EA022238B1 - Способ и система для производства чистого горячего газа на основе твердых топлив - Google Patents

Способ и система для производства чистого горячего газа на основе твердых топлив Download PDF

Info

Publication number
EA022238B1
EA022238B1 EA201170390A EA201170390A EA022238B1 EA 022238 B1 EA022238 B1 EA 022238B1 EA 201170390 A EA201170390 A EA 201170390A EA 201170390 A EA201170390 A EA 201170390A EA 022238 B1 EA022238 B1 EA 022238B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
gas
stage
fuel
ash
burning
Prior art date
Application number
EA201170390A
Other languages
English (en)
Other versions
EA201170390A1 (ru
Inventor
Дженс Далл Бентзен
Original Assignee
ДАЛЛ ЭНЕРДЖИ ХОЛДИНГ АпС
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
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=41721998&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=EA022238(B1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by ДАЛЛ ЭНЕРДЖИ ХОЛДИНГ АпС filed Critical ДАЛЛ ЭНЕРДЖИ ХОЛДИНГ АпС
Publication of EA201170390A1 publication Critical patent/EA201170390A1/ru
Publication of EA022238B1 publication Critical patent/EA022238B1/ru

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G5/00—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
    • F23G5/24—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor having a vertical, substantially cylindrical, combustion chamber
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/02—Fixed-bed gasification of lump fuel
    • C10J3/20—Apparatus; Plants
    • C10J3/34—Grates; Mechanical ash-removing devices
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/72—Other features
    • C10J3/723—Controlling or regulating the gasification process
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/72—Other features
    • C10J3/80—Other features with arrangements for preheating the blast or the water vapour
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10K—PURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
    • C10K1/00—Purifying combustible gases containing carbon monoxide
    • C10K1/08—Purifying combustible gases containing carbon monoxide by washing with liquids; Reviving the used wash liquors
    • C10K1/10—Purifying combustible gases containing carbon monoxide by washing with liquids; Reviving the used wash liquors with aqueous liquids
    • C10K1/101—Purifying combustible gases containing carbon monoxide by washing with liquids; Reviving the used wash liquors with aqueous liquids with water only
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G5/00—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
    • F23G5/02—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor with pretreatment
    • F23G5/027—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor with pretreatment pyrolising or gasifying stage
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G5/00—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
    • F23G5/50—Control or safety arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L7/00—Supplying non-combustible liquids or gases, other than air, to the fire, e.g. oxygen, steam
    • F23L7/007—Supplying oxygen or oxygen-enriched air
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2200/00—Details of gasification apparatus
    • C10J2200/09—Mechanical details of gasifiers not otherwise provided for, e.g. sealing means
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2200/00—Details of gasification apparatus
    • C10J2200/15—Details of feeding means
    • C10J2200/154—Pushing devices, e.g. pistons
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2200/00—Details of gasification apparatus
    • C10J2200/15—Details of feeding means
    • C10J2200/158—Screws
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0913—Carbonaceous raw material
    • C10J2300/0916—Biomass
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0913—Carbonaceous raw material
    • C10J2300/0916—Biomass
    • C10J2300/092—Wood, cellulose
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0913—Carbonaceous raw material
    • C10J2300/0946—Waste, e.g. MSW, tires, glass, tar sand, peat, paper, lignite, oil shale
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0953—Gasifying agents
    • C10J2300/0956—Air or oxygen enriched air
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0953—Gasifying agents
    • C10J2300/0973—Water
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/18—Details of the gasification process, e.g. loops, autothermal operation
    • C10J2300/1861—Heat exchange between at least two process streams
    • C10J2300/1884—Heat exchange between at least two process streams with one stream being synthesis gas
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/18—Details of the gasification process, e.g. loops, autothermal operation
    • C10J2300/1861—Heat exchange between at least two process streams
    • C10J2300/1892—Heat exchange between at least two process streams with one stream being water/steam
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G2201/00—Pretreatment
    • F23G2201/30—Pyrolysing
    • F23G2201/303—Burning pyrogases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G2201/00—Pretreatment
    • F23G2201/30—Pyrolysing
    • F23G2201/304—Burning pyrosolids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G2201/00—Pretreatment
    • F23G2201/40—Gasification
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L2900/00—Special arrangements for supplying or treating air or oxidant for combustion; Injecting inert gas, water or steam into the combustion chamber
    • F23L2900/00001—Treating oxidant before combustion, e.g. by adding a catalyst
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/12—Heat utilisation in combustion or incineration of waste
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/34—Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Gasification And Melting Of Waste (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)

Abstract

Твердое топливо можно преобразовать в чистый горячий печной газ с низким содержанием летучих органических соединений (ЛОС), NOx и пыли, а также чистой золы с низким содержанием углерода, посредством термического реактора, разделенного на стадии, где процесс конверсии твердого топлива осуществляют в отдельных вертикальных стадиях (снизу вверх): выгорание золы, окисление и превращение в газ угля, пиролиз, стадия сушки и сжигания газа, где сжигается газ из газогенератора.

