UA134182U - Твердопаливний генератор тепла - Google Patents

Abstract

Твердопаливний генератор тепла містить циліндричну камеру згоряння з активною зоною газифікації, придатною для розташування ущільненої сировини, зоною розпалювання, розташованою під активною зоною газифікації, та зоною золоутворення, розташованою під зоною розпалювання, засіб подачі окислювача, який містить засіб подачі окислювача до активної зони газифікації, виконаний центрально-осьового типу у вигляді труби, розташованої по центральній осі камери згоряння щонайменше на всю довжину активної зони газифікації та обладнаної рівномірно розташованими по довжині отворами, засіб подачі гарячого повітря у зону розпалювання, стінки камери згоряння утворені вогнетривкою цеглою та містять периферійні канали, закриті ззовні та розташовані вертикально вздовж активної зони газифікації, периферійні канали сполучені в нижній частині з камерою змішування та догоряння, утвореною у стінках камери згоряння по її периметру, причому щонайменше один отвір сполучення каналів з камерою змішування та догоряння розташований на рівні умовного переходу між активною зоною газифікації та зоною золовідведення, додатково засіб подачі окислювача містить засіб подачі окислювача до зони золоутворення камери згоряння.

Description

Корисна модель належить до теплоенергетики та може бути застосована для термічної переробки твердих високозольних палив, відходів промислових виробництв і вуглезбагачення, вторинних шламів картонно-паперової та паперово-целюлозної промисловості, або сільського господарства, з направленою (без зміни початкового мінерального складу сировини) або цільовою (з корекцією початкового мінерального складу) мінералізацією зольного залишку, з загальною для всіх випадків мінімальною теплотворною здатністю кінцевої паливної суміші

ОнР295Оккал/кг. Представленим напрямком використання корисної моделі є утилізація макулатурного шламу шляхом його спалювання в режимі високотемпературної мінералізації зольного залишку.

Існує достатньо актуальна проблема утилізації таких промислових відходів, як макулатурний шлам. Макулатурний шлам (скоп макулатурний) - це багатотоннажні відходи виробництва картонно-паперової продукції, які отримують в процесі переробки макулатури. Шлам являє собою осад стічних вод, механічно зневоднений до відносної вологості М/-65-50 95. Абсолютно суха речовина такого осаду складається на 50-60 Фо з некондиційної целюлози та на 40-50 95 з основних мінеральних наповнювачів паперу - каоліну та крейди. Макулатурний шлам є низькокалорійною сировиною, що підвищує вимоги до процесу його спалювання. Проте головною проблемою утилізації макулатурного шламу є його високозольність. Так, при утилізації макулатурного шламу отримують достатньо велику кількість високодисперсного зольного залишку. Наприклад, при спалюванні 1,2 тонни макулатурного шламу отримують 770 - 580 кг золи в залежності від температури спалення та ступеня декарбонізації крейди. Такий зольний залишок має шкідливість, на клас вищу від шкідливості скопу, який утилізують. Тобто при спалюванні макулатурного шламу з ІМ класом шкідливості згідно з ДСТУ 3910--99 (малонебезпечні речовини) отримують зольний залишок з І класом шкідливості (помірно небезпечні речовини). Це накладає великі обмеження на утилізацію макулатурного шламу шляхом спалювання з точки зору екологічності процесу та його економічної доцільності. Тому одним із варіантів вирішення такої проблеми є напрямок корисного використання зольного залишку. Напрямок передбачає отримання такого зольного залишку, який дозволяє його наступне корисне використання і там самим забезпечує ліквідність процесу утилізації. Для цього необхідно при процесі спалювання, крім теплової енергії, яку відводять на утилізацію, отримати

Зо і зольний залишок, що складається з продуктів термохімічних перетворень та твердофазових реакцій крейди і каоліну - алюмосилікатів кальцію і метакаоліну. Всі ці речовини мають гідратну активність та складають основу портландцементу і тому можуть бути використані як основа для випуску таких будівельних продуктів, як сухі будівельні суміші, газобетон, силікатна цегла або різні добавки до бетону. Причому така основа буде дійсно підвищувати ефективність продукту через наявність метакаоліну - речовини, що підвищує в декілька раз міцність цементних розчинів та бетонів і на порядок їх морозостійкість. Тобто потрібно перетворити зольний залишок у зольний продукт. Одним із напрямків отримання такого зольного продукту є мінералізація зольного залишку безпосередньо у процесі спалювання макулатурного шламу.

