RU2085809C1

RU2085809C1 - Method of preparation of sulfur-containing fuel for burning and device for realization of this method

Info

Publication number: RU2085809C1
Authority: RU
Inventors: Й Броники Люсин; Дорон Бенджамин
Original assignee: Ормат Инк.
Priority date: 1992-02-14
Filing date: 1992-04-10
Publication date: 1997-07-27
Also published as: RU2122682C1; TR28185A

Abstract

FIELD: plants for burning high-sulfur fuel. SUBSTANCE: method includes supply of fuel mixture with oil combustible shales into pyrolysis chamber 72. Oil combustible shale shall contain calcium carbonate in amount sufficient for binding all sulfur contained in fuel. Combustible gas and carbon-like sediment are obtained in chamber 72 due to pyrolysis. Carbon-like sediment is burnt in chamber 76 at air excess and calcium sulfate, as well as hot particles and air are obtained. Hot particles are returned to chamber 72 for pyrolysis and hot air is combined with hot gas for supply to combustion chamber 78. EFFECT: enhanced efficiency. 3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение касается способа подготовки серосодержащего топлива к сжиганию и устройства для подготовки серосодержащего топлива к сжиганию. The invention relates to a method for preparing sulfur-containing fuel for combustion and a device for preparing sulfur-containing fuel for combustion.

Известен способ подготовки серосодержащего топлива к сжиганию путем смешивания его с горючим сланцем для получения смеси, которую затем подвергают пиролизу. В результате пиролиза образуются газы, которые затем следует подвергать очистке для удаления соединений серы, и зола [1]
Известно устройство для подготовки серосодержащего топлива к сжиганию, содержащее камеру пиролиза с трубкой отвода горючих газов и средства для приема углистого осадка и трубопровод подачи одного из производных пиролиза (газа) на сжигание [1]
В настоящей заявке предложен способ подготовки серосодержащего топлива к сжиганию, который заключается в том, что топливо смешивают с горючим сланцем, содержащим карбонат кальция в количестве, достаточном для связывания в основном всей серы в серосодержащем топливе, сжигают углистый осадок в избытке воздуха с образованием сульфата кальция, горячих частиц и горючего воздуха, соединяют горячий газ и горячий воздух и снова подают горячие частицы на пиролиз.A known method of preparing sulfur-containing fuel for burning by mixing it with oil shale to obtain a mixture, which is then subjected to pyrolysis. As a result of pyrolysis, gases are formed, which should then be purified to remove sulfur compounds and ash [1]
A device for preparing sulfur-containing fuel for combustion, containing a pyrolysis chamber with a pipe for the removal of combustible gases and means for receiving carbonaceous sediment and a pipeline for supplying one of the derivatives of pyrolysis (gas) for combustion [1]
The present application proposes a method for preparing sulfur-containing fuel for burning, which consists in mixing the fuel with oil shale containing calcium carbonate in an amount sufficient to bind mainly all of the sulfur in the sulfur-containing fuel, burning a carbonaceous precipitate in excess air to form calcium sulfate , hot particles and combustible air, combine hot gas and hot air and again supply hot particles for pyrolysis.

Вместо получения CaCO или CaCO₃ отдельным способом для захвата серы в процессе сжигания настоящее изобретение заключается в прямом использовании топлива, содержащего значительное количество карбоната кальция, например горючего непосредственно в процессе сжигания. Таким образом, исключаются дорогостоящие способы подготовки. Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением сам горючий сланец образует энергию, которая больше чем достаточна для получения CaO, поскольку ее сжигают вместе с высокосернистым топливом.Instead of producing CaCO or CaCO _{3 in a} separate way to capture sulfur during the combustion process, the present invention consists in the direct use of fuels containing a significant amount of calcium carbonate, for example, fuel directly in the combustion process. In this way, expensive preparation methods are eliminated. In addition, in accordance with the present invention, oil shale itself generates energy that is more than sufficient to produce CaO, since it is burned together with high sulfur fuel.

Топливом, содержащим карбонат, может быть горючий сланец, который содержит карбонат кальция, таким топливом может быть торф или низкосортный уголь, который содержит значительное количество карбоната кальция. The carbonate-containing fuel may be oil shale, which contains calcium carbonate, such fuel may be peat or low-grade coal, which contains a significant amount of calcium carbonate.

Предложено устройство для подготовки серосодержащего топлива к сжиганию, содержащее камеру для пиролиза смеси топлива и горючего сланца для получения горючего газа и углистого осадка, при этом в камере сжигания осадок в избытке воздуха. Устройство также включает средства для соединения горячего газа и горючего воздуха и средства для подачи горячих частиц на пиролиз. A device is proposed for preparing sulfur-containing fuel for combustion, containing a chamber for pyrolysis of a mixture of fuel and oil shale to obtain combustible gas and carbonaceous sediment, while in the combustion chamber the precipitate is in excess of air. The device also includes means for connecting hot gas and combustible air and means for supplying hot particles to the pyrolysis.

