СЖИГАНИЕ ИСКУССТВЕННОГО КОМПОЗИТНОГО ЖИДКОГО ТОПЛИВА НА ОСНОВЕ ТЕРМООБРАБОТАННЫХ БУРЫХ УГЛЕЙ В ГАЗОВОЙ ТУРБИНЕ

Россия является одним из лидеров по потенциальным и подготовленным к промышленному использованию запасам углей. А если учесть что больше половины из них – бурые, то вовлечение их в энергобаланс является неотъемлемой задачей. Одно из самых перспективных направлений в решении проблем вовлечения в топливно – энергетические балансы бурых углей является получение высококонцентрированных угольных суспензий (ВУС). Применение бурых углей в виде водоугольной суспензии, переводит этот вид топлива в разряд экологически чистых, что расширяет сферу их использования. В технологии производства ВУС уже не возникает принципиальных затруднений. В России технология производства ВУС освоена государственным унитарным предприятием ГУП ОПУ «Белово – Новосибирск».  Данное топливо можно напрямую сжигать в котлах тепловых электрических станций, в топках сушильных установок, в плавильных и обжиговых печах и прочих агрегатах. Свойства ВУС можно варьировать за счет смешения углей разного состава. В первую очередь преимущество использования ВУС характеризуется экологической составляющей. Оно сгорает без выбросов с продуктами сгорания монооксида углерода, вторичных углеводородов, сажи и канцерогенных веществ; при этом резко сокращается образование оксидов серы и оксидов азота, а летучая зола агломерируется, вследствие чего выбросы твердых частиц так же сокращаются.  Соответственно при сжигании ВУС обеспечиваются допустимые уровни выбросов вредных веществ, и исключается необходимость сооружения капиталоемких установок по очистке дымовых газов от оксидов.

В статье описан способ использования бурых углей. а точнее приготовление водоугольного топлива из предварительно термообработанных бурых углей. Технологическая схема такой энергоустановки представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Технологическая схема энергоустановки со сжиганием водоугольного топлива в прямоточном газогенераторе

Как видно из технологической схемы установка состоит из комплекса предварительной скоростной термобработки бурого угля, комплекса приготовления ВУТ, оборудования для сжигания ВУТ и получения электрической и тепловой энергии.

Исходным топливом был принят Ирша-Бородинский уголь марки Б2Р Канско-Ачинского угольного бассейна. Рабочая масса на 1 кг топлива и низшая теплота сгорания приведена в таблице 1.

Таблица 1.

Состав Канско-Ачинского угля марки Б2Р

Термическая обработка угля представляет собой комплекс оборудования для обогащения твердого топлива. Цель термической обработки частично избавиться от летучих и влаги. Это значит что масса исходного топлива и полученного термически обработанного угля будет отличаться. Зная, что в термообработанном угле на 45% меньше летучих и влаги, можем расчитать получить массую долю компонентов на 1 кг топлива. Полученная масса компонентов приведена в таблице 2.

Таблица 2.

Состав термообработанного бурого угля

Схема комплекса термической обработки приведена на рисунке 2.

Рисунок 2. Комплекс скоростной термической обработки КАУ Б2Р:

1 - бункер КАУ; 2 - дробилка; 3 - циклонный термореактор; 4 - камера сгорания; 5 - бункер термообработанного угля

Бурый уголь загружается в бункер приема сырого угля (1). Далее измельчается в дробилке (2) и подается в циклонный термореактор (3) куда в тоже время поступают горячие газы из камеры сгорания (4). Термообработанный уголь загружается в бункер (5).

Далее согласно схеме термообработанный уголь поступает в комплекс приготовления ВУТ. Данный комплекс изображен на рисунке 3.

Рисунок 3. Комплекс приготовления ВУТ

1 – бак приема термообработанного угля; 2 – угольная дробилка; 3 – питатель-дозатор; 4 – дезинтегратор; 5 – миксер; 6 – кавитатор; 7 – расходный бак

Уголь проходит через дробилку (1), где крошится до размеров 2 – 3 мм. Далее через питатель дозатор (2) поступает в дезинтегратор (4). Смешения угля с водой происходит в миксере (5). Полученная смесь поступает в кавитатор, и далее в расходный бак. Как видно из схемы часть полученного ВУТ сжигается в камере сгорания в комплексе термической обработки углей. В дезинтеграторе и кавитаторе имеют место механохимические эффекты. При скоростном ударно – скалывающем измельчении угля происходит деформация структуры образующихся частиц и увеличение их внутренней энергии. Это означает, что частицы становятся более активными в физико-химических и химических процессах. В кавитаторе происходит активация твердой и жидкой фазы под воздействием кавитации [2]. Массовая доля полученного водоугольного топлива представлена в таблице 3.

Таблица 3

Состав водоугольного топлива

В представленной работе предлагается использование в качестве камеры сгорания для газовой турбины использовать так называемый прямоточный газогенератор. Преимущество заключается в устройстве газогенератора. Он включает в себя аэросепаратор, который позволяет очищать дымовые газы от золы непосредственно в самом газогенераторе. Это в первую очередь исключает эрозию лопаток газовой турбины, и также при такой схеме сжигания нет необходимости дополнительно устанавливать системы очистки уходящих газов от золы перед сбрасыванием их в атмосферу.

Список литературы:

1. Андриенко В.Г. Технология скоростной термообработки бурых углей с повышением их потребительских свойств // Современная наука. – 2012. - №1. – С. 68 - 71.
2. Овчинников Ю.В., Бойко Е.Е. Технология получения и исследования тонкодисперсных водоугольных суспензий: монография.: Изд-во НГТУ, 2017. – 308 с.
3. Справочник химика 21: химия и химическая технология [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://chem21.info/info/158913/ (дата обращения: 20.04.2018)