СПОСОБ СЖИГАНИЯ ВОДОУГОЛЬНОЙ И ПОРОДНОЙ СМЕСИ
COMBUSTION METHOD OF COAL-WATER AND ROCK MIXTURE

Изобретение относится к топливно-энергетической промышленности и может быть использовано при переработке отходов обогащения каменного угля.
Известен способ слоевого сжигания каменного угля в котельных [1], сущность которого заключается в сжигании каменного угля на колосниках (подвижных или неподвижных). Розжиг каменного угля заключается в загрузке на колосники дров, на которые укладывается слой угля, дрова поджигаются, в топку подается вентилятором окислитель, в качестве которого применяется воздух, подаваемый под колосники в зону горения. Передача тепла от горящего угля и от топочных газов передается излучением и конвекцией на нагревательные трубы. Охлажденные и отработанные газы эвакуируются по газоходам и трубе в атмосферу. В большинстве случаев топочные газы из котельной сбрасываются в атмосферу без очистки от пыли. Пыль представляет собой мелкие части минеральных примесей угля и недогоревший уголь, не прошедший стадию горения. На коммунальных котельных применяется рядовой уголь (без дополнительной переработки) и в редких случаях подвергается измельчению. В зависимости от типа камеры сжигания, качества угля и мастерства обслуживающего персонала в шлаке остается до 43% несгоревшего топлива.
Недостатки слоевого сжигания каменного угля в коммунальных котельных заключаются в неполном сжигании угля, отсутствии газоочистки и подготовки угля к сжиганию. В результате большие потери угля, высокие выбросы вредных веществ в атмосферу (особенно пыли золы). Большое количество шлака не находит широкого применения либо применяется в небольших количествах для производства стеновых строительных камней (шлакоблоков) и подсыпки дорог.
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является способ сжигания каменного угля в топках тепловых электрических станций [2], где применяется измельчение угля, что позволяет увеличить количество тепла, и действуют очистные сооружения для очистки дымовых газов. Для примера можно сказать, что содержание углерода в шлаке ТЭЦ ОАО ЗСМК составляет 2%. Для повышения качества угля применяют его обогащение, что сопровождается образованием большого количества отходов, в которых содержится недостаточное количество углерода и большое количество воды. Такие отходы невозможно сжигать в бытовых печах, коммунальных котельных и топках тепловых электрических станций. Эта проблема не решается известными способами сжигания каменного угля.
Задачей изобретения является разработка способа сжигания водоугольной и породной смеси и утилизация отходов обогащения угля.
Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что сжигание водоугольной и породной смеси производят в предварительно разогретой до температуры 1100°C камере горения, на стенки которой через форсунки подают воздух, обогащенный кислородом на 3-5%, и водоугольную и породную смесь; а зону горения подвергают воздействию ультразвуком частотой 18-25 кГц.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем. При обогащении каменного угля образуется большое количество отходов, которые представляют массу, содержащую угольную пыль до 50% и породу (минеральная часть угля) до 50%. Масса в равном количестве содержит воду 50-70%, не находит применения и не горит из-за низкого содержания в них горючей массы, а именно каменного угля. Удалить из массы воду не представляется возможным, поэтому предлагается водоугольную и породную смесь сжигать, для чего предварительно нагревают стенки камеры горения до температуры не ниже 1100°C и через фурмы подают на них смесь. В качестве окислителя применяют воздух с добавкой 3-5% кислорода. Применение окислителя, обогащенного кислородом, увеличивает скорость и полноту сжигания отходов.
В предлагаемом способе для предварительного подогрева камеры горения стенки разогревают газовыми горелками, а в качестве топлива применяют природный газ. При подаче на разогретые стенки камеру горения водоугольной и породной смеси она воспламеняется.
Предлагаемый способ позволяет сжигать водоугольные и породные смеси и получить тепло.
При исследовании для нагрева камеры горения использовали дрова, уголь, керосин, бензин, мазут.
Установлено, что с применением дров, угля и мазута не достигают нагрева стенок камеры до необходимой температуры 1100°C.
От применения бензина и керосина отказались по правилам техники безопасности.
Применение мазута требует специальных методов его подготовки.
Исследования выполнены на экспериментальной установке, содержащей камеру горения, футерованную огнеупорным кирпичом.
Применяли натуральную водоугольную и породную смесь шахты «Коксовая» г.Прокопьевск, Кемеровской области. Стенки камеры горения разогрели до 1130°C горелками с применением природного газа. После окончания нагрева стенок камеры на них двумя горелками подавали водоугольную и породную смесь.
При этом наблюдалось интенсивное горение водоугольной и породной смеси в камере.
По окончании опыта камеру остудили и отобрали пробу золы от сжигания отходов. Химическим анализом установлено, что в золе содержалось 10% несгоревшего углерода.
В процессе эксперимента наблюдали стабильное горение водоугольной и породной смеси в камере сжигании.
Аналогично был выполнен второй опыт. Различие заключалось в том, что в период горения водоугольной и породной смеси применяли ультразвук. Для этого волновод ультразвукового генератора направили на зону горения. Частота ультразвука составляла 19 кГц. Для эксперимента применяли ультразвуковой генератор марки УЗГ-10. В качестве окислителя в период сжигания в камеру подавали воздух с добавкой 3-5% кислорода из кислородного баллона. При этом визуально наблюдали более интенсивное горение водоугольной и породной смеси.
По окончании опыта отобрали пробу золы, полученную в результате сжигания водоугольной и породной смеси, содержание углерода в золе составило 0,4% (по массе).
Предлагаемый способ позволяет более полно сжигать уголь в водоугольной и породной смеси, дополнительно получать тепло и утилизировать отходы обогащения угля.
Источники информации
1. Лисиенко В.Г., Щелохов Я.М., Ладыгичев М.Г.. Топливо. Рациональное сжигание, управление и технологическое использование. Справочник. Книга З.М., «Теплотехник». 2003. - С.18-29.
2. Лисиенко В.Г., Щелохов Я.М., Ладыгичев М.Г.. Топливо. Рациональное сжигание, управление и технологическое использование. Справочник. Книга З.М., «Теплотехник». 2003. - С.104-125.