На фиг. 1 показана блок-схема одного примера воплощения изобретения; на фиг. 2 блок-схема одного примера воплощения изобретения; на фиг. 3 - блок-схема еще одного примера воплощения изобретения. In FIG. 1 is a block diagram of one embodiment of the invention; in FIG. 2 is a block diagram of one embodiment of the invention; in FIG. 3 is a block diagram of yet another embodiment of the invention.

Вообще говоря, горючий сланец не является экономичным топливом, особенно для применения в высокомощных энергетических установках, которые производят электроэнергию. Однако это топливо содержит значительное количество карбоната кальция и карбоната магния, которые используют для поглощения серы во время горения с высокосернистым топливом. В соответствии с настоящим изобретением высокосернистое топливо, например обычный остаточный нефтепродукт, используемый в энергетических установках, сжигают с низкосортным топливом, например горючим сланцем, содержащим значительное количество карбоната кальция. Обычно горючий сланец содержит большое количество карбоната кальция (иногда до 60%) и некоторое количество карбоната магния. Такое высокосернистое топливо часто содержит 8 объем. серы. Generally speaking, oil shale is not an economical fuel, especially for use in high-power power plants that produce electricity. However, this fuel contains a significant amount of calcium carbonate and magnesium carbonate, which are used to absorb sulfur during combustion with high sulfur fuel. In accordance with the present invention, sour fuel, for example conventional residual oil used in power plants, is burned with low-grade fuel, for example oil shale, containing significant amounts of calcium carbonate. Typically, oil shale contains a large amount of calcium carbonate (sometimes up to 60%) and a certain amount of magnesium carbonate. Such sour fuel often contains 8 vol. sulfur.

В процессе сжигания кальций и сера окисляются, вступают в реакцию, образуя сульфат кальция, который представляет собой материал в форме частиц. Химические реакции между кальцием и серой могут протекать различными способами. Примеры таких реакций следующие:
CaCO₃__→ CaO+CO₂ с последующей реакцией CaO+SO₂__→ CaSO₃ или CaCO₃•MgO+SO₂__→ CaSO₃•MgO+CO₂.
Образованный таким образом сульфат кальция (Ca S O₃) обычно затем образует сульфат кальция следующим образом:

Также сульфат можно получить следующим образом:
CaO+SO₃__→ CaSO₄
Карбонат магния может также образовывать некоторый сульфат.In the process of burning, calcium and sulfur are oxidized and react, forming calcium sulfate, which is a particulate material. Chemical reactions between calcium and sulfur can occur in various ways. Examples of such reactions are as follows:
CaCO ₃ __ → CaO + CO ₂ followed by the reaction CaO + SO ₂ __ → CaSO ₃ or CaCO ₃ • MgO + SO ₂ __ → CaSO ₃ • MgO + CO ₂ .
Thus formed calcium sulfate (Ca SO ₃ ) usually then forms calcium sulfate as follows:

Sulphate can also be obtained as follows:
CaO + SO ₃ __ → CaSO ₄
Magnesium carbonate can also form some sulfate.

Посредством обычных средств, например циклонного сепаратора, этот порошкообразный материал отделяется от дымовых газов, образующихся во время процесса горения. Таким образом, хотя горючий сланец или низкосортное топливо обычно не пригодно для применения в качестве топлива в высокомощных энергетических установках, однако, когда это топливо сжигают с обычным высокосернистым топливом, подобным мазутному топливу, образуется достаточное количество тепла для использования в высокомощной энергетической установке. Комбинация низкосортного топлива с высокосернистым топливом позволяет использовать последнее без необходимости применения газоочистителей и сепараторов, которые требуются, когда только применяют высокосернистое топливо. Позицией 10 на фиг. 1 показано устройство для сжигания высокосернистого топлива, например остаточного нефтепродукта в присутствии низкосортного топлива, например горючего сланца в соответствии с изобретением. Высокосернистое топливо подают в камеру сгорания 20 через вход 15, а низкосортное топливо, которое имеет высокое содержание карбоната кальция, подается в камеру сгорания 20 через вход 25. В результате процесса горения, который происходит в камере 20, карбонат кальция в низкосортном топливе вступает в реакцию с серой из высокосернистого топлива, образуя сульфат кальция в форме частиц. Этот материал в форме частиц можно извлекать из дымовых газов, которые проходят через дымовую трубу 30, посредством разделительного средства 35, которым может быть циклонный сепаратор, газоочиститель и т.п. By conventional means, such as a cyclone separator, this powdery material is separated from the flue gases generated during the combustion process. Thus, although oil shale or low-grade fuels are generally not suitable for use as fuels in high-power power plants, when this fuel is burned with ordinary high-sulfur fuels like fuel oil, enough heat is generated for use in a high-power power plant. The combination of low-grade fuel with high-sulfur fuel allows the latter to be used without the need for gas scrubbers and separators, which are required when high-sulfur fuel is used. 10 in FIG. 1 shows a device for burning high sulfur fuel, for example residual oil in the presence of low grade fuel, for example oil shale, in accordance with the invention. The sour fuel is fed into the combustion chamber 20 through the inlet 15, and the low-grade fuel, which has a high content of calcium carbonate, is fed into the combustion chamber 20 through the inlet 25. As a result of the combustion process that occurs in the chamber 20, the calcium carbonate in the low-grade fuel reacts with sulfur from high sulfur fuel, forming calcium sulfate in the form of particles. This particulate material can be removed from the flue gases that pass through the chimney 30 by means of a separation means 35, which may be a cyclone separator, a gas scrubber, or the like.

