СПОСОБ МЕХАНОАКТИВАЦИИ УГЛЯ МИКРОПОМОЛА ПЕРЕД СЖИГАНИЕМ
METHOD TO MECHANICALLY ACTIVATE MICROGROUND COAL PRIOR TO BURNING

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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления заявляемого изобретения с получением вышеуказанного технического результата, состоят в следующем.
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.
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.
Технический эффект от использования предложенного изобретения состоит в следующем.
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.
Таким образом, изложенные выше сведения показывают, что при использовании заявляемого изобретения выполнена следующая совокупность условий:
- средство, воплощающее заявляемое изобретение при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, а именно при механоактивации угля микропомола перед сжиганием;
- 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;
- средство, воплощающее заявляемое изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.
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.
Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию «промышленная применимость» по действующему законодательству.