RU2499035C1 - Method of activating coal particles in vertical axially symmetrical annular chamber - Google Patents

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: invention relates to a method of activating coal particles in a vertical axially symmetrical annular chamber by batchwise loading of the area under the hearth with size-fractioned particles, heating, removing moisture and volatile substances, as well as cooling with organised ascending-descending annular circulatory movement of particles with heated and cooled flue gases and steam, fed from the side of the roof cover by axial vertically descending streams, removal during activation and release into the furnace of a heat-producing apparatus of gaseous activation products, batchwise unloading of activated cooled particles from the area under the hearth, characterised by that circulation of particles in the ascending-descending annular stream is carried out by axial vertically descending streams of heated flue gases at the first, then a mixture of heated flue gases and steam and at the end cooled flue gases, fed into the annular chamber. The volume of the loaded portions of coal particles V_y=(0.1-0.7)V_K the volume of the annular chamber, m³; the speed of the medium in the ascending branch of the circulation annular stream w_n=(0.1-0.6)w₀ the speed of the axial vertically descending stream of flue gases and steam, m/s; and content of oxygen in the fed axial vertically descending streams maintained at O₂=(0.04-0.16).

EFFECT: maximum removal of volatile substances from coal particles with minimum burning of coke residue, providing maximum sorption activity of the obtained product.

1 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к области промышленной теплоэнергетики и может быть использовано в производстве активного угля.The invention relates to the field of industrial power engineering and can be used in the production of activated carbon.

Известен способ активирования порошкообразного угля с нефракционированными по размеру частицами путем непрерывного ввода и нагрева газовым факелом, выделения и сжигания легких и тяжелых фракций летучих веществ в реакторе с пересыпающимся слоем противотоком факелу-нагревателю и газообразным продуктам сгорания, струям воздуха и пара, последующего охлаждения в вынесенных охладителях готового продукта (X. Кинле, Э. Бадер. Активные угли и их промышленное применение. Химия, Л., 1984, с.50-53).There is a method of activating powdered coal with particles unfractionated by size by continuously introducing and heating a gas torch, isolating and burning light and heavy fractions of volatile substances in a reactor with an overflowing bed countercurrent to the torch heater and gaseous products of combustion, air and steam jets, subsequent cooling in remote finished product coolers (X. Kinle, E. Bader. Active carbons and their industrial applications. Chemistry, L., 1984, p. 50-53).

Недостаток способа - большие расход газа на нагрев и потери теплоты в процессе активирования угля, в том числе с активируемым материалом при выгорании мелких пылевидных фракций.The disadvantage of this method is the high gas consumption for heating and heat loss in the process of activating coal, including with the activated material during the burning out of fine dust fractions.

Известен способ нагрева, выделения и выжигания летучих веществ порошкообразного угля в инверторных реакторах с вводом через потолочное перекрытие и боковые горизонтальные патрубки исходного материала, воздуха, струй пара и инертного газа, балластирующих зоны реагирования и замедляющих процесс горения (Ю.Л. Маршак. Топочные устройства с вертикальными циклонными предтопками. Энергия, М., 1966, с.20-130).A known method of heating, separation and burning of volatile substances of powdered coal in inverter reactors with input through the ceiling and horizontal lateral pipes of the source material, air, jets of steam and inert gas, ballasting the reaction zone and slowing down the combustion process (Yu.L. Marshak. Furnace devices with vertical cyclone pre-furnaces. Energy, Moscow, 1966, pp. 20-130).

Недостаток способа - также большие расход газа и потери теплоты, в том числе с выгораемыми мелкими фракциями угля.The disadvantage of this method is also high gas consumption and heat loss, including with burnable small fractions of coal.

Известен способ активирования фракционированных по размеру частиц порошкообразного угля путем ввода в реактор исходного материала вертикально-щелевыми потоками в смеси с продуктами сгорания и его нагрева спутными вертикально-щелевыми газовыми факелами (патент РФ №2306484; F23C 1/12 от 13.06.2006 г.; Б.И. №26, 2007 г.).A known method of activating particle-sized particles of powdered coal by introducing into the reactor the source material with vertical slit flows mixed with combustion products and heating it with satellite vertical slit gas flares (RF patent No. 2306484; F23C 1/12 of 06/13/2006; B.I. No. 26, 2007).

При активировании фракционированных по размеру частиц с использованием способа в отсутствии мелочи существенно снижается обгорание коксовой основы угля. Однако сохраняется прежний недостаток - перерасход газа на нагрев и значительные потери теплоты процесса активирования.By activating particle size fractionated particles using the method in the absence of fines, the burning of the coke base of the coal is substantially reduced. However, the previous drawback remains - gas overrun for heating and significant heat loss of the activation process.

