CS250214B2

CS250214B2 - Method of simultaneous production of fuel gas and process heat from carbonaceous materials

Info

Publication number: CS250214B2
Application number: CS822441A
Authority: CS
Inventors: Hans Beisswenger; Georg Daradimos; Martin Hirsch; Ludolf Plass; Harry Serbent
Original assignee: Metallgesellschaft Ag
Priority date: 1981-04-07
Filing date: 1982-04-05
Publication date: 1987-04-16
Also published as: US4444568A; AR227714A1; JPH0466919B2; FI821104A0; IE52546B1; IE820796L; EP0062363B1; FI73724B; AU545446B2; DE3113993A1; NO155545C; MX159901A; EP0062363A1; GR75461B; ATE17866T1; NO155545B; FI821104L; DE3268909D1; BR8201974A; ES511221A0

Description

Vynález se týká způsobu současné výroby topného plynu a procesního tepla z uhlíkatých materiálů zplyňováním v prvním stupni ve vířivé vrstvě a následujícím spalováním hořlavých součástí zbylých po zplyňování ve druhém stupni ve vířivé vrstvě.

Při výrobě průmyslových produktů je zapotřebí energie v nejrůznějších formách. Pro její výrobu slouží často vysoce cenné primární zdroje energie, jako je například plyn a olej. Jejich snižující se výskyt, jakož i vzrůstající problémy při zásobování, nutí ve stoupající míře к nahrazování těchto zdrojů energie pevnými palivy. Tato nutnost způsobuje vznik nových technologií, jejichž pomocí se mohou pevná paliva přeměnit tak, že se v rámci předmětného způsobu může upouštět od tradičních zdrojů energie. Při těchto způsobech se však musí při použití pevných paliv spolehlivě zamezit poškozování životního prostředí. Toto platí obzvláště tehdy, když nedostatek primárních zdrojů energie nutí ve stále vzrůstající míře к používání druhů uhlí s vysokým obsahem popela a síry.

Průmysl požaduje vždy podle druhu používaného pracovního' pochodu při výrobě určitého produktu energii vždy v rozličných •.formách, například ve formě páry pro účely zahřívání, ve formě vysokoteplotního tepla pro jiné účely zahřívání, ve formě čistých topných plynů, při jejichž spalování není kvalita produktu negativně ovlivňována a podobně.

Je sice v zásadě možné z pevných paliv získat různé formy energie, jako je například topný plyn a pára, vždy odděleně, avšak vyžaduje to vysoké investiční a stavební náklady, což v oblasti běžných velikostí průmyslových zařízení není přijatelné. Kromě toho je provoz nezávisle na sobě pracujících zařízení pro přeměnu energie spojen se zvýšenými ztrátami a se zvýšenými náklady na ochranu životního prostředí.

Aby se vyloučily nevýhody spojené se separátní výrobou rozličných forem energie, byl již navržen způsob současné výroby topného plynu a páry, při kterém se uhlí prakticky libovolných vlastností zplyňuje ve vířivém loži a zbytek po zplyňování se spaluje pro výrobu páry (Processing, listopad 1980, str. 23).

Ačkoliv tímto způsobem byl učiněn krok s nadějí na úspěch, je nevýhodné, že jeho výkon, vztažený na potřebné rozměry zařízení, je nepatrný, a že kvůli zvoleným pracovním podmínkách, obzvláště pro stupeň zplyňování, je flexibilita se zřetelem na produkci topného plynu a páry nepatrná. Tento způsob také neřeší problémy spojené s požadovaným čištěním topného plynu, obzvláště problémy s odsířováním a odstraňováním vedlejších produktů, získaných při čištění topného plynu.

Úkolem předloženého vynálezu tedy je vypracování způsobu současné výroby topného plynu a procesního tepla z uhlíkatých materiálů, při kterém by se nevyskytovaly známé výše uváděné nevýhody, který by vykazoval vysokou flexibilitu při přeměně obsahu energie výchozího materiálu na topný plyn na jedné straně a na procesní teplo na straně druhé, a který by umožňoval v krátké době připojení na vyžadovanou formu spotřeby energie.

Výše uváděný úkol byl vyřešen podle předloženého vynálezu vypracováním způsobu již uváděného druhu, jehož podstata spočívá v tom, že se

a) zplyňování provádí při tlaku maximálně 0,5 MPa a teplotě v rozmezí 800 až 1100 ° Celsia pomocí plynů obsahujících kyslík za přítomnosti vodní páry v cirkulující vířivé vrstvě, přičemž se 40 až 80 % hmotnostních uhlíku, obsaženého ve výchozím materiálu, přemění na plyn;

b) při tomto procesu vyrobený plyn se při teplotě v rozmezí 800 až 1 000 °C zbavuje ve vířivém stavu sirných sloučenin, potom se ochlazuje a zbavuje prachu;

c) zbytek ze zplyňování se společně s vedlejšími produkty, odpadajícími při čištění plynu, jako je například odsiřovací prostředek nasycený sírou, prach a plynová voda, přivádí do dalšího cirkulujícího vířivého lože a tam se zbylé spalitelné součásti spálí při poměru vzduchu lambda v rozmezí 1,05 až 1,40.

Způsob podle předloženého vynálezu je použitelný pro všechny materiály obsahující uhlík, které se samostatně zplyňují a spalují. Je vhodný pro uhlí všech druhů, atraktivní je však obzvláště pro uhlí nižších kvalit, jakoⁱ jsou například uhelné výperky, kalové uhlí a uhlí s vysokým obsahem solí. Vhodné je však také hnědé uhlí a živičná břidlice.

