СПОСОБ СЖИГАНИЯ УГЛЯ НА ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯХ
METHOD OF COAL BURNING AT POWER PLANTS

Изобретение относится к технологии сжигания топлива, улучшению качества твердого топлива, используемого для сжигания на электростанциях.
Известен способ сжигания твердого углесодержащего топлива, включающий подачу топлива и воздуха в топку. Розжиг и сжигание топлива производят при резонансной подаче воздуха (патент RU №2213295, кл. F23B 1/24, F23B 7/00, заявленный 19.12.2001 г., опубликованный 27.09.2003 г.). Недостатком указанного способа является то, что не учитывается влажность угля, подаваемого в топку.
В качестве прототипа приняты исследования влаги на скорость окисления каменных углей, изложенные в статье «Влияние влаги на окисление каменных углей» авторы С.П. Ворошилов, Я.С. Ворошилов, А.С. Ворошилов, В.А. Уварова (Вестник Научного центра по безопасности работ в угольной промышленности, Кемерово, НЦ ВостНИИ, №2, 2008 г., с.68-77). Исследования включают изучение распределения влаги в пористой структуре угля и скорость окисления угля в зависимости от влажности. Исследованиями определялась склонность к самовозгоранию угля и скорость взаимодействия с кислородом образцов угля разной влажности. Недостатком исследований является то, что не определены оптимальные условия, при которых улучшаются характеристики сгораемости угольного топлива.
Как показывает практика, наличие значительного количества влаги в углях уменьшает эффективность сжигания топлива. При горении топлива на испарение влаги затрачивается тепловая энергия, увеличиваются тем самым непроизводительные расходы тепла. Задачей изобретения является повышение эффективности и интенсивности горения угольного топлива, увеличение скорости сгорания угля и температуры ядра факела горения, уменьшение в составе золы доли несгоревшего топлива.
Техническим результатом заявляемого изобретения является улучшение интенсивности и характеристик процесса горения угольного топлива, увеличение объема сгораемого угля за счет использования угля определенного влагосодержания, соответствующего влаге супермикропор.
Предложен способ сжигания угля на электростанциях, включающий измельчение угля природной влажности, активацию угля путем сушки и сжигание.
Отличием является то, что активацию проводят путем его сушки до влагосодержания, соответствующего влаге супермикропор, после чего его подают в факел сжигания.
При удалении влаги из супермикропор, свободными от влаги супермикропорами увеличивается скорость сорбции кислорода, за счет увеличения транспортных возможностей пористой структуры и, как следствие, при сжигании увеличивается скорость и интенсивность процесса горения.
Способ сжигания угля на электростанциях подтверждается экспериментальными исследованиями, проведенными в лабораторных условиях. Исследовались пробы кузнецких углей марок Д, Ж, КО.
Для проведения экспериментальных исследований, поры разбивались на несколько групп каждая из которых определялась размерами приведенного радиуса или полушириной щели на основании классификации, предложенной академиком М.М.Дубининым (Микропористость и адсорбционные свойства углеродных сорбентов, Известия АН СССР, 1983 г., №3,с.487-493):
Микропоры 0,6-0,7 нм>r
Супермикропоры 0,6-0,7<r>1,5-1,6 нм
Мезопоры 1,5-1,6<r>100-200 нм
Макропоры 100-200 нм<r.
Для соотнесения влагосодержания в угле с типами пор (супермикропор), в которых находится вода, и определения оптимальных условий для выхода влаги из супермикропор были использованы графики изотерм десорбции воды по исследуемым маркам угля.
Для проведения исследования способа сжигания угля на электростанциях готовят для испытания пробы двух видов: исследуемого образца с влажностью, соответствующей влаге супермикропор и эталонного с сохранением естественной, природной влажности.
Уголь естественной природной влажности пропускается через жерновую дробилку для получения фракции ≤0,063 мм. Из полученного объема угля формируют пробы массой 0,6 г и помещают в бюксы с целью недопущения изменения исходного влагосодержания.
Исследуемые пробы угля в бюксах помещаются в эксикатор с одновременным размещением раствора серной кислоты в объеме 200 мл концентрацией 47,5%. За счет присутствия раствора серной кислоты поддерживают определенное парциальное давление водяных паров, соответствующее относительной влажности воздуха 38,2%, оптимальной для выхода влаги из супермикропор угля. Температурный режим соблюдают в интервале от 22°С до 25°С. При заданных параметрах пробы угля выдерживают в течение 3 суток. По истечении 3 суток бюксы извлекают из эксикатора и герметично закрываются крышками.
Пробы эталонных, исходных образцов, имеющие первоначальное, естественное влагосодержание, все это время находились в герметичных бюксах, где не допускалось изменение их первоначальной влажности.
Далее на приборе по определению взрывчатости пыли ПКО-1М (методические указания «Определение взрывчатости пыли», утвержденные Министерством образования РФ, изд. Оренбургским государственным университетом, г.Оренбург 2003 г., с.6) проводилось испытание активированных и исходных проб угля.
Пробы углей извлекались из бюксов и поочередно размещались в механизм распыления ПКО-1М. Затем проводилось распыление угля и поджог. Замерялась длина пламени проб активированного угля и исходного.
После прогорания остаток несгоревшего угля собирался и по ГОСТ 147-95 (Межгосударственный стандарт «Топливо твердое минеральное. Определение высшей теплоты сгорания и вычисление низшей теплоты сгорания», утвержден Постановлением Комитета РФ по стандартизации, метрологии и сертификации от 11.04.96 г., дата введения 01.01.1997 г., с.11-17) определялось количество несгоревшего углерода.
На фиг.1 изображен график изотермы десорбции угля при сушке. На графике изображена нелинейная зависимость влагосодержания угля от влажности воздуха для различных типов пор. Десорбция воды, протекающая от 45% до 20% влажности воздуха, соответствует высвобождению воды из супермикропор.
Для угля марок Д и Ж высвобождение влаги из супермикропор начинает происходить при влажности воздуха равной 45% до влажности равной 20%, для угля марки КО выход влаги из супермикропор при влажности воздуха от 50% до 25% (на графике не показано).
Результаты исследований образцов активированного и эталонного, исходного угля значительно отличаются друг от друга.
На фиг.2 показана длина факела пламени исходного и активированного образцов угля. Длина пламени горения факела исходного образца угля 1 короче длины пламени активированного угля 2.
На фиг.3 иллюстрируется графическое изображение объема несгоревшего углерода исходных образцов угля и активированных для различных марок угля. На графическом изображении количество несгоревшего углерода для исходных образцов угля различных марок взято за 100% и обозначено 3. Как видно на графическом изображении, у образцов активированного угля объем несгоревшего углерода меньше. У угля марки Д объем несгоревшего углерода составил 89% обозначено 4, у угля марки Ж - 92% обозначено 5, у угля марки КО - 91% обозначено 6.
Аналогичный эффект достигается путем прямой сушки угля до уровня влаги супермикропор, например в сушильной печи.
Как показали экспериментальные исследования, использование способа сжигания угля на электростанциях позволит увеличить температуру ядра факела на 100-150°С и уменьшить в составе золы присутствие доли несгоревшего топлива на 10-30%. Скорость сгорания увеличивается в 3-4 раза, что свидетельствует о более интенсивном процессе горения активированного указанным способом угля. Описанный способ может быть использован на электростанциях и позволит повысить эффективность процесса горения и сжигания топлива.