CZ304761B6

CZ304761B6 - Způsob vhánění zplyňovacích látek do zplyňovacích prostorů obsahujících částice a zařízení k provádění tohoto způsobu

Info

Publication number: CZ304761B6
Application number: CZ2003-1818A
Authority: CZ
Inventors: Bernd Meyer; Reinhard Skoddow; Osman Turna
Original assignee: Envirotherm Gmbh
Priority date: 2002-09-13
Filing date: 2003-06-27
Publication date: 2014-10-01
Also published as: US20040052691A1; DE10242594B4; CN1482215A; US7021223B2; DE10242594A1; CN1227338C; CZ20031818A3; ZA200302719B

Abstract

Způsob vhánění zplyňovacích látek do zplyňovacích prostorů obsahujících částice u zplyňovacích zařízení s pevným ložem, fluidním ložem nebo proudem odletků prostřednictvím trysek (1), které jsou provedeny jako jednolátkové trysky, se provádí tak, že izorychlost zplyňovací látky v trysce (1) v přívodní části (5) neklesne pod minimální hodnotu 15 m/s, a že v navazující urychlovací části (7) se zplyňovací látka stále urychluje a po výstupu z ústí (6) trysky (1) se koncentruje v ohnisku (11). V zařízení k provádění tohoto způsobu tryska (1) na vhánění zplyňovací látky sestává z přívodní trubky (2) s přívodní částí (5), která přechází do urychlovací části (7) ve tvaru kužele, přičemž délka urychlovací části (7) činí 0,5 až 3násobek vnitřního průměru přívodní části (5). Nejhlouběji položené proudové vlákno (13) zplyňovací látky je skloněno dolů vůči horizontále (12) pod úhlem o velikosti v rozmezí od 0 do 30.degree..

Description

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu vhánění zplyňovacích látek do zplyňovacích prostorů obsahujících částice u zplyňovacích zařízení s pevným ložem, fluidním ložem nebo proudem odletků prostřednictvím trysek, které jsou provedeny jako jednolátkové trysky. Vynález se dále týká zařízení k pro10 vadění tohoto způsobu.

Dosavadní stav techniky

Ze spisu DE 41 04 252 Al je známý způsob likvidování odpadních látek obsahujících škodliviny a uhlík. Zařízení použité k tomuto účelu disponuje vysokou pecí a výfučnami. Vítr zahřátý prostřednictvím výfučen se vhání do základní části. Tato základní část tvoří zplyňovací prostor obsahující částice. Geometrie výfučen a vysoké pece zde není blíže uvedena. Z obrázku lze pouze seznat, že výfučny jsou orientovány přibližně vodorovně.

Zplyňovací látka, která je vháněna do zplyňovacích prostorů obsahujících částice u zplyňovacích zařízení s pevným ložem, fluidním ložem nebo proudem odletků, často sestává ze směsi páry a kyslíku. Kromě čistých směsí obsahujících páru a kyslík přicházejí v úvahu i jiné směsi, například s příměsí vzduchu, oxidem uhličitým CO2 a jinými plyny, které mají být zhodnoceny. Trys25 ky na vhánění zplyňovací látky jsou provedeny jednak jako trysky s vnějším chlazením ajednak i jako nechlazené takzvané jednosložkové nebo jednolátkové trysky. Z mnoha způsobů zplyňování byl v následujícím zvolen způsob zplyňování struskové lázně ve zplyňovacím zařízení BGL britského systému LURGI (British Gas/Lurgi), na němž bude zvlášť názorně vysvětleno vhánění zplyňovací látky v celé své komplexnosti.

Ve zplyňovacích zařízeních BGL se vhání směs páry a kyslíku se směšovacím poměrem přibližně 1 kg páry/Nm³ kyslíku. Trysky na vhánění zplyňovací látky jsou vůči horizontále skloněny směrem dolů. Proud zplyňovací látky vystupující z trysek je nasměrován na povrch struskové lázně ve spodní části zplyňovacího zařízení BGL. Směs zplyňovací látky reaguje při určitém pro35 vozu v bezprostřední blízkosti před ústím trysek s uhlíkovými částicemi nacházejícími se v reakčním prostoru a s jinými oxidovatelnými složkami a spalovacími reakcemi uvolňuje teplo. Ve vytvářejícím se větru ve zplyňovacím zařízení BGL se přitom obvykle dosahuje teplot až nad 2000 °C. Při těchto teplotách má struska formu nízkoviskózní kapaliny.

