Способ термообработки твердого кускового топлива

 

Изобретение относится к химической технологии твердых горючих ископаемых и может быть использовано для переработки твердых, преимущественно, кусковых топлив. Способ термообработки твердого кускового топлива, в котором предварительный нагрев и сушка топлива осуществляются в бункере противоточно движущимся со стадии термообработки топлива газообразным теплоносителем, количество которого регулируют, поток гравитационно движущегося из бункера подсушенного и нагретого твердого кускового топлива разделяют в зоне термообработки на несколько (преимущественно 2-5) частей, которые направляют между ограждающими перфорированными пластинами перпендикулярно направлению подачи теплоносителя из технологической топки, причем скорость движения каждой из этих частей термообрабатываемого топлива индивидуально регулируют перегрузкой термообработанного топлива в камеру охлаждения, а часть подсушенного и подогретого твердого кускового топлива из бункера направляют на сжигание в технологическую топку. Эффективность теплонагрева топлива в камере термообработки усиливают рециркуляцией смеси теплоносителя и летучих продуктов. Изобретение должно обеспечить интенсификацию процесса термообработки. 8 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к химической технологии твердых горючих ископаемых и может быть реализовано в процессах переработки твердых, преимущественно кусковых топлив.

Известны способы термообработки (полукоксования) углей, состоящие в нагревании углей без доступа окислителя до температуры 400-750^oС [1], однако процесс среднетемпературного полукоксования не нашел широкого применения.

Известен также способ термообработки твердого кускового топлива, принятый нами за прототип, который был реализован в трехзонной печи с переточными рукавами, разработанной фирмой Лурги [1, с. 107-109]. Согласно этому способу нагрев газообразного теплоносителя производится в двух технологических топках. Поток газообразного теплоносителя из первой топки направляют на предварительный нагрев и сушку топлива в камеру сушки, а отработанные газы сбрасывают в атмосферу. Поток газообразного теплоносителя из второй технологической топки направляют в камеру термообработки угля, где он движется навстречу движению потока топлива, а камеры сушки и термообработки топлива соединяют с помощью переточных рукавов. Этот способ является наиболее применимым, однако он отличается большими габаритами технологического оборудования.

Целью изобретения является повышение эффективности процесса термообработки.

Поставленная цель достигается тем, что в способе термообработки твердого кускового топлива, включающем приготовление газообразного теплоносителя в технологической топке, подачу его в камеру термообработки с одновременной подачей в эту камеру предварительно подсушенного и подогретого твердого топлива, термообработку этого топлива газообразным теплоносителем, охлаждение термообработанного топлива и его выгрузку, удаление газообразных продуктов термообработки с их частичным сжиганием и рекуперацией, согласно изобретению предварительный нагрев и сушку твердого кускового топлива осуществляют в бункере противоточно движущимся со стадии термообработки топлива газообразным теплоносителем, количество которого регулируют, поток гравитационно движущегося из бункера подсушенного и нагретого твердого кускового топлива разделяют в зоне термообработки на несколько частей, которые направляют между ограждающими перфорированными пластинами перпендикулярно направлению подачи теплоносителя из технологической топки, причем скорость движения каждой из этих частей термообрабатываемого топлива индивидуально регулируют перегрузкой термообработанного топлива в камеру охлаждения, а часть подсушенного и подогретого твердого кускового топлива из бункера направляют на сжигание в технологическую топку.

По следующему варианту изобретения количество газообразного теплоносителя, направляемого в бункер на предварительный нагрев и сушку твердого кускового топлива, регулируют с помощью вентиля, устанавливаемого на отводящем патрубке в верхней части бункера.

При реализации способа возможно для приготовления газообразного теплоносителя совместно сжигать в технологической топке часть подсушенного и подогретого твердого кускового топлива из бункера и летучих продуктов от термообработки топлива.

Чаще всего температуру газообразного теплоносителя в зоне термообработки поддерживают в диапазоне 400-750^oС, а газообразный теплоноситель подают в зону термообработки под избыточным давлением, которое создают нагнетанием воздуха в технологическую топку.

Наиболее удобно с конструкционной точки зрения поток гравитационно движущегося из бункера подсушенного и нагретого кускового твердого топлива разделять в зоне термообработки на 2-5 частей.

Для поддержания достаточной температуры в зоне термообработки можно в камеру термообработки между частями потока термообрабатываемого топлива периодически дозировано подавать окислитель.

Для приготовления газообразного теплоносителя и для периодической дозированной подачи в камеру термообработки между частями потока термообрабатываемого топлива можно использовать кислород или его смесь с воздухом.

