способ использования твердого топлива из металлизованных окатышей

Формула изобретения

Способ использования твердого топлива из металлизованных окатышей, содержащих не менее 80 мас.% металлического железа, основанный на их сжигании в замкнутом объеме при продувке кислородом, отличающийся тем, что металлизованные окатыши размещают в замкнутом объеме, заполняя его не менее чем на 3/4 объема, уровень давления внутри объема устанавливают не менее 1 МПа, перед продувкой кислородом осуществляют термообработку металлизованных окатышей струей воздуха, нагретого до 260 - 400^oС, в течение времени, необходимого до достижения температуры металлизованных окатышей 1200 - 1400^oС.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к энергетике, в частности к твердому топливу из металлизованных окатышей и может быть использовано в народном хозяйстве на тепловых электростанциях и теплоэлектроцентралях для экономичной выработки экологически чистой энергии.

Известно использование твердого топлива высокосернистого угля путем термообработки при температуре 370-390^oC в течение 15-20 мин при подаче воздуха в твердосжиженном слое для обессерования угля и последующем сжигании его с кальцийсодержащей добавкой (при температуре 850^oC) [1], что обеспечивает суммарное снижение вредных выбросов серы в атмосферу до 95-98%.

Недостатком этого способа является его невысокая теплоемкость, приводящая к повышенному расходу топлива на единицу вырабатываемой энергии. Выделяющееся при горении большое количество дыма, сажи ухудшают экологическую обстановку.

Известен способ использования углеродного твердого топлива, при котором твердое топливо с высоким содержанием серы вводят в замкнутый объем (реактор), куда подают подогретый воздух и происходит реакция между твердым топливом и подогретым воздухом при контролируемой температуре, например, 1200-1400^oC, и скорости для обеспечения 35-60% газификации топлива с малым содержанием серы и последующую подачу его в силовую установку [2].

Недостатком этого способа являются невысокая теплоемкость при горении, а также малая длительность горения топлива.

Наиболее близким является способ использования твердого топлива из металлизованных окатышей, содержащих не менее 80 мас.% металлического железа, включающий их размещение в замкнутом объеме и последующее их сжигание, причем при горении металлизованных окатышей развивается температура от нескольких сотен до нескольких тысяч градусов - до 4000^oC [3].

Этот способ позволяет использовать металлизованные окатыши в качестве твердого топлива недостаточно эффективно и экономично.

Задачей изобретения является использование твердого топлива из металлизованных окатышей, обеспечивающего при его использовании высокую эффективность - значительное увеличение длительности горения, экономичность, а также экологическую чистоту.

Указанная задача достигается тем, что металлизованные окатыши, содержащие не менее 80 мас.% металлического железа, размещают в замкнутом объеме, заполняя ими не менее 3/4 объема, уровень давления внутри замкнутого объема устанавливают не менее 1 МПа, осуществляют термообработку металлизованных окатышей в замкнутом объеме струей воздуха, нагретого до температуры 260 - 400^oC, до нагревания металлизованных окатышей до температуры 1200 - 1400^oC, после чего осуществляют сжигание металлизованных окатышей при дополнительной продувке их струей кислорода. Сжигание металлизованных окатышей происходит при температуре, достигающей от нескольких сотен до нескольких тысяч градусов.

Существенными признаками заявляемого способа являются следующие:

металлизованные окатыши размещают в замкнутом объеме, заполненном не менее, чем на 3/4 объема;

уровень давления устанавливают не менее 1 МПа;

термообработку металлизованных окатышей в замкнутом объеме осуществляют до 1200 -1400^oC струей воздуха;

струю воздуха нагревают до температуры 260 - 400^oC,

сжигание осуществляют при продувке кислородом при температуре горения, достигающей 4000^oC.

Пример реализации способа.

Металлизованные окатыши, которые имеют химический состав, мас.%:

Железо (Fe) общее - 91,4

Железо (Fe) металлическое - 88,4

Углерод (C) - 1,69

Оксид кальция (CaO) - 1,6

Кремнезем (SiO₂) - 4,0

Оксид алюминия (Al₂O₃) - 0,28

Оксид магния (MgO) - 0,26

Оксид марганца (MnO) - 0,035

Примеси - Остальное.

Основные физические характеристики металлизованных окатышей:

Средний размер металлизованных окатышей - 5-20 мм,

Прочность - 100 кг/окатыш

Насыпной вес - 1,8-2,1т/м³

Металлизованные окатыши помещают в замкнутый объем - котел ЕП-670-13, 8-545 Вт (ТПЕ-216) и заполняют ими 3/4 слоевого топочного объема, давление внутри которого устанавливают 1,5 МПа.

Осуществляют продувку окатышей струей воздуха, предварительно нагретого до температуры 360^oC, которая устанавливается исходя из времени, в течение которого необходимо нагреть металлизованные окатыши до температуры 1200-1400^oC. Продувку струей воздуха осуществляют в течение 7-8 ч, после чего прекращают подачу воздуха и осуществляют продувку их струей кислорода. С момента начала возгорания окатышей в течение 30 ч горение окатышей происходит при температуре около 4000^oC. После чего температура горения снижается до 1000-1300^oC и поддерживается в течение 400-500 ч при этом наблюдается устойчивый процесс горения, пламя горения - ярко-желтое с голубоватым оттенком. , без выделения дыма и копоти. После 500 ч горения окатыши для прекращения горения заливают водой в отношении 1:2 по объему.

После горения металлизованных окатышей образуется окисленная руда, годная для использования в качестве сырья в ряде металлургических процессов.

Способ использования твердого топлива по сравнению с ранее известными способами- высокоэффективен и экономичен, так для сравнения, если, например, котел Еп-670-13,8-545 ВТ (ТПЕ-216) для работы в течение пяти суток требует около 20000 тонн бурого угля, то для получения того же результата необходимо 30-40 тонн металлизованных окатышей. Предварительная оценка показывает, что за год котел со слоевым топочным устройством израсходует до 5000 тонн металлизованных окатышей вместо 2000000 тонн угля (мазута). По сравнению же с прототипом предлагаемый способ позволяет в 2-3 раза повысить эффективность и экономичность расхода металлизованных окатышей, а также при одинаковом с прототипом объеме использования металлизованных окатышей на порядок повысить длительность горения.

Способ использования твердого топлива также, что очень важно, - экологически чист, а безотходность технологического цикла при его применении, проявляющаяся в отсутствии вредных продуктов горения и накопления бесполезных остаточных продуктов, дополнительно обеспечивает целесообразность его применения. Переход на новый способ использования твердого топлива в энергетических установках промышленного и коммунального назначения обеспечивает расширение внедрения в производство ресурсосберегающей технологии выработки энергии и получения при этом значительного экономического эффекта.

Практическая реализация изобретения основана на применении действующего энергетического оборудования и не требует его дополнительной модернизации (для котлов со слоевым топочным устройством) или требует незначительной модернизации (для котлов большой мощности с форсунками).