Použitý princip cirkulujícího vířivého lože, se kterým se pracuje ve zplyňováním a spalovacím stupni, se vyznačuje tím, že — na rozdíl od „klasických“ vířivých vrstev, u kterých je hustá fáze oddělena značným skolkem hustoty od nad ní se nacházející plynové komory — se jednotlivé fáze vyskytují bez definované hraniční vrstvy. Skok hustoty mezi hustší fází a nad ní se nacházející prachovou komorou neexistuje, plynule však ubývá uvnitř reaktoru koncentrace pevné látky směrem zespodu nahoru.

Při definování provozních podmínek pomocí charakteristických čísel podle Frouda a Archiméda se získá 'následující rozmezí:

0,1 á 3/4.—— · —---- á 10, g . Uk Pk p_g

250211

popřípadě

0,01 s Ar í 100, přičemž _Ar = _ Ы.

Pjt . V²

V předcházejících vztazích mají jednotlivé symboly následující významy:

u relativní rychlost v m/s

Ar Archimédovo číslo Fr Froudovo číslo Px hustota plynu v kg/m³ p_k hustota částic pevné látky v kg/m³ dk průměr ikulovltý-ch částeček v m v kinematická viskozita v g gravitační konstanta v m/s²

Naproti tomu může odsířování vyrobeného, plynu probíhat za libovolných podmínek víření, například ve Venturiho vířivé vrstvě s vynášením pevné látky s dále zařazeným odlučovačem. Výhodně se však rovněž pro odsířování používá cirkulující vířivé vrstvy.

Obzvláště výhodné provedení způsobu podle předloženého vynálezu spočívá v tom, že se při zplyňování využije 40 až 60 °/o hmotnostních uhlíku, obsaženého ve výchozím materiálu. Takto se vyrobí topný plyn s obzvláště vysokou výhřevností. Kromě toho je možno vypustit přídavek jinak značně vysokých množství vodní páry, která v dalších pracovních stupních -opět odpadá jako nežádoucí plynová voda.

Pokud uhlíkatý materiál neobsahuje vodní páru potřebnou pro zplyňování ve formě vlastní vlhkosti, je potom zapotřebí tuto vodní páru pro zplyňovací reakci dodávat. Přitom je třeba dodávat vodní páru a potřebný plyn obsahující kyslík v rozdílné výšce. Účelná forma provedení způsobu podle předloženého vynálezu spočívá v tom, že se do zplyňovacího stupně přivádí vodní pára převážně ve formě fluidisujícího plynu a plyn obsahující kyslík ve formě sekundárního plynu. Tento pracovní způsob však nevylučuje, aby nemohlo ' probíhat přivádění podřadných množství vodní páry společně s plynem obsahujícím kyslík v sekundárním plynu a rovněž aby nemohlo probíhat přivádění podřadných množství plynu obsahujícího kyslík společně s vodní parou jako fluidi-ační plyn.

Dále je výhodné nastavit ve zplyňovacím stupni dobu prodlení plynu — počítáno nad vstupním místem uhlíkatého, materiálu — na 1 až 5 sekund. Tato- podmínka se běžně realizuje tak, že se uhlíkatý materiál vnáší ve vyšší úrovni do zplyňovacího stupně. Tím vzniká jednak plyn bohatý na produkty nízk-tepelné karbonisace s odpovídajícím způsobem vysokou výhřevností a jednak je zaručeno, že plyn neobsahuje -prakticky žádné uhlovodíky s více než 6 uhlíkovými atomy.

Odsířování plynu se může provádět pomocí běžných odsiřovacích prostředků. Výhodné provedení spočívá v tom, že se plyny, vycházející ze zplyňovacího, stupně, odsířují v cirkulující vířivé vrstvě za pomoci vápence nebo dolomitu, popřípadě -odpovídajících vypálených produktů, o, velikosti částic -d.D 50 v rozmezí 30 až 200, μΐη a zde se v reaktoru os vířivou vrstvou nastaví střední hustota suspense v rozmezí 0,1 až 10 kg/m³, výhodně 1 až 5 kg/m3 a hodinové prosazení pevné látky činí alespoň pětinásobek -obsahu pevné látky přítomné v reaktoru. Tento, pracovní postup se vyznačuje tím, že se odsířování provádí při vysokém prosazení plynu a při velmi konstantní teplotě. Vysoká konstantnost teploty pří tomto způsobu působí při odsířování pozitivně v tom smyslu, že odsiřovací prostředek udržuje svoji aktivitu a tím vstřebovanost vůči -síře. Vysoká jemnost zrnění -odsiřovacího prostředku má tu výhodu, že poměr povrchu k objemu pro rychlost vazby, která je v podstatě určena difusní rychlostí, je pro, síru obzvláště vhodný.

Dávkování odsiřovacího- prostředku má činit alespoň 1,2 až dvojnásobek stechiometrického množství, daného rovnicí

CaO + HžS = CaS + HžO.

Přitom je třeba vzít zřetel na to, že při použití dolomitu nebo- páleného dolomitu reaguje se sirnými sloučeninami pouze vápníková komponenta.

Přivádění odsiřovacího prostředku do reaktoru s vířivou vrstvou se provádí pomocí jedné nebo, několika dmýshacích trubek, popřípadě pneumaticky.

Obzvláště dobrých provozních podmínek se docílí tak, když se nastaví rychlost plynu při odsířování na rozmezí 4 až 8 m/s (spočteno, jako rychlost v prázdné trubce).