Теперь обратимся к фиг. 2, где показан один пример воплощения изобретения в качестве устройства 50, которое включает в себя обычное дистилляционное устройство 52, в котором высокосернистая сырая нефть обессеривается известным способом для получения дезодорированной малосернистой нефти и других фракций, а также небольшое количество, обычно 5% остаточного нефтепродукта, который имеет очень высокое содержание серы. Остаточный нефтепродукт может сжигаться в энергетической установке 60 без выброса серы в атмосферу при применении смесителя 54 для первого смешения высокосернистого остаточного нефтепродукта с низкосортным топливом, например горючим сланцем, содержащим значительное количество карбоната кальция. Смесь подают в камеру сгорания в котле 56, где происходит сжигание. Как было указано, в результате процесса горения кальций и сера окисляются и затем вступают в реакцию, образуя сульфат кальция, представляющий собой материал в форме частиц, который можно извлекать из дымовых газов обычным сепаратором 57. Дымовые газы проходят через дымовую трубу 58, а частицы собираются из сепаратора. Turning now to FIG. 2, which shows one example embodiment of the invention as a device 50, which includes a conventional distillation device 52, in which the sour crude oil is desulfurized in a known manner to produce deodorized low sulphurous oil and other fractions, as well as a small amount, usually 5% of residual oil, which has a very high sulfur content. Residual oil can be burned in the power plant 60 without releasing sulfur into the atmosphere when using a mixer 54 for the first mixing of sour residual oil with low-grade fuel, for example oil shale containing significant amounts of calcium carbonate. The mixture is fed into the combustion chamber in the boiler 56, where combustion occurs. As mentioned, as a result of the combustion process, calcium and sulfur are oxidized and then react, forming calcium sulfate, which is a particulate material that can be extracted from flue gases using a conventional separator 57. Flue gases pass through the chimney 58, and the particles are collected from the separator.

Пар, образующийся в котле 56, приводит в движение турбину 61 для генерирования электроэнергии через генератор 62. Истощенный пар конденсируется в холодильнике 63, а образовавшийся конденсат возвращается в котел насосом 64 периодического действия. The steam generated in the boiler 56 drives the turbine 61 to generate electricity through the generator 62. The exhausted steam is condensed in the refrigerator 63, and the condensate formed is returned to the boiler by a batch pump 64.

