СПОСОБ АКТИВИРОВАНИЯ ФРАКЦИОНИРОВАННЫХ ПО РАЗМЕРУ УГОЛЬНЫХ ЧАСТИЦ (ВАРИАНТЫ)
METHOD OF ACTIVATING FRACTIONATED BY SIZE COAL PARTICLES (VERSIONS)

Изобретение относится к области промышленной теплоэнергетики и может быть использовано при получении активированного угля.
Известен способ активирования нефракционированных по размеру угольных частиц путем непрерывной пересыпки и облучения противоточным парогазовоздушным факелом во вращающемся наклоненном относительно горизонтальной плоскости барабанном реакторе с нагревом, выделением и выжиганием летучих веществ, образованием и выводом из реактора в атмосферу смеси летучих веществ и продуктов сгорания (X.Кинле, Э.Бадер. Активные угли и их промышленное применение. Л.: Химия, 1984, с.50-51, рис.4.4). Недостатком способа является подача на активирование нефракционированных угольных частиц, поддержание газового факела парогазовоздушной смесью, вводимой в реактор общим потоком, а также вывод из реактора и сброс в атмосферу смеси продуктов сгорания и летучих веществ, выведенных из угольных частиц в процессе активирования, что приводит к сверхнормированному загрязнению атмосферы и перерасходу газообразного топлива.
Известен также способ активирования нефракционированных по размеру угольных частиц путем непрерывной пересыпки и облучения противоточным парогазовоздушным факелом во вращающемся наклоненном относительно горизонтальной плоскости барабанном реакторе с нагревом, выделением и выжиганием летучих веществ, образованием и выводом из реактора смеси летучих веществ и продуктов сгорания, последующими пересыпкой и охлаждением противоточным потоком продуктов сгорания во вращающемся наклоненном относительно горизонтальной плоскости барабанном охладителе, сброса в атмосферу продуктов сгорания (В.Г.Лисиенко, Я.М.Щелоков, М.Г.Ладыгичев. Вращающиеся печи: теплотехника, управление и экология. Справочное издание в 2-х книгах. Книга 1. Под редакцией В.Г.Лисиенко. М.: Теплотехник, 2004, с.15-18, рис.В.3). При наличии охладителя способ обеспечивает более высокий термический КПД технологического процесса. Однако в отсутствие размерного фракционирования активируемых частиц, подаче в реактор общим потоком смеси газа, пара и воздуха, выводе непрогоревшей смеси продуктов сгорания и летучих веществ в атмосферу, способу характерны те же недостатки по сверхнормируемому загрязнению атмосферы и перерасходу газообразного топлива.
Известен также способ термообработки фракционированных по размеру сыпучих частиц путем непрерывной пересыпки и облучения противоточным факелом во вращающемся наклоненном относительно горизонтальной плоскости барабанном реакторе, вывода из реактора в атмосферу продуктов сгорания (авторское свидетельство СССР №1458675, МПК F27В 7/36 от 14.10.86 г.; Б.И. №6 от 15.02.89 г.). Фракционированием добиваются снижения потребления топлива, вводимого в реактор для поддержания факельного процесса. Однако из-за значительного сброса в атмосферу в смеси с продуктами сгорания большого количества летучих веществ, образуемых при активировании угольных частиц, по-прежнему высоко количество загрязняющих веществ, выводимых в атмосферу, а также значителен расход потребляемого топлива.
Кроме того, известен способ термообработки угольных частиц в режиме активирования путем непрерывной пересыпки и взаимодействия с противоточным факелом, формируемым струями газа, пара и воздуха, на наклоненной относительно горизонтальной плоскости решетке камерного реактора с нагревом, выделением и выжиганием летучих веществ, образованием и выводом из реактора смеси летучих веществ и продуктов сгорания, последующими пересыпкой и охлаждением противоточным потоком продуктов сгорания на наклоненной относительно горизонтальной плоскости решетке камерного охладителя, дожигания летучих веществ и сброса в атмосферу продуктов сгорания (Л.Н.Сидельковский, В.Н.Юренев. Парогенераторы промышленных предприятий. М.: Энергия, 1978, с.80-81, рис.6-15). Недостаток способа - высокий расход газа и потерь теплоты при ведении процесса активирования угля.
