RU2740349C1 - Способ безотходного сжигания углеродного топлива - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к безотходным технологиям сжигания топлива. Способ включает корректировку состава топлива путем введения неорганических добавок, допускает использование смешанного топлива для направленного получения энергоемких микросферических материалов с регулируемой дисперсностью. Смесь механически активируют и гомогенизируют совместным тонким помолом рабочими телами, а сжигание ведут в обогащенном кислородом воздухе, который получают на селективных мембранах с использованием отходящих газов в качестве носителя, при температуре в реакторе выше точки плавления усредненной неорганической компоненты. Полную очистку отходящих газов осуществляют при охлаждении в несколько стадий. После разбавления очищенных отходящих газов и биоочистки в теплице углекислый газ используют в качестве подкормки в теплицах для производства растительной продукции. Обеспечивается получение чистой энергии, микросферических материалов и других продуктов из углеродсодержащих ресурсов, рациональное использование топлива, очистка отходящих газов, экологическая безопасность. 16 з.п. ф-лы.

Description

Изобретение относится к способам пылевидного сжигания углей для рационального использования природных ресурсов - получения энергии, полых микросферических материалов и других продуктов. Микросферические неорганические материалы востребованы в разных отраслях, в основном как легкие наполнители.

Стеклянные и стеклокерамические микросферы получают разными методами, включающими подготовку прекурсора мокрыми или сухими методами и последующую тепловую обработку. Известен способ получения полых микросфер из композиции в водном растворе, включающей компоненты жидкого стекла NaOH, KOH, H₂SiO₃, порообразователи (NH₂)₂CO и Li₂CO₃, стеклообразующий компонент Н₃ВО₃, функциональную добавку - соль европия с комплексообразователем, которую подвергают тепловой обработке в вертикальной электропечи с переменным температурным режимом и продувкой канала воздухом. При нагреве из капель испаряется вода, затем последовательно разлагаются органические и неорганические соединения, в результате чего при образовании стекла разложение остатков карбоната ведет к выделению углекислого газа и раздуванию сферических капель в полые микросферы [1. Патент РФ 2033978, 30.04.1995 г.]. Недостатком мокрого способа является низкая производительность, высокая энергоемкость и высокая стоимость микросфер.

Известен способ получения полых стеклянных микросфер, согласно которому порошок измельченного стекла с добавкой порообразователя - карбоната или сульфата щелочных элементов вдувают в виде аэрозоля в вертикальную печь с высокой температурой, существенно выше температуры расплавления стекла, где формируются в восходящем потоке полые микросферы, а при выходе из печи с последующим охлаждением продукт улавливают и разделяют, выделяя полые микросферы флотацией [2. Патент РФ 2059574, 07.05.1992 г.]. Недостатком данного способа являются сложная многостадийная схема и высокие затраты энергии в целом на процесс, так как шихта для стекла предварительно готовится варкой при высоких температурах, затем стекло гранулируется подачей струи расплавленного стекла в воду или другую охлаждающую жидкость, сушится, дробится до нужного размера. Образующийся по такому способу энергоемкий материал нуждается в дополнительной переработке, так как имеет широкое распределение по размерам, плотности, форме частиц из-за слипания двух или больше микросфер.

Известным решением является получение полых стеклянных микросфер водной сепарацией золошлаковых отходов ТЭС [3. Патент РФ 2236905, 27.09.2004 г.]. Золы уноса в основном состоят из полых стеклянных микросфер переменного состава (микросферы с плотностью менее 1 г/см³, всплывающие на поверхность воды, называют ценосферами), а также остатков несгоревшего углерода в виде недожога (полукокса), агломератов из стекла и полукокса, магнитосфер из шпинели и гематита в стеклянной матрице, минеральных частиц в исходном угле - кварца и т.д. В исходном угле энергетических марок зольность находится обычно в интервале 10-40%, а содержание недожога в золах уноса варьирует в пределах 1-10%, а в случае сжигания антрацитовых углей содержание недожога достигает 20% и более по массе. При сжигании пылевидного угля в котлах на воздухе даже при высокой температуре факела 1400-1700°С углерод сгорает не полностью, а недожог делает образующуюся в большом количестве золу уноса малопригодной в качестве материала. Выход наиболее дорогих и востребованных ценосфер при флотации составляет порядка 1% от исходной золы.

Известна мокрая технология полной переработки золошлаковых отходов компанией RockTron, Великобритания [4. http://rktron.com/products]. В результате мокрой сепарации отходов из золоотвалов получают крупную и среднюю фракции микросфер, а также магнитный концентрат, ценосферы и полукокс. Недостатками этого подхода являются очень высокая энергоемкость процесса, связанная с необходимостью сушки тонких продуктов, значительная потребность во флотационных агентах, оборот большой массы насыщенного раствора, в котором производится разделение и флотация, что создает огромные проблемы в холодное время года. Пилотный завод, работающий по этой технологии в Великобритании, был остановлен при снижении температуры до 0°С зимой 2010-2011 гг.

В способе комплексного освоения месторождения энергетических углей [5. Заявка на пат. РФ №2009111932, 10.10.2010 г.] предлагается магнитная сепарация сухой золы уноса на магнитную, немагнитную и промежуточную фракции с различным применением. Микросферы в основном сосредоточены в немагнитной фракции. Недостатком этого решения является очень низкая эффективность магнитной сепарации тонких порошков золы, в которых частицы реально находятся в виде агломератов.

Известна сухая комплексная переработка зол уноса на востребованные продукты, включая тонкую, среднюю и крупную фракции микросферических материалов - стеклянных и стеклокристаллических микросфер, магнитосфер, и концентрата полукокса и ценосфер вместе с крупными агломерированными частицами [6. Зырянов В.В., Зырянов Д.В. Зола уноса - техногенное сырье. М.: Маска. 2009 г. ISBN 978-5-91146-359-7]. Недостатком этого способа является потребность в системе сухого золоудаления на ТЭС, а также необходимость водной переработки концентрата полукокса и ценосфер, составляющего 10-15% золы по массе. Установка систем сухого золоотбора на действующих ТЭС требует больших инвестиций.

Известно множество технических решений, направленных на улучшение твердых продуктов сгорания угля, в частности уменьшения содержания недожога, путем предварительной подготовки топлива и введения добавок. В [7. Заявка на пат. РФ №2004122001 от 20.01.2006] предлагается вводить в топливо соединения марганца, например, в виде металлорганического соединения, для снижения остатков углерода в золе уноса. Недостатком решения является слабое улучшение качества золы уноса только по одному параметру - по содержанию недожога, при этом требуются значительные затраты на подготовку угля и гомогенное введение дорогой добавки - до 1000 тонн соединения марганца в год на обычной ТЭС, потребляющей 2 миллиона тонн угля в год.