Известен способ активирования фракционированных по размеру частиц порошкообразного угля путем их ввода вертикально-щелевыми потоками в смеси с продуктами сгорания и нагрева спутными вертикально-щелевыми газовыми факелами в горизонтальных камерно-факельных нагревателях, выделения и сжигания легких и тяжелых фракций летучих веществ при взаимодействии с газообразными продуктами сгорания, воздухом и паром в инверторных реакторах, охлаждения воздухом в кипящем слое с одновременным отводом теплоты поверхностному теплообменнику (X. Кинле, Э. Бадер. Активные угли и их промышленное применение. Химия, Л., 1984, с.177-179, рис.10.89).A known method of activating particle-sized particles of powdered coal by introducing vertically slit streams in a mixture with products of combustion and heating by satellite vertical slit gas torches in horizontal chamber-torch heaters, separating and burning light and heavy fractions of volatile substances when interacting with gaseous products combustion, by air and steam in inverter reactors, air cooling in a fluidized bed with simultaneous heat removal to a surface heat exchanger (X. Kinl E. Bader. Active carbons and their industrial use. Chemistry, L., 1984, s.177-179, ris.10.89).

Недостаток способа - значительные расход газа и потери теплоты процесса активирования.The disadvantage of this method is significant gas consumption and heat loss of the activation process.

Известен способ активирования угольных частиц в вертикальной осесимметричной кольцевой камере путем порционной загрузки надподового участка предварительно фракционированными по размеру частицами, нагрева, вывода влаги и летучих веществ, а также охлаждения при организованном подъемно-опускном кольцевом циркуляционном движении частиц нагретыми и охлажденными дымовыми газами и паром, вводимыми со стороны потолочного перекрытия осевыми вертикально-опускными потоками, отводом в процессе активирования и сбросом в топку теплопроизводящей установки газообразных продуктов активирования, порционной выгрузки активированных охлажденных частиц из надподового участка (Теплоэнергетика и теплотехника. Справочник. Книга 4. Промышленная теплоэнергетика и теплотехника. Под общей ред. В.А. Григорьева и В.М. Зорина, М.: Энергоатомиздат, 1983, с.202-204, рис.2.89, табл.2.87-2.91).A known method of activating coal particles in a vertical axisymmetric annular chamber by portioning the supernatal portion with pre-fractionated particles, heating, removing moisture and volatile substances, as well as cooling during organized lifting and lowering circular circulation of particles by heated and cooled flue gases and steam introduced from the ceiling side by axial vertically lowering flows, removal during activation and discharge into the furnace by heat production installation of gaseous activation products, batch unloading of activated chilled particles from the supernatal site (Heat and Power Engineering. Handbook. Book 4. Industrial Heat and Power Engineering. Edited by V. A. Grigoriev and V. M. Zorin, Moscow: Energoatomizdat, 1983, p.202-204, fig. 2.89, tab. 2.87-2.91).

Недостаток способа - значительные расходы газа, воздуха и потери теплоты.The disadvantage of this method is the significant consumption of gas, air and heat loss.

Известен способ активирования угольных частиц в вертикальной осесимметричной кольцевой камере путем порционной загрузки надподового участка предварительно фракционированными по размеру частицами, нагрева, вывода влаги и летучих веществ, а также охлаждения при организованном подъемно-опускном кольцевом циркуляционном движении частиц нагретыми и охлажденными дымовыми газами и паром, вводимыми со стороны потолочного перекрытия осевыми вертикально-опускными потоками, отводом в процессе активирования и сбросом в топку теплопроизводящей установки газообразных продуктов активирования, порционной выгрузки активированных охлажденных частиц из надподового участка (Двухзонная модель аэродинамики, тепломассобменных процессов и горения в надслоевом пространстве топки и котла с циркулирующим кипящим слоем / Б.Б. Рохман // Теплоэнергетика, №9, 2005, с.35-43). К особенности способа относится циркуляция выносимых из топки угольных частиц с возвратом по внешнему трубопроводу в подъемный слой газовоздушной смеси со свежими частицами.A known method of activating coal particles in a vertical axisymmetric annular chamber by portioning the supernatal portion with pre-fractionated particles, heating, removing moisture and volatile substances, as well as cooling during organized lifting and lowering circular circulation of particles by heated and cooled flue gases and steam introduced from the ceiling side by axial vertically lowering flows, removal during activation and discharge into the furnace by heat production installation of gaseous activation products, portioned discharge of activated chilled particles from the supernatal section (Two-zone model of aerodynamics, heat and mass transfer processes and combustion in the superlayer space of a furnace and a circulating fluidized bed boiler / B. B. Rohman // Thermal Engineering, No. 9, 2005, p. 35-43). The method features include the circulation of coal particles carried out from the furnace with the return through an external pipeline to the lifting layer of the gas-air mixture with fresh particles.

Недостаток способа - большие потери материала и теплоты с непрерывно вдуваемыми и обгораемыми мелкими частицами, выносимыми из слоя горячими газами.The disadvantage of this method is the large loss of material and heat with continuously blown and charred small particles carried out of the layer by hot gases.

