CZ304134B6 - Zarízení pro zplynování ruzných druhu vstupní suroviny - Google Patents

Zarízení pro zplynování ruzných druhu vstupní suroviny Download PDF

Info

Publication number
CZ304134B6
CZ304134B6 CZ20120277A CZ2012277A CZ304134B6 CZ 304134 B6 CZ304134 B6 CZ 304134B6 CZ 20120277 A CZ20120277 A CZ 20120277A CZ 2012277 A CZ2012277 A CZ 2012277A CZ 304134 B6 CZ304134 B6 CZ 304134B6
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
reactor
boiler
synthesis gas
steam
feedstock
Prior art date
Application number
CZ20120277A
Other languages
English (en)
Other versions
CZ2012277A3 (cs
Inventor
Kahlen@Grischa
Jedlicka@Miroslav
Krikava@Milan
Original Assignee
Millenium Technologies A.S.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Millenium Technologies A.S. filed Critical Millenium Technologies A.S.
Priority to CZ20120277A priority Critical patent/CZ2012277A3/cs
Publication of CZ304134B6 publication Critical patent/CZ304134B6/cs
Publication of CZ2012277A3 publication Critical patent/CZ2012277A3/cs

Links

Landscapes

  • Processing Of Solid Wastes (AREA)

Abstract

Zarízení pro zplynování ruzných druhu vstupní suroviny obsahující uhlík prostrednictvím termického plazmatu za vzniku syntézního plynu sestává z reaktoru, tvoreného válcovou spodní cástí (1) opatrenou nekolika plnicími otvory (3) pro vstupní surovinu, systémem záruvzdorné vyzdívky (10), systémem nekolika rad trysek (4) pro zásobování válcovité spodní cásti (1) reaktoru plynem obsahujícím kyslík, alespon tremi plazmatrony (5), instalovanými ve válcovité spodní cásti (1) pro dodání potrebné energie k rozkladu vstupní suroviny a systémem výstupu (21) syntézního plynu z reaktoru. K válcové spodní cásti (1) reaktoru je pripojena kotlová vrchní cást (2) bez vyzdívky, opatrená chlazením syntézního plynu v druhém tahu (9) a odtahem ochlazeného syntézního plynu na výstupu (21) z kotle a systémem výstupu páry (14) z kotlového telesa (13).

