CS275922B6 - Method of cooling and purification of gases from pressure gasification process and apparatus for carrying out the method - Google Patents

Description

(57) Anotace :

Řešeni se týká způsobu a zařízení pro chlazení a čištění plynů z tlakového zplynování. Při provádění způsobu se horký, prachem nasycený plyn chladí jako volný proud chladící vodou, která se nechá směřovat v různých hltrtinách na plyn, přičemž střikaci kužel vody vytváří výrazně radiální složku ve směru proudu plynu ostřikováného ze všech stran a vede se nucené v chladicím zařízeni kolmo dolů, a přiváděné množství vody odpovídá stupni nasycení vodní páry a nečistoty přítomné v plynu se vážou. Volitelně rovnoběžně s proudem plynu rozstřikovaná přídavná kapalina, vedená směrem dolů, obklopuje ze všech stran plyn z tlakového zplyňováni. Zařízení, které sestává z chladicího ústrojí, vstřikovacího ústrojí, vodní lázně a odváděcího potrubí, má mezi tlakovým reaktorem (1) a chladicím zařízením (3) přechodový kus (2), chráněný chlazeným kusem trubky (15). Pod tímto přechodovým kusem (2) jsou přes sebe uspořádané věnce trysek (5,6) se vzájemně přesazenými tryskami (4) obklopujícími prsténcovitě volný proud plynu. Volitelně je uspořádán i další vnější věftec trysek (7) s tryskami (8) směřujícíini ve směru proudění tlakového zplyňovacího plynu, obklopující v oblasti recirkulaěniho prostoru volný proud plynu a v oblasti odváděcího hrdla (9) jsou umístěny šikmo probíhající kuželosečky (12) a pod odváděcím hrdlem (9) plynu se nachází vodní lázeň (14).

Vynález se týká způsobu a zařízeni pro chlazeni a čištěni plynů i tlakového zplyňování, zejména pro odstranění prachu z těchto plynů, jakož i pro zvýšení parciálního tlaku vodní páry těchto plynů, které vznikají při tlakovém zplyňování prachových paliv.

Při zplyňováni prachových paliv pod tlakem vznikají směsi plynů obsahujících prach a majících vysokou teplotu. Jestliže se zplynování prachu provádí jako zážehová reakce, při teplotách, které se pohybují nad teplotou táni popele paliva pak je výhodné' odvádět horký plyn spolu s kapalným popelem (struskou) a poté za přiváděni chladícího média plyn ochladit za současného zpevňování strusky (granulace). S výhodou se jako chladicí médium používá voda. Toto přímé chlazení plynu vyvolává současně částečné odpařeni vody, ěimž se zvýší obsah páry v chlazeném plynu.

Je známé, že se pro chlazeni a/nebo částečné zbaveni plynu prachu používají pračky ve kterých se plyn, který se má ochladit, především zkrápí vodou vedenou v protiproudu nebo se voda do něho v protiproudu rozprašuje. Vestavbami nebo vodícími zařízeními se zvětšuje styčný povrch. Pro tento účel jsou rovněž známy vířivé pračky jakož i rotační pračky s rotujícími vestavěnými prvky. Při vysokých tlacích systému se ale od pohyblivých dílů upouští. Pro chlazeni a částečné odprášení se používají i Venturiho pračky - avšak tyto se použivaji především pro nízké tlaky.

Použití těchto způsobů je ale zatíženo nedostatky (omezují se na relativně nízké tlaky a teploty a jsou málo pohotové), takže byla navrhována další řešeni, která lze v principu dělit na dvě skupiny.

První skupina řešení používá trubku chlazenou z vnitřní strany vodním filmem, která se ponořuje do vodní lázně (princip ponořovací trubice) a tím se chladí plyn a stykem s vodní fázi se částečně zbavuje prachu (DE-WP 145 860; EP-0 127 878; DE OS 2 151 482). Tento princip chlazení se mimo jiné doplňuje dalšími přídavnými chladicími stupni ve tvaru například rozprašovací vody tryskou na konci ponorné trubice a po průtoku vody ponořenou částí nad hladinou vody (EP-0 127·878) a/nebo konstrukčními úpravami na konci ponorné trubky popřípadě na vedení plynu vodní lázní (DD-WP 145 860). Nedostatkem tohoto principu je vysoká specifická spotřeba vody nezávislá na výkonu reaktoru , nebo£ se ponorná trubice musí neustále chladit uvnitř vodním filmem. Největším· nedostatkem ale je to, že trvale existuje reálná možnost, že se ponorná trubice tepelně přetíží a toto tepelné přetíženi spočívá v tom, že bez přihlédnutí k tomu, že se neustále vytváří vodní film, dochází k připečení na vnitřní straně ponorné trubice a horký proud plynu se odkládání na protilehlou stranu ponorné trubice. Nejmenši krize tepelného šoku vedou k rychlé pokračující destrukci ponorné trubice a tím k tepelnému přetíženi částí zařízení zapojených za chladícím zařízení.