Известен наиболее близкий способ активирования угольных частиц в вертикальной осесимметричной кольцевой камере путем порционной загрузки надподового участка предварительно фракционированными по размеру частицами, нагрева, вывода влаги и летучих веществ, а также охлаждения при организованном подъемно-опускном движении частиц нагретыми и охлажденными дымовыми газами и паром, вводимыми со стороны потолочного перекрытия осевыми вертикально-опускными потоками, отводом в процессе активирования и сбросом в топку теплопроизводящей установки газообразных продуктов активирования, порционной выгрузки активированных охлажденных частиц из надподового участка (Б.А. Кондорф. Техника высоких давлений в химии. ГосНТИ химической литературы, М-Л., 1952, с.83-102).The closest known method of activating coal particles in a vertical axisymmetric annular chamber by portioning the supernatal portion with pre-fractionated particles, heating, removing moisture and volatile substances, as well as cooling during organized lifting and lowering movement of particles by heated and cooled flue gases and steam introduced from the ceiling side with axial vertically lowering flows, with removal in the activation process and discharge into the furnace of the heat-producing unit ovki activation gaseous products, discharging the batch cooled particles of activated nadpodovogo portion (BA Kondorf. Technics high pressure chemistry. GosNTI chemical literature, M-A., 1952, s.83-102).

Способ, реализуемый в аппаратах периодического действия, в частности, в камерах автоклавного типа с привязкой к действующему теплопроизводящему оборудованию более экономичен в сравнении со способами, осуществляемыми в аппаратах непрерывного действия. Недостаток данного способа - невысокое качество готового активированного продукта, пониженная сорбционная активность.The method implemented in batch apparatuses, in particular in autoclave-type chambers with reference to the existing heat-producing equipment, is more economical in comparison with the methods implemented in continuous apparatuses. The disadvantage of this method is the low quality of the finished activated product, reduced sorption activity.

Техническая задача изобретения - добиться максимального удаления летучих веществ из частиц угля при минимальном обгорании коксового остатка, обеспечивающих максимальную сорбционную активность выпускаемого продукта.The technical task of the invention is to achieve maximum removal of volatile substances from coal particles with minimal burning of coke residue, providing maximum sorption activity of the product.

Для решения поставленной задачи при осуществлении способа активирования угольных частиц в вертикальной осесимметричной кольцевой камере путем порционной загрузки надподового участка предварительно фракционированными по размеру частицами, нагрева, вывода влаги и летучих веществ, а также охлаждения при организованном подъемно-опускном кольцевом циркуляционном движении частиц нагретыми и охлажденными дымовыми газами и паром, вводимыми со стороны потолочного перекрытия осевыми вертикально-опускными потоками отводом в процессе активирования и сбросом в топку теплопроизводящей установки газообразных продуктов активирования, порционной выгрузки активированных охлажденных частиц из надподового участка, согласно изобретению, циркуляцию частиц в подъемно-опускном кольцевом потоке организуют вводимыми в кольцевую камеру осевыми вертикально-опускными потоками вначале нагретых дымовых газов, затем смеси нагретых дымовых газов и пара, по окончании охлажденных дымовых газов, при этом объем загружаемых порций угольных частиц составляет V_у=(0,1-0,7)V_к объема кольцевой камеры, м³, скорость среды в подъемной ветви циркулирующего кольцевого потока равна w_п=(0,1-0,6)w₀ скорости осевого вертикально-опускного потока дымовых газов и пара, м/с, а долю кислорода во вводимых осевых вертикально-опускных потоках поддерживают на уровне О₂=(0,04-0,16).To solve the problem when implementing the method of activating coal particles in a vertical axisymmetric annular chamber by portioning the supernatal portion with pre-fractionated particles, heating, removing moisture and volatile substances, as well as cooling during the organized lifting and lowering circular movement of particles by heated and cooled smoke gases and steam introduced from the side of the ceiling by axial vertically lowering flows by a branch in the process of gasification and discharge into the furnace of a heat-producing installation of gaseous activation products, portioned discharge of activated chilled particles from the supernatal section, according to the invention, the circulation of particles in a lifting-lowering annular flow is organized by axial vertical-lowering flows introduced into the annular chamber, first of heated flue gases, then of a mixture of heated flue gases gas and steam at the end of the cooled flue gases, while the volume of carbon particles loaded portions is V _at = (0,1-0,7) V _to annular volume Cams ry, m ^3, the lifting speed of the medium circulating annular flow branches equals w _n = (0,1-0,6) w ₀ speed axial vertical downflow of flue gas and steam flow in m / s, and the proportion of oxygen introduced during axial vertically downstream flows are maintained at O ₂ = (0.04-0.16).

Нагрев частиц, вывод из них влаги и летучих веществ в циркулирующем подъемно-опускном кольцевом потоке, организуемом вначале нагретыми дымовыми газами, а затем смесью нагретых дымовых газов и пара, а также последующее охлаждение частиц также в циркулирующем подъемно-опускном кольцевом потоке, организуемом дымовыми газами с поддержанием обозначенных диапазонов V_у=(0,1-0,7)V_к; w_п=(0,1-0,6)w₀; О₂=(0,04-0,16) обеспечивают наиболее благоприятные условия активирования с минимизацией остаточного содержания летучих веществ и обгара коксового остатка, что повышает качество активируемого продукта, его сорбционную активность и решают поставленную задачу изобретения. Исключение одного из перечисленных условий или отклонение любого из параметров V_у, w_п, О₂ хотя бы на 1% в большую или меньшую сторону влечет резкий скачкообразный прирост остаточного содержания летучих веществ в конечном продукте, либо доли обгара коксового остатка с увеличением потребляемого расхода теплоносителя и собственных нужд на ведение процесса активирования, в связи с чем заявляемые диапазоны параметров V_у=(0,1-0,7)V_к; w_п=(0,1-0,6)w₀; О₂=(0,04-0,16) являются оптимальными.Particles are heated, moisture and volatiles are removed from them in a circulating up-and-down annular flow, first organized by heated flue gases, and then a mixture of heated flue gases and steam, and also subsequent cooling of particles in a circulating up-and-down annular flow organized by flue gases maintaining the indicated ranges V _y = (0.1-0.7) V _k ; w _p = (0.1-0.6) w ₀ ; O ₂ = (0.04-0.16) provide the most favorable conditions for activation with minimizing the residual content of volatile substances and burning the coke residue, which improves the quality of the activated product, its sorption activity and solve the problem of the invention. The exclusion of one of the listed conditions or the deviation of any of the parameters V _y , w _p , O _{2 by} at least 1% up or down results in a sharp jump-like increase in the residual content of volatile substances in the final product, or a fraction of the coke residue burn with an increase in the consumed coolant flow rate and their own needs for the activation process, in connection with which the claimed parameter ranges V _y = (0.1-0.7) V _k ; w _p = (0.1-0.6) w ₀ ; O ₂ = (0.04-0.16) are optimal.

