CS249114B2

CS249114B2 - Method of solid carbonaceous fuels gasification and device for application of this method

Info

Publication number: CS249114B2
Application number: CS817424A
Authority: CS
Inventors: Dennis Hebden; Terence Brooks
Original assignee: British Gas Corp
Priority date: 1981-06-09
Filing date: 1981-10-09
Publication date: 1987-03-12
Also published as: AU531200B2; JPS57207689A; EP0067261B1; JPS6247471B2; CA1171658A; US4461628A; EP0067261A1; ZA816680B; GB2099841B; PL135887B1; GB2099841A; PL233354A1; AU7577981A; DE3167648D1

Description

Vynález se týká zplyňování pevných uhlíkatých paliv a zařízení k provádění tohoto způsobu a je použitelný pro zplyňování paliv, jako je uhlí a koks, a to při tlacích vyšších, než je atmosférický tlak.

Zařízení tohoto druhu obv.ykle zahrnuje nádobu ve tvaru kolony, obsahující pevné uhlíkaté palivo; do spodní části je přiváděno zplyňovací médium větším počtem přiváděčích trubic, umístěných okolol spodní části nádoby. Zplyňování se provádí za vysoké teploty tak, že popel, který se shromažďuje pod ložem paliva, je v tekutém stavu a může být kontinuálně odváděn ze spodní části nádoby, zatímco čerstvé palivo je kontinuálně odváděno do lože paliva.

Je výhodné, jsou-li přiváděči trubice chlazené vodou a vyčnívají-li malou částí ze stěny nádoby, vytvořené obvykle ze žáruvzdorného materiálu, do palivového lože. Také tato část může být chlazena vodou. Někdy je třeba, aby provozní prosazení zplyňovacího generátoru bylo sníženo bud řízeným způsobem v průběhu normálního provozu, nebo relativně rychle v případě nebezpečí. Takové snížení provozního prosazení se docilovalo úplným uzavřením jedné nebo více z přiváděčích trubic. Nevýhodou při této operaci je, že může dojít ke zpětnému toku okolního média do trysky uzavřené přiváděči trubice a tím k zanesení této trysku struskou, které může vést až k trvalému ucpání přiváděči trubice. Také v případě, že nenastane trvalé ucpání přiváděči trubice, může být obtížné opětné uvedení této trubice do provozu, když je třeba zplyňovací generátor opět zatížit na plné provozní podmínky.

Cílem tohoto vynálezu je vypracovat způsob zplyňování pevného uhlíkatého paliva, který do určité míry odstraní výše uvedené nevýhody.

Výše uvedené nevýhody nemá způsob zplyňování pevných uhlíkatých paliv v generátoru, tvořeném nádobou ve tvaru kolony, v níž se zplyňuje lože uhlíkatého paliva s obhahem popela zaváděním zplyňovacího média do spodní části palivového lože m tryskami rozmístěnými okolo spodní části vnitřní stěny generátorové nádoby, přičemž m je celé číslo· větší než 3 a zplyňování se provádí za teploty, při které se popel shromažďuje v tekuté formě pod ložem paliva, jehož podstata spočívá v tom, že průtok zplyňovacího média tryskami se reguluje tak, že zplyňovací médium vystupuje z trysek bud prvou rychlostí, kdy zplyňovací médium zasahuje do střední oblasti lože paliva, nebo při druhé snížené rychlosti, kdy ke zplyňování dochází pouze na vnější oblasti lože paliva, přičemž celkové množství zplyňovacího média se reguluje tak, že z n trysek vystupuje zplyňovací médium prvou rychlostí, kde n je celé číslo menší než m, a ze zbývajících trysek vystupuje zplyňovací médium druhou rychlolstí, přičemž rych lost zplyňovacího média vystupujícího z každé z m trysek je prudce změněna podle předem určeného režimu tak, že z trysky vystupuje zplyňovací médium v určitém časovém intervalu opakujícím se v určité frekvenci uvedenou druhou rychlostí a v době mimo tyto intervaly uvedenou prvou rychlostí, přičemž nastane selektivní pulsní provoz v tryskách, vyvolávající prudkou změnu režimu zplyňovacího generátoru z plného provozního zatížení na relativně menší provozní zatížení.

Výhodně je rozdíl počtu trysek m — n větší než 1 a trysky přivádějící zplyňovací médium uvedenou prvou rychlostí jsou uspořádány symetricky okolo lože paliva.

