CZ278792B6

CZ278792B6 - Process for producing heating gas from coal in fluidized bed reactors and apparatus for making the same

Info

Publication number: CZ278792B6
Application number: CS923848A
Authority: CZ
Inventors: Jaroslav Pech; Vaclav Ing Vanecek
Original assignee: Zvu A S; Vyzk Ustav Potravinarske Chemi
Priority date: 1992-12-23
Filing date: 1992-12-23
Publication date: 1994-06-15
Also published as: CZ384892A3

Abstract

Hot unburnt pieces in ash removed from a fluidised reactor (1) are burnt in an integrated fluidised combustion chamber (5) with a double or four-fold excess of combustion air and with at least a two-fold flow of ash with unburnt pieces through the combustion chamber (5). Combustion products with ash removed in a separator (6) with a content of water steam less than 5 % of volume are, alongside products arising from the combustion of sulphurous compounds found in the unburnt pieces, removed at a temperature of 600 - 1200 degrees C to the fluidised reactor (1) to minimally two levels of its height. The apparatus for carrying out the method of production of heating gas from coal in fluidised reactors is integrated so that connected to the outlet (4) of ash with unburnt pieces from the fluidised reactor (1) is the fluidised combustion chamber (5), which is connected through the ash separator (6), on the one hand, by the combustion product pipe (8) to the fluidised reactor, at a minimum of two levels of its height and, on the other, by the ash pipe to the combustion air heater (9), from which the heated air is transferred to the fluidised combustion chamber and the cooled ash is removed from the combustion chamber (5) through the ash lock (10).<IMAGE>

Description

Způsob výroby topného plynu z uhlí ve fluidních reaktorech a zařízení k provádění tohoto způsobuProcess for producing fuel gas from coal in fluidized bed reactors and apparatus for carrying out the process

Oblast technikyTechnical field

Vynález se týká způsobu výroby topného plynu z uhlí ve fluidních reaktorech pracujících za zvýšeného tlaku a zařízení k provádění tohoto způsobu, kdy se vysokého energetického a ekologického využití uhlíku v palivu dosahuje dokonalým spálením ještě žhavého nedopalu z popela vynášeného z fluidního reaktoru v integrované fluidní spalovací komoře.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a process for producing fuel gas from coal in fluidized bed reactors operating at elevated pressure, and to an apparatus for carrying out the process, wherein high energy and ecological utilization of carbon in fuel is achieved. .

