RU2109216C1 - Process of burning of hydrolyzed lignin in boiler furnace - Google Patents

Abstract

FIELD: burning of lignin-waste of hydrolysis. SUBSTANCE: process of burning of hydrolyzed lignin in boiler furnace includes preliminary predrying, dosed feed of material into boiler furnace and burning. Lignin is predried with air. Material is spread over fire grate of boiler by layer having thickness 100-150 mm. Material having moisture content not more than 60% is fed into furnace. Flow rate is kept at level of 1.5-2.5 kg/s in this case. Lignin is predried by pulsating current of air. Dosed material is transported into furnace under vibratory action of fire bars. Predrying of lignin is carried out by air heated by heat of escaping stack gases. Additional fuel, for instance boiler oil, is periodically fed into boiler furnace together with lignin in the amount of 5- 20% of mass of fed lignin. EFFECT: improved efficiency of process. 6 cl, 1 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к технологии сжигания топлива и, в частности, лигнина - отхода гидролизного производства. The present invention relates to a technology for burning fuel and, in particular, lignin - waste hydrolysis production.

Лигнин является многотоннажным отходом гидролизного производства. Выход лигнина по отношению к объему перерабатываемого древесного сырья составляет около 40%. Lignin is a large-tonnage waste of hydrolysis production. The output of lignin in relation to the volume of processed wood raw materials is about 40%.

В настоящее время значительная часть лигнина не находит применения и вывозится в отвал. При этом под лигнин занимаются большие земельные участки, загрязняются придорожные зоны и территория, прилегающая к свалкам, при длительном хранении лигнин самовозгорается. Все это наносит значительный экономический и экологический ущерб окружающей среде. Currently, a significant part of lignin is not used and is exported to the dump. At the same time, large land plots are occupied under lignin, roadside zones and the territory adjacent to landfills are contaminated, during long-term storage, lignin spontaneously ignites. All this causes significant economic and environmental damage to the environment.

Кроме того, вывозка лигнина, его складирование, содержание отвалов требуют значительных материальных и трудовых затрат. In addition, the removal of lignin, its storage, the maintenance of dumps require significant material and labor costs.

Известны технологии утилизации лигнина путем сжигания его в топках паровых котлов различной конструкции с предварительной его подготовкой: подсушкой и размолом. Known technologies for the utilization of lignin by burning it in the furnaces of steam boilers of various designs with its preliminary preparation: drying and grinding.

Недостатки технологий по сжиганию лигнина с предварительной его подсушкой и размолом состоят в следующем. The disadvantages of technologies for burning lignin with its preliminary drying and grinding are as follows.

Применение сушильных комплексов и схем размола топлива требует дополнительных затрат на специальное оборудование, влечет увеличение эксплуатационных затрат, снижает экономическую эффективность утилизации лигнина. Велика взрывоопасность отделения сушки. The use of drying complexes and fuel grinding schemes requires additional costs for special equipment, entails an increase in operating costs, and reduces the economic efficiency of lignin utilization. The explosiveness of the drying compartment is great.

Кроме того, известные технологии не обеспечивают достаточно высоких технико-экономических показателей. In addition, well-known technologies do not provide sufficiently high technical and economic indicators.

В схеме сушки и в топку котла вместе с лигнином вдувается до 5 кг/кг лигнина холодного воздуха, что ухудшает режим горения, требует повышенного расхода топлива. In the drying scheme, up to 5 kg / kg of cold air lignin is blown together with lignin into the boiler furnace, which worsens the combustion mode, requires an increased fuel consumption.

В схеме размола также требуется для поддержания стабильного режима сжигания дополнительный расход топлива (до 40%). In the grinding scheme, additional fuel consumption (up to 40%) is also required to maintain a stable combustion mode.