Výhodně je zplyňovací médium dodáváno uvedenou druhou rychlostí najednou do alespoň jedné trysky a zplyňovací médium není dodáváno uvedenou druhou rychlostí do trysek, které sousedí s uvedenou alespoň jednou tryskou, až do okamžiku, kdy je zplyňovací médium dodáváno uvedenou druhou rychlostí do bezprostředně nesousedících trysek.

Výhodně uvedená prvá rychlost nepřesáhne 304,8 m za sekundu a druhá uvedená rychlost je alespoň 30,48 m za sekundu. Obzvláště s výhodou je uvedená prvá rychlost 91,44 až 213,36 m za sekundu a uvedená druhá rychlost je 30,48 až 91,44 m za sekundu.

S výhodou se počet trysek m rovná 8.

Předmětem vynálezu je rovněž zařízení provádění výše uvedeného způsobu tvořené žáruvzdornou nádobou ve tvaru kolony s m tryskami umístěnými okolo spodní části vnitřní stěny nádoby, určené pro přivádění zplyňovacího média do lože paliva, přičemž m je celé číslo větší než 3, jehož podstata spočívá v tom, že před každou tryskou je uspořádán uzavírací orgán, obsahující ručně nastavovatelný uzavírací orgán pro seřízení ·· maximálního průtoku zplyňovacího média do trysky, automatický bezpečnostní rychlouzávěr pro uzavření přívodu zplyňovacího média v případě okamžité potřeby a motýlový uzávěr pro řízení průtoku zplyňovacího média, a programový člen a rotační postupný vypínač pro řízení provozu uzavíracího orgánu.

V následující části popisu bude popsán příklad konkrétního provedení způsobu podle vynálezu s odkazy na připojené obrázky.

Na připojených výkresech:

obr. 1 znázorňuje svislý rez spodní části zplyňovacího zařízení v souladu s vynálezem;

obr. 2 znázorňuje vodorovný řez zařízením podle obrázku 1, vedený v rovině II—II, znázorněné na obrázku;

obr. 3 je zjednodušený horizontální řez vedený v místě roviny konců výstupních trubic;

obr. 4 je zjednodušený horizontální řez vedený v místě roviny konce výstupní trubice;

obr. 5 je schematické znázornění uzavíracích orgánů pro řízení dodávky zplyňovacího média k výstupní trubici;

obr. 6 znázorňuje schematický diagram, zachycující pořadí provozu osmi řídicích uzavíracích orgánů zplyňovacího generátoru, znázorněného na obrázku 1 a 2.

V souladu s obr. 1 a 2 sestává zplyňovací generátor z vertikálně umístěné nádoby 10 ve tvaaru kolony, mající válcový plášť z žáruvzdorného kovu, obklopující vrstvu 12 z žáruvzdorného materiálu. Nádoba 10 má dno 13, opatřené centrální výpustí 14, kterou může být kapalný popel vypuštěn z nádoby 10. Osm trysek 15 je umístěno ve spodní části nádoby 10 nad dnem 13, přičemž tyto trysky 15 zasahují radiálně do vnitřní části nádoby 10 v místech A až H. Trysky 15 jsou skloněny dovnitř v úhlu, který je od horizontální roviny odkloněn asi o^! 20°.

Osm trysek 15 je zásobováno zplyňovacím médiem, kterým je v typickém případě vodní pára a kyslík, a to z přívodního potrubí 17 pomocí přiváděčích trubic 18 a individuálních řízených uzavíracích orgánů 19. Jak je to znázorněno na obr. 5, každé uspořádání uzavíracího orgánu 19 zahrnuje ručně nastavovatelný uzavírací orgán 21 pro seřízení maximálního průtoku zplyňovacího média do trysky 15, automatický bezpečnostní rychlouzávěr 22 pro uzavření přívodu zplyňovacího média v případě nebezpečí a motýlový uzávěr 23 pro seřízení dodávky zplyňovacího^ média v souladu se způsobem podle vynálezu.

Vzduch je také do každé trysky 15 dodáván přes další uzávěr 24.

Motýlové uzávěry 23 jsou schopné prudkého a automatického nastavení z polohy, při které je rychlost zplyňovacího média zhruba na horní limitní hodnotě a zplyňovací médium proudí tryskami 15 tak, jak je to zobrazeno na obr. 3 v místech B, D, F a H, do polohy, kdy rychlost zplyňovacího média je zhruba na spodní limitní hodnotě a zplyňovací médium proudí tryskami 15 tak, jak je to zobrazeno na obr. 3 v místech, A, C, E a G, a opětného prudkého a automatického přestavění z druhé uvedené polohy do první uvedené polohy.

