способ снижения вредных выбросов при сжигании углей в топках с кипящим слоем

Формула изобретения

Способ снижения вредных выбросов при сжигании углей в топках с кипящим слоем, включающий предварительную загрузку в топку инертного материала, например, песка или шамота, отличающийся тем, что в состав инертного материала вводят природный цеолит (клиноптилолит состава (Na₂K₂)·O·Al ₂O₃·10SiO₂·8H₂ O) в количестве 18-22% от объема инертного материала, при этом для восполнения потерь цеолита, производят периодическое (раз в 2-3 дня) введение цеолита в топку в количестве, определяемом по формуле



где M_C - масса добавляемого природного цеолита, кг;

M_T - масса топлива, сожженного в котле после предыдущей добавки цеолита;

- необходимый уровень концентрации SO₂, поддерживаемый применением способа, ppm;

- концентрация SO₂ при отсутствии цеолитов в инертном материале, ppm;

- установившаяся концентрация SO₂, при которой дальнейшее повышение содержания цеолитов в инертном материале не дает заметного снижения оксидов серы, ррт;

S_П - приведенная серность топлива, % кг/ГДж.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам снижения вредных выбросов, образующихся при сгорании твердого топлива.

Известен способ сжигания углей, при котором для снижения выбросов вредных веществ используют природные цеолиты в качестве присадки при брикетировании твердого топлива для поглощения выделяющихся при горении газов SO₂, SO₃ (Заявка Японии № 53-36501, кл. C10L 10/00, 1978).

Недостатком указанного способа является низкая эффективность снижения вредных выбросов оксида серы, кроме того, сжигание угля в топках с кипящим слоем невозможно без размола брикетов, что снижает целесообразность брикетирования.

Наиболее близким к заявляемому является способ сжигания углей, при котором угли сжигают совместно с предварительно загруженным инертным материалом, например песком или шамотом, с добавлением известняка в качестве присадки для снижения выбросов вредных веществ, в частности оксидов серы (М.Кубин. Сжигание топлива в кипящем слое: Пер. с чешск. / Под ред. В.Р.Котлера. - М.: Энергоатомиздат, 1991, с.32, 99).

Недостатком данного способа является то, что при сжигании углей с данной присадкой в топках с кипящим слоем, в уносе может наблюдаться относительно высокое содержание СаО, а это приводит к высокому сопротивлению золы и соответственно низкой эффективности электрофильтров, также необходима утилизация СаО (М.Кубин. Сжигание топлива в кипящем слое: Пер. с чешск. / Под ред. В.Р.Котлера. - М.: Энергоатомиздат, 1991, с.34).

Техническим результатом изобретения является снижение вредных выбросов оксидов серы SO₂ в топках с кипящим слоем.

Результат достигается тем, что способ сжигания углей в котлах с кипящим слоем, включающий предварительную загрузку в топку инертного материала, например песка или шамота, отличается тем, что в состав инертного материала вводят природный цеолит (клиноптилолит состава (Na₂ K₂)·O·Al₂O₃·10SiO ₂·8H₂O) в количестве 18-22% от объема инертного материала, при этом для восполнения потерь цеолита производят периодическое (раз в 2-3 дня) введение цеолита в топку котла в количестве, определяемом по формуле

где M_C - масса добавляемого природного цеолита, кг;

M_T - масса топлива, сожженного в котле после предыдущей добавки цеолита;

- необходимый уровень концентрации SO₂, поддерживаемый применением способа, ppm;

- концентрация SO₂ при отсутствии цеолитов в инертном материале, ppm;

- установившаяся концентрация SO₂, при которой дальнейшее повышение содержания цеолитов в инертном материале не дает заметного снижения оксидов серы, ppm;

S_П - приведенная серность топлива, % кг/ГДж.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что в состав инертного материала, загружаемого в топку до пуска котла, включают природный цеолит (клиноптилолит состава (Na₂K ₂)·O·Al₂O₃·10SiO ₂·8H₂O), а в процессе эксплуатации производят периодическое восполнение адсорбировавшего газа и вынесенного из топки цеолита в количестве, пропорциональном расходу сжигаемого топлива.

