CZ2006226A3 - Způsob a zařízení pro chlazení surového plynu v horní části reaktoru zplyňovače se struskovou lázní - Google Patents

Abstract

Je popsán způsob chlazení surového plynu v horní části reaktoru zplyňovače se struskovou lázní pro zplyňování nehomogenních směsí látek z pevných odpadkových látek obsahujícíchuhlík a pevných paliv obsahujících uhlík při tlacích > 2 MPa a sníženém násypu, při kterém se z volného průřezu horní části reaktoru do prostoru nad sníženým násypem pevných látek proti surovému plynu proudícímu nahoru z násypu pevných látek přivádí jemně rozprášená voda tak, že celý volný průřez se tím rovnoměrně pokryje, dosáhne se intenzivní reakce se surovým plynem proudícím nahoru z násypupevných látek a teplota se sníží na < 700.degree.C. Dále je popsáno zařízení, které má ve výšce spodního okraje násypné šachty (4) ve vodorovné rovině uspořádán větší počet rozprašovacích trysek (5) rozmístěných po obvodu horní části reaktoru tak, že jejich rozprašovací kužely jsou nastaveny ve směru k povrchu násypu.

Description

Způsob a zařízení pro chlazení surového plynu v horní části reaktoru zplyňovače se struskovou lázní

Oblast techniky

Vynález se týká oblasti recyklace odpadů, speciálně zplynování nehomogenních směsí látek ve zplyňovači se struskovou lázní, přičemž tyto nehomogenní směsi látek sestávají z pevných odpadových látek obsahujících uhlík a pevných paliv obsahujících uhlík.

Vynález se týká způsobu a zařízení pro chlazení surového plynu v horní části zplyňovacích reaktorů se struskovou lázní pro zabránění tvorby koksovitých usazenin v hlavové části zplyňovače, speciálně u výstupního otvoru surového plynu.

Dosavadní stav techniky

Zplyňování jako takové se provádí jako autotermický proces při tlacích vyšších než 2 MPa. Zavážení zplyňovače se struskovou lázní zmíněnými nehomogenními směsmi látek se provádí diskontinuálně pomocí známého násypného systému. Počáteční teplota pro zavážení je relativně konstantní. Výška násypu pevných látek v reaktoru se pomocí diskontinuálního zavážení udržuje na požadované úrovni, přičemž reaktor je výlučně provozován způsobem se sníženým násypem (DE 195 09 570 C2). Provoz se sníženým násypem ve zplyňovači je nutný, aby se nejrůznější plastové odpady mohly podrobit rychlé karbonizaci a pyrolýze, a tím nedocházelo k jejich sklonu ke slepování při delším ohřevu. Slepené útvary odpadu s uhlím vyvolávají poruchy násypu pevných látek ve zplyňovači • · • ·

z hlediska podmínek pro proudění, takže může docházet k provozním situacím, které již nejsou ovladatelné, a v jejichž důsledku musí být zplyňovač odstaven.

V průběhu provozu podle tohoto způsobu činnosti dochází v kontinuálně odváděném surovém plynu ke kolísání tlaku, množství a kvality. Toto kolísání v surovém plynu se přitom s výhodou ovlivňuje různými kritérii, mezi která patří teplota procesu, tlak při tomto procesu, složení a zrnitost použitých látek, rychlost ohřevu, jakož i zavážené množství a frekvence zavážení.

Toto kolísání je způsobeno vedle fyzikálních procesů podíly v surovém plynu, vznikajícími v důsledku procesu v různých okamžicích, jako jsou vodní pára, pyrolýzní plyn, plyn z karbonizace a generátorový plyn. Jednotlivé plyny mají podle své reakční kinetiky různé složení. Zvláštní význam má přitom pyrolýzní reakce, která nastane velmi prudce přímo po zavezení při dosažené pyrolýzní teplotě především při použití odpadů a většinou po krátké době překročí maximum. Špička pyrolýzních plynů značně posune průměrné složení surového plynu a množství surového plynu.