Hlava trysky vyčnívající do reakčního prostoru zplyňovacího zařízení BGL je pro zabránění ulpívání strusky a pro ochranu před tvorbou oxidů kovů intenzivně chlazena. Vnější obrysy trysek na vhánění zplyňovacích látek jsou kompaktní a jsou provedeny s co nej menším povrchem, aby plochy pro možné usazování strusky a pro přenos tepla do těchto trysek byly co nejmenší.

Trysky na vhánění zplyňovací látky jsou provedeny jako jednolátkové trysky. Aby za žádných okolností nemohla struska ani složky obsahující uhlík vnikat válcovým ústím do trysek a výstup z trysek omezovat nebo blokovat, vyfukuje se zplyňovací látka z ústí trysek s co nejvyšší rychlostí. Výstupní rychlost zplyňovací látky je při jmenovitém zatížení zplyňovacího zařízení BGL přibližně v rozsahu od 60 do 180 m/s. Čím vyšší je výstupní rychlost zplyňovací látky, tím vyšší je nebezpečí zpětného nasávání částic do trysek. Otvory trysek se zanášejí, až nakonec výstup zcela zablokují. Nesprávně fungující trysky se zjišťují měřením podle malé intenzity plamenu a podle zpětného pohybu určitého množství zplyňovací látky směrem k trysce. Prakticky zanesené nebo dokonce zablokované, takzvané „černé“, trysky musí být z bezpečnostních důvodů odstaveny. To vede ke snížení výkonu až do úplného předčasného odstavení zplyňovacího zařízení BGL.

Zkušenosti ukazují, že často se „černými“ stane více trysek současně nebo krátce po sobě, takže

- 1 CZ 304761 B6 tyto trysky musí být odstaveny, což vede k odstavení zplyňovacího zařízení BGL v krátké době. Aby trysky pro vhánění zplyňovací látky byly odolnější, musí se zplyňovací zařízení BGL chladit a vynášet. To má za následek dlouhé výpadky se značnými provozními odstávkami a náklady na údržbu. V praktickém provozu dochází stále častěji k odstavování zplyňovacího zařízení BGL v důsledku vnikání strusky a materiálu obsahujícího uhlíkové částice do trysek na vhánění zplyňovací látky, zejména při nestabilních provozních stavech a při opětovném najíždění do provozu.

Podstatným bezpečnostním kritériem pro provoz zplyňovacího zařízení BGL je zaručení nerušeného pravidelného výstupního proudění zplyňovací látky z trysek, kterého může být dosaženo pouze absolutní čistotou vnitřního obrysu trysek na vhánění zplyňovací látky v bezprostřední blízkosti jejich ústí. Ničím nerušený výstupní proud se zpravidla projevuje nerušeným a rovnoměrným vytvářením plamenu před tryskou. Nerušené volné vytváření proudu je nejlepší zárukou, že vystupující kyslík reaguje bezprostředně před tryskou, nevychyluje se a nedorazí do chladnějších částí zplyňovacího zařízení BGL nebo ke keramické vyzdívce nezreagován. Pro toto opatření doposud neexistují žádná řešení.

Jako zvlášť kritickou se ukázala zvýšená náchylnost k výpadku trysek na vhánění zplyňovací látky při zplyňování heterogenních směsí odpadních látek ve zplyňovacím zařízení BGL, u nichž se chování při zplyňování a při vytváření strusky vyznačuje zvlášť silnými nerovnoměrnostmi. Příčinami toho jsou extrémně rychle se měnící viskozita strusky a lychle se měnící výška struskové lázně v důsledku vysokého kolísání obsahu popela a jakosti, dále v důsledku velmi vysokých a velmi kolísajících teplot před tryskami způsobených vysokým a kolísajícím poměrem zplyňovací látky ke koksu odpadních látek, které jsou zpravidla vysoce těkavé, a konečně v důsledku silného pulsování tlaku ve výfučně před tryskami.