Заявнику відомо аналогічні термічні генератори тепла для термічної переробки твердих відходів з мінералізацією зольного залишку, серед яких найближчим є наступне.

Відомо описаний у публікації міжнародної заявки МУУО 96/06057 від 29.02.1996 пристрій термічної конверсії каоліновмісного матеріалу у матеріал з пуцолановими якостями, тобто матеріал зі здатністю проявляти гідратаційні якості у присутності вапна. Такий матеріал придатний для виготовлення бетону з підвищеною міцністю при стисканні. Пристрій містить камеру спалювання з псевдорозрідженим шаром для спалювання каоліновмісного матеріалу, переважно з відходів рециклінгової переробки паперової макулатури, при температурі 7207- 850 С. Пристрій також містить вторинній камері спалювання сировини при подібних температурних умовах та при поданні газоподібного кисню. Недоліком цього рішення є те, що умови псевдорозрідженого шару камери спалювання, зокрема, недостатня температура та газорозріджене середовище, не дозволяють провести високотемпературну термообробку крейди і здійснити шлакоутворюючі термохімічні реакції спікання у зольному залишку. Також для шлакування зольного залишку необхідно витримати температурно-часові умови реакції синтезу між твердими фазами (1 350 "С і 60 хв.).

Описане вище рішення знайшло розвиток у пристрої термічної переробки паперових відходів (макулатурного шламу) з отриманням продуктів мінерального походження, описаному у публікації міжнародної заявки УМО 2011/119027 А від 29.09.2011. Пристрій передбачає регульовану термічну конверсію макулатурного шламу, в результаті якої отримують теплову енергію та реакційно активну золу. Для цього пристрій містить котел з киплячим шаром горіння, засіб подання кисню у киплячий шар з рівномірним розподілом подачі через зону нижче 60 киплячого шару та систему регулювання процесу, яка передбачає регулювання температури процесу у зоні нижче киплячого шару та регулювання подачі кисню у зазначену зону. У описаному аналогу крейда, як карбонатний компонент сировинної суміші шламу, лише частково дисоціює у вапно через температуру випалу, недостатню для повної термічної дисоціації кальциту СаСоОз. При цьому мінеральний склад зольного залишку, отриманий після спалювання макулатурного шламу згідно з аналогом, не є оптимальним і обумовлений особливістю котла

КШ, умови роботи якого не дозволяють забезпечити твердофазне спікання зольних компонентів. Враховуючи високу реакційну активність метакаоліну саме до вапна, наявного в такому зольному продукті, та присутність в ньому великої кількості баластової крейди, застосування золи, отриманої від спалювання макулатурного шламу згідно аналогу має певні обмеження. Обмеження викликані швидкою втратою метакаоліном своєї активності при зберіганні і, відповідно, недостатньо високим модулем гідратаційної активності зольного залишку.

Аналогічних пристроїв, які дозволяють здійснювати безперервну термічну конверсію низькокалорійної та високозольної сировини в режимі цільової твердофазової мінералізації зольного залишку, не знайдено.

В основу корисної моделі поставлена задача створення ефективної та екологічно безпечної конструкції твердопаливного генератора тепла для автогенного спалювання низькокалорійної та високозольної сировини з отриманням гідратаційно активної золи та термічної переробки інших низькокалорійних композицій паливного складу, які мають високу зольність, в режимі направленої високотемпературної мінералізації золи.

