RU2437028C1

RU2437028C1 - Method for intensifying combustion process of tpp solid low-reactive fuel

Info

Publication number: RU2437028C1
Application number: RU2010133855/06A
Authority: RU
Inventors: Николай Николаевич Ефимов (RU); Николай Николаевич Ефимов; Андрей Сергеевич Ощепков (RU); Андрей Сергеевич Ощепков; Антон Владимирович Рыжков (RU); Антон Владимирович Рыжков
Priority date: 2010-08-12
Filing date: 2010-08-12
Publication date: 2011-12-20

Abstract

FIELD: power industry.

SUBSTANCE: method for intensifying the combustion process of TPP solid low-reactivity fuel involves preparation of pulverised-coal mixture of low-reactivity fuel with air and nanoaddition; pulverised-coal mixture is subject to ultrasonic treatment immediately prior to supply to burners, and then to ignition and burning in the boiler. As nanoadditions there used are astralines - multi-layer

fulleroide nanoparticles or Taunit - carbon nanomaterial. Nanoadditions are introduced to pulverised-coal mixture in the form of homoeopathic doses as per weight of solid fuel of 0.01 - 0.02%. The method results in increase of response rate of ignition and combustion of fuel mixture; besides, at combined burning of low-reactivity coal and fuel oil in the steam boiler furnace the method leads to reduction of unburnt carbon, nitrogen and sulphur oxides emissions, and therefore, to reduction of corrosion of heating surface and to improvement of reliability of power equipment; increase in combustion efficiency of pulverised-fuel mixture of low-reactivity fuel with air and nanoaddition owing to avoiding the agglomeration of components. The effect is achieved due to intensification method of combustion process of TPP solid low-reactivity fuel, which involves preparation of pulverised-coal mixture of low-reactivity fuel with air and nanoaddition, ultrasonic treatment, ignition and its burning in the boiler.

EFFECT: increasing combustion efficiency of low-reactivity solid fuel.

4 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано на тепловых электрических станциях для повышения эффективности сжигания низкореакционного твердого топлива.The invention relates to a power system and can be used in thermal power plants to increase the efficiency of burning low-reactive solid fuels.

Известен способ розжига и стабилизации горения пылеугольного факела путем дополнительного сжигания мазута или природного газа [Дорощук В.Е. и Рубан В.Б. Котельные и турбинные установки энергоблоков мощностью 500 и 800 МВт. М.: Энергия, 1979]. Пусковые мазутные или газовые форсунки монтируются совместно с основными угольными горелками, либо устанавливаются дополнительно к ним. Например, котлоагрегат ПК-39 имеет 12 основных пылеугольных горелок производительностью 8 т/ч и 8 мазутных форсунок производительностью 1,3 т/ч. При поступлении в топку мазута и угля происходит воспламенение высокореакционного жидкого топлива. При горении мазута выделяется значительное количество тепла, которое нагревает угольную пыль. В результате нагрева угольных частиц выделяются горючие летучие и повышается температура частичек твердого топлива. При этом происходит загорание угольных частиц и осуществляется интенсивный розжиг и стабилизация горения пылеугольного факела.A known method of ignition and stabilization of the combustion of a pulverized coal torch by additional combustion of fuel oil or natural gas [Doroshchuk V.E. and Ruban V.B. Boiler and turbine units of power units with a capacity of 500 and 800 MW. M .: Energy, 1979]. Starting fuel oil or gas nozzles are mounted together with the main coal burners, or are installed in addition to them. For example, the PK-39 boiler has 12 main pulverized coal burners with a capacity of 8 t / h and 8 fuel oil nozzles with a capacity of 1.3 t / h. When fuel oil and coal enter the furnace, ignition of highly reactive liquid fuel occurs. When burning fuel oil, a significant amount of heat is released, which heats the coal dust. As a result of heating the coal particles, combustible volatiles are released and the temperature of the particles of solid fuel rises. In this case, coal particles ignite and intense ignition and stabilization of the combustion of the pulverized coal flame occurs.

К недостаткам следует отнести отсутствие возможности увеличения скорости реакции воспламенения и горения топливной смеси. Кроме того, при совместном сжигании низкореакционного угля и мазута, в топке повышается механический недожог, увеличиваются выбросы окислов азота и серы, усиливается коррозия поверхностей нагрева и снижается надежность энергетического оборудования.The disadvantages include the inability to increase the rate of reaction of ignition and combustion of the fuel mixture. In addition, when co-burning low-reaction coal and fuel oil, the mechanical burn in the furnace increases, emissions of nitrogen and sulfur oxides increase, corrosion of heating surfaces increases, and reliability of power equipment decreases.