Description

Изобретение относится, среди прочего, к способу и системе для производства чистого горячего печного газа с низким содержанием летучих органических соединений (ЛОС), NΟx и пыли, а также чистой золы с низким содержанием углерода, посредством термического реактора, разделенного на стадии. В термическом реакторе, разделенном на стадии, процесс преобразования твердого топлива в отдельных вертикальных стадиях (снизу вверх) представлен следующим образом: выгорание золы, окисление и превращение в газ угля, пиролиз, стадия сушки и сжигания газа, при этом сжигается газ из газогенератора. Стадия сжигания газа выполняет функцию газовой горелки и источника тепла для сушки и пиролиза верхнего слоя в газогенераторе с восходящей тягой.
Широко известно производство горячих печных газов во время термической конверсии. Горячий печной газ может использоваться для многих целей, например для производства пара, горячей воды, горячих масел и т.п.
Имеется в виду документ \УО 2007/036236 А1, который касается рекуперации тепла горячего газа, производимого в термическом реакторе, посредством впрыскивания воды в газ в одной или более зонах впрыска в таком количестве и таким образом, что вследствие испарения воды температура газа уменьшается до температуры ниже 400°С и температура конденсации газа становится по меньшей мере 60°С, предпочтительно по меньшей мере 70°С, возможно 80 или 85°С. Затем газ может проводиться через конденсирующее теплообменное устройство, где, по меньшей мере, часть содержания водяного пара в газе конденсируется, а тепло конденсации может использоваться для нагревания потока жидкости, в основном, воды и документ \УО 2007/081296, который относится к газогенератору, который может работать с нисходящим потоком или с восходящим потоком для производства синтетического газа из сортированных/несортированных городских твердых отходов (ГТО), топлива из твердых отходов (ТТО), производственных отходов, включая шлак от станций водоочистки, отходов кожевенного производства, сельскохозяйственных отходов и биомассы, при этом газогенератор содержит узкую зону, зону сушки, зону пиролиза, зону восстановления и окисления, секцию для золы, предохранительный клапан, поворотный клапан, вибратор и несколько устройств запала и документ И8 6024032 А, в котором раскрыт способ производства тепловой энергии из твердых углеродсодержащих топлив. Способ включает подвергание углеродсодержащего топлива практически анаэробному пиролизу в по меньшей мере одной первой зоне и затем перенос угля, образовавшегося в результате пиролиза, во вторую зону, отделенную от первой зоны или зон. Уголь подвергается превращению в газ во второй зоне посредством ввода первичного воздуха для горения, факультативно с паром и/или переработанным отработавшим газом. Газы, отходящие из второй зоны, а также пирогазы из первой зоны или зон после этого подвергают вторичному сжиганию. Первая зона или зоны нагреваются посредством тепла, получаемого от вторичного сжигания. Зола удаляется из нижней части второй зоны и документ \УО 01/68789 А1, в котором раскрыт многоэтапный процесс газификации и система для термической газификации фракций специальных отходов и биомассы, к примеру, дерева, содержащая сушилку (1), в которой топливо высушивается перед контактированием с перегретым паром. Высушенное топливо подается в пиролитическое устройство (4), в которое также подается перегретый пар. Летучая смола, содержащая компоненты, производимые в пиролитическом устройстве (4), проходит в зону (5) окисления, в которой добавляется окислитель для обеспечения