Поставлена задача вирішується таким чином, що твердопаливний генератор тепла, згідно з корисною моделлю, містить циліндричну камеру згоряння з активною зоною газифікації, придатною для розташування ущільненої сировини, зоною розпалювання, розташованою під активною зоною газифікації, та зоною золоутворення, розташованою під зоною розпалювання, а також засіб подачі окислювача та засіб подачі гарячого повітря у зону розпалювання. При цьому засіб подачі окислювача містить засіб подачі окислювача до активної зони газифікації, виконаний центрально-осьового типу у вигляді труби, розташованої по центральній осі камери згоряння щонайменше на всю довжину активної зони газифікації та обладнаної рівномірно розташованими по довжині отворами. Стінки камери згоряння утворені вогнетривкою цеглою та

Зо містять периферійні канали, закриті ззовні та розташовані вертикально вздовж активної зони газифікації. Периферійні канали сполучені в нижній частині з камерою змішування та догоряння, утвореною у стінках камери згоряння по її периметру. Причому щонайменше один отвір сполучення каналів з камерою змішування та догоряння розташований на рівні умовного переходу між активною зоною газифікації та зоною золовідведення. Додатково засіб подачі окислювача містить засіб подачі окислювача до зони золоутворення камери згоряння.

Технічним результатом при застосуванні твердопаливного генератора тепла згідно з корисною моделлю є підвищення загальної теплопродуктивності термічної деструкції сировини при зменшенні кількості летких речовин на виході та підвищення надійності роботи твердопаливного генератора тепла з врахуванням високотемпературного навантаження на внутрішні елементи конструкції генератора та їх значну акумулятивну теплоємність.

Згідно з одним із переважних варіантів виконання твердопаливного генератора тепла, труба засобу подачі окислювача до активної зони газифікації може бути закріплена у верхній частині камери згоряння.

Згідно з ще одним із переважних варіантів виконання твердопаливного генератора тепла, засіб подачі окислювача до зони золоутворення камери згоряння може бути виконаний у вигляді труби, розташованої усередині труби засобу подачі окислювача до активної зони газифікації, вихідний отвір якої розташований нижче нижньої кромки труби засобу подачі окислювача до активної зони газифікації.

Згідно з ще одним із переважних варіантів виконання твердопаливного генератора тепла, труба засобу подачі окислювача до зони золоутворення може бути використана як засіб подачі гарячого повітря у зону розпалювання, для чого додатково обладнана вхідним отвором у верхній частині.

Згідно з ще одним із переважних варіантів виконання, твердопаливний генератор тепла може мати нижню частину, виконану в вигляді конусного звуження та обладнану скребковим транспортером повітряного охолодження з ланцюговим тяговим елементом якірного типу.

Згідно з ще одним із переважних варіантів виконання, периферійні канали можуть бути сполучені в нижній частині з камерою змішування та догоряння щонайменше у двох точках, розташованих протилежно одна одній.

Згідно з ще одним із переважних варіантів виконання, активна зона газифікації може бути виконана придатною для розташування брикетованої сировини та/або гранульованої сировини як ущільненої сировини.

Між сукупністю суттєвих ознак корисної моделі і технічним результатом, який досягається при її використанні, є наступний причинно-наслідковий зв'язок.

Підвищення мінералізації зольного залишку при термічній деструкції сировини та підвищення екологічної безпеки процесу спалювання досягається завдяки умовам стабільного самопідтримного горіння сировини з низькою теплоутворюючою здатністю та створенню необхідного рівня температурного поля у активній зоні газифікації через додатковий підвід тепла та його акумулятивне накопичення для компенсації втрат на прогрівання повітря та сировини, що подається. Такі умови забезпечуються наступними особливостями конструкції твердопаливного генератора тепла, а саме камери згорання у вигляді циліндричного реактора зі стінками, утвореними за особливою схемою викладки вогнетривкої цегли, та зі сформованими по внутрішній стороні стінки повздовжніми газовідвідними периферійними каналами і застосованою центрально-осьовою схемою обдування окислювачем стовпа палива, розміщеного в камері згоряння.

Виконання камери згорання у вигляді циліндричного реактора зі стінками, утвореними вогнетривкою цеглою, який передбачає відвід газоподібних продуктів згоряння по спеціально утворених периферійних каналах, закритих ззовні та розташовані вертикально вздовж активної зони газифікації створює умови для проходження початкових піролізних газів, насичених вологою, вздовж активної зони газифікації (згорання сировини). При проходженні периферійними каналами початкові піролізні гази змішуються з більш гарячими газоподібними потоками, циркулюючими у нижній частині камери згоряння. При змішуванні створюють кінцеву горючу суміш за рахунок взаємного збагачення киснем та леткими, яку на рівні умовного переходу між активною зоною газифікації та зоною золоутворення (зоною догорання вуглецевого залишку) направляють у камеру змішування та догорання, де відбувається змішування та догорання "реакторних" газів.

