способ ступенчатой газификации и сжигания твердого топлива в аэрошлаковом расплаве

Формула изобретения

Способ ступенчатой газификации и сжигания твердого топлива в аэрошлаковом расплаве путем ввода под избыточном давлением наклоненных струй парокислородсодержащего дутья в расплав шлака, перемешивания его с образованием газонасыщенного слоя гетерогенного расплава, включающего шлак, уголь и известняк, и обеспечением ударно-вихревого движения в нижнем ярусе сопл, а также последующего дожигания образовавшегося генераторного газа в режиме кольцевого движения в струях вторичного дутья, подаваемого через сопла второго вышележащего яруса, размещенные в топке котла, отличающийся тем, что в топку котла подают дополнительное дутье через регулируемые поворотные сопла, по меньшей мере, третьего вышележащего яруса с обеспечением дожигания в объеме топки в режиме подъемно-вихревого движения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на тепловых электростанциях для газификации и сжигания низкосортных топлив.

Известен способ газификации и сжигания твердого топлива в расплаве шлака, реализуемый в установке, содержащей камеру газификации и сжигания и питатель, причем первая выполнена с окном для вывода шлака и перепускным окном, а питатель сообщен с последним и подключен своим верхним участком к линии подачи топлива (см. SU, 1789828 A1, 1993)

Недостатком данного способа является невозможность обеспечения полноты сгорания топлива, поскольку при реализации этого способа не предусмотрено изменение направления струй воздушного дутья.

Известен способ ступенчатой газификации и сжигания твердого топлива в аэрошлаковом расплаве путем ввода под избыточным давлением наклоненных струй парокислородсодержащего дутья в расплав шлака, перемешивания его с образованием газонасыщенного слоя гетерогенного расплава, включающего шлак, уголь и известняк, и обеспечением ударно-вихревого движения в нижнем ярусе сопел, а также последующего дожигания образовавшегося генераторного газа в режиме кольцевого движения в струях вторичного дутья, подаваемого через сопла второго вышележащего яруса, размещенные в топке котла (см. Дьяков А.Ф. и др. Новые подходы к технологии использования твердого топлива в электроэнергетике. Теплоэнергетика, 1988, N 2).

Данный способ принят за прототип.

К недостаткам известного способа следует отнести отсутствие взаимнопересекающихся и соударяющихся струй парокислородосодержащего дутья, что не позволяет обеспечить создание вихревого движения топливовоздушной смеси.

Задачей данного изобретения является устранение отмеченных недостатков аналога и прототипа с достижением технического результата, заключающегося в обеспечении полноты сгорания твердого топлива в расплаве шлака путем создания любой аэродинамики в плоскости подачи струй окислителя.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе ступенчатой газификации и сжигания твердого топлива в аэрошлаковом расплаве путем ввода под избыточным давлением наклоненных струй парокислородосодержащего дутья в расплав шлака, перемешивания его с образованием газонасыщенного слоя гетерогенного расплава, включающего шлак, уголь и известняк, и обеспечением ударно-вихревого движения в нижнем ярусе сопел, а также последующего дожигания образовавшегося генераторного газа в режиме кольцевого движения в струях вторичного дутья, подаваемого через сопла второго вышележащего яруса, размещенные в топке котла, согласно изобретению, в топку котла подают дополнительное дутье через регулируемые поворотные сопла, по меньшей мере, третьего вышележащего яруса с обеспечением дожигания в объеме топки в режиме подъемно-вихревого движения.

На чертеже изображена схема установки для осуществления предложенного способа ступенчатой газификации и сжигания твердого топлива в аэрошлаковом расплаве.

Установка содержит бункер 1 сырого угля, бункер 2 известняка CaCO₃, котел 3 с топкой 4, представляющей собой камеру-газификатор, камерой 5 дожигания и, по меньшей мере, тремя горизонтальными ярусами регулируемых поворотных сопел 6 парокислородосодержащего дутья, размещенных на стенках камеры-газификатора и камеры 5 дожигания.

В установку также входят турбогенератор 7, воздухоразделительная (кислородная) станция 8, дутьевой вентилятор 9, дымосос 10, устройство 11 переработки шлака в шлакощебень, линия 12 шлакогранулята, разливочная машина 13 металла, электрофильтр 14 и вытяжной вентилятор 15.

Установка работает следующим образом.

Топливо из угольного склада по тракту топливоподачи направляется в бункер 1 сырого угля, а затем без дополнительной подготовки (размола) вместе с известняком из бункера 2 поступает в камеру-газификатор. При пуске камеры-газификатора ее ванна заполняется высокотемпературным флюсом, требуемый объем которого в дальнейшем автоматически поддерживается жидкофазным шлаком. С помощью сопел 6 горелок слой шлака продувается обогащенным дутьем, благодаря сему он поддерживается в состоянии газошлаковой эмульсии. Дутье заданного состава готовится в смесителе, куда нагревателями с давлением 0,3 МПа подаются кислород и воздух. Для получения кислорода используется серийная воздухоразделительная станция 8, например KAAp-15. Из смесителя дутье поступает к соплам 6 камеры-газификатора.

Уголь в расплав после разгрузочных устройств с дробильно-фрезерными машинами подается без предварительной подготовки, где из-за высокой температуры подвергается термическому разрушению и благодаря барботажу ванны равномерно распределяется по сечению.

Для связывания серы и обеспечения определенных вязкостных характеристик расплава к нему подмешивается известняк.

Интенсивна газификация даже низкореакционного угля типа АШ обеспечивается благодаря высокой температуре (1600^oC) и наличию достаточного количества пара, поступающей с влагой топлива. Продукты газификации содержат около 77% оксидов углерода (CO), 14% водорода (H₂), 2,4 H₂O, 4% CO₂ и 2,6% N₂. Теплота сгорания образующегося генераторного газа составляет примерно 10,9 МДж/м, что позволяет дожечь его в камере 5 дожигания при умеренном температурном уровне факела в среде горячего воздуха.

Для организации аддитивной доочистки дымовых газов от оксидов серы в топку 4 котла 3 вдувается пылевидный известняк. После прохождения дымовыми газами конвективных поверхностей нагрева котла 3 и воздухоподогревателя пылевидные частицы известняка направляются в устройства для их улавливания и далее в дымовую трубу.

В камере-газификаторе шлак претерпевает сложные физико-химические превращения с восстановлением металлов и накоплением их в донной части камеры. Этот так называемый "тяжелый шлак" представляет из себя чугун или ферросилиций, в котором, как и в извлекающей фазе, достигаются относительно высокие концентрации цветных и редкоземельных металлов, что делает эффективной дальнейшую переработку данного ценного сырья на предприятиях черной и цветной металлургии. Тяжелый шлак периодически сливают из камеры-газификатора в изложницы различной машины 13, где охлаждается и в виде отдельных чушек направляется на склад готовой продукции. Легкий шлак, состоящий из окислов кремния, кальция, алюминия, магния, натрия и калия, сливается из верхней части ванны камеры-газификатора и поступает на устройства 11 переработки в шлакощебень.

Установка в топке 4 котла 3 и в ярусах на стенках последнего из регулируемых поворотных сопел 6 обеспечивает ступенчатую газификацию и сжигание твердого топлива путем организации любой аэродинамики в плоскости соударения и подачи струй дутья от ударно-вихревого движения в объеме ванны камеры-газификатора до кольцевого движения в струях вторичного дутья и подъемно-вихревого движения факела в камере 5 дожигания в струях сопел 6 третьего яруса.