Известен также способ охлаждения термообработанного, в том числе активированного, угля, пересыпаемого на наклоненной относительно горизонтальной плоскости решетке камерного охладителя (авторское свидетельство СССР №1719783, МПК F23С 11/02 от 24.07.89 г.; Б.И. №10 от 15.03.92 г.).
Известен наиболее близкий предлагаемому способ активирования фракционированных по размеру угольных частиц путем непрерывной пересыпки и облучения противоточным факелом, формируемым струями газа, пара и воздуха, во вращающемся наклоненном относительно горизонтальной плоскости барабанном реакторе с нагревом, выделением и выжиганием летучих веществ, образованием и выводом из реактора смеси летучих веществ и продуктов сгорания, последующими пересыпкой и охлаждением противоточным потоком продуктов сгорания во вращающемся наклоненном относительно горизонтальной плоскости барабанном охладителе, дожигания летучих веществ и сброса в атмосферу продуктов сгорания (В.Г.Лисиенко, Я.М.Щелоков, М.Г.Ладыгичев. Вращающиеся печи: теплотехника, управление и экология. Справочное издание в 2-х книгах. Книга 1. Под редакцией В.Г.Лисиенко. М.: Теплотехник, 2004, с.11-15, рис.В. 1г). При реализации способа сжигаются летучие вещества, выделенные из частиц в реакторе. Недостаток способа - большие тепловые потери, возникающие в отсутствие системы утилизации выводимой из процесса активирования теплоты, а также большой расход газа.
Техническая задача изобретения - снижение потерь теплоты и расхода газа.
Для решения задачи предлагаются четыре варианта способа активирования фракционированных по размеру угольных частиц.
По первому варианту поставленная задача решается в способе активирования фракционированных по размеру угольных частиц путем непрерывной пересыпки и взаимодействия с противоточным факелом, формируемым струями газа, пара и воздуха, во вращающемся наклоненном относительно горизонтальной плоскости барабанном реакторе с нагревом, выделением и выжиганием летучих веществ, образованием и выводом из реактора смеси летучих веществ и продуктов сгорания, последующими пересыпкой и охлаждением противоточным потоком продуктов сгорания во вращающемся наклоненном относительно горизонтальной плоскости барабанном охладителе, дожигания летучих веществ и сброса в атмосферу продуктов сгорания, при реализации которого, согласно изобретению, факел формируют раздельно вводимыми струями газа, воздуха, пара и продуктов сгорания, причем пар получают в котле-утилизаторе при дожигании смеси летучих веществ, продукты сгорания выводят из охладителя, а в охладитель подают продукты сгорания из котла-утилизатора.
По второму варианту поставленная задача решается в способе активирования фракционированных по размеру угольных частиц путем непрерывной пересыпки и взаимодействия с противоточным факелом, формируемым струями газа, пара и воздуха, на наклоненной относительно горизонтальной плоскости решетке камерного реактора с нагревом, выделением и выжиганием летучих веществ, образованием и выводом из реактора смеси летучих веществ и продуктов сгорания, последующими пересыпкой и охлаждением противоточным потоком продуктов сгорания на наклоненной относительно горизонтальной плоскости решетке камерного охладителя, дожигания летучих веществ и сброса в атмосферу продуктов сгорания, при реализации которого, согласно изобретению, факел формируют раздельно вводимыми струями газа, воздуха, пара и продуктов сгорания, причем пар получают в котле-утилизаторе при дожигании смеси летучих веществ, продукты сгорания выводят из охладителя, а в охладитель подают продукты сгорания из котла-утилизатора.
По третьему варианту поставленная задача решается в способе активирования фракционированных по размеру угольных частиц путем непрерывной пересыпки и взаимодействия с противоточным факелом, формируемым струями газа, пара и воздуха, на наклоненной относительно горизонтальной плоскости решетке камерного реактора с нагревом, выделением и выжиганием летучих веществ, образованием и выводом из реактора смеси летучих веществ и продуктов сгорания, последующими пересыпкой и охлаждением противоточным потоком продуктов сгорания во вращающемся наклоненном относительно горизонтальной плоскости барабанном охладителе, дожигания летучих веществ и сброса в атмосферу продуктов сгорания, при реализации которого, согласно изобретению, факел формируют раздельно вводимыми струями газа, воздуха, пара и продуктов сгорания, причем пар получают в котле-утилизаторе при дожигании смеси летучих веществ, продукты сгорания выводят из охладителя, а в охладитель подают продукты сгорания из котла-утилизатора.