Подача окислювача в активну зону газифікації через засіб подачі окислювача, виконаний центрально-осьового типу у вигляді труби, розташованої по центральній осі камери згоряння

Зо щонайменше на всю довжину активної зони газифікації, обладнаної рівномірно розташованими по довжині отворами та закріпленої у верхній частині камери згоряння, дозволяє продувати окислювачем в поперечному напрямку фіксований стінкою камери згоряння шар попередньо підсушеної та ущільненої сировини. При цьому окислювач проходить через внутрішній об'єм труби і виходить через отвори труби із статистично урівноваженим вхідним тиском, розподіляючись по потокам в залежності від газової проникливості перерізів фаз вигорання сировини, унеможливлюючи аеродинамічне збудження сировини у робочому інтервалі регулювання і пов'язаний з цим викид пилу та виключаючи їх вплив на подальшу мінералізацію зольного залишку.

Наявність камери змішування та догорання дозволяє застосувати її газовий об'єм як термооболонку по всій висоті камери згоряння за рахунок проходження частково окислених продуктів газифікації палива, відведених з реактора, через об'єм камери змішування та догорання. Це стабілізує підвід тепла до ендотермічних зон початкових фаз горіння та інтенсифікацію прогріву газів, циркулюючих по периферійних каналах у стінках камери згоряння, враховуючи також і утворення стінок камери згоряння із вогнетривкої цегли та її значну теплоємкість. Завдяки цьому підвищують стабільність умов для здійснення безперервного спалювання палива з низьким рівнем горючих речовин.

Використання попередньо підсушеної та ущільненої сировини відомого початкового мінерального складу високої гомонізації є важливим для проведення термічної конверсії з цільовою або направленою мінералізацією зольного залишку. Переважним є використання брикетованої сировини та/(або гранульованої сировини, в якій частинки початкового мінерального складу паливної суміші набувають максимального зближення, що сприяє досягненню потрібної температури для проходження твердофазових реакцій мінерального синтезу в динаміці акумулятивного накопичення теплової енергії вигорання горючого компонента в тілі брикету або гранули.

Конструкція камери змішування та догорання забезпечує вхід "реакторних" газів через отвір на рівні умовного переходу між активною зоною газифікації та зоною золоутворення (зоною догорання вуглецевого залишку), тобто на рівні умовного кордону між зонами згорання летких і допалу вуглецевого залишку, що виключає вплив газів, утворених у верхній частині активної зони газифікації, на температурний режим і мінералізацію в зоні золоутворення камери (516) згоряння.

Наявність засобу подачі окислювача до зони золоутворення камери згоряння та виконання його у вигляді труби, розташованої усередині труби засобу подачі окислювача до активної зони газифікації, вихідний отвір якої розташований нижче нижньої кромки труби засобу подачі окислювача до активної зони газифікації, дозволяє забезпечити додаткову подачу окислювача у зону золоутворення камери згоряння. Режим постачання окислювача в зону золоутворення камери згоряння (зону згорання вуглецевого залишку) є окремою важливою фазою технічного процесу кінцевого випалу сировини згідно з наступним. Проведені винахідником дослідження фазових перетворень при спалюванні макулатурного шламу як низькокалорійної та високозольної сировини продемонстрували, що у зоні вигорання вуглецевого залишку протікає ендотермічний процес видалення хімічно зв'язаної структурної води і початок деструкції каоліну.

В результаті цього утворюється метакаолін:

АІ2Оз:25102:2Н20-- АІ2Оз:25102--Н2О.

Декарбонізація крейди у щільній суміші з метакаоліном, на відміну від її декарбонізації в однокомпонентному чи розрізненому виді (910 "С), починається вже при температурі 600 "С. Ці реакції проходять із значним поглинанням тепла, як було зазначено вище. У подальших дослідженнях отриманого зольного залишку від спаленого брикетованого макулатурного шламу у експериментальному твердопаливному генераторі тепла було виявлено присутність вуглецю, що вказувало на необхідність вдосконалення схеми подачі окислювача у камеру згоряння для оптимізації процесів золоутворення. Таким вдосконаленням є як саме додаткове подання окислювача у нижню частину реактора, так і розташування місця виходу реакторних газів у камеру змішування та догоряння.