В известном техническом решении [8. заявка на пат. РФ №95103215, 10.01.1997 г.] предлагается улучшить качество золы путем последовательного осуществления с топливом операций газогенерации, дожигания и охлаждения в аппаратах кипящего слоя, в которых псевдоожижение достигается с помощью воздуха и смеси воздуха и газов рециркуляции. Недостатком решения является нестандартный тип котла и обвязки, более сложная технологическая схема сжигания всего лишь для незначительного улучшения качества золы уноса по одному параметру.

Известна безотходная технология сжигания высокозольных топлив в кислороде в расплаве шлака, который создается добавкой флюса - известняка [9. http://d-s-r.ru/texts/86-89.pdf]. Чистый кислород получается криогенной технологией разделения воздуха, в систему он подается пробулькиванием сквозь расплав. В результате полного сгорания углерода образуется шлак более стабилизированного состава с повышенным содержанием СаО. Шлак может использоваться для производства литых изделий, щебня и т.п. Предполагаемый избыток энергии используется для выработки технологического пара и электроэнергии. Очистка отходящих газов в таком процессе облегчена благодаря снижению содержания в них оксидов серы и азота, но все равно необходима по многим другим загрязнителям. Недостатками технического решения являются применение чистого кислорода, резко повышающего стоимость процесса, а взамен получаются относительно дешевые материалы типа шлаков, которые после тонкого помола, составляющего половину затрат, могут использоваться как низкомарочные вяжущие материалы, а также большие тепловые потери в связи с выводом расплава шлака с температурой 1400-1500°С.

Известно множество решений по очистке отходящих топочных газов, в которых содержатся твердые частицы, оксиды серы и азота, а также тяжелые летучие элементы. Наиболее известным решением является прием разубоживания грязного чистым после улавливания основной массы твердых аэрозольных частиц в электрофильтрах и оксидов серы водной суспензией известняка, т.к. таким путем достигается параметры загрязнения, удовлетворяющие показателям ПДК. Высокие трубы, рассеивающие загрязнения на большой территории, являются неотъемлемой частью ТЭС.Известно решение очистки отходящих газов [10. Peters H.J. Clean Coal Cometh. Pollution Engineering, 2010, November 1], предлагаемое на рынке японской компанией J-Power, которое основано на улавливании загрязнителей - оксидов серы, азота, а также ртути и др. элементов на гранулах активированного угля в присутствии аммиака за счет процессов адсорбции, хемосорбции и катализа. Процесс организован в слабо кипящем слое. Гранулы после сбора загрязнителей регенерируются путем нагрева в потоке газа и сбора серусодержащего газа и реадсорбции ртути в меньшем по объему поглотителе. Недостатком этого решения является снижение содержания загрязнителей примерно на порядок, т.е. отходящие газы по-прежнему требуют разубоживания чистым воздухом при выбросе в атмосферу посредством высоких труб. Кроме этого не предусмотрен сбор таких опасных для окружающей среды, но дорогих и полезных элементов как уран, германий, кобальт, ванадий и т.д., содержание которых в углях достаточно велико - на два-три порядка больше, чем ртути.

Близким по существу решением является кислород-транспортная технология для сжигания угля в интегрированном с газификацией цикле [11. US Patents 7,856,829]. Малозольный уголь в атмосфере кислорода, получаемого по криогенной технологии, под давлением в реакторе газифицируется в сингаз, который сжигается в каталитическом мембранном реакторе для производства энергии. Отходом производства является шлак и гипс после очистки сингаза от серы, а на выходе образуется СО₂, который можно захватить для последующего удаления в геохранилища. Недостатками этого подхода являются нерентабельность и глобальные риски, связанные с захоронением СО₂.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является сжигание угля в атмосфере кислорода [12. www.vattenfall.com/en/file/101124_Coal_power_ENG.pdf_16469559.pdf], получаемого криогенной технологией, с получением золы уноса без недожога как отхода в пилотном проекте теплоэлектростанции в Германии шведской компанией Vattenfall, с захватом углекислого газа для последующего захоронения. В этом проекте реализована технология пылевидного сжигания угля в котле в атмосфере почти чистого кислорода, с улавливанием пыли на электрофильтрах после охлаждения отходящих газов, очистки отходящих газов от оксидов серы пропусканием через поток струи водной суспензии СаСО₃ и последующей конденсацией паров воды. Главной целью этого проекта была апробация технологии чистого сжигания угля - без попадания в атмосферу оксидов азота и серы, и для захвата и секвестрирования парникового газа СО₂, составляющего 95% отходящих газов при сжигании в кислороде. Для снижения высокой температуры в котле из-за сжигания в кислороде с целью уменьшения образования оксидов азота кислород разбавляют отходящим газом. Из-за практически полного выгорания угля состав золы уноса определяется неорганической компонентой. Значительная часть частиц представляет собой стеклянные микросферы. Недостатком данного способа является невысокое качество материала (отход при производстве энергии) из-за неуправляемого состава сырья, неоднородного химического состава частиц, недостаточной сферичности частиц из-за понижения температуры в котле до выгорания углерода, широкого распределения по форме и размерам частиц. Примеси опасных летучих элементов в прототипе собираются при очистке отходящих газов водной суспензией известняка в основном в твердой фазе вместе с гипсом - бипродуктом производства энергии. В итоге даже без учета производства двух типов твердых отходов, требующих утилизации, стоимость получаемой энергии технологией сжигания в чистом кислороде с захватом СО₂ для последующего захоронения стала сопоставимой с ветровой, т.е. сильно убыточной, в т.ч. из-за быстрого износа компримирующего оборудования в результате кислотной коррозии. На 1 т угля, доставленную на ТЭС с месторождения угля, приходится примерно 3 т углекислоты, которую необходимо транспортировать к местам захоронения в подземных геохранилищах или на дне океана. Технология по прототипу реально ориентирована на сжигание лишь энергетических малозольных малосернистых углей с малым содержанием элементов, входящих в список 12 опасных элементов, подлежащих обязательному контролю в рамках «Акта о чистоте воздуха». Подобные угли составляют лишь малую долю в общих запасах твердых ископаемых топлив.

Таким образом, в известном способе получения энергии в котлах путем сжигания в кислороде пылевидного угля твердые продукты сгорания, включая золу уноса, и гипс после улавливания оксидов серы являются твердыми отходами, а производство основного продукта - энергии, нерентабельным относительно обычного способа путем сжигания на воздухе без захвата углекислого газа, очистка отходящих газов ведется в основном от серы, т.к. предполагается захват и захоронение углекислого газа. Оксиды азота все равно образуются и остаются в отходящем газе, т.к. органически связанный азот есть в исходном топливе в количестве несколько %.