Obzvláště v případě, kdy odpadní plyny opouštějí zplyňovací stupeň při vysokých teplotách, spočívá výhodná forma provedení způsobu podle předloženého vynálezu v tom, že se celkové množství odsiřovacího prostředku, tedy i množství potřebné píro stupeň spalování, do· stupně pro odsířování plynu. Tímto způsobem se odebere tepelná energie, která je potřebná k zahřívání, popřípadě k odkyselení a převede se do, spalovacího stupně.

Spalování spalitelných součástí, nezreagovaných ve zplyňovacím -dupni, se provádí v další cirkulující vířivé vrstvě, přičemž se současně odstraňují životnímu prostředí škodící vedlejší produkty, -keré odpadají při čištění vyrobeného- plynu. Nasycené od* sířovací prostředky, pocházející ze stupně čištění plynu, obzvláště pokud jsou přítomné v sulfidické formě, jako je například sirník vápenatý, se sulfatisují a tak se převádějí na skladovatelné sloučeniny, jako je například síran vápenatý. Kromě toho se při sulf-atisačním procesu získává jako procesní teplo uvolněné reakční teplo. Odstraní se rovněž ostatní vedlejší produkty, jako je prach získaný při odstraňování prachu z vyrobeného plynu a plynová voda.

Pod pojmem procesní teplo se rozumí tepelné nosné médium, jehož obsah energie se může různým způsobem využívat při provádění způsobu. Může se přitom jednat o plyn pro· zahřívání, nebo — pokud se jedná o kyslíkatý plyn — pro provoz spalovacích zařízení různých druhů. Obzvláště výhodná je výroba městské páry nebo přehřáté páry — rovněž k zahřívání, popřípadě vyhřívání například reaktorů — nebo k pohonu elektrických generátorů, popřípadě k vyhřívání teplonosných solí, například k ohřevu trubkových reaktorů nebo autoklávů.

Při výhodné formě provedení způsobu podle předloženého vynálezu se spalování provádí dvoustupňové za přivádění kyslíkatého plynu v různé výšce. Výhoda tohoto postupu spočívá v takzvaném měkkém spalování, při kterém je vyloučeno lokální přehřívání a je značně potlačena tvorba kysličníků dusíku. Při dvoustupňovém spalování má být horní přiváděči místo· kyslíkatého plynu tak vysoko nad spodním, aby byl obsah kyslíku přivedeného· spodním přiváděcím místem již zcela spotřebován.

Když je jako procesní teplo požadována pára, spočívá výhodná forma provedení způsobu podle předloženého vynálezu v tom, že nad horním přívodem plynu obsahujícího kyslík je vytvořena střední hustota suspense 15 až 100 kg/m³ nastavením množství fluidisačního a sekundárního· plynu a alespoň podstatná část energie získané spalováním se odvádí pomocí chladicích ploch, nacházejících se nad horním přívodem plynu uvnitř volného prostoru reaktoru.

Takovýto pracovní postup je například blíže popsán v DAS č. 25 39 546, popřípadě v odpovídajícím US patentovém spise čís. 4 165 717.

Rychlosti plynu, panující v reaktoru s vířivou vrstvou nad přívodem sekundárního plynu, činí při normálním tlaku zpravidla více než 5 m/s a mohou činit až 15 m/s, přičemž poměr průměru reaktoru s vířivou vrstvou k jeho výšce má být volen tak, aby se dosáhlo doby prodlení v rozmezí 0,5 až 8,0· s, výhodně 1 až 4 s.

Jako fluidisační plyn se může použít libovolný plyn, který negativně neovlivňuje povahu spalin. Vhodné jsou například inertní plyny, jako například zpět zaváděné spaliny, dusík a vodní pára. Se zřetelem na intensifikaci spalovacího· procesu je však výhodné použít již jako fluidisační plyn plyn obsahující kyslík.

Vyskytují se tedy následující možnosti:

1. Jako fluidisační plyn se použije· inertní plyn. Potom je nezbytné jako sekundární plyn zavádět v alespoň dvou nad sebou ležících rovinách kyslík obsahující plyn pro spalování.

2. Jako fluidisační plyn se již použije plyn obsahující kyslík. Potom postačí zavádění sekundárního plynu v jedné rovině. Samozřejmě je také možné při této formě provedení ještě rozdělit přívod sekundárního· plynu do více rovin.

V každé rovině přívodu sekundárního plynu je výhodné umístit několik přiváděčích otvorů.

Výhoda tohoto· pracovního uspořádání spočívá v tom, že je jednoduchým· způsobem umožněna změna v získávání procesního tepla změnou hustoty suspense v prostoru pece reaktoru s vířivou vrstvou, nacházejícím se nad přívodem sekundárního plynu.

Se stávajícím provozním stavem za výše uvedeného objemu přiváděného fluidisačního plynu a objemu sekundárního· plynu a z toho vyplývající určité střední hustoty suspense, je -pojen určitý přestup tepla. Přestup tepla na chladicí plochy je možno zvýšit tak, že se zvýšením množství fluidisačního plynu a popřípadě také ’-еки‘П'(3<Ёгního plynu, zvýší hustota suspense. Zvýšeným přestupem tepla je při prakticky konstantní teplotě spalovacího systému dána možnost odvodu množství tepla vznikajícího při zvýšeném výkonu spalování. Zvýšená spotřeba kyslíku, která je podmíněna zvýšeným výkonem spalování je přitom automaticky dána zvýšeným množstvím fluidisačního plynu a popřípadě -©kundá-mího plynu, ikteiré se používají pro zvýšení hustoty suspense.