Použité odpady mají relativně nízkou odolnost vůči teplu a obsahují velké množství těžkých kovů. Nejjemnější částice koksu vznikající při těchto karbonizačních reakcích procházejí s vyskytujícími se těžkými kovy slinovacím procesem při panujících teplotách > 750 °C. Částice koksu tím získávají lepivé vlastnosti a usazují se v hlavové části zplyňovače, což je ještě podporováno kolísáním tlaku a teploty, na vyzdívce a na vestavbách, jako je odvod surového plynu, a v násypné šachtě. Zplyňovač se struskovou lázní je provozován s velmi malým množstvím páry, například 1 kg _Páry/Nm kyslíku ve zplyňovací látce, aby struska mohla být před tryskami na zplyňovací látku uváděna do kapalného stavu, na rozdíl od • · • · · · • · 4

zplyftovačů s pevným ložem a otočným roštem, které pracují s 8 ... lOnásobkem páry ve směsi zplyňovacího prostředku, aby se struska ochlazovala a zůstala tak v zrnitém stavu. Proto je vyráběný surový plyn ve zplyňovači se struskovou lázní samozřejmě velmi suchý, což podporuje proces slepování a usazování. Kromě toho je zrnitost částic koksu s < 0,1 mm podstatně menší než zrnitost částic koksu, které vznikají u zplyňovačů s pevným ložem a otočným roštem.

Usazeniny zmenšují volný průřez v hlavové oblasti zplyňovače, zvláště ve směru odvádění surového plynu, což s pokračující provozní dobou vede k problémům při proudění a měření, proces zplyňování již není technologicky, avšak ani strojně technicky, bezpečně ovladatelný a zplyňovač musí být odstaven mimo provoz. Z těchto důvodů nechyběly návrhy provádět způsob činnosti reaktoru tak, aby byl ovladatelný. Bylo například navrženo změnit násypnou šachtu v horní části reaktoru (spis - Z. 20 2004 005 918.5).

Dále bylo navrženo pozměněné vynášecí zařízení směsi použitých látek ze zavážecí násypky do horní části reaktoru (spis - Z. 10 2004 001 708.5), které by mělo být provozováno podle speciálního algoritmu.

Rovněž bylo navrženo (spis - Z. 103 30 512.2) v odvodu surových plynů vytvořit pomocí vodného média isochronní, isohalinní a/nebo izolující a/nebo v teplotě proměnné kruhové proudění mezi surovým plynem a stěnou trubky a stabilně je udržovat. Tento návrh, od něhož je očekáváno zabránění usazenin ve výstupu surového plynu, je technicky velmi náročný a předpokládá rovnoměrné provozní stavy, jako množství surového plynu, tlaky atd., které lze při normálním provozu jen velmi obtížně dodržovat.

• · ······ ··· ·· • · · · · · · • * · ···· · • · · · · · ···· · · · · · ···· ·· · ····

Zmíněné návrhy bezpochyby slouží pro vylepšení výše popsané obtížné provozní situace, avšak nemohou zásadně řešit vzniklý problém.

Podstata vynálezu

Cílem a úkolem vynálezu proto je zabránit procesu slepování a usazování ve volném průřezu hlavové oblasti reaktoru a rovněž v odvodu surových plynů, způsobenému nutným používáním zmíněných nehomogenních směsí látek z pevných odpadových látek obsahujících uhlík a pevných paliv obsahujících uhlík, a zaručit bezporuchový průběh provozu.

Uvedený úkol splňuje způsob chlazení surového plynu v horní části reaktoru zplyňovače se struskovou lázní pro zplyňování nehomogenních směsí látek z pevných odpadových látek obsahujících uhlík a pevných paliv obsahujících uhlík při tlacích > 2 MPa a sníženém násypu, podle vynálezu, jehož podstatou je, že z volného průřezu horní části reaktoru se do prostoru nad sníženým násypem pevných látek proti surovému plynu proudícímu nahoru z násypu pevných látek přivádí jemně rozprášená voda tak, že celý volný průřez se tím rovnoměrně pokryje, dosáhne se intenzivní reakce se surovým plynem proudícím nahoru z násypu pevných látek a teploty se sníží na < 700 °C.

Přívod vody se provádí větším množstvím trysek uspořádaných ve vodorovné rovině rovnoměrně po obvodu horní části reaktoru ve výšce spodní části násypné šachty. Voda opouští trysky v úhlu rozprašování, který zaručuje pokrytí celého volného průřezu nad násypem pevných látek. Tímto pokrytím celého volného průřezu nad násypem pevných látek vodní mlhou se zabrání nebezpečí místního ochlazení nebo uhašení částic povrchu násypu pevných látek. Rovněž se zažehná nebezpečí průniku kyslíku.

Tím se rovněž potlačí a prakticky odstraní četné chemickofyzikální procesy, které toto zmíněné slepování a usazování vyvolávají a probíhají při teplotách > 750 °C. Potřebné množství vody může být prostřednictvím regulačních armatur nastaveno zvlášť pro každou trysku v závislosti na výkonu a teplotě. Pro monitorování funkční schopnosti jednotlivé trysky se vždy zjišťuje rozdíl tlaku mezi vstupním tlakem vody a tlakem ve zplyňovači. Při potřebném uvedení vstřikování vody mimo provoz se může každá tryska zvlášť vypláchnout a ochladit dusíkem.