Предлагаемый способ реализуется в установке, поясняемой чертежами.The proposed method is implemented in the installation, illustrated by the drawings.

На фиг.1 представлена схема камеры активирования угольных частиц периодического действия, продольный разрез в период загрузки исходного материала; на фиг.2 - та же камера в период активирования угольных частиц; фиг.3 - та же камера при разгрузке готового активированного продукта; на фиг.4 - схема энергокотла, вырабатывающего пар, в частности, для паротурбоэлектрогенератора, со всомогательным оборудованием и камерой активирования угольных частиц периодического действия; на фиг.5 - разрез А-А на фиг.4; на фиг.6 - вид Б на фиг.4.Figure 1 presents a diagram of a chamber for activating coal particles of periodic action, a longitudinal section during the loading of the source material; figure 2 - the same chamber during the activation of coal particles; figure 3 - the same chamber when unloading the finished activated product; figure 4 is a diagram of an energy boiler generating steam, in particular for a steam turbine generator, with auxiliary equipment and a chamber for activating batch coal particles; figure 5 is a section aa in figure 4; Fig.6 is a view of B in Fig.4.

Камера активирования 1 угольных частиц 2 с вертикальной осью симметрии k на фиг.1, 2, 3 содержит вертикальную цилиндрическую стену 3, потолочное и подовое перекрытия 4 и 5 соответственно, встроенный со стороны потолочного перекрытия 4 вдоль оси k цилиндрический патрубок 6 для ввода дымовых газов 7 и пара 8, патрубок 9 для порционной засыпки (подачи) угольных частиц 2 исходного физико-химического состава, патрубок 10 для вывода газообразных продуктов 11 активирования с фильтром 12 и системой его продувки 13; патрубки 6, 9, 10 оснащены газоплотными клапанами 14, 15, 16 соответственно; камера 1 имеет внешнюю рубашку охлаждения 17, повторяющую профили вертикальной стены 3, потолочного и подового перекрытий 4, 5; рубашка 17 оснащена патрубками 18, 19 с газоплотными клапанами 20, 21 для ввода и сброса охлаждающего агента 22 соответственно; между рубашкой 17 и элементами 3, 4, 5 камеры 1 выполнен зазор 23 для циркуляции охлаждающего агента 22; внешняя нижняя часть рубашки 17 оснащена системой герметизации 24 и выгрузки активированного материала, в частности, в виде подооткидного устройства 25. Для ведения ремонтных работ предусмотрена также верхняя разъемная система герметизации 26. Пространство между вертикальной цилиндрической стеной 3 и цилиндрическим патрубком 6 образует кольцевую полость 27 объемом V_к, загружаемую на фиг.1 исходным материалом объемом V_у, выступающей в качестве рабочей в процессе активирования на фиг.2.The activation chamber 1 of coal particles 2 with a vertical axis of symmetry k in FIGS. 1, 2, 3 contains a vertical cylindrical wall 3, a ceiling and a hearth floor 4 and 5, respectively, a cylindrical pipe 6 for introducing flue gases built in from the side of the ceiling 4 along the k axis 7 and steam 8, a pipe 9 for portioning (feeding) coal particles 2 of the original physicochemical composition, a pipe 10 for outputting gaseous activation products 11 with a filter 12 and a purge system 13 thereof; the nozzles 6, 9, 10 are equipped with gas tight valves 14, 15, 16, respectively; the chamber 1 has an external cooling jacket 17, repeating the profiles of the vertical wall 3, ceiling and floor ceilings 4, 5; the shirt 17 is equipped with nozzles 18, 19 with gas tight valves 20, 21 for introducing and discharging the cooling agent 22, respectively; between the jacket 17 and the elements 3, 4, 5 of the chamber 1, a gap 23 is made for the circulation of the cooling agent 22; the outer lower part of the shirt 17 is equipped with a sealing system 24 and unloading of activated material, in particular in the form of a tilt device 25. For repairs, an upper detachable sealing system 26 is also provided. The space between the vertical cylindrical wall 3 and the cylindrical pipe 6 forms an annular cavity 27 of volume V _to , loaded in figure 1, the source material of volume V _y , acting as a working in the activation process in figure 2.