Analogicky se dá pro· přizpůsobení na sníženou spotřebu procesního tepla regulovat výkon · -p^lova-ní snížením hustoty suspense v prostoru pece, nacházejícím se nad přívodem sekundárního plynu v reaktoru s vířivou vrstvou. Snížením hustoty suspense se sníží rovněž přestup tepla, takže se z reaktoru s vířivou vrstvou· odvádí menší množství tepla. Tím se tedy dá v podstatě bez teplotních změn snížit výkon -palování.

Přivádění uhlíkatého materiálu probíhá rovněž zde nejvýhodněji pomocí dmychacích trubek, jedné nebo několika, například pneumatickým vháněním.

Další výhodné, universálně použitelné uspořádání spalovacího procesu spočívá v tom, že se nad horním přívodem plynu nastaví střední hustota suspense v rozmezí 10 až 40 kg/m3 nastavením množství přiváděného; fluidisačního a sekundárního plynu, horká pevná látka se z cirkulující vířivé vrstvy odebírá a ve vířivém stavu se přímou a nepřímou výměnou tepla chladí a alespoň část tohoto proudu ochlazené

259214 pevné látky se vrací zpět do cirkulující vířivé vrstvy.

Uvedená логта provedení je blíže objasněna v DOS č. 26 24 302, popřípadě v odpovídajícím US patentovém spise č. 4 111158.

Při této formě provedení způsobu podle předloženého vynálezu se dá dosáhnout konstantní teploty prakticky bez změny provozního stavu, panujícího v reaktoru s vířivou vrstvou, tedy prakticky bez změny hustoty suspense a ostatních parametrů, pouze (regulovaným zpětným vedením ochlazené pevné látky. Množství recirkulované pevné látky je vždy větší nebo menší vždy podle výkonu spalování a nastavitelné teploty spalování. Teploty spalování se dají libovolně nastavit od zcela nízkých teplot, které leží nízko nad teplotou zápalnosti, až к velmi vysokým teplotám, které jsou omezeny teplotami měknutí zbytku po spálení. Mohou ležet v rozmezí 450 až 950·°C.

Odebírání tepla, vytvořeného spalováním spalitelných součástí probíhá převážně v chladiči s vířivou vrstvou, zařazeném na straně pevné látky. Přechod tepla na chladicí rejstřík, nacházející sc v reaktoru -s vířivou vrstvou, který pracuje za dostatečně veliké hustoty suspenze, má podřadný význam. Toto je další výhodou tohoto způsobu, neboť hustota suspense v oblasti -reaktoru s vířivou vrstvou nad přívodem sekundárního plynu může být nízká a tím je srovnatelně nízká tlaková ztráta v celém reaktoru s vířivou vrstvou. Místo toho probíhá odvod tepla v reaktoru s vířivou vrstvou za podmínek, které způsobují extrémně vysoký přechod tepla, asi v rozmezí 400 až 500 Watt/m². °C.

Teplota spalování se reguluje tak, že se alespoň část ochlazené pevné látky z chladiče s vířivou vrstvou vrací zpět do reaktoru s vířivou vrstvou. Například se může potřebný bočný proud ochlazené pevné látky přímo zavádět do reaktoru s vířivou vrstvou. Je možno dodatečně také ochladit -spaliny přimíšením ochlazené pevné látky, která se může dodávat pneumatickou cestou nebo ve zvláštním -stupni výměnou ve vznosu, přičemž od spalin později oddělená pevná látka se potom vede zpět do chladiče s vířivou vrstvou. Tím se podaří taiké konečně tepelnou energii spalin převést do chladiče s vířivou vrstvou. Obzvláště výhodný je způsob, kdy se ochlazená pevná látka zavádí jako částečný proud přímo do reaktoru s vířivou vrstvou a další dílčí proud se -sem zavádí nepřímo po ochlazení spalin.

Také při této formě provedení způsobu podle předloženého vynálezu jsou doby prodlení plynu a rychlosti plynu nad přívodem sekundárního plynu při normálním tlaku a druhu přívodu fluidisačního a sekundárního plynu v souladu se stejnými parametry dříve uvažovaných forem provedení.

Zpětné chlazení horké pevné látky reaktoru s vířivou vrstvou má probíhat v chladiči s vířivou vrstvou s několika za sebou protékanými clťadicími komorami, do nichž jsou ponořeny navzájem spojené chladicí registry, přičemž chladicí médium protéká v protiproudu. Tím je umožněno vázat teplo vzniklé spalováním na poměrně malé množství chladicího média.

Universálnost naposledy uváděné formy provedení je dána obzvláště tím, že se ve chladiči s vířivou vrstvou může zahřívat libovolné teplonosné médium. Obzvláštní význam z technického hlediska má výroba páry nejrůznějších forem a zahřívání teplonosných solí.

Flexibilita způsobu podle předloženého vynálezu -se může dále zvýšit tak, že -se při další formě provedení způsobu do spalovacího stupně dodatečně přidává uhlíkatý materiál. Tato forma provedení má tu výhodu, že bez ovlivnění výroby topného plynu ve zplyňováním stupni se může zvýšit libovolně produkce procesního tepla ve spalovacím -stupni.

V rámci předloženého vynálezu je možno jako plyn s obsahem kyslíku použít vzduch, vzduch obohacený kyslíkem nebo technicky čistý kyslík. Obzvláště ve stupni zplyňování se doporučuje použití plynu pokud možno bohatého kyslíkem. Konečně je možno ve spalovacím stupni docílit zvýšení výkonu tím, že se spalování provádí za tlaku přibližně 2 MPa.

