СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ВЫСОКОЗОЛЬНОГО И/ИЛИ НИЗКОКАЛОРИЙНОГО ТВЕРДОГО ТОПЛИВА
HEAT PROCESSING OF ASH-RICH AND/OR LOW-CALORIE SOLID FUEL

Изобретение относится к термической переработке высокозольных и/или низкокалорийных топлив, преимущественно отходов углеобогащения, и может быть использовано в угле-, сланцеперерабатывающих, нефтехимической промышленностях, в энергетике, при энерготехнологичном использовании высокозольных и других низкокалорийных (низкосортных) топлив на электростанциях, и, одновременно, в строительстве (получение строительных блоков).
Известен способ термической переработки высокозольных топлив, например горючих сланцев, включающий пиролиз, выполняемый при помощи циркулирующего твердого носителя с образованием парогазовых продуктов и высокозольного остатка, сжигание последнего с образованием газовзвеси, постадийное разделение последней на циркулирующий твердый теплоноситель, возвращаемый на стадию пиролиза, газообразный сушильный агент, направляемый на стадию сушки, и золодымовую смесь, охлаждение этой смеси и разделение ее на выводимую из процесса золу и дымовые газы, при этом часть дымовых газов рециркулируют на стадию охлаждения золодымовой смеси, и концентрацию твердых частиц в охлажденной золодымовой смеси поддерживают путем изменения расхода рециркулируемых газов, а оставшуюся часть дымовых газов сжигают совместно с отработанным сушильным агентом и температуру на стадии сушки поддерживают путем изменения расхода направляемых на сжигание дымовых газов [Патент РФ на изобретение №2118979, кл. С10В 53/06, опубликованный 20.09.1998].
Недостатками известного способа являются невозможность безотходной переработки высокозольного и низкосортного топлива, недостаточное количество выделяемой тепловой энергии, загрязненность окружающей среды.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ технической переработки высокозольного твердого топлива, например горючих сланцев, включающий сушку измельченного топлива отходящими дымовыми газами, нагрев высушенного топлива твердым теплоносителем с образованием парогазовой смеси и коксозольного остатка, сжигание последнего в потоке воздушного дутья с образованием газовзвеси, выделение из газовзвеси твердой фазы с возвратом ее на стадию нагрева в качестве твердого теплоносителя, разделение оставшейся газовзвеси на твердую фазу, с выводом ее в виде золы, и дымовые газы, с последующим возвратом дымовых газов на стадию сушки, при этом на стадию сжигания дополнительно подают часть твердой фазы, выделенной с потока газовзвеси, а перед подачей на стадию сжигания ее охлаждают до температуры 250-600°С [Патент РФ на изобретение №2088633, кл. С10В 53/06, опубликованный 27.08.1997].
К недостаткам известного способа относятся невозможность переработки низкосортных высокозольных отходов угольного производства, например отходов углеобогащения, незначительное количество выделенной тепловой энергии, которую используют только на стадии сушки топлива, засорение окружающей среды.
В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа термической переработки высокозольного и/или низкокалорийного твердого топлива, в котором формование в пустотелые блоки твердого топлива в виде шихты, укладывание блоков в штабеля на транспортерах, подача их, после сушки, в разогретую туннельную печь, где блоки проходят три зоны: зону нагревания, зону горения и зону остывания, постепенное нагревание блоков до температуры воспламенения углерода (600°C и выше), выдерживание их в зоне горения при температуре 750-1200°C, отвод избытка тепловой энергии, выделяемой в процессе выжигания углерода из зоны горения и утилизация, обеспечивают безотходность производства в горной промышленности, этим обеспечивается максимальное выделение избытка тепловой энергии из перерабатываемого твердого топлива и использование ее для преобразования в иные виды энергии, в т.ч. в электрическую, получение твердого остатка в виде строительных блоков, улучшение экологии.
