Спосіб газифікації високозольного твердого палива

Винахід стосується теплотехніки та може бути використаний при виробництві теплової енергії шляхом спалювання високозольного твердого палива, наприклад, горючих відходів вуглевидобутку. Відомим є спосіб [1] газифікації твердого палива з нерухомим шаром сировини, при якому тверде паливо подається зверху у вертикальну ша хту, повітря для газифікації в нижню частину шахти, а продукти газифікації виводять із середньої зони газифікатора. Недоліком відомого способу є низька ефективність процесу спалювання високозольного твердого палива внаслідок можливості недопалу його органічної частини. Найближчим за технічною суттю до способу, що заявляється, є відомий спосіб спалювання високозольного неоднорідного палива у вертикальній шахтній пічці, який обрано за прототип [2], та має наступні ознаки, спільні з ознаками пропонованого технічного рішення, а саме: - подача у вер хню зону ша хтної пічки твердого палива; - виведення золи з нижньої зони пічки; - подача підігрітого повітря для газифікації у вер хню та холодного повітря в нижню частини зони шахтної вертикальної пічки; - відвід продуктів газифікації із середньої зони пічки; - утилізація отриманих газів. Недоліком даного способу є низька енергопродуктивність та мала ефективність способу спалювання високозольного неоднорідного твердого палива в шахтній пічці внаслідок недопалу органічної частини палива, а також тим, що забезпечити стійке горіння високозольного палива з теплотворною здатністю менше 4000кДж/кг можливо тільки в пічках з високим коефіцієнтом корисної дії. В основу винаходу поставлено задачу підвищити енергопродуктивність та ефективність способу газифікації високозольного твердого палива за рахунок акумуляції всього тепловиділення пічки в газовому потоці продуктів спалювання, а також підвищення коефіцієнта корисної дії пічки. Поставлена задача вирішується тим, що в способі газифікації високозольного твердого палива, при якому паливо вводять у верхню зону шахтної пічки, золу виводять з нижньої зони пічки, а також подають підігріте повітря для спалювання у верхню та холодного повітря в нижню зони пічки та відводять продукти газифікації, утилізуючи їх фізичне тепло, із середньої зони пічки, в новому те хнічному рішенні перед подачею твердого палива у пічку його збагачують нафтопродуктами, наприклад, відходами нафтопереробки - кислими гудронами, крім того, нафтопродукти подають нижче середньої зони пічки а до повітря що подають в нижню зони шахтної пічки додають метан. Крім того, метан отримують при дегазації вугільних ша хт. Крім того, метан у вигляді звалищного газу отримують при дегазації полігонів твердих побутови х відходів. В джерелах патентної та те хнічної інформації не виявлено нових признаків що заявляються, а саме: - перед подачею твердого палива у пічку його збагачують нафтопродуктами наприклад, відходами нафтопереробки - кислими гудронами нафтопродукти подають нижче середньої зони пічки, - до повітря, що подають в нижню зони шахтної пічки, додають метан, який отримують придегазації вугільних шахт та/або при дегазації полігонів твердих побутови х відходів. Отже, можна стверджувати, що спосіб газифікації високозольного твердого палива відповідає критерію "новизна". Причинно-наслідковий зв'язок між відрізняючими ознаками винаходу і технічним результатом який буде досягнуто полягає в тому, що: - збагачення твердого палива перед подачею його у ша хтн у пічку нафтопродуктами наприклад, відходами нафтопереробки - кислими гудронами дозволяє підвищити здатність неоднорідного високозольного палива до спалювання та стабілізувати зону розпалу палива у верхній частині пічки; - подача нафтопродуктів нижче середньої зони пічки сприяє підвищенню енергопродуктивності способу внаслідок проходження процесу крекінгу підвищення теплоти згорання газу в середній зоні газифікатора звідки вуглеводневі гази що мають високу