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

K zabezpečení zplyňovací reakce ve fluidních reaktorech obecně, je nutno do fluidního reaktoru přivést uhlík ve formě uhlí a zplyňovadlo, kterým bývá obvykle vzduch předehřátý na 300 °C nebo směs vodní páry a kyslíku o stejné teplotě. Ve fluidním reaktoru probíhá v první fázi oxidace uhlíku kyslíkem za vzniku oxidu uhličitého, v další fázi redukce oxidu uhličitého s uhlíkem s konečným produktem oxidem uhelnatým. Zplyňovadlo je z největší části zavedeno do spodku fluidního reaktoru tak, že vlivem své rychlosti fluiduje částečky uhlí, jež se dostávají do intenzivního vzájemného pohybu, což spolu s teplotou zvyšuje rychlost průběhu reakci. Z kopule fluidního reaktoru se odvádí vyrobený plyn a ze spodku tuhé zbytky, které jsou tvořeny popelovinami a částí nezreagovaného uhlíku nazývaného nedopal, jehož množství se u dosavadních provozovaných fluidních reaktorů pohybuje v rozmezí 20 až 50 % v odtahovaných tuhých zbytcích. Výše nedopalu je určujícím kriteriem účinnosti zplyňovacího procesu. Dosavadní způsob energetického využití nedopalu je jeho dodatečným spalováním v beztlakých nebo tlakových kotlích s výrobou vodní páry, jejíž energie se v parní turbině přeměňuje na elektrickou. Spaliny se odvádějí u beztlakového provedení kotlů do komína, u tlakového provedení nejprve expandují v plynové turbině s výrobou elektřiny. Nedostatkem těchto způsobů je nižší celková účinnost, neodsíření vzniklých spalin a jejich nedokonalé odprášení.In order to ensure a gasification reaction in fluidized bed reactors in general, carbon in the form of coal and a gasifier, which is typically air preheated to 300 ° C or a mixture of water vapor and oxygen at the same temperature, must be introduced into the fluidized bed reactor. In the fluidized bed reactor, oxidation of carbon with oxygen to carbon dioxide takes place in the first phase, and carbon dioxide to carbon is reduced in the next phase with the end product carbon monoxide. The gasifier is largely introduced into the bottom of the fluidized bed reactor such that, due to its velocity, it fluidizes the coal particles that move intensively relative to each other, which together with the temperature increases the rate of reaction. From the dome of the fluidized bed reactor, the produced gas and from the bottom solids, which consist of ash and a part of unreacted carbon called but not burned, are removed, the amount of which in the current fluidized bed reactors is between 20 and 50% in the withdrawn solid residues. The amount of butt is a decisive criterion for the efficiency of the gasification process. The current way of energy utilization of the butt is by its afterburning in non-pressurized or pressure boilers producing water steam, whose energy is converted into electric steam in a steam turbine. In the case of pressure-free boilers, the flue gases are discharged into the chimney; in the pressure-driven version, they first expand in a gas turbine with electricity production. The disadvantages of these methods are lower overall efficiency, non-desulphurisation of the resulting flue gases and their imperfect dedusting.

Podstata vynálezu řešením podle vynálezu.Summary of the invention

Uvedené nedostatky jsou odstraněnyThese shortcomings are removed

Jeho podstata spočívá v tom, že se vysokého energetického a ekologického využití uhlíku v palivu dosahuje dokonalým spálením ještě žhavého nedopalu v popelu vynášeného z fluidního reaktoru v integrované fluidní spalovací komoře při dvou až čtyřnásobném přebytku spalovacího vzduchu a s nejméně dvojnásobným průchodem popela s nedopalem fluidní spalovací komorou. Spaliny zbavené popela v odlučovači s obsahem vodní páry méně než 5 % objemu jsou spolu s produkty vzniklými spálením sirných sloučenin, nacházejících se v nedopalu, odváděny o teplotě 600 až 1 200 °C zpět do fluidního reaktoru, a to minimálně do dvou úrovní jeho výšky, kde jsou využity jako oxidační činidlo, umožňující zvýšení reaktivity zplyňovacího procesu, zvýšení výhřevnosti vyrobeného plynu a jeho celkového množství. Spalovací vzduch pro fluidní spalovací komoru je ohříván přímým stykem zbytkovým teplem popela, odváděného ze zařízení v ohřívači.It is based on the fact that the high energy and ecological utilization of carbon in the fuel is achieved by the perfect combustion of still hot butt in the ash carried out from the fluidized bed reactor in the integrated fluidized bed combustion chamber with two to four times the excess combustion air and at least twice ashes . The ash-free flue gases with a water vapor content of less than 5% by volume, together with the products resulting from the combustion of sulfur compounds in the butt, are discharged at a temperature of 600 to 1200 ° C back to the fluidized bed reactor at least two levels , where they are used as an oxidizing agent, allowing increasing the reactivity of the gasification process, increasing the calorific value of the produced gas and its total amount. The combustion air for the fluidized bed combustion chamber is heated by direct contact with the residual heat of the ash removed from the apparatus in the heater.