По четвертому варианту поставленная задача решается в способе активирования фракционированных по размеру угольных частиц путем непрерывной пересыпки и взаимодействия с противоточным факелом, формируемым струями газа, пара и воздуха, во вращающемся наклоненном относительно горизонтальной плоскости барабанном реакторе с нагревом, выделением и выжиганием летучих веществ, образованием и выводом из реактора смеси летучих веществ и продуктов сгорания, последующими пересыпкой и охлаждением противоточным потоком продуктов сгорания на наклоненной относительно горизонтальной плоскости решетке камерного охладителя, дожигания летучих веществ и сброса в атмосферу продуктов сгорания, при реализации которого, согласно изобретению, факел формируют раздельно вводимыми струями газа, воздуха, пара и продуктов сгорания, причем пар получают в котле-утилизаторе при дожигании смеси летучих веществ, продукты сгорания выводят из охладителя, а в охладитель подают продукты сгорания из котла-утилизатора.
При реализации общих для всех четырех вариантов отличительных признаков активирования угольных частиц при формировании факела раздельными струями газа, воздуха, пара и продуктов сгорания, использовании пара и продуктов сгорания от котла-утилизатора, включенного в технологический цикл активирования угольных частиц, достигается снижение потерь теплоты и расхода газа в сравнении с известными аналогами не менее чем на 10-20%. Кроме того, сокращается доля выгораемых мелких частиц угля.
Предлагаемый способ поясняется чертежами.
На фиг.1 показана установка по производству активированного угля с вращающимися барабанными реактором и охладителем; на фиг.2 - узел раздельного ввода газа, воздуха и пара, вид А на фиг.1; на фиг.3 - установка по производству активированного угля с камеральными реактором и охладителем, оснащенными механическими решетками; на фиг.4 - узел раздельного ввода газа, воздуха, пара, вид Б на фиг.3.
Установка на фиг.1, 2 реализует способ по первому варианту и состоит из системы подачи предварительно фракционированных по размеру частиц 1 исходного угля, включающей бункер 2, шнековый питатель 3, пластинчатый питатель 4, течку 5, камеру аспирации 6 с патрубком 7 вывода смеси пыли, горючих газов, паров воды и продуктов сгорания, а также вращающийся барабанный реактор 8, наклоненный относительно горизонтальной плоскости 8 на угол α, с верхней торцевой стеной 9, подключенной к течке 5, и нижней торцевой стеной 10 с узлом 11 раздельного ввода струй газа 12, воздуха 13 и пара 14; участок 15 реактора 8 оснащен течкой 16, подключенной к верхней торцевой стене 17 вращающегося барабанного охладителя 18, имеющего также нижнюю торцевую стену 19 с узлом 20 ввода потока продуктов сгорания 21; охладитель 18 наклонен к горизонтальной плоскости γ на угол β; участок 22 охладителя 18, примыкающий к торцевой стене 19, оснащен течкой 23 вывода готового продукта - частиц 24 активированного угля. Особенностью установки на фиг.1 является котел-утилизатор 25, имеющий топку 26, поверхности нагрева 27 и систему очистки 28; топка 26 котла-утилизатора 25 подключена газоходом 29 к течке 7 камеры аспирации 6, а система очистки 28 газоходом 30 к дымовой трубе (на фиг.1 не показана), выводящей часть продуктов сгорания 21 в атмосферу, и газоходом 31 к дымососу 32, направляющему другую часть продуктов сгорания 21 в узел 20 ввода охладителя 18. Отгрузка частиц 24 активированного угля осуществляется через течку 23 и систему выгрузки 33. Узел 11 для раздельного ввода струй газа 12, воздуха 13 и пара 14, представленный на фиг.2, имеет соответствующие сопла 34, 35, 36. Для улучшения процесса регулирования расходами продуктов сгорания газоход 30 оснащен дополнительным дымососом 37.
