CZ24084U1 - Zařízení pro zplyňování různých druhů vstupní suroviny - Google Patents

Description

Zařízení pro zplyňování různých druhů vstupní suroviny

Oblast technikv

Toto technické řešení se týká zařízení pro zplyňování různých druhů vstupní suroviny obsahující uhlík prostřednictvím termického plazmatu za vzniku syntézního plynu.

Dosavadní stav techniky

V návaznosti na rostoucí poptávku po alternativních zdrojích energie roste i význam procesu zplyňování a následného využití výsledného produktu - syntézního plynu v různých průmyslových oborech,

V současné době se používá několik způsobů zplyňování a to jednak v závislosti na druhu vstupní suroviny, na způsobu využití produkovaného syntézního plynu a na způsobu předání energie nutné k rozkladu vstupní suroviny. Jedním z používaných způsobů je zplyňování pomocí termického plazmatu.

Vlastní proces plazmového zplyňování probíhá v kovovém reaktoru opatřeném ve vnitřním prostoru ochrannou vyzdívkou. Reaktor je osazen armaturami pro plnění reaktoru vstupní surovinou, výstupním otvorem pro syntézní plyn a pro taveninu, tryskami pro vhánění vzduchu/kyslíku/vodní páry do reaktoru, vstupními otvory pro osazení plazmovými hořáky a měřicími instrumenty.

Tvar reaktorů pro plazmové zplyňování je různý podle typu a způsobu užití. Pro zdárný průběh zplyňovacího procesu je však potřeba zajistit v každém reaktoru určité podmínky nutné pro pyrolýzní rozklad vstupní suroviny a následnou parciální oxidaci vznikajících meziproduktů, jejímž výsledkem je produkce syntézního plynu (CO + CO₂ + H₂). Tvar může být například válcovitý s rozšiřujícím se kónusem v části výpusti syntézního plynu k snížení jeho rychlosti a zajištění dostatečné reakční doby.

Vnitřní prostor reaktoru je rozdělen do několika zón, ve kterých probíhají charakteristické reakce. Pyrolýzní zóna - rozklad vstupní suroviny je prvním krokem k získání syntézního plynu, neboť k pyrolýze dochází za výrazně nižší teploty -500 až 600 °C, než která je nutná pro samotné zplyňování -750 až 1250 °C. Poměr produktů vznikajících při pyrolýze ovlivňuje rychlost ohřevu suroviny, konečná teplota dosažená v reaktoru a použité množství kyslíku.

V redukční zóně probíhají následující reakce:

C + H₂O—>CO + H_{2 δ}Η °= 113 kj mol¹ (1)

C + CO₂-> 2 CO ₄H°= 172kJmol'¹ (2)

C0 + H₂0->C0₂ + H_{2 4} H ⁰ = -42 kJ mol’¹ (3)

Rovnice (3) popisuje reakci vodní páry, při níž se zvyšuje poměr vodíku k oxidu uhelnatému.

V oxidační zóně probíhají následující reakce:

C + O₂ -► CO₂ δ H⁰ = -393 kJ mol¹ (4)

H₂ + O₂ -» 2 H₂O _δΗ ⁰ = -242 kJ mol¹ (5)

2C + O₂—>2CO _ÁH° = -111 kJ mol'¹ (6)

K nejdůležitějším dějům probíhajícím v reaktoru patří oxidace, tj. reakce hořlaviny s kyslíkem, reformování, tj. konverze páry a uhlíku, a reakce produktů vzniklých pyrolýzou a v redukční zóně. Z výše uvedených rovnic je tedy zřejmé, že reakce probíhající v oxidační zóně jsou reakcemi uvolňujícími teplo - exotermické. Toto teplo je využíváno následně probíhajícími endotermickými reakčními procesy.

Při popisu děje probíhajícího v reálném palivu lze použít následující souhrnnou rovnici:

C„H_m + n/2 O₂ -> « CO + m/2 H₂

- 1 CZ 24084 Ul

Energie potřebná k rozkladu vstupní suroviny je v případě plazmového zplyňování do reaktoru dodávána termickým plazmatem, které může být produkováno různými typy obloukových výbojů. Plazma je stav hmoty s nej vyšším obsahem tepelné energie, vlastnosti plazmatu navíc zaručují velmi rychlý přenos energie na látku, která je s plazmatem v kontaktu. Technologie využívající plazmatu vede k podstatně menším nárokům na reakční prostor, tj. k menším rozměrům zplyňovacího zařízení a k podstatně vyšším reakčním rychlostem. Energetický obsah plazmatu je možné snadno kontrolovat v elektrických výbojích, ve kterých je elektrická energie převedena na entalpii plazmatu. Energie přenesená z plazmatu na vstupní látku způsobí roztavení veškerých anorganických látek. Organické látky obsahující převážně uhlík, vodík a kyslík jsou pak převedeny na plyn složený z vodíku a kysličníku uhelnatého, tzv. syntézní plyn.

