Спосіб спалювання низькоякісного палива

Реферат: Винахід належить до спалювання, зокрема, відхідних колошникових газів доменного виробництва. Для спалювання низькосортного палива використовують існуючий повітряний пальник (1) з першим отвором (5) для подачі якісного палива і другим отвором (7) для подачі повітря, які відкриваються в зоні (3) горіння. Газоподібне паливо з низькою теплотворною 3 здатністю, меншою за 7,5 МДж/м , подають крізь другий живильний отвір (7). При цьому окислювач містить принаймні 85 масових відсотків кисню і його подають в зону (3) горіння за допомогою пристрою для подачі окислювача. Винахід сприяє спалюванню газоподібного палива з низькою теплотворною здатністю в тому ж самому пальнику, що й для спалювання газоподібного палива з високою теплотворною здатністю, практично зі збереженням рівня генерації тепла і температури. UA 106473 C2 (12) UA 106473 C2 UA 106473 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Представлений винахід належить до способу спалювання палива в печі. Точніше, винахід належить до способу спалювання низькоякісного палива. На заводах, у яких промислові печі використовуються для виробництва сталі та інших металів, різні види низькоякісного газоподібного палива часто одержуються як побічні продукти. Одним прикладом є так званий колошниковий газ з доменних печей, які використовуються у виробництві сталі. Іншим прикладом є відхідні гази конвертера. Такі види низькоякісного палива типово містять суміш сполук, які, наприклад, містять різні вуглеводні, азот, кисень, водень, монооксид вуглецю, діоксид вуглецю і водяну пару. Через часто обмежену питому енергоємність в таких видах палива вони традиційно використовуються для низькотемпературних процесів, таких як нагрівання, або в електростанціях. Альтернативно, вони можуть змішуватися з видами палива з вищою питомою енергоємністю. Оскільки такі види низькоякісного палива часто одержуються з надлишком, наприклад, на сталеплавильних заводах, і тому є порівняно недорогими, то повинно бути бажаним мати можливість також використовувати їх більшою мірою у високотемпературних процесах, у яких зазвичай вимагаються види високоякісного палива. Сьогодні вони часто спалюються і викидаються в атмосферу без використання. Представлений винахід вирішує вищеописані проблеми. Таким чином, представлений винахід належить до способу спалювання палива, у якому використовують існуючий повітряний пальник, який має перший отвір для подачі палива і другий отвір для подачі повітря, при цьому живильні отвори відкриваються в зоні горіння, і відрізняється тим, що газоподібне паливо з низькою теплотворною здатністю (LHV), меншою за 3 7,5 МДж/м , подається крізь другий живильний отвір, при цьому окислювач, який містить принаймні 85 масових відсотків кисню, також подається в зону горіння за допомогою пристрою для подачі окислювача і при цьому газоподібне паливо спалюється з окислювачем в зоні горіння. Далі винахід буде описуватися детально з посиланням на ілюстративні варіанти виконання винаходу і на додані креслення, на яких: Фіг. 1 зображає схему повітряного пальника, використовуваного у способі згідно з представленим винаходом; і Фіг. 2 зображає схему доменної печі і промислової печі, розташованої в одному і тому ж сталеплавильному заводі. Таким чином, фігура 1 зображає повітряний пальник 1, який є традиційним як такий, і який під час традиційної роботи використовується для розігрівання промислової печі. Повітряний пальник 1 встановлюють в стінці 2 промислової печі. Повітряний пальник 1 передбачений для спалювання палива в зоні 3 горіння з окислювачем, яким є повітря, під час традиційної роботи. Під час такої традиційної роботи, паливо подається повітряним пальником 1 крізь живильний трубопровід 4 до зони 3 горіння крізь отвір 5 для подачі палива. Повітря подається відповідним способом по відповідному живильному трубопроводу 6 і відповідно крізь отвори 7 для подачі повітря. Повітряний пальник 1 може також мати інші конструкції, які є традиційними самі по собі, як, наприклад, з