CZ2004217A3

CZ2004217A3 - Aditivum procesu hoření pevných fosilních paliv a způsob stabilizace procesu hoření tímto aditivem

Info

Publication number: CZ2004217A3
Application number: CZ2004217A
Authority: CZ
Inventors: Zdeněk Judr. Kortán; František Ing. Pinc
Original assignee: Zdeněk Judr. Kortán; František Ing. Pinc
Priority date: 2004-02-10
Filing date: 2004-02-10
Publication date: 2005-08-17
Also published as: CZ295617B6; SK287985B6; SK92005A3

Description

Aditivum procesu hoření pevných fosilních paliv a způsob stabilizace procesu hoření tímto aditivem

Oblast techniky

Vynálezem je aditivum procesu hoření pevných fosilních paliv a způsob stabilizace procesu hoření těchto paliv v topeništích zejména energetických kotlů tímto aditivem.

Dosavadní stav techniky

Při spalování pevných fosilních paliv tvořených nej častěj i hnědým či černým uhlím je.potřeba proces hoření stabilizovat. V některých případech se do paliva přimíchávají lehce spalitelné látky, které s ohledem na výhřevnost a zápalnou teplotu příznivě ovlivňují proces hoření. Zpravidla se jedná o dřevní štěpky, piliny či různé odvodněné odpadní kaly. V některých případech se používají i stabilizační hořáky zpravidla na palivo plynné či kapalné. Kvalita spalovacího procesu se hodnotí podle minimální produkce toxických emisí CO a NOx. U z kotlů, kde se dosahuje nižších teplot a to pod 100(rC dochází k nadlimitnímu výskytu CO ve spalinách. V důsledku nižších teplot v topeništi dochází k nedokonalému spalování a tím k zvýšenému podílu nespáleného paliva v popelu, jakož i k zvýšenému vzniku nálepů na teplosměnných plochách topeniště.

Pevné fosilní palivo, jmenovitě hnědé a černé uhlí je v současné době spalováno v kotlích roštových, v kotlích s práškovými hořáky a v kotlích s fluidním topeništěm.

Roštové kotle jsou charakteristické především obtížnou regulací přísunu paliva do kotle na straně jedné a zajišťováním odpovídajícího množství vzduchu na straně druhé. Výsledkem v převážné míře jsou vysoce překročené limitní

-Lhodnoty obsahu toxického CO v kouřových plynech a velké množství nespáleného C ve škváře a popílku.

Kotle s práškovým topením se vyznačují zvýšenými emisemi NOx, který je způsoben nevhodnou regulací přívodu spalovaného vzduchu do kotle.

Kotle s fluidním topeništěm řeší oba vyznačené problémy. Tím, že jemná zrnka paliva jsou nadnášena proudem vzduchu shoří dokonaleji a spaliny mají nižší podíl škodlivin. Potýkají se však s problémy teploty spalování, která se pohybuje mezi 780 až 85C^C. Za určitých okolností vzniká při spalování uhlí, probíhajícím v tomto teplotním pásmu, oxid dusn^tý N₂O zvaný rajský plyn. Při zmíněných teplotách spalování jsou molekuly tohoto nebezpečného toxického plynu reletivně stabilní. Tendence k jejich zpětnému rozkladu a redukci na v

plynný dusík Nevzniká až při teplotách blížících se teplotě lOOOjVl·

Shmeme-li všechny velmi zjednodušeně naznačené problémy dosavadního stavu, vznikající při spalování pevných fosilních paliv ve stávajících typech kotlů, jedná se o následující nedostatky. Především zapalování paliva probíhá pomalu za silného dýmání s velkým obsahem CO ve spalinách. Dále tepelným rozkladem spalovaného vzduchu vzniká značné množství NOx. V důsledku obtížného regulování přívodu vzduchu v závislosti na palivu se zvyšuje obsah nespáleného uhlíku. V neposlední řadě je nízká teplota spalování u kotlů s fluidním topeništěm potenciální příčinou vzniku toxického N^O.

Podstata vynálezu

Vynálezem je aditivum procesu hoření pevných fosilních paliv a způsob stabilizace procesu hoření pevných fosilních paliv v topeništích zejména energetických kotlů tímto aditivem. V základním provedení je aditivem masokostní moučka o výhřevnosti vyšší než 18 $if/kg s obsahem prchavé

-óhořlaviny vyšším než 6cj% hmotnostních, obsahem uhlíku vyšším než3C^/o hmotnostních a obsahu vody do 3,^% hmotnostních. Přidáním masokostní moučky do pevných fosilních paliv dojde k zvýšení teploty v topeništi. Původně se totiž předpokládalo, že při spalování organických látek s vysokým podílem dusíkatých látek, až přes 5(j% hmotnostních, dojde jednak nadměrnému vzniku

NOx a v důsledku nízkých teplot takových topenišť i k nadměrnému vývinu CO.

Spolu s předpokládanými teplotami takových topenišť, které se pohybují mezi V

780 až 85C^C, se mělo zato, že nedojde k dokonalému spálení masokostní moučky a drobné částice se částečně nedokonalým spalovacím procesem dostanou z části do popelovin a z části do odtahu spalin kde vytvoří nálepy. Nic takového se však nepotvrdilo. Masokostní moučka se zcela účastnila spalovacího procesu, nestala se součástí popela nebo pevným podílem ve spalinách. Přítomností masokostní moučky v palivu se zvýšila teplota v topeništi, která se blíží hodnotě ÍOOC^C, čímž došlo k redukci NOx na atmosférický dusík za současné konverze CO na CO₂. Masokostní moučka má nejméně o 10 % vyšší výhřevnost než dřevěné piliny či štěpky, které se doposud do paliva přidávaly a proto lépe stabilizuje proces hoření a není ji třeba spalovat ve spalovnách k tomu určených nebo v cementářských pecích.