Известен способ сжигания пылеугольной смеси [заявка RU №2008139658], являющийся прототипом, включающий формирование (подготовку) пылеугольной смеси топлива с воздухом, поджигание (воспламенение) и ее горение в котле, заключающийся в том, что в пылеугольную смесь топлива с воздухом дополнительно вводят активированную добавку, состоящую из углеродного фулероидного нанокластера (нанодобавку).A known method of burning a pulverized coal mixture [application RU No. 2008139658], which is a prototype, including the formation (preparation) of a pulverized coal mixture of fuel with air, ignition (ignition) and its combustion in the boiler, which consists in the fact that activated carbon is additionally introduced into the pulverized coal mixture of fuel and air additive consisting of a carbon fulleroid nanocluster (nano-additive).

К недостаткам способа следует отнести его малоэффективность вследствие агломерации угольных пылинок и частичек активированной добавки, входящих в состав смеси топлива. Агломирация снижает возможность эффективного влияния на скорость, надежность и полноту сжигания низкореакционного угля.The disadvantages of the method include its inefficiency due to agglomeration of coal dust particles and particles of activated additives that are part of the fuel mixture. Agglomeration reduces the possibility of an effective influence on the speed, reliability and completeness of burning low-reactivity coal.

Задача изобретения заключается в разработке способа интенсификации процесса сжигания твердого низкореакционного топлива ТЭС, позволяющего увеличить скорость сжигания и полноту выгорания в котлах тепловых электростанций.The objective of the invention is to develop a method of intensifying the process of burning solid low-reaction fuel of TPPs, which allows to increase the burning rate and completeness of burnout in boilers of thermal power plants.

Технический результат изобретения заключается в увеличении скорости реакции воспламенения и горения топливной смеси, кроме того: при совместном сжигании низкореакционного угля и мазута в топке парового котла приводит к снижению механического недожога, снижению выбросов окислов азота и серы, следовательно, и к уменьшению коррозии поверхностей нагрева и увеличению надежность энергетического оборудования; повышению эффективности сжигания пылеугольной смеси низкореакционного топлива с воздухом и нанодобавкой вследствие предотвращения агломерации компонентов.The technical result of the invention is to increase the rate of reaction of ignition and combustion of the fuel mixture, in addition: when co-burning low-reaction coal and fuel oil in the furnace of a steam boiler, it reduces mechanical underburning, reduces emissions of nitrogen and sulfur oxides, and therefore, reduces corrosion of heating surfaces and increase the reliability of power equipment; increase the efficiency of burning a pulverized-coal mixture of low-reaction fuel with air and nano-additives due to the prevention of component agglomeration.

Технический результат достигается за счет, того что способ интенсификации процесса сжигания твердого низкореакционного топлива ТЭС, включающего подготовку пылеугольной смеси низкореакционного топлива с воздухом и нанодобавкой, ультразвуковую обработку, воспламенение и ее горение в котле.The technical result is achieved due to the fact that the method of intensification of the process of burning solid low-reaction fuel of thermal power plants, including the preparation of a pulverized-coal mixture of low-reaction fuel with air and nano-additives, ultrasonic treatment, ignition and its combustion in the boiler.

На чертеже представлена схема пылеприготовления, позволяющая реализовать способ интенсификации процесса сжигания твердого низкореакционного топлива ТЭС.The drawing shows a dust preparation scheme that allows you to implement a method of intensifying the process of burning solid low-reaction fuel TPP.

Схема пылеприготовления, индивидуальная, замкнутая с промежуточным бункером, подсушкой и транспортировкой - горячим воздухом из воздухоподогревателя 1 содержит бункер сырого угля 2, из которого топливо поступает в шаровую барабанную мельницу 3, откуда пыль выносится потоком воздуха в сепаратор 4. В сепараторе 4 происходит отделение крупных фракций угля, которые возвращаются в шаровую барабанную мельницу 3, а готовая пыль поступает в циклон 5. Здесь до 90% пыли отделяется от воздуха и осаждается. Из циклона 5 пыль направляется в бункер 6, откуда питателями 7 подается в ультразвуковой диспергатор 8, где интенсивно перемешивается с нанодобавкой, подводимой посредством питателя 10 из бункера 9. Готовая топливно-воздушная смесь направляется в горелки 11 котла (не обозначен). Слабо запыленный воздух из циклона отсасывается мельничным вентилятором 12 и поступает в трубопровод подачи воздуха к основным или сбросным горелкам (не обозначены).An individual dust preparation scheme, closed with an intermediate hopper, drying and transporting with hot air from an air heater 1, contains a raw coal hopper 2, from which fuel enters a ball drum mill 3, from where the dust is carried out by a stream of air into separator 4. In separator 4, large coal fractions that are returned to the ball mill 3, and the finished dust enters cyclone 5. Here, up to 90% of the dust is separated from the air and precipitated. From cyclone 5, the dust is sent to the hopper 6, from where it is fed by the feeders 7 to the ultrasonic disperser 8, where it is intensively mixed with the nano-additive supplied by the feeder 10 from the hopper 9. The finished air-fuel mixture is sent to the burners 11 of the boiler (not indicated). Lightly dusty air from the cyclone is sucked out by a mill fan 12 and enters the air supply pipe to the main or discharge burners (not marked).

