RU2419033C2

RU2419033C2 - Method to mechanically activate microground coal prior to burning

Info

Publication number: RU2419033C2
Application number: RU2009125867/06A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Петрович Бурдуков (RU); Анатолий Петрович Бурдуков; Виталий Исакович Попов (RU); Виталий Исакович Попов; Юрий Степанович Попов (RU); Юрий Степанович Попов
Original assignee: Учреждение Российской академии наук Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения РАН
Priority date: 2009-07-06
Filing date: 2009-07-06
Publication date: 2011-05-20
Also published as: RU2009125867A

Abstract

FIELD: power engineering.

SUBSTANCE: method to mechanically activate microground coal prior to burning includes microgrinding, mechanical activation and burning, at microgrinding stage the mechanical activation is carried out simultaneously inside a disintegrator chamber, structural elements of which apply alloys with high chemical activity and lower erosion impact resistance, and produced solid coal solution with erosion wear particles is introduced into combustion chamber and exposed to a thermal shock. The solid coal solution with erosion wear particles is exposed to a thermal shock with the help of a high-enthalpy source, preferably a plasmatron or a gas burner. Structural elements of the disintegrator apply alloys including alkali-earth metals, preferably magnesium or calcium.

EFFECT: invention makes it possible to considerably reduce all types of costs, including operational ones, providing at the same time the high extent of coal afterburning and minimum emissions of hazardous gases (NO_x) to atmosphere.

3 cl

Description

Изобретение относится к области теплоэнергетики, а именно к способу механоактивации угля микропомола перед сжиганием, и может быть применено в других устройствах по сжиганию угля, в частности в установках по глубокой переработке угля в другие виды топлива.The invention relates to the field of power engineering, and in particular to a method for mechanically activating coal micropomol before burning, and can be used in other devices for burning coal, in particular in plants for the deep processing of coal into other fuels.

Известен способ сжигания угля [патент РФ №2230981, 2002 г., F23B 7/00], в котором с целью улучшения процесса сгорания и улучшения экологических параметров производят микропомол, механоактивацию и впрыск в камеру сгорания с помощью направленного потока вдуваемого газа.A known method of burning coal [RF patent No. 2230981, 2002, F23B 7/00], in which, in order to improve the combustion process and improve environmental parameters, micromills, mechanical activation and injection into the combustion chamber using a directed flow of injected gas are produced.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного изобретения, относится то, что механоактивацию в нем осуществляют только за счет дробления угля на мелкие частицы, т.е. частицы не более 20 мкм, которые тут же мгновенно впрыскивают в камеру сгорания. Такая механоактивация недостаточно эффективна, т.к. не обеспечивает в полном объеме подавление вредных веществ в процессе сгорания угля.The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using the known invention include the fact that mechanical activation in it is carried out only by crushing coal into small particles, i.e. particles of not more than 20 microns, which are immediately instantly injected into the combustion chamber. Such mechanical activation is not effective enough, because It does not fully suppress harmful substances in the process of coal combustion.

Наиболее близким по совокупности признаков к заявляемому способу является способ механоактивации угольной пыли при сжигании в вихревой топке [патент РФ №2339874, 2007 г.]. Данный способ включает микропомол, механоактивацию и сжигание в камере вихревой топки в зоне взаимодействия двух пылеугольных потоков, формируемых за счет тангенциального подвода вдуваемого воздуха.The closest set of features to the claimed method is a method of mechanical activation of coal dust during combustion in a swirl furnace [RF patent No. 2339874, 2007]. This method includes micromilling, mechanical activation and burning of a vortex furnace in the chamber in the zone of interaction of two pulverized coal flows formed by the tangential supply of injected air.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа механоактивации угольной пыли, принятого за прототип, относится то, что в данном способе отсутствуют технологические приемы и режимные условия, обеспечивающие достижение нижеуказанного технического результата.For reasons that impede the achievement of the following technical result when using the known method of mechanical activation of coal dust, adopted as a prototype, is the fact that in this method there are no technological methods and operating conditions that ensure the achievement of the following technical result.