Mezi přednosti použití plazmatu patří zejména to, že dochází ke snadnému dosažení a kontrole vysokých teplot v reakčním prostoru, které zamezí vzniku škodlivých produktů reakce, zejména dioxinů. Podstatné snížení produkce dehtů. Vysoká rychlost procesu a menší objem reakčního prostoru.

Řádově 10 x až 100 x menší množství media je potřebné pro transport energie na zpracovávaný materiál - z toho vyplývá vyšší energetická účinnost a podstatně snazší kontrola složení a kvality vznikajícího syntézního plynu.

Výsledkem procesu plazmového zplyňování je syntézní plyn a tavenina. Syntézní plyn vystupuje z reaktoru pri teplotě mezi 1200 až 1300 °C. Pro koncové využití syntézního plynu je potřeba plyn zchladit, vyčistit a upravit. V současné době se používá rychlé zchlazení sprchováním vodou na teplotu okolo 800 °C a následné dochlazení plynu ve výměníku za současné produkce páry. Tímto způsobem se však pro výrobu páry využije pouze část celkové tepelné energie syntézního plynu a tím dochází ke snížení energetické účinnosti celého zařízení.

Podstata technického řešení

Výše uvedené nedostatky jsou odstraněny zařízením pro zplyňování různých druhů vstupní suroviny obsahujících uhlík prostřednictvím termického plazmatu za vzniku syntézní plynu, sestávajícím z reaktoru, tvořeného válcovou spodní částí opatřenou několika plnicími otvory pro vstupní surovinu, systémem žáruvzdorné vyzdívky, systémem několika rad trysek pro zásobování válcovité spodní části reaktoru plynem obsahujícím kyslík, alespoň třemi plazmatrony, instalovanými ve válcovité spodní části pro dodání potřebné energie k rozkladu vstupní suroviny a systémem výstupu syntézního plynu z reaktoru, podle tohoto technického řešení. Jeho podstatou je to, že k válcové spodní části reaktoru je připojena kotlová vrchní část bez vyzdívky, opatřená chlazením syntézního plynu v druhém tahu a odtahem ochlazeného syntézního plynu na výstupu z kotle a systémem výstupu páry z kotlového tělesa.

Válcová spodní část reaktoru je s výhodou opatřena dávkovacím systémem pro přivádění vstupního materiálu vstupními otvory, který je opatřen alespoň jedním Šnekovým podavačem vstupní suroviny a dávkovacím zařízením s dvojitým uzávěrem.

Válcová spodní část reaktoru je s výhodou opatřena systémem výpustí taveniny z reaktoru. K systému výpustí taveniny z reaktoru může být připojen systém vodou chlazeného vynašeče taveniny a popela.

Zařízení je ve výhodném provedení opatřeno systémem senzorů rozmístěných v reaktoru pro snímání teploty v reaktoru, průtokové rychlost plynu v reaktoru a teploty plynu odváděného z reaktoru odtahovým výstupem, pro složení syntézního s plynu na výstupu z reaktoru, pro sledování maximální výše hladiny taveniny v reaktoru a pro sledování maximální výše vrstvy vstupní suroviny v reaktoru.

Kotlová vrchní část je s výhodou tvořena vertikální komorou ve tvaru kvádru, je sestavena z membránových obvodových stěn o velikosti 4,5 až 5,3 násobku vnitřního prostoru spodní válco-2CZ 24084 Ul vité části reaktoru a je napojena na válcovitou spodní část reaktoru vyzdívkou s vrcholovým uhlem do 60°.

Konstrukce teplosměnných ploch druhého tahu parního utilizačního kotle má s výhodou osovou rozteč trubek svazku zvýšenou na 1,2 až 1,5 násobek standardní rozteče. Do druhého tahu kotle je s výhodou zařazen šotový přehřívák páry.

Předmětem tohoto technického řešení je zlepšení zařízení a procesu zplyňování různých druhů vstupní suroviny obsahující uhlík prostřednictvím termického plazmatu za vzniku syntézního plynu, které je uvedeno v popisu dosavadního stavu techniky. Jedná se zejména o reaktor, ve kterém dochází jak ke zplyňování vstupní suroviny prostřednictvím termického plazmatu tak k io využití tepelné energie vzniklého syntézního plynu k výrobě syté nebo přehřáté páry a ke zchlazení plynu na teplotu vhodnou pro jeho další využití. Průřez vertikální komory reaktoru je navržen tak, aby byla snížena stoupací rychlost syntézního plynu a tím by redukován obsah úletu v plynu. Nízká teplota a konstrukce rovných membránových ploch vertikální komory eliminuje usazování nálepu popílku. Nový stav techniky je v porovnání s dosavadním stavem techniky úspornější na spotřebu konstrukčního materiálu, na požadované místo instalace, snižuje energetické ztráty převodu energie vstupní suroviny do energie syntézního plynu, snižuje riziko nalepování nataveného popílku na stěny reaktoru a teplosměnné plochy výměníku.