Также целесообразно во время подачи окислителя в камеру термообработки между частями потока термообрабатываемого топлива подавать инициирующий тепловой импульс.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ содержит новые технические решения: одновременная обработка твердого кускового топлива потоком газообразного теплоносителя в зоне сушки и предварительного нагрева притом, что поток теплоносителя движется противоточно потоку топлива на стадии сушки и перпендикулярно потокам топлива на стадии термообработки, а соотношение этих потоков регулируется, например, вентилем, установленным на отводящем патрубке.

На фиг.1 показана технологическая схема реализации способа по настоящему изобретению, а на фиг.2 - поперечный разрез камеры термообработки твердого кускового топлива в зоне термообработки топлива.

Технологическая схема включает в себя вентиль 1, конденсатор пара 2, газоотводящий патрубок 3, крышку 4, бункер 5 предварительной сушки и нагрева твердого кускового топлива, топливопровод 6, нагнетатель воздуха 7, крышку технологической топки 8, технологическую топку с люком розжига 9, трубопровод 10, нагнетатель 11 в тракте рециркуляции смеси теплоносителя и летучих продуктов после термообработки топлива, зольный бункер 12, люк 13, перегружатели термообработанного продукта 14, камеру охлаждения термообработанного продукта 15, люк выгрузки 16, ограждающие перфорированные пластины 17, камеру термообработки 18, патрубок для отвода летучих продуктов 19, патрубок подачи окислителя 20 и воспламенитель 21.

Наиболее приемлемый вариант способа осуществляется следующим образом. Твердое кусковое топливо через крышку 4 загружают в бункер 5. При этом топливо заполняет пространство, ограниченное ограждающими перфорированными пластинами 17 в камере термообработки 18 и по топливопроводу 6 заполняет сетчатую кассету внутри технологической топки. Нагнетателем 7 подают окислитель (например, воздух) через крышку технологической топки 8 и производят розжиг топлива внутри сетчатой кассеты через люк 9. По мере прогрева камеры термообработки включают нагнетатель 11 в такте рециркуляции смеси теплоносителя и летучих продуктов. При этом для приготовления газообразного теплоносителя совместно сжигают в технологической топке 9 часть подсушенного и подогретого твердого кускового топлива, постоянно поступающего по топливопроводу 6 из бункера, и летучих продуктов от термообработки топлива. Температуру газообразного теплоносителя в зоне термообработки поддерживают в диапазоне 400-750^oС. Газообразный теплоноситель подают в зону термообработки под избыточным давлением, которое создают нагнетанием окислителя 7 в технологическую топку.

В установившемся режиме предварительный нагрев и сушку твердого кускового топлива осуществляют в бункере 5 противоточно движущимся со стадии термообработки газообразным теплоносителем, который из камеры термообработки 18 проходит через слой топлива в бункере 5. Количество газообразного теплоносителя, направляемого в бункер 5 на предварительный нагрев и сушку твердого кускового топлива, регулируют с помощью вентиля 1, устанавливаемого на отводящем патрубке 3 в верхней части бункера 5. При этом влага, содержащаяся в отработанном теплоносителе, конденсируется в конденсаторе пара 2.

Основная часть газообразного теплоносителя проходит перпендикулярно направлению потока гравитационно движущегося из бункера 5 потока подсушенного и нагретого твердого кускового топлива, который в зоне термообработки разделяют на несколько (преимущественно, на 2-5) частей, а эти части направляют между ограждающими перфорированными пластинами 17). Причем скорость движения каждой из них индивидуально регулируют частотой вращения перегружателей 14, перегружающих термообработанное топливо в камеру охлаждения 15. Выгрузку остывшего термообработанного топлива производят через люк 16.

Эффективность термообработки твердого кускового топлива усиливают тем, что в камеру термообработки (см. фиг.2) между частями потока термообрабатываемого топлива периодически дозированно подают окислитель, например, по патрубкам 20, которые соединяют с нагнетанием окислителя 7. При этом происходит дозированное сжигание части летучих продуктов от термообработки топлива непосредственно в этих участках камеры термообработки, и теплоноситель восстанавливает температуру, которую он отдает термообрабатываемому топливу. По необходимости при низких температурах теплоносителя (от 400 до 650^oС), одновременно с подачей окислителя на эти участки подают инициирующий импульс (искровой разряд воспламенителя 21).

Часть летучих продуктов из камеры термообработки выводят через патрубок 19.

Зольный остаток, образующийся при сгорании твердого топлива в технологической топке и накапливающийся в зольном бункере 12, периодически удаляется через люк 13.

