способ комбинированного сжигания природного газа, угольной пыли и газообразных продуктов термохимической переработки угля

Формула изобретения

Способ комбинированного сжигания природного газа, угольной пыли и газообразных продуктов термохимической переработки угля путем подачи в вертикальную четырехгранную призматическую топку топлива и первичных порций воздуха при количественном недостатке для полного сгорания через установленные на одной из стен горелки и вторичных дожигающих порций воздуха через сопла вдоль стен топки, причем газ и пыль подают раздельными спутными потоками в смеси с собственными первичными порциями воздуха, а газообразные продукты вырабатывают перед вводом в топку в угольных реакторах в режиме парогазовоздушной газификации, отличающийся тем, что газификацию осуществляют в закрученном вихревом потоке, образуемом струями углевоздушной взвеси, пара и дымовых газов, а газы термохимической переработки угля из реакторов и соответствующую им первичную порцию воздуха вводят в топку раздельными потоками спутно потокам газовоздушной и пылевоздушной смесей, причем первичную порцию воздуха подают под и над потоками топлива.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на котлах тепловых электростанций, сжигающих природный газ, угольную пыль и газообразные продукты термохимической переработки угля.

Известен способ комбинированного сжигания природного газа и угольной пыли путем подачи в вертикальную четырехгранную топку через установленные на одной из стен горелки потоков топлива с воздухом (см. а.с. СССР N 1163088, МПК(6) F 23 C 1/12 от 04.04.1983 г.; Б.И. N 23, 1985 г.). Способ обеспечивает экономичное сжигание топлива и повышает надежность горелок. Однако при подаче в топку газообразных продуктов термохимической переработки угля, вырабатываемых в угольных реакторах вблизи топочных камер, нарушаются условия, обеспечивающие экономичность и надежность горелок, что проявляется в высокой степени недожога топлива.

Известен способ комбинированного сжигания в топке природного, коксового, доменного газов и пылевидного топлива (см. а. с. N 1755006, МПК(6) F 23 C 1/12 от 03.07.1990 г.; МПК(6) F 23 1/12; Б.И. N 30, 1992 г.). Способ обеспечивает работу топочной камеры энергетического котла в экономичных и экологически чистых многотопливных режимах. Однако при вводе топливных потоков в комбинациях с газообразными продуктами термохимической переработки угля в топку нарушаются условия ее надежной и экономичной работы также по причине значительного недожога топлива.

Известен способ работы вертикальной четырехгранной топки для совместного сжигания природного газа и продуктов газификации угля (см. патент РФ N 2026512 от 9.06.1992 г., Б.И. N1, 1995 г.). В соответствии с патентом продукты газификации вводят через сопло в подовой части топочной камеры вдоль ее вертикальной оси, а природный газ и дожигающий воздух - через сопла, установленные на стенах, что минимизирует выход вредных веществ в атмосферу. Недостаток способа связан с отсутствием возможности подачи через горелки, устанавливаемые на стенах, угольной пыли. В отсутствии системы, обеспечивающей шлакоудаление из-под камеры сгорания, происходит накопление золошлаковых частиц до уровня установки воздушных сопел и горелок на стенах с нарушением аэродинамики и температурного режима топки вплоть до погасания факела и останова котла.

Известен способ предварительной термохимической переработки угля в режиме парогазовоздушной газификации в аппаратах кипящего слоя и последующего ввода газообразных продуктов для дожигания в топку (см. патент РФ N 2078283 от 7.03.95 г.; Б.И. N 12, 1997 г.). Недостаток способа - невысокая активность протекания процесса, что вызывает потребность в крупногабаритных аппаратах кипящего слоя, плохо вписываемых в габариты и технологию современных ТЭС.

Наиболее близким к заявляемому является способ сжигания угольной пыли в вертикальной призматической четырехгранной топке путем подачи топлива и первичных порций воздуха через горелки, установленные на одной из стен, и вторичных дожигающих потоков воздуха вдоль стен через сопла (см. а.с. СССР N 964337; МПК(6) F 23 C 7/02 от 11.12.1980 г. Б.И. N 37 от 1982 г.). Протекание горения происходит в бесшлаковочных и экономичных режимах при минимальном выходе вредных оксидов азота. Однако при подаче через горелки газообразных продуктов термохимической переработки угля (продуктов газификации твердого топлива) высока степень недожога топлива.