Задачей настоящего изобретения является устранение вышеперечисленных недостатков путем реализации нового способа с улучшенными технологическими и экологическими параметрами, включая минимальный выброс в атмосферу вредных для человека веществ.The objective of the present invention is to eliminate the above disadvantages by implementing a new method with improved technological and environmental parameters, including the minimum emission into the atmosphere of substances harmful to humans.

Указанная задача решается за счет достижения технического результата при осуществлении заявляемого изобретения, заключающегося в получении нового способа механоактивации угля микропомола перед сжиганием с улучшенными характеристиками процесса сжигания угля.This problem is solved by achieving a technical result in the implementation of the claimed invention, which consists in obtaining a new method for the mechanical activation of coal micropomol before burning with improved characteristics of the process of burning coal.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения по объекту-способу достигается известным способом механоактивации угля микропомола перед сжиганием, включающим микропомол, механоактивацию и сжигание. Особенность предлагаемого способа заключается в том, что операции микропомол и механоактивацию осуществляют одновременно внутри камеры дезинтегратора, в конструктивных элементах которого используют сплавы с высокой химической активностью и пониженной эрозийной стойкостью к удару, а полученный твердый раствор угля с частицами эрозийного износа вводят в камеру сгорания и подвергают термоудару с помощью высокоэнтальпийного источника, преимущественно плазмотрона или газовой горелки, в результате воздействия которого происходит их разрушение. Определяющим показателем термического удара является возникновение за весьма короткое время (доли секунды) температурного градиента, который в конечном счете и приводит к разрушению частиц твердого раствора. Указанный технический результат достигается также тем, что для конструктивных элементов дезинтегратора используют сплавы, включающие щелочноземельные металлы, преимущественно магний или кальций.The specified technical result during the implementation of the invention according to the object-method is achieved by a known method of mechanical activation of coal micro-grinding before burning, including micro-grinding, mechanical activation and burning. A feature of the proposed method lies in the fact that micromolting and mechanical activation are carried out simultaneously inside the chamber of the disintegrator, in the structural elements of which alloys with high chemical activity and reduced erosion resistance to impact are used, and the obtained solid solution of coal with particles of erosion wear is introduced into the combustion chamber and subjected thermal shock using a high-enthalpy source, mainly a plasma torch or gas burner, as a result of which their violation. The defining indicator of thermal shock is the occurrence of a temperature gradient in a very short time (fraction of a second), which ultimately leads to the destruction of the particles of the solid solution. The specified technical result is also achieved by the fact that for the structural elements of the disintegrator, alloys are used, including alkaline earth metals, mainly magnesium or calcium.

При исследовании отличительных признаков описываемого способа механоактивации угля микропомола перед сжиганием не выявлено каких-либо аналогичных решений, касающихся выполнения основных операций механоактивации внутри камеры дезинтегратора, в конструктивных элементах которого использованы сплавы с высокой химической активностью и пониженной эрозийной стойкостью к удару. Не выявлены также аналоги, касающиеся получения твердого раствора угля с микрочастицами химически активных металлов способом эрозийного износа конструктивных элементов дезинтегратора и обработки полученного продукта с помощью высокоэнтальпийного источника энергии непосредственно перед сжиганием.In the study of the distinguishing features of the described method of mechanical activation of coal micropomol before burning, no similar solutions were found regarding the implementation of the main operations of mechanical activation inside the chamber of the disintegrator, in the structural elements of which alloys with high chemical activity and reduced erosion resistance to impact were used. No analogues have also been identified regarding the production of a solid coal solution with microparticles of reactive metals by the method of erosive wear of the structural elements of the disintegrator and processing the resulting product with a high-enthalpy energy source immediately before burning.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявляемого изобретения, позволили констатировать, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными (адекватными) всем существенным признакам заявляемого изобретения. Определение из перечня аналога-прототипа, наиболее близкого по совокупности признака, позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков для заявляемого объекта-способа, изложенных в формуле изобретения. Следовательно, изобретение соответствует условию "новизна" по действующему законодательству.The analysis of the prior art by the applicant, including a search by patent and scientific and technical sources of information, and the identification of sources containing information about analogues of the claimed invention, made it possible to state that the applicant did not find a source characterized by signs that are identical (adequate) to all essential features of the claimed invention. The definition from the list of analogue of the prototype, the closest in the totality of the characteristic, allowed us to identify the set of essential in relation to the perceived by the applicant technical result of the distinguishing features for the claimed object-method set forth in the claims. Therefore, the invention meets the condition of "novelty" under applicable law.

