Способ подготовки водоугольного топлива к сжиганию в энергетической котельной установке

(51) 23 1/00 (2006.01) 23 1/02 (2006.01) МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(57) Изобретение относится к области энергетики,может быть использовано в котельных установках на тепловых электростанциях, промышленных котельных и обеспечивает повышение эффективности и экономичности подготовки водоугольного топлива к сжиганию в энергетической котельной установке. Этот технический результат достигается тем, что производиться смешивание,насыщения окислителям и подогрев горячим воздухом водоугольного топлива путем подачи воздуха из ВЗП в нижней часть конденсационного теплообменника.(72) Утегулов Болатбек Бахитжанович Жумагулов Михаил Григорьевич Картджанов Нурлан Режепбаевич(73) Республиканское государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева Министерства образования и науки Республики Казахстан(54) СПОСОБ ПОДГОТОВКИ ВОДОУГОЛЬНОГО ТОПЛИВА К СЖИГАНИЮ Изобретение относится к области энергетики,может быть использовано в котельных установках на тепловых электростанциях, промышленных котельных и обеспечивает повышение эффективности и экономичности подготовки водоугольного топлива к сжиганию в энергетической котельной установке. Аналог, прототип Известно техническое решение подготовки жидкого топлива к сжиганию в энергетической котельной установке, в котором осуществлен способ подготовки жидкого топлива (водомазутной эмульсии) к сжиганию в энергетической котельной установке, включающий приготовление жидкого топлива,заполнение готовым топливом теплообменника для предварительного подогрева продуктами сгорания, подачу подогретого топлива к горелкам котла и подачу дымовых газов в конденсатор для их охлаждения (А.с. СССР 989233, кл. 22 В 33/18, 1981 г.). Недостатком известного способа является то, что для предварительного подогрева жидкого топлива перед сжиганием необходимо использование отдельного теплообменника с подводом к нему тепла, что снижает экономичность способа. Наиболее близким техническим решением(прототипом) является способ подготовки водоугольного топлива к сжиганию в энергетической котельной установке, который реализован в известном способе подготовки водоугольного топлива к сжиганию в энергетической котельной установке (Патент РФ 2256124, кл. 23 1/02, 2003 г.). Способ включает приготовление водоугольного топлива,заполнение готовым топливом конденсационного теплообменника для предварительного подогрева продуктами сгорания и подачу подогретого топлива к горелке котла и подачу образующихся продуктов сгорания,насыщенных водяными парами, в золоуловитель, а обеззоленных дымовых газов - в конденсационный теплообменник, где они отдают свое физическое тепло и тепло конденсации содержащихся в них водяных паров циркулирующему по трубопроводу водоугольному топливу. Недостатком известного способа является то, что он не позволяет увеличивать концентрацию твердой фазы (угля) в топливе, а значит, не позволяет увеличить его теплоту сгорания, которая прямо пропорциональна содержанию угля в топливе. Целью настоящего изобретения является повышение эффективности и экономичности способа подготовки водоугольного топлива для сжигания в энергетической котельной установке за счет смешивания водоугольной смеси с горячим воздухом для сохранения седиментационной устойчивости смеси (сохранения постоянной концентрации угольной примесей по всему объему топлива) и насыщения окислителям для повышения теплоты сгорания водоугольного топлива,направляемого на сжигание. Эта цель достигается за счет того, что в известном способе подготовки водоугольного 2 топлива к сжиганию в энергетической котельной установке, включающем заполнение готовым топливом конденсационного теплообменника для предварительного подогрева продуктами сгорания,подачу подогретого топлива к горелкам котла и подачу образующихся продуктов сгорания,насыщенных водяными парами, в золоуловитель, а обеззоленных дымовых газов - в конденсационный теплообменник