За прототип принята переработка лигнина по двухконтурной разомкнутой схеме при сушке в две стадии - вначале уходящими газами котла, затем топочным. Эта схема не требует специального сушильного оборудования и не ухудшает режима горения за счет подачи в топку холодного воздуха, но в то же время лигнин сжигается только совместно с дорогостоящим природным газом или мазутом [1]. The prototype was taken to process lignin according to a double-circuit open circuit during drying in two stages - first, the exhaust gases of the boiler, then the furnace. This scheme does not require special drying equipment and does not worsen the combustion regime due to the supply of cold air to the furnace, but at the same time, lignin is burned only together with expensive natural gas or fuel oil [1].

С целью полного использования сырьевой базы на основе отходов лигнина и повышения эффективности сгорания топлива в способе сжигания гидролизного лигнина в топке парового котла, включающем предварительную подсушку, дозированную подачу материала в топку котла и сжигание, подсушку лигнина осуществляют воздушным потоком, распределяя материал на колосниковой решетке котла слоем толщиной 100-150 мм, а в топку подают материал, имеющий влажность не более 60%, поддерживания при этом расход 1,5-2,5 кг/с. In order to make full use of the raw material base on the basis of lignin waste and increase the efficiency of fuel combustion in the method of burning hydrolysis lignin in a steam boiler furnace, including preliminary drying, metered supply of material to the boiler furnace and burning, drying of lignin is carried out by air flow, distributing the material on the grate of the boiler a layer with a thickness of 100-150 mm, and a material having a moisture content of not more than 60% is fed into the furnace, while maintaining a flow rate of 1.5-2.5 kg / s.

Подсушка лигнина может осуществляться пульсирующим воздушным потоком, а дозированную транспортировку материала в топку котла осуществляют под действием вибрации. Кроме того, для повышения эффективности сгорания лигнина колосник подвергают вибрированию. Кроме того, одновременно с лигнином в топку котла может периодически подаваться дополнительное топливо, например мазут, в количестве 5-20% от массы подаваемого лигнина, а подсушка лигнина может осуществляться воздухом, который нагревается теплом отходящих дымовых газов. Drying of lignin can be carried out by a pulsating air flow, and metered transportation of material to the boiler furnace is carried out under the influence of vibration. In addition, to increase the efficiency of combustion of lignin, the grate is subjected to vibration. In addition, simultaneously with lignin, additional fuel, for example fuel oil, can be periodically supplied to the boiler furnace in the amount of 5-20% of the mass of the supplied lignin, and lignin can be dried by air, which is heated by the heat of the exhaust flue gases.

Техническая сущность предлагаемой технологии заключается в том, что выбранные оптимальные технологические параметры позволяют осуществлять максимально эффективное сжигание лигнина. The technical essence of the proposed technology lies in the fact that the selected optimal technological parameters allow for the most efficient burning of lignin.

Распределение лигнина на колосниковой решетке котла слоем толщиной 100-150 мм и подача через этот слой воздушного потока способствуют тому, что снижается влажность лигнина до 60%, происходит разрыхление слоя лигнина, что способствует его лучшему сгоранию. Кроме того, подаваемый через слой лигнина воздушный поток выносит в систему сгорания подсушенные мелкие частицы лигнина, которые сгорают мгновенно. Поступающий в топку лигнин влажностью не более 60% подвергается одновременно и сушке (возгонка воды), и сжиганию. При расходах лигнина 1,5-2,5 кг/с в данной технологической цепочке обеспечивается практически полное сгорание лигнина. The distribution of lignin on the grate of the boiler with a layer 100-150 mm thick and the supply of air flow through this layer helps to reduce the lignin humidity to 60%, the lignin layer is loosened, which contributes to its better combustion. In addition, the air stream supplied through the lignin layer carries dried small lignin particles into the combustion system, which burn instantly. The lignin entering the firebox with a moisture content of not more than 60% is subjected to both drying (water sublimation) and burning. At lignin costs of 1.5-2.5 kg / s, this process chain ensures almost complete combustion of lignin.