Задача, решаемая заявляемым изобретением, заключается в рациональном использовании природного твердого топлива за счет исключения твердых отходов, путем получения энергии, однородных по составу полых микросфер и других продуктов без экологических издержек, с частичной утилизацией углекислого газа в теплицах.

Поставленная задача решается благодаря тому, что в заявляемом техническом решении, включающем измельчение топлива до пылевидного состояния и его вдувание в разогретый реактор со стабилизированной температурой, регулируемой подачей топлива и съемом тепла посредством перегретого пара, сжигание топлива в смеси кислорода с отходящими газами, улавливание золы после охлаждения на фильтрах и их сбор, очистку отходящих газов водной суспензией известняка с конденсацией паров воды, захват углекислого газа, при этом для сжигания берут высокозольное топливо, которое механически активируют и гомогенизируют в мельницах с рабочими телами совместно с добавкой, корректирующей и стабилизирующей химический состав золы, сжигание ведут в атмосфере обогащенного кислородом воздуха при температуре выше точки плавления усредненной по составу золы, температуру в реакторе регулируют дополнительно содержанием кислорода в воздухе и зольностью топлива, отходящие газы очищают от пыли в пассивном режиме осаждением коагуляцией частиц в потоке с малой скоростью и на рукавном фильтре, от летучих элементов на адсорбционном угольном фильтре при температуре выше 100 С, а от оксидов азота и остатков оксидов серы аммиаком при температуре ниже точки росы, после очистки часть потока отходящих газов используется в качестве газа-носителя для сдувания кислорода с селективных кислородных мембран и подачи его в реактор, другая часть потока разбавляется отощенным по кислороду воздухом с мембран и направляется для абсорбции углекислого газа в последовательность теплиц.

Пассивную очистку отходящих газов от пыли осуществляют в медленном потоке со сбором отдельных фракций микросфер в последовательности приемников.

В качестве твердого топлива используют угли и отходы углеобогащения, горючие сланцы, торф, смеси твердых топлив.

В качестве добавки используют каолин, глину, глинозем, природное сырье с высоким содержанием аморфного кремнезема - трепел, опоку, диатомит, вулканическое стекло, стеклобой, природное или техногенное сырье с высоким содержанием известняка - мел, известняк или мергель, золы уноса, пыли металлургических производств с высоким содержанием железа, а также содержащие органику отходы, например, золу уноса с высоким содержанием недожога, шламы водоочистки.

Твердое топливо с добавками механически активируют в мельницах с рабочими телами с измельчением частиц приблизительно до 1-40 мкм, лучше 5-15 мкм.

Сжигание пылевидного топлива осуществляют в атмосфере, обогащенной кислородом до 25-50%, лучше 30-35%, который получают на кислородных мембранах, используя в качестве газа-носителя отходящий газ после очистки с низким парциальным содержанием кислорода 2-6%.

Основную очистку отходящих газов от пыли ведут в пассивном режиме - в камере с низкой скоростью движения газа со сбором фракций в последовательности приемников.

Финишную очистку отходящих газов от пыли ведут на рукавном фильтре.

Очистку отходящих газов от тяжелых элементов при охлаждении ведут последовательно на нескольких передвигаемых и заменяемых регенерируемых фильтрах на активированном угле.

После очистки от серы водной суспензией известняка отходящие газы очищаются в присутствии аммиака от остатков оксидов серы и азота.

Поток очищенных отходящих газов разделяют - часть направляют на кислородную мембрану и далее в реактор, другую часть смешивают с истощенным по кислороду воздухом и направляют в последовательность теплиц.

В первой теплице без доступа персонала осуществляют био-очистку газа с повышенным содержанием СО₂, после чего направляют в теплицы для подкормки растений, причем теплицы для производства продуктов питания располагают последними.

Существенными отличительными признаками заявляемого технического решения являются:

- для сжигания берут высокозольное топливо, которое механически активируют и гомогенизируют в мельницах с рабочими телами совместно с добавкой, корректирующей и стабилизирующей химический состав золы, сжигание ведут в атмосфере обогащенного кислородом воздуха при температуре выше точки плавления усредненной по составу золы, температуру в реакторе регулируют дополнительно содержанием кислорода в атмосфере и калорийностью, зольностью топлива, отходящие газы очищают от пыли в пассивном режиме осаждением коагуляцией частиц в потоке с малой скоростью и на рукавном фильтре, от летучих элементов на адсорбционном угольном фильтре при температуре выше 100 С, а от оксидов азота и остатков оксидов серы аммиаком при температуре ниже точки росы, после очистки часть потока отходящих газов используют в качестве газа-носителя для сдувания кислорода с селективных кислородных мембран и подачи его в реактор, другую часть потока разбавляют отощенным по кислороду воздухом с мембран и направляют для абсорбции углекислого газа в последовательность теплиц. Совокупность существенных отличительных признаков соответствует критерию «новизна» и позволяет решить поставленную задачу.

Некондиционное высокозольное топливо горит только в обогащенной кислородом атмосфере и позволяет получать больше микросферического материала. Стоимость твердого топлива в этом случае много ниже кондиционного угля для обычной энергетики, его распространение в природе повсеместное, а запасы, особенно горючих сланцев, практически не ограничены. Механическая активация и гомогенизация топлива при тонком помоле угля с корректирующими состав золы добавками типа глин обеспечивает усреднение состава получаемого материала в каждой микросфере, а условия для горения создаются приблизительно одинаковыми для всех частиц топлива, подаваемых в реактор. Гомогенизация топлива совместно с добавкой обеспечивает увеличение выхода микросферического материала, улучшение химического состава неорганической компоненты (золы) топлива и его стабилизацию под выбранный материал, что необходимо для получения качественных материалов с воспроизводимыми свойствами при неизбежной вариации состава зол исходных топлив. Помол в мельницах с рабочими телами, например, шаровых мельницах, необходим для механической активации топлива, улучшающей воспламенение, и образования агломератов из тонких частиц усредненного состава. При введении в разогретый реактор таких агрегированных частиц размером порядка 20-200 мкм они разрываются на более мелкие из-за выделения газов изнутри с образованием наиболее востребованных тонких полых микросфер со стабильным составом и свойствами.

Классификация стеклянных или стеклокристаллических микросфер после получения осложнена их малыми размерами, т.к. из-за высокой аутогезии частиц трудно образовать аэрозоль, поэтому заряженные частицы пыли в отходящих газах осаждаются в пассивном режиме в результате коагуляции в последовательности приемников - коллекторов. В первом приемнике оседают наиболее крупные микросферы, которые относительно легко фракционируются в случае необходимости. В последнем приемнике пыли под рукавным фильтром собираются наиболее тонкие частицы - готовый высоко востребованный продукт.