Description

Oblast techniky
Tento vynález se týká zařízení 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 procesuje 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 1 250 °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 + H2 δΗ° = 113 kJmol1 (1)
C + CO2 -> 2 CO ΔΗ° = 172 kJ mol 1 (2)
CO + H2O -> CO2 + H2 δΗ° = - 42 kJ mol 1 (3)
Rovnice (3) popisuje reakci vodní páry, při níž se zvyšuje poměr vodíku k oxidu uhelnatému. V
V oxidační zóně probíhají následující reakce:
C + O2 —> CO2 δΗ° = -393 kJ mok1 (4)
H2 + O2 —> 2 H2O δΗ° = -242 kJ mok1 (5)
C + O2 + 2 CO ΔΗθ = - 111 kJ mok' (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 reak- 1 CZ 304134 B6 cemi uvolňujícími teplo - exotermické. Toto teplot je využíváno následně probíhajícími endotermickými reakčními procesy.
Při popisu děje probíhalo v reálném palivu lze použít následující souhrnnou rovnici:
CnHm + n/2 O2 O2 —> n CO + m/2 H2
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 nejvyšším obsahem tepelné energie, vlastnosti plazmatu navíc zaručují velmi rychlý přenos energie na látku, kteráje 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 média 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 při 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 vynálezu
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 řad 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 vynálezu. 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 odváděno 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 válcovité části reaktoru a je napojena na válcovitou spodní část reaktoru vyzdívkou s vrcholovým úhlem 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 vynálezu 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 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 byl 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 nalepování nataveného popílku na stěny reaktoru a teplosměnné plochy výměníku.
Dále je předmětem tohoto vynálezu 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 vynálezu je vylepšení konstrukce reaktoru určeného k plazmovému zplyňování, kdy vjednom 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 utilizačního 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 vynálezu je zajistit zlepšenou konstrukci funkci plnění vstupního materiálu, která omezuje riziko jeho zahoření v plnicím systému.
Další předměty a výhody budou patrnější z následující popisu a přiložených patentových nároků.
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 popeloviny, 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.
- j CZ 304134 B6
V prostředí části reaktoru, tzv. oxidační zóně jsou umístěny dvě až tři 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 tři plazmatrony (non transferable), 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.
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. Současně zde dochází vlivem prodlevy k dokončení 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.
Přehled 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 provedení vynálezu
Reaktor použitý pro metodu plazmového zplyňování může být svou velikostí uzpůsoben pro 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 vlastnostmi 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 plynuje do kotlové vody parního kotle pro výrobu syté páry nebo přehřáté páry. Parní kotel je podtlakový, plynotěsný a samonosný. Obvodové stěny 11 parního kotle jsou membránové a jsou zapojené do výparníků 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 uhličitý/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
-4CZ 304134 B6 startovací teplotu. Plazmatrony jsou napojeny na zdroj vysokého napětí, na tlakový vzduch a na chladicí okruh demineralizované vody. Spodní část i reaktoru se svažitým dnem je opatřena největší vrstvou vyzdívky J_0 a má tedy nejmenší 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 kjeho kontinuální analýze na příslušných zařízeních. Data poskytovaná jednotlivými měřicími místy jsou vyhodnocována řídicím systémem. Válcovitá část i reaktoru je demontovatelná přes přírubu od kotlové vrchní části 2 a také v místě jímání strusky pro snadnou výměnu nebo opravu žáruvzdorné vyzdívky 10.
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 J_L jsou membránové a jsou zapojené do výparníku kotle. Regulace tlaku v bubnu zamezuje vzniku rosného bodu spalin v kotli. Kotlové těleso 12 je umístěno nad kotlem a je propojeno systémem zavodňovacího a převáděcího potrubí 13. Kotel je vybaven zákonnou armaturou parních kotlů pro spolehlivý a bezpečný provoz s možností dálkového ovládání.
Vertikální komora 8 - je tvořena membránovými obvodovými stěnami JJ_ 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. Nalepován 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 části 1 reaktoru. Přenos teplaje 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 teplaje převážně konvekcí. Konstrukce teplosměnných ploch J_5 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 vynašeče 7.
Přehřívák páry - v případě, když se bude využívat vyrobená pára pro pohon parní 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 v střikovou 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.
-5 CZ 304134 B6
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 dávkovacího systému 22 do reaktoru navazuje najedno vyhrnovací 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 19 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 stavidlem 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 stoupajících 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 postupně 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 4000 °C, která se dosahuje při výrobu 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 i reaktoru, kde se hromadí tekutá tavenina vznikající z anorganického podílu vstupní suroviny a tavidla se teplota pohybuje 1300 až 1400 °C. Teplota taveniny ajejí 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 vysokojakostní oceli. Prachové částice jsou zachycovány 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.
-6CZ 304134 B6
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 plynuje potřeba zajistit na výstupu z reaktoru ustálený materiálový tok, stabilní složení a výhřevnost syntézního plynu.
Na vstupu 3 do reaktoru je možné ovlivňovat/řídit množství vstupní suroviny, množství uhlíkatého 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 21 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 roztaveného 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 plynu je přímo v tělese reaktoru využita k výrobě syté nebo přehřáté páry a syntézní 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 zplyňování a kotlové vrchní části 2, tvořené utílizačním 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 11 kotlové vrchní části 2 jsou membránové a jsou zapojeny do výparníku kotle. Kotlové těleso 12 je umístěno nad vrchní částí 2 a je propojeno systém zavodňovacího a převáděcího 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 páry, kotlový svazek.
Vertikální komora 8 je tvořena membránovými obvodovými stěnami 11 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 1 reaktoru vyzdívkou s vrcholovým úhlem do 60°. Objem vertikální komory 8 zabezpečí podchlazení plynu pod teplotou tečení popelovin. Zamezí se nalepování popílku na dodatkových teplosměnných plochách ve druhém tahu 9 kotle. Použitím holých membránových obvodových stěn J_L 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 teplaje radiací a přímý kontakt plynu se stěnami je omezen na minimum. Ve
-7CZ 304134 B6 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 teplaje 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 i 8 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 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 umožňuj použití parních ofukovačů pro periodické čištění ploch od usazeného popílku.
Kotlové tělesoj_2 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 1,5 tuny vstupní suroviny za hodinu - vnější průměr spodní válcovité části reaktoru 1600 mm, vnější průměr horní 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 10 000 mm, délka kotlového tělesa 3100 mm.