теплоту згорання, та горючі гази, що отримують від газифікації твердого палива, подають на утилізацію, підвищуючи економічність способу; - домішування метану до повітря, що подається в нижню зону шахтної пічки, сприяє підвищенню температури в цій зоні газифікатора, тобто створюються кращі умови для крекінгу та або спалювання нафтопродуктів які подають нижче середньої зони шахти та е фективніше допалюють органічну частину в золі; - використання метану, що о тримують при дегазації вугільних шахт та/або при дегазації полігонів твердих побутових відходів дозволяє залучити до народного господарства нетрадиційні джерела енергії, одночасно зменшуючи шкідливий викид метану в атмосферу. Крім того, відрізняючі ознаки нового способу газифікації високозольного твердого палива та характерна послідовність їх виконання розміщення надають пропонованому способу нових властивостей, а саме підвищують енергопродуктивність та ефективність процесу газифікації високозольного твердого палива наприклад, наприклад, відходів вуглевидобутку, о тже відповідають критерію "суттєві ознаки". Техніко-економічні та екологічні переваги нового технічного рішення полягають в тому, що при використанні способу газифікації високозольного твердого палива підвищується енергопродуктивність та рентабельність процесу спалювання, а також утилізуються відходи промисловості та вибухонебезпечний газ - метан, який попередньо отримують при дегазації вугільних ша хт та/або полігонів твердих побутови х відходів. На фіг.1 схематично зображена вертикальна шахтна пічка (розріз) для газифікації високозольного твердого палива; на фіг.2 - температурний режим пічки (схематично). Пічка містить вертикальний газифікатор - шахту 1, верхня частина якої під'єднана до загрузочного трубопроводу 2 із шнеком 3. Нижній кінець шнека 3 розміщений в ємності 4, заповненою нафтопродуктами та високозольним твердим паливом, що подається в ємність 4 із бункера 5. Верхня та нижня частини шахти 1 містять кільцеві колектори 6 та 7 відповідно для подачі в шахту 1 підігрітого повітря та/або шахтного метану для газифікації високозольного твердого палива. Середня зона газифікатора сполучена через витяжний колектор 8 газів з утилізаційним блоком 9, всередині якого розміщений пристрій 10 для допалу горючої частини газів, отриманих в результаті газифікації твердого палива. До утилізаційного блоку під'єднано трубопроводи 13 та 14 для підводу повітря та його підігріву відповідно. Нижче колектора 8 розміщено форсунки 11 , які через трубопровід 12 сполучені з ємністю 4. Внизу ша хти 1 розміщено пристрій 15 для регулювання вигрузкою золи, а також - блок 16 вилуговування з неї корисних компонентів. Спосіб спалювання високозольного твердого палива реалізують наступним чином. Високозольне тверде паливо, наприклад, вугільні породи із шахтного терикону з вмістом органіки близько 3040%, із бункера 5 подають спочатку в ємність 4, заповнену нафтопродуктами, наприклад, відходами нафтопереробки - кислими гудронами, звідки вугільні породи шнеком 3 через трубопровід 2 поступають у верхню частину ша хти 1 та спускаються по газифікатору вниз. У верхню частину шахти 1 для газифікації високозольного палива через кільцевий колектор 6 подається підігріте в трубопроводі 14 повітря. Збагачення твердого палива нафтопродуктами, перед подачею його у шахтну пічку дозволяє підвищити здатність неоднорідного високозольного палива до спалювання та стабілізувати зону розпалу твердого палива у вер хній частині пічки. Процес спалювання ведуть з надлишком повітря, подачу якого регулюють на вхідному тр убопроводі 13. В верхній зоні пічки (зона горіння твердого палива - фіг. 2) проходить термічна підготовка палива, при якій відбувається виділення летких газів з вугільної породи, а також спалювання нафтопродуктів, привнесених разом з породою, та підготовка палива до ефективного спалювання в середні зоні шахти 1. Завдяки стабілізації та