Содержание кислорода в атмосфере в реакторе имеет оптимальные значения для каждого выбранного материала на основе неорганической компоненты топлива с определенной калорийностью (больше кислорода - выше стоимость процесса, меньше кислорода - недостаточное выгорание). В случае топлива с составом золы, далеким от приемлемого состава микросферного материала, необходимо вводить корректирующую добавку в значительных количествах. Это приводит к необходимости повышения тонины помола и увеличения содержания кислорода в реакторе, чтобы обеспечить достаточную температуру для расплавления неорганической компоненты. Повышение температуры в реакторе можно обеспечить также традиционным путем - снижением теплосъема для производства энергии. В случае калорийного топлива, например, антрацита, механическая активация и обогащенная кислородом атмосфера обеспечивают высокую температуру и кинетические условия, необходимые для полного выгорания углерода, а повышение зольности позволяет снизить максимальную температуру до требуемой (расплавление неорганической компоненты) и увеличивает производство материала. Оптимальная температура в реакторе может достигаться скоростью подачи топлива и его тониной при механической активации, зольностью и калорийностью смешанного топлива, регуляцией содержания кислорода, теплосъемом, что обеспечивает экономическую и технологическую гибкость процесса.

Адсорбционные фильтры на основе активированного угля, благодаря развитой поверхности, улавливают загрязнители - летучие элементы. При регенерации фильтров получают дополнительные полезные продукты вместо эмиссии наиболее опасных компонентов углей в атмосферу (ртуть, уран, другие летучие элементы). Фильтры работоспособны при температуре выше 100°С, т.к. конденсация влаги приводит к потере их функциональных свойств.

Обработка очищенных от серы отходящих газов аммиаком удаляет оксиды азота и остатки оксидов серы с образованием солей в воде при конденсации паров.

После многостадийной очистки отходящих газов их поток разделяют - часть направляют на кислородные мембраны в качестве газа-носителя кислорода, основная часть после разбавления истощенным по кислороду воздухом идет на биоочистку от следов загрязнителей в теплицу без доступа персонала из-за высокой концентрации углекислого газа. После биоочистки отходящий газ с повышенным содержанием углекислого газа и с пониженным кислорода направляют в теплицы для производства растительной продукции, причем в последней теплице можно выращивать продукты питания.

Технический результат - возможность получения линейки энергоемких материалов - от инертных легких и особо легких сферических наполнителей до активных вяжущих и других материалов в зависимости от состава неорганической компоненты в подготовленном твердом топливе; получение однородных по химическому составу микросфер с узким распределением по размеру, в т.ч. в виде разных фракций; полное выгорание углерода и органики; резкое снижение содержания оксидов азота в отходящем из реактора газе в сравнении со сжиганием на воздухе и сопоставимое с прототипом; регулируемая подачей, калорийностью и зольностью топлива, содержанием кислорода и съемом тепла повышенная температура 1100-1500°С в реакторе, обеспечивающая расплавление усредненной неорганической компоненты и настраиваемая на конкретные материалы; при существенном снижении содержания балластного газа азота, общее повышение эффективности получения тепловой энергии, в т.ч. для выработки электрической энергии; работа реактора на некондиционных для энергетики и других отраслей сырьевых ресурсах - высокозольных углях и антрацитах, сланцах (мировые запасы которых превосходят в тысячи раз запасы угля), отходах углеобогащения, торфе, с возможностью добавок зол ТЭС с высоким содержанием недожога, а также шламов водоочистки, утилизация которых является сложной проблемой; возможность резкого снижения размеров реакторов-котлов и перехода к распределенной генерации; улучшенная очистка отходящих газов от примесей оксидов азота и серы, а также очистка от опасных летучих элементов, содержащихся в природном сырье, и их сбор на регенерируемых адсорбционных фильтрах для последующей переработки; экологически чистое безотходное производство тепла и энергии, позволяющее приблизить потребителей и тем самым резко сократить затраты на коммуникации, уменьшить потери энергии и тепла при передаче.

Твердое топливо или топливная смесь с введенной добавкой, состав и количество которой определяется неорганической компонентой топлив и их калорийностью, совместно измельчается рабочими телами до размеров частиц приблизительно 1-30 мкм (лучше 5-15), углерод-содержащая шихта вводится в сухом виде через форсунку в реактор с обогащенной по кислороду атмосферой с температурой факела порядка 1100-1500°С, зола уноса в виде полых микросферических частиц после сгорания углерода, охлаждения, осаждения и улавливания на фильтрах собирается в приемниках, а избыточное тепло из котла отводится в виде перегретого пара. Отходящие топочные газы, состоящие в основном из углекислого газа, а также азота, кислорода и водяного пара с примесями оксидов серы и азота, последовательно очищаются при охлаждении: от летучих элементов на углеродных адсорбционном фильтрах, от оксидов серы водной суспензией карбоната с образованием гипса, при температуре ниже точки росы (приблизительно 52 С) от оксидов азота и остатков оксидов серы в присутствии паров аммиака. Теплый влажный газ после разбавления отощенным по кислороду воздухом с мембранных модулей проходит окончательную биоочистку в теплице без доступа персонала, где углекислый газ утилизируется растениями. После такой очистки отходящий теплый влажный газ с повышенным содержанием углекислоты утилизируется в последовательности обычных теплиц, причем теплицы для выращиваний овощей и других продуктов питания располагают в конце.

Сжигание ведут в обогащенной кислородом воздушной атмосфере, которая создается сдуванием кислорода с кислородных мембран (например, на основе кермета из лучших электронных и кислород-ионных проводников с рабочей температурой 500-600°С) очищенным отходящим газом. Такое решение намного дешевле сжигания в атмосфере почти чистого кислорода, который можно получать криогенной технологией, свинговой технологией разделением воздуха на цеолитовых адсорбентах (до 95% кислорода) или нанопористых мембранах (до 50-80% кислорода).

Для сжигания используют высокозольное, некондиционное и невостребованное в обычной энергетике твердое топливо - каменные и бурые угли, антрацит, сланцы, отходы углеобогащения, торф, смешанное топливо, в т.ч. с добавками золы с высоким содержанием недожога, шламов водоочистки. Возможно сжигание комбинации топлив с подобранным составом по неорганической компоненте, включая непригодное для сжигания топливо по содержанию 12 опасных элементов, включенных в список «Акта о чистом воздухе» - Be, Cr, Mn, Со, Ni, As, Se, Cd, Sb, Hg, Pb, U.

В состав твердого топлива вводят дополнительно корректирующие и стабилизирующие состав золы неорганические добавки.

Углеродсодержащее сырье как топливо для сжигания готовят вместе с корректирующими и стабилизирующими состав золы добавками механической активацией в мельницах с рабочими телами, например, шарами, приводящим к образованию агломератов тонких частиц.