частичного окисления, в результате чего содержание смолы значительно уменьшается. Компоненты твердого топлива из пиролитического устройства (4) могут подаваться в установку (6) газификации, в которую подаются горячие газы из зоны (5) окисления. В установке (6) газификации компоненты твердого топлива превращаются в газ или углерод. Газ, производимый в установке (6) газификации, может сжигаться в установке (7) сжигания, такой, как двигатель внутреннего сгорания. Таким образом, получают способ газификации с высокой энергоэффективностью, низким содержанием смолы в газе, полученном в результате газификации и с умеренным риском шлакообразования для широкого спектра топлив, включая топлива с большим содержанием влаги для превращения в газ биомассы и отходов и документ \УО 2008/004070 А1, в котором раскрыт: Способ управления аппаратом для генерирования электроэнергии и аппарат для использования в указанном способе, при этом аппарат содержит: газогенератор для биомассы, такой как отходы, древесная стружка, солома и т.п. Указанный газогенератор выполнен шахтного типа, с восходящей тягой и стационарным слоем, и его загружают в верхней части сырьем для газификации, а в нижней части вводится агент газификации, при этом газовый двигатель приводит электрогенератор для производства электроэнергии, причем указанный газовый двигатель приводится топливным газом из газогенератора. Посредством подвода производимого топливного газа напрямую из газогенератора в газовый двигатель и контроля производства топливного газа в газогенераторе для поддержания выработки электроэнергии на постоянном уровне удается избежать необходимости использования газохранилища между газогенератором и газовым двигателем.
Предпосылки изобретения
Термические реакторы.
Твердое топливо обычно преобразуют в горючий газ (газификация) или в печной газ (сжигание) в реакторе с подвижным слоем или в реакторе с псевдоожиженным слоем.
Реакторы с подвижным слоем, как правило, делятся на следующие категории: с восходящей тягой (воздух/газ поднимается вверх, а топливо опускается вниз); с обратной тягой (воздух и топливо опуска- 1 022238 ются вниз) или в виде системы на основе колосниковой решетки/механической колосниковой решетки (движущаяся колосниковая решетка, вибрирующая колосниковая решетка, механическая колосниковая решетка), в которой топливо движется горизонтально (часто с уклоном назад).
Реакторы с псевдоожиженным слоем, как правило, делятся на следующие категории: с кипящим псевдоожиженным слоем (КПС), циркулирующим псевдоожиженным слоем (ЦПС) или с эжектируемым потоком (ЭП).
Большинство реакторов изначально предназначено для конверсии угля. Свежее твердое топливо, такое как биомасса или отходы, обладает очень разнообразными свойствами, по сравнению с углем. В частности, содержание летучих веществ и воды в биомассе и отходах значительно выше. В угле содержание летучих веществ, как правило, составляет ниже 30%, в то время как в биомассе и отходах содержание летучих веществ, как правило, составляет более 65% (на основании сухой беззольной массы). Более того, содержание воды в свежей биомассе и отходах зачастую составляет более 20% и даже зачастую более 50%, таким образом, сушка топлива зачастую представляет собой очень важный вопрос в реакторах для биомассы и отходов. Также содержание и состав золы может сильно отличаться для угля и биомассы/отходов. Также содержание щелочных металлов (Ыа, Ка), хлора, калия, кремния и др. может быть значительно выше, при этом известно, что температура плавления золы биомассы и отходов значительно ниже, чем угля.
