесь с воздухом подают в циклон, с разделением на горячий воздух и горючую пылевидную смесь, затем воздух выводят в атмосферу, а пылевидную горючую смесь подают в промежуточный бункер, после чего посредством питателей по каналу подачи твердой горючей смеси направляют пылевидную горючую смесь на горелочные устройства парового котла для сжигания.

В качестве топлива используют марки угля АШ и полуантрацит.

Сушку твердого топлива проводят горячим воздухом с температурой не более 350 °С, так как при большей температуре возможно самовоспламенение измельченного твердого топлива.

 Технический результат в части устройства достигается за счет того, что устройство пылеприготовления на ТЭС, содержит бункер сырого угля, соединенный с воздухоподогревателем и шаробарабанной мельницей каналом подачи твердого топлива, причем воздухоподогреватель соединен с вентилятором, а шаробарабанная мельница соединена с циклоном, соединенным с промежуточным бункером, который соединен каналом подачи твердой горючей смеси с горелочными устройствами парового котла, дополнительно содержит бак газификации отходов, соединенный с паровым котлом каналом подачи уходящих газов и каналом подачи генераторного газа с горелочным устройством парового котла, а также соединенный с шаробарабанной мельницей каналом самоссыпания твердого коксового остатка, воздухоподогреватель выполнен в виде подогревательной камеры с поверхностным теплообменником, в верхней части циклона расположен патрубок для сброса воздуха.

Исходя из компонентного состава, а также при проведении моделирования процесса газификации твердых бытовых отходов были выбраны несколько видов твердых бытовых отходов, которые возможно перерабатывать по схеме, предлагаемой в данном патенте, а именно: отходы упаковочного картона незагрязненные; отходы малоценной древесины; солома; лузга подсолнечная; шрот подсолнечный; пищевые отходы кухонь и организаций общественного питания несортированные; отходы очистки овощного сырья; отходы упаковочной бумаги незагрязненные; тара деревянная, утратившая потребительские свойства.

На фиг. 1 представлено устройство пылеприготовления на ТЭС

Устройство пылеприготовления на ТЭС, содержит бункер сырого угля 8, соединенный с воздухоподогревателем и шаробарабанной мельницей 6 каналом подачи твердого топлива 12, причем воздухоподогреватель соединен с вентилятором 11, а шаробарабанная мельница 6 соединена с циклоном 13, на котором установлен патрубок 15. Циклон 13 соединен с промежуточным бункером 14, который соединен каналом подачи твердой горючей смеси 17 с горелочными устройствами 4 парового котла 2. Устройство дополнительно снабжено баком газификации твердых бытовых отходов 1 соединенного с паровым котлом 2 каналом подачи уходящих газов 5 и каналом подачи генераторного газа 3, а также соединенный с шаробарабанной мельницей 6 каналом самоссыпания твердого коксового остатка 7, воздухоподогреватель выполнен в виде подогревательной камеры 9 с поверхностным теплообменником 10.

Работу устройства рассмотрим на примере конкретной реализации способа пылеприготовления на ТЭС.

В бак газификации твердых бытовых отходов 1 из опускного газохода (на фиг. не обозначен) парового котла 2 по каналу подачи уходящих газов 5 направляется уходящий газ с температурой диапазона 800–900 °С, куда также подаются твердые бытовые отходы, заранее прошедшие предварительную сортировку и измельчение до размеров 10х10 мм. В баке газификации твердых бытовых отходов 1 происходит процесс высокотемпературного пиролиза отходов без доступа кислорода с температурой диапазона 800 - 900 °С. В результате пиролиза происходит газификация твердых бытовых отходов с образованием генераторного газа и твердого коксового остатка. Генераторный газ через канал подачи генераторного газа 3 подается на горелочные устройства 4 для использования в качестве подсветочного топлива, которое за счет своей высокой теплотворной способности используется для инициирования процесса горения низкосортного топлива, например, Донецкого АШ для НчГРЭС, Филиал ПАО, «ОГК-2». Твердый коксовый остаток по своей структуре схожий с углем (черный, хрупкий) и обладающий горючими свойствами подается в шаробарабанную мельницу 6 путем самоссыпания по каналу самоссыпания твердого коксового остатка 7. В шаробарабанную мельницу 6 также подаются твердое топливо – уголь и сушильный агент посредством существующей на энергоблоке системы топливоподачи (на фиг. не обозначена). Сушильным агентом является горячий воздух с температурой порядка 350 °С, рекомендуемой для марок угля АШ и полуантрацитов, при большей температуре возможно самовоспламенение измельченного твердого топлива. Воздух забирается из атмосферы с помощью вентиляторов 11 и нагревается в поверхностном теплообменнике 10, установленном в подогревательной камере 9. В подогревательную камеру 9 из опускного газохода (на фиг. не обозначен) парового котла 2 подается горячий уходящий газ, который отдает свою теплоту через стенки поверхностного теплообменника 10 воздуху. Далее горячий воздух по каналу подачи твердого топлива 12 поступает в шаробарабанную мельницу 6 с помощью вентиляторов 11. Уголь поступает из бункера сырого угля 8 по каналу подачи твердого топлива 12 в шаробарабанную мельницу 6. В шаробарабанной мельнице 6 твердый коксовый остаток смешивается с основным топливом – углем, измельчается до необходимой тонины помола (R₉₀ в диапазоне 6–10) и сушится горячим воздухом. После чего, полученная пылевидная горючая смесь с воздухом подается в циклон 13. В циклоне 13 за счет центробежных сил и разницы масс пылевидной горючей смеси и воздуха, происходит отделение второго от первого и далее, посредством вентиляторов (на фиг. не обозначены) воздух выводится в атмосферу через патрубок 15, а пылевидная горючая смесь (угля и твердого коксового остатка твердых бытовых отходов) направляется в промежуточный бункер 14, после которого посредством питателей 16 через канал подачи твердой горючей смеси 17 направляется на горелочные устройства 4.