При работе камеры 1 реализуется заявленный способ активирования угольных частиц 2. Перед началом активирования согласно фиг.1, 4 камеру 1 герметизируют уплотняющими системами 24, 26. По патрубку 9 вводят исходную порцию предварительно фракционированных по размеру частиц 2, после чего патрубок 9 перекрывают газоплотным отсекателем 15; далее согласно фиг.2, 4, 5, 6 открывают газоплотный клапан 14 и по патрубку 6 в камеру 1 подают нагретые дымовые газы 7 и пар 8; по патрубку 18 в зазор 23 между рубашкой 17 и элементами 3, 4, 5 камеры 1 после открытия клапана 20 подают охлажденные дымовые газы 22; для вывода газообразных продуктов 11 из камеры 1 открывают клапан 16 на патрубке 10, а для отвода дымовых газов 22 из зазора 23 открывают клапан 21 на патрубке 19. Осевой вертикально-опускной поток 28 нагретых дымовых газов 7 формирует в кольцевом пространстве камеры 1 подъемно-опускное циркуляционное движение многофазной среды из газа 7, пара 8, частиц активируемых 29 с образованием подъемной и опускной ветвей 30 и 31 циркулирующего кольцевого потока 32; избыток газообразных продуктов 11 выводится через патрубок 10 с фильтром 12 и клапаном 16; при забивании фильтра 12 осуществляют его продувку, выполняемую при работе или останове камеры 1; сброс отводимых газообразных продуктов 11 осуществляют в топку 33 теплопроизводящей установки, в частности, согласно фиг.4, 5, 6 котла 34; туда же через патрубок 19 с клапаном 21 выводят отработанные дымовые пазы из зазора 23 между рубашкой 17 и элементами 3, 4, 5 камеры 1. По окончании активирования перекрывают клапаны 14, 16, 20 на патрубках 6, 10, 18, 19 и, согласно фиг.3, 4, производят разгерметизацию камеры 1 с помощью узлов 24 и с опрокидыванием подового перекрытия 5 при помощи механизма 25.When the chamber 1 is operating, the claimed method for activating coal particles 2 is implemented. Before activation, according to FIGS. 1 and 4, the chamber 1 is sealed with sealing systems 24, 26. An initial portion of particles previously fractionated by size 2 is introduced through the nozzle 9, after which the nozzle 9 is closed with a gas-tight shutoff fifteen; further according to FIGS. 2, 4, 5, 6, the gas tight valve 14 is opened and heated flue gases 7 and steam 8 are supplied to the chamber 1 through the pipe 6; on the pipe 18 in the gap 23 between the jacket 17 and the elements 3, 4, 5 of the chamber 1 after opening the valve 20 serves cooled flue gases 22; to withdraw gaseous products 11 from the chamber 1, open the valve 16 on the nozzle 10, and to remove flue gases 22 from the gap 23, open the valve 21 on the nozzle 19. The axial vertical-lowering flow 28 of heated flue gases 7 forms a lifting-lowering in the annular space of the chamber 1 the circulation movement of a multiphase medium from gas 7, steam 8, particles activated 29 with the formation of the lifting and lowering branches 30 and 31 of the circulating annular stream 32; the excess of gaseous products 11 is discharged through the pipe 10 with a filter 12 and a valve 16; when clogging the filter 12, it is purged, performed when the camera 1 is in operation or stopped; discharge of the gaseous products 11 is carried out into the furnace 33 of the heat generating installation, in particular, according to FIGS. 4, 5, 6 of the boiler 34; there, through the pipe 19 with the valve 21, the exhaust smoke slots are removed from the gap 23 between the jacket 17 and the elements 3, 4, 5 of the chamber 1. At the end of activation, the valves 14, 16, 20 on the pipes 6, 10, 18, 19 are closed and, according to figure 3, 4, produce depressurization of the chamber 1 using the nodes 24 and with the overturning of the hearth 5 using the mechanism 25.