Dráha 26 zplyňovacího média v loži paliva se takto může prudce změnit z relativně velkého objemu (zplyňovací médium proudí tryskami 15 jako v místech B, D, F a H) na značně zmenšený objem (zplyňovací médium proudí tryskami 15 jako v místech A, C, E a Gj. V typickém případě je objem dráhy 26 znázorněný v místech A, C, E a G menší než 10 % objemu dráhy 26 znázorněného v místech B, D, F a H.

Jak je to znázorněno na obr. 6, každé uspořádání uzavíracího orgánu 19, související s polohami A až H je takové, aby bylo možné použít solenoidem ovládaný ventil 82 pro změnu nastavení motýlových ventilů 23 a to prudce z jedná polohy do druhé. Osm solenoidem ovládaných ventilů 28 je řízeno podle programového členu 29, řízeného pomocí rotačního postupného vypínače 30, což je například volič s otáčivými kartáči.

Rotační postupný vypínač 30 je ovládán dvěma časovými spínači 31 a 32, které jsou seřiditelné tak, že jsou zajištěny časové periody mezi 0,1 a 999,99 minuty, přičemž může být použito osm stejně dlouhých period nebo střídavě dlouhých delších i kratších period. Následnost provozu solenoidem ovládaných ventilů 28, je indikována symboly x, znázorněnými na obrázku.

Způsob provozu zplyňovacího generátoru v souladu s vynálezem je následující.

Pevné uhlíkaté palivo, jako např. uhlí a koks, se přivádí do horní části nádoby 10 tak, že se pohybuje směrem dolů ke dnu 13. Rychlost a množství zplyňovacího média, vystupujícího z trysek 15 ve všech místech A až H, jsou nastaveny na horní hodnotě a zplyňovací generátor je tedy provozován při v podstatě plném provozním zatížení.

Když je požadováno, aby byl zplyňovací generátor provozován za snížené rychlosti a přívodu zplyňovacího média, vystupujícího z trysek 15, dojde k prudkému snížení rychlosti a množství zplyňovacího média tak, že objem dráhy 26 je snížen na hodnotu, označenou v místě A. Rychlost a množství zplyňovacího média, vystupujícího ze všech trysek 15, jsou prudce snižovány a zvyšovány v předem stanoveném cyklicky se opakujícím režimu, takže každá tryska 15 je v určitém intervalu opakujícím se ve zvolené frekvenci zásobována zplyňovacím médiem při nižší rychlosti a mimo tento interval je zásobována vyšší rychlosti.

Selektivní pulsní způsobem způsobí ňovacího zařízení z plného provozního zatížení k relativně menšímu provoznímu zatížení, přičemž rozsah zmenšení provozního zatížení bude záviset na počtu trysek 15, provozovaných za snížené rychlosti a na časovém intervalu, po· který bude udržován tento snížený provozní režim.

zplyňujícím médiem při provoz trysek 15 tímto prudké převedení zplyPříklad

Obvyklá horní rychlost zplyňovacího média nepřesahuje 304,8 m za sekundu a nižší rychlost není nižší než 30,48 m za sekundu. Je výhodné, je-li horní rychlost v rozsahu

91,44 až 213,36 m za sekundu a nižší rychlost je v rozsahu 30,48 až 91,44 m za sekundu. Tímto způsobem může být sníženo prosazení zplyňovacího gentrátoru na 25 ' % plného provozního prosazení.

Jak je znázorněno na obr. 6, je předem volený opakovači režim označen symboly X.

Jsou-li oba časovači spínače 31 a 32 nastaveny na stejnou periodu, je potom sekvence operací taková, jak je to uvedeno v následující tabulce I.

Tabulka I
Perioda	Tryska při nižší rychlosti v místě	Tryska při vyšší rychlosti v místě
1	A	В až M
2	E	A až D a F až H
3	В	A a C až H
4	F	A až E a G a H
5	C	А, В a D až H
6	G	A až F a H
7	D	A až С a E až H
8	H	A až G

Při typickém provedení těchto dvou časových spínačů budou použity periody 3 minut tak, že cyklicky se opakující režim bude používat na trysce 15 nižší rychlost po dobu 3 minut a zbývající trysky 15 budou v průběhu těchto 3 minut při vyšší rychlosti.