При цьому застосування засобу подачі окислювача до зони золоутворення камери згоряння в конструкції твердопаливного генератора тепла та його конструкція також значно розширює можливості генератора в залежності від технології деструкції сировини. Наприклад, завдяки такому засобу можливе проведення повного кисневого обдування зони золоутворення або подача газової суміші, тільки частково збагаченої окислювачем. Також для окремих технологій деструкції сировини можлива подача відновлювальних газів або створення інертного середовища у зоні золоутворення.

Засіб подачі окислювача до зони золоутворення камери згоряння також застосовується і для

Зо розпалювання сировини шляхом подачі повітря, нагрітого до температури 400-600 "С, у зону, розташовану нижче активної зони газифікації, для чого труба засобу подачі окислювача до зони золоутворення додатково обладнана вхідним отвором у верхній частині. Завдяки цьому досягають більш ефективного "точкового" розпалу, і при цьому уникають необхідності застосування вбудованого ТЕНу, як в інших відомих рішеннях, що спрощує конструкцію генератора тепла і підвищує надійність його роботи.

Таким чином, запропонований твердопаливний генератор тепла для автогенного спалювання низькокалорійної та високозольної сировини в режимі цільової твердофазової мінералізації зольного залишку дозволяє отримати, крім традиційної теплогенерації, зольний залишок з підвищеними гідратаційними якостями. Запропонований твердопаливний генератор тепла може бути основною ланкою при створені ланцюга повної утилізації промислових відходів шляхом використання енергії горіння сировини у цільовому термохімічному синтезі мінералів зольного залишку, для чого твердопаливний генератор тепла забезпечує максимально сприятливі умови самопідтримного горіння низькокалорійної сировини та проходження термічної мінералізації згідно з попередньо визначеними реакціями.

Заявлену корисну модель проілюстровано наступним прикладом виконання твердопаливного генератора тепла та автогенного спалювання низькокалорійної та високозольної сировини в режимі цільової твердофазової мінералізації зольного залишку з використанням такого генератора. Суть корисної моделі пояснюється кресленням, де: - на фіг. 1 - загальний вид твердопаливного генератора тепла, - на фіг. 2 - вид збоку твердопаливного генератора тепла, - на фіг. З - вид зверху твердопаливного генератора тепла, - на фіг. 4 - переріз А-А на фіг. З, - на фіг. 5 - переріз Б-Б на фіг. 1, - на фіг. 6 - переріз В-В на фіг. 1, - на фіг. 7 - переріз Г-Г на фіг. 1, - на фіг. 8 - дериватограма термічної конверсії макулатурного скопа, отримана при диференційно-термічному аналізі партії брикетів у дериватографі ОД-15000.

Наведені приклади генератора та способу його використання не обмежують інших можливих варіантів виконання корисної моделі в межах формули, а тільки пояснюють його суть.

Твердопаливний генератор тепла містить циліндричну камеру згоряння (1) з активною зоною газифікації (2), придатною для розташування ущільненої сировини, переважно брикетованої сировини та/або гранульованої сировини, зоною розпалювання (3), розташованою під активною зоною газифікації (2), зоною золоутворення (4), розташованою під зоною розпалювання (3), та засіб подачі окислювача (5).

Засіб подачі окислювача (5) містить засіб подачі окислювача до активної зони газифікації (6), виконаний центрально-осьового типу у вигляді труби, розташованої по центральній осі камери згоряння (1) щонайменше на всю довжину активної зони газифікації (2) та обладнаної рівномірно розташованими по довжині отворами (7). Труба засобу подачі окислювача до активної зони газифікації (6) закріплена у верхній частині камери згоряння.

Стінки камери згоряння (1) утворені вогнетривкою цеглою та містять периферійні канали (8).