Для ведения процесса активирования составляется режимная карта, увязывающая начальные физико-химические характеристики частиц с их размером, температурой и временем активирования, составом активируемого агента. Общим для всех видов активируемых частиц является заявленная новая особенность способа: после начальной продувки нагретыми дымовыми газами 7 производят переход к продувке смесью нагретых дымовых газов 7 и пара 8 с подачей последней по тому же патрубку 6, а по завершении определенного временного периода начинают продувку охлажденными дымовыми газами 22, подавая их по патрубку 6; при этом поддерживают постоянно открытым клапан 16 на сбросном патрубке 10. Активирование и охлаждение осуществляют с объемом загружаемых порций угольных частиц, уложенных в спокойном состоянии на под 5 камеры 1, V_у=(0,1-0,7)V_к объема кольцевой камеры 1, м³, скорость среды в подъемной ветви 30 циркулирующего кольцевого потока 32 равна w_п=(0,1-0,6)w₀ скорости осевого вертикально-опускного потока 28 дымовых газов и пара, м/с, а долю кислорода во вводимых осевых вертикально-опускных потоках 28 поддерживают на уровне О₂=(0,04-0,16). Активированные порции угольных частиц выводят из камеры 1 с использованием подооткидного устройства 26 после перекрытия клапанов 14, 16, 20, 21 на патрубках 6, 10, 18, 19. Соотношения геометрических характеристик камеры 1 и ее кольцевой полости 27 в материалах заявки не рассматриваются, являются предметом иного изобретения.To conduct the activation process, a regimen map is compiled, linking the initial physicochemical characteristics of the particles with their size, temperature and activation time, and the composition of the activated agent. Common to all types of activated particles is the claimed new feature of the method: after the initial purge with heated flue gases 7, a transition is made to a purge with a mixture of heated flue gases 7 and steam 8 with the latter being supplied through the same nozzle 6, and after a certain time period, purge with cooled flue gases 22, feeding them through the pipe 6; at the same time, a valve 16 is constantly kept open on the discharge pipe 10. Activation and cooling are carried out with the volume of loaded portions of coal particles laid in a calm state on under 5 chambers 1, V _y = (0.1-0.7) V _{to the} volume of the annular chamber 1, m ³ , the speed of the medium in the lifting branch 30 of the circulating annular stream 32 is equal to w _p = (0.1-0.6) w _{0 the} velocity of the axial vertical-lowering stream 28 of flue gases and steam, m / s, and the fraction of oxygen in introduced axial vertical downflows 28 support at the level of O ₂ = (0.04-0.16). Activated portions of coal particles are removed from chamber 1 using a tilt device 26 after closing valves 14, 16, 20, 21 on nozzles 6, 10, 18, 19. The ratios of the geometric characteristics of chamber 1 and its annular cavity 27 are not considered in the application materials, are the subject of another invention.

Нагрев исходных частиц 2, вывод из них влаги и летучих веществ в циркулирующем подъемно-опускном кольцевом потоке 32, организуемом вначале нагретыми дымовыми газами 7, а затем смесью нагретых дымовых газов 7 и пара 8, а также последующее охлаждение частиц также в циркулирующем подъемно-опускном кольцевом потоке 32, организуемом охлажденными дымовыми газами 22 с поддержанием обозначенных диапазонов V_у=(0,1-0,7)V_к; w_п=(0,1-0,6)w₀; O₂=(0,04-0,16) обеспечивают наиболее благоприятные условия активирования с минимизацией остаточного содержания летучих веществ и обгара коксового остатка, что повышает качество активируемого продукта 25, его сорбционную активность и решают поставленную задачу изобретения. Исключение одного из перечисленных условий или отклонение любого из параметров V_у, w_п, О₂ хотя бы на 1% в большую или меньшую сторону влечет резкий скачкообразный прирост остаточного содержания летучих веществ в конечном продукте, либо доли обгара коксового остатка с увеличением потребляемого расхода теплоносителя и собственных нужд на ведение процесса активирования, в связи с чем заявляемые диапазоны параметров V_у=(0,1-0,7)V_к; w_п=(0,1-0,6)w₀; О₂=(0,04-0,16) являются оптимальными.Heating of the initial particles 2, removal of moisture and volatile substances from them in a circulating lifting and lowering annular stream 32, organized first by heated flue gases 7, and then by a mixture of heated flue gases 7 and steam 8, as well as subsequent cooling of the particles also in the circulating lifting and lowering the annular stream 32 organized by the cooled flue gases 22 while maintaining the indicated ranges V _y = (0.1-0.7) V _k ; w _p = (0.1-0.6) w ₀ ; O ₂ = (0.04-0.16) provide the most favorable conditions for activation with minimizing the residual content of volatile substances and burning the coke residue, which increases the quality of the activated product 25, its sorption activity and solve the problem of the invention. The exclusion of one of the listed conditions or the deviation of any of the parameters V _y , w _p , O _{2 by} at least 1% up or down results in a sharp jump-like increase in the residual content of volatile substances in the final product, or a fraction of the coke residue burn with an increase in the consumed coolant flow rate and their own needs for the activation process, in connection with which the claimed parameter ranges V _y = (0.1-0.7) V _k ; w _p = (0.1-0.6) w ₀ ; O ₂ = (0.04-0.16) are optimal.

Реализация предлагаемого способа возможна в камерах 1 иной конструкции, в частности, с потолочным и подовым перекрытиями 4, 5, выполненными в виде полусфер. Кроме того, камера 1 может быть выполнена водоохлаждаемой с подачей в патрубок 18 и сбросом через патрубок 19 воды. Работа таких камер аналогична работе камеры 1 на фиг.1, 2, 3 с реализацией способа по фиг.1, 2, 3, 4, 5, 6 в полном объеме.Implementation of the proposed method is possible in chambers 1 of a different design, in particular, with ceiling and hearth ceilings 4, 5, made in the form of hemispheres. In addition, the chamber 1 can be made water-cooled with a feed into the pipe 18 and discharge through the pipe 19 of water. The operation of such cameras is similar to the operation of camera 1 in FIGS. 1, 2, 3 with the implementation of the method of FIGS. 1, 2, 3, 4, 5, 6 in full.