Druhá skupina řešeni zabraňuje tak dalekosáhlému zničeni velkého množství energie obsažené v plynech ze zplyňováni pomoci kotle na odpadní teplo, který je zapojen za reaktorem. Aby se zabránilo tvoření připečenin původně kapalných kapek strusky na stěnách výměníku tepla vstřikuje se před výměník teplá voda v množství, které pouze snižuje teplotu tuhnutí strusky a využívá se zbylý obsah tepla plynů ze zplyňování (DE-OS

556 270, DE-OS 2 650 512, DE-OS 2 201 526).

Uvedená cesta a prostředky podle DE-OS 2 556 270 dovolí ihned rozpoznat nebezpečí, že ve spisu popsaná potrubí pro přívod chladivá do středu proudu syntézniho plynu jsou vystavena jak extrémnímu tepelnému zatížení v důsledku přímého styku s nechlazenýCS 275922 B6 mi plyny ze zplynování, které vede k jejich zničení, tak i tomu, že v důsledku připečení částic strusky, které jsou na tomto místě ještě tekuté, na potrubí přivádějící chladivo, se vstřikovací zařízení stávají neúčinnými popřípadě jsou účinná pouze částečně, což vede opět k připečeninám v následujícím prostoru.

Nebezpečí vzniku připečenin existuje i u řešení, které je popsáno v DE-OS 2 650 512, neboE způsob chlazení nedovoluje žádné jednotné chlazeni horného a tím i vazkého paprsku plynu v zařízeni, které je zapojeno za reaktorem. V důsledku toho jsou připečeniny a usazeniny na chlazených částech až výlučně na výměníku tepla.

Malá rychlost plynu 0,1 rn/s, požadovaná v DE-OS 3 201 526 v prvním stupni chlazení, vede v důsledku daleko vyšších rychlostí na výstupu reaktoru k značné rekuperaci popřípadě zvíření. Bez přihlédnutí k tomu, že existuje nebezpečí pří chlazení vazkých horkých plynů dochází k dalšímu nebezpečí vzniku připečenin, nebot požadované mezní podmínky nejsou při obecně známých výpočtech přenosu tepla realizovány. Rozhodujícím . nedostatkem zde navrhovaných způsobů a zařízení je jejích malá pohotovost, a to i u těch, která obsahují obsažné myšlenky lepšího využití značného obsahu entalpie plynů ze zplyňováni.

Cílem vynálezu je způsob a zařízení pro účinné chlazení a částečné zbavení prachu a zvýšení parciálního tlaku vodní páry horkých ztlačených plynů, obsahujících prach, které vznikají při zplyňování práškových paliv v úletu.

Vynález si klade za základní úlohu navrhnout způsob a zařízeni pro chlazení, odstranění prachu a zvýšení parciálního tlaku vodní páry plynů, obsahujících prach a nacházejících se pod vyšším tlakem, s výhodou mezi 0,5 až 0,7 MPa, vysoké teploty, s výhodou mezi 700 °C až 2000 °C, pomocí chlazení vstřikováním.

Zadaná úloha je vyřešena způsobem chlazeni a čištěni plynů z tlakového zplyňování, zejména odstraňování prachu a nasycení plynů vodní párou pod tlakem, zejména mezi 0,5 až 7 MPa a při teplotě mezi 700 °C až 2000 °C, pomocí chlazení vstřikováním, jehož podstata spočívá v tom, že se horký, prachem nasycený plyn z tlakového zplyňování jako volný proud chladí chladící vodou, která se nechá směřovat v různých hladinách na plyn z tlakového zplyňováni, přičemž stříkací kužel vody vytváří výrazně radiální složku ve směru proudu plynu ostřikovanému ze všech stran a vede se nucené v chladícím zařízení kolmo dolů a přivádění množství vody odpovídá stupni nasycení vodní páry a nečistoty přítomné v plynu se vážou, přičemž volitelně rovnoběžně s proudem plynu rozstřikovaná přídavná kapalina, vedená směrem dolů, obklopuje :e všech stran plyn z tlakového zplyňování.