Průběh tohoto cyklicky opakovaného režimu je znázorněno na obr. 6 a je patrné, že nedochází к tomu, že by к následnému snížení ryclosti průtoku zplyííovacího média došlo ve dvou vedle sebe sousedících tryskách 15.

Při cyklicky opakovaném režimu, jak je znázorněn na obr. 6, je pouze jedna z trysek 15 zásobována zplyňovacím médiem při menší rychlosti v kterémkoliv časovém okamžiku, zatímco vynález může být aplikován na m trysek 15, kde m je celé číslo větší než 3, z nichž n trysek 15, kde n je celé číslo menší než m, je zásobováno zplyňovacím médiem při nižší rychlosti v kterémkoliv časovém okamžiku.

Když existuje například osm (=m) trysek 15, potom n se může rovnat 2 a tedy dvě z trysek 15 jsou zásobovány zplyňovacím médiem při nižší ryclosti a zbývající trysky 15 jsou zásobovány zplyňovacím médiem při vyšší rychlosti a tento režim se prudce mění v pravidelných intervalech.

Další výhodné zařízení používá osm (=m) trysek 15 a předem zvolený pracovní režim může být takový, že čtyři trysky 15 jsou současně zásobovány zplyňovacím médiem při vyšší rychlosti a čtyři trysky 15 jsou současně zásobovány zplyňovacím médiem při nižší rychlosti a pracovní režim je prudce měněn v pravidelných intervalech.

Předem zvolený pracovní režim může být takový, že čtyři trysky 15 — vždy ob jednu trysku 15 — mají vyšší rychlost zplyňovacího média a zbývající čtyři trysky 15 mají nižší rychlost a provozní režim se mění náhle v pravidelných intervalech tak, že trysky 15, pracující při vyšší rychlosti, se po změně stanou tryskami 15, pracujícími při nižší rychlosti a naopak.

Cyklicky opakovaný režim může být modifikován tak, že proměnlivý počet trysek 15 je zásobován zplyňovacím médiem při vyšší rychlosti v kterémkoliv časovém okamžiku, například cyklicky opakovaný režim může být zvolen podle následující tabulky II.

Tabulka II
Perioda	Tryska při nižší rychlosti v místě:	Tryska při horní rychlosti v místě:
1	A	В až H
2		A až H
3	В	A a C až H
4		A až H
5	C	А, В a D až H
6		A až H
7	D	A až С a E až H
8		A až H
9	E	A až D a F až H
10		A až H
11	F	A až E, G a H
12		A až H
13	G	A až F a H
14		A až H
15	H	A až G
16		A až H

Pro tento typicky cyklicky opakovaný režim trvá každá z period 1 až 16 tri minuty a odpovídajícím způsobem budou nastaveny časové spínače 31 a 32.

Výhodou této modifikace cyklicky se opakujícího pracovního režimu je, že celkový objem drah 26 se s časem mění. Při dříve popsaném cyklicky se opakujícím režimu, znázorněném na obr. 3 a 4, se mění pouze celkový tvar dráhy, ale celkový objem drah 26 zůstává v každém okamžiku v podstatě stejný. Takto by byl objem následující:

(celkové . , _x , , .. „ množství]²

Objem (osm trysek) = 8 . A --------o [celkové i л л množství)²

Objem (sedm trysek) = 7 . A-------------Poměr V8/V7 je potom 7/8 a celkový objem dráhy 26 se bude měnit od lichými čísly označených period k periodám, označeným sudými čísly. Jde o výraznější formu pulsování trysek a její nevýhodou je, že řízení průtoku zplyňovacího média může mít sklon k nestálosti při poklesu tlaku při změnách v systému.

Je-li minimální postup tryskami nezávislý na celkovém počtu trysek, bude minimální prosazení zplyňovacího generátoru 452,96 m3/h kyslíku x z, kde z je počet trysek, do nichž je dodáváno zplyňovací médium při vyšší rychlosti. V praxi je vhodné, aby byla při zatěžování trysek zachována trojrozměrná dimenze a tak při statických podmínkách je nejnižší možné zatížení 4 X 452,96 — = 1811,84 m³/h kyslíku při čtyřech tryskách. Je-li pulsace na čtyřech tryskách podle m—1 nebo m—2, bude zachován určitý druh symetrie se zatížením 1 358,88 nebo

905,92 m3/h kyslíku. Je možné použít mnoho dalších cyklicky se opakujících způsobů při zachování požadovaného sníženého zatížení zplyňovacího generátoru až k relativně velmi malé hodnotě.