Для проверки соответствия заявляемого изобретения требованию изобретательского уровня заявитель провел дополнительный анализ известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными признаками прототипа изобретения, результаты которого показывают, что заявляемое изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники и не вытекает из него логически, а требует дополнительных интеллектуальных затрат и изобретательности, и поэтому соответствует требованию "изобретательский уровень" по действующему законодательству.To verify the conformity of the claimed invention to the requirement of an inventive step, the applicant conducted an additional analysis of known solutions in order to identify features that match the distinctive features of the prototype of the invention, the results of which show that the claimed invention does not follow explicitly from the prior art and does not follow logically from it, and requires additional intellectual costs and ingenuity, and therefore meets the requirement of "inventive step" by d ystvuyuschemu legislation.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления заявляемого изобретения с получением вышеуказанного технического результата, состоят в следующем.Information confirming the possibility of implementing the claimed invention to obtain the above technical result, are as follows.

Заявляемый способ механоактивации угля микропомола перед сжиганием предусматривает изготовление дезинтегратора определенным образом, а именно часть конструктивных элементов его должна быть изготовлена из сплавов с повышенной химической активностью и пониженной эрозийной стойкостью к удару. Целесообразно для этих элементов, например пальцев и сепаратора, использовать сплавы с присадками щелочноземельных металлов, а именно магния и кальция. Сам процесс механоактивации осуществляется известным способом, например, как он описан в прототипе. Однако отличием его является то, что под воздействием удара микрочастиц угля присадочные металлы за счет низкой эрозийной стойкости перейдут в твердый раствор угольной пыли. Поэтому при микропомоле угля с помощью такого дезинтегратора будет получаться мелкодисперсный твердый раствор угля и микрочастиц химически активных металлов. После соответствующей обработки, а именно мгновенного нагрева при помощи высокоэнтальпийного источника энергии, их реакционная способность возрастает, и они начнут реагировать не только с углем, но и с теми продуктами, которые будут образовываться в процессе его сжигания.The inventive method of mechanical activation of coal micropomol before burning involves the manufacture of a disintegrator in a certain way, namely, part of its structural elements should be made of alloys with increased chemical activity and reduced erosion resistance to impact. It is advisable for these elements, such as fingers and a separator, to use alloys with additives of alkaline earth metals, namely magnesium and calcium. The process of mechanical activation is carried out in a known manner, for example, as described in the prototype. However, its difference is that under the influence of the impact of coal microparticles, filler metals due to low erosion resistance will go into a solid solution of coal dust. Therefore, with a coal micronisation with the help of such a disintegrator, a finely dispersed solid solution of coal and reactive metal microparticles will be obtained. After appropriate treatment, namely instant heating with a high-enthalpy energy source, their reactivity increases and they begin to react not only with coal, but also with those products that will be formed during its combustion.