Практическое применение способа связано с теплоиспользующими установками различного типа и назначения, в том числе с котлом 34 на фиг.4, 5, 6. Камера 1 согласно фиг.4, 5, 6 установлена в котельном цехе электростанции перед котлом 34 с топкой 33 для факельного сжигания газа и угольной пыли. Топка 33 оснащена горелками 35, имеющими каналы 36 и 37 для ввода газовоздушной 38 и пылевоздушной 39 смесей соответственно. Для ввода газа 40 используют сопловые насадки 41, установленные в каналах 36. Пылевоздушную смесь 39 направляют в каналы 37 из мельниц 42, куда в традиционных режимах из бункеров 43 питателями 44 подают кусковое топливо и воздух 45. Теплота сжигаемого топлива в топке 33 передается образующимся продуктам сгорания 46 и от них экранирующим трубам 47, а также водонагревателю 48, размещенном в газоходе 49 котла 34 для нагрева воды 50 и получения пара 8 в пароперегревателе 51. Последний отводят в турбоэлектрогенератор (на фиг.4, 5, 6 не показан) для выработки электроэнергии. Часть теплоты продуктов сгорания 46 передают потокам воздуха 45 от вентиляторов 52 в воздухоподогревателе 53. Продукты сгорания 46 выводят из котла 34 через газозолоочистительную установку 54 дымососами 55 в дымовую трубу (на фиг.2, 3, 4 не показана) и в атмосферу. Камеру 1 размещают в ряду мельниц 42. При работе камеры 1 бункер 43 загружают предварительно фракционированными по размеру (1-2 мм; 2-3 мм; 3-4 мм; 5-6 мм и т.д.) частицами угля 2. Это исключает излишние временные энергозатраты на ведение процесса, обгар более мелких частиц (в сравнении, например, с нефракционированным активируемым материалом размером 0-6 мм). При ведении процесса активирования котел 34 переводят в режим выработки пара 8 при сжигании газа 40. Газ 40 и воздух 45 вводят в топку 33 через каналы 36 и сопла 41. Каналы 37 свободны от загрузки пылевоздушными потоками 39. Мельницы 42 отключены. Включают в работу вентилятор 56 охлажденных дымовых газов 22 и вынесенное перед камерой 1 горелочно-смесительное устройство 57. Подробная конструкция последнего не рассматривается, является предметом иной заявки на изобретение. В устройстве 57 сжигается газ 40 в присутствии воздуха 45 от воздухоподогревателя 52, дымовых газов 22 от вентилятора 56, пара 8 из котла 34. В зависимости от заданных параметров режимной карты на выходе из устройства 57 перед клапаном 14 по патрубку 6 в камеру 1 поступают нагретые дымовые газы 7 в зависимости от вида и свойств угля с температурой 900-1300 К, смесь дымовых газов 7 и пара 8 в различных соотношениях при температуре 800-1200 К также в зависимости от вида и свойств угля, а также охлажденные дымовые газы с температурой 400-600 К. С такой же температурой 400-600 К дымовые газы 22 от вентилятора 56 поступают на охлаждение камеры 1 к патрубку 18 в рубашке 17.The practical application of the method is associated with heat-using plants of various types and purposes, including the boiler 34 in FIGS. 4, 5, 6. The chamber 1 according to FIGS. 4, 5, 6 is installed in the boiler room of the power plant in front of the boiler 34 with the furnace 33 for the flare burning gas and coal dust. The furnace 33 is equipped with burners 35 having channels 36 and 37 for introducing gas-air 38 and dust-air 39 mixtures, respectively. To enter the gas 40, nozzle nozzles 41 installed in the channels 36 are used. The dust-air mixture 39 is sent to the channels 37 from the mills 42, where in traditional modes lump fuel and air 45 are fed from the bins 43 by the feeders 44. The heat of the burned fuel in the furnace 33 is transferred to the resulting products combustion 46 and from them to the shielding pipes 47, as well as a water heater 48, placed in the duct 49 of the boiler 34 for heating water 50 and receiving steam 8 in the superheater 51. The latter is taken to a turboelectric generator (not shown in FIGS. 4, 5, 6) to generate electroe ergii. Part of the heat of the combustion products 46 is transferred to the air flows 45 from the fans 52 in the air heater 53. The combustion products 46 are removed from the boiler 34 through a gas treatment plant 54 by exhaust fans 55 into a chimney (not shown in FIGS. 2, 3, 4) and into the atmosphere. Chamber 1 is placed in a row of mills 42. When chamber 1 is operated, hopper 43 is loaded with pre-fractionated particles (1-2 mm; 2-3 mm; 3-4 mm; 5-6 mm, etc.) with coal particles 2. This eliminates unnecessary time spent on the process, burning small particles (in comparison, for example, with unfractionated activated material with a size of 0-6 mm). During the activation process, the boiler 34 is switched to the steam generation mode 8 when gas 40 is burned. Gas 40 and air 45 are introduced into the furnace 33 through channels 36 and nozzles 41. Channels 37 are free from dust-air flow loading 39. Mills 42 are switched off. A chilled flue gas fan 56 and a burner-mixing device 57 placed in front of the chamber 1 are included in the operation. The detailed design of the latter is not considered, is the subject of another application for the invention. In the device 57, gas 40 is burned in the presence of air 45 from the air heater 52, flue gases 22 from the fan 56, steam 8 from the boiler 34. Depending on the set parameters of the mode card, at the outlet of the device 57, before the valve 14 through the pipe 6, heated flue gases 7 depending on the type and properties of coal with a temperature of 900-1300 K, a mixture of flue gases 7 and steam 8 in various proportions at a temperature of 800-1200 K also depending on the type and properties of coal, as well as cooled flue gases with a temperature of 400 -600 K. With the same temperature 400-6 00 To the flue gases 22 from the fan 56 are fed to the cooling chamber 1 to the pipe 18 in the jacket 17.

