УСТАНОВКА ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ УГЛЯ С ПОЛУЧЕНИЕМ КОКСОВОГО ПРОДУКТА И ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ

Полезная модель относится к области переработки угля, в частности к получению из угля тепловой энергии и высококалорийного коксового продукта для металлургии, энергетики и других отраслей промышленности.
Известна установка для переработки угля с получением коксового продукта и тепловой энергии, содержащая водогрейный котел с топочной камерой, оснащенной соплами вторичного дутья, и установленный под топочной камерой реактор кипящего слоя, снабженный горизонтальной неподвижной воздухораспределительной решеткой, ограждающими кипящий слой фронтовой и боковыми стенами, задней переливной перегородкой и трубой слива слоя для вывода шлака с поверхности решетки. Задняя переливная перегородка предназначена для поддержания высоты кипящего слоя, и, одновременно, для перепуска над собой ожиженного коксового продукта, находящегося выше перегородки, то есть для вывода коксового продукта. Труба слива слоя предназначена для вывода из слоя минеральной части перерабатывемого топлива, обеспечивая таким образом улучшение качества коксового продукта, в частности, калорийности, за счет уменьшения зольности (Исламов, С.Р. Энергетическая переработка угля / С.Р. Исламов. - Красноярск: Поликор, 2010. С. 150-151).
Вышеописанная установка не обладает достаточной надежностью эксплуатации при переработке углей, содержащих породу, что сопровождается вынужденными аварийными остановами на расшлаковку и удаление шлаковых спеков из реактора кипящего слоя, так как уголь является неоднородным материалом и часто содержит включения из породы и сростков ее с углем, плотность которых может в несколько раз превышать плотность частиц коксового продукта, что в свою очередь приводит к выпадению указанных включений на воздухораспределительной решетке, нарушению ожижения, вызывающему спекание слоя и последующее его шлакование; при этом труба слива слоя не способна осуществлять свою функцию - выводить из слоя упомянутые включения и шлаковые агломераты, в случае их образования, так как невозможно удалять с поверхности решетки уже осевший на ней, находящийся в неподвижном состоянии материал.
Наиболее близкой к заявляемой полезной модели по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является установка для переработки угля с получением тепловой энергии, пригодная также для получения коксового продукта, содержащая котел с топочной камерой, оснащенной соплами вторичного дутья, а также установленный под топочной камерой реактор кипящего слоя с наклонной движущейся воздухораспределительной решеткой и ограждающими кипящий слой фронтовой и боковыми стенами. Движущаяся воздухораспределительная решетка предназначена для вывода кокосового продукта (Баскаков А.П., Мацнев В.В., Распопов И.В. Котлы и топки с кипящим слоем / А.П. Баскаков, В.В. Мацнев, И.В. Распопов. - М.: Энергоатомиздат, 1996. - С. 260-265, рис. 5.50).
Основным недостатком указанной установки является низкое качество коксового продукта и, в частности, его пониженная калорийность, так как в процессе переработки угля, по мере выхода влаги, разложения органической массы и выхода летучих, происходит озоление получаемого продукта, в связи с чем движущейся воздухораспределительной решеткой из кипящего слоя выводится коксовый продукт, обладающий повышенной, по сравнению с исходным углем, зольностью вместе с породой и возможными шлаковыми агломератами.
Предлагаемой полезной моделью решается задача повышения качества коксового продукта при обеспечении надежной эксплуатации установки.
Поставленная задача достигается тем, что установка для переработки угля с получением коксового продукта и тепловой энергии, содержащая котел с топочной камерой, оснащенной соплами вторичного дутья, а также установленный под топочной камерой реактор кипящего слоя с наклонной движущейся воздухораспределительной решеткой и ограждающими кипящий слой фронтовой и боковыми стенами, согласно полезной модели снабжена окнами для вывода коксового продукта, встроенными в боковые стены, ограждающие кипящий слой, по крайней мере в одну из них.
Кроме того, окна для вывода коксового продукта расположены на разной высоте относительно друг друга на уровне и ниже уровня зеркала кипящего слоя.