Reaktory s -vířivou vrstvou, přicházející v úvahu pro použití při provádění způsobu podle předloženého vynálezu, mohou mít pravoúhlý, kvadratický nebo kruhový průřez. Spodní část reaktoru s vířivou vrstvou může být vytvořena také kónicky, což je obzvláště výhodné při velikých průřezech reaktorů a tím při vysokém prosazení plynu.

Uhlíkatý materiál se přivádí vedením 4 uhlíkatého materiálu do cirkulující vířivé vrstvy, tvořené reaktorem 1 s vířivou vrstvou, cyklónovým odlučovačem 2 a zpětným vedením 3 uhlíkatého materiálu a zde se přídavkem kyslíku přes vedení 5 sekundárního plynu a vodní páry vedením 6 fluidisačního plynu zplyňuje. Vyrobený plyn se ve druhém cyklónovém odlučovači 7 zbavuje prachu a zavádí se do Venturiho· reaktoru 8, který je vedením 9 odsiřovacího prostředku zásobován látkou pro odsířování. Odsiřovací prostředek se společně s vyrobeným plynem zavádí do kotle 10 na odpadní teplo, zde se odsiřovací prostředek oddělí a odtahovým vedením 11 se odvede. Plyn se dále vede do promývačky 12, ve které -se zbaví zbytků prachu. Promývací kapalina se odvádí vedením 13 promývací kapaliny do filtračního zařízení 14, odkud se zavádí oběhovým vedením 15 promývací kapaliny zpět do promývačky 12. Konečně se plyn za účelem odloučení vody vede do kondensátoru 16 a posléze se po průchodu mokrým elektrofiltrem 17 odvádí vedením 44 plynu.

Zbytek po zplyňování se z cirkulující ví250214 řivé vrstvy, která se skládá z reaktoru 1 s vířivou vrstvou, cyklónového odlučovače 2 a zpětného vedení 3 uhlíkatého materiálu, odebírá vedením 18 zbytku po· zplyňování, tento se vede přes chladič 19 a vedení 20 ochlazeného zbytku do druhé cirkulující vířivé vrstvy. Tato druhá cirkulující vířivá vrstva slouží ke spalování uhlíkatého· materiálu a sestává ze spalovacího reaktoru 21 s· vířivou vrstvou, cyklónového odlučovaače 22 pevné látky a zpětného vedení 23 pevné látky. Vedením 24, popřípadě 25 kyslíkatého plynu se do cirkulující vířivé vrstvy přivádí plyn obsahující kyslík jako fluidisační plyn, popřípadě jako sekundární plyn. Vedení 26 paliva a vedení 27 odsiřovacího činidla slouží k umožnění separátního přívodu těchto látek do reaktoru. Společně se zbytkem ze zplyňování se vedením 20 ochlazeného zbytku· přivádí do spalovacího reaktoru 21 s vířivou vrstvou také odsiřovací činidlo, kaly a plynová voda z · odtahového· vedení 11, vedení 42 zbytku z elektroTiltrace a z vedení 43 zbytku z kondensace. Plyn vycházející z cyklónového odlučovače 22 pevné látky spalovacího reaktoru 21 s· vířivou vrstvou se v dalším cyklónovém odlučovači 29 prachu zbaví prachových částic a ochladí se ve spalinovém kotli 30. Další částice popela se odloučí v odlučovači 31 popela. Vyčištěné spaliny se konečně odvádějí odtahem 32 spalin.

Ze zpětného vedení 23 pevné látky se pomocí bočného vedení 33 odvádí dílčí proud pevné látky, cirkulující přes spalovací reaktor 21 s vířivou vrstvou, cyklónový odlučovač 22 pevné látky a zpětné vedení 23 pevné látky, který se chladí v chladiči 34 s vířivou vrstvou. Kromě toho se do chladiče 34 s vířivoou vrstvou přivádějí odloučené prachové částice přes odvodní vedení 35, 36, popřípadě 37 odloučeného· prachu. Jako chladicí prostředek slouží teplonosná sůl, která je vedena v protiproudu chladičem 34 s vířivou vrstvou prostřednictvím chladicích registrů 38. Přívodním vedením 41 do chladiče 34 s vířivou vrstvou přiváděný fluidisační plyn obsahující kyslík se zde předehřívá a zavádí se jako · sekundární plyn přívodem 39 do spalovacího reaktoru 21 s vířivou vrstvou. Ochlazená pevná látka se za účelem opětné akumulace spalného tepla vede vedením 40 pevné látky zpět do spalovacího reaktoru 21 s vířivou vrstvou.

Příklad 1

Jako vsázka se používá uhlí, které · obsahuje:

% hmotnostních popela, °/o hmotnostních vlhkosti. Výhřevnost uhlí činí 25,1 MJ/kg.

