EA025090B1 - Способ переработки угля - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области переработки угля, в частности получения из угля полукокса, сорбентов и генераторного газа, сжигаемого в котле, для получения тепловой энергии. Технический результат заключается в повышении качества полукокса, увеличении выхода готового полукокса, сокращении удельного расхода угля на производство готового продукта и соответственно снижении его себестоимости за счет увеличения интенсивности воздействия на перерабатываемый уголь. Это достигается за счет того, что в заявленном способе переработки угля дробленный уголь подвергают термообработке в объёме кипящего слоя, в надслоевое топочное пространство подают вторичный воздух в одном или более сечений по высоте топочной камеры, вынесенные из топочной камеры мелкие коксозольные частицы улавливают циклоном, уловленные циклоном мелкие коксозольные частицы подают системой рециркуляции обратно в топочную камеру с образованием внешнего контура циркуляции мелких коксозольных частиц, а готовый мелкодисперсный продукт - полукокс выводят из реактора и внешнего контура циркуляции по мере готовности.

Description

Изобретение относится к области переработки угля, в частности получения из угля полукокса, сорбентов и генераторного газа сжигаемого в котле для получения тепловой энергии.

Известно изобретение, осуществляемое переработку угля в кипящем слое (патент РФ С10В 49/10, № 2073061, 1997).

Однако данный способ имеет следующие недостатки:

относительно низкая температура кипящего слоя (не более 750°С) и малое время пребывания в реакционном пространстве вынесенных угольных частиц из кипящего слоя и соответственно низкое качество получаемого конечного продукта - полукокса;

незначительный диапазон регулирования нагрузки топки в зоне минимальных нагрузок, из-за постоянного соотношения воздух/пар не позволяющий увеличить долю пара в воздухе для обеспечения режима псевдоожижения;

отсутствие горения в слое выделившихся летучих и мелкодисперсных частиц угля из-за низкой температуры слоя, приводящее к увеличению доли выгорания фиксированного углерода угля крупных частиц в кипящем слое и соответственно к увеличению его зольности;

отсутствие функции получения дополнительной тепловой энергии для использования в самом способе переработки угля или нужд других потребителей;

недостаточное качество получаемого конечного продукта - полукокса;

значительный удельный расход угля на производство конечного продукта и соответственно высокая его себестоимость.

Известно изобретение, наиболее близкое по технической сущности к заявляемому изобретению, осуществляемое переработку угля в кипящем слое (патент РФ, С10В 49/10, № 2339672,16.07.2007).

Однако данный способ имеет следующие недостатки:

невозможность использования в качестве полукокса вынесенных из кипящего слоя мелких частиц угля ввиду высокого содержания летучих из-за малого времени их пребывания в реакционном пространстве;

незначительный диапазон регулирования нагрузки топки в зоне минимальных нагрузок, что требует постоянного увеличения доли пара в воздухе для обеспечения режима псевдоожижения;

незначительная доля сгорания выделившихся летучих в объеме слоя, что приводит к увеличению доли выгорания фиксированного углерода угля для поддержания требуемой температуры слоя и соответственно к увеличению зольности получаемого полукокса;

отсутствие функции получения дополнительной тепловой энергии для использования в самом способе переработки угля или нужд других потребителей;

недостаточное качество получаемого конечного продукта - полукокса из-за образования значительного количества необработанных мелких частиц угля;

значительный удельный расход угля на производство конечного продукта и соответственно высокая его себестоимость.

Задачей изобретения является повышение эффективности переработки угля и качества производимого полукокса во всем диапазоне фракционного состава, включая мелкодисперсный полукокс, и получение дополнительной тепловой энергии для использования в самом способе переработки угля или нужд других потребителей.

Техническим результатом является повышение качества полукокса, увеличение выхода готового полукокса, сокращение удельного расхода угля на производство готового продукта и соответственно снижение его себестоимости за счет увеличения интенсивности воздействия на перерабатываемый уголь.

Это достигается за счет того, что в заявленном способе переработки угля дробленый уголь подвергают термообработке в объеме кипящего слоя, в надслоевое топочное пространство подают вторичный воздух в одном или более сечений по высоте топочной камеры, вынесенные из топочной камеры мелкие коксозольные частицы улавливают циклоном, уловленные циклоном мелкие коксозольные частицы подают системой рециркуляцией обратно в топочную камеру с образованием внешнего контура циркуляции мелких коксозольных частиц, а готовый мелкодисперсный продукт - полукокс выводят из реактора 3 и внешнего контура циркуляции по мере готовности.

Сущность изобретения поясняется принципиальной схемой способа переработки угля, показанной на фигуре.