V některých případech je vhodné, když masokostní moučka obsahuje v rozmezí stopy až 0,5·% hmotnostních přísady tvořené směsí složené z 15 až 4£j% hmotnostních síranu železnatého, z 2 až 35j% hmotnostních dusičnanů prvků vzácných zemin a zbytek do 100% hmotnostních tvoří voda. Voda zde působí jako balastní nosič a umožní jednak rozpuštění síranu železnatého a dusičnanů prvků vzácných zemin a tím jejich dokonalejší rozptýlení v palivu. Při teplotách Y nad 70(^C dojde k redukci solí kovů a uvolněný kyslík se účastní procesu hoření, čímž dojde k zvýšení teploty hoření v topeništi.

X

Způsob stabilizace procesu hoření tímto aditivem spočívá v přidáni aditiva do v pevného fosilního paliva v rozmezí stopy až 1 lj% hmotnostních fosilního paliva, které se následně v topeništi společně spálí. Účast aditiva vede k posílení funkce hořlavých látek na procesu hoření oproti látkám pasivních K stabilizaci procesu hoření pevných fosilních paliv přispívá především výhřevnost masokostní moučky vyšší 18 MJ/kg oproti 13,98 MJ/kg hnědých energetických uhlí. Rovněž obsah prchavé hořlaviny vyšší než 60j°/o hmotnostních zkrátí dobu vzplanutí paliva, které má jinak sklon k delšímu doutnání a tím i k nadměrnému vývinu CO. Tento problém bývá aktuelní zejména u některých druhů prachových uhlí. Použití uvedeného aditiva zajistí jednak dokonalé prohoření paliva za poklesu plynných emisí a zbytků nespálených látek v popelovinách a dále zabrání tvorbě biologických nánosů na teplosměnných plochách kotle, čím dále zvýší jeho účinnost. Současně se spálením masokostní moučky přeruší potenciální potravinový řetězec, čímž se zabrání šíření různých nákaz včetně BSE.

Příklady provedení vynálezu

Příklad 1

V topeništi roštového kotle se spalovalo hnědé energetické uhlí hruboprach spolu s aditivem o koncentraci v rozmezí 4,2 až 6|%, které bylo tvořeno masokostní moučkou. Obsah volného O ve spalinách poklesl o 39^%, koncentrace CO ve spalinách o 5^% a koncentrace NOx se snížila na 8^% původní hodnoty. Obsah nespáleného C v popelovinách se snížil o více jak dvě třetiny. Těchto hodnot bylo dosaženo současně se zkrácením doby doutnání navezeného paliva.

Příklad 2

V tomto případě bylo aditivum tvořeno z masokostní moučky doplněné

0,2 % hmotnostních přísadou tvořené z 13% hmotnostních síranu železnatého a φ ·»

J zq 33% hmotnostních dusičnanu alkalického kovu v tomto případě ceru y

rozpuštěných do 10<^% hmotnostních ve vodě. Vliv aditiva o tomto složení na spalovací proces byl o poznání intenzivnější oproti předešlému případu a to o 5 7 ¹ až 8j%. Přidáním aditiva se zkrátila doba doutnání navezeného paliva, kterým bylo rovněž jako v předchozím případě hnědé energetické uhlí, snížil se obsah y , /

CO ve spalinách o 6ψ/ο a hodnoty nespáleného C v popelovinách o 7^%. Pouze hodnota NOx ve spalinách zůstala prakticky na hodnotách srovnatelných při měření spalovacího procesu bez použití aditiva. Příčinu lze spatřovat v tom, že se zvýšila teplota hoření.

spalinách o 65 až 70'

Příklad 3

I v tomto případě bylo aditivum tvořeno : z masokostní moučky doplněné ’ y

0,5 % hmotnostních přísadou tvořené z 48% hmotnostních síranu železnatého a ý ^A ze 2j% hmotnostních dusičnanu alkalického kovu v tomto případě rovněž ceru rozpuštěných do 100% hmotnostních ve vodě. Vliv aditiva o tomto složení na A spalování černého energetického uhlí se projevil snížením koncentrace CO ve , pokles obsahu nespáleného uhlíku se snížil o 3Cj% .

V důsledku vyšších teplot spalovacího procesu vzrostla koncentrace NOx ve spalinách o 10 až 1^%, ale pohybovala se stále pod povolenými hodnotami. Tento negativní jev byl dostatečně vykompenzován výrazným poklesem CO v kouřových plynech.

Claims

Patentové nároky

Aditivum procesu hoření pevných fosilních paliv určené především pro topeniště energetických kotlů ^vyznačující se tím, že sestává z masokostní moučky o výhřevnosti vyšší než 18 MJ/kg s obsahem prchavé 7 hořlaviny vyšším než 60^/o hmotnostních, obsahu uhlíku vyšším než 30 % hmotnostních a obsahu vody do 3,5]% hmotnostních.

Aditivum podle nároku 1 vyznačující se tím, že obsahuje v rozmezí stopy až 0,5% přísady tvořené směsí složené z 15 až 48j% hmotnostních síranu η V ^Λ železnatého, z 2 do 3^/o hmotnostních dusičnanů prvků vzácných zemin a zbytek tvoří voda do 10Ó% hmotnostních.

Způsob stabilizace procesu hoření aditivem podle nároků 1 nebo 2, vyznačující se tím, že do pevného fosilního paliva se před jeho

V spalováním přidá aditiva v rozmezí stopy až 1 l^/o hmotnostních fosilního paliva, načež se v topeništi společně spálí.