Периферійні канали (8) закриті ззовні та розташовані вертикально вздовж активної зони газифікації (2) камери згоряння (1). Периферійні канали (8) сполучені в нижній частині з камерою змішування та догоряння (9), утвореною у стінках камери згоряння (1) по її периметру, у двох точках А і Б, розташованих протилежно одна одній. Отвір сполучення каналів з камерою змішування та догоряння (10) розташований на рівні умовного переходу між активною зоною газифікації (2) та зоною золоутворення (4).

Засіб подачі окислювача (5) додатково містить засіб подачі окислювача до зони золоутворення (11). Засіб подачі окислювача до зони золоутворення камери згоряння (11) виконаний у вигляді труби з вхідним отвором (12), розташованої усередині труби засобу подачі окислювача до активної зони газифікації (б), вихідний отвір (13) якої розташований нижче нижньої кромки (14) засобу подачі окислювача до активної зони газифікації (6). Труба засобу подачі окислювача до зони золоутворення (11) використана як засіб подачі гарячого повітря у зону розпалювання, для чого додатково обладнана вхідним отвором (15) у верхній частині.

Нижня частина твердопаливного генератора тепла виконана в вигляді конусного звуження (16) та обладнана скребковим транспортером повітряного охолодження (17) з ланцюговим тяговим елементом якірного типу (18).

На бічній поверхні твердопаливного генератора тепла в його зовнішньому обмуруванні розташовано портал видалення гарячих газів (19) у вигляді порожнистого патрубку, внутрішній

Зо об'єм якого сполучений з одного боку з об'ємом камери змішування та догоряння (9) та з іншого боку із засобом утилізації енергії гарячих газів, наприклад, з котлом-утилізатором (на фігурах не показано).

Спосіб автогенного спалювання низькокалорійної та високозольної сировини в режимі цільової твердофазової мінералізації зольного залишку за допомогою описаного вище

З5 твердопаливного генератора тепла здійснюють наступним чином.

Спочатку здійснюють подачу попередньо підсушеної та ущільненої сировини відомого початкового мінерального складу високої гомонізації (20) у камеру згоряння (1) твердопаливного генератора тепла до заповнення активної зони газифікації (2). Як підсушену та ущільнену сировини можуть використовувати брикетовану сировину або гранульовану сировину або їх суміш. Як сировину переважно використовують тонкодисперсні відходи вуглезбагачення, переробки макулатури та летючі золи теплових електростанцій. Брикетована або гранульована сировина може містити некондиційний торф, буре вугілля, горючу сланцеву породу тощо.

Сировина, в залежності від необхідних властивостей кінцевого продукту спалювання, може бути збалансована мінеральними добавками та скоригована добавкою відходів рослинного походження до межі автогенного горіння.

Після здійснюють подачу окислювача (21) у активну зону газифікації (2) камери згоряння (1) твердопаливного генератора тепла. Як окислювач використовують переважно атмосферне повітря. Як варіант, може бути використане повітря, частково збагаченого киснем, або чистий кисень, або відновлювальні гази або інертні гази. Повітря для газифікації можуть нагнітати окремо розміщеним вентилятором середнього тиску.

Подання окислювача у камеру згоряння твердопаливного генератора тепла здійснюють по центру циліндричної камери згоряння твердопаливного генератора тепла в обдувну трубу засобу подачі окислювача до активної зони газифікації (6) через отвори (7). Подачу гарячого повітря (22), нагрітого до температури 400-600 "С, здійснюють до зони розпалювання (3) через вхідний отвір (15) та вихідний отвір (13) засобу подачі окислювача до зони золоутворення (11) для початку газифікації сировини у активній зоні газифікації (2). Тим самим створюють у активній зоні газифікації (2) саморегулятивно розподілені по висоті, в залежності від ступеню вигорання завантаженої зверху сировини і пов'язаної з цим зміни газової проникливості, радіальні потоки окислювача від центру до стінок циліндричної камери згоряння (1). Утворені таким чином радіальні потоки окислювача продувають брикети та/або гранули ущільненої сировини у поперечному напрямку.

Відведення газоподібних продуктів згоряння з активної зони газифікації (2) здійснюють зверху вниз через периферійні канали (8), закриті ззовні та розташовані вертикально вздовж активної зони газифікації (2), з їх наступним змішуванням з нижніми потоками газоподібних продуктів згоряння та подачею утвореної горючої суміші у камеру змішування та догоряння (9), утворену навкруги активної зони газифікації (2). З камери змішування та догоряння (9) здійснюють відведення гарячих газів (24) через портал видалення гарячих газів (19) на утилізацію, наприклад, до котла-утилізатора.

