Спосіб спалювання низькосортного вугілля і пристрій для його здійснення

1. Спосіб спалювання низькосортного вугілля шляхом постадійної термохімічної підготовки пиловугільноповітряної суміші, що включає формування стартового факела з частиною пиловугільноповітряної суміші при сумарному коефіцієнті надлишку окиснювача a < 1 і обробку основного об'єму низькосортного вугілля високотемпературною двокомпонентною пальною сумішшю, який відрізняється тим, що в зону стартового факела роздільними потоками підводять збагачену киснем пиловугільноповітряну суміш з частиною від повного об'єму низькосортного вугілля, що в початковій стадії не перевищує 20% сумарної витрати низькосортного вугілля, в присутності водню та при сумарному коефіцієнті надлишку окиснювача 0,1 £ a < 0,4 для додержання температури суміші на виході стартового факела на рівні 1550-1600К, C2 2 (11) 1 3 ня розпалу і стабілізації процесів спалювання низькосортного вугілля використовуються все більш значні додатки мазуту чи природного газу (до 30% і більш від теплової потужності котлоагрегату), вартість яких постійно зростає. Причому, сумісне спалювання в котлі низькосортного вугілля з мазутом призводить до росту механічного недопалу вуглецю (на 25% і більш), підвищення рівня викидів оксидів азоту (на 40-50%), оксидів сірки і ванадію, канцерогенних вуглеводнів. У той же час, дефіцит мазуту і природного газу, унаслідок зростання їхньої вартості, стимулюють розробку технологій, які забезпечують ефективне спалювання пиловугільного палива, особливо низькосортного високозольного, при зниженні споживання мазуту чи природного газу і, що особливо важливо, без їхнього використання. Відомий спосіб спалювання низькосортного вугілля [а.с. СРСР №1695043, F23С11/00, 1983] шляхом термохімічної підготовки пиловугільноповітряної суміші, що включає формування стартового факела в присутності окиснювача й обробку низькосортного вугілля високотемпературною пальною сумішшю. Спосіб здійснюють подачею аеросуміші пиловугільного палива і сушильного агента через пиловугільні пальники з одночасним спалюванням нижче рівня пальників високореакційного палива (мазуту) у присутності окиснювача. Недолік способу полягає у використанні для підсвічування низькосортного вугілля дефіцитного високореакційного палива, а у випадку використання мазуту складності експлуатації мазутного господарства. Крім того, сумісне спалювання низькосортного вугілля і мазуту призводить до збільшення недопалу з високим вмістом оксидів азоту і канцерогенних речовин. Відомий спосіб спалювання низькосортного вугілля [пат. РФ №2174649, F23Φ1/00, 2001] шляхом термохімічної підготовки пиловугільноповітряної суміші, яка включає формування стартового факела в присутності окиснювача й обробку низькокалорійного вугілля високотемпературною пальною сумішшю. Спосіб включає газифікацію і розігрів пилоподібного палива в полум'ї рідкопаливного факела з наступним нагріванням випромінюючого обмурування. Спосіб може бути реалізований тільки при використанні дефіцитного високореакційного вуглеводневого палива. Найбільш близьким за технічною сутністю є [пат. РФ 2201554, F23Q5/00, 2003], шляхом постадійної термохімічної підготовки пиловугільноповітряної суміші, що включає формування стартового факела з частиною пиловугільноповітряної суміші при заданому сумарному коефіцієнті надлишку окиснювача й обробки основного об’єму низькокалорійного вугілля високотемпературною двокомпонентною пальною сумішшю. Формування факела здійснюють шляхом організації взаємодії НВЧ-плазмового шнура з частиною потоку вугільного пилу, при цьому температуру на виході стартового факела доводять до 600700°С. 86036 4 Недостатня ефективність процесу полягає у слабкій реакційній здатності стартового факела, обумовленої тим, що відношення повітря/паливо у відомому способі задають рівним 1. Для ефективного підпалу основного потоку палива, останній повинний зберігати активні елементи як продукти газифікації й активний кокс, причому коефіцієнт надлишку палива повинний бути менше 1. Відомий пристрій для спалювання низькосортного вугілля [а.