Способ термической обработки антрацитов Советский патент 1935 года по МПК C10B49/04 F27B1/08 

Изобретение относится к области использования топлива, а именно к повышению степени экономичности и интенсивности горения антрацитов, обладающих по своей природе весьма неблагоприятными свойствами.

К основным недостаткам этого вида топлива относятся:

1.Колебание свойств по отдельным пластам и месторождениям.

2.Слабая горючесть и воспламеняемость, обусловливающие медленный ход процесса горения и необходимость применения дорогостоящих мер: принудительного воздушного дутья, специальных колосников и топок. Эти же свойства влекут за собою слабую возможную форсировку тепло-силовых установок, работающих на сыром антраците, и наличие больших тепловых потерь (12-15%).

3.Слабая термическая прочность, вызывающая растрескивание - превращение в пыль. Это, в свою очередь, приводит к росту сопротивлений в слое и к ухудщению процесса горения.

4.Перечисленные физические недостатки сырого антрацита как топлива ограничивают круг его применения в существующих тепловых устройствах. Так, например, 100% антрацита не может применяться в доменном производстве, в топках паровозов, пароходов и других установках.

(23-24)

5. Специфические свойства сырых антрацитов приобретают особое значение при рещении вопроса об их рациональном и интенсивном сжигании под мощными котлами электростанций. Слабая их горючесть и склонность к потерям, обнаруживаемые как при механических, так и пылеугольных топках ведут к неполному использованию мощности котлов и станций в целом.

Способ термической обработки, составляющий предмет настоящего изобретения, преследует цели:

а) коренного изменения структуры антрацитов, вызывающего улучшение их свойств как топлива; б) достижения высокой термической прочности антрацитов, приводящей их свойства к свойствам кокса и допускающей применение их в доменном процессе взамен кокса; в) повышения степени горючести антрацитов, позволяющей значительно форсировать процесс горения, без роста тепловых потерь и без переоборудования имеющихся тепло-силовых установок (котлы, печи, газогенераторы и др.); г) расширения сферы применения антрацитов; д) ликвидации тепловых потерь (в среднем в 10-12% общего теплосодержания антрацитов); е) возможности интенсивного и экономического использования под котлами со слабой тягой и в топках паровозов без примеси других топлив;

ж) возможности замены спекающихся углей и нефтетоплива в котлах с форсированной работой; з)устранения необходимости тщательной сортировки антрацитов вследствие изменения их свойств и улучшения горения всех размеров кусков в пределах от О до 125 мм; и) удешевления и упрощения процессов добычи (наличие мелочи) к сортировки антрацитов; к) упрощение конструкций топочных устройств, работающих на антраците.

На прилагаемой диаграмме (фиг. 1) изображен закон процесса термической обработки. Диаграмма изображает „нормальные кривые нагрева кусков антрацита в зависимости от их размеров и показывает закон повышения температуры нагревающей сферы для совершения процесса термообработки. Закон предусматривает обязательное выполнение условия, чтобы в течение всего процесса (до 450°) нагрева соблюдалось следующее равенство:

- Т, Ю - -15 где TS - температура внешней (периферийной) поверхности куска и Т - температура его геометрического центра.

Указанная разность температур Т, необходимая для хода процесса нагрева {перепад тепла), является пределом, обусловливающим появление опасных термических напряжений в куске, вызывающих растрескивание и неблагоприятное перерождение структуры массы антрацита. Необходимость соблюдения разностей температур между периферией куска и ее геометрическим центром (з пределах 10-15°) вызывается слабой теплопроводностью и большой плотностью массы сырого антрацита. Эти свойства требуют медленного нагрева с той целью, чтобы не вызвать разрушения куска, являющегося следствием малого коэфициента (объемного) расширения массы антрацита и трудности удаления гигроскопической влаги.

При отступлении от разности Т 10 - 15° (так называемый опасный нагрев) давление образующихся внутри куска паров воды и появляющиеся сдвигающие усилия являются причиной появления остающихся деформаций, т. е. полного разрушения куска и перерождения его массы в мелко чешуйчатую,

обладающую отсутствием механической прочности, слабой теплопроводностью и пониженной скоростью горения.

Удерживая температуру на уровне 10 - 15, мы тем самым строим кривую нормального нагрева, нагревая же антрацит по этой кривой в печи, получаем возможность промышленного приготовления термоантрацита.

При соблюдении указанного равенства антрацит, теряя часть (около 20-25%) своей механической прочности (чрезмерная и практически излишняя жесткость), приобретает высокую прочность в огне и ту структуру, которая обеспечивает ему значительное ускорение и экономичность процесса горения.

