способ сжигания твердого топлива и выплавки шлака

Формула изобретения

СПОСОБ СЖИГАНИЯ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА И ВЫПЛАВКИ ШЛАКА путем барботирования кислородсодержащего газа через ванну силикатного расплава и подачу на расплав сверху топлива, отличающийся тем, что барботирование осуществляют с интенсивностью 250 - 2500 нм³ газа на 1 м³ расплава, топливо с содержанием в минеральной части суммы оксидов кальция и магния до 15 мас.% подают совместно с известняком, золошлаковыми отходами тепловых электростанций и сульфатом натрия в соотношении, мас.%:

Твердое топливо с содержанием CaO и MgO до 15 мас.% - 45 - 62

Известняк - 30 - 35

Золошлаковые отходы тепловых электростанций - 5 - 18

Сульфат натрия - Остальное

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к теплоэнергетике и стройиндустрии и может быть использовано для получения шлакоситаллов при сжигании твердого топлива в барботируемом расплаве.

В теплоэнергетике при сжигании твердых топлив на тепловых электростанциях образуется огромное количество золошлаковых отходов, которые практически не утилизируются и выбрасываются в золоотвалы. Эти отходы содержат значительное количество оксидов кремния, алюминия, кальция, магния, железа, цветных металлов и имеют большое народнохозяйственное значение для производства различных строительных материалов. Особый интерес представляет использование золошлаковых отходов для производства шлакоситаллов, которые по своим показателям значительно превосходят такие материалы, как керамика, стемалит, каменное литье и др.

Известен способ сжигания твердого топлива и получения шлака путем барботирования кислородсодержащего окислителя через ванну расплава с интенсивностью дутья 2800-3000 нм³/чм³ и подачей топлива в расплав сверху.

Недостаток известного способа получение кислого шлакового силикатного расплава, который без дополнительной доработки не может быть использован для конкретных целей получения строительных материалов, в том числе для получения шлакоситаллов. Доработка же шлакового расплава вне топочного агрегата после его выпуска требует больших энергетических, капитальных и эксплуатационных затрат.

Цель изобретения получение шлакового расплава в виде готового шлакоситалла и создание технологии максимально приближающейся к безотходной.

Достигается это тем, что в способе сжигания твердого топлива и выплавки шлака путем барботирования кислородсодержащего окислителя через ванну расплава и подачи на расплав сверху топлива, барботирование осуществляют с интенсивностью 250-2500 нм³/газа на 1 м³ расплава, топливо с содержанием в минеральной части сумма оксидов кальция и магния до 15 мас. подают совместно с известняком, золошлаковыми отходами тепловых электростанций и сульфатом натрия в соотношении, мас. твердое топливо 45-62; известняк 30-35; золошлаковые отходы тепловых электростанций 5-18; сульфат натрия остальное. В качестве твердого топлива используют угли с содержанием в его золе суммы оксидов кальция и магния до 15 мас. а в качестве золошлаковых отходов отходы тепловых электростанций, работающих на этих же углях. При выходе добавок за заявляемые пределы будет получаться шлак, несоответствующий требованию ОСТ на шлакоситаллы либо по содержанию суммы оксидов кальция и магния 40-45 мас. либо по содержанию суммы оксидов кремния и алюминия 45-50 мас. что подтверждается расчетными данными, приведенными в табл.1. Расчеты выполнены при сжигании Донецкого угля марки АШ с химическим составом золы, мас. SiO₂ 51,4; Al₂O₃ 22,4; Fe₂O₃ 15,3; CaO 3,8; MgO 1,6; TiO₂ 0,7; K₂O 3,3; Na₂O 1,5. В качестве золошлаковых отходов приняты отходы из золоотвала с химсоставом, мас. SiO₂ 42,9; Al₂O₃ 17,2; Fe₂O₃ 11,2; CaO 3,7; MgO 1,4; TiO₂ 1,5; K₂O 2,9; Na₂O 1,4; C 17,8. В расчетах принято, что углерод топлива и золошлаковых отходов сгорает полностью, а извлечение железа в металлизированную фазу (штейн) составляет 90 мас.