Задачей настоящего изобретения является повышение степени выгорания газа, угольной пыли и газообразных продуктов термохимической переработки угля с минимальным выходом оксидов азота, а также увеличение выработки химически активных газообразных продуктов в угольном реакторе.

Для достижения данной задачи в способе комбинированного сжигания природного газа, угольной пыли и газообразных продуктов термохимической переработки угля, реализуемом путем подачи в вертикальную четырехгранную призматическую топку топлива и первичных порций воздуха при количественном недостатке для полного сгорания через установленные на одной из стен горелки и вторичных дожигающих порций воздуха через сопла вдоль стен топки, газ и пыль подают раздельными спутными потоками в смеси с собственными первичными порциями воздуха, а газообразные продукты вырабатывают перед вводом в топку в угольных реакторах в режиме паровоздушной газификации; согласно изобретению газификацию осуществляют в закрученном вихревом потоке, образуемом струями углевоздушной взвеси пара и дымовых газов, а газы термохимической переработки угля из реакторов и соответствующую им первичную порцию воздуха вводят в топку раздельными потоками спутно потокам газовоздушной и пылевоздушной смесям, причем первичную порцию воздуха подают под и над потоками топлива.

Раздельная подача первичных порций воздуха и газообразных продуктов термохимической переработки угля с последующим дожиганием топлива вторичными порциями вблизи экранированных стен топочной камеры обеспечивает минимальный выход оксидов азота с продуктами полного сгорания из топки, спутный ввод газовоздушной и пылевоздушной смесей минимизирует степень недожога топлива; газификация в закрученном вихревом потоке приводит к увеличению газопроизводительности реактора; ввод первичных порций воздуха под и над потоками газообразных продуктов термохимической переработки угля уменьшает выход оксидов азота.

Сущность предлагаемого способа поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена схема вертикальной четырехгранной призматической топки с горелками, размещенными на одной из стен, и узлами подготовки и подачи топлива; на фиг. 2 - разрез по А-А на фиг. 1; на фиг.3 - схема горелки с рассредоточенными симметричными узлами ввода топлива; на фиг.4 - вид Б на фиг.3; на фиг.5 - схема горелки с сосредоточенными симметричными узлами ввода топлива; на фиг.6 - вид В на фиг.3; на фиг.7 - схема горелки с асимметричными узлами ввода топлива и первичных порций воздуха; на фиг. 8 - вид Г на фиг.7; на фиг.9, 10 - схемы вихревых реакторов с системами ввода углевоздушной взвеси, дымовых газов, отвода газообразных продуктов, дожигания и вывода золы, варианты с цилиндрической и призматической камерами соответственно.

Способ реализуют в топке 1 с экранами 2 из труб с пароводяной смесью, размещенными на всех стенах, соплами 3 для ввода дожигающего воздуха, установленными также на стенах и ориентированными вдоль стен. На стене 4 установлены горелки 5. Горелки имеют каналы 6 с соплами 7 для ввода газовоздушной смеси, каналы 8 для ввода пылевоздушной смеси или продуктов термохимической переработки угля (в частности, продуктов газификации, генераторного газа), а также воздушные каналы 9, 10, размещенные над и под каналами 8, для ввода воздуха. К соплам 7 подключена система газоснабжения 11, к каналу 8 - система пылеприготовления с мельницами 12 и угольные реакторы 13, в которых осуществляется термохимическая переработка твердого топлива с выходом газообразных химически активных продуктов, выделяющих тепло при взаимодействии с кислородом воздуха; сопла 3, каналы 6, 9, системы пылеприготовления 12 и угольные реакторы 13 подключены к системе воздухоснабжения 14 котла. К угольным реакторам 13 подключены сопла ввода углевоздушной взвеси, дымовых газов, пара, системы топливоподачи 15, отвода газообразных продуктов с горелками 5, дожигания и вывода золы 16. Для выработки газа из угля могут быть использованы угольные реакторы 13 вертикального (фиг. 1) или горизонтального типа (фиг.9, 10) с камерами реагирования цилиндрической (фиг. 1, 9) или призматической (фиг. 10) формы, в которых организовано вихревое движение частиц угля, воздуха, дымовых газов и пара, а для сжигания разнородного топлива в топках - горелки по фиг.3, 4; фиг 5, 6; фиг.7, 8.