Dále je předmětem tohoto technického řešení poskytnout v rámci jednoho tělesa reaktoru účinný jednostupňový systém chlazení syntézního plynu a zvýšit efektivitu zplyňování využitím tepelné energie syntézního plynu pro výrobu syté nebo přehřáté páry.

Dalším předmětem tohoto technického řešení je vylepšení konstrukce reaktoru určeného k plazmovému zplyňování, kdy v jednom zařízení dojde ke zplynění vstupní suroviny, zchlazení vznikajícího syntézního plynu a současně k výrobě páry. Kuželovitý nebo hruškovitý reakční prostor s vyzdívkou je nahrazen vertikální komorou s chlazenými membránovými stěnami utili25 začního kotle, která je přímo napojena na vrchní válcovitou část reaktoru. Ve druhém tahu utilizačního kotle dochází k výrobě páry a ke zchlazení syntézního plynu na požadovanou teplotu.

Dalším předmětem tohoto technického řešení je zajistit zlepšenou konstrukcí funkci plném vstupního materiálu, která omezuje riziko jeho zahoření v plnicím systému.

Další předměty a výhody tohoto technického řešení budou patrnější z následujícího popisu a přiložených nároků na ochranu.

Organické látky obsažené ve vstupním materiálu jsou pyrolyzovány a zplyňovány na syntézní plyn o požadovaném složení, průtoku, teplotě, výhřevnosti a objemu. Anorganické a neuhlíkaté složky ve vstupním materiálu, jako jsou kovy a popělo viny, jsou roztaveny stoupajícím horkým plynem a stékají dolů skrz uhlíkatý katalyzátor na dno reaktoru ve formě tekuté taveniny, odkud je kontinuálně vypouštěna z reaktoru výpustí do vodou chlazeného vynašeče. Současně je v tělese reaktoru z tepelné energie syntetického plynu vyráběna sytá nebo přehřátá pára.

Ve vrchní válcovité části, tzv. pyrolýzní zóně reaktoru je několik technologických otvorů, které slouží k zásobování reaktoru vstupní surovinou, uhlíkatým katalyzátorem a také tavidlem. Dávkování přídavných látek a rychlost přísunu vstupního materiálu je řízeno tak, aby byly v reaktoru zajištěny potřebné podmínky pro průběh procesu zplyňování.

V prostřední části reaktoru, tzv. oxidační zóně jsou umístěny dvě až tri řady trysek, které umožňují vhánět do reaktoru podle potřeby vzduch, kyslíkem obohacený vzduch, vodní páru nebo kysličník uhličitý v řízeném množství pro zajištění parciální oxidace a náležitého průběhu reakce zplyňování/pyrolýzy v reaktoru tak, aby byl produkován syntézní plyn požadovaného složení a výhřevnosti.

Ve spodní válcovité části reaktoru tzv. redukční zóně jsou umístěny tri plazmatrony, které jsou základním zdrojem energie předávané vstupnímu materiálu nezbytné kjeho rozkladu a současně vytvářejí v místě výronu plazmatu extrémně vysokou teplotu. Dno reaktoru je opatřeno přepadem s výpustí pro kontinuální vypouštění tekuté taveniny do vodou chlazeného vynašeče.

-3CZ 24084 Ul

Na vrchní válcovitou část reaktoru, ve které probíhají základní reakce pyrolýza/zplyňování je přímo napojena vertikální komora parního utilizačního kotle. Rozšířený prostor vertikální komory kotle slouží k podstatnému snížení stoupací rychlosti produkovaného syntézního plynu a tím ke snížení tuhého úletu ze spodní části reaktoru. Současné zde dochází vlivem prodlevy k dokon5 cení tepelného rozkladu a zplynění všech uhlíkatých látek. V druhém tahu kotle dochází ke zchlazení syntézního plynu na požadovanou teplotu a současně k výrobě syté nebo vysokotlaké páry, která může být následně využita k výrobě elektřiny v parní turbíně.

Objasnění obrázků na výkresech

Zařízení pro zplyňování různých druhů vstupní suroviny podle tohoto vynálezu bude podrobněji popsáno na konkrétním příkladu provedení s pomocí přiložených výkresů, kde na Obr. 1 je znázorněno příkladné zařízení v bokorysu v řezu. Na Obr. 2 je znázorněno v nárysu v řezu a Obr. 3 je znázorněno v půdorysu. Na Obr. 4 je znázorněno v axonometrickém pohledu.

