ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЛИНИЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ВОДОУГОЛЬНОГО ТОПЛИВА И ЕГО СЖИГАНИЯ

Полезная модель относится к способам приготовления водоугольного топлива (ВУТ) для его последующего сжигания и может быть использована в теплоэнергетике.
Известен ряд технологических линий для получения водоугольного топлива, в которых применяется различное оборудование для измельчения и активации угля. Широко применяется использование гидравлических ударов, гидродинамической кавитации.
7
Известна технология изготовления жидких композиционных топливных смесей (Патент RU №2185244, МПК В02С 21/00, опубл. 20.07.2002 г.). Техническим результатом является повышение эффективности измельчения твердых компонентов жидкого топлива и снижение металло- и энергоемкости технологического оборудования. Для этого сперва выполняют предварительное измельчение в дезинтеграторе, содержащем корпус с входным и выходным патрубками, два рабочих органа в виде дисков противоточного вращения, на которых концентричными рядами размещены измельчающие элементы, обращенные друг к другу, и ряды одного диска размещены между рядами другого. При этом в основании входного патрубка на валу одного из дисков введен шнек, помогающий измельчать исходные материалы любой влажности. Последующее тонкое измельчение, производимое многократно за один проход, выполняют в устройстве гидроударного действия, содержащем корпус с входным и выходным патрубками, ротор центробежного насоса на приводном валу и статор.
В дезинтеграторе измельчающие элементы-цилиндры установлены концентрическими рядами на малом расстоянии друг от друга. При вращении дисков внутри камеры, заполненной суспензией, в суспензии возбуждается пузырьковая кавитация. В силу малости расстояния между цилиндрами, кавитация возбуждается непосредственно вблизи поверхностей цилиндров. И, как следствие, цилиндры подвергаются кавитационной эрозии.
7
Известна технологическая линия (Патент RU №2249029, МПК С10L 1/32, В01F 7/12, В01F 7/28, опубл. 27.03.2005 г.) получения водоугольного топлива и его сжигания. Линия включает измельчение угля в молотковой дробилке до фракции 0-10 мм, крупный помол полученной твердой составляющей в кавитационном смесителе с одновременной деминерализацией ее, тонкий помол полученного твердого топливного продукта в кавитационном смесителе с водой. В кавитационный смеситель крупного помола добавляют 0,005% мас. щелочного реагента, до 3,5% мас. углестабилизирующей добавки и воду с поддержанием пульпы турбиной смесителя во взвешенном состоянии. Полученную суспензию направляют на гидроклассификатор для отделения угольных частиц размером более 800 мкм и минеральных частиц, а отделенные частицы минералов и угля подают в гидроциклон для отделения частиц угля и возврата их в смеситель, а минералов в отвал. Суспензию после отделения крупной фракции угля и минералов направляют в диспергатор тонкого помола с получением частиц твердой фазы 0-250 мкм, где еще раз компоненты суспензии подвергаются одновременному доизмельчению и перемешиванию, с последующим направлением смеси в емкость для накопления и хранения, из которой она насосом подается к горелкам котла.
Недостатком технологической линии является наличие кавитационных измельчителей отдельно для крупного измельчения и для мелкого измельчения, что усложняет технологическую линию. Кроме того, кавитационные измельчители крупного помола достаточно энергоемки.
щ
c
c
Наиболее близким техническим решением является технологический комплекс по переработке угля (Свидетельство на полезную модель RU №57279, МПК С10L 1/32, опубл. 10.10.2006 г.). Комплекс включает установку для его дробления и мокрого обогащения с получением концентрата, породы и угольных шламов, станцию с котлоагрегатами для получения тепловой и(или) электрической энергии, отличающийся тем, что комплекс дополнительно оборудован установкой для получения высококонцентрированной водоугольной суспензии, представленной механическим смесителем с дозированной подачей в него угольных шламов и технической воды с пластифицирующей добавкой, разгрузочный патрубок которого снабжен контрольным ситом с вибратором, а приемная емкость выполнена в виде двух последовательных гидравлически связанных между собой отсеков, в последующем из которых установлен погружной насос-активатор, напорный патрубок которого соединен трубопроводом с аккумулирующей емкостью, при этом топки котлоагрегатов оборудованы вихревыми камерами для сжигания полученной суспензии, подаваемой насосами из аккумулирующей емкости через фильтры тонкой очистки на форсунки, причем размер щелей фильтров определяется соотношением h≤d/3, где d - диаметр сопел форсунок.