Способ реализуют путем подачи в топку 1 природного газа, угольной пыли или газообразных продуктов термохимической переработки угля, первичных и дожигающих порций воздуха, которые при взаимодействии образуют высокотемпературный факел с выделением определенного количества тепла. Это тепло нагревает циркулирующую в экранах 2 воду, которая, испаряясь, превращается в пар. Последний направляют в турбогенератор для выработки электроэнергии. Используемый в качестве одного из топлив природный газ поступает из системы газоснабжения котельного цеха и котла к соплам 7, размещенным в каналах 6 горелок 5. Из системы воздухоснабжения в канал 6 подают первичную порцию воздуха, которого недостаточно для полного сжигания газа. Вводимая в топку 1 через каналы 6 горелок 5 газовоздушная смесь образует газовый факел, недостаток окислителя в котором компенсируется кислородом воздуха, вводимого через сопла 3 вдоль стен. Угольную пыль получают в системах пылеприготовления с мельницами 12, куда подают также первичную порцию воздуха. Смесь пыли с воздухом (аэросмесь) с недостатком для полного сжигания через каналы 8 горелок 5 направляют в топку 1, где происходит зажигание и формирование пылеугольного факела; для дожигания используют воздух, вводимый через те же сопла 3. При включении в работу угольных реакторов отсекают подающие каналы системы пылеприготовления 12 и по каналам 8 горелки 5 в топку 1 вводят потоки газообразных химически активных продуктов термохимической переработки угля (генераторные газы, продукты газификации). Активность газификации в реакторах определяется интенсивностью (скоростью) вращения среды; температура поддерживается расходами дымовых газов и пара. Зола, выводимая из реакторов, дожигается воздухом в системе 16, затем выводится в каналы гидрозолоудаления или на переработку предприятий стройматериалов. Газы отводят к горелкам 5 при высокой температуре, они очень активны в отношении окислителей, в частности, кислорода воздуха, в связи с чем первичные порции последнего отделяют и вводят спутными потоками над и под потоками горячих газов по каналам 9, 10. В количественном отношении кислорода первичных потоков воздуха недостаточно для полного сжигания газов из реакторов 13, в связи с чем через сопла 3 подают компенсирующие потоки воздуха, обеспечивающие полное сжигание топлива. При работе топки 1 комбинируют подачу природного газа, угольной пыли и газообразных продуктов переработки твердого топлива. Допускается подача одновременно в одну горелку природного газа и пыли, либо природного газа и газообразных продуктов переработки угля. При необходимости в топке можно сжигать сразу три вида топлива, подаваемого через различные горелки, либо одно из трех. При этом обязательным условием сжигания природного газа и пыли является подача их в топку 1 в смеси с первичными порциями воздуха, а газообразных продуктов термохимической переработки угля - раздельная подача с необходимой первичной порцией воздуха над и под топливными потоками.

Подобное разделение топливных потоков из реакторов и первичных порций воздуха в горелках 5, спутная подача в топку 1 вместе с газовоздушной и пылевоздушной смесями, последующее дожигание потоками воздуха из сопел 3, подаваемых вдоль стен, обеспечивают максимальные выход газообразных продуктов из реактора и степень выгорания топлива в топке при минимальном выходе вредных оксидов азота из котла. Опыты на котле БКЗ-210-140Ф Челябинской ТЭЦ-2 с системой газоснабжения, мельницами и угольными реакторами показали, что данная совокупность операций определяет эффективность разработанного способа, любое отклонение в технологии ввода топливных и воздушных потоков приводит к нарушению аэротермодинамических характеристик факела с ухудшением горения и увеличением выхода оксидов азота. Стабильность и равномерность рабочих параметров топки и факела поддерживают перераспределением расходов топливных и воздушных потоков в горелках и соплах, которое осуществляют в ручном или автоматическом режимах.