Problémy vhánění zplyňovací látky do zplyňovacích prostorů obsahujících částice, které byly popsány na zplyňovacím zařízení BGL, existují podobně i u jiných způsobů zplyňování, jakým je například zplyňování HTW ve fluidní vrstvě. Pro odstranění těchto problémů se proto používají velmi nákladné dvoulátkové trysky, které však omezují flexibilitu provozu. Rovněž jejich náchylnost k poruše nemůže být dostatečným způsobem snížena.

Podstata vynálezu

Úkolem vynálezu proto je zaručit za všech provozních stavů stabilní a nepřerušené přivádění zplyňovací látky do zplyňovacích prostorů obsahujících částice, jakož i nerušené, rovnoměrné a intenzivní vytváření plamene před tryskami na vhánění zplyňovací látky i při použití nanejvýš heterogenních materiálů, a zabránit zanášení trysek na vhánění zplyňovací látky, odstavování zanesených trysek, a proto i v konečném výsledku předčasnému odstavení zplyňovacích zařízení.

Uvedený úkol splňuje způsob vhánění zplyňovacích látek do zplyňovacích prostorů obsahujících částice u zplyňovacích zařízení s pevným ložem, fluidním ložem nebo proudem odletků prostřednictvím trysek, které jsou provedeny jako jednolátkové trysky, podle vynálezu, jehož podstatou je, že izorychlost zplyňovací látky v trysce v přívodní části neklesne pod minimální hodnotu 15 m/s, a že v navazující urychlovací části se zplyňovací látka stále urychluje a po výstupu z ústí trysky se koncentruje v ohnisku.

To znamená, že zplyňovací látka se do zplyňovacího prostoru přivádí tak, že její lychlost, vztažená na izotermické a izobarické podmínky, to znamená takzvaná izorychlost, má krátce před výstupem zplyňovací látky z ústí trysky, to znamená v přívodní části, minimální hodnotu 15 m/s a zplyňovací látka se v následující poslední části trysky neustále urychluje až bezprostředně k výstupu zplyňovací látky z ústí trysky, to znamená v urychlovací části, a za ústím trysky se koncentruje v ohnisku.

-2CZ 304761 B6

V případech, v nichž se v reakčním prostoru nacházejí kapalné částice strusky nebo strusková lázeň, v poslední části trysky, viděno ve směru proudění vůči horizontále, je nejhlouběji ležící proudové vlákno zplyňovací látky s výhodou nasměrováno se sklonem dolů nebo nejvýše vodorovně.

Dodržení minimální izorychlosti zplyňovací látky v přívodní části krátce před výstupem zplyňovací látky z ústí trysky slouží k tomu, aby vnitřek trysky byl chráněn za všech okolností před vnikajícím materiálem. Obvykle je nutno dodržovat minimální izorychlosti při dílčím zatížení v rozmezí od 15 do 20 m/s.

Vynález dále vychází z poznatku, že urychlování proudění zplyňovací látky v urychlovací části již samo za drsných a nepravidelných provozních podmínek umožňuje úplné a bezpečné zabránění zanášení látek do trysky až do nejvyšších výstupních izorychlosti. Proudění zvlášť těsně přilne na vnitřní obrys urychlovací části až bezprostředně k výstupu zplyňovací látky z trysky v ústí trysky, takže na vnitřní stěnu trysky se nemůže dostat žádný materiál, a to i tehdy, když je tryska ponořená do struskové lázně. Izorychlost zplyňovací látky se v urychlovací části zvyšuje o 20 až 200 %, s výhodou o 50 až 100 %. Urychlení zplyňovací látky z izorychlosti způsobí to, že trysky na vhánění zplyňovací látky jsou za všech provozních stavů chráněny před vnášením pevných látek, a tudíž před zanášením nebo blokováním.