Способ по настоящему изобретению был реализован при термообработке угля Шубаркольского месторождения (Казахстан) фракции 20-50 мм на экспериментальной установке производительностью до 1 тонны в сутки по исходному топливу. В технологической топке для приготовления газообразного теплоносителя совместно сжигали до 5% от исходного топлива и часть летучих продуктов от термообработки этого топлива, что обеспечивало необходимую температуру газообразного теплоносителя в зоне термообработки, преимущественно, 400-750^oС. Газообразный теплоноситель подавали в зону термообработки под избыточным давлением до 10 КПа, указанное давление создавалось нагнетанием окислителя, в качестве которого использовался воздух. Количество газообразного теплоносителя, направляемого в бункер на предварительный нагрев и сушку твердого кускового топлива, регулировали с помощью вентиля, устанавливаемого на отводящем патрубке в верхней части бункера, в пределах 10-15% от всего объема газообразного теплоносителя, что обеспечивало предварительный нагрев до 100-120^oС и сушку твердого кускового топлива. Поток гравитационно (под действием собственного веса) движущегося из бункера подсушенного и нагретого твердого кускового топлива делили в зоне термообработки на две части. После прохождения теплоносителем первой части топлива температура теплоносителя понижалась на 150-250^oС. Для компенсации этого снижения температуры между частями потоков термообрабатываемого топлива подавали воздух в количестве 10-15% от общего объема окислителя, подаваемого в технологическую топку. Прекращение подачи окислителя между частями потока топлива производили при достижении теплоносителем в этой зоне температуры существенно более 750^oС. Во время подачи окислителя между частями потока термообрабатываемого топлива подавали инициирующий тепловой импульс - искровой разряд от свечи зажигания. Скорость движения каждой из частей термообрабатываемого топлива регулировали, как правило, в диапазоне 0,15-0,30 мм в секунду, что обеспечивало время нахождения термообрабатываемого топлива в зоне термообработки в районе 0,5-1 часа. Регулировка скоростей потоков осуществлялась перегрузкой термообрабатываемого топлива в камеру охлаждения. Получаемое термообработанное топливо характеризовалось следующими параметрами (см. таблицу).

Результаты проведенных испытаний подтверждают возможность промышленной реализации и эффективность способа по настоящему изобретению.

Литература 1. Химическая технология твердых горючих ископаемых. Учебник для вузов/Под ред. Г.В. Макарова и Г.Д. Харламповича. - М.: Химия, 1986, 496 с.

Формула изобретения

1. Способ термообработки твердого кускового топлива, включающий приготовление газообразного теплоносителя в технологической топке, подачу его в камеру термообработки с одновременной подачей в эту камеру предварительно подсушенного и подогретого твердого топлива, термообработку этого топлива газообразным теплоносителем, охлаждение термообработанного топлива и его выгрузку, удаление газообразных продуктов термообработки с их частичным сжиганием и рекуперацией, отличающийся тем, что предварительный нагрев и сушку твердого кускового топлива осуществляют в бункере противоточно движущимся со стадии термообработки топлива газообразным теплоносителем, количество которого регулируют, поток гравитационно движущегося из бункера подсушенного и нагретого твердого кускового топлива разделяют в зоне термообработки на несколько частей, которые направляют между ограждающими перфорированными пластинами перпендикулярно направлению подачи теплоносителя из технологической топки, причем скорость движения каждой из этих частей термообрабатываемого топлива индивидуально регулируют перегрузкой термообработанного топлива в камеру охлаждения, а часть подсушенного и подогретого твердого топлива из бункера направляют на сжигание в технологическую топку.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что количество газообразного теплоносителя, направляемого в бункер на предварительный нагрев и сушку твердого кускового топлива, регулируют с помощью вентиля, устанавливаемого на отводящем патрубке в верхней части бункера.

3. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что для приготовления газообразного теплоносителя совместно сжигают в технологической топке часть подсушенного и подогретого твердого кускового топлива из бункера и летучих продуктов от термообработки топлива.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что температуру газообразного теплоносителя в зоне термообработки поддерживают в диапазоне 400-750^oС.

5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что газообразный теплоноситель подают в зону термообработки под избыточным давлением, которое создают нагнетанием окислителя в технологическую топку.

6. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что поток гравитационно движущегося из бункера подсушенного и нагретого кускового твердого топлива разделяют в зоне термообработки на 2-5 частей.

7. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что в камеру термообработки между частями потока термообрабатываемого топлива периодически дозировано подают окислитель.

8. Способ по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что для приготовления газообразного теплоносителя и для периодической дозированной подачи в камеру термообработки между частями потока термообрабатываемого топлива используют кислород или его смесь с воздухом.

9. Способ по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что во время подачи окислителя в камеру термообработки между частями потока термообрабатываемого топлива подают инициирующий тепловой импульс.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3