одним або декількома отворами для подачі палива і з одним або декількома отворами для подачі повітря. Паливо, використовуване для традиційної роботи, може бути рідким або газоподібним паливом. Традиційне паливо є паливом високої або середньої якості, таке як зріджений нафтовий газ, природний газ або газ з коксової печі. Згідно з винаходом, повітряний пальник 1 не працює з традиційним паливом високої або середньої якості, але замість цього використовує газоподібне низькоякісне паливо, такий як колошниковий газ з доменної печі. Таблиця 1 зображає порівняння типових вмістів різних складових між, з одного боку, паливом середньої якості, таким як газ з коксової печі, і, з іншого боку, низькоякісним паливом, таким як колошниковий газ з доменної печі, а також відхідний газ з конвертера. Усі величини надані в об'ємних відсотках. Таблиця 1 Газ з коксової печі Колошниковий газ Відхідний газ N2 3,5 52,5 17,2 O2 0,55 0,55 0,1 Н2 60 2,3 2,5 1 CO 7,5 23,5 64,5 СО2 2,35 20 15,6 СН4 23,5 C mH n 2,4 Н2О 0,2 1,15 0,1 UA 106473 C2 Таблиця 2 показує порівняння малих теплотворних здатностей (LHV) для газу з коксової печі, колошникового газу з доменної печі і відхідного газу конвертера Таблиця 2 3 Газ з коксової печі Колошниковий газ Відхідний газ 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 LHV (МДж/м ) 17,9 3,2 7,5 LHV (МДж/кг) 8,2 4,3 10,4 Згідно з винаходом, традиційний повітряний пальник 1 приводиться в дію газоподібним 3 паливом, LHV якого дорівнює або менше за 7,5 МДж/Nм . Паливо може містити певну добавку 3 іншого більш високоякісного палива до такої міри, коли LHV суміші не перевищує 7,5 МДж/Nм . Однак, з точки зору грошових витрат, бажано не додавати високоякісні види палива до моменту спалювання. Для компенсації меншої теплотворної здатності палива порівняно з традиційно використовуваним паливом, традиційний повітряний пальник 1 не приводиться в дію повітрям як окислювачем, але приводиться в дію окислювачем, який має вищий вміст кисню, ніж повітря. Переважно, окислювач містить принаймні 85 масових відсотків кисню і, більш переважно, принаймні 95 масових відсотків кисню. Спалюючи низькоякісне газоподібне паливо з таким окислювачем, при відповідних потужностях горіння можуть одержуватися температури полум'я і об'єми димового газу, які по суті відповідають об'ємам, одержуваним під час традиційного спалювання високоякісних видів палива. Таким чином, низькоякісні недорогі види палива типу колошникового газу з доменних печей можуть використовуватися з адекватними результатами процесу для розігрівання промислових печей. Бажано, головним чином у випадку колошникового газу, щоб кількість палива, яке подається в одиницю часу, по суті відповідала кількості повітря, яке подається під час традиційної роботи повітряного пальника. Іншими словами, бажано, щоб об'ємна кількість низькоякісного палива, яка подається в одиницю часу при певній наперед встановленій потужності горіння, становила 0,5-2,0, більш переважно 0,5-1,5 об'ємних кількостей повітря під час традиційної роботи повітряного пальника з тією ж потужністю горіння. Головним чином бажано, щоб кількість низькоякісного палива, яка подається в одиницю часу при певній наперед встановленій потужності горіння, відповідала кількості повітря ±10 об'ємних відсотків, яка подається під час традиційної роботи повітряного пальника з тією ж потужністю горіння. Згідно з винаходом, низькоякісне паливо подається до зони 3 горіння крізь традиційний отвір 7 для подачі повітря. Також бажано, хоча й не є необхідним, щоб подача в живильний отвір 7 відбувалась крізь існуючий трубопровід 6 для подачі повітря. Оскільки об'ємна витрата низькоякісного палива на одиницю потужності є відносно близькою до об'ємної витрати повітря на одиницю потужності під час спалювання традиційних видів високоякісного палива, традиційний живильний трубопровід 6 і традиційний отвір або отвори 7 для подачі повітря можуть використовуватися без будь-яких значних модифікацій, можливо взагалі без модифікацій. Це призводить до того, що