СПОСОБ РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩЕЙ И МАЛООТХОДНОЙ ДЕКАРБОНИЗАЦИИ ПРОЦЕССА ГЕНЕРАЦИИ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ ПРИ РАБОТЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ, ИСПОЛЬЗУЮЩИХ УГОЛЬ Российский патент 2025 года по МПК B01D53/62 

Изобретение относится к области горного дела и, в частности, к горной экологии.

Известен способ ресурсосбережения на объектах энергетики за счет совместного сжигания энергетического угля и биомассы в виде отходов переработки древесины и сельскохозяйственных культур. Используемые при этом твердотопливные композиции формируют из угля и брикетированных биологических отходов в соотношениях, определяемых мощностью электростанций [Дремичева Е.С., Зверева Э.Р., Бурганова Ф.И., Зверев Л.О. Перспективы технологии совместного сжигания биомассы и угля на объектах энергетики // Известия Высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2021. №23 (1). С. 119-130].

Недостатком данного способа является выделение углекислого газа в объемах, соответствующих характеру химических процессов, реализуемых экзотермических реакций.

Известен также способ декарбонизации отходящих газов при работе угольных энергоустановок, заключающийся в извлечении двуокиси углерода при работе энергоустановок и сепарации его из потока отходящих газов, ее компрессии и закачки в искусственные или природные хранилища [Улавливание и хранение двуокиси углерода (Специальный доклад МГЭИК) стр. 4, рис. РП.3. https://www.ipcc.ch/site/assets/uploads/2018/03/-srccs spm ts ru-1.pdf].

Недостатком этого способа является отсутствие возможности ресурсосбережения и сокращения количества отходов, а также - необходимость выполнения целого ряда достаточно сложных и экономически не эффективных технологических процессов:

- сепарация СО₂,

- подготовка мест хранения газа;

- компрессия СО₂ перед подачей его к местам хранения.

Не менее существенным недостатком этого способа является экологическая неопределенность формирования подземных скоплений углекислого газа с учетом фактора времени.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ обеспечения углеродной нейтральности использования угля для генерации тепловой энергии при работе электростанций [Захаров В.Н., Галченко Ю.П., Калабин Г.В. Патент РФ №2792065 «Способ обеспечения углеродной нейтральности использования угля для генерации тепловой энергии при работе электростанций». Заявка №2022117540; Приоритет 27 июня 2022 г.; Опубл. 16.03.2023. Бюл. №18.]

Недостатком этого способа является то обстоятельство, что он, безусловно обеспечивая декарбонизацию отходящих газов путем консервации углерода в детрите, формирующим слой донных отложений, предусматривает использование этой биомассы в качестве источника растительного белка вне технологического цикла генерации тепловой энергии при сжигании угля. При любой форме хозяйственного применения данного вида отходов (на корм скоту, на удобрение почв и т.п.) основной теплоноситель топлива - углерод, оставшийся в обезвоженном детрите, выводится из цикла воспроизводства тепловой энергии для работы электростанции и в дальнейшем не влияет на возможность снижения расхода первичного угольного топлива и количества твердых отходов.

Задачей изобретения является обеспечение ресурсосберегающей малоотходной декарбонизации процесса генерации тепловой энергии при работе электростанций за счет создания замкнутого цикла обращения углерода путем изготовления из обезвоженного детрита топливных брикетов и сжигания их одновременно с углем.

Указанная цель достигается тем, что после откачивания из рабочего водоема и обезвоживания донных отложений с помощью стандартного оборудования (например, ленточные пресс-фильтры), влажность биомассы доводят до технологически обусловленного уровня. Затем влажную биомассу подают на прессование (например, с использованием штемпельного или валкового пресса). Полученные детритовые брикеты возвращают в начало технологического цикла генерации тепловой энергии с помощью возвратно-транспортного устройства (например, конвейером) и подают в блок смешивания, где смешивают с углем, образуя твердотопливную композицию, которую затем подают на электростанцию для сжигания. Соотношение компонентов в этой композиции определяет величину экономии угля (ΔV_у), определяемую по формуле:

и величину уменьшения количества твердых отходов (ΔV_ш), определяемую по формуле:

где: ΔV_y - количество угля, сэкономленное за счет использования детритовых брикетов, кг/ч; Q_Σ - количество тепла, необходимое для работы электростанции, Дж/ч; V_б - количество топлива в виде детритовых брикетов, кг/ч; q_б и q_y - соответственно, удельная тепловая способность детритовых брикетов и угля, Дж/кг; ΔV_ш - количество, на которое уменьшится общий объем твердых отходов в процессе сжигания топлива, кг/ч; К_зу и К_зб - соответственно, коэффициент зольности применяемого угля и брикетов, ед.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана общая схема, раскрывающая последовательность выполнения основных этапов ресурсосберегающей и малоотходной декарбонизации процесса генерирования тепловой энергии на угольных электростанциях. На фиг. 2 показана схема процессов преобразования газообразных продуктов сгорания в биомассу фитопланктона и детритовые донные осадки, извлекаемые для переработки в детритовые брикеты. На фиг. 3 показана схема возврата детритовых брикетов в начало процесса генерации тепловой энергии путем смешивания их с углем с формированием, сжигаемой на электростанции, твердотопливной композиции.