Claims (8)

1. Zařízení pro zplyňování různých druhů vstupní suroviny obsahujících uhlík prostřednictvím termického plazmatu za vzniku syntézního 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).
-8CZ 304134 B6
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 vynašeče (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, průtoková rychlost plynu v reaktoru a teploty plynu odváděného z reaktoru odtahovým výstupem (21), pro složení syntézního splynu 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 aje napojena na válcovitou spodní část (1) reaktoru vyzdívkou s vrcholovým úhlem do 60°.
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 druhého tahu (9) kotle je zařazen šotový přehřívák páry.
CZ20120277A 2012-04-20 2012-04-20 Zarízení pro zplynování ruzných druhu vstupní suroviny CZ2012277A3 (cs)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ20120277A CZ2012277A3 (cs) 2012-04-20 2012-04-20 Zarízení pro zplynování ruzných druhu vstupní suroviny

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ20120277A CZ2012277A3 (cs) 2012-04-20 2012-04-20 Zarízení pro zplynování ruzných druhu vstupní suroviny

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ304134B6 true CZ304134B6 (cs) 2013-11-13
CZ2012277A3 CZ2012277A3 (cs) 2013-11-13

Family

ID=49551959

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ20120277A CZ2012277A3 (cs) 2012-04-20 2012-04-20 Zarízení pro zplynování ruzných druhu vstupní suroviny

Country Status (1)

Country Link
CZ (1) CZ2012277A3 (cs)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CS272299B1 (en) * 1987-05-12 1991-01-15 Ernest Dr Gudymov Equipment for coal dust gasification
CN1869166A (zh) * 2006-05-08 2006-11-29 华东理工大学 一种固态排灰的气流床气化炉及其工业应用
CN1944594A (zh) * 2006-09-29 2007-04-11 华东理工大学 顶部设有多个喷嘴的气化反应器及其工业应用
CN102041098A (zh) * 2010-12-30 2011-05-04 云南煤化工集团有限公司 一种固定床熔渣气化炉

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CS272299B1 (en) * 1987-05-12 1991-01-15 Ernest Dr Gudymov Equipment for coal dust gasification
CN1869166A (zh) * 2006-05-08 2006-11-29 华东理工大学 一种固态排灰的气流床气化炉及其工业应用
CN1944594A (zh) * 2006-09-29 2007-04-11 华东理工大学 顶部设有多个喷嘴的气化反应器及其工业应用
CN102041098A (zh) * 2010-12-30 2011-05-04 云南煤化工集团有限公司 一种固定床熔渣气化炉

Also Published As

Publication number Publication date
CZ2012277A3 (cs) 2013-11-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2011223466B2 (en) Carbon Conversion System with integrated processing zones
CA2610806C (en) A system for the conversion of carbonaceous feedstocks to a gas of a specified composition
MX2008014166A (es) Sistema de reciclaje de calor para usar con un gasificador.
KR101338266B1 (ko) 가스 전환의 효율성을 최적화시키기 위한 수단을 포함하는 가스 개질 시스템
JP2008542481A (ja) 石炭を特定の組成のガスへ変換するためのシステム
JP2009536258A (ja) プラズマトーチ熱を使用したガス改質システム
JPH0613718B2 (ja) 発生炉ガスを製造するための反応器
CN102165046A (zh) 从生物质生成清洁的合成气
US11066612B1 (en) Biomass gasification device
CN101522561A (zh) 使用等离子体炬热的气体重整系统
RU2333929C1 (ru) Способ и установка для газификации твердого топлива
CN101942342A (zh) 固定床分级气化连续制气炉
CZ304134B6 (cs) Zarízení pro zplynování ruzných druhu vstupní suroviny
CZ24084U1 (cs) Zařízení pro zplyňování různých druhů vstupní suroviny
JP2009126882A (ja) 炉設備
CN116286058A (zh) 一种颗粒煤热解炭化装置
AU2011301418C1 (en) Method for generating synthesis gas
CN201834885U (zh) 固定床分级气化连续制气炉
JP6696929B2 (ja) ガス改質炉
BR112013027697B1 (pt) Processo e usina para produção de gás combustível e para realização de um processo metalúrgico
CA2652287A1 (en) A heat recycling system for use with a gasifier
CA2654367A1 (en) A gasifier comprising vertically successive processing regions
HK1132526A (en) A heat recycling system for use with a gasifier
ITTO20011090A1 (it) Impianto gasificatore per materiali di rifiuto.