Наявність периферійних каналів (8) та фіксована по всій висоті поперечна товщина шару сировини у активної зони газифікації (2), яку продувають окислювачем, дозволяє вести контрольований обдув без аеродинамічного збудження та виносу пилу. Дозована подача окислювача в активну зону газифікації (2) сумісно із її зовнішнім омиванням газами у камері змішування та догоряння (9) сприяє максимально ефективному використанню енергетичного потенціалу малокалорійного палива в твердопаливному генераторі тепла.

Подачу горючої суміші газів у камеру змішування та догоряння (9) здійснюють двома потоками зустрічного напряму (точки А і Б) через отвори (10) на межі умовного переходу між активною зоною газифікації (2) та зоною золоутворення (4), яка виконує роль зони догорання вуглецевого залишку. Така організація руху газів виключає вплив відносно "холодних" газів верхнього рівня на зону догорання вуглецевого залишку, де власне і проходять всі термохімічні процеси золоутворення. При цьому додатково здійснюють подачу окислювача (23) у зону золоутворення (4) через вхідний отвір (12) та вихідний отвір (13) засобу подачі окислювача до зони золоутворення (11).

Процес газифікації сировини в твердопаливному генераторі тепла регулюють подачею окислювача та швидкістю видалення зольного залишку (25) із зони золоутворення (4) через конусне звуження (16) нижньої частини твердопаливного генератора тепла за допомогою скребкового транспортера повітряного охолодження (17) з ланцюговим тяговим елементом якірного типу (18).

На фіг. 8 представлено дериватограму макулатурного скопа, отриману при диференційно-

Зо термічному аналізі навішування брикетів в дериватографі ОД-15000, яка достовірно точно (до температури 900 "С) характеризує процеси, що протікають в твердопаливному генераторі тепла під час спалювання брикетів макулатурного скопа. На дериватограмі використано наступні позначення: - ТО, 95 - крива зміна маси зразка. - ОТА, "С - диференціальна температурна крива, що ілюструє виділення або поглинання зразком тепла, - ОТО, 95 тіп - диференціальна крива зміни маси зразка (швидкість зміни маси).

Брикети макулатурного скопу, які згоряють у камері згоряння твердопаливного генератора тепла, мають в своєму ядрі ще більшу температуру, що сприяє спіканню зольного залишку і подальшого його шлакування під впливом виходу продуктів горіння і вуглекислого газу від декарбонізації крейди. За раніше виконаним дослідженням, температури розм'якшення їрозм та напіврідкого станів золи скопа Ішр складають їрозм - 1340 "С та їшр - 1370 "С, з чого виходить, що в такому "спіканні" відсутній метакаолін, який при даних температурах реагує з вапном (оксидом кальцію, - продуктом декарбонізації крейди) утворюючи алюмосилікати кальцію. Звідси виникає необхідність сепарації отриманого зольного залишку з метою відокремлення шлаку від рихлої складової, тому що це є два окремих цінних продукти.

Дериватограма ілюструє динаміку та фазові перетворення спалювання макулатурного скопа. По точках перетину кривою ОТА своєї "нульової" лінії виділяються чотири характерні зони (поз. 1-4 на фіг. 8). Ці зони визначили наступне: - вологість досліджуваних зразків скопу становила УУ-4 9о (згідно з проекціями точок кривої

ТО в першій зоні (поз.1)), - відсоток виходу летючих Улетюч - 96-64-32 Фо (згідно з проекцією ТО у другій зоні (поз3.2)), - істинний відсоток виходу зольного залишку бшлак - 0,111 тонни/тонну сирого скопу, за яким можна уточнити раніше прийнятий питомий показник на 1т сирого макулатурного скопу р"шлак - 0,140 тонни/гтонну сирого скопу (згідно з кінцевою проекцією ТО на початку четвертої зони (по3.3)),

Аналіз третьої зони, де суміщаються процеси вигоряння коксового залишку та видалення хімічно зв'язаної води з каоліну, свідчить про майже повне поглинання тепла догоряння, утвореного метакаоліном. Це є доказом того, що подача достатньої кількості окислювача саме в цю зону має визначальне значення на подальші процеси мінералізації золи, а також на загальні показники екологічності термічної утилізації макулатурного скопа.