Недостатком данного решения является использование большого числа единиц оборудования для проведения измельчения и активации и дополнительное использование фильтров тонкой очистки.
Из вышесказанного следует, что в разработке установок для получения водоугольного топлива и его сжигания имеются нерешенные проблемы.
Задачей полезной модели является получение с использованием простой технологической линии водоугольного топлива (ВУТ) и его сжигания, обладающего высоким энергетическим потенциалом, экологической чистотой, низкой себестоимостью и широкой сферой применения.
Задача решается с помощью технологической линии для производства водоугольного топлива и его сжигания. Линия включает оборудование для предварительной подготовки угля и его аккумуляции, оборудование для мокрого измельчения до заданной крупности, систему дозированной подачи воды и реагента-пластификатора на мокрое измельчение, оборудование для активации, аккумулирующую емкость, станцию с котлоагрегатами для получения тепловой и/или электрической энегрии, технологически связанные между собой конвейерами и трубопроводами.
В качестве оборудования для мокрого измельчения установлена шаровая барабанная мельница, связанная с системой дозированной подачи воды и реагента-пластификатора, и классификатором. Классификатор снабжен линией трубопроводов для возврата крупной фракции угля в шаровую барабанную мельницу, и линией трубопроводов для подачи угля с заданной фракцией на оборудование для активации.
Оборудование для активации включает по крайней мере один генератор кавитации для кавитационной обработки, содержащий корпус с внутренней рабочей камерой и патрубками для подвода суспензии в камеру с шаровой барабанной мельницы и отвода готового водоугольного топлива в аккумулирующую емкость или на станцию с котлоагрегатами для сжигания водоугольного топлива, в камере генератора кавитации размещен приводной вал, на котором установлен активатор, активатор выполнен в виде диска, на котором по нормали к его боковым поверхностям вдоль радиуса активатора на пилонах обтекаемой формы установлены подвижные кавитаторы, перекрывающие рабочую камеру с некоторым зазором от ее торцевых стенок, а на торцевых стенках рабочей камеры также на обтекаемых пилонах установлены подобные неподвижные кавитаторы.
На линии подачи водоугольного топлива в котлоагрегат установлены пневматические форсунки, содержащие корпус с патрубком для подвода сжатого газа, установленную по оси корпуса с возможностью осевого перемещения трубу для подачи водоугольного топлива, на торце которой расположен распыливающий насадок, и воздушное сопло, образованное выступом на внутренней стенке корпуса и кольцевой насадкой на трубе для подачи жидкости.
Пневматические форсунки имеют диффузор с выпуклой со стороны потока жидкости формой его образующей, а кольцевая насадка на трубе ниже газового сопла выполнена в форме сходящейся к оси корпуса выпуклой головки, при этом длина головки ниже газового сопла имеет размер порядка диаметра выходного сечения диффузора.
Предпочтительно аккумулирующая емкость оснащена дополнительно генератором кавитации, установленным на линии трубопроводов для подачи водоугольной смеси на станцию с котлоагрегатами.
Предпочтительно размер частиц для кавитационной обработки в генераторе кавитации составляет не более 500 мкм.
На Фиг.1 показана схема технологической линии.
На Фиг.2 показан генератор кавитации.
На Фиг.3 показана пневматическая форсунка.
Технологическая линия для предварительной обработки включает бункер 1 для угля. С бункера 1 с помощью ленточного транспортера 2 уголь подается в шаровую мельницу 3, туда же с использованием известного дозировочного оборудования подаются вода и реагенты-пластификаторы (0,5 мас.% на уголь), диспергирующие агенты. В качестве шаровых мельниц используются любые, известные из уровня техники с необходимой энергонапряженностью в зависимости от мощности технологической линии.
Затем обработанное водоугольное топливо направляют в гидроклассификатор 4, где происходит разделение ВУТ на два потока, отличающихся размером частиц.