Podstata zařízení pro provádění výše uvedeného způsobu sestávajícího z chladicího ústroji, vstřikovacích ústrojí, vodní lázně a odváděčích potrubí pro média, spočívá v tom, že mezi tlakovým reaktorem a chladícím zařízením je uspořádán přechodový kus, chráněný chlazeným kusem trubky a pod tímto přechodovým kusem jsou přes sebe uspořádané vratné věnce trysek se vzájemně přesazenými tryskami obklopujícími prsténcovitě vol,ný proud plynu z tlakového zplynování a volitelně je uspořádán další vnější věnec trysek s tryskami směřujícími ve směru prouděni plynu z tlakového zplyňování, obklopující v oblasti recirkulačniho prostoru volný proud plynu a v oblasti odvádčcího hrdla jsou umístěny šikmo probíhající kuželosečky a pod odváděclm hrdlem plynu se nachází vodní lázeň.

Plyn, který se má chladit a čistit proudí ze zplyňovací spodní části zařízení spolu s kapalnými částicemi strusky jako volný proud do tlakového zařízení (chladicího vstřikovacího zařízení), které má přibližné stejné rozměry průměru jako reaktor nebo větši. V dolní části chladícího zařízení se nachází vodní lázeň, ve které se oddělují částice strusky. Zatím co se struska může dále vypouštět jak je známo diskontinuálně, odpouští se přebytečná voda v takovém množství, aby se vždy udržela určitá hladina kapaliny. Bezprostředně pod výstupním otvorem reaktoru pro plyn, je ve stínu volného proudu uspořádán věnec trysek. Rozprašovací trysky jsou samy o sobě instalovány tak, aby ostřikovaly pravoúhle horký proud plynu, který vystupuje z reaktoru, tj. osa volného proudu plynu a osy rozprašovacího kužele jsou uspořádány navzájem v pravém úhlu, popřípadě téměř v pravém úhlu. Je nutné, aby například v připadě kolmého volného proudu rozprašovací kužel trysek vykazoval hlavně vodorovné složky, s výhodou úhel 0 až 30° vůči horizontále. Počet radiálně uspořádaných trysek je nutné zvolit tak, aby se plocha pláště volného proudu plynu úplně překrývala se sprchou trysek. Jinak uspořádané trysky neposkytují dobrý chladící účinek. Pokusy v podstatě ukazují, že spolu s vodorovnou složkou spraye k proudu plynu dochází k nepříznivým poměrům s ohledem na chladící účinek.

Tak se ukazuje, že při rovnoběžném vstřikováni chladivá je ztíženo smíšeni s horkým a tím vazkým proudem plynu, takže jsou nutné delší doby chlazení a tím větši rozměry zařízení.

Pouze při v podstatě vodorovném vstřikování chladící kapaliny proti kolmému horkému proudu plynu dochází podle známých a obvyklých výpočtů přestupu tepla k reálným dobám pro požadovanou výměnu tepla. Trysky jsou jak to odpovídá vstřikovánu kuželu dále uspořádány tak, aby dolní hrana přechodového kusu reaktoru - chladícího zařízení - nebyla přímo ostřikována kapkami chladícího média, alternativně popřípadě byla tato spodní hrana chráněna kusem trubky chlazeným vodou. Množství vody se voli tak, aby se neodpařilo veškeré množství vody, nýbrž aby zbývající kapky vázaly částice prachu a převáděly je do vodní lázně. Vodní lázeň je směrem dolů uspořádána kónická, čímž se zabraňuje usazování granulátu strusky a odděleného prachu.

Chlazení plynu odměřeným množstvím chladící vody se může z.intenzivnit tím, že se místo jednoho včnce trysek uspořádají dva popřípadě více věnců trysek uložených přes sebe. Účinek, který.takto vznikne spočívá v tom, že kapky dolního věnce trysek jsou schopny v důsledku již dosaženého chlazení horním věncem trysek vniknout hlouběji do proudu plynu a tím dojde k ještě lepšímu smíšeni plynu a spraye. Účinek odprášení nebo vstřikového chlazení se může dále zvýšit tím, že se v horní části chladícího zařízení v oblasti recirkulace plynu instaluje dalši vnější věnce trysek, které stříkají kolmo směrem dolů další chladící kapalinu, jejíž kapky mají větší rozměry a lze jich dosáhnout s ohledem na odpovídající parametry trysek. Pomocí tohoto zařízení se mohou další odprašovací agregáty zbavit zátěže popřípadě nahradit.

Odvod plynu z chladícího zařízení je uspořádán tak, aby se zaručilo pokud možno nerušené chlazeni a odprášení kolmo směrem dolů proudícího plynu a dále to, že mezi vstupem plynu a výstupem plynu nedojde k žádnému zkratovému proudění.