Способ активирования предварительно фракционированных по размеру угольных частиц 1 по первому варианту осуществляется путем загрузки последних в бункер 2 питателями 3, 4, частицы 1 исходного угля попадают в течку 5 и реактор 8, где, пересыпаясь, попадают в течку 16, охладитель 18, а далее в течку 23 и систему выгрузки 33 готового активированного угля 24. Для организации процесса активирования через узел 11 с соплами 34, 35, 36 подают струи газа 15, воздуха 16, пара 14. Процесс активирования интенсифицируется при вводе на участке 12 через течку 13 навстречу пересыпаемым частицам продуктов сгорания 21, выводимых из котла-утилизатора 25 и охладителя 18. При этом продукты сгорания 21, выведенные из котла-утилизатора 25, охлаждают частицы угля в охладителе 18, сами нагреваются и в нагретом состоянии попадают в барабанный реактор 8. Факел, образованный струями газа 12, воздуха 13, пара 14, выводимыми через соответствующие сопла 34, 35, 36 узла 11, и потоком продуктов сгорания 21 из охладителя 18 и течку 16, прогревает частицы 1 исходного угля с выделением летучих веществ 38. Образующаяся смесь 39 летучих веществ 38 и продуктов сгорания 21 через камеру аспирации 6 подается в топку 26 котла-утилизатора 25. Вместе с потоком смеси 39 в топку 26 попадает мелкофракционная пыль 40 исходного угля, чем достигается снижение вероятности спекания между собой вводимых фракционированных частиц. Горение с выжиганием летучих веществ 38, реализуемое в топке 26, поддерживается дополнительными малорасходными потоками воздуха 41 и газа 42. В котле-утилизаторе 25 из воды 43 вырабатывается пар 14, который по паропроводу 44 направляется в сопло 36 узла 11, чем достигается снижение топливных затрат за счет использования собственных тепловых ресурсов технологии.
Установка на фиг.3, 4, реализующая способ по второму варианту, состоит из тех же основных элементов, имеющих те же обозначения, что установка на фиг.1, 2. Отличительной особенностью этой установки является использование вместо барабанных реактора 8 и охладителя 18 камер 45 и 46 с механическими решетками 47 и 48 соответственно.
Способ по второму варианту осуществляют аналогично первому способу.
При комбинировании реакторов и охладителей реализуются третий и четвертый варианты заявленного способа активирования угольных частиц.
По третьему варианту основной процесс активирования осуществляют в камеральном реакторе 45 с механической решеткой 47, изображенном на фиг.3, а охлаждение - во вращающемся барабанном охладителе 18, изображенном на фиг.1.
По четвертому варианту основной процесс активирования осуществляют во вращающемся барабанном реакторе 8, изображенном на фиг.1, 2, а охлаждение - в камеральном охладителе 46 с механической решеткой 48, изображенном на фиг.3.
При формировании факела раздельными струями газа 12, воздуха 13, пара 14 и продуктов сгорания 21, с использованием пара 14 и продуктов сгорания 21 от котла-утилизатора 25, включенного в технологический цикл активирования угольных частиц 1 достигается снижение потерь теплоты и расхода газа 12 в сравнении с известными аналогами не менее чем на 10-20%. Кроме того, сокращается доля выгораемых мелких частиц угля.
В качестве топливного реагента используется природный, коксовый, гидролизный газы, технологический газ иных термообработок органического топлива.
Фракционирование выполняется по наиболее близким размерам 2-6 мм, 6-13 мм, 13-25 мм и т.д. При необходимости получения всех фракций производят их последовательное активирование с использованием установки на фиг.1, 2. Фракционирование исключает выгорание угольной мелочи.
Промышленное использование предлагаемого способа связано с коксохимическим производством, на котором в случае привязки установки на фиг.1, 2 по первому варианту и фиг.3, 4 по второму варианту, либо их комбинаций по третьему и четвертому вариантам реализуется максимальный экономический эффект с использованием собственного коксового газа.