для их охлаждения, в отличие от прототипа,снизу конденсационного теплообменника подается горячий воздух из воздухоподогревателя котла (ВЗП) и перед предварительным подогревом готового топлива определяют эффективную вязкость о, температуру То и концентрацию угля Со готового водоугольного топлива и задают значения максимальной эффективнойвязкости топлива, определяемого из условия распыливания, максимальной температуры Т и максимальной концентрации угля С в топливе,направляемом на распыливание, водоугольным топливом частично заполняют конденсационный теплообменник с условием образования в верхней части полости для паров воды и воздуха,выделяемых из подогреваемого топлива, и в нижней части - открытой поверхности, с которой проводят испарение водной составляющей топлива путем отвода трубопроводом из верхней части полости паровоздушной смеси за счет образования разряжения. Знание величин эффективной вязкости,температуры и концентрации угля в готовом водоугольном топливе перед предварительным подогревом и их максимальными значениями перед подачей в горелки на распыливание и последующее сжигание позволяет определить количество влаги(воды), которое должно быть испарено из готового топлива при его нагреве в конденсаторетеплообменнике, что позволяет увеличить его теплоту сгорания перед подачей в горелки. Горячий воздух, который подается снизу конденсатора-теплообменника смешивает водоугольное топлива за счет этого сохраняет седиментационную устойчивость смеси (т.е. сохраняет постоянную концентрацию угольной примесей по всему объему топлива) и подогревает,также топлива насыщается воздухом. В следствие этого повышается эффективность сжигания водоугольного топлива. Наличие в конденсаторе-теплообменнике открытой поверхности обеспечивает поступление паровоздушной смеси с поверхности нагреваемого водоугольного топлива в полость, расположенную в верхней части конденсатора-теплообменника. Поддержание в полости давления ниже атмосферного обеспечивает отвод паровоздушной смеси путем их откачки вакуумным насосом, что позволяет поддерживать заданные значения концентраций воды и угля в топливе, направляемом в горелки. Повышение эффективности и экономичности способа достигается за счет того, что в конденсационном теплообменнике продукты сгорания охлаждаются ниже точки росы при движении в теплообменных трубах, омываемых водоугольным топливом, при этом одновременно топливо нагревается горячим воздухом из ВЗП,подаваемым с нижней части конденсаторатеплообменника, часть водной составляющей водоугольного топлива испаряется в виде паровоздуной смеси которая отводится с помощью вакуумного насоса. В результате этого процесса повышается теплота сгорания водоугольного топлива за счет того, что повышается массовая доля твердой фазы и происходит насыщения с воздухом. Сущность изобретения поясняется схемой(фиг.1), на котором представлена система подготовки водоугольного топлива к сжиганию в энергетической котельной установке. Система, реализующая предлагаемый способ,подготовки водоугольного топлива к сжиганию в энергетической котельной установке содержит резервуар 1 готового водоугольного топлива,соединенный трубопроводом 2 с насосом 3, с конденсационным теплообменником 4. Конденсационный теплообменник 4 соединен трубопроводом 5 с насосом 6 и горелкой 7 для сжигания водоугольного топлива в топке котла 8,имеющего отводящий газоход 9 продуктов сгорания, который соединен с золоуловителем 10 и конденсационным теплообменником 4. Нижняя часть конденсационного теплообменника 4 посредством трубопровода 11 соединена с конденсатосборником 12, который посредством трубопровода 13 подачи сконденсировавшейся воды соединен с насосом 14 и нейтрализатором 15 на слив. ВЗП котла 29 соединен трубопроводом 26 через вакуумный насос 27 с элементом 28 конденсационного теплообменника 4. Горячий воздух подается через устройство 28 по трубопроводу 26. Верхняя часть конденсатосборника 12 трубопроводом 16 подачи газообразной части продуктов сгорания соединена