Температуру в реакторе поддерживают на таком уровне, чтобы обеспечить плавление неорганической компоненты с образованием стеклянных или стеклокерамических микросферических частиц при охлаждении. Регулировку температуры в реакторе обеспечивают помимо традиционного съема тепла посредством перегретого пара и подачи топлива также его калорийностью, зольностью и содержанием кислорода в атмосфере.

Очистку обеспыленных отходящих газов осуществляют в несколько дополнительных стадий: последовательно на переставляемых и заменяемых адсорбционных фильтрах, допускающих регенерацию и получение ценных элементов, улавливание оксидов серы водной суспензией СаСО₃, улавливание остатков оксидов серы и оксидов азота в присутствии паров аммиака с образованием солей, биоочистка в теплице. Вместо необоснованного сокращения выбросов углекислого газа в атмосферу путем его захвата и предполагаемого захоронения на геологические времена в подземные хранилища или на дне океана, по прототипу, углекислый газ улавливают растениями путем наращивания биомассы, т.е. осуществляют естественный круговорот углерода в природе.

Способ осуществляют следующим образом.

Примеры выполнения способа.

Пример 1. Берут топливо, например, отходы обогащения антрацита с зольностью 50%. Исходя из химического состава золы, например, с содержанием оксидов железа 1%, вводят корректирующую и стабилизирующую состав микросферического материала добавку каолина 10%. Топливо и каолин в выбранном весовом соотношении 90:10 механически активируют в шаровой мельнице тонкого помола до уровня частиц исходных компонентов менее 30 мкм. В результате механической активации порошок твердого топлива агрегируется. Приготовленную смесь вдувают воздухом в разогретый реактор с помощью форсунки. Содержание кислорода в реакторе до 30% доводят отходящим газом, сдувающим кислород с селективной кислородной мембраны, В реакторе поддерживают температуру, обеспечивающую плавление неорганической компоненты топлива с добавкой каолина, например, в данном случае 1500°С, отбирая излишнее тепло в виде перегретого пара обычным способом, подавая в трубы внутри реактора оборотную воду. Расплавленные частицы однородного состава уносятся из реактора в потоке отходящих газов, охлаждаются, и в виде пыли со средним размером микросфер примерно 20 мкм осаждаются и накапливаются, например, в трех приемниках для крупной, средней и тонкой фракций в результате коагуляции заряженных частиц и улавливания на рукавном фильтре. В крупной фракции в значительном количестве находятся тонкие микросферы, которые легко могут быть выделены на классификаторе. В обычных золах уноса, собираемых на электрофильтрах в угольных котлах ТЭС, частицы лежат в диапазоне размеров 0.2-500 мкм, т.е. имеют распределение более 3-х порядков по размеру. По предлагаемому способу распределение ограничено приблизительно в пределах 2-х порядков, что улучшает качество микросфер. Распределение по размерам микросфер улучшается за счет разрушения при резком нагреве агломератов топлива изнутри из-за выделения газов. Основная масса микросферического материала в первом приемнике имеет размеры частиц от 3 до 30 мкм со средним размером примерно 20 мкм и выходом ориентировочно 60%, во втором приемнике - от 2 до 20 мкм со средним размером примерно 10 мкм и выходом 30%. В приемнике пыли с рукавного фильтра собираются микросферы с размером в единицы микрон и выходом порядка 10%. Полые микросферы с низким содержанием красящих оксидов востребованы в качестве дорогого белого наполнителя полимеров, резин, красок. Очищенный от пыли отходящий газ последовательно направляют для очистки от летучих элементов, например, на три адсорбционных фильтра из активированного углерода. На первом фильтре с более высокой температурой отходящих газов адсорбируются летучие элементы с относительно высокой точкой росы - уран, кобальт, ванадий и т.д., на втором в основном германий, свинец, мышьяк и т.д., на третьем - ртуть. Углеродные фильтры периодически заменяют для съема концентрата летучих элементов и регенерации. Например, при сжигании 1000 т обычного каменного угля можно получить в среднем приблизительно 1 кг урана, 2 кг германия, 3 кг кобальта и 10 кг ванадия. Даже при использовании удовлетворяющего требованиям по ртути энергетического угля (с содержанием ртути менее 0.1 ppm) за год при сжигании 1000 Т угля выделяется 0.1 кг ртути. Очищенный от летучих элементов газ обрабатывают водной суспензией известняка, поглощающей в основном оксиды серы с образованием гипса, после чего отходящие газы при температуре порядка 100°С обрабатывают аммиаком, который при конденсации паров воды реагирует с оксидами азота и остатками оксидов серы с образованием солей. Очищенный теплый влажный газ с высоким -30% содержанием углекислого газа разделяют на два потока - один идет на мембранный блок для сдувания кислорода и возврата в реактор, другой разбавляется до 4% отощенным по кислороду воздухом с мембранного блока и направляется в теплицу без доступа персонала для биоочистки от возможных следов загрязнителей. После биоочистки газ разбавляют воздухом до содержания СО₂ порядка 1% и подают в следующую теплицу (с редким периодическим появлением персонала) для абсорбции растениями (наращивание биомассы). Газ с содержанием СО₂ менее 0.3% на заключительной стадии подают в обычные теплицы для выращивания растений, в т.ч. продуктов питания. Таким путем обеспечивается естественный для природы круговорот углерода. Высокая степень очистки отходящих газов обеспечивает возможность максимального приближения источника энергии к потребителям, что особенно важно для утилизации низко потенциального тепла, составляющего порядка 60% в балансе. Перегретый пар используют, например, в паровых турбинах для выработки электрической энергии - главного рыночного продукта при сжигании угля на обычных ТЭС и второстепенного в предложенном решении.

Пример 2. Берут бурый уголь с зольностью 20% и отходы обогащения каменного угля с зольностью 60% в соотношении 1:1. Механически активированную и гомогенизированную порошковую топливную смесь вдувают воздухом в реактор, разогретым до 1300°С. Дополнительно в реактор подают смесь кислорода и отходящих газов, полученную на мембранном модуле, до среднего содержания кислорода примерно 30%. Далее действуют, как описано в примере 1. Углерод и органика сгорают без остатка. Состав бурых углей, например, Канско-Ачинского бассейна, обычно сильно варьирует по сере и оксидам кальция и магния, а в отходах обогащения угля соединений этих элементов мало. Микросферы при сгорании гомогенизированной смеси будут состоять на одну четверть из золы бурого угля и на три четверти из каменноугольной золы, т.е. состав по активным химическим соединениям серы, кальция и магния будет стабилизирован и снижен почти в 4 раза, что устраняет их негативные свойства в бетонах. Расплавленные капли из однородного стекла уходят из реактора в потоке отходящих газов, охлаждаются, и в виде пыли со средним размером сферических частиц примерно 15 мкм и относительно узким гранулометрическим составом - от 3 до 20 мкм, коагулируют и оседают в приемниках, а самые тонкие частицы улавливаются на фильтре. Микросферический материал со стабилизированным химическим составом, обладающий достаточно активными вяжущими свойствами и узким гранулометрическим составом, может использоваться в бетонах и сухих смесях. В соотношении наполнитель : цемент = (20-50):(80-50) можно получать высокомарочные бетоны с пониженной плотностью, плотной структурой и водонепроницаемыми свойствами, с пониженным тепловыделением, а также регулируемой усадкой.