с. СРСР №1695043, F23C11/00, 1983], що містить камеру термохімічної підготовки з виконаними в ній каналами подачі низькосортного вугілля, окисних компонентів і установки діагностуючих пристроїв. Пристрій включає сепаратор із млином, пиловіддільник і вентилятор, а також пиловугільні та, установлені нижче рівня пилових, додаткові канали (пальника) для спалювання високореакційного палива. Недолік пристрою полягає в складності організації процесу термохімічної підготовкинизькосортного вугілля, а також в необхідності використання для газифікації процесу дефіцитного високореакційного палива. Відомий пристрій для спалювання низькосортного вугілля [пат. РФ №2174649, F23D1/00, 2001], що містить камеру термохімічної підготовки з виконаними в ній каналами подачі низькосортного вугілля, окисних компонентів і установки діагностичних пристроїв. Пристрій оснащений двома симетрично розміщеними рідкопаливними або газовими пальниками, установленими перед щілиноподібним патрубком подачі пилоподібної суміші, причому обмурування камери виконане випромінюючим. Недолік пристрою - необхідність використання дефіцитного високореакційного палива. Найбільш близьким за технічної сутністю є пристрій для спалювання низькосортного вугілля [пат. РФ 2201554, Ρ23Q5/00, 2003], що містить камеру термохімічної підготовки з виконаними в ній каналами подачі низькосортного вугілля, окисних компонентів і установки діагностуючих пристроїв. Пристрій являє собою плазмотрон на НВЧхвилі з каналом подачі повітря у формований плазмовий факел і канали підведення основної частини пиловугільноповітряної суміші. Формований пристроєм вузький плазмовий шнур не забезпечує високої ефективності взаємодії з потоком пиловугільноповітряної суміші за рахунок малого часу і площі взаємодії вугільних часток з повітряною плазмою. Низька реакційна здатність стартового факела обумовлена ще і тим, що співвідношення компонентної суміші повітря/паливо рівне 1 не сприяє достатній для ефективного спалювання низькосортного вугілля термохімічній підготовці. Найбільш економного ефективного спалювання низькосортного вугілля можна досягти шляхом попередньої високошвидкісної (порядку 104102°С/с) термохімічної обробки частини об’єму з наступною термохімічною підготовкою основної частини низькосортного вугілля в утвореній на стадії попередньої підготовки високотемператур 5 ній багатокомпонентній пальній суміші. Наприклад, з використанням для проведення процесу активних водневих і кисневих компонентів, що при незначних енерговитратах можуть бути отримані окремо чи безпосередньо в замкнутому технологічному циклі процесу. При цьому домішки кисню до пиловугільноповітряної суміші призведуть до зниження температури запалення вугільного пилу і росту ступеня конверсії вуглецю на першій (високошвидкісній) стадії термохімічної підготовки. Спалювання основного об'єму низькосортного вугілля доцільно проводити поетапно зі збагаченням пиловугільноповітряної суміші киснем, що може бути отриманий одночасно з воднем у процесі електролізу води чи водяної пари. На кожному наступному ступені термохімічна підготовка чергової частини вугільного пилу буде здійснюватися за рахунок згоряння летких і частини активного вуглецю (коксу), підготовлених у попередньому ступені. Причому, на виході з пристрою термохімічної підготовки вугільного пилу температура підготовленої багатокомпонентної пальної суміші повинна бути на рівні 1150-1200К, тобто достатньою для подальшого ефективного запалення і спалювання и в котлоагрегаті, але знаходитися нижче границі плавлення золи. В основу винаходів поставлено задачу створення способу спалювання палива і пристрою для його здійснення шляхом проведення попередньої термохімічної обробки низькосортного вугілля в умовах заданих температурних режимів і строго витриманих пропорцій взаємодії низькосортного вугілля з окисними домішками, що забезпечують підготовку (одержання) багатокомпонентної пальної суміші і розширення діапазону стійкого режиму горіння, за рахунок чого досягнуто стабільне запалення та ефективне спалювання низькосортного вугілля без використання мазуту чи природного газу, а також гранично низькі рівні викидів токсичних і канцерогенних речовин. Поставлена задача досягається тим, що в способі спалювання низькосортного вугілля шляхом постадійної термохімічної підготовки пиловугільноповітряної суміші, що включає формування стартового факела з частиною пиловугільноповітряної суміші при сумарному коефіцієнті надлишку окиснювача α