Повышение качества коксового продукта при обеспечении надежной эксплуатации установки объясняется тем, что через окна, встроенные в боковых стенах реактора, по крайней мере, в одной из них, с поверхности кипящего слоя выводится кокс высокого качества, обладающий, в том числе, высокой калорийностью, а движущейся наклонной решеткой из кипящего слоя выводятся выпадающая на ней порода и шлаковые агломераты, чем предотвращается спекание слоя с последующим его шлакованием и обеспечивается надежная эксплуатация установки.
Полезная модель поясняется чертежом, на котором схематично изображена предлагаемая установка для переработки угля с получением коксового продукта и тепловой энергии.
Кроме этого, на чертеже дополнительно обозначено следующее:
- вертикальной двойной линией со стрелкой, направленной сверху вниз, показана подача угля;
- вертикальной утолщенной линией со стрелкой, направленной сверху вниз, показан вывод коксового продукта из установки;
- вертикальной пунктирной линией со стрелкой, направленной сверху вниз, показан вывод провала воздухораспределительной решетки из установки;
- вертикальной пунктирной линией со стрелкой, направленной снизу вверх, показан вывод горячей воды из установки;
- вертикальной сплошной линией со стрелкой, направленной сверху вниз, показан вывод шлака из слоя;
- горизонтальной двойной линией со стрелкой, направленной справа налево, показана подача вторичного воздуха в топочную камеру;
- горизонтальной двойной линией со стрелкой, направленной слева направо, показан вывод дымовых газов из установки;
- горизонтальной пунктирной линией со стрелкой, направленной справа налево, показан ввод воды в коксоохладитель;
- горизонтальной сплошной линией со стрелкой, направленной справа налево, показана подача первичного воздуха в кипящий слой.
Установка для переработки угля с получением коксового продукта и тепловой энергии содержит котел 1 с топочной камерой 2, снабженной соплами 3 вторичного дутья, связанными с вентилятором вторичного воздуха (на чертеже не показан). Под топочной камерой 2 установлен реактор 4 кипящего слоя, оснащенный наклонной движущейся воздухораспределительной решеткой 5 цепного типа, которая является основным элементом установки, с кипящим слоем 6, огражденным фронтовой стеной 7 и боковыми стенами 8. Боковые стены 8, ограждающие кипящий слой 6, по крайней мере одна из них, снабжены окнами 9 для вывода коксового продукта. При этом окна 9 расположены на разной высоте относительно друг друга - на уровне зеркала 10 кипящего слоя 6 и ниже уровня зеркала 10 кипящего слоя.
Воздухораспределительная решетка 5 снабжена ведущими колесами 11 для приведения ее в движение. Внутри решетки 5 установлены газонепроницаемые перегородки 12, делящие внутрирешеточную полость на несколько автономных секций 13, каждая из которых снабжена своим окном 14 для подачи воздуха в кипящий слой 6 сквозь верхнюю часть, то есть верхнее полотно решетки 5. Под нижней частью, то есть нижним полотном, решетки 5 установлен лист 15, с которым она соприкасается, обеспечивающий газоплотность секций 13 снизу.
Реактор 4 кипящего слоя также снабжен бункером 16 для накопления и вывода материала, то есть провала, просыпающегося сквозь решетку 5, и бункером 17 для накопления и вывода шлака, породы и шлаковых агломератов. Бункер 17 для накопления и вывода шлака, породы и шлаковых агломератов связан с устройством удаления шлака (на чертеже не показано).
К окнам 14 подсоединены воздухопроводы 18 для подвода первичного воздуха, в свою очередь подключенные к вентилятору первичного воздуха (на чертеже не показан).
Установка для переработки угля с получением коксового продукта и тепловой энергии снабжена коксоохладителем 19 со встроенным водотрубным теплообменником 20 и бункером 21 для накопления и вывода охлажденного коксового продукта. Коксоохладитель 19 связан с окнами 9 для вывода коксового продукта коробами-течками 22, в свою очередь снабженными устройствами 23 регулирования расхода пропускаемого коксового продукта.
С фронта котла 1 на фронтовой стене 7 ректора 4 кипящего слоя установлено устройство 24 загрузки топлива.
Котел 1 оборудован поверхностью нагрева 25, соединенной с теплообменником 20 коксоохладителя 19 трубопроводом 26 в единый циркуляционный контур.