Пример 3. Берут бурый уголь с высоким содержанием соединений железа, например сидерита FeCO₃, с зольностью 30%. Вводят 10% добавки с высоким содержанием оксидов железа, например, пыль металлургического производства. Смесь 90% бурого угля и 10% пыли подвергают механической активации и гомогенизации. Механически активированную и гомогенизированную порошковую топливную смесь вдувают воздухом в реактор с содержанием кислорода 30%, разогретый до 1300°С. Далее действуют, как описано в примере 1. В итоге получают магнитосферы - композит из магнетита и гематита в стеклянной матрице. Материал может использоваться после магнитной сепарации и модификации в качестве катализатора, например, для окисления паров ртути в отходящих газах, а также в качестве магнитного наполнителя в полимерах, пуццоланового наполнителя в бетонах для защиты от радиоактивного и электромагнитного излучения, для очистки сточных вод, для электродных масс, для создания магнитной шерсти при концентрировании золота мокрыми гравитационными методами, и т.д.

Пример 4. Берут горючие сланцы с зольностью 60%, представленной в основном известью, и бурый уголь с зольностью 20%, смесь в соотношении 50:50 механически активируют и действуют далее, как описано в примере 1. Температуру в реакторе поддерживают на уровне 1200°С за счет малого съема тепловой энергии. Неорганическая компонента в смеси будет состоять на три четверти из золы сланцев и на одну четверть из золы бурого угля. Материал с активными вяжущими свойствами будет лишен недостатков, связанных с вариацией и высоким содержанием оксида магния и ангидрита в золе бурого угля, например, Канско-Ачинского бассейна, т.к. их содержание упадет до 4-х раз благодаря разбавлению золой от сланцев. Вяжущий материал будет лишен также недостатков, связанных с особенностями сланцев, которые плохо горят и лишь при низкой температуре в воздушной атмосфере, в результате чего активный компонент золы - известь плохо связывается в минералы портланд-цементного клинкера и остается в свободном виде. Полученный микросферный материал может использоваться как самостоятельный активный вяжущий материал, который при малой добавке цемента 5-10%, играющего роль катализатора с сильным повышением рН, позволяет получать дешевый бетон обычных марок. При добавке микросфер к цементу в количестве 10-50% можно производить высокомарочный бетон.

Пример 5. Берут отходы обогащения угля с зольностью 50%, сухую золу уноса с золоотвала ТЭС, с высоким содержанием недожога 20%. Смесь в соотношении 60:40 механически активируют совместным помолом, агрегированное топливо вдувают воздухом в реактор, разогретый до 1300°С за счет небольшого съема тепла для производства энергии. Обогащение атмосферы в реакторе доводят до 35% кислорода. Действуют далее по примеру 1. При полном сгорании полукокса и угля образуются микросферы - эффективная пуццолановая добавка к цементам. Попутно с получением дорогих энергоемких материалов и тепловой энергии утилизируются накопленные отходы угледобычи и золоотвалы ТЭЦ, под которые отчуждается земля и которые загрязняют окружающую среду в местах проживания основной массы населения.

Пример 6. Берут некондиционный каменный уголь с высоким содержанием золы 50% или отходы углеобогащения. К топливу добавляют 10% глины и механически активируют с гомогенизацией. Топливо вдувают в разогретый реактор при 1200°С. Содержание кислорода в атмосфере поддерживают на уровне 30%. Действуют далее, как описано в примере 1. Получают микросферы, тепловую энергию и электроэнергию из местных ресурсов, не требующих существенных затрат на транспортировку. Такое решение позволяет эффективно реализовать распределенную мультигенерацию в регионах без развитой инфраструктуры.

Пример 7. Берут каменный уголь с содержанием золы 40%. Вводят добавку глинозема (или отходов производства глинозема) 20% и механически активируют с гомогенизацией. Топливо вдувают в разогретый до 1450°С реактор за счет небольшого съема тепла. Действуют далее, как в примере 1. В результате получают стеклокерамические полые микросферы с высоким содержанием упрочняющих нанокристаллитов муллита в стеклянной матрице, которые обладают высокой прочностью и могут использоваться в качестве наполнителя в буровых растворах (пропантов) с особо сложными условиями по давлению и температуре.

Пример 8. Берут каменный уголь с зольностью 30% с малым содержанием в составе золы железа, добавляют беложгущуюся глину в соотношении 60:40. Смесь механически активируют в шаровой мельнице до размеров частиц исходных компонентов порядка 10 мкм. Агломераты топлива вдувают в разогретый до 1300°С реактор с содержанием кислорода в атмосфере 30%. Действуют далее, как в примере 1. Получают фракционированные микросферы с высоким содержанием дорогих и дефицитных бесцветных стеклянных ценосфер, особенно в крупной фракции. При высокой температуре, когда органика выгорела и стекло уже образовалось из неорганической компоненты топлива с заметным содержанием калия, примеси минералов слюд разлагаются с выделением паров воды внутри капель стекла, что приводит к их раздуванию до больших размеров, приблизительно 100 мкм. В результате образуются дефицитные бесцветные стеклянные ценосферы крупного размера.

Пример 9. Берут каменный уголь с зольностью 40% с малым содержанием в составе золы железа, приблизительно 1-3%, добавляют смесь вулканического стекла (перлита) и стеклобоя до соотношения 80:20. Топливную смесь механически активируют с измельчением до размеров частиц стекла приблизительно меньше 30 мкм, Агломераты топлива вдувают в разогретый до 1350°С реактор с содержанием кислорода в атмосфере 30%. Действуют далее, как в примере 1. Получают фракционированные микросферы с высоким содержанием дорогих и дефицитных бесцветных стеклянных ценосфер, особенно в первом приемнике. При высокой температуре, когда выгорела органика и образовалось стекло из неорганической компоненты топлива, внутри капель выделяются пары воды из вулканического стекла, что приводит к их раздуванию до больших размеров, приблизительно 100 мкм. В результате образуются дефицитные бесцветные стеклянные ценосферы крупного размера, которые можно сепарировать по размеру.