Uvedený úkol dále splňuje zařízení k provádění způsobu podle vynálezu, přičemž podstatou vynálezu je, že tryska na vhánění zplyňovací látky sestává z přívodní trubky s přívodní částí, která přechází do urychlovací části ve tvaru kužele, přičemž délka urychlovací části činí 0,5 až 3násobek vnitřního průměru přívodní části, přičemž nejhlouběji položené proudové vlákno zply25 ňovací látky je skloněno dolů vůči horizontálně pod úhlem o velikosti v rozmezí od 0 do 30°. Průměr na začátku urychlovací části je s výhodou menší neboje roven průměru přívodní části

Urychlováním zplyňovací látky v urychlovací části až přímo k ústí trysky je možno dosáhnout zaostření proudu zplyňovací látky v ohnisku několik milimetrů před ústím trysky, a proto i mírného podtlaku vůči tlaku panujícímu v ústí trysky. Vrcholový úhel kužele urychlovací části se z tohoto důvodu stanoví v rozmezí od 5 do 20°. Struska a složky obsahující uhlík, které se z vnějšku dostanou k ústí trysky, se pohybují do ústí trysky pryč do ohniska a odtud dále s proudem zplyňovací látky do vnitřku zplyňovacího prostoru. Vytváření usazenin v ústí trysky se tím účinně zabrání. Zvýšením výstupní rychlosti zplyňovací látky, podtlaku před tryskou a prodloužením podtlakové oblasti se zvýší vnášení uhlíku do proudu zplyňovací látky, a proto i obrácení pohybu uhlíku před tryskami.

Zúžení trysky na vhánění zplyňovací látky v urychlovací části je v případě přítomnosti kapalné strusky nebo struskové lázně ve zplyňovacím prostoru omezeno mimo jiné tím, že směr proudění, viděno vůči horizontále, je nejhlouběji položeného proudového vlákna zplyňovací látky skloněn vůči horizontálně směrem dolů v rozmezí od 0 do 30°, s výhodou od 5 do 15°, neboje nanejvýš vodorovný. Toto úhlové omezení podle vynálezu zajišťuje, aby se při ponoření trysky do struskové lázně nemohla uvnitř trysky usazovat žádná struska. Kromě toho nemůže docházet ani v průběhu odstávky k žádnému usazování materiálu v trysce.

Vynález zásadně výhodně ovlivňuje zplyňování obtížněji zplyňovaných látek, jak bude dále objasněno na příkladu zplyňovacího zařízení BGL. Trysky na vhánění zplyňovacích látek zůstávají v první řadě při trvání provozu nezanesené. Bez problémů jsou zvládány nízké až vysoké průtoky zplyňovací látky. Doba provozu a výkon zplyňovacího zařízení BGL již nejsou omezovány problémy spojenými se zanášením trysek na vhánění zplyňovací látky. Uvádění do provozu a mimo provoz je plně ovládáno i v komplikovaných provozních situacích. Zvýšení výstupní rychlosti zplyňovací látky a zaostřování jejího proudu vedou ke zrovnoměmění zplyňovacích postupů ve výfučně a k vyšší bezpečnosti ohledně nerušeného a rovnoměrného vytváření plamene před trys-3CZ 304761 B6 kou. Zabrání se nebezpečnému odchylování proudu, vnikání nezreagované zplyňovací látky do chladnějších částí vedoucímu až k poškození vyzdívky nebo jiným nekontrolovaným reakcím.

Přehled obrázku na výkrese

Vynález bude dále blíže objasněn na příkladném provedení podle přiloženého výkresu, na němž je schematicky znázorněn řez tiyskou na vhánění zplyňovací látky.