розширенню зони розпалу за рахунок підігріву повітря до температури, яка є вищою за температуру розпалу вугільної породи, та наявності нафтопродуктів температура у верхній зоні сягає близько 500°С-700°С і в міру проходження твердого палива по шахті 1 підвищується в середній її частині до температури 900°С-1100°С Після стабілізації зони розпалу твердого палива через кільцевий колектор 7 в нижню зони пічки подають холодне повітря в суміші з метаном, видобутим, наприклад, при дегазації вугільних пластів та / або в суміші із звалищним газом (55% CH4 та 45% СО2), отриманим при дегазації полігону твердих побутових відходів. В нижній частині шахти 1 допалюють породу, зводячи до мінімуму вміст органіки в золі. При цьому відбувається охолодження золи, вихід якої із газифікатора регулюють пристроєм 15, та одночасно підігрівають повітря, яке поступає знизу шахти 1 в середню зону газифікатора. Крім того, підігрітим в нижній зоні газифікатора повітрям спалюють кислі гудрони, які вприскують нижче середньої зони шахти 1 при допомозі форсунок 11. При цьому режим роботи пічки доводять до необхідного робочого стану шля хом регулювання швидкістю вигрузкою золи та швидкістю завантаження палива через трубопровід 2. Домішування метану до повітря, що подається в нижню зону шахтної пічки, сприяє підвищенню температури в цій зоні газифікатора, тобто створюються кращі умови для крекінгу та/або спалювання нафтопродуктів, які подають нижче середньої зони шахти 1 та е фективніше допалюють органічну частину в золі. Таким чином, в нижній зоні шахти 1 за рахунок спалювання метану та нафтопродуктів стабілізують та розширюють гарячу зони пічки, а гази, отримані при спалюванні високозольного твердого палива, поступають при максимальній температурі спочатку в високотемпературну середню зону шахти 1, звідки через колектор 8 - на утилізаційний блок 9. В останньому при допомозі пристрою 10 допалюють горючі компоненти, що містяться в газах, що відводять, утилізуючи їх фізичне тепло та утримуючи при цьому пару. Для утилізації цінних компонентів із золи використовують блок 16 вилуговування рідкісних елементів. Теплова продуктивність пічки залежить від її діаметра та швидкості проходження палива через неї, а максимальна температура згорання твердого палива залежить від середньої об'ємної теплоємності повітря, середньої теплоємності високозольного палива та температури підігрітого повітря, що подають у вер хню зону шахти 1. Тоді, підвищуючи надлишок повітря та метану, які подають знизу газогенератора, та зменшуючи температуру горіння в шахті 1, завжди є можливим відрегулювати задану температур у горіння в ша хтній пічці [3]. Отже, подача нафтопродуктів нижче середньої зони пічки сприяє підвищенню енергопродуктивності способу внаслідок проходження процесу крекінгу, підвищення теплоти згорання газу в середній зоні газифікатора, звідки вуглеводневі гази що мають високу теплоту згорання, та гарячі гази, що отримують від спалювання твердого палива подають на утилізацію, підвищуючи економічність способу. Техніко-економічні та екологічні переваги технічного рішення полягають в тому що при використанні способу спалювання високозольного твердого палива підвищуються енергопродуктивність та рентабельність процесу спалювання, а також утилізуються відходи вугільної промисловості та вибухонебезпечний газ - метан, який попередньо отримують при дегазації вугільних шахт та/або полігонів твердих побутови х відходів. Таким чином, пропоноване технічне рішення дозволяє виконати поставлену задачу. Джерела інформації: 1. Биомасса как источник энергии: Пер. с англ. / Под ред. С. Соуфера, О. Заборски - М.. Мир, 1985. - С.214217. 2. Авторское свидетельство СССР №1314190, кл. F 23 В 1/36 - ПРОТОТИП. 3. Геотехнология некондиционных твердых топлив / Сте фаник Ю.В.; Отв. Ред. Чекалюк Э.Б. АН УССР. Ин-т геологии и геохимии горючих ископаемых. - Киев: наук. Думка, 1990. - С.97-110.