Изобретение включает бункер 1, питатель 2, реактор 3 с кипящим слоем 4 и с газораспределительной решеткой 5, воздуходувку 6, воздухоподогреватель 7, первичный поток воздуха 8, устройства вывода полукокса 9, сопла острого дутья 10, циклон 11, пневмомеханический затвор 12 с газораспределительной решеткой, течки 13, циклон-уловитель 14, коксозольный остаток (продукт переработки) 15, коллектор 16, сопло дутья для подачи вторичного потока воздуха 17, воздушный короб 18, вентилятор рециркуляции газов 19 и сопло 20 для подачи пара в воздушный короб 18 и разбавленную зону кипящего слоя 21 (на схеме не указано).

Процесс переработки угля осуществляется следующим образом.

Уголь из бункера 1 угольным питателем 2 подается в реактор 3 либо под слой, либо на поверхность кипящего слоя 4. В воздушный короб 18 реактора 3 под газораспределительную решетку 5 воздуходув- 1 025090 кой 6 подается нагретый в воздухоподогревателе 7 первичный поток воздух 8. Вторичный поток воздуха подается в объем реактора 3 на нескольких уровнях через сопла 17. Подаваемый в реактор 3 уголь быстро нагревается с выделением частиц (далее летучих), которые частично сгорают в объеме кипящего слоя 4. Большая скорость нагрева угольных частиц в слое, сопровождаемая скоростной возгонкой летучих и термическими напряжениями в угольной частице, выгорание перемычек между частями угольной частицы, столкновение с другими частицами приводят к растрескиванию и дроблению крупных частиц угля на ряд мелких. Все это приводит к повышенному выносу из слоя мелких частиц угля, степень завершения выхода летучих у которых низка, ввиду малого времени их пребывания в кипящем слое. Количество выносимых из слоя мелких частиц, содержащихся в подаваемом угле, а также образующихся в результате дробления и измельчения крупных частиц, зависит от многих факторов: скорости газов в слое, температуры слоя, содержания летучих и влаги в угле, содержания золы, физико-химических свойств угля и его минеральной части, фракционного состава угля и материала слоя и др. Количество выделившихся летучих в объеме слоя, доля сгоревших летучих в объеме слоя также зависят от многих факторов.

Оставшиеся в слое крупные частицы угля воспламеняются, и фиксированный углерод частично выгорает (газифицируется) с выделением тепловой энергией, расходуемой на нагрев кипящего слоя.

Количество первичного воздуха 8 определяется минимальной достаточностью для выгорания выделившихся летучих в объеме слоя 4, а также частичного выгорания фиксированного углерода угольных частиц для поддержания требуемой температуры слоя 4 на уровне 800-950°С. Превышение необходимого минимума первичного воздуха 8 приводит к необоснованному увеличению выгорания фиксированного углерода и росту зольности готового продукта - полукокса, выводимого через устройства вывода 9 как с поверхности слоя, так и с поверхности решетки 5. Сжигание летучих веществ, выделившихся в слое 4 и не сгоревших в нем, осуществляется непосредственно над поверхностью кипящего слоя 4 в разбавленной зоне, путем подачи вторичного воздуха в эту зону через сопла острого дутья 10. При этом выделившееся тепло при сжигании летучих передается коксозольным остаткам, циркулирующим между разбавленной зоной 21 и кипящим слоем 4 и переносящим это тепло непосредственно в кипящий слой 4. Обеспечение сгорания летучих компонентов угля непосредственно над слоем 4 и использование полученного тепла для поддержания требуемой температуры слоя 4 позволяют существенно уменьшить подачу первичного воздуха 8 и повысить качество полукокса, выводимого из слоя 4, за счет уменьшения выгорания фиксированного углерода.

Выносимый из кипящего слоя 4 двухфазный поток, содержащий газообразные продукты пиролиза и газификации угля и твердую фазу, представляющую собой мелкий коксозольный остаток, выносятся из реактора 3 и поступают в систему рециркуляции мелких частиц, состоящую из технологического циклона 11, пневмозатвора 12 и течки 13. В технологическом циклоне 11 твердая фаза выделяется из газового потока и поступает в пневмомеханический затвор 12 и далее по течке 13 возвращается вновь в реактор 3. Газы из циклона 11 направляются в воздухоподогреватель 7 и далее в циклон - коксоуловитель 14 для улавливания мелкодисперсного коксозольного остатка.

Готовый продукт - коксозольный остаток выводится устройствами вывода 9 непосредственно с поверхности решетки 5 реактора 3, поверхности кипящего слоя 4 и надслоевого пространства реактора 3, пневмомеханического затвора 12, циклона-коксоуловителя 15 и подается в теплообменникикоксоохладители (на чертеже не показаны), где охлаждается до требуемой температуры.