300 ikg uhlí o výše uvedeném složení se za jednu hodinu zavádí do reaktoru 1 s vířivou vrstvou přes vedení 4 uhlíkatého· materiálu. Současně se do reaktoru 1 s vířivou vrstvou zavádí vedením 5 sekundárního plynu za jednu hodinu 913 m3 kyslíkatého plynu s 95 % objemovými kyslíku a vedením 6 fluidizačního plynu 280 ig za hodinu vodní páry o teplotě 400 ^C'C. Na · základě zvolených provozních podmínek se nastaví v rekatoru 1 s vířivou vrstvou teplota 1 020 °C a střední hustota suspenze (měřeno nad vedením 5 sekundárního plynu) 200 kg/m³ objemu reaktoru. Plyn o teplotě 1 020 °C, zbavený v cyklónovém odlučovači 2 podílu pevné látky se dále zbavuje prachu v druhém cyklónovém odlučovači 7 a zavádí se do Venturiho reaktoru 8, do kterého· se kromě toho· přivádí vedením 9 odsiřovacího prostředku za jednu hodinu 238 kg vápence (obsah CaCOj činí 95 % hmotnostních). Odsířený plyn vystupuje z Venturiho reaktoru 8 společně s nasyceným odsiřovacím prostředkem při teplotě 920 °C a zavádí se do· kotle 10 na odpadní teplo. V kotli 10 na odpadní teplo se získá za jednu hodinu 155 kg nasyceného · odsiřovacího prostředku a kromě toho se vyrobí za jednu hodinu 1,75 t městské páry o tlaku 4,5 MPa. Ochlazený plyn zbavený prachu pokračuje potom do promývačky 12,. ve které se potom čistí pomocí promývací kapaliny, čerpané vedením 13 promývací kapaliny, filtračním zařízením 14 a oběhovým vedením 14 promývací kapaliny. Plyn se potom odvede do kondenzátoru 16, kde se nepřímým chlazením ochladí na teplotu 35° Celsia. Po průchodu mokrým elektrofiltrem 17 se vedením 44 plynu odvádí za jednu hodinu 3 940 m3 topného plynu. Výhřevnost vyrobeného topného plynu činí 10,6 MJ/m³.

Vedením 18 zbytku po zplyňování se odebírá z cirkulující vířivé vrstvy pro zplyňování zbytek po zplyňování a společně s naděným odtahovým vedením 11, jakož i vysráženým filtračním zbytkem, přiváděným vedením 43 zbytku z kondenzace, se vedením 20 ochlazeného zbytku přivádí tento piroudd. do spalovacího· reaktoru 21 s vířivou vrstvou. Celkové přiváděné množství činí za jednu hodinu 1 869 kg.

Do· spalovacího reaktoru 21 s vířivou vrstvou se· dále přivádí vedením 24 kyslíkatého plynu za jednu hodinu 3 400 m³ vzduchu a vedením 25 kyslíkatého plynu za jednu hodinu 4 900 m3 vzduchu. Další přívod sekundárního plynu ve formě vzduchu předehřátého v chladiči 34 s vířivou vrstvou je proveden přívodem 39 v množství 1 900 m3/h. Naposledy uváděný proud vzduchu má teplotu 500 °C. Ve spalovacím reaktoru 21 s vířivou vrstvou se nastaví teplota spalování 850 °C a hustota suspenze nad nejhořejším přívodem sekundárního plynu 30 kg/m³. Spaliny ze spalovacího reaktoru 21 s vířivou vrstvou se v dále zařazeném cyklónovém odlučovači 22 pevné látky zbavují vynášeného pevného podílu, v dále zařazeném cyklónovém odlučovači 29 prachu se zbavují částeček prachu a konečně se zavádějí do

5 О 2 1 4 spalinového kotle 30. Ve spalinovém kotli 30 dochází к poklesu teploty spalin z 850 °C na 140 °C. Přitom se vyrobí za jednu hodinu 3,6 t přehřáté páry o teplotě 480 ^CC a tlaku 4,5 MPa. Plyn se potom vede do odlučovače 31 popela, kde se zbaví zbylých součástí popela. Konečně se při teplotě 140° Celsia odvádí odtahem 32 spalin do komína.

V cyklónovém odlučovači 29 se získává za jednu hodinu 660 kg popela a současně 247 kg nasyceného odsiřovacího prostředku (sulfatizovaného). Množství popela 660 kg/h přitom odpovídá celkové produkci popela ve spalovacím stupni.

Z cirkulující vířivé vrstvy, tvořené spalovacím reaktorem 21 s vířivou vrstvou, cyklónovým odlučovačem 22 pevné látky a zpětným vedením 23 pevné látky se odebírá cirkulující pevná látka bočním vedením 33 v množství 45 t/h. Tato oddělená pevná látka se zavádí do chladiče 34 s vířivou vrstvou a zde se chladí v protiproudu s teplonosnou solí, která se přivádí v hodinovém množství 185 t -o teplotě 350 °C. Teplonosná sůl se přitom zahřeje na teplotu 420 ^CC. Popel ochlazený v chladiči 34 s vířivou vrstvou na teplotu 400 °C se vedením 40 pevné látky vede kvůli dalšímu příjmu tepelné energie zpět do spalovacího reaktoru 21 s vířivou vrstvou.

Chladič 34 s vířivou vrstvou, který má čtyři oddělené chladicí komory, je fluidizován za jednu hodinu pomocí 1 900 m³vzduchu, předehřátého na teplotu 500 °C. Tento je potom, jak již uvažováno, přiváděn přívodem 39 jako sekundární plyn do spalovacího reaktoru 21 s vířivou vrstvou.

V tomto uváděném příkladě je získaná využitelná energie rozdělena následovně:

topný plyn 55,9 % pára 19,5 % teplonosná sůl 24,6 %

Příklad 2

Jako vsázka se opět použije uhlí o následujícím složení:

% hmotnostních popel % hmotnostních vlhkost.

Výhřevnost tohoto uhlí činí 25,1 MJ/kg.