Příklady uskutečnění technického řešeni

Reaktor použitý pro metodu plazmového zplyňování může být svou velikosti uzpůsoben pro i s zpracování 1,5 až 5 tun za hodinu vstupního materiálu. Přesný výkon bude záviset na složení vstupní suroviny.

Reaktor je sestaven ze dvou základních částí (viz Obr. č. 1 až 4) z válcovité spodní části 1 a z kotlové vrchní části 2, které jsou vyrobeny z vysoce kvalitní oceli. Vnitřní strana válcovité spodní části I je opatřena několika vrstvami žáruvzdorné vyzdívky 10 se specifickými vlast20 nostmi a o takové tloušťce - 0,5 až 0,65 m, aby vnější teplota ocelového pláště nepřesáhla stanovenou teplotu. Válcovitá spodní část 1 reaktoru je opatřena dvojitým pláštěm k chlazení vodou. Kotlová vrchní část 2 reaktoru je tvořena utilizačním parním kotlem, který je usazen nad výstupem spodní části I reaktoru. Přenos tepla ze syntézního plynu je do kotlové vody parního kotle pro výrobu syté páry nebo přehřáté páry. Parní kotel je podtlakový, plynotěsný a samonosný.

Obvodové stěny il parního kotle jsou membránové a jsou zapojené do výpamíků kotle. Regulace tlaku v bubnu zamezuje vzniku rosného bodu spalin v kotli.

Spodní válcovitá část i je vybavena několika vstupy 3 pro plnění reaktoru vstupní surovinou a uhlíkovým katalyzátorem, dále je vybavena po obvodu pláště několika řadami trysek 4, kterými se do reaktoru vhání médium - vzduch/kyslík/vzduch obohacený kyslíkem/kysličník uhliči30 tý/vodní pára, nezbytné pro parciální oxidaci vznikajícího kysličníku uhelnatého. V závislosti na velikosti reaktoru a jeho požadovaném výkonu se stanoví počet trysek 4 a jejich průměr. Dále je reaktor po obvodu opatřen třemi vstupními otvory 5 pro plazmatrony po 120°. Konstrukce vstupních otvorů 5 umožňuje výměnu plazmatronů, tj, jejich elektrod za provozu reaktoru a současně lze při najíždění reaktoru vybavit reaktor jedním hořákem na zemní plyn pro jeho předehřev na startovací teplotu. Plazmatrony jsou napojeny na zdroj vysokého napětí, na tlakový vzduch a na chladicí okruh demineralizované vody. Spodní část 1 reaktoru se svažitým dnem je opatřena největší vrstvou vyzdívky 10 a má tedy nej menší vnitřní průměr. Slouží k jímání tekuté taveniny a k jejímu kontinuálnímu vypouštění z reaktoru výpustí 6, Pro sledování průběhu zplyňování je reaktor vybaven v pravidelných intervalech (obvykle po 0,5 m) připojovacími otvory a jímkami pro vystrojení reaktoru senzory tlaku a teploty a pro vzorkování plynu v předem vybraných místech reaktoru k jeho kontinuální analýze na příslušných zařízeních. Data poskytovaná jednotlivými měřicími místy jsou vyhodnocována řídicím systémem. Válcovitá část 1 reaktoru je demontovatelná přes přírubu od kotlové vrchní části 2 a také v místě jímání strusky pro snadnou výměnu nebo opravu žáruvzdorné vyzdívky JO.

Vrchní část 2 reaktoru je tvořena utilizačním parním kotlem, který je usazen nad výstupem spodní části 1 reaktoru. Přenos tepla ze syntézního plynu je do kotlové vody parního kotle pro výrobu syté páry nebo přehřáté páry 14. Kotel je podtlakový, plynotěsný a samonosný. Obvodové stěny 11 jsou membránové a jsou zapojené do výpamíků kotle. Regulace tlaku v bubnu

-4CZ 24084 Ul zamezuje vzniku rosného bodu spalin v kotli. Kotlové těleso 12 je umístěno nad kotlem a je propojeno systémem zavodňovacího a převáděcího potrubí L3. Kotel je vybaven zákonnou armaturou parních kotlů pro spolehlivý a bezpečný provoz s možností dálkového ovládání.