традиційний повітряний пальник 1 може налаштовуватися для роботи з низькоякісним недорогим паливом замість традиційного високоякісного палива без зміни, яка вимагає будь-яку дорогу з фінансової точки зору роботу по установці. Більше того, це призводить до можливості гнучкої експлуатації в залежності від доступу до різних типів палива. Окислювач також подається до зони 3 горіння, а низькоякісне паливо спалюється разом з окислювачем. Згідно з першим переважним варіантом виконання, окислювач подається крізь існуючий отвір 5 для подачі палива, переважно крізь існуючий трубопровід 4 для подачі палива. Згідно з другим переважним варіантом виконання, окислювач подається в зону 3 горіння за допомогою додаткового живильного каналу 8, живильний отвір якого розташований на відстані як від існуючого отвору 5 для подачі палива так і від отвору 7 для подачі повітря, переважно розташованого на відстані від отвору повітряного пальника 1. Це надає перевагу, яка полягає в тому, що один і той же існуючий повітряний пальник може пристосовуватися до одержання або нормального факелу полум'я або безполуменевого спалюванняшляхом передбачення декількох різних точок вприскування для подачі окислювача до зони 3 горіння. Згідно з третім переважним варіантом виконання, окислювач подають частково крізь існуючий отвір 5 для подачі палива і доповнюють його досить великою мірою додатковою 2 UA 106473 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 порцією завдяки живильному каналу 8 для досягання превалювання бажаних стехіометричних умов в зоні 3 горіння. Бажано, щоб окислювач подавався по фурмі, яка пристосована до подачі окислювача. Така фурма може, наприклад, встановлюватися з проходженням всередину існуючого трубопроводу 4 для подачі палива і відкриватися поблизу існуючого отвору 5 для подачі палива. Альтернативно або додатково, додатково передбачений живильний канал 8 може містити таку фурму. Окрім того, бажано, щоб паливо високої або середньої якості вводилося в зону 3 горіння на початковому етапі наддуванням пальника 1 згідно з винаходом і підпалювалося для початку реакції горіння між низькоякісним паливом і окислювачем. Введення може здійснюватися за допомогою існуючого повітряного пальника 1, наприклад крізь існуючий отвір 7 для подачі повітря або крізь існуючий отвір 5 для подачі палива. Також бажано, у випадку, коли повітряний пальник 1 має рекуператор (не показаний), який є традиційним сам по собі, для рекуперації теплової енергії шляхом підігрівання повітря для процесу горіння, яке подається крізь живлячий отвір 7, щоб під час роботи рекуператор згідно з винаходом сполучався зі струменем низькоякісного палива так, щоб паливо підігрівалося. Це забезпечує кращу економію палива, яке спалюється, без дорогих додаткових установок. Фігура 2 схематично показує промислову піч 14, яка розігрівається використанням традиційного повітряного пальника 1. Під час роботи, згідно з одним переважним варіантом виконання представленого винаходу, окислювач з високим вмістом кисню подається від пристрою 12 для подачі окислювача до пальника 1 і по трубопроводу 13 до зони горіння, як описано вище. Паливо подається в пальник 1 по іншому трубопроводу 11 з доменної печі 10. Паливо, яке подається з доменної печі 10, складається з колошникового газу, який одержується під час роботи доменної печі 10. Можливо, цей колошниковий газ змішують з додатковим газоподібним паливом, переважно одним або декількома видами низькоякісного палива. Бажано, щоб принаймні половина енергії горіння, яка одержується з пальника 1, одержувалася з колошникового газу доменної печі. Більше того, бажано, щоб принаймні половина або, більш переважно, усе низькоякісне паливо або види палива, які спалюються в пальнику 1, одержувалося або одержувалися, і, тому, одержується або одержуються під час роботи обладнання, розташованого на одному і тому ж заводі, на якому для роботи встановлений пальник 1. Головним чином бажано, щоб паливо складалось з колошникового газу, який одержується під час роботи доменної