300 kg uvedeného uhlí se za jednu hodinu přivádí vedením 4 uhlíkatého materiálu do reaktoru 1 s vířivou vrstvou. Současně se do tohoto reaktoru 1 s vířivou vrstvou zavádí vedením 5 sekundárního plynu za jednu hodinu 776 m³ kyslíkatého plynu s 95 % objemovými kyslíku a vedením 6 fluidizačního plynu za jednu hodinu 132 kg páry o teplotě 400 °C. Na základě zvolených provozních podmínek se nastaví v reaktoru 1 s vířivou vrstvou teplota 1 000 °C a střed ní hu-stota suspenze (měřeno nad vedením 5 sekundárního plynu) 200 kg/m³ objemu reaktoru. Plyn o teplotě 1000 ^CC, prakticky zbavený pevného podílu v cyklónovém odlučovači 2, se dále vede do druhého cyklónového odlučovače 7, kde se zbavuje prachových částic a dále se zavádí do Venturiho reaktoru 8. Do Venturiho reaktoru se kromě toho· zavádí za jednu hodinu 238 kg vápence (obrah CaCOs činí 95 % hmotnostních). Odsířený plyn vychází společně s nasyceným odsiřovacím činidlem při teplotě 900 ^CC a je zaváděn do kotle 10 na odpadní teplo. V kotli 10 na odpadní teplo se získá 155 kg/h nasyceného odsiřovacího prostředku a kromě toho se za hodinu získá 1,52 t městské páry o tlaku 4,5 MPa. Ochlazený plyn zbavený prachu se potom přivádí do pro»mývačky 12, ve které se čistí pomocí •promývací kapalinv. která cirkuluje přes vedení 13 promývací kapaliny, filtrační zařízení 14 a oběhové vedení 15 promývací kapaliny. Potom se vyčištěný plyn vede do kondenzátoru 16, kde se nepřímým chlazením ochladí na teplotu 35 °C. Po průchodu mokrým elektrofiltrem 17 se zcela vyčištěný topný plyn v množství 3 400 m³/h odvádí vedením 44 plynu. Výhřevnost vyrobeného topného plynu je 10,6 MJ/m³.

Vedením 18 zbytku po zplyňování se tyto zbytky z cirkulující vířivé vrstvy odebírají a společně s nasyceným odsiřovacím činidlem, přiváděným odtahovým vedením 11, jakož i s vysráženými zbytky z filtrace, přiváděnými vedením 43 zbytku z kondenzace, se vedením 20 ochlazeného zbytku přivádí do spalovacího reaktoru 21 s vířivou vrstvou. Celkové přidávané množství za jednu hodinu činí 2 068 kg. Do spalovacího reaktoru 21 s vířivou vrstvou se dále vedením 24 kyslíkatého plynu přivádí za jednu hodinu 3 075 m³ vzduchu a vedením 25 kyslíkatého plynu za jednu hodinu jako sekundární plyn 7 325 m³ vzduchu. Další přívod sekundárního plynu se provádí přívodem 39, odkud proudí za jednu hodinu 1 900 m³vzduchu, který byl předehřátý ve chladiči 34 s vířivou vrstvou. Posledně uváděný proud vzduchu má teplotu 500 °C.

Ve spalovacím reaktoru 21 s vířivou vrstvou se nastaví teplota spalování 850 C a nad horním přívodem sekundárního' plynu je střední hustota suspenze 30 kg/m³.

Spaliny ze spalovacího reaktoru 21 s vířivou vrstvou se v dále zařazeném cyklónovém odlučovači 22 pevné látky zbavují vynášených částic pevných látek, v následujícím odlučovači 29 prachu se zbavují částeček prachu a konečně se zavádějí do spalinového kotle 30. Ve spalinovém kotli 30 dochází к poklesu teploty spalin z 850 °C na 140 ^CC. Přitom se vyrobí za jednu hodinu

4,4 t předehřáté páry o teplotě 480 ^CC a tlaku 4.5 MPa. Spaliny se potom zavádějí do odlučovače 31 popela a zde se zbavují zbylých částeček prachu. Nakonec se spali250214 ny odvádějí při teplotě 140 °C odtahem 32 spalin do komína.

V -cyklónovém odlučovači 29 prachu se získává za jednu hodinu 660' kg popela a současně 247 kg sulfatizovaného odsiřovacího prostředku. Množství popela 660 kg/h přitom odpovídá -celkové produkci popela ve spalovacím stupni.

Z cirkulující vířivé vrstvy, tvořené spalovacím reaktorem 21 s vířivou vrstvou, cyklónovým odlučovačem 22 pevné látky a zpětným vedením 23 pevné látky, se 'bočním vedením 33 odebírá za jednu hodinu 54 t pevné látky a přivádí se do chladiče 34 s vířivou vrstvou. Zde se pevná látka -chladí v protiproudu s teplonosnou solí, která se přivádí v množství 223 t/ho teplotě 350° Celsia. Popel, ochlazený v chladiči 34 s vířivou vrstvou na teplotu 400'°C, se znovu přivádí vedením 40 -pevné látky do spalovacího reaktoru 21 s vířivou vrstvou ik opětné akumulaci tepelné energie.

Chladič 34 s vířivou vrstvou obsahuje . čtyři oddělené chladicí komory. Jako fluidizačního- plynu se zde použije za jednu hodinu 1 900 m3 vzduchu, -který se ohřeje na teplotu 500 °C. Potom je tento vzduch, jak již bylo výše uvažováno, zaváděn přívodem 39 jako sekundární plyn do spalovacího reaktoru 21 s vířivou vrstvou.

Tímto způsobem získaná využitelná energie je rozdělena takto:

topný plyn 48,1 % pára 22,3 % teplonosná sůl 29,6 % .