Vertikální komora 8 - je tvořena membránovými obvodovými stěnami 11 zapojenými do okruhu kotlové vody parního kotle. Povrchová teplota stěny je regulována tlakem v kotlovém tělese 12 kotle. Průřez vertikální komory 8 je navržen pro snížení stoupací rychlosti spalin pod únosovou rychlost. Tím se sníží množství popílku v syntézním plynu za vertikální komorou 8 kotle. Nalepování popílku se zamezí na dodatkových teplosměnných plochách 15 ve druhém tahu kotle. Použitím holých membránových stěn ve vertikální komoře omezí nálepy popelovin na obvodových stěnách. Lepivý popílek se po dotyku s membránovou stěnou 8 prudce ochladí, uvolní se od stěny a spadne zpět do spodní ěásti 1 reaktoru. Přenos tepla je radiací a přímý kontakt syntézního plynu se stěnami je omezen na minimum. Ve stropní ěásti vertikální komory 8 je instalována bezpečnostní explozní klapka 16 a její výfukový nástavec 17.

Druhý tah 9 kotle - obvodové stěny kotle jsou opět membránové, zapojené do kotlového systému kotle. Uvnitř jsou jednotlivé bloky hladkých trubek pro odvod tepla ze syntézního plynu. Přenos tepla je převážně konvekcí. Konstrukce teplosměnných ploch 15 zohledňuje zvýšený obsah nelepivého popílku. Směr proudění syntézního plynuje shora dolů. Rozteče trubek počítají s částečným samočisticím efektem Regulací tlaku v bubnu je možno regulovat teplotu výstupního syntézního plynu a současně zamezit podkročení rosného bodu plynu. Hodnota rosného bodu syntézního plynu a tím i minimální tlak v kotlovém tělese bude záviset na chemickém složení výstupního syntézního plynu. Konfigurace trubek umožňuje použití parních ofukovačů pro periodické čištění ploch od usazeného popílku. Odloučený popílek je jímán ve spodní výsypce 18 a kontinuálně odváděn do vodou chlazeného vynašeěe 7.

Přehřívák páry - v případě, když se bude využívat vyrobená pára pro pohon pamí turbíny, bude do druhého tahu 9 kotle instalován konvekční blok přehříváku páry. Jedná se o trubkový svazek z hladkých trubek umístěný v druhém tahu kotle. Svazek je spolehlivě odvzdušnitelný a odvodnitelný. Konfigurace trubek umožňuje použití parních ofukovačů pro periodické čištění ploch od usazeného popílku. Sytá pára z kotlového tělesa 12 bude přiváděna do vstupní komory přehříváku páry a následně bude proudit trubkovým svazkem do výstupní komory přehříváku páry. Podle požadovaných parametrů výstupní páry může být použit jednodílný nebo dvoudílný přehřívák páry s vstřikovou regulací teploty výstupní páry.

Kotlový svazek - jedná se o trubkový svazek z hladkých trubek umístěný v druhém tahu 9 kotle. Svazek je spolehlivě odvzdušnitelný a odvodnitelný. Konfigurace trubek umožňuje použití parních ofukovačů pro periodické čištění ploch od usazeného popílku.

Kotlové těleso 12 - horizontální válcová nádoba s kontrolním průlezem. Zajišťuje provozní zásobu kotlové vody systémem vnitřní vestavby. Zabezpečuje separaci syté páry z parovodní směsi a obsahuje povrchový chladič pro předehřev napájecí vody.

Každá dopravní trasa paliva dávkovači ho systému 22 do reaktoru navazuje na jedno vyhmovací zařízení provozního zásobníku paliva a končí na vstupní přírubě 3 do reaktoru. Dopravní trasy paliva zabezpečují plynulé zásobování reaktoru vstupní surovinou, uhlíkatým katalyzátorem a tavidlem a jsou sestaveny ze šnekových podavačů 20 a dávkovacího zařízení J9 se zdvojeným rotačním uzávěrem. Zařízení je vybaveno systémem bezpečnostních termometrů napojených na vodní ventil umožňující zaplavení posledního šnekového podavače 20.

Reaktor je kontinuálně zásobován vstupní surovinou spolu s tavidlem a uhlíkatým katalyzátorem prostřednictvím několika, obvykle 2 až 3 šnekových podavačů 20, ze kterých je odčerpáván přebytečný vzduch tahovým ventilátorem. V závislosti na rychlosti přísunu vstupního materiálu a na rychlosti zplyňovacího procesu se v celém průřezu válcovité části reaktoru utvoří vrstva zpracovávaného materiálu, přičemž na její spodní části se vytvoří díky vyšší odolnosti vůči vysoké teplotě vrstva uhlíkatého katalyzátoru. Vrstva vstupního materiálu je vystavena působení stoupa-5CZ 24084 Ul jících horkých plynů a je tak kontinuálně zpracovávána. Princip reaktoru lze popsat jako protiproudý reaktor se sesuvným ložem.