Пример 10. Берут каменный уголь с зольностью 40% с небольшим содержанием в составе железа, добавляют диатомит до соотношения 80:20, механически активируют с измельчением до размеров частиц приблизительно менее 30 мкм. Агломераты гомогенизированного топлива вдувают в реактор с содержанием кислорода 30%, разогретый до 1350°С. Далее действуют, как описано в примере 1. В результате получают материал из полых стеклянных микросфер с повышенной белизной со средним размером приблизительно 30 мкм в первом приемнике и 20 мкм во втором. Материал востребован в качестве легкого почти белого наполнителя полимеров и пуццолановой добавки в белый или цветные цементы.

Пример 11. Берут бурый уголь Березовского месторождения с зольностью 40% и высоким содержанием в составе золы СаО 40%, MgO 5%, SO₃ 5% и Fe₂O₃ 10%, вводят неорганическую добавку с высоким содержанием карбоната кальция, не содержащего в заметных количествах соединения магния и серы - мел, известняк, мергель, в соотношении 80:20. Смесь механически активируют до размеров частиц приблизительно меньше 30 мкм. Агломераты топлива вдувают воздухом в реактор, разогретый до 1400°С благодаря небольшому съему тепла. Содержание кислорода в атмосфере реактора доводят до 30%. Далее действуют, как описано в примере 1. При выгорании углерода образуется однородное высоко кальциевое стекло с содержанием железа приблизительно 8%, которое в данном случае играет роль плавня, снижающего температуру плавкости. Способствуют стеклообразованию также примеси щелочных элементов в неорганической добавке. При остывании стеклянных капель образуются микрокристаллы минералов портланд-цементного клинкера типа C4AF и C2S в стеклянной матрице, которая сама по себе обладает неплохими вяжущими свойствами. Содержание MgO в золе бурого угля после разбавления известняком снижается приблизительно до 3%, причем свободного оксида магния практически не остается благодаря высокой температуре в реакторе и наличию плавней - щелочных элементов, оксида железа и сульфатов, которые остаются в расплаве в заметном количестве. Вариация содержания серы в золе уменьшается, а ее содержание в получаемом материале уменьшается в среднем до 3%. Содержание связанного СаО в продукте растет до 45%. После охлаждения и улавливания, частицы вяжущего материала со средним размером частиц приблизительно 10-30 мкм собирают в приемники. Полученный вяжущий материал состоит из композита типа «ядро-оболочка» - нано- и микроразмерные кристаллиты минералов портланд-цементного клинкера в матрице из Са,Fe-содержащего стекла. Полые частицы вяжущего материала сферической формы покрыты с поверхности ангидритом кальция CaSO₄ в результате абсорбции оксида серы при охлаждении. Полученные полые микросферы являются вяжущим материалом, а при активации малой добавкой цемента 5-10% дают высокомарочные малоусадочные бетоны с низкой пористостью и водопроницаемостью, с пониженной плотностью, низким тепловыделением, достаточно быстрым быстрым набором прочности. Пример показывает возможность эффективного безотходного использования огромных запасов Березовского бурого угля, при обычном сжигании которого образуются отходы, угнетающие окружающую среду и непригодные для массовой утилизации в бетон.

Пример 12. Берут горючие сланцы с зольностью 65%, представленной в основном известью и минералами глин, добавляют для стабилизации состава и понижения температуры плавкости стекла глину до соотношения 90:10, механически активируют с измельчением до размера частиц приблизительно 20 мкм и менее. Агломераты топлива вдувают воздухом в реактор, разогретый до 1200°С благодаря малому съему тепла для генерации электроэнергии, в атмосфере доводят содержание кислорода до 30%. Далее действуют, как описано в примере 1. В результате сгорания широко распространенных и невостребованных сланцев с добавкой глины образуется относительно легкоплавкое стекло, растворяющее в больших количествах СаО. Микросферный материал с размером частиц приблизительно 20 мкм с высоким содержанием связанного оксида кальция обладает вяжущими свойствами, но без интенсивного выделения тепла при твердении, и отличными пуццолановыми свойствами. Полученный микросферный материал может быть использован как самостоятельное вяжущее, активированное малыми добавками цемента, так и в качестве пуццоланы в смеси с обычным портланд-цементом в производстве высокомарочного бетона. Пример показывает возможность реализации распределенной мультигенерации на местных сырьевых ресурсах.

Пример 13. Берут невостребованный некондиционный каменный уголь с высоким содержанием серы 3-6% и зольностью 40%, горючие сланцы с зольностью 70%, представленной в основном известью и минералами глин, смесь состава 60:40 механически активируют с измельчением до размеров частиц 30 мкм и менее. Агломераты топлива воздухом вдувают в разогретый до 1300°С реактор с содержанием в атмосфере 30% кислорода. Далее действуют, как описано в примере 1. Зола в виде стеклянных микросфер с приблизительным вкладом 1:1 от угля и сланцев, имеет средний размер частиц приблизительно 20 мкм. Полученный микросферный материал из высококальциевого стекла, покрытый с поверхности ангидритом CaSO₄, обладает вяжущими свойствами и может быть использован в приготовлении бетонов при малой добавке цемента. Благодаря высокому содержанию СаО, основная часть оксидов серы, происходящая из каменного угля, улавливается зольными микросферами с образованием на поверхности ангидрита CaSO₄, а часть серы входит в состав стекла. Благодаря невысокой температуре сжигания и абсорбции основной массы оксидов серы на микросферах, при очистке отходящих газов потребляется небольшое количество аммиака. Пример показывает возможность реализации распределенной мультигенерации.

Пример 14. Берут угольные сланцы с зольностью 70%, которые в необогащенном виде представляют собой смесь топлива с неорганической породой, добавляют торф в соотношении 90:10. Смесь механически активируют до размеров частиц сланцев приблизительно 30 мкм и вдувают воздухом в реактор с содержанием в атмосфере 30% кислорода, разогретый до 1100°С благодаря небольшому отбору тепла для производства электроэнергии. Далее действуют, как описано в примере 1. Полученные микросферы с размерами частиц порядка 10-30 мкм обладают отличными пуццолановыми свойствами, а при активации малыми добавками цемента могут использоваться для производства безусадочного легкого бетона с низкой пористостью обычных марок. Пример показывает возможность реализации распределенной мультигенерации на основе местных невостребованных ресурсов.

Пример 15. Берут бурый уголь с зольностью 30%, например, из Канско-Ачинского бассейна, добавляют 10% шламов водоочистки. Смесь механически активируют до размеров порядка 30 мкм. Агломераты вдувают воздухом в реактор с содержанием в атмосфере 30% кислорода, разогретый до 1100°С благодаря небольшому отбору тепла для производства электроэнергии. Далее действуют, как описано в примере 1. Собранные микросферы обладают слабыми вяжущими свойствами и могут использоваться для производства бетонов низких и средних марок при активации добавками цемента 5-10%. Пример показывает возможность утилизации наиболее проблемных отходов крупных агломераций. Кальций-содержащая зола абсорбирует многие примеси из шламов, что облегчает очистку отходящих газов.