Кроме того, установка для переработки угля с получением коксового продукта и тепловой энергии снабжена дымососом (не показан на чертеже).
Установка для переработки угля с получением коксового продукта и тепловой энергии работает следующим образом.
На воздухораспределительной решетке 5 удерживается кипящий слой 6, в котором осуществляются процессы переработки угля, включающие высушивание и разложение органической массы с выходом летучих. Температура кипящего слоя поддерживается в диапазоне 650-950°C за счет частичного окисления горючих первичным воздухом, подаваемым от вентилятора первичного воздуха в кипящий слой 6 по воздухопроводам 18 через окна 14 и верхнее полотно решетки 5, в количестве 10-35% от теоретически необходимого для полного сгорания вводимого топлива.
Исходное топливо в дробленом виде устройством 24 загрузки топлива подается в установку непосредственно в кипящий слой 6 или, как показано на чертеже, на зеркало 10 кипящего слоя.
Получаемый коксовый продукт из кипящего слоя 6 через окна 9 для вывода коксового продукта по коробам-течкам 22, снабженным устройствами 23 регулирования расхода коксового продукта, выводится в коксоохладитель 19, в котором охлаждается водотрубным теплообменником 20 до требуемой температуры.
Лучшим по качеству является коксовый продукт, выводимый с поверхности зеркала 10 кипящего слоя 6, поэтому при работе установки используются окна 9 для вывода кокосового продукта, которые в момент работы установки находятся на уровне зеркала 10 кипящего слоя 6. Остальные окна 9, расположенные ниже, должны быть выведены из работы с помощью соответствующих устройств 23 регулирования расхода коксового продукта путем их закрытия.
Выполнение окон 9 для вывода коксового продукта в боковых стенах 8 на разной высоте относительно друг друга обеспечивает возможность регулирования производительности установки по теплу и коксовому продукту. Например, для уменьшения производительности установки необходимо устройством 24 загрузки топлива уменьшить подачу угля с соответствующим уменьшением расхода первичного воздуха вентилятором первичного воздуха, что требуется для сохранения температуры кипящего слоя 6. При установленной скорости движения решетки указанные действия повлекут уменьшение объема кипящего слоя 6. При достижении объемом слоя величины, требуемой условием сохранения времени переработки топлива, скорость движения решетки необходимо уменьшить. С уменьшением объема кипящего слоя 6 соответственно снижается уровень зеркала 10 кипящего слоя, поэтому для обеспечения беспрерывного вывода коксового продукта необходимо задействовать в работу нижние окна 9 путем открытия соответствующих устройств 23 регулирования расхода коксового продукта.
Порода, образующиеся в процессе переработки угля шлаковые агломераты и возможные посторонние включения выводятся из кипящего слоя 6 верхним полотном наклонной воздухораспределительной решетки 5 и сбрасываются в бункер 17 для накопления и вывода шлака, откуда удаляются устройством удаления шлака.
Просыпь сквозь решетку 5 материала кипящего слоя 6 выводится нижним полотном решетки 5 в бункер 16 для накопления и вывода материала, то есть провала, откуда удаляется устройством удаления шлака.
Переработка топлива в кипящем слое 6 при температурах 650-950°C сопровождается растрескиванием частиц угля, их механическим разрушением и уменьшением плотности вследствие выхода влаги и летучих. В результате, выходящими из кипящего слоя 6 газами, состоящими из продуктов газификации летучих и кокса и неокисленной части летучих, в объем топочной камеры 2 выносится твердая фаза - унос, включающий мелкие частицы угля и коксового продукта, а также частицы породы и шлака.
Горючие газа и унос, попавшие в объем топочной камеры 2, дожигаются за счет вторичного воздуха, вводимого соплами 3 вторичного дутья, поступающего от вентилятора вторичного воздуха.
Образующиеся в топочной камере 2 дымовые газы охлаждаются поверхностью нагрева 25 котла 1 и выводятся дымососом.
Получаемая в установке полезная тепловая энергия складывается из тепла, полученного водой от дымовых газов в поверхности нагрева 25 котла 1 и от коксового продукта в теплообменнике 20 коксоохладителя 19.
Таким образом, предложенная установка позволяет перерабатывать уголь с получением высококачественного коксового продукта и тепловой энергии при обеспечении надежной работы.