Спосіб спалювання твердого палива

1. Спосіб спалювання твердого палива, що включає завантаження палива в реактор, подачу в нього газифікуючого агента і, при необхідності, добавок, що знижують емісію шкідливих речовин, вивід з реактора твердих і газоподібних продуктів сушіння, піролізу й горіння, і підтримку максимальної температури в реакторі в межах 700-1400 °С шляхом регулювання витрати горючих, негорючих C2 2 (19) 1 3 видалення тепла із зони горіння вимагає підведення тепла від стороннього джерела в зону допалювання піролізних газів. Відомий спосіб спалювання твердого палива [П - т UA 44982, 6F23G 5/00, Бюл. №3, 2002р.], заснований на гальмуванні реакцій піролізу в глибинних шарах палива, що полягає в завантаженні палива в камеру згоряння, підводі до поверхні шару палива первинного окислювача, розігріві й запаленні поверхні шару палива й відводі недоокислених газів і продуктів піролізу в спеціальну високотемпературну камеру, де створюють умови для їх ефективного допалювання. При цьому фізико-хімічні перетворення палива зосереджені на активній поверхні паливної маси, що виключає можливість глибокого піролізу й утворення трудногорючих високомолекулярних з'єднань. Тут і далі терміном «активна поверхня» позначена частина зовнішньої поверхні паливної маси, на якій створені теплові умови для взаємодії палива з газифікуючим агентом. Недоліком відомого способу є поява в продуктах згоряння в невеликих кількостях недогорівших продуктів піролізу, що є наслідком невисокого ступеня гальмування фізико-хімічних перетворень у глибинних шарах паливної маси через поступовий прогрів палива. Крім того, організація високотемпературних зон допалювання продуктів піролізу в збагаченому окислювачем середовищі приводить до утворення вторинних забруднювачів у вигляді термічних оксидів азоту. Найбільш близьким по технічній суті й результату до способу, що заявляється, є спосіб переробки твердих відходів [патент Росії №2079051 СІ, 6F23G 5/027, опубл. 10.05.97г]. шляхом завантаження останніх у реактор, подачі в реактор противотоком по відношенню до відходів газифікуючого агента, що містить кисень, а також, воду й/або вуглекислий газ, введенні, при необхідності, у реактор добавок, що знижують емісію шкідливих речовин, відведенні продуктів сушіння, піролізу й горіння з реактора. При цьому, у реакторі підтримують температуру 700-1400°С шляхом регулювання витрат газифікуючого агента, відходів, що переробляють, і негорючого баласту. Цей спосіб відрізняється більш широкими можливостями регулювання продуктивності і якості процесу горіння й дозволяє в багатьох випадках домогтися високої повноти згоряння за рахунок більш раціональної організації процесу газифікації палива. Недоліком способу є утворення складних високомолекулярних сполук внаслідок некерованості процесу газифікації усередині паливної маси. Це приводить до ускладнення способів і пристроїв наступної обробки продуктів газифікації, зниженню повноти згоряння й шкідливому впливу на навколишнє середовище. В основу винаходу поставлено задачу підвищення повноти згоряння палива й зниження емісії шкідливих речовин із продуктами згоряння, а також, розширення діапазону стійкості горіння по виду відходів, що переробляються, шляхом збільшення концентрації теплової енергії, що виділяється, у вузькому шарі палива. 88390 4 Зазначена мета досягається за рахунок того, що в способі, що включає завантаження палива в реактор, подачу в нього газифікуючого агента, що містить кисень, а також воду й/або вуглекислий газ і, при необхідності, добавок, що знижують емісію шкідливих речовин, вивід з реактора твердих і газоподібних продуктів сушіння, піролізу й горіння, підтримку максимальної температури в реакторі в межах 700-1400°С шляхом регулювання витрат горючих, негорючих і окислюючих компонентів, згідно з винаходом, газифікуючий агент подають у реактор двома частинами, причому першою його частиною, що містить вільний кисень, обдувають активну поверхню паливної маси, що забезпечує концентрацію виділеного тепла поблизу її поверхні, а другу частину, що містить речовини неокислювального характеру, наприклад, воду й/або вуглекислий газ, подають прямотоком з паливом, для чого в об'ємі паливної маси створюють градієнт тиску, спрямований від її активної поверхні до місця підведення другої частини газифікуючого агента. Продукти сушіння, піролізу й горіння відводять із реактора в камеру допалювання по вузькому каналу уздовж активної поверхні паливної маси для більш ефективної передачі тепла від продуктів згоряння до активної поверхні, а витрату газифікуючого агента регулюють таким чином, щоб температура активної поверхні паливної маси становила б 700-900°С. При цьому, добавки, що знижують емісію шкідливих речовин, подають у реактор у суміші із другою частиною газифікуючого агента. Безперервна подача другої частини газифікуючого агента в паливну масу й переміщення її під дією градієнта тиску до поверхні палива, створює охолоджуючий ефект і гальмує процеси термічної деструкції в об'ємі паливної маси. Тому, всі