В табл.2 приведен расчет выхода и состава компонентов шлака, загружаемых в топку в расчете на 100 кг каждого компонента. По данным полупромышленных испытаний сжигания угля принято, что углерод топлива и золошлаковых отходов Донецкого угля марки АШ химсостава, указанного выше, сгорает полностью, а извлечение железа в металлическую фазу составляет 90 мас. В расчете также принято, что выход СаО из известняка равен 56 мас. а Na₂O из сульфата натрия соответственно 43,6 мас. Данные табл.2 являются исходными для расчета состава шлака полученного в результате сжигания угля и выплавки шлака. Этот расчет приведен в табл.3, согласно которой примеры 2 и 4 соответствуют граничным условиям интервала величин по углю и известняку, а пример 3 является промежуточным. Данные этих примеров соответствуют требованиям ОСТ на шлакоситаллы по содержанию суммы оксидов СаО+MgO=40-45 мас. и оксидов SiO₂+Al₂O₃= 45-60 мас.

Пример 1 является запредельным по нижнему значению угля и верхнему значению известняка и золы, в результате чего получается шлак с превышением суммы оксидов СаО+MgO=45,2 мас.

Пример 5 является запредельным по верхнему значению угля и нижнему значению известняка и золы, в результате чего получается шлак с превышением суммы оксидов SiO₂+Al₂O₃=50,22 мас.

Cжигание твердого топлива и выплавка шлака путем барботирования кислородсодержащего газа через ванну расплава с интенсивностью дутья менее 250 нм³/ч на 1 м³ расплава ведет к неполному сгоранию углерода топлива и дефициту тепла в барботируемом расплаве, что приведет к замораживанию расплава и прекращению технологического процесса.

Сжигание же топлива с интенсивностью подачи кислородсодержащего газа в ванну расплава более 2500 нм³/ч на 1 м³ расплава приведет к чрезмерному роздуву расплава, повышенному брызгоуносу, неполному усвоению кислорода в расплаве и мехнедожегу топлива, что резко снизит технико-экономические показатели процесса сжигания топлива.

Способ осуществляется следующим образом.

В топку на интенсивно барботируемый кислородсодержащим дутьем шлаковый расплав сверху через загрузочные устройства подают топливо (уголь). Одновременно в печь грузят в заданной пропорции известняк, золошлаковые отходы тепловых электростанций и сульфат натрия. В процессе сжигания топлива в барботируемом расплаве за счет кислорода дутья, подаваемого через фурмы с интенсивностью 250-2500 нм³/ч м³, происходит сгорание горючих составляющих топлива и расплавление его минеральной части, известняка и золошлаковых отходов. Ввиду того, что процесс сжигания топлива ведется в восстановительной атмосфере (коэффициент избытка кислорода 0,95, происходит восстановление железа и других металлов минеральной части топлива и золошлаковых отходов и разделение расплава на металлизированную (штейновую) и неметаллизированную (шлаковую) фазы. Этому способствует и добавка к топливу известняка. Получаемый в процессе плавки жидкий гомогенный шлак, соответствующий по составу шлакоситаллам, выпускается через шлаковый сифон для производства шлакоситалловых изделий, штейн (металлический сплав) периодически выводится из процесса через специальные устройства для дальнейшей переработки, а высокотемпературные газы с температурой 1450^оС направляются в утилизационную установку для выработки теплоэнергии.

Предлагаемый способ сжигания твердого топлива и выплавки шлака реализован на опытной установке с площадью сечения в области дутьевых фурм 2 м². В установку грузили 1000 кг/ч каменного угля (Донецкий АШ) с содержанием углерода 30,5 мас. и зольностью Ар=38,5 мас. К углю добавляли 600 кг/ч известняка (СаО= 56 мас.), 150 кг/ч золошлаковых отходов Харьковской ГРЭС-2 и 35 кг/ч сульфата натрия. Расплав барботировался обогащенным кислородом (О₂=45 об. ) воздухом с расходом 1400 нм³/ч. Шлаковый расплав выпускался через шлаковый шпур, а металлизированная фаза через штейновый шпур. В результате испытаний был получен шлаковый расплав среднего состава, мас. CaO+MgO=42,57; SiO₂+Al₂O₃=49,17; K₂O+Na₂O=5,3, что соответствует требованию ОСТ на шлакоситаллы.

Использование предлагаемого способа сжигания твердого топлива и выплавки шлака в виде шлакоситалла позволяет по сравнению с прототипом получать шлак в виде готового продукта для производства шлакоситалловых изделий.