К тому же щелочноземельные металлы очень хорошо выделяют водород из воды и поэтому присутствующая в угле вода при ее разложении будет повышать температуру горения смеси. В конечном результате такого взаимодействия часть химически активных металлов перейдет в труднорастворимые химически стойкие элементы, которые найдут широкое применение в промышленности. Регулировать такой процесс механоактивации можно как за счет изменения режимных параметров работы дезинтегратора, так и за счет увеличения или уменьшения необходимых сплавов в конструкционных элементах дезинтегратора. Так, например, изменяя давление и состав газа внутри камеры дезинтегратора, можно создать условия как для восстановления металлов из окислов, так и наоборот их окисление за счет избытка того или иного газа в процессе помола. А меняя количество активных элементов дезинтегратора (пальцев, сепаратора и др.), можно увеличить или уменьшить концентрацию любого ингредиента в твердом растворе угля и тем самым обеспечить более полное сгорание частиц угля в независимости от его свойств (зольности, влажности и др.). Следует также отметить, что вводимые ингредиенты сами могут не вступать в химические реакции, а являться только хорошими катализаторами для протекания процесса горения в нужном направлении, т.е. подавлять эндотермические и увеличивать экзотермические химические реакции. Такой подход к сжиганию угля не только улучшит его экономические показатели, но и существенно улучшит его экологические показатели, т.е. снизит образование и выброс в атмосферу вредных для жизнедеятельности человека веществ.In addition, alkaline-earth metals release hydrogen very well from water and, therefore, water present in coal during its decomposition will increase the combustion temperature of the mixture. As a result of this interaction, part of the chemically active metals will transform into sparingly soluble, chemically resistant elements, which will find wide application in industry. Such a process of mechanical activation can be regulated both by changing the operating parameters of the disintegrator, and by increasing or decreasing the necessary alloys in the structural elements of the disintegrator. So, for example, by changing the pressure and composition of the gas inside the chamber of the disintegrator, it is possible to create conditions both for the reduction of metals from oxides, and vice versa, their oxidation due to the excess of a particular gas during the grinding process. And by changing the number of active elements of the disintegrator (fingers, separator, etc.), it is possible to increase or decrease the concentration of any ingredient in a solid solution of coal and thereby provide a more complete combustion of coal particles regardless of its properties (ash, humidity, etc.). It should also be noted that the introduced ingredients themselves may not enter into chemical reactions, but are only good catalysts for the combustion process to proceed in the desired direction, i.e. suppress endothermic and increase exothermic chemical reactions. Such an approach to burning coal will not only improve its economic performance, but also significantly improve its environmental performance, i.e. will reduce the formation and release into the atmosphere of substances harmful to human life.

Технический эффект от использования предложенного изобретения состоит в следующем.The technical effect of using the proposed invention is as follows.

Предложенный способ механоактивации угля микропомола перед сжиганием менее трудоемок в реализации и более прост в процессе эксплуатации. Недожог топлива, как и выброс токсичных газов, при таком процессе сжигания угля сведены к минимуму и существенно ниже, чем в ранее известных способах.The proposed method of mechanical activation of coal micropolis before burning is less time consuming to implement and simpler during operation. The underburning of fuel, as well as the emission of toxic gases, during such a process of burning coal is minimized and significantly lower than in previously known methods.

Таким образом, изложенные выше сведения показывают, что при использовании заявляемого изобретения выполнена следующая совокупность условий:Thus, the above information shows that when using the claimed invention, the following combination of conditions:

- средство, воплощающее заявляемое изобретение при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, а именно при механоактивации угля микропомола перед сжиганием;- a tool embodying the claimed invention in its implementation, is intended for use in industry, namely, in the mechanical activation of coal micro-grinding before burning;

- для заявляемого изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте формулы изобретения, подтверждена возможность осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов;- for the claimed invention in the form described in the independent claim, the possibility of implementation using the methods and methods described above or known prior to the priority date is confirmed;

- средство, воплощающее заявляемое изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.- a tool embodying the claimed invention in its implementation, is able to ensure the achievement of the perceived by the applicant technical result.

Преимущество заявляемого изобретения состоит в том, что предложенный способ позволяет существенно снизить все виды затрат, включая эксплуатационные, обеспечивая при этом высокую эффективность и надежность в процессе эксплуатации.The advantage of the claimed invention is that the proposed method can significantly reduce all types of costs, including operating, while ensuring high efficiency and reliability during operation.

Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию «промышленная применимость» по действующему законодательству.Therefore, the claimed invention meets the condition of "industrial applicability" under applicable law.

Claims

1. A method for mechanically activating coal microprites before burning, including microparticles, mechanically activating and burning, characterized in that, in micromills, mechanic activating is carried out simultaneously inside the chamber of the disintegrator, in the structural elements of which alloys with high chemical activity and reduced erosion resistance to impact are used, and the obtained solid a solution of coal with particles of erosion wear is introduced into the combustion chamber and subjected to thermal shock.

2. The method of mechanically activating coal micropomol before burning according to claim 1, characterized in that the solid solution of coal with particles of erosion wear is subjected to thermal shock using a highly enthalpy source, mainly a plasma torch or gas burner.

3. The method of mechanical activation of coal micropomol before burning according to claim 1, characterized in that for the structural elements of the disintegrator, alloys are used, including alkaline earth metals, mainly magnesium or calcium.