Z bezpečnostního hlediska se přívod vody při výpadku zplyňovače přeruší prostřednictvím rychlouzavírací armatury. Přeměňováním určitého množství vody na mlhu v horní části zplyňovače dojde v důsledku velké tepelné kapacity vody pro snížení teploty v hlavové oblasti a teploty surového plynu, jejichž požadovaný teplotní rozsah se může relativně přesně vypočítat předem podle výkonových parametrů zplyňovače a prakticky se může i dobře řídit prostřednictvím regulace množství.

Zvlhčováním surového plynu se zabrání dosahování lepivých vlastností částic koksu v odpadu, takže tím se použitelnost zplyňovače rozhodujícím způsobem zvýší a náklady na údržbu a čištění proto sníží a celý výsledek provozu pozitivně ovlivní.

Chlazením surového plynu v horní části reaktoru se dosáhne dvou dalších efektů, které se pozitivně projeví na vedení provozu, zvláště zařízení na využívání plynů zařazených za zplyňovačem.

• · • ·

Na základě nižších teplot surového plynu a teplot v hlavové oblasti probíhají karbonizační a pyrolýzní reakce podstatně pomaleji, a nikoli prudce, což vede ke znatelnému vyrovnání kolísání tlaku surového plynu a množství surového plynu, a způsob činnosti dále zařazených zařízení se zlepší.

Složení (analýza) surového plynu se rovněž mění nižšími teplotami a přiváděním vlhkosti do zplyňovače. Reakční rovnováha se posune ve prospěch tvorby vodíku při snížení podílů metanu. Tato analytická změna syntetického plynu má zvláštní význam zejména pro opětovné zhodnocování látek.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude blíže objasněn pomocí přiloženého výkresu.

Příklady provedení vynálezu

Z dávkovači násypky 1_ se nehomogenní směs látek z pevných odpadových látek obsahujících uhlík a pevných paliv obsahujících uhlík dostává pomocí diskontinuálního ovládání dávkovacího kuželového uzávěru 2 násypnou šachtou 4 na povrch násypu. Ve výšce dolního okraje násypné šachty 4 jsou ve vodorovné rovině uspořádány čtyři rozprašovací trysky 5_ rozmístěné rovnoměrně po obvodu horní části reaktoru, jejichž přívodní potrubí 6. vody jsou vedena stěnou reaktoru.

Rozprašovací trysky 5. jsou uspořádány k horizontále pod takovým úhlem, že jejich rozprašovací kužely pokrývají celou volnou plochu průřezu nad povrchem násypu svou rozprašovanou vodní mlhou 7.· Celý proud 8. surového plynu vystupující z povrchu násypu musí tedy podstoupit intenzivní reakci s rozprašovanou vodní mlhou 7_ ještě předtím, než dosáhne výstupního kužele 3 surového plynu.

Claims (6)

1. Způsob chlazení surového plynu v horní části reaktoru zplyňovače se struskovou lázní pro zplyňování nehomogenních směsí látek z pevných odpadových látek obsahujících uhlík a pevných paliv obsahujících uhlík při tlacích > 2 MPa a sníženém násypu, vyznačující se tím, že z volného průřezu horní části reaktoru se do prostoru nad sníženým násypem pevných látek proti surovému plynu proudícímu nahoru z násypu pevných látek přivádí jemně rozprášená voda tak, že celý volný průřez se tím rovnoměrně pokryje, dosáhne se intenzivní reakce se surovým plynem proudícím nahoru z násypu pevných látek a teploty se sníží na < 700 °C.

2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že potřebné množství vody se nastaví prostřednictvím regulačních armatur pro každou trysku zvlášť v závislosti na výkonu a teplotě.

3. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že funkčnost jednotlivých trysek se zjišťuje rozdílem tlaku mezi vstupním tlakem vody a tlakem ve zplyňovači.

4. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že ve výšce spodního okraje násypné šachty je ve vodorovné rovině uspořádán větší počet rozprašovacích trysek rozmístěných po obvodu horní části reaktoru tak, že jejich rozprašovací kužely jsou nastaveny ve směru k povrchu násypu.

5. Zařízení podle nároku 4, uspořádány alespoň čtyři trysky.

vyznačující se tím, že jsou • · • · · · • · • ♦ · • · ·

6. Zařízení podle nároku 4, vyznačující se tím, že rozprašovací kužel rozprašovacích trysek je > 90°.