Поток частиц размером больше 500 мкм подают в рецикл обратно в шаровую мельницу 3 вместе с исходным углем. Поток частиц размером меньше 500 мкм подают на дальнейшее измельчение и кавитационную обработку в генератор кавитации 5.
Прошедшее обработку и активацию в генераторе кавитации 5 ВУТ подается в аккумулирующую емкость 6 с последующей подачей через пневматические форсунки 7 в котлоагрегат 8. В том случае, если котлоагрегаты 8 находятся на значительном расстоянии от места приготовления ВУТ, топливо из аккумулирующей емкости 6 автотранспортом доставляется до котлоагрегата 8, который в этом случае дополнительно оснащен накопительной емкостью. На линии подачи ВУТ из аккумулирующей (или накопительной) емкости 6 может быть дополнительно установлен генератор кавитации 5 с меньшей мощностью при длительном хранении ВУТ.
В качестве генератора кавитации предлагается использовать изобретение по Патенту РФ №2115176, G10K 15/04, 1998. Генератор кавитации 5 (Фиг.2) содержит корпус 9 с рабочей камерой 10 и входным патрубком 11 и выходным патрубком 12 для подвода в камеру и отвода из нее ВУТ. В рабочей камере установлен приводной вал 13 с активатором 14. Активатор 14 выполнен в виде диска, на котором по нормали к его боковым поверхностям вдоль радиуса активатора на пилонах обтекаемой формы установлены подвижные кавитаторы 17. Кавитаторы 17 установлены на диске с помощью обтекаемых пилонов 16. Кавитаторы 17 перекрывают рабочую камеру 10 с некоторым зазором от ее торцевых стенок 15. На стенках 15 установлены цилиндрические неподвижные кавитаторы 18.
Из аккумулирующей емкости 6 через пневматические форсунки ВУТ подается в котлоагрегат 8.
В качестве форсунки предлагается использовать изобретение по патенту № 2346756.
На Фиг.3 представлен продольный разрез предложенной форсунки.
Форсунка содержит корпус 19 с патрубком 20 для подачи сжатого воздуха, трубу 21 для подачи ВУТ, переходящую в диффузор 22, и кольцевую насадку 23, формирующую кольцевое газовое сопло 24.
Образующей диффузорного сопла 22, согласно изобретению, преимущественно придана форма дуги окружности, плавно сопряженной с продольной образующей внутренней стенки трубы для подачи ВУТ.
Предлагаемая технологическая линия по приготовлению ВУТ и его сжиганию работает следующим образом.
Исходное сырье с угольного склада подается в бункер 1. С бункера 1 с помощью ленточного транспортера 2 предварительно дробленный уголь подается в шаровую мельницу 3, где разбавляется водой до необходимой влажности. В шаровую мельницу 3 одновременно подается пластификатор. После обработки в шаровой мельнице 3 ВУТ подается в гидроклассификатор 4. С гидроклассификатора 4 поток с размером частиц меньше 500 мкм направляют в генератор кавитации 5.
Предлагаемый генератор кавитации 5 работает следующим образом. Предварительно измельченный материал в шаровой мельнице 3 в жидкой среде подается через входной патрубок 11 в рабочую камеру 10. Приводной вал 13 с активатором 14 вращается в корпусе 9. Благодаря активатору 14 с размещенными на нем кавитаторами 17 жидкая среда с измельчаемым материалом вовлекается во вращательное движение и одновременно тормозится неподвижными стенками рабочей камеры 10 совместно с кавитаторами 18. При этом неподвижные кавитаторы 18 обтекаются потоком суспензии, создаваемым активатором 14, а подвижные кавитаторы 17 движутся в суспензии, подторможенной стенками камеры 10. В результате за каждым из подвижных и неподвижных кавитаторов формируются мощные пульсационные поля и, как следствие, образуются облака возникающих и охлопывающихся паровых пузырьков. Известно, что в суспензии с появлением растягивающих напряжений (обусловленных пульсациями давления) паровые пузырьки образуются преимущественно на твердых частицах. При схлопывании этих пузырьков возникают ударные волны большой интенсивности, которые и разрушают частицы угля, на которых пузырьки образовались.