Подсушка лигнина пульсирующим воздушным потоком повышает ее эффективность, снижает влажность подаваемого в топку лигнина, повышает его рыхлость, что в конечно итоге повышает эффективность сжигания. Этому также способствует и дозированная подача материала в топку под действием вибрации (в этом случае нет зависания материала, и он поступает в топку равномерно). А за счет вибрации колосника и доступа кислорода воздуха к сжигаемому материалу увеличивается его эффективность сгорания и, кроме того, и колосник хорошо очищается от зоны. Использование подогретого воздуха повышает эффективность сгорания. Drying lignin with a pulsating air stream increases its efficiency, reduces the moisture content of the lignin supplied to the furnace, increases its friability, which ultimately increases the efficiency of combustion. This is also facilitated by the metered supply of material into the furnace under the influence of vibration (in this case there is no material freezing, and it enters the furnace evenly). And due to the vibration of the grate and the access of oxygen to the burned material, its combustion efficiency increases and, in addition, the grate is well cleaned from the zone. The use of heated air increases combustion efficiency.

В некоторых случаях (запуск котла, необходимое повышение КПД котла для нужд производства) возможна одновременная с лигнином подача в топку котла и дополнительного топлива, например мазута, в количестве 5-20% от массы подаваемого лигнина. In some cases (starting the boiler, necessary increase in boiler efficiency for production needs), it is possible to simultaneously supply lignin to the boiler furnace and additional fuel, for example fuel oil, in the amount of 5-20% of the mass of the supplied lignin.

Сравнение предложенного технического решения с прототипом показывает, что оно отличается от него признаками, заявленными в отличительной части формулы изобретения. Comparison of the proposed technical solution with the prototype shows that it differs from it by the features claimed in the characterizing part of the claims.

Сравнение предложенного технического решения не только с прототипом, но и другими решениями по сжиганию лигнина в котлах показывает, что:
- известно использование подушки материала (лигнина) воздухом, однако не известна подсушка его пульсирующим воздушным потоком;
- известно использование вибрации для предотвращения зависания материала в бункерах, однако не известна дозированная транспортировка материала под действием вибрации.Comparison of the proposed technical solution not only with the prototype, but also with other solutions for burning lignin in boilers shows that:
- the use of a cushion of material (lignin) by air is known, but its drying by a pulsating air flow is not known;
- it is known to use vibration to prevent material from hanging in silos, however, metered transportation of material under vibration is not known.

- известно использование в качестве топлива лигнина и мазута, однако при использовании основного топлива - лигнина периодическое использование дополнительного топлива на период запуска котла в других неординарных ситуациях не известно. - it is known that lignin and black oil are used as fuel, but when using the main fuel, lignin, the periodic use of additional fuel for the period the boiler is started in other unusual situations is not known.

В то же время совокупность известных и неизвестных признаков позволяет достичь поставленной выше цели. At the same time, the combination of known and unknown features allows us to achieve the goal set above.

Технологические параметры способа выбраны из следующих условий. Technological parameters of the method are selected from the following conditions.

Толщина слоя лигнина 100-150 мм, распределяемого на колосниковой решетке, выбрана экспериментальным путем. Слой лигнина этой толщины обеспечивает с одной стороны его достаточную подсушку подогретым воздушным потоком от тепла отходящих дымовых газов, а с другой стороны этим потоком уносятся в зону сгорания мелкие частицы лигнина, которые быстро сгорают. The thickness of the lignin layer 100-150 mm, distributed on the grate, was chosen experimentally. A layer of lignin of this thickness provides, on the one hand, its sufficient drying with a heated air stream from the heat of the exhaust flue gases, and on the other hand, small particles of lignin that quickly burn out are carried into the combustion zone.

Толщина слоя менее 100 мм повышает степень подсушки лигнина, но, с другой стороны, снижается количество сжигаемого лигнина. A layer thickness of less than 100 mm increases the degree of drying of lignin, but, on the other hand, the amount of lignin burned is reduced.

При толщине слоя более 150 мм становится недостаточной степень подсушки и для сжигания лигнина требуется введение обязательного дополнительного дорогостоящего топлива типа мазута, что тоже снижает технико-экономические показатели процесса утилизации лигнина. With a layer thickness of more than 150 mm, the degree of drying becomes insufficient and lignin requires the introduction of mandatory additional expensive fuel such as fuel oil, which also reduces the technical and economic indicators of the lignin utilization process.