Toto se dosáhne šikmo probíhajícím zaškrcenlm vedení plynu jakožto stavební jednotkou, jejíž nejnižší místo so nachází asi ve výšce dolní hrany výstupu plynu a leží nad nejvyšsím stavem vodní hladiny. Zde popsaný způsob má výhodu přizpůsobivosti potřeby množství chladící vody při střídáni zatíženi a tím ušetření vody oproti ponorným variantám.

Vynález je dále vysvětlen na přikladu provedeni, zobrazeném na výkresu. Horký plyn ze zplyňování, obsahující prach se dostává z tlakového reaktoru 2 přes přechodový kus 2 do chladícího zařízení vytvořeného jako tlaková nádoba. Bezprostředně potom se plyn chladí vstřikováním vody pomocí přes sebe uspořádaných věnců trysek 5, 6. Intenzivní chlazení se dosáhne kolmo na osu proudu plynu uspořádaným stříkacím kuželem trysek b_. Trysky 4 jsou instalovány tak, aby stříkací kužel nezasáhl spodní hranu přechodového kusu 2_. Plyn proudí dále směrem dolů na povrch vodní lázně 14. Tom dochází ke změnám směru pohybu plynu a plyn opouští přes výstupní hrdlo 9 plynu, které se nachází na vodní hladinou, chladící zařízení. Seškrcením proudu plynu bezprostředně ve výšce výstupního hrdla 2 plynu se vede plyn nucené směrem dolů a kolmo vestavěnou částí jako šikmo uspořádanou kuželosečkou 12 a zabraňuje na výstupu asymetrickému zkratovému proudu.

Odstranění prachu z plynu se zintenzivňuje. ostříkáváním z dalšího věnce 2 trysek se stříkacím kuželem nasměrovaným směrem dolů, s relativně velkými kapkami trysek 2 takže se plyn po ohybu na šikmé kuželosečce 12 dokonale zbaví prachu.

Směs prachu s vodou se ‘sbírá ve vodní lázni 14, přičemž pevné součásti se diskont.inuálně vynáší u hrdla 10 a voda se odvádí přes hrdlo 13 trubkou sahající do vodní lá7.ně. Pro ochranu spodní hrany horkého přechodového kusu 2 před přímým ostříkáváním kapkami z horního věnce trysek 2 se uspořádá například vodou chlazený krátký kus trubky 22, neboE stříkací kužel trysek 4 se může při měnícím se zatížení měnit.

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims (2)

1. Způsob chlazení a čištění plynů z tlakového zplynováni, zejména odstranění prachu a nasycení plynů vodní párou pod tlakem, zejména mezi 0,5 až 7 MPa a při teplotě mezi 700 až 2000 °C, pomocí chlazení ostrikováním, vyznačující se tím, že se horký, prachem nasycený plyn z tlakového zplyňování jako volný proud chladí chladící vodou, která se nechá směřovat v různých hladinách na plyn z,tlakového zplyňování, přičemž stříkací kužel vody vytváří výrazně radiální složku ve směru proudu plynu ostřikovaném se všech stran a vede se nuceně v chladícím zařízení kolmo dolů, a přiváděné množství vody odpovídá stupni nasycení vodní páry a nečistoty přítomné v plynu se vážou, přičemž volitelně rovnoběžné s proudem plynu rozstřikovaná přídavná kapalina, vedená směrem dolů, obklopuje se všech stran plyn z tlakového zplyňování.

2. Zařízení pro provádění způsobu podle bodu 1, sestávající z chladícího ústrojí, vstřikovacích ústrojí, vodní lázně a odváděčích potrubí pro média, vyznačující se tím, že mezi tlakovým reaktorem (1) a chladícím zařízením (3) je uspořádán přechodový kus (2) chráněný chlazeným kusem trubky (15) a pod tímto přechodovým kusem (2) jsou přes sebe uspořádané věnce trysek (5,6) se vzájemně přesazenými tryskami (4) obklopujícími prsténeovitě volný proud plynu ze zplyňováni a volitelně je uspořádán další vnější věnec trysek (7) s tryskami (8) směřujícími ve směru proudění tlakového zplyňovacího plynu, obklopující v oblasti recirkulaěního prostoru volný proud plynu a v oblasti odváděciho hrdla (9) jsou umístěny šikmo probíhající kuželosečky (12) a pod odváděcím hrdlem (9) plynu se nachází vodní lázeň (14).

1 výkres