с трубопроводом 18. В системе имеется байпасная линия 18 подачи продуктов сгорания через отводящий газоход 9 в дымосос. Верхняя часть конденсационного теплообменника 4 соединена трубопроводом 19 с каплеуловителем 17 и через вакуумный насос 20 для подачи воздуха в топку с горелкой 7. Конденсационный теплообменник 4 имеет в верхней части полость 21 для паров воды и воздуха, а в нижней части полость 22 для водоугольного топлива. Конденсационный теплообменник 4 посредством трубопровода 23 связан с газоходом 9 продуктов сгорания котла 8. Ниже уровня водоугольного топлива в конденсационном теплообменнике 4 размещен погружной насос 24, соединенный гибким шлангом 25 с трубопроводом 5. Способ подготовки водоугольного топлива к сжиганию в энергетической котельной установке осуществляется следующим образом. С помощью вискозиметра, влагомера и термометра определяются значения эффективной вязкости о, концентрации угля Со и температуры То готового топлива. Отметим, что концентрация угля однозначно определяется влагосодержанием о по формуле о(1-о). Исходя из заданных значений эффективной вязкостии температуры Т топлива,направляемого на горелки,по формуле определяется значение концентрации угля 1-,которое должно иметь это топливо. Здесьвлагосодержание топлива, направляемого на горелки. При этом в расчете на единицу веса поданного готового топлива,количество испаренной воды должно составить вес испаренной воды/килограмм готового топлива(С - Со) / С(1) Поступившее на сжигание из резервуара 1 готовое водоугольное топливо с помощью насоса 3 по трубопроводу 2 подают в нижнюю часть конденсационного теплообменника 4, в котором оно подогревается уходящими продуктами сгорания по мере подъема до максимальной температуры Т,достигаемой на открытой поверхности 22, с которой испаряется часть водной составляющей топлива. Горячий воздух из воздухоподогревателя котла 29 подается вакуумным насосом 27 по трубопроводом 26 на устройство 28 для подачи воздуха расположенного на нижней части конденсаторатеплообменника. После прохождения воздуха через весь объем топлива малая часть воздуха остается на топливе в виде пузырьков, а остальная часть,образуя в верхней части 21 теплообменника 4 паровоздушную смесь с водяными парами топлива,уходит по трубопроводу 19 за счет образования разряжения на каплеуловитель 17 и оттуда с вакуумным насосом 20 в горелку 7 котла 8. Частично обезвоженное и насыщенная с окислителем водоугольное топливо погружным насосом 24 подают по гибкому шлангу 25 в трубопровод 5 и, далее, с помощью насоса 6 - в горелку 7 котла 8. Продукты сгорания, насыщенные водяными парами, поступают в газоход 9, а затем в золоуловитель 10. Обеззоленные дымовые газы по трубопроводу 23 направляют в конденсационный теплообменник 4, где они отдают свое физическое тепло и тепло конденсации содержащихся в них водяных паров при прохождении по теплообменнику конденсационного теплообменника 4 окружающему водоугольному топливу. После прохождения конденсационного теплообменника 4 обеззоленные и частично обезвоженные продукты сгорания по трубопроводу 11 поступают в конденсатосборник 12. Сконденсировавшаяся вода собирается в нижней части конденсатосборника 12,откуда по трубопроводу 13 насосом 14 направляется через нейтрализатор 15 на слив или использование в технологических целях. Газообразная часть продуктов сгорания по трубопроводу 16 поступает в трубопровод 18 и далее дымососом направляется в дымовую трубу. Для предотвращения возможного выпадения конденсата в дымовой трубе возможно частичное смещение этих газов с дымовыми газами из газохода 9, подаваемыми по байпасной линии 18,минуя конденсационный теплообменник 4. Поступившее в нижнюю часть конденсационного теплообменника 4 водоугольное топливо за счет теплообмена с обеззоленными дымовыми газами и 3 горячим воздухом из ВЗП нагревается до температуры 70-90 С в зависимости от заданного режима. Далее проводят испарение водной составляющей водоугольного топлива со свободной открытой поверхности 