Подача в топку котла материала влажностью более 60% затрудняет процесс сжигания лигнина и требует также дополнительной подачи топлива. The supply of material with a humidity of more than 60% to the boiler furnace complicates the process of burning lignin and also requires additional fuel supply.

Расход лигнина, сжигаемого в топке, выбран из следующих условий. The consumption of lignin burned in the furnace is selected from the following conditions.

При расходе менее 1,5 кг/с процесс утилизации малоэффективен (переработка малых объемов, необходимость подача дополнительного количества дорогостоящего топлива). At a flow rate of less than 1.5 kg / s, the recycling process is ineffective (processing of small volumes, the need to supply an additional amount of expensive fuel).

Расход более 2,5 кг/с нецелесообразен, так как требуется дополнительная подача топлива для эффективного сжигания всей массы лигнина. Consumption of more than 2.5 kg / s is impractical, since additional fuel supply is required for efficient burning of the entire mass of lignin.

Для повышения эффективности подсушки, а следовательно, и повышения производительности и эффективности процесса утилизации лигнина подсушка может осуществляться пульсирующим воздушным потоком. При этом снижается влажность лигнина и повышается рыхлость подаваемого материала, что способствует эффективности сжигания лигнина. Кроме того, для этих же целей на подсушку подают воздух, нагреваемый отходящими дымовыми газами. In order to increase the drying efficiency and, consequently, to increase the productivity and efficiency of the lignin utilization process, the drying can be carried out with a pulsating air flow. This reduces the moisture content of lignin and increases the friability of the feed material, which contributes to the efficiency of burning lignin. In addition, for the same purpose, air heated by the exhaust flue gases is supplied for drying.

Для повышения эффективности сгорания лигнина дозированная подача материала в топку также может осуществляться под действием вибрации, а также за счет вибрации колосника. При вибрации колосника происходит лучшее очищение его от зоны, что способствует лучшему доступу кислорода воздуха. To increase the efficiency of lignin combustion, the metered supply of material to the furnace can also be carried out under the influence of vibration, as well as due to vibration of the grate. When the grate vibrates, it is better cleansed from the zone, which contributes to better access of air oxygen.

Одновременно с лигнином в топку котла может периодически подаваться дополнительное топливо, например мазут, в количестве 5-20% от массы подаваемого лигнина. Simultaneously with lignin, additional fuel, for example fuel oil, in the amount of 5-20% of the mass of the supplied lignin can be periodically supplied to the boiler furnace.

Дополнительное топливо (мазут) в виде "подсветки" подается при запуске котла и выходе его на режим нормального горения, а также в зависимости от влажности подаваемого лигнина для повышения технологических показателей котла в зависимости от нужд производства. Additional fuel (fuel oil) in the form of "backlight" is supplied when the boiler is started and it enters the normal combustion mode, as well as depending on the humidity of the supplied lignin to increase the technological parameters of the boiler depending on the needs of production.

Способ реализуется следующим образом (см. фиг. 1). The method is implemented as follows (see Fig. 1).

Гидролизный лигнин из-под циклонов (сцеж) влажностью 65-70% ленточным транспортером 1 подается в бункер, откуда подается самотеком (либо под воздействием пульсирующего воздушного потока) через шибер 3, регулирующий толщину слоя лигнина, на колосниковую решетку 4 парового котла 5. Причем подаваемый материал может подвергаться вибрации. Hydrolysis lignin from under cyclones (decanted) with a moisture content of 65-70% is conveyed by belt conveyor 1 to the hopper, from where it is fed by gravity (or under the influence of a pulsating air flow) through a gate 3, which regulates the thickness of the lignin layer, to the grate 4 of the steam boiler 5. Moreover feed material may be subject to vibration.