Выдерживание временных периодов продувок с различными по составу и температурой газами и парогазовой смесью осуществляют согласно режимных карт, разрабатываемых для каждого вида угля и его индивидуального физико-химического состава. Для частиц размером до 6 мм из углей с высоким выходом летучих веществ (>40%) процессы нагрева и активирования занимают несколько секунд. Для таких же частиц с из углей с низким выходом летучих веществ (<20%) процессы нагрева и активирования более длительны - до нескольких десятков секунд. Охлаждение коксового остатка (активированных частиц) более длительно, до нескольких десятков минут. Разгрузку активированного продукта 58 производят порционно, в частности, в перемещаемую по цеху тележку 59. Технология с использованием аппаратов периодического действия не рассчитана на массовое производство готового продукта, как правило, замыкается на его реализацию в собственных нуждах. В котельных цехах и ТЭЦ активированный по предлагаемому способу уголь используют в системах водоподготовки и очистки промстоков со значительной экономией затрат в сравнении с вариантом его приобретения от стороннего производителя. Разумная и необременительная для персонала и основного оборудования ТЭЦ порционная разовая разгрузка исходным материалом может составлять 0,1-1,6 т при обозначенных выше фракциях частиц 1-2 мм, 2-3 мм и т.д.Withstanding time periods of blowing with gases of different composition and temperature and a gas-vapor mixture is carried out according to regime maps developed for each type of coal and its individual physicochemical composition. For particles up to 6 mm in size from coals with a high yield of volatile substances (> 40%), heating and activation processes take several seconds. For the same particles with from coal with a low yield of volatile substances (<20%), the heating and activation processes are longer - up to several tens of seconds. The cooling of the coke residue (activated particles) is longer, up to several tens of minutes. The activated product 58 is unloaded in batches, in particular, into the truck 59 moved around the workshop. The technology using batch apparatuses is not designed for mass production of the finished product, as a rule, it closes to its realization in own needs. In boiler shops and thermal power plants, activated carbon according to the proposed method is used in water treatment and treatment of industrial waste water with significant cost savings compared to the option of purchasing it from a third-party manufacturer. Reasonable and not burdensome for the personnel and the main equipment of the CHPP, single dose unloading with the source material can be 0.1-1.6 tons with the above-mentioned particle fractions of 1-2 mm, 2-3 mm, etc.

Claims (1)

Способ активирования угольных частиц в вертикальной осесимметричной кольцевой камере путем порционной загрузки надподового участка предварительно фракционированными по размеру частицами, нагрева, вывода влаги и летучих веществ, а также охлаждения при организованном подъемно-опускном кольцевом циркуляционном движении частиц нагретыми и охлажденными дымовыми газами и паром, вводимыми со стороны потолочного перекрытия осевыми вертикально-опускными потоками, отводом в процессе активирования и сбросом в топку теплопроизводящей установки газообразных продуктов активирования, порционной выгрузки активированных охлажденных частиц из надподового участка, отличающийся тем, что циркуляцию частиц в подъемно-опускном кольцевом потоке организуют вводимыми в кольцевую камеру осевыми вертикально-опускными потоками вначале нагретых дымовых газов, затем смеси нагретых дымовых газов и пара, по окончании охлажденных дымовых газов, при этом объем загружаемых порций угольных частиц составляет V_у=(0,1-0,7)V_к объема кольцевой камеры, м³, скорость среды в подъемной ветви циркулирующего кольцевого потока равна w_п=(0,1-0,6)w₀ скорости осевого вертикально-опускного потока дымовых газов и пара, м/с, а долю кислорода во вводимых осевых вертикально-опускных потоках поддерживают на уровне O₂=(0.04-0,16). A method of activating coal particles in a vertical axisymmetric annular chamber by portioning the supernatal portion with pre-fractionated particles, heating, removing moisture and volatile substances, and cooling with organized lifting and lowering circular circulation of particles by heated and cooled flue gases and steam introduced from side of the ceiling through axial vertically lowering flows, removal during activation and discharge into the furnace of a heat-generating plant sows of gaseous activation products, portioned discharge of activated chilled particles from the supraventral region, characterized in that the circulation of particles in the lifting-lowering annular flow is organized by axial vertical-lowering flows of first heated flue gases introduced into the annular chamber, then a mixture of heated flue gases and steam termination cooled flue gases, the volume of loaded portions of the coal particles is _at V = (0,1-0,7) V _to annular chamber volume, ^m3, velocity of the medium in the lifting branch circulates its annular flow is w _n = (0,1-0,6) w ₀ speed axial vertical downflow of flue gas and steam flow in m / s, and the proportion of oxygen introduced during axial vertical downcomer flow is maintained at O ₂ = ( 0.04-0.16).

Images