Клиноптилолит является алюмосиликатом, содержащим кристаллизационную воду. При нагревании, что имеет место при попадании его в зону кипящего слоя топки, происходит отщепление этой воды и происходит образование развитой системы пор, так называемой внутренней поверхности. Это обуславливает появление высоких адсорбционных свойств у клиноптилолита по поглощению SO₂.

Способ осуществляется следующим образом. До пуска котла с топкой кипящего слоя производят загрузку инертного материала (например, песка или шамота) и природного цеолита в количестве 18-22% от объема инертного материала. В процессе эксплуатации производят периодическую (раз в 2-3 дня) добавку природного цеолита в количестве, необходимом для поддержания высоты слоя и поддержания эффекта снижения выбросов SO₂ . Масса добавляемого цеолита определяется соотношением

Пример. В котле с топкой кипящего слоя сжигался уголь Харанорского месторождения.

Проводились первоначальные исследования по определению экологических и технико-экономических показателей работы котлов без добавления цеолита.

При предварительной загрузке инертного материала, до начала эксплуатации котла, производили добавку цеолита в количестве 20% от объема инертного материала. Объем инертного материала без добавки цеолита составлял около 1 м³ (около 1500 кг), объем цеолита составил 0,2 м³ (180 кг). После начала эксплуатации котлоагрегата проводились замеры по определению экологических и технико-экономических показателей работы с периодичностью в 12 часов в течение 3-х суток. После трех суток с момента начала эксплуатации и периодически до момента полного слива слоя производили добавление цеолитсодержащей породы в количестве 45-60 кг (в зависимости от расхода топлива на котел), для восполнения цеолита, вынесенного из слоя. При сливе всего слоя или его части производили восполнение инертного материала с добавлением цеолита в той же пропорции. Осредненные и обобщенные результаты промышленных испытаний, приведенные к циклу в 3 дня с момента восполнения цеолита в слое, приведены в таблице 1.

Оценка экологического эффекта применения цеолита в топках НТКС (низкотемпературного кипящего слоя) на примере котлов КЕ-10/14 и КЕ-10/14 П/С производилась на основе проведенных испытаний. Месячные отпуски тепловой энергии находились при расчетной нагрузке 11 Гкал/ч (нагрузка ГВС 1,6 Гкал/ч). Результаты оценки экологического эффекта применения разработанной методики использования цеолитов для снижения вредных выбросов при сжигании углей в топках НТКС приведены в таблице 2.

Таблица 1
Результаты промышленных испытаний
№ п/п	Время с начала подачи цеолита приведенное к циклу в 3 дня, часы	SO2, ppm	ASO2, ppm
1	0	30	68	0,95
2	12	27	71	0,91
3	24	25	73	0,89
4	36	28	70	0,81
5	48	31	67	0,7
6	60	33	65	0,65
7	72	34	64	0,59
Среднее значение за цикл 72 часа	30	68	0,79

Таблица 2
Результаты оценки экологического эффекта
№ п/п	Месяцы	Отпуск тепловой энергии, Гкал	Массовый выброс SO2, кг (без использования цеолита)	Массовый выброс SO2, кг (с использованием цеолита)	SO2, кг
1	Январь	5362,25	2584	791	1793
2	Февраль	4883,71	2353	720	1633
3	Март	3879,53	1869	572	1297
4	Апрель	2401,72	1157	354	803
5	Май	810,896	391	120	271
6	Июнь	0	0	0	0
7	Июль	0	0	0	0
8	Август	0	0	0	0
9	Сентябрь	552,402	266	81	185
10	Октябрь	2303,9	1110	340	770
11	Ноябрь	4110,1	1980	606	1374
12	Декабрь	5170,86	2491	763	1729
Годовое значение	29475,4	14202	4347	9854

Таким образом, на основе вышеизложенных экспериментальных данных можно сделать вывод, что изобретение позволяет снизить выбросы оксидов серы SO₂ в котлах, имеющих топку с кипящим слоем.