Лигнин сгорает, а дымовые газы, частично унося с собой несгоревшую мелкую фракцию лигнина, поступают в циклон для очистки, а затем выбрасываются в атмосферу. Кроме того, возможна подача воздуха, нагретого от дымососа 8 бесконтактным способом, на подсушку. Образовавшаяся в результате сжигания лигнина зола через колосниковые решетки 4 и колосники 6 просыпается в золовую камеру 7, откуда периодически убирается. The lignin burns, and the flue gases, partially taking away the unburned fine fraction of lignin, enter the cyclone for cleaning, and then are released into the atmosphere. In addition, it is possible to supply air heated from the exhaust fan 8 in a non-contact manner for drying. The ash formed as a result of burning lignin through grate 4 and grate 6 wakes up in the ash chamber 7, from where it is periodically removed.

Зола лигнина по своим качествам аналогична древесной золе и может быть использована в качестве удобрения в сельскохозяйственном производстве. Lignin ash is similar in quality to wood ash and can be used as fertilizer in agricultural production.

Способ осуществляется следующим образом. The method is as follows.

Пример 1. Лигнин влажностью 70% из-под циклонов подают ленточным транспортером 1 в бункер 2. Шибер 3 устанавливают таким образом, чтобы расстояние между стенкой и нижним срезом шибера составляло 130 мм, что обеспечивает на выходе из бункера толщину слоя лигнина 130 мм. Расход лигнина 2,1 кг/с. Через колосниковую решетку 4 через слой лигнина постоянно проходит воздушный поток, создаваемый дымососом. Влажность лигнина при этом снизилась до 55%. Мелкие частички лигнина уносятся воздушным потоком в топку и мгновенно сгорают. Лигнин сгорает на колоснике, зола ссыпается в золовую камеру 7, откуда периодически убирается, а дымовые газы, пройдя конвективную часть парового котла, отсасываются дымососом 8 и поступают для очистки в циклон, после чего сбрасываются в атмосферу. Давление пара 5 ати, температура пара 160^oC. Производительность котла 7,56 т лигнина/ч.Example 1. Lignin with a moisture content of 70% from under the cyclones is fed by a conveyor belt 1 to the hopper 2. The gate 3 is installed so that the distance between the wall and the lower slice of the gate is 130 mm, which ensures a lignin layer thickness of 130 mm at the outlet of the hopper. The lignin consumption is 2.1 kg / s. Through the grate 4 through the layer of lignin constantly passes the air flow created by the smoke exhauster. The lignin moisture content decreased to 55%. Small particles of lignin are carried away by the air stream into the furnace and instantly burn out. The lignin burns on the grate, the ash is poured into the ash chamber 7, from where it is periodically cleaned, and the flue gases, having passed the convective part of the steam boiler, are sucked off by the smoke exhauster 8 and fed to the cyclone for cleaning, after which they are discharged into the atmosphere. Steam pressure 5 ati, steam temperature 160 ^o C. Boiler productivity 7.56 t lignin / h.

Однако было отмечено следующее. При влажности подаваемого лигнина 70-75% на выходе из бункера наблюдалось кратковременное зависание материала. Вибрационное воздействие известными устройствами (электровибраторы, пневмовибраторы) на стенку бункера полностью устраняет этот момент. Кроме того, вибрационное воздействие теми же вибрационными устройствами на сходящий в топку материал и вибрация колосника, а также подача на подсушку лигнина воздуха, нагреваемого отходящими дымовыми газами, способствуют понижению влажности материала до 45-50%, повышают его рыхлость и повышает эффективность сжигания. Становится возможной подача материала слоем 150 мм, расход - 2,5 кг/с, производительность котла по лигнину возрастает до 8340 кг/ч (20 т/сутки). При запуске котла и в случаях, требующих увеличение паро- и водопотребления, в топку котла подают дополнительное топливо, например мазут, в количестве 5-20% от массы подаваемого лигнина, в зависимости от влажности лигнина и необходимого увеличения теплофизических параметров. However, the following was noted. At a moisture content of the supplied lignin of 70-75%, a short-term hang of the material was observed at the exit from the hopper. The vibration effect of known devices (electric vibrators, pneumatic vibrators) on the wall of the hopper completely eliminates this point. In addition, the vibration effect of the same vibration devices on the material going down into the furnace and the grate vibration, as well as the supply of air heated by the exhaust flue gases to dry the lignin, contribute to lowering the moisture content of the material by 45-50%, increase its friability and increase combustion efficiency. It becomes possible to supply the material with a layer of 150 mm, flow rate - 2.5 kg / s, the boiler's lignin productivity increases to 8340 kg / h (20 t / day). When starting the boiler and in cases requiring an increase in steam and water consumption, additional fuel, for example fuel oil, is supplied to the boiler furnace in the amount of 5-20% of the mass of the supplied lignin, depending on the moisture content of the lignin and the necessary increase in thermophysical parameters.