Периодическое проскакивание подвижных кавитаторов относительно неподвижных усиливает динамичность кавитационных зон за кавитаторами и, тем самым, повышает интенсивность кавитационной обработки ВУТ. В силу наличия обтекаемых пилонов в местах крепления кавитаторов и наличия зазоров между кавитаторами и близлежащими стенками с их свободных концов, пузырьковая кавитация возникает за кавитаторами внутри объема ВУТ и не возникает на стенках камеры и активатора, благодаря чему стенки камеры и активатора не подвержены кавитационной эрозии.
При работе генератора в проточном варианте водоугольная суспензия поступает в камеру 10 через патрубок 11, расположенный около оси симметрии камеры, и выходит из камеры через выходной патрубок 12, размещенный на периферии камеры 11. Проходя путь от патрубка 11 к патрубку 12, частицы угля многократно подвергаются воздействию кавитации и разрушаются. Регулируя скорость движения суспензии через камеру 10, можно добиться нужного измельчения частиц угля в проточном режиме работы генератора.
ВУТ после измельчения до необходимого размера через патрубок 12 по трубопроводу поступает в аккумулирующую емкость 6.
Предлагаемый генератор кавитации надежен в работе, отличается простотой, длительной работой без поломок, позволяет проводить многократную обработку ВУТ, как в одном генераторе кавитации, путем возврата обработанной жидкости через линию циркуляции, так и путем дополнительной обработки в генераторе кавитации 5, установленном после аккумулирующей емкости 6. Количество генераторов кавитации 5 зависит также от мощности технологической линии.
Обработанное водоугольное топливо может подаваться непосредственно в котлоагрегат 8 через пневматическую форсунку 7 или храниться на складе для последующей доставки или транспортировки на станцию с котлоагрегатами 8 для сжигания.
Предложенная для использования в технологической линии пневматическая форсунка показана на Фиг.3. Газ подается в корпус 19 через патрубок 20. Струя газа, вытекающая из сопла 24, движется вдоль сходящейся наружной стенки насадки 23 и фокусируется на оси симметрии. При этом какая-то часть газа после столкновения на оси симметрии разворачивается и образует возвратную струю типа кумулятивной.
Подача ВУТ под напором в трубу 21 приводит к формированию жидкой струи, вытекающей из диффузорного сопла 22.
В результате взаимодействия с возвратной газовой струей, осесимметрическая жидкая струя разрушается и растекается конической струей по стенкам диффузора. Толщина конической струи с удалением от вершины конуса уменьшается. На выходе из диффузора жидкая струя сталкивается с газовой струей и, в результате, образуется газокапельный поток ВУТ. Какая-то часть мелких капель жидкости попадает и в возвратную газовую струйку. Однако капли только увеличивают среднюю плотность потока по сравнению с чистым газом, и эффективность возвратной струйки как разрушителя сосредоточенной струи ВУТ увеличивается.
Испытания на водоугольном топливе показали хорошее качество распыления ВУТ, высокую износоустойчивость форсунки и равномерную подачу ВУТ в котлоагрегат 8, что создает благоприятные условия для сгорания топлива с минимальным содержанием вредных выбросов в атмосферу,
При функционировании технологической линии с использованием предлагаемого оборудования получен синергетический эффект, который не получается при замене хотя бы одной единицы предлагаемого оборудования.
В единой технологической линии предложено использовать оборудование для предварительного измельчения, разделения ВУТ, кавитационной обработки и подачи ВУТ на станцию с котлоагрегатами для сжигания, которое легко согласовывается между собой при приготовлении топлива и надежно в работе. ВУТ обладает высокой стабильностью и не расслаивается при хранении.
Полученное ВУТ можно направлять как непосредственно в котлоагрегаты, так и хранить в резервуаре. Энергозатраты на приготовление ВУТ в предлагаемой технологической линии минимальны.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является создание простой технологической линии для приготовления ВУТ и сжигания его, позволяющей минимизировать энергозатораты на приготовление ВУТ, с низкой себестоимостью и широкой сферой применения, и проводить сжигание его с экологической чистотой (минимальными выбросами вредных веществ).