Випробування способу автогенного спалювання низькокалорійної та високозольної сировини в режимі цільової твердофазової мінералізації зольного залишку були проведені на базі ПрАТ "Київський картонно-паперовий комбінат", для чого на території ТЕС був збудований експериментально-дослідний зразок твердопаливного генератора тепла з об'ємом камери згоряння 0,4 м3. На побудованому експериментально-дослідному зразку було проведено ряд тестових, робочих та екологічних випробувань загальною протяжністю 25 год., під час яких було спалено 10,5 м (5 тонн) підсушених брикетів макулатурного скопу. По результатам випробувань були визначені питомі величини теплової потужності, підтверджено очікувану екологічну безпечність способу утилізації і отримано достатню кількість зольного залишку для досліджень.

Зазначені серії дослідних спалювань підсушених брикетів макулатурного скопу в експериментальному зразку твердопаливного генератора тепла підтвердили можливість здійснити безперервне спалювання в самопідтримному (автогенному) режимі горіння сировини з питомою теплотворністю 4000-5500 кДж/кг (950-1300 ккал/кг), досягаючи при цьому високих температур золоутворення (до 1 400 С) та достатньої для промислового впровадження одиничної потужності, що не має аналогів серед існуючих конструкцій твердопаливних котлів і печей.

Claims (7)

ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ

1. Твердопаливний генератор тепла, який містить циліндричну камеру згоряння з активною зоною газифікації, придатною для розташування ущільненої сировини, зоною розпалювання, розташованою під активною зоною газифікації, та зоною золоутворення, розташованою під зоною розпалювання, засіб подачі окислювача, який містить засіб подачі окислювача до активної зони газифікації, виконаний центрально-осьового типу у вигляді труби, розташованої по центральній осі камери згоряння щонайменше на всю довжину активної зони газифікації та обладнаної рівномірно розташованими по довжині отворами, засіб подачі гарячого повітря у Зо зону розпалювання, стінки камери згоряння утворені вогнетривкою цеглою та містять периферійні канали, закриті ззовні та розташовані вертикально вздовж активної зони газифікації, периферійні канали сполучені в нижній частині з камерою змішування та догоряння, утвореною у стінках камери згоряння по її периметру, причому щонайменше один отвір сполучення каналів з камерою змішування та догоряння розташований на рівні умовного переходу між активною зоною газифікації та зоною золовідведення, додатково засіб подачі окислювача містить засіб подачі окислювача до зони золоутворення камери згоряння.

2. Твердопаливний генератор тепла за п. 1, який відрізняється тим, що труба засобу подачі окислювача до активної зони газифікації закріплена у верхній частині камери згоряння.

З. Твердопаливний генератор тепла за п. 1, який відрізняється тим, що засіб подачі окислювача до зони золоутворення камери згоряння виконаний у вигляді труби, розташованої усередині труби засобу подачі окислювача до активної зони газифікації, вихідний отвір якої розташований нижче нижньої кромки труби засобу подачі окислювача до активної зони газифікації.

4. Твердопаливний генератор тепла за п. 1, який відрізняється тим, що труба засобу подачі окислювача до зони золоутворення використана як засіб подачі гарячого повітря у зону розпалювання, для чого додатково обладнана вхідним отвором у верхній частині.

5. Твердопаливний генератор тепла за п. 1, який відрізняється тим, що має нижню частину, виконану в вигляді конусного звуження та обладнану скребковим транспортером повітряного охолодження з ланцюговим тяговим елементом якірного типу.

6. Твердопаливний генератор тепла за п. 1, який відрізняється тим, що периферійні канали сполучені в нижній частині з камерою змішування та догоряння щонайменше у двох точках, розташованих протилежно одна одній.

7. Твердопаливний генератор тепла за п. 1, який відрізняється тим, що активна зона газифікації виконана придатною для розташування брикетованої сировини та/або гранульованої сировини як ущільненої сировини.