Claims

PŘEDMĚT

1. Způsob současné výroby topného plynu a procesního tepla z uhlíkatých materiálů zplyňováním v prvním stupni -s vířivou vrstvou a následujícím spalováním spalitelných součástí, zbylých- po- zplyňování, v druhém stupni s vířivou vrstvou, vyznačený tím, že se

a) zplyňování provádí při tlaku maximálně 0,5 M'Pa a teplotě v rozmezí 800 až 1100° Celsia za působení plynů obsahujících kyslík a za přítomnosti vodní páry v cirkulující vířivé vrstvě, přičemž se nechá zreagovat 40 až 80 % hmotnostních uhlíku, přítomného- ve výchozím materiálu,

b) přitom vytvořený plyn se při teplotě v rozmezí 800 až 1 000 °C ve vířivém stavu zbaví sloučenin síry, potom se ochladí a zbaví prachových součástí,

c) zbytek ze zplyňování se společně s vedlejšími produkty, odpadajícími ze zplyňování, jako je nasycený odsiřovací prostředek, prach a plynová- voda, přivádí do další cirkulující vířivé- vrstvy a zde -se zbylé spalitelné součásti spálí -při poměru vzduchu lambda v rozmezí 1,05 -až 1,40.
2. Způsob podle bodu 1, vyznačený tím,

Příklad 3

Prakticky se opakuje -postup podle příkladu 2, -pouze se změnou ve stupni spalování, kdy se zvyšuje zisk energie ze spalování dodatečným přídavkem uhlí do spalovacího reaktoru 21 s vířivou vrstvou.

Při provádění této varianty způsobu se do spalovacího reaktoru 21 s vířivou vrstvou přivádí vedením 26 paliva dodatečně za jednu hodinu 500 -kg uhlí (dříve uváděných vlastností) a vedením 27 odsiřovacího činidla za jednu hodinu 35 kg vápence (obsahujícího 95 % hmotnostních CaCOs). Množství fluidizačního vzduchu, přiváděné vedením 24 kyslíkatého plynu, činí za jednu hodinu 4 100 m3 a množství sekundárního vzduchu, -přiváděné vedením 25 kyslíkatého plynu, činí nyní 10 300 m3/h.

Pracovním postupem, -pozměněným oproti postupu -podle příkladu 2, se ve spalinovém kotli 30 vyrobí za jednu hodinu 5,7 t páry o teplotě 480 °C a tlaku 4,5 MPa a ve chladiči 34 s vířivou vrstvou se zahřeje- za jednu hodinu 302 -t teplonosné soli z teploty 350 na 420 °C. K tomu je zapotřebí zvýšit přiváděné množství pevné látky do chladiče 34 s vířivou vrstvou -na 73 t/h. Odpadá 760 kg/h -popela a 284 kg/h sulfatizovaného odsiřovacího- činidla.

Vztaženo na celkové množství dodaného uhlí, je rozdělení získané využitelné energie následující:

topný -plyn 41,1 % pára 24,4 % teplonosná sůl 34,5 %

VYNÁLEZU že se- - při zplyňování nechá zreagovat 40- až 60- % hmotnostních uhlíku, obsaženého- ve výchozím materiálu.
3. Způsob podle bodů 1 a 2, vyznačený tím, že se do zplyňovacího- stupně přivádí vodní pára převážně ve formě fluidizačního plynu a kyslíkatý plyn převážně ve formě sekundárního plynu.
4. Způsob podle bodů 1 až 3, vyznačený tím, že se ve zplyňovacím stupni nastaví doba -prodlení plynu, počítáno nad vstupním místem uhlíkatého materiálu, na -rozmezí 1 až 5 -sekund.
5. Způsob podle bodů 1 až 4, vyznačený tím, že se plyny vystupující ze zplyňovacího ssupně odsiřují v cirkulující vířivé vrstvě působením vápence nebo dolomitu, popřípadě odpovídajících vypálených -produktů, o velikosti částic dp 50 v rozmezí 30 -až 200 μΐη, přičemž v tomto reaktoru -s vířivou vrstvou se nastaví střední hustota suspenze v rozmezí 0,1 až 10 -kg/m³ a- -hodinové množství obíhající pevné látky činí alespoň pětinásobek- množství pevné látky, nacházející se v reaktoru.
6. Způsob podle bodů 1 až 5, vyznačený tím, že se rychlost plynu pří odsířování nastaví na 4 až 8 m/s, počítáno· jako rychlost v prázdné trubce.
7. Způsob podle -'bodů 1 až 6, vyznačený tím, že se pro odsiřování plynu používá odsiřovací prostředek společně s množstvím odsiřovacího prostředku určeného pro· spalování.
8. Způsob · · podle bodů 1 až 7, vyznačený tím, že se spalování provádí dvoustupňové s různou výškou přivádění kyslíkatých plynů.
9. Způsob podle bodu· 8, že se nad horním přívodem plynu ustaví střední hustota suspenze v rozmezí 15 až 100 kg/m³ nastavením množství fluidizačního a sekundárního plynu a alespoň podstatná část spalovacího tepla se 'odvádí pomocí chladicích ploch, nacházejícím se uvnitř volného prostoru reaktoru.
10. · Způsob podle ‘bodu 8, vyznačený tím, že se nad horním přívodem plynu ustaví střední hustota suspenze v rozmezí 10 až 40 kg/m3 nastavením množství fluidizačního a sekundárního plynu, horká pevná látka se z cirkulující vířivé vrstvy odebírá a ve · vířivém stavu se přímou a nepřímou výměnou tepla chladí a alespoň část ochlazené pevné látky se vrací zpět ke spalování do cirkulující vířivé vrstvy.
11. Způsob podle bodů 1 až 10, vyznačený tím, že se do spalovacího· stupně dodatečně přidává uhlíkatý materiál.