Несмотря на снижение теплотехнических характеристик работы котла, утилизация лигнина путем его сжигания в топке парового котла является экономически целесообразной операцией по следующим соображениям. Despite the decrease in the thermal characteristics of the boiler, the utilization of lignin by burning it in the furnace of a steam boiler is an economically feasible operation for the following reasons.

1) Вместо дорогостоящего топлива для производства теплореагентов (пар, горячая вода) для нужд собственного производства используется отход этого же производства. 1) Instead of expensive fuel for the production of thermal agents (steam, hot water) for the needs of own production, waste from the same production is used.

2) Утилизация лигнина путем его сжигания устраняет затраты на его транспортировку, устройство и содержание отвалов. 2) Utilization of lignin by burning it eliminates the cost of its transportation, installation and maintenance of dumps.

3) Улучшается экологическая ситуация за счет устранения загрязнения окружающей среды. 3) The environmental situation is improving by eliminating environmental pollution.

4) В результате утилизации лигнина образуется отход (зола), который в дальнейшем может быть использован в качестве удобрения в сельскохозяйственном производстве. 4) As a result of utilization of lignin, waste (ash) is formed, which can later be used as fertilizer in agricultural production.

Claims (7)

1. Способ сжигания гидролизного лигнина в топке котла путем предварительной подсушки, дозированной подачи материала в топку котла и сжигания, отличающийся тем, что подсушку лигнина осуществляют воздухом с распределением материала на колосниковой решетке котла слоем толщиной 100 - 150 мм, причем в топку материал подают с влажностью не более 60% и поддерживают его расход в количестве 1,5 - 2,5 кг/с. 1. A method of burning hydrolysis lignin in a boiler furnace by pre-drying, metered supply of material to the boiler furnace and burning, characterized in that the lignin is dried by air with the distribution of material on the grate of the boiler with a layer thickness of 100 - 150 mm, and the material is fed into the furnace humidity not more than 60% and support its consumption in the amount of 1.5 - 2.5 kg / s. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что воздух подают пульсирующим потоком. 2. The method according to claim 1, characterized in that the air is supplied with a pulsating flow. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что дозированную подачу материала в топку котла осуществляют под действием вибрации. 3. The method according to claim 1, characterized in that the metered supply of material into the furnace of the boiler is carried out under the influence of vibration. 4. Способ по пп.1 и 3, отличающийся тем, что колосники решетки подвергают вибрации. 4. The method according to claims 1 and 3, characterized in that the grid-irons of the lattice are subjected to vibration. 5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что колосники решетки подвергают периодической вибрации. 5. The method according to p. 4, characterized in that the grate of the lattice is subjected to periodic vibration. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что одновременно с лигнином в топку котла периодически подают дополнительное топливо, преимущественно мазут, в количестве 5 - 20% от массы подаваемого лигнина. 6. The method according to claim 1, characterized in that at the same time as lignin, additional fuel, preferably fuel oil, is periodically supplied to the boiler furnace in the amount of 5 to 20% by weight of the supplied lignin. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что подсушку лигнина осуществляют воздухом, нагреваемым теплом отходящих дымовых газов. 7. The method according to claim 1, characterized in that the drying of the lignin is carried out with air heated by the heat of the exhaust flue gases.