Navíc může použité selektivní pulsování trysek tímto způsobem pomoci k dosažení kontinuálního a rovnoměrného pohybu paliva dolů ložem zplyňovacího zařízení a je potom zmenšena tendence paliva zůstávat viset nad tryskami a vytvářet můstky, zasahující z vnitřní stěny do nádoby generátoru.

Claims

PŘEDMĚT VYNÁLEZU

1. Způsob zplyňování pevných uhlíkatých paliv v generátoru, tvořeném nádobou ve tvaru kolony, v níž se zplyňuje lože uhlíkatého paliva s obsahem popela zaváděním zplyňovacího média do spodní části palivového lože m tryskami rozmístěnými okolo spodní části vnitřní stěny generátorové nádoby, přičemž m je celé číslo větší než 3, přičemž zplyňování se provádí za teploty, při které se popel shromažďuje v tekuté formě pod ložem paliva, vyznačený tím, že průtok zplyňovacího média tryskami se reguluje tak, že zplyňovací médium vystupuje z trysek buď prvou rychlostí, kdy zplyňovací médium zasahuje do střední oblasti lože paliva, nebo druhou sníženou rychlostí, kdy ke zplyňování dochází pouze na vnější oblasti lože paliva, přičemž celkové množství zplyňovacího média se reguluje tak, že z n trysek vystupuje zplyňovací médium prvou rychlostí, kde n je celé číslo menší než m, a ze zbývajících trysek vystupuje zplyňovací médium druhou rychlostí, přičemž rychlost zplyňovacího média, vystupujícího z každé z m trysek, je prudce měněna podle předem určeného režimu tak, že z trysky vystupuje zplyňovací médium v určitém časovém intervalu opakujícím se v určité frekvenci uvedenou druhou rychlostí a v době mimo tyto intervaly uvedenou prvou rychlostí, přičemž nastane selektivní pulsní provoz na tryskách vyvolávající prudkou změnu režimu zplyňovacího generátoru z plného provozního zatížení na relativně menší provozní zatížení.
2. Způsob podle bodu 1, vyznačený tím, že rozdíl počtu trysek m — n je větší než 1 a že trysky přivádějící zplyňovací médium uvedenou prvou rychlostí jsou uspořádány symetricky okolo· lože paliva.
3. Způsob podle bodu 1 nebo 2, vyznačený tím, že zplyňovací médium je dodáváno uvedenou druhou rychlostí najednou do alespoň jedné trysky a zplyňovací médium není dodáváno uvedenou rychlostí do trysek, které sousedí s uvedenou alespoň jednou tryskou, až do okamžiku, kdy je zplyňovací médium dodáváno uvedenou druhou rychlostí do bezprostředně nesousedících trysek.
4. Způsob podle bodů 1 až 3, vyznačený tím, že uvedená prvá rychlost nepřesáhne

304,8 m za sekundu a uvedená druhá rychlost je alespoň 30,48 m za sekundu.
5. Způsob podle bodů 1 až 4, vyznačený tím, že uvedená prvá rychlost je 91,44 ' až

213,36 m za sekundu a uvedená druhá rychlost je 30,48 až 91,44 m za sekundu.
6. Způsob podle bodů 1 až 5, vyznačený tím, že m se rovná 8.
7. Zařízení k provádění způsobu podle bodu 1, tvořené žáruvzdornou nádobou ve tvaru kolony, s m tryskami umístěnými okolo spodní části vnitřní stěny nádoby, urče- nými pro přivádění zplyňovacího média,., do lože paliva, přičemž m je celé číslo . větší než 3, vyznačené tím, že před každou tryskou je uspořádán uzavírací orgán ' (19), obsahující ručně nastavovatelný uzavírací orgán (21) pro seřízení maximálního průtoku zplyňovacího média do trysky, automatický bezpečnostní rychlouzávěr (22) pro uzavření přívodu zplyňovacího média v případě okamžité potřeby a motýlový uzávěr (23) pro řízení průtoku zplyňovacího média, a programový člen (29) a rotační postupný vypínač (30) pro řízení provozu uzavíracího orgánu (19).