Поставленная задача решается тем, что в способе термической переработки высокозольного и/или низкокалорийного твердого топлива, включающем сушку твердого топлива отводимыми дымовыми газами, нагрев и сжигание высушенного топлива с образованием газовой смеси и твердого остатка, согласно изобретению предусмотрены следующие отличия:
- твердое топливо в виде шихты формуют в пустотелые блоки;
- пустотелые блоки укладывают в штабеля на транспортерах;
- выполняют сушку блоков в сушильной установке;
- пустотелые блоки на транспортерах подают в зону нагревания разогретой туннельной печи;
- в зоне нагревания блоки нагревают постепенно до температуры воспламенения углерода (600°С и выше);
- после зоны нагревания блоки подают в зону горения туннельной печи;
- блоки выдерживают в зоне горения при температуре 750-1200°С;
- избыток тепловой энергии, выделяемый в процессе выжигания углерода, отводят из зоны горения и утилизируют;
- в зоне остывания туннельной печи блоки, в виде готовых строительных блоков, остывают;
- после остывания, блоки выгружают из печи.
Кроме того, твердое топливо берут в виде шихты из отходов углеобогащения, избыток тепловой энергии утилизируют в котлах-утилизаторах; избыток тепловой энергии утилизируют при помощи теплообменников; теплообменники вмонтированы в туннельную печь.
Способ выполняют следующим образом.
Шихту, например отходы углеобогащения, с низким содержанием углерода, дегидрируют до влажности от 30-50% до 18-25%, формуют в пустотелые блоки, которые укладывают в штабеля на транспортерах и направляют в отдельно стоящий сушильный агрегат, в котором используют часть тепла, отводимого из зоны горения туннельной печи. После сушки шихты до влажности 2-6%, блоки, уложенные в штабеля на транспортерах, подают, через зону загрузки, в разогретую туннельную печь, где они проходят зону нагревания, зону горения и зону остывания, при этом в зоне нагревания блоки постепенно нагреваются до температуры 600°С и выше - температуры воспламенения углерода, откуда их отправляют в зону горения, где блоки выдерживают при температуре 750-1200°C на протяжении 5-24 часов (в зависимости от состава шизты), но в зоне горения необходимо поддерживать тепловой режим, необходимый для обжига пустотелых блоков - 300 кКал/кг, поэтому избыток тепла (от 2000 кКал/кг до 2500 кКал/кг) отводят из зоны горения и утилизируют в виде дымовых газов в котлах-утилизаторах, или в теплообменниках с охлаждающей жидкостью или газом, вмонтированных в туннельную печь. Полученные блоки, в виде строительных блоков, через зоны остывания и выгрузки, выгружают из печи, а отведенную тепловую энергию, в виде горячих газов, жидкости или пара, подают для дальнейшего использования:
обогрева зданий и сооружений, горячего водоснабжения, преобразования тепловой энергии в другие виды энергии, в т.ч. - электрическую, для других целей.
Способ поясняется примером.
Пример
На обогатительной фабрике «Святоварваринская» для производства стеновых керамических блоков использовали отходы флотации с содержанием золы 76% и углерода - 24%, калорийность которых составляет 2500 кКал/кг. Для сушки и обжига сформованных пустотелых блоков необходимые расходы тепловой энергии составляют 300 кКал/кг, а образовавшаяся тепловая энергия после выжигания углерода из шихты - 2200 кКал/кг. Такое количество избытка тепловой энергии не позволяет контролировать необходимый режим обжига, в результате чего возникла необходимость в отведении избытка тепла из зоны горения печи. Проведенные испытания способа показали, что отвод избытка тепловой энергии можно осуществлять как непосредственным отводом дымовых газов из зоны горения через специальное отверстие в корпусе печи, или с помощью теплообменников с охлаждающей жидкостью или газом, при этом жидкость или газ, проходя через теплообменник, нагреваются, отводя часть тепловой энергии из печи.
Применение предложенного способа термической переработки высокозольного и/или низкокалорийного твердого топлива позволит безотходно перерабатывать отходы угольного производства, такие как порода, шихта, кек, засоряющие окружающую среду, и при этом получать в значительных количествах тепловую энергию, которую можно направлять на обогрев зданий и сооружений, горячее водоснабжение, а перегретый пар с теплообменников подавать на турбогенераторы для генерирование электроэнергии, и др. цели, причем с твердого остатка получать готовые строительные блоки, при этом не загрязняется окружающая среда.