Таким образом, вышеописанный способ позволяет сжигать продукты газификации твердых бытовых отходов совместно с твердым топливом в котлах электростанций для последующей выработки тепловой и электрической энергии. Совместное сжигание твердого топлива и твердых бытовых отходов сокращает потребление котлом электростанции твердого топлива.

Группа изобретений относится к области теплоэнергетики, касается комплексной переработки и утилизации различных видов отходов и может быть применено на тепловых электрических станциях. Способ пылеприготовления на ТЭС заключается в измельчении твердого топлива, разделении полученного измельченного пылевидного топлива и горячего воздуха и подаче пылевидного топлива на сжигание в топке парового котла с образованием уходящих дымовых газов, причем дополнительно осуществляют пиролиз в баке газификации предварительно отсортированных и измельченных твердых бытовых отходов, подачу уходящих газов, образование в результате генераторного газа и твердого коксового остатка, генераторный газ подают на горелочные устройства парового котла и используют его в качестве подсветочного топлива, а твердый коксовый остаток с твердым топливом измельчают в шаробарабанной мельнице с подачей горячего воздуха для сушки, полученную пылевидную горючую смесь с воздухом подают в циклон, разделяют, воздух выводят в атмосферу, а пылевидную горючую смесь подают в промежуточный бункер, после чего направляют пылевидную горючую смесь на горелочные устройства парового котла для сжигания. Также имеется устройство пылеприготовления на ТЭС. Технический результат заключается в эффективном получении теплоты и сокращении потребления твердого топлива за счет совместного использования твердого топлива и твердых бытовых отходов на тепловой электростанции. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ пылеприготовления на ТЭС, заключающийся в измельчении твердого топлива с подачей горячего воздуха для его сушки, разделении полученного измельченного пылевидного топлива и горячего воздуха и подаче пылевидного топлива на сжигание в топке парового котла с образованием уходящих дымовых газов, отличающийся тем, что дополнительно осуществляют пиролиз в баке газификации отходов предварительно отсортированных и измельченных твердых бытовых отходов с подачей уходящих газов с температурой 800-900°С с образованием генераторного газа и твердого коксового остатка, причем генераторный газ по каналу подачи генераторного газа подают на горелочные устройства парового котла и используют его в качестве подсветочного топлива, а твердый коксовый остаток с твердым топливом измельчают в шаробарабанной мельнице с подачей горячего воздуха для сушки, полученную пылевидную горючую смесь с воздухом подают в циклон, с разделением на горячий воздух и горючую пылевидную смесь, затем воздух выводят в атмосферу, а пылевидную горючую смесь подают в промежуточный бункер, после чего посредством питателей по каналу подачи твердой горючей смеси направляют пылевидную горючую смесь на горелочные устройства парового котла для сжигания.

2. Устройство пылеприготовления на ТЭС, содержащее бункер сырого угля, соединенный с воздухоподогревателем и шаробарабанной мельницей каналом подачи твердого топлива, причем воздухоподогреватель соединен с вентилятором, а шаробарабанная мельница соединена с циклоном, соединенным с промежуточным бункером, который соединен каналом подачи твердой горючей смеси с горелочными устройствами парового котла, отличающееся тем, что дополнительно содержит бак газификации отходов, соединенный с паровым котлом каналом подачи уходящих газов и каналом подачи генераторного газа с горелочным устройством парового котла, а также соединенный с шаробарабанной мельницей каналом самоссыпания твердого коксового остатка, воздухоподогреватель выполнен в виде подогревательной камеры с поверхностным теплообменником, в верхней части циклона расположен патрубок для сброса воздуха.

3. Способ пылеприготовления на ТЭС по п. 1, отличающийся тем, что в качестве топлива используют марки угля АШ и полуантрацит.

4. Способ пылеприготовления на ТЭС по п. 1, отличающийся тем, что сушку твердого топлива проводят горячим воздухом с температурой не более 350°С.

5. Устройство пылеприготовления на ТЭС по п. 2, отличающееся тем, что в качестве твердых бытовых отходов используют: отходы упаковочного картона незагрязненные, отходы малоценной древесины, солома, лузга подсолнечная, шрот подсолнечный, пищевые отходы кухонь и организаций общественного питания несортированные, отходы очистки овощного сырья, отходы упаковочной бумаги незагрязненные, тара деревянная, утратившая потребительские свойства.