фізикохімічні перетворення - сушіння, газифікація палива, первинне окислювання - зосереджені в обмеженому просторі, що безпосередньо примикає до активної поверхні паливної маси. Це, з одного боку, дозволяє максимально використовувати тепло, що виділяється в процесі окислювання, для ініціювання ендотермічних процесів сушіння й піролізу, а з іншого боку, різко скорочує час перебування кожної частинки палива в зоні піролізу. В результаті, у ході газифікації утворюються в основному, середньо- і низькомолекулярні продукти, що мають високу реакційну здатність. В поєднанні з досить високою температурою процесу й наявністю вільного кисню виникають максимально сприятливі умови для повного згоряння палива. Крім того, завдяки концентрації процесів виділення й поглинання тепла у вузькому просторовому шарі, різко знижуються непродуктивні теплові втрати в навколишнє середовище, а вивід продуктів з реактора уздовж активної поверхні палива сприяє максимальному використанню їхньої теплової енергії для ініціювання процесів сушіння й піролізу на поверхні паливної маси. Це в ряді випадків дозволяє відмовитися від додаткових джерел енергії й здійснювати процес спалювання низькосортного палива або відходів в автотермічному режимі. 5 Кількість агента, що подають в реактор, й співвідношення між його частинами вибирають таким, щоб рівноважна температура поверхні паливної маси становила 700-900°С, а рівноважна температура газової фази в реакторі перебувала б у межах, 1200-1400°С. Більш низькі температури поверхні не забезпечать надійний піроліз палива, а більш високі можуть привести до утворення трудногорючих продуктів. Нижня межа температури газової фази обумовлена необхідністю ефективної теплопередачі до активної поверхні паливної маси, а верхня є обмеженням, що накладається процесом утворення термічних оксидів азоту. При необхідності введення в реактор добавок, що знижують емісію шкідливих речовин, їх вводять до складу другої частини газифікуючого агента, наприклад, розчиняючи у воді, що дозволяє зосередити їхню дію саме в зоні утворення шкідливих речовин і, тим самим, більш повно використовувати властивості цих добавок. Таким чином, введені в спосіб утилізації відходів нові відмітні ознаки, у сукупності з відомими, дозволяють вирішити поставлене технічне завдання: збільшити повноту згоряння палива, знизити шкідливі викиди в навколишнє середовище, відмовившись у ряді випадків від використання додаткових джерел тепла. На кресленні наведена схема реалізації способу спалювання палива. Спосіб реалізують таким чином. Після завантаження палива в реактор активну поверхню 3 паливної маси 2 з боку стінки реактора 1 розігрівають до температури піролізу й одночасно подають до цієї поверхні потік першої частини газифікуючого агента А. При цьому, на активній поверхні З починають протікати реакції окисного піролізу, що самопідтримуються. В результаті цього процесу утворюються складні за структурою газоподібні продукти піролізу, сажа й твердий золококсовий залишок. Другу частину газифікуючого агента Б, яка вільна від кисню і містить, наприклад, воду, 88390 6 водяну пару, вуглекислий газ, водяні розчини неорганічних окислювачів або інших речовин, безперервно вводять усередину паливної маси 2 і створюють градієнт тиску, спрямований від її активної поверхні до місця введення. Ця частина газифікуючого агента, під дією градієнта тиску починає фільтраційний рух у напрямку до активної поверхні 3. При цьому в зоні низьких температур всередині паливної маси 2 цей агент виконує функцію теплоносія, охолоджуючи паливо й гальмуючи протікання реакцій піролізу й термічного розкладання. Досягнувши активної поверхні 3 паливної маси, агент вступає в хімічну реакцію з коксом, сажею й високомолекулярними продуктами піролізу, що приводить до їхньої газифікації й утворення низькомолекулярних високоактивних горючих компонентів. Газоподібні продукти коксування разом із продуктами газифікації й надлишком газифікуючого агента, допалюють у безпосередній близькості від активної поверхні палива в потоці першої частини газифікуючого агента, при температурі 12001400°С. Більш низькі температури не можуть забезпечити необхідну для піролізу щільність теплового потоку до поверхні шару палива, а більш високі - ведуть до збільшення виходу оксидів азоту в димових газах. Для більш ефективної передачі тепла до активної поверхні палива продукти допалювання В відводять із реактора по вузькому каналу 4, утвореному активною поверхнею 3 і стінкою реактора 1. Зближення зони допалювання продуктів піролізу з поверхнею палива забезпечують, наприклад, за рахунок звуження каналу 4 й/або шляхом організації вільного руху димових газів під ковпаком, роль якого виконує активна поверхня палива. Таким чином, застосування запропонованої технології дозволить збільшити повноту згоряння палива, знизити емісію шкідливих речовин при одночасному розширенні діапазону його застосування по виду палива. 7 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 88390 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601