-1CZ 278792 B6-1GB 278792 B6

Podstata zařízení k provádění způsobu výroby topného plynu z uhlí ve fluidních reaktorech tkví v tom, že na výstup popela s nedopalem z fluidního reaktoru je připojena fluidní spalovací komora, která je přes odlučovač popela spojena jednak potrubím spalin s fluidním reaktorem nejméně ve dvou úrovních jeho výšky a jednak potrubím popela s ohřívačem spalovacího vzduchu, ze kterého je ohřátý vzduch zaveden do fluidní spalovací komory a vychlazený popel ze spalovací komory se odvádí přes popelovou výpusť.The essence of the apparatus for carrying out a process for producing fuel gas from coal in fluidized-bed reactors is that a fluid combustion chamber is connected to the ash outlet with the butt of the fluidized bed, which is connected via an ash separator to the fluidized bed. and on the other hand, through an ash line with a combustion air heater from which heated air is introduced into the fluidized bed combustion chamber and the cooled ash from the combustion chamber is discharged through the ash outlet.

Přehled obrázku na výkreseOverview of the figure in the drawing

Na připojeném, výkrese je znázorněn řez zařízením.The attached drawing shows a cross-section of the device.

Příklad provedení vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Způsob výroby topného plynu podle vynálezu, kdy obsah nedopalu v pevném zbytku z fluidního reaktoru, přicházející do spalovací komory, obsahuje 30 % nezreagovaného uhlíku. Spalování ve fluidní spalovací komoře se musí s ohledem na teploty tavení popelovin udržovat pomocí přibližně trojnásobného přebytku vzduchu na teplotě 800 °C. Potom mají spaliny odcházející z fluidní spalovací komory složení odpovídající 7 % oxidu uhličitého, 14 % kyslíku a 79 % dusíku. Porovnání výsledků při zplyňování vzduchem a při zplyňování spalinami z integrované spalovací komory uvádí následující tabulka: The process for producing a fuel gas according to the invention, wherein the content of a butt in the solid residue from the fluidized bed reactor entering the combustion chamber contains 30% unreacted carbon. Combustion in the fluidized bed combustion chamber must be maintained at approximately 800 ° C by an approximately three-fold excess of air, taking into account the melting points of the ash. Then, the flue gas leaving the fluidized bed combustion chamber has a composition corresponding to 7% carbon dioxide, 14% oxygen and 79% nitrogen. The following table compares the results of air gasification and flue gasification from the integrated combustion chamber: Zplyňovadlo Gasifier Známý způsob Known way Způsob podle V The method of V vstup: uhlí (kg/h) input: coal (kg / h) 10 000 10 000 10 000 10 000 o vzduch (m /h) O air (m / h) 19 197 19 197 20 944 20 944 spaliny (m³/h)flue gas (m ³ / h) - - 20 976 20 976 výstup: plyn (m³/h)output: gas (m ³ / h) 29 043 29 043 31 435 31 435 popel (kg/h) ash (kg / h) 2 335 2 335 1 651 1 651 výhřevnost (MJ/m~ plynu calorific value (MJ / m ~ gas) ’) 4,488 ’) 4,488 4,645 4,645 Složení surového vlhkého Raw wet composition plynu: (% obj. (% vol.) ) ) ^H2 ^H 2 12,837 12,837 12,662 12,662 CO WHAT 20,626 20,626 22,145 22,145 co₂ co ₂ 6,524 6,524 5,946 5,946 ch₄ ch ₄ 1,251 1,251 1,217 1,217 n₂ n ₂ 51,507 51,507 51,933 51,933 h₂0h ₂ 0 7,012 7,012 5,872 5,872 nh₃ nh ₃ 0,1351 0.1351 0,1248 0.1248 h₂sh ₂ s 0,1081 0.1081 0,0999 0,0999 Porovnání získané energie: 100 % Energy Comparison: 100% 112 % 112%