Способ ресурсосберегающей и малоотходной декарбонизации процесса генерации тепловой энергии при работе электростанций, использующих уголь включает в себя: тепловую угольную электростанцию 1, блок очистки 2; трубопровод 3, рабочий водоем 4; донную часть рабочего водоема 5; детрит 6, всасывающий трубопровод 7; блок выдачи детритной пульпы 8; блок фильтрации 9, блок брикетирования 10, возвратно-транспортное устройство 11, блок смешивания 12; загрузочный блок 13, хранилище твердых отходов 14.

Способ реализуют следующим образом. При работе угольной тепловой электростанции 1, образующиеся продукты сгорания поступают в блок очистки 2, где с помощью одной из известных технологий (например, с помощью фильтров) эти продукты очищают от тонкодисперсных взвесей. Затем, очищенные газы по трубопроводу 3 поступают в заселенный фитопланктоном рабочий водоем 4 (фиг. 1). В результате жизнедеятельности фитопланктона углерод в составе углекислого газа перемещается в состав вещества вновь образующейся биомассы (фотосинтез), которая по истечении времени жизненного цикла организмов фитопланктона осаждается в донной части 5 рабочего водоема 4 в виде детрита 6 (фиг. 2).

По мере накопления детрита 6, с помощью одной из известных технологий (например, грязевых насосов) его выдают по всасывающему трубопроводу 7 в блок выдачи детритной пульпы 8, откуда эту пульпу подают в блок фильтрации 9, где с применением одной из известных технологий (например, ленточными пресс-фильтрами) ее обезвоживают до технологически обусловленной влажности и передают в блок брикетирования 10, где с применением одной из известных технологий (например, использование штемпельного или валкового пресса) из обезвоженного материала пульпы формируют топливные брикеты (фиг. 2).

Полученные брикеты, с помощью возвратно-транспортного устройства 11 (например, ленточного конвейера) направляют в блок смешивания 12, где уголь, поступающий из загрузочного блока 13 с помощью одной из известных технологий (например, с использованием горизонтального двухвального смесителя) смешивают с детритовыми брикетами, образуя твердотопливную композицию, которую подают на электростанцию 1 для сжигания (фиг. 3). Соотношение компонентов твердотопливной композиции определяет величину экономии угля (ΔV_y), подаваемого из загрузочного блока 13, которую находят по формуле:

и величину уменьшения количества твердых отходов (ΔV_ш), подаваемых в хранилище твердых отходов 14 (фиг. 1):

где: ΔV_y - количество угля, сэкономленное за счет использования детритовых брикетов, кг/ч; Q_Σ - количество тепла, необходимое для работы электростанции, Дж/ч; V₆ - количество топлива в виде детритовых брикетов, кг/ч; q_б и q_y - соответственно, удельная тепловая способность детритовых брикетов и угля, Дж/кг; ΔV_ш - количество, на которое уменьшится общий объем твердых отходов в процессе сжигания топлива, кг/ч; К_зу и К_зб - соответственно, коэффициент зольности применяемого угля и брикетов, ед.

Изобретение относится к области горного дела, в частности к горной экологии. Способ ресурсосберегающей и малоотходной декарбонизации процесса генерации тепловой энергии при работе электростанций, использующих уголь, включает сжигание угля, при котором образующиеся продукты сгорания поступают в блок очистки, где с помощью фильтров эти продукты очищают от тонкодисперсных взвесей, очищенные газы по трубопроводу поступают в заселенный фитопланктоном рабочий водоем. При этом углерод в составе углекислого газа перемещается в состав вещества вновь образующейся биомассы, которая по истечении времени жизненного цикла организмов фитопланктона осаждается в донной части рабочего водоема в виде детрита. По мере накопления детрита с помощью грязевых насосов его выдают по всасывающему трубопроводу в блок выдачи детритной пульпы. Оттуда эту пульпу подают в блок фильтрации, где ленточными пресс-фильтрами ее обезвоживают до технологически обусловленной влажности и передают в блок брикетирования, где, используя штемпельный или валковый пресс, из обезвоженного материала пульпы формируют топливные брикеты. Брикеты с помощью ленточного конвейера направляют в блок смешивания, где уголь, поступающий из загрузочного блока, горизонтальным двухвальным смесителем смешивают с детритовыми брикетами, образуя твердотопливную композицию, которую подают на электростанцию для сжигания. Техническим результатом является обеспечение ресурсосберегающей малоотходной декарбонизации процесса генерации тепловой энергии при работе электростанций. 3 ил.

Способ ресурсосберегающей и малоотходной декарбонизации процесса генерации тепловой энергии при работе электростанций, использующих уголь, включающий сжигание угля, при котором образующиеся продукты сгорания поступают в блок очистки, где с помощью фильтров эти продукты очищают от тонкодисперсных взвесей, очищенные газы по трубопроводу поступают в заселенный фитопланктоном рабочий водоем, при этом углерод в составе углекислого газа перемещается в состав вещества вновь образующейся биомассы, которая по истечении времени жизненного цикла организмов фитопланктона осаждается в донной части рабочего водоема в виде детрита, по мере накопления детрита с помощью грязевых насосов его выдают по всасывающему трубопроводу в блок выдачи детритной пульпы, откуда эту пульпу подают в блок фильтрации, где ленточными пресс-фильтрами ее обезвоживают до технологически обусловленной влажности и передают в блок брикетирования, где, используя штемпельный или валковый пресс, из обезвоженного материала пульпы формируют топливные брикеты, которые с помощью ленточного конвейера направляют в блок смешивания, где уголь, поступающий из загрузочного блока, горизонтальным двухвальным смесителем смешивают с детритовыми брикетами, образуя твердотопливную композицию, которую подают на электростанцию для сжигания.