22 путем откачки вакуумным насосом 20 из полости 21 паровоздушной смеси,выделяемых из подогреваемого топлива, и поддержания давления в этой полости ниже атмосферного, одновременно определяют долю испарения водной составляющей по вышеуказанной формуле (1). Хотя в выбранном прототипе, так же как и в заявленном способе, утилизируется тепло уходящих продуктов сгорания, используемых для подогрева водоугольного топлива и на испарение части его водной составляющей, путем отвода паров воды вакуумным насосом, в заявленном объекте одновременно с утилизацией теплоты проводится подогрев, насыщения и смешивание воздухом. Дополнительное повышение эффективности в заявленном объекте достигается также за счет того,что в конденсационном теплообменнике объединены процессы подогрева водоугольного топлива, охлаждения дымовых газов ниже точки росы, насыщения топлива с воздухом, смешивания для сохранения седмитнтационной устойчивости и испарения части водной составляющей топлива. За счет подачи воздуха происходит ряд процессов,которые увеличивают эффективность сжигания подогрев, испаряющий часть водной составляющей водоугольного топлива смешивание,для поддержания постоянной концентрации угольной примеси по всему объему топлива насыщения окислителям,для уменьшения химической неполноты сгорания топлива. Представленный способ подготовки водоугольного топлива к сжиганию позволяет контролировать его теплоту сгорания, эффективную вязкость и температуру топлива, подаваемого в горелки путем регулирования расхода продуктов сгорания и воздуха, то есть количества тепла,подаваемого в конденсационный теплообменник,что определяет температуру подогрева и долю испарения водоугольного топлива. При этом относительное увеличение величины теплоты сгорания(калорийности) топлива определяется по формуле/о(-о)/ои(С-Со/(о-(1-о)и) (2) где- теплота сгорания сжигаемого топлива о теплота сгорания исходного топлива- теплота сгорания сухого угля и - теплота испарения воды. Пример реализации заявляемого способа. Из-за малой седиментационный устойчивости вязкость водоугольного топлива верхней и нижней части конденсационного теплообменника разные н-в 1500-600900 мПас где н - вязкость водоугольного топлива в нижней части конденсационного теплообменника,мПас в - вязкость водоугольного топлива в верхней части конденсационного теплообменника,мПас- разность вязкостей. При этом теплота сгорания топлива тоже оказывается разным н-в 15,2-12,32,9 МДж/кг где н, в - теплота сгорания топлива,соответственно, в нижней и верхней части конденсационного теплообменника,МДж/кг- разность теплоты сгораний, МДж/кг. При подачи в конденсационный теплообменник предварительно подогретого воздух из ВЗП котла,вязкость топлива меняется следующим образом Таблица Способ Прототип Пример 1 Пример 2 Пример 3 Пример 4- объем топлива в конденсационном теплообменнике, м 3. Как видно из таблицы 1 при большем количестве воздухауменьшается. Это приводит к уменьшению , что способствует увеличению теплоты сгорания ВУТ без испарении излишка влаги. Стоит отметить, что при слишком большом количестве воздуха в насосе 6 (фиг.1) может появится кавитация. Из-за этого следует не поднимать расход воздуха больше чем на 0,7. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ подготовки водоугольного топлива к сжиганию в энергетической котельной установке,4 включающий заполнение готовым топливом конденсационного теплообменника для предварительного подогрева продуктами сгорания,подачу подогретого топлива к горелкам котла и подачу образующихся продуктов сгорания,насыщенных водяными парами в золоуловитель, а обеззоленных дымовых газов - в конденсационный теплообменник для их охлаждения, отличающийся тем, что производят смешивание, насыщения окислителям и подогрев горячим воздухом водоугольного топлива путем подачи воздуха из воздухоподогревателя котла при помощи вакуумного насоса и подогрев горячим воздухом водоугольного топлива путем подачи воздуха из ВЗП в нижнюю часть конденсационного теплообменника.