-2CZ 278792 B6-2GB 278792 B6

Příklad provedení zařízení podle vynálezu je schematicky znázorněn na připojeném výkrese, který představuje řez zařízením. Na výkrese je fluidní reaktor 1 s podavačem 2 uhlí a výstupem 3 plynu propojen výstupem 4 popela s nedopalem s fluidní spalovací komorou 5, která je přes odlučovač 6 propojena potrubím 7 spalin s fluidním reaktorem 1 a potrubím 8 popela s ohřívačem 9 spalovacího vzduchu, ze kterého je ohřátý vzduch zaveden do fluidní spalovací komory 5 a vychlazený popel odveden přes popelovou výpust 10 na skládku. Uhlí dopravované podavačem 2 uhlí do fluidního reaktoru 1 reaguje se spalinami přiváděnými potrubím spalin z fluidní spalovací komory 5. Vyrobený plyn je odváděn výstupem 2 plynu k dalšímu zpracování. Výstupem 4 popela je popel s nedopalem odváděn do fluidní spalovací komory 2· V ní dochází k dokonalému spalování nedopalu pomoci vzduchu procházejícího přes ohřívač 9. Spaliny odcházející z fluidní spalovací komory 5 jsou zbaveny popela v odlučovači 6, ze kterého se popel vrací buď do fluidní spalovací komory 2 vratným podavačem 11, nebo je potrubím 8 popela odveden do ohřívače 9 spalovacího vzduchu, kde se ochladí přímým stykem se vzduchem pro spalovací komoru 2· Vychlazený popel je vypouštěn na skládku přes popelovou výpust 10.An exemplary embodiment of the device according to the invention is shown schematically in the attached drawing, which represents a cross-section of the device. In the drawing, the fluidized bed reactor 1 with the coal feeder 2 and the gas outlet 3 is connected by an ash outlet 4 with butt butt to the fluidized bed combustion chamber 5, which is connected via a separator 6 to the fluidized bed reactor 7 and ash ash line 8 to the combustion air heater. wherein the heated air is introduced into the fluidized bed combustion chamber 5 and the cooled ash is discharged through the ash outlet 10 to a landfill. The coal conveyed by the coal feeder 2 to the fluidized bed reactor 1 reacts with the flue gas supplied by the flue gas line from the fluidized bed combustion chamber 5. The product gas is discharged through the gas outlet 2 for further processing. By ash outlet 4, the ash with butt is removed to the fluidized bed combustion chamber 2 in which the combustion of the butt is accomplished by means of air passing through the heater 9. The flue gases leaving the fluidized bed combustion chamber 5 are freed from ash in the separator 6. the combustion chamber 2 by a return feeder 11, or is led through the ash line 8 to the combustion air heater 9, where it is cooled by direct contact with the air for the combustion chamber 2. The cooled ash is discharged to the landfill through the ash outlet 10.

Claims

Method for producing fuel gas from coal in fluidized bed reactors operating at elevated pressure, for high energy and ecological utilization of carbon in fuel, characterized in that the incinerator (1) is burnt perfectly from the fluidized bed reactor (1) in an integrated fluidized bed combustion chamber (5) at two to four times the excess of combustion air and at least twice ashes through the fluid combustion chamber (5), the ash-free flue gas in the separator (6) having a water vapor content of less than 5% by volume. by burning the sulfur compounds present in the butt, they are discharged at a temperature of 600 to 1200 ° C back to the fluidized bed reactor (1) at least up to two levels of its height when used as an oxidizing agent to increase gasification reactivity, calorific value and total gas produced .

Production method according to claim 1, characterized in that the combustion air for the fluidized bed combustion chamber (5) is heated by direct contact with the residual heat of the ash removed from the apparatus in the heater.

Device for carrying out the method according to claims 1 and 2, characterized in that a fluidized bed combustion chamber (5) is connected to the ash outlet (4) of the fluidized bed reactor (1), which is connected via an ash separator (6) on the one hand, the flue gas line (7) with the fluidized bed reactor (1) at at least two levels of its height, and on the other hand the ash line (8) with the combustion air heater (9) from which the heated air is discharged into the fluidized bed (5). the ash is discharged through the ash outlet (10).