V celém průřezu válcovité části i reaktoru je zabezpečena taková stoupací rychlost vznikajícího plynu a teplotní zatížení zařízení, že nedochází ke vznosu vrstvy vstupního materiálu, která pos5 tupne klesá celým průřezem reaktoru. V kotlové vrchní části 2 se stoupací rychlost plynu ještě sníží, čímž se zamezí masivnějšímu úletu prachových částic a s ohledem na několikavteřinovou zádrž plynu v tomto prostoru s vysokou teplotou je rovněž dokončen proces tepelného rozkladu a konverze vyšších uhlovodíků na syntézní plyn.

Teplotní gradient v reaktoru závisí na posloupnosti jednotlivých reakcí a snižuje se z teploty ío 4000 °C, která se dosahuje pri výronu plazmy z plazmatronu 5 v místě hromadění uhlíkového katalyzátoru, tj, na hladině taveniny, na teplotu 1200 až 1300 °C na výstupu syntézního plynu z vertikální komory 8 kotlové vrchní části 2 reaktoru a dále na koncovou teplotu 240 až 300 °C na výstupu 21 syntézního plynu z reaktoru po průchodu syntézního plynu chladicí částí kotlového tělesa reaktoru. Ve spodní části 1 reaktoru, kde se hromadí tekutá tavenina vznikající z anorga15 nického podílu vstupní suroviny a tavidla se teplota pohybuje 1300 až 1400 °C. Teplota taveniny a její viskozita musí být taková, aby tavenina kontinuálně vytékala výpustí 6 s přepadem ze dna reaktoru. Reaktor je provozován za mírného podtlaku dosaženého odsáváním syntézního plynu tahovým ventilátorem.

K nejdůležitějším dějům probíhajícím v reaktoru patří oxidace, tj. reakce hořlaviny s kyslíkem, reformování, tj. konverze páry a uhlíku a reakce produktů vzniklých pyrolýzou a v redukční zóně reaktoru. Reakce probíhající v oxidační zóně jsou reakcemi uvolňujícími teplo - exotermické. Toto teplo je využíváno následně probíhajícími endotermickými reakčními procesy. Přidáváním kontrolovaného množství kyslíku prostřednictvím trysek 4 do reaktoru se zvyšuje výhřevnost výsledného syntézního plynu a vzhledem k uvolňovanému reakčnímu teplu se současně snižuje spotřeba energie dodávané prostřednictvím plazmatronů 5. Jelikož je přidáváno pouze substechiometrické množství kyslíku, v reaktoru stále zůstává redukční prostředí.

Integrace kotlové vrchní části 2 přímo na válcovitou spodní část I tělesa reaktoru umožňuje využívat výhody procesu chlazení syntézního plynu v jednom technologickém kroku za současné výroby syté nebo vysokotlaké páry. Kotlová vrchní část 2 je v plynotěsném provedení z vysoko30 jakostní oceli. Prachové částice jsou zachytávány ve sběrači s turniketem a pravidelně vysypávány do vodou chlazeného vynašeče 7. Teplota syntézního plynu na výstupu 21 z chladicí části kotle nepřesahuje 250 °C, což umožňuje jeho přímé zpracování v následných technologických uzlech, jako je například Čištění plynu.

Složení vstupní suroviny vykazuje odchylky podle jejího původu. Jedná se především o obsah vlhkosti a znečišťujících látek v případě biomasy. V případě ostatních látek obsahujících uhlík se může jednat i o výrazně rozdílné zastoupení základních prvků, jako je uhlík, vodík a kyslík. Vzhledem k dalšímu využití syntézního plynu je potřeba zajistit na výstupu z reaktoru ustálený materiálový tok, stabilní složení a výhřevnost syntézního plynu.

Na vstupu 3 do reaktoru je možné ovlivňovat/ridit množství vstupní suroviny, množství uhlíkaté40 ho katalyzátoru, množství tavidla, množství okysličovadla, množství energie vstupující do reaktoru prostřednictvím plazmatronů 5 a to na základě informací získaných z procesu zplyňování v reaktoru a na základě údajů získaných na výstupu syntézního plynu z reaktoru. Jedná se zejména o údaje teplotního profilu z různých míst reaktoru, údaje o tlaku v reaktoru, o teplotě a viskozitě taveniny na výpusti 6 z reaktoru, o teplotě, množství a složení syntézního plynu na výstupu 2J z reaktoru.

Odchylky ve složení vstupní suroviny ovlivní výsledek plazmového zplyňování a budou vyžadovat seřízení proměnných vstupujících do reaktoru. Správné nastavení vstupujících proměnných v čase umožní udržovat stabilní reakční podmínky v reaktoru, přizpůsobovat se odchylkám ve složení vstupní suroviny a dodržovat tak předem určené výstupní parametry syntézního plynu.