Очищенные генераторные газы, содержащие газообразные продукты высокотемпературного пиролиза и частичной газификации фиксированного углерода угля, а также мельчайшие частицы высокореакционного полукокса, не уловленные в циклоне-коксоуловителе 14, направляются по коллектору 16 в котел для сжигания (на фигуре не показан). Полученная в котле тепловая энергии может быть использована либо тепловым потребителем, либо для производства электроэнергии по паротурбинному циклу. Теплота сгорания генераторных газов составляет 600-900 ккал/нм³. С учетом физической теплоты генераторных газов адиабатическая температура горения генераторных газов составляет 1000-1500°С, что позволяет использовать их для сжигания в энергетических паровых котлах с получением пара высоких параметров.

Организация улавливания циклоном 11 вынесенных из реактора 3 мелкодисперсных коксозольных частиц и возвращение их обратно в реактор 3 образует два контура циркуляции:

первый - внутритопочный в реакторе 3 с восходящим центральным потоком и нисходящим по периферии потоком частиц;

второй - внешний по контуру: реактор 3 - циклон 11 - пневмозатвор 12 - реактор 3.

Кратность циркуляции частиц (отношение суммарного количества циркулирующих частиц к количеству подаваемого угля в реактор 3) достигает 100 и более, при этом температура двухфазного потока по всему контуру циркуляции постоянна и равна температуре кипящего слоя (800-950°С). Обеспечение многократной циркуляции вынесенных из слоя частиц и соответственно увеличение времени их пребывания в реакционной зоне реактора приводят к практически полной конверсии летучих, содержащихся в мелких частицах, вынесенных из слоя. Это позволяет существенно повысить качество мелкодисперсного полукокса, сократить удельный расход угля на производство готового продукта и соответственно снизить его себестоимость.

- 2 025090

Вывод готового продукта - полукокса из обоих контуров циркуляции осуществляется постоянно со скоростью, обеспечивающей требуемое качество получаемого продукта.

Для поддержания требуемой температуры кипящего слоя двухфазного потока, циркулирующего по внешнему контуру, в реактор 3 через сопла 17 на одном или нескольких уровнях подается вторичный воздух. Подача воздуха в надслоевое пространство реактора выше разбавленной зоны обеспечивает сгорание недогоревших в разбавленной зоне летучих, а также летучих, выделяющихся из рециркулируемых мелких частиц обрабатываемого угля, что приводит к более полной конверсии летучих из мелких частиц угля, а также к уменьшению выгорания в них фиксированного углерода.

В целом, суммарное количество воздуха (первичный и вторичный) подается в реактор 3 в количестве, достаточном для поддержания требуемой температуры в объеме реактора, путем обеспечения неполного сжигания составляющих, выделившихся из угля летучих, и частичной газификации фиксированного углерода угля. В зависимости от режимных факторов и типа угля избыток воздуха, подаваемый в реактор, может изменяться в диапазоне 0,15-0,4.

При снижении мощности установки необходимо сократить расход воздуха в реактор 3 для поддержания необходимого избытка воздуха. Уменьшение расхода первичного воздуха 8 и соответственно снижение скорости газов в кипящем слое ниже скорости минимального псевдоожижения приведет к прекращению кипения слоя и его шлакованию. Для предотвращения шлакования слоя и поддержания скорости газов в кипящем слое сверх скорости минимального псевдоожижения используется система оптимизации избытка первичного воздуха, заключающаяся в подаче воздушного короба 18 под газораспределительную решетку 5 вентилятором рециркуляции газов 19 очищенного и охлажденного генераторного газа, в котором отсутствует кислород. При отсутствии линии рециркуляции генераторного газа в воздушный короб 18 подается пар 20. При этом соотношение воздуха и генераторного газа (пара) не ограничивается, а определяется только необходимостью поддержания требуемой температуры слоя 4.

Таким образом, предложенный способ позволяет перерабатывать уголь в высококачественный твердый продукт - полукокс с минимальным содержанием летучих и золы во всем диапазоне фракционного состава, включая мелкодисперсный продукт, и получать генераторные газы, используемые для выработки тепловой энергии в широком диапазоне нагрузок. Вследствие чего удается сократить удельный расход угля на производство готового продукта и соответственно снизить его себестоимость за счет увеличения интенсивности воздействия на перерабатываемый уголь.

Claims (1)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   Способ переработки угля, включающий термообработку дробленого угля в объеме кипящего слоя, отличающийся тем, что в надслоевое топочное пространство подают вторичный воздух в один или более ярусов топочной камеры;

   вынесенные из топочной камеры мелкие коксозольные частицы улавливают циклоном; уловленные циклоном мелкие коксозольные частицы подают системой рециркуляцией обратно в топочную камеру с образованием внешнего контура циркуляции мелких коксозольных частиц;

   готовый мелкодисперсный продукт - полукокс выводят из реактора и внешнего контура циркуляции по мере готовности.