Термическая прочность является следствием изменения структуры-пористости, эластичности, отсутствия остающихся деформаций.

Интенсификация процесса горения вызывается созданием громадной активной поверхности окисления, являющейся следствием благоприятного перерождения структуры и пористости. Термическая прочность одновременно вносит закономерность в работу горящего слоя по той причине, что куски, в данном случае, в процессе прогревания, не делятся произвольно под влиянием растрескивания, но уменьшают свой размер, как при „таянии, по закону „прямой линии. Это освобождает слой от переполнения мелочью (чешуйчатого строения) и неизбежных, в последнем случае, излишних сопротивлений.

Процесс горения в слое термическиобработанного антрацита своими благоприятными физическими особенностями обеспечивает также благоприятные условия для шлакообразования по причине равномерного распределения воздуха и обеспечение достаточно окислительной газовой среды. Промышленное приготовление термически обработанного антрацита с целью использования его в доменном производстве (замена кокса), в топках паровых котлов и паровозах (замена спекающихся и газовых углей), а также в газогенераторах и других промыщленных печах может проводиться в специальных печах, из которых «наиболее простой и дешевой является вертикальная шахтная печь непрерывного

действия с регенерацией отработавшего тепла. Схема печи дана на фиг. 2. Через воронку а транспортер б подает сырой антрацит в вертикальную шахту печи в и поддерживает постоянный уровень слоя X - X. На дне печи антрацит опирается на наклонные колосники г, через которые из топливника д подводятся горячие газы при температуре в 450-500. Газы, проходя сквозь спои антрацита, под действием разрежения, создаваемого эксгаустером е через трубу ж, отдают свое тепло слою антрацита, производя процесс термической обработки. По высоте шахты печи устанавливаются температуры согласно кривой нормального нагрева (фиг. 1), ориентируясь на наибольший размер обрабатываемого куска. Такое распределение температур может достигаться регулированием их по зонам путем либо добавки (по зонам) горячего или холодного) воздуха (или газов), либо путем отсоса горячих газов.

Необходимость позонного регулирования температуры или объема теплоносителя (газов) может быть вызвана теми сопротивлениями (для прохода газов), которые могут вызываться помещением в высокую шахту печи мелкого антрацита. В случае обработки точно калиброванных более или менее круп.ных размеров кусков регулирование температур по высоте печи может быть достигнуто соответствующим подбором скоростей газов. В этом случае теплообмен между теплоносителем и обрабатываемым материалом установится в зонах сам ло себе в зависимости от скорости движения газов.

Этот вопрос является вопросом конструктивного порядка и может решаться так или иначе в зависимости от предъявляемых требований в каждом отдельном случае. Дойдя до конечной (наибольшей) температуры своего нагрева (450-500° на колосниках), антрацит попадает на транспортер 5, на котором он быстро охлаждается, отдавая свое тепло обратно печи через посредство струи холодного

воздуха, засасываемого извне вдоль транспортера 3, и лежащего на нем слоя горячего обработанного антрацита.

Таким образом, печь питается двумя потоками тепла от газовых струй I и П. После обработки антрацит не боится воздействия ни высоких температур, ни влаги и не проявляет склонности к измельчению. Одновременно обработка (при выходе товара из печи) освобождает антрацит от гигроскопической влаги почти до О и от серы-на 40-50% общего ее содержания.

Полученное в результате обработки вышеописанным способом горючее обладает следующими свойствами: а) высокой реактивной способностью; б) большой скоростью горения; в) способностью заменить лучшие виды топлива-кокс, спекающиеся и газовые угли и, в некоторых случаях, нефте-топливо; г) хорошими условиями шлакообразования и легкостью ухода за топкой; д) способностью гореть при высоких напряжениях без падения коэфициента полезного действия; е) способностью гореть в существующих тепловых устройствах без их переделки; ж) малым содержанием вредных примесей (серы, влаги).

Предмет изобретения.

1.Способ термической обработки антрацитов, отличающийся тем, что антрациты, с целью придания им высокой термической прочности повышения активности горения и т. п., подвергают постепенному нагреву до 450°, в условиях температурной разности между периферией и центром отдельных кусков на протяжении всего периода подогрева не более 10-15.

2.Прием выполнения способа, означенного в п. 1, отличающийся тем, что процесс термической обработки антрацитов осуществляют путем непосредственного соприкосновения продуктов горения с перерабатываемым материалом.

г„ / и

са

400

фиг.1

/I

300

гоо

00