Příklady provedení vynálezu

Nyní bude popsáno přivádění zplyňovací látky do velkého zplyňovacího zařízení BGL pro zplyňování extrémně heterogenních odpadních látek. Do zplyňovacího zařízení BGL se přivádí celkem šesti tryskami i zplyňovací látka ve formě směsi 3 sestávající z 6000 Nm^{2 3}/h kyslíku a 5700 kg/h páry. Trysky i jsou vytvořeny jako takzvané jednolátkové trysky s kruhovým průřezem. Na obrázku je schematicky znázorněn řez předním koncem trysky i. Chladicí plášť, který obklopuje přívodní trubku 2, není kvůli zjednodušení znázorněn. Do přívodní trubky 2 se přivádí směs 3 s teplotou 260 °C. V prostoru výfučny 4 panuje tlak o velikosti 2,5 MPa a střední teplota o velikosti 2100 °C. Vnitřní obrys trysky I sestává podle vynálezu ze dvou částí 5 a 7, tj. z přívodní části 5 provedené ve tvaru válce a z urychlovací části 7 zužují se kuželovité k ústí 6 trysky I, přičemž urychlovací část 7 je provedena jako přivařené pouzdro. Místo, v němž začíná urychlovací část 7, je označeno jako přechod 9. Přechod 9 představuje skokové zúžení průměru z 25 na 24 mm. Směs 3, která tvoří vháněnou zplyňovací látku, proudí přívodní částí 5 s izorychlostí o velikosti 104 m/s (při teplotě 300 °C a tlaku 2,5 MPa). Od přechodu 9 se izorychlost v urychlovací části 7 plynule zvyšuje až k výstupu z ústí 6 trysky i, který má průměr o velikosti 19 mm. Proud 10 zplyňovací látky vystupuje z ústí 6 s izorychlostí o velikosti 179 m/s. Délka urychlovací části 7 činí 23,8 mm a vrcholový úhel kužele je proto 6°. Před ústím 6 trysky I pokračuje urychlování proudu 10 zplyňovací látky ještě na vzdálenosti několika milimetrů a v ohnisku 11 dosahuje maximální izorychlostí a nejnižšího statického tlaku.

Osa trysky i je skloněna směrem dolů pod úhlem 20° vůči horizontále 12. Nejhlouběji položené proudové vlákno 13 zplyňovací látky má sklon dolů vůči horizontále 12 o velikosti 14°.

Realizováním výše popsaného provedení trysky i ve velkém zplyňovacím zařízení byl v praxi vyřešen zadaný úkol vynálezu. Podle vynálezu bylo dosaženo výhod vůči dosavadnímu stavu techniky ve všech uvedených bodech.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob vhánění zplyňovacích látek do zplyňovacích prostorů obsahujících částice u zplyňovacích zařízení s pevným ložem, fluidním ložem nebo proudem odletků prostřednictvím trysek, které jsou provedeny jako jednolátkové trysky, vyznačující se tím,

- že izorychlost zplyňovací látky v trysce (1) v přívodní části (5) neklesne pod minimální hodnotu 15 m/s, a

- že v navazující urychlovací části (7) se zplyňovací látka stále urychluje a po výstupu z ústí (6) trysky (1) se koncentruje v ohnisku (11).
2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že v případě přítomnosti částic kapalné strusky nebo struskové lázně ve zplyňovacím prostoru v urychlovací části (7), při pohledu

-4CZ 304761 B6 ve směru proudění vůči horizontále (12), je nejhlouběji položené proudové vlákno (13) zplyňovací látky skloněno směrem dolů neboje nasměrováno nanejvýš vodorovně.
3. Způsob podle nároků la2, vyznačující se tím, že v přívodní části (5) se nastaví

5 minimální izorychost zplyňovací látky v rozmezí od 15 do 20 m/s.
4. Způsob podle jednoho z nároků laž3, vyznačující se tím, že izorychlost zplyňovací látky v urychlovací části (7) se neustále zvyšuje o 20 až 200 %, s výhodou o 50 až 100 %.

ío
5. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že nejhlouběji položené proudové vlákno (13) zplyňovací látky je skloněno dolů vůči horizontále (12) pod úhlem o velikosti v rozmezí od 0 do 30°, s výhodou v rozmezí od 5 do 10°.
6. Zařízení k provádění způsobu podle jednoho z nároků laž5, vyznačující se tím,

15 že tryska (1) na vhánění zplyňovací látky sestává z přívodní trubky (2) s přívodní částí (5), která přechází do urychlovací části (7) ve tvaru kužele, přičemž délka urychlovací části (7) činí 0,5 až 3násobek vnitřního průměru přívodní části (5), přičemž nejhlouběji položené proudové vlákno (13) zplyňovací látky je skloněno dolů vůči horizontále (12) pod úhlem o velikosti v rozmezí od 0 do 30°.
7. Zařízení podle nároku 6, vyznačující se tím, že průměr na začátku urychlovací části (7) je menší neboje roven průměru přívodní části (5).
8. Zařízení podle nároků 6a 7, vyznačující se tím, že vrcholový úhel kužele urych25 lovací části (7) je v rozmezí od 5 do 20°.