Пример 16. Берут воздушно сухой торф, добавляют высушенную золу из золоотвалов ТЭС с высоким содержанием недожога, от которой отделен шлак. Зольную фракцию с размером частиц приблизительно 80 мкм и содержанием углерода 25% смешивают с торфом, имеющим зольность 10%, в соотношении 50:50, совместно измельчают до размера частиц приблизительно 40 мкм. Разрушенные стеклянные частицы золы обладают абразивными свойствами и облегчают измельчение торфа. Топливную смесь вдувают в разогретый благодаря малому съему тепла до 1400°С реактор с содержанием кислорода до 35%. Далее действуют, как в примере 1, но из-за малого избытка тепла перегретый пар снимают в основном для сушки торфа и золы из золоотвала, т.е. их подготовки к переработке. Пыль собирают после охлаждения и улавливания в два приемника. Полученный материал из первого приемника состоит из полых стеклянных микросферических частиц размером приблизительно 40 мкм и меньше, а из второго - 20 мкм и меньше. Полученные материалы первого и высшего сорта соответственно могут использоваться в качестве пуццолановой добавки для замещения 10-40% цемента в производстве высокомарочных бетонов. Этот пример показывает, как утилизировать с пользой накопленные вблизи ряда крупных городов золоотвалы с высоким содержанием недожога за счет использования низкокачественного возобновляемого топлива - торфа.

Пример 17. Берут невостребованный каменный уголь с зольностью 40%, содержащий в количестве 5-8% сульфидную (пиритную) серу. В качестве неорганической добавки берут мергель в соотношении 80:20. Смесь механически активируют с измельчением зерен пирита до 30 мкм и менее. Агломераты топлива вдувают воздухом в реактор с содержанием в атмосфере 30% кислорода, разогретый до 1200°С благодаря небольшому отбору тепла для производства электроэнергии. Далее действуют, как описано в примере 1. При сгорании органики и разложении мергеля образуется микросферный материал из Ca-содержащего стекла, которое абсорбирует основную часть оксидов серы с образованием ангидрита на поверхности микросфере. Благодаря этому потребуется небольшое количество аммиака для связывания оксидов азота и остатков кислотных оксидов серы. Собранный в двух приемниках после охлаждения и улавливания продукт представляет собой стеклянные микросферы с размером 3-20 мкм в первом приемнике (первый сорт, выход 70%) и 2-15 мкм во втором приемнике (высший сорт, выход 30%). Полученные микросферы могут использоваться в качестве пуццолановой добавки при производстве высокомарочных бетонов замещением 10-30% цемента. Пример показывает возможность сжигания невостребованного некондиционного угля с высокой зольностью и высоким содержанием сульфидной серы.

Заявляемое техническое решение по сравнению с прототипом позволяет реализовать без экологических издержек рациональное использование природного и техногенного углеродного сырья, включая высокозольное и некондиционное, за счет превращения твердых продуктов сгорания в основной источник доходов - однородные полые микросферы со стабильным составом без недожога, благодаря механической активации сырья и повышенной концентрации кислорода в реакторе. Отходящие газы полностью очищают от пыли, летучих элементов, оксидов серы и азота, что делает возможным использование части потока отходящих газов в качестве газа-носителя для съема кислорода с селективных кислородных мембран. Основной поток очищенных отходящих газов разбавляют истощенным по кислороду воздухом с мембран и подают в последовательность теплиц для биоочистки и последующей абсорбции СО₂ в растительные продукты. Тепловая и электрическая энергия являются бипродуктами, которые используются максимально эффективно благодаря близкому расположению потребителей из-за отсутствия вредных выбросов и отходов. Предлагаемое решение наиболее эффективно для реализации распределенной мультигенерации в регионах без развитой инфраструктуры.

Claims (17)

1. Способ безотходного сжигания углеродного топлива, включающий измельчение топлива до пылевидного состояния и его вдувание в разогретый реактор со стабилизированной температурой, регулируемой подачей топлива и съемом тепла посредством перегретого пара, сжигание топлива в атмосфере кислорода, разбавленного отходящими газами, улавливание золы уноса при охлаждении и ее сбор, очистку отходящих газов водной суспензией известняка с конденсацией паров воды, захват углекислого газа, отличающийся тем, что для сжигания берут высокозольное топливо, которое механически активируют и гомогенизируют в мельницах с рабочими телами совместно с добавкой, корректирующей и стабилизирующей химический состав золы, сжигание ведут в атмосфере обогащенного кислородом воздуха при температуре выше точки плавления усредненной по составу золы, температуру в реакторе регулируют дополнительно содержанием кислорода в воздухе, калорийностью и зольностью топлива, отходящие газы очищают от пыли в пассивном режиме осаждением коагуляцией частиц в потоке с малой скоростью и на рукавном фильтре, от летучих элементов на адсорбционном угольном фильтре при температуре выше 100°С, а от оксидов азота и остатков оксидов серы аммиаком при температуре ниже точки росы, после очистки часть потока отходящих газов используют в качестве газа-носителя для сдувания кислорода с селективных кислородных мембран и подачи его в реактор, другую часть потока разбавляют отощенным по кислороду воздухом с селективных кислородных мембран и направляют для абсорбции углекислого газа в последовательность теплиц.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют смешанное топливо.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве добавки берут золу уноса с высоким содержанием недожога.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве добавки берут шламы водоочистки.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве добавки берут каолин или беложгущуюся глину.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве добавки берут глину.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве добавки берут пылевидное сырье или отходы с высоким содержанием оксидов железа.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве добавки берут глинозем.

9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве добавки берут стеклобой.

10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве добавки берут природное сырье с высоким содержанием аморфного кремнезема - трепел, опоку, диатомит.

11. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве добавки берут вулканическое стекло.

12. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве добавки берут природное или техногенное сырье с высоким содержанием карбоната кальция - мел, известняк, мергель.

13. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при очистке отходящих газов от пыли осуществляют фракционирование микросфер последовательным осаждением в приемники.

14. Способ по п. 1, отличающийся тем, что берут кислород с селективных кислородных мембран на основе твердого электролита и электронного проводника.

15. Способ по п. 1, отличающийся тем, твердое топливо с добавками механически активируют до размеров частиц приблизительно 1-30 мкм, лучше 5-15 мкм.

16. Способ по п. 1, отличающийся тем, что очистку отходящих газов при снижении их температуры от летучих элементов ведут последовательно на нескольких адсорбционных фильтрах.

17. Способ по п. 1, отличающийся тем, что первую теплицу используют для биоочистки СО₂-содержащего газа от следов загрязнителей без доступа персонала.