печі 10, яка розташована на тому ж заводі що й пальник 1. Такий спосіб призводить до того, що виділення енергії може відбуватися на одному і тому ж заводі, а й також до того, що загальні кошти для експлуатації установки можуть зберігатися низькими, і може послаблюватися потреба у дорогих транспортних засобах. Бажано, щоб пальник 1 експлуатувався для розігрівання промислової печі 14 до температури, яка перевищує 500 °C, більш переважно, яка перевищує 700 °C, найбільш переважно, яка перевищує 800 °C. Також бажано, щоб промислова піч 14 експлуатувалась як один з декількох етапів виробництва або обробки металу, переважно сталі. Головним чином бажано, щоб промислова піч 14 була піччю з крокуючим подом, піччю для відпалювання або використовувалась на етапі підігрівання ковшів. Вище були описані переважні варіанти виконання винаходу. Однак, для фахівця у цій галузі очевидно, що численні модифікації можуть вноситися в описані варіанти виконання без виходу за рамки винаходу. У вигляді прикладу, декілька різних типів блоків одного і того ж класу що й доменна піч, які підвищують споживання низькоякісних газоподібних видів палива, можуть з'єднуватися з одним або декількома традиційними повітряним пальниками. Таким чином, винахід не повинен обмежуватися описаними варіантами виконання, проте може змінюватися в рамках доданої формули винаходу. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 55 60 1. Спосіб спалювання палива, у якому використовують існуючий повітряний пальник (1), який має перший отвір (5) для подачі палива і другий отвір (7) для подачі повітря, при цьому живильні отвори (5, 7) відкриваються в зоні (3) горіння, який відрізняється тим, що газоподібне 3 паливо з малою теплотворною здатністю (LHV), меншою за 7,5 МДж/м , подають крізь другий живильний отвір (7), причому окислювач, який містить принаймні 85 масових відсотків кисню, також подають в зону (3) горіння за допомогою пристрою для подачі окислювача і, при цьому газоподібне паливо спалюють з окислювачем в зоні (3) горіння. 3 UA 106473 C2 5 10 15 20 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що пристрій для подачі окислювача має фурму, пристосовану до подачі окислювача. 3. Спосіб за п. 2, який відрізняється тим, що фурму встановлюють на відстані як від існуючого першого (5), так і від другого (7) живильного отвору в повітряному пальнику (1) і, причому окислювач подають повністю або частково крізь фурму. 4. Спосіб за будь-яким із попередніх пунктів, який відрізняється тим, що пристрій для подачі окислювача встановлюють так, що окислювач подають повністю або частково крізь існуючий перший отвір (5) для подачі палива в повітряний пальник (1). 5. Спосіб за будь-яким із попередніх пунктів, який відрізняється тим, що реакція горіння між окислювачем та низькоякісним паливом розігріває промислову піч (14). 6. Спосіб за будь-яким із попередніх пунктів, який відрізняється тим, що кількість поданого палива в одиницю часу при певній наперед встановленій потужності відповідає кількості повітря, яке подається в одиницю часу під час традиційної роботи повітряного пальника (1). 7. Спосіб за будь-яким із попередніх пунктів, який відрізняється тим, що на початковому етапі паливо високої або середньої якості вводять за допомогою повітряного пальника (1) і спалюють в зоні (3) горіння так, що ініціюється горіння низькоякісного палива. 8. Спосіб за будь-яким із попередніх пунктів, який відрізняється тим, що принаймні половина палива складається з колошникового газу з доменної печі (10). 9. Спосіб за п. 8, який відрізняється тим, що димові гази одержують з роботи доменної печі (10), яка розташована на одному і тому ж заводі, що й повітряний пальник (1). 10. Спосіб за будь-яким із попередніх пунктів, який відрізняється тим, що існуючий рекуператор, який під час нормальної роботи повітряного пальника (1) використовують для підігрівання повітря для процесу горіння, замість цього використовують для підігрівання палива. 4 UA 106473 C2 Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5