Таким образом, обычные угольные реакторы не являются оптимальными для конверсии биомассы и отходов.
Подающие системы и средства транспортирования топлива
Подающие системы представляют собой, как правило, шнековые, проталкивающие или пневматические колосниковые решетки с механическим забрасывателем подающие устройства.
В системах с колосниковыми решетками топливо транспортируется колосниковыми решетками. В большинстве случаев воздух для горения подводится через колосниковую решетку. В таких системах могут быть актуальны некоторые проблемы, включая перегрев определенных участков колосниковой решетки, неравномерное распределение воздуха, осыпание золы/угля через колосниковую решетку, осуществление контроля за стадиями на колосниковой решетке и т.д.
В системах с псевдоожиженным слоем топливо смешивают с загрузочным материалом. Системы с псевдоожиженным слоем могут также сталкиваться с проблемами отделения загрузочного материала от золы, а также с разделением различных этапов процесса, поскольку системы с псевдоожиженным слоем, как правило, являются реакторами с тщательным перемешиванием.
Газогенераторы с восходящей тягой обычно используются, когда целью конверсии является производство горючего газа. Газогенераторы с восходящей тягой обычно используются для производства бытового газа, а также в последнее время для работы газовых двигателей, как описано в документе νθ 2008/004070 А1. Газогенераторы с восходящей тягой обладают простым механизмом подачи и транспортировки как в реактор, так и из реактора, при этом зола может удаляться в холодном состоянии. Когда слой золы находится в нижней части реактора, добавляют агент газификации (воздух/пар). Хорошо известно, что газогенераторы с восходящей тягой очень хорошо превращают топливо, при этом в золе остается очень мало углерода. Технология газификации с восходящей тягой известна как простая и надежная. Однако технология газификации с восходящей тягой обладает некоторыми недостатками, такими как:
Произведенный газ обладает высоким содержанием СО, смол, а также других несгоревших газов, которые трудно удалить, в то время как целью газогенератора является производство синтетического газа.
Линейное увеличение обычно является труднодостижимым, поскольку используются округлые формы.
Слой загрузки является относительно высоким, например 4 м или более, если используется мокрое топливо, поскольку для сушки требуется долгое время реакции. В системах, таких, которые описаны в документах И8 6024032 А и νθ 01/68789 А1 одна или несколько реакций процесса физически отделены от других. Благодаря этому возможны некоторые преимущества процесса, однако также возможно и наличие недостатков, поскольку реактор становится больше;
более дорогостоящим в изготовлении; более дорогостоящим в обслуживании.
Содержание воды в топливе
Как правило, устройство сжигания выполнено или для топлива с высоким содержанием воды (и низкой теплотворной способностью), или для топлива с низким содержанием воды (с высокой теплотворной способностью). Однако потребители зачастую предпочитают устройство, в котором можно сжигать широкий диапазон топлив.
В документе νθ 2007/036236 А1 описано решение данной проблемы. В случае, если устройство сжигания предназначено для мокрых топлив, а получает сухое топливо, тогда недостаток воды в топливе может компенсироваться посредством добавления воды в топливо или в термический реактор, таким
- 2 022238 образом, зона сушки не становится слишком горячей, что влияет на формирование ΝΟχ и/или перегрев материалов.
Сжигание газа
Одной из основных технических, а также проблем окружающей среды при превращении твердых топлив в чистый печной газ, является предотвращение наличия нежелательных веществ в печном газе. Данные вещества включают органические материалы: СО, ПАУ (полиароматические углеводороды), диоксин или ЛОС;
Νοχ;
частицы;
другое.
В установках для сжигания из уровня техники зачастую содержится несколько стадий нагнетания воздуха (первичного, вторичного и третичного воздуха) с большим количеством форсунок и/или газоочистных средств, расположенных ниже, таких как фильтры для удаления ΝΟχ, установки для окисления органических материалов или пылесборники для достижения достаточно низких выбросов.