Когда мазутное или жидкое топливо должно сжигаться с топливом, содержащим карбонат кальция, сжигание предпочтительно осуществляют в двухстадийной системе 70, показанной на фиг. 3. Камера 72 в системе 70 представляет собой устройство для пиролиза смеси горючего сланца и высокосернистого топлива после смещения в смесителе 74. В камере 72 образуются горючие газы и углистый осадок. Камера 76 системы 70 обеспечивает сжигание осадка, образованного в камере 72, с избыточным количеством воздуха. Карбонат кальция вместе с золой и окисью кальция, образующейся в процессе пиролиза, осуществляемого в камере 72, передаются в камеру 76, в которой карбонат кальция и окись кальция вступают в реакцию, образую сульфат кальция. Продукты горения, образующиеся в камере 76, подаются в сепаратор 77, который отделяет от продуктов горения горячую крупнозернистую золу. По меньшей мере часть этой горячей крупнозернистой золы передают в камеру 72 устройства для пиролиза для получения тепла, необходимого для пиролиза. Избыточный воздух в камере 76 нагревают и передают вместе с продуктами сгорания и тонкозернистой золой и с газами из камеры 72 в камеру сжигания 78, которая может быть частью котла, как показано на фиг. 2. When fuel oil or liquid fuel is to be burned with a fuel containing calcium carbonate, the combustion is preferably carried out in the two-stage system 70 shown in FIG. 3. Chamber 72 in system 70 is a device for pyrolyzing a mixture of oil shale and sour fuel after being displaced in mixer 74. In chamber 72, combustible gases and carbonaceous precipitate are formed. Chamber 76 of system 70 provides for the combustion of the sediment formed in chamber 72 with excess air. Calcium carbonate, together with ash and calcium oxide formed during the pyrolysis process carried out in chamber 72, is transferred to chamber 76, in which calcium carbonate and calcium oxide react to form calcium sulfate. The combustion products formed in chamber 76 are fed to a separator 77, which separates hot coarse ash from the combustion products. At least a portion of this hot coarse ash is transferred to the chamber 72 of the pyrolysis device to obtain the heat necessary for pyrolysis. The excess air in the chamber 76 is heated and transferred together with the combustion products and fine ash and gases from the chamber 72 to the combustion chamber 78, which may be part of the boiler, as shown in FIG. 2.

Хотя в описании указан горючий сланец в качестве низкосортного топлива, однако можно также применять и низкосортный уголь, содержащий карбонат кальция, для сжигания в соответствии с изобретением, в присутствии такого высокосернистого топлива как, например, мазут для получения сульфата кальция способом, подобным описанному. Торф и низкосортный уголь обычно имеют небольшое содержание серы, а также сравнительно высокое содержание карбоната кальция. Таким образом, изобретение предлагает практический способ для экономичного использования в качестве топлива эти сравнительно изобильные естественные богатства. Although oil shale is indicated in the description as a low-grade fuel, it is also possible to use low-grade coal containing calcium carbonate for burning in accordance with the invention in the presence of such high-sulfur fuel as, for example, fuel oil to produce calcium sulfate in a manner similar to that described. Peat and low-grade coal usually have a low sulfur content, as well as a relatively high content of calcium carbonate. Thus, the invention provides a practical method for the economical use of these relatively abundant natural resources as fuel.

Также, хотя в качестве высокосернистого топлива указан мазут, согласно изобретению можно также применять другое высокосернистое топливо, например некоторые сорта угля, имеющие высокие уровни содержания серы, которые не используют иным образом по причинам экологии. Благодаря применению способов и устройства в соответствии с изобретением такой уголь можно сжигать вместе с малосернистым топливом, таким образом карбонат кальция, содержащийся в нем, будет превращать серу из угля в порошкообразный сульфат кальция. Это имеет благоприятный эффект на уменьшение кислотных дождей, и в то же время позволяет широко использовать высокосернистое топливо без повышения уровня загрязнения окружающей среды. Also, although mazut is indicated as a sour fuel, other sour fuel, for example some grades of coal having high levels of sulfur, which are not otherwise used for environmental reasons, can also be used according to the invention. Due to the application of the methods and apparatus according to the invention, such coal can be burned together with low-sulfur fuel, so that the calcium carbonate contained therein will convert sulfur from coal to powdered calcium sulfate. This has a beneficial effect on reducing acid rain, and at the same time allows the use of high sulfur fuel without increasing environmental pollution.

Преимущества и улучшенные результаты, достигаемые благодаря способу и устройству в соответствии с изобретением, очевидны из описания конкретного исполнения изобретения. В объеме изобретения возможны различные изменения и модификации, как раскрыто в формуле изобретения. The advantages and improved results achieved by the method and device in accordance with the invention are obvious from the description of a specific embodiment of the invention. Various changes and modifications are possible within the scope of the invention, as disclosed in the claims.

Claims

1. A method of preparing sulfur-containing fuel for burning by mixing said fuel with oil shale to produce combustible gas and combustible carbonaceous sludge, characterized in that oil shale containing calcium carbonate in an amount sufficient to bind substantially all of the sulfur in the sulfur-containing fuel is used, burn a combustible carbonaceous precipitate in excess of air with the formation of calcium sulfate, hot particles and hot air, combine the latter with a combustible gas and again supply hot particles for pyrolysis.

2. A device for preparing sulfur-containing fuel for burning in the presence of oil shale containing calcium carbonate in an amount sufficient to bind all sulfur in sulfur-containing fuel, containing a chamber for pyrolysis of a mixture of fuel and oil shale to obtain combustible gas and combustible carbonaceous precipitate, characterized in which contains a chamber for burning the precipitate in excess air, means for combining combustible gas and hot air, and means for supplying hot particles to the pyrolysis.