Všechny parametry týkající se teploty, tlaku, složení plynu a průtokových rychlostí plynu a roz-6CZ 24084 Ul taveného materiálu jsou dodávány jako vstupy do počítačového DŘS systému, který je naopak uzpůsoben provoznímu řízení nezávislých proměnných, jako je energie hořáku, průtok vzduchu/plynu, rychlosti dávkování vstupní suroviny a uhlíkatého katalyzátoru, apod.

Příkladem provedení je reaktor pro zplyňování vstupní suroviny obsahující uhlík, ve kterém se v jednom zařízení převede prostřednictvím termického plazmatu energie vstupní suroviny na tepelnou a chemickou energii syntézního plynu, přičemž tepelná energie syntézního plynuje přímo v tělese reaktoru využita k výrobě syté nebo přehřáté páry a syntézni plyn je zchlazen na pracovní teplotu k dalšímu využití.

Jedná se o funkční celek složený z válcové spodní části 1 reaktoru, kde probíhá vlastní proces io zplyňování a kotlové vrchní části 2, tvořené utilizačním parním kotlem, který je usazen nad výstupem spodní části 1 reaktoru. Přenos tepla z plynu je do kotlové vody parního kotle s výrobou syté nebo přehřáté páry 14 pro další použití. Kotel je podtlakový, plynotěsný a samonosný.

Obvodové stěny Γ1 kotlové vrchní Části 2 jsou membránové a jsou zapojeny do výpamíku kotle. Kotlové těleso 12 je umístěno nad vrchní částí 2 a je propojeno systém zavodňovacího a převálí děcího potrubí. Kotel je vybaven zákonnou armaturou parních kotlů pro spolehlivý a bezpečný provoz s možností dálkového ovládání z velína kotelny. Po směru plynu následuje vertikální komora 8 a druhý tah 9 kotle, který obsahuje konvekční teplosměnné plochy kotle - přehřívák páiy, kotlový svazek.

Vertikální komora 8 je tvořena membránovými obvodovými stěnami li zapojenými do okruhu kotlové vody parního kotle. Povrchová teplota stěny je regulována regulací tlaku v kotlové vrchní části 2 tělesa kotle.

Průřez komory 8 je navržen pro snížení stoupací rychlosti spalin pod únosovou rychlost, tím se sníží množství popílku v syntézním plynu za spalovací komorou kotle. Vertikální komora 8 je ve tvaru kvádru, je sestavena z membránových obvodových stěn 11 o velikosti 4,5 až 5,3 násobku vnitřního prostoru spodní válcovité části 1 reaktoru a je napojena na válcovitou spodní část i reaktoru vyzdívkou s vrcholovým úhlem do 60°. Objem vertikální komory 8 zabezpečí podchlazení plynu pod teplotu tečení popelovin. Zamezí se nalepování popílku na dodatkových teplosměnných plochách ve druhém tahu 9 kotle. Použitím holých membránových obvodových stěn 11 ve spalovací komoře se sníží nálepy popelovin na obvodových stěnách - natavený popílek se po dotyku s membránovou stěnou prudce ochladí, odpadne od stěny a padá zpět do spodní Části reaktoru. Přenos tepla je radiací a přímý kontakt plynu se stěnami je omezen na miniTnnm Ve stropní části vertikální komory 8 je instalována explozní klapka 16 a výfukový nástavec pro případ výbuchu uvnitř komory 17.

Obvodové stěny druhého tahu 9 kotle jsou opět z membránových stěn, zapojených do kotlového systému kotle. Uvnitř jsou jednotlivé bloky hladkých trubek pro odvod tepla z plynu. Přenos tepla je převážně konvekcí. Konstrukce teplosměnných ploch zohledňuje zvýšený obsah nelepivého popílku. Proudění plynuje směrem dolů a rozteče trubek počítají s Částečným samočisticím efektem. Konstrukce teplosměnných ploch druhého tahu 9 parního utilizačního kotle má osovou rozteč trubek svazku zvýšenu na 1,2 až 1,5 násobek standardní rozteče. Regulací tlaku v bubnu se reguluje teplota výstupního plynu a současně se tak zamezí podkročení rosného bodu plynu. Konfigurace trubek umožňuje použití parních ofukovačů pro periodické čištění ploch od usazeného popílku.

Odloučený popílek bude jímán ve spodní výsypce 18 a kontinuálně odváděn do vodou chlazeného vynašeče 7.