Достижение обеспечиваемого изобретением технического результата возможно благодаря попаданию в топку котла с топливовоздушной смесью гомеопатических доз нанодобавок, по массе твердого топлива 0,01-0,02%, в качестве которых используются астралены - многослойные фуллероидные наночастицы и таунит - углеродный наноматериал. Нанодобавка, посредством светового и терморадиационного воздействия топки котла тепловой электростанции, способствует фотофизическим реакциям образования синглетно-возбужденного состояния контактирующего с ней молекулярного кислорода воздуха. Синглетно-возбужденный фотолюминесценцией молекулярный кислород практически сразу же переходит в высокостабильное синглетное состояние с энергий на 94,2 кДж/моль (0,98 эВ на молекулу) большей, чем в основном состоянии, что приводит к увеличению скорости химического акта процесса окисления органической составляющей углеродного топлива и, непосредственно, к росту скорости реакции воспламенения и горения в целом. Ультразвуковая обработка предотвращает агломерацию компонентов топливной смеси, что приводит к увеличению удельной поверхности реагирующих компонентов. Такая обработка способствует интенсификации фотофизической реакции образования синглетно-возбужденного молекулярного кислорода и реакции воспламенения и горения топливовоздушной смеси. Увеличение динамики процесса воспламенения и горения приводит к снижению механического недожога.The achievement of the technical result provided by the invention is possible due to getting into the furnace of the boiler with a fuel-air mixture of homeopathic doses of nanoadditives, by mass of solid fuel 0.01-0.02%, which are used astralen - multilayer fulleroid nanoparticles and taunite - carbon nanomaterial. Nanoparticle, by means of light and thermoradiation exposure of the boiler furnace of a thermal power plant, contributes to the photophysical reactions of the formation of a singlet-excited state of molecular oxygen in contact with it. Molecular oxygen singlet-excited by photoluminescence almost immediately goes into a highly stable singlet state with energies 94.2 kJ / mol (0.98 eV per molecule) higher than in the ground state, which leads to an increase in the rate of the chemical act of the oxidation of the organic component of the carbon fuel and, directly, to an increase in the rate of reaction of ignition and combustion in general. Ultrasonic treatment prevents agglomeration of the components of the fuel mixture, which leads to an increase in the specific surface of the reacting components. This treatment contributes to the intensification of the photophysical reaction of the formation of singlet-excited molecular oxygen and the ignition and combustion of the air-fuel mixture. An increase in the dynamics of the ignition and combustion process leads to a decrease in mechanical underburning.

Предлагаемый способ позволяет повысить скорость сжигания низкореакционного угля, снизить долю растопочного и стабилизирующего топлива (газ, мазут), снизить механический недожог, уменьшив тем самым выбросы окислов азота и серы, повысить надежность энергетического оборудования.The proposed method allows to increase the rate of combustion of low-reactive coal, reduce the proportion of starting and stabilizing fuels (gas, fuel oil), reduce mechanical underburning, thereby reducing emissions of nitrogen and sulfur oxides, and increase the reliability of power equipment.

Claims

1. A method of intensifying the process of burning solid low-reaction fuel of thermal power plants, including the preparation of a pulverized coal mixture of low-reactive fuel with air and nanoparticle, ignition and its combustion in the boiler, characterized in that the pulverized coal mixture immediately before being fed to the burner is subjected to ultrasonic treatment.

2. The method according to claim 1, characterized in that astralenes - multilayer fulleroid nanoparticles are used as nanoparticles.

3. The method according to claim 1, characterized in that as a nano-additive is used taunite - carbon nanomaterial.

4. The method according to claim 1, characterized in that the nano-additives are introduced into the pulverized-coal mixture of fuel in homeopathic doses by weight of solid fuel of 0.01-0.02%.