Přehřívák páry - pro projekt, kdy se bude využívat vyrobená pára pro pohon parní turbíny je možno do druhého tahu 9 kotle instalovat konvekční blok přehříváku páry. Jedná se o trubkový svazek z hladkých trubek umístěný v druhém tahu 9 kotle. Svazek je spolehlivě odvzdušnitelný a odvodnitelný. Konfigurace trubek umožňuje použití parních ofukovačů pro periodické čištění ploch od usazeného popílku. Sytá pára z kotlového tělesa bude přiváděna do vstupní komory přehříváku páry a následně bude proudit trubkovým svazkem do výstupní komory přehříváku

-7CZ 24084 Ul páry. Podle požadovaných parametrů výstupní páry může být použit jednodílný nebo dvoudílný prehrivák páry s vstřikovou regulací teploty výstupní páry.

Kotlový svazek - jedná se o trubkový svazek z hladkých trubek umístěný v druhém tahu 9 kotle. Svazek je spolehlivě odvzdušnitelný a odvodnitelný. Konfigurace trubek umožňuje použití parních ofukovačů pro periodické čištění ploch od usazeného popílku.

Kotlové těleso 12 je horizontální válcová nádoba s kontrolním průlezem, která zajišťuje provozní zásobu kotlové vody. Systém vnitřní vestavby zabezpečuje separaci syté páry z parovodní směsi a může obsahovat povrchový chladič pro předehřev napájecí vody.

Základní rozměry zařízení kapacity I, 5 tuny vstupní suroviny za hodinu - vnější průměr spodní válcovité části reaktoru 1600 mm, vnější průměr homí válcovité Části reaktoru 2000 mm, průměr vertikální komory 3000 mm, průměr druhého tahu 600 mm, výška válcovité části reaktoru 2500 mm, výška vertikální komory 5000 mm, průměr kotlového tělesa 10000 mm, délka kotlového tělesa 3100 mm.

Claims (8)

NÁROKY NA OCHRANU

1. Zařízení pro zplyňování různých druhů vstupní suroviny obsahujících uhlík prostřednictvím termického plazmatu za vzniku syntézní plynu sestávající z reaktoru, tvořeného válcovou spodní částí (1) opatřenou několika plnicími otvory (3) pro vstupní surovinu, systémem žáruvzdorné vyzdívky (10), systémem několika řad trysek (4) pro zásobování válcovité spodní části (1) reaktoru plynem obsahujícím kyslík, alespoň třemi plazmatrony (5), instalovanými ve válcovité spodní části (1) pro dodání potřebné energie k rozkladu vstupní suroviny a systémem výstupu (21) syntézního plynu z reaktoru, vyznačující se tím, že k válcové spodní části (1) reaktoru je připojena kotlová vrchní část (2) bez vyzdívky, opatřená chlazením syntézního plynu v druhém tahu (9) a odtahem ochlazeného syntézního plynu na výstupu (21) z kotle a systémem výstupu páry (14) z kotlového tělesa (13).

2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že válcová spodní část (1) reaktoru je opatřena dávkovacím systémem (22) pro přivádění vstupního materiálu vstupními otvory (3), který je opatřen alespoň jedním Šnekovým podavačem (20) vstupní suroviny a dávkovacím zařízením (19) s dvojitým uzávěrem.

3. Zařízení podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že válcová spodní část (1) reaktoru je opatřena systémem výpustí (6) taveniny z reaktoru,

4. Zařízení podle nároku 3, vyznačující se tím, že k systému výpustí (6) taveniny z reaktoru je připojen systém vodou chlazeného vynášeče (7) taveniny a popela.

5. Zařízení podle kteréhokoli z předchozích nároků, vyznačující se tím, že je opatřeno systémem senzorů rozmístěných v reaktoru pro snímání teploty v reaktoru, průtokové rychlost plynu v reaktoru a teploty plynu odváděného z reaktoru odtahovým výstupem (21), pro složení syntézního plynu na výstupu (21) z reaktoru, pro sledování maximální výše hladiny taveniny v reaktoru a pro sledování maximální výše vrstvy vstupní suroviny v reaktoru.

6. Zařízení podle kteréhokoli z předchozích nároků, vyznačující se tím, že kotlová vrchní část (2) je tvořena vertikální komorou (8), která je ve tvaru kvádru a je sestavena z membránových obvodových stěn (11) o velikosti 4,5 až 5,3 násobku vnitřního prostoru spodní válcovité části (1) reaktoru a je napojena na válcovitou spodní část (1) reaktoru vyzdívkou s vrcholovým úhlem do 60°.

-8CZ 24084 Ul

7. Zařízení podle kteréhokoli z předchozích nároků, vyznačující se tím, že konstrukce teplosměnných ploch druhého tahu (9) parního utilizačního kotle má osovou rozteč trubek svazku zvýšenu na 1,2 až 1,5 násobek standardní rozteče.

8. Zařízení podle kteréhokoli z předchozích nároků, vyznačující se tím, že do 5 druhého tahu (9) kotle je zařazen šotový přehřívák páry.