Сжигание органических материалов может быть оптимизировано посредством обеспечения эффективного смешивания кислорода с газом и обеспечения высокого времени удерживания, например 2 с или более, а также посредством обеспечения высокой температуры сжигания, например, 900°С или более.
Термические ΝΟχ формируются на стадии сжигания газа и в основном зависят от температуры. Чем выше температура, тем больше формирование ΝΟχ, а также чем выше содержание кислорода, тем больше ΝΟχ формируется.
Формирование ΝΟχ умеренное при температуре ниже 1100°С, однако формирование ΝΟχ увеличивается при температуре выше 1100°С.
Выброс частиц обычно высокий в реакторах с псевдоожиженным слоем и для систем с колосниковыми решетками, тогда как известно, что газогенераторы с восходящей тягой образуют газ с низким содержанием частиц.
Топливные ΝΟχ
Кроме термических ΝΟχ, как было описано выше, ΝΟχ могут также формироваться из азота в топливе: топливные ΝΟχ формируются при избыточном стехиометрическом отношении воздух/топливо в топливе. Зачастую это происходит в системах с колосниковыми решетками и в сжигательных установках с псевдоожиженным слоем, однако не характерно для газогенераторов с восходящей тягой. Широко известно, что газогенераторы с восходящей тягой производят газ с низким содержанием ΝΟχ.
Содержание кислорода в печном газе
Важным параметром для сжигательных установок является содержание кислорода в печном газе. Чем ниже содержание кислорода, тем лучше.
Существует несколько преимуществ низкого содержания кислорода, среди которых: меньшие капиталовложения и энергопотребление для воздуходувки;
меньшее количество печного газа и таким образом меньшие и более дешевые компоненты, идущие после термического реактора;
более высокое содержание пара в печном газе и таким образом лучшие излучающие свойства;
Более высокая температура конденсации воды в печном газе и таким образом более высокая энергоэффективность конденсационного охладителя.
Как правило, избыточный воздух составляет более 5%, например 7% (на сухой вес), что соответствует лямбда (стехиометрическое отношение), равному 1,3 или более.
Содержание пара в печном газе
Существует несколько преимуществ высокого содержания пара в печном газе. Данные преимущества включают, но не ограничиваются следующими преимуществами:
улучшенными излучающими свойствами;
улучшенным восстановлением тепла в конденсационном устройстве; предотвращением формирования сажи;
ограничением температуры и, таким образом формирования ΝΟχ.
Распределение воздуха
В обычных сжигательных установках воздух распределяется на множество стадий сжигания:
стадия сушки;
стадия пиролиза;
стадия газификации/окисления;
стадия выгорания золы;
стадия сжигания газа, обычно в виде нескольких стадий (вторичная и третичная стадии).
Когда кислород подводится на стадию сушки, и/или пиролиза, и/или стадию окисления, специально не ставится цель выгорания дегазированного угля или сжигания газа, что в результате приводит к высокому уровню избыточного воздуха во всей установке.
- 3 022238
Содержание пара и кислорода в воздухе для горения
Обычно для сжигания используется необработанный воздух, однако свойства воздуха могут быть улучшены посредством добавления в него пара и/или кислорода.
Наличие пара в первичном воздухе приводит к более низким температурам в зоне окисления, что предотвращает шлакование золы и улучшает реакцию газификации (Н2О + С СО + Н2).
Наличие пара во вторичном воздухе понижает температуру в секции сжигания газа, таким образом, уменьшая формирование ΝΟχ. Дополнительный пар предотвращает формирование сажи.
Высокое содержание кислорода приводит к низкому массовому расходу жидкости при сжигании, таким образом уменьшая размер установки.
Содержание углерода в золе
В системах с колосниковой решеткой и псевдоожиженным слоем содержание углерода в золе зачастую составляет 10% или более. Это приводит к неэффективности и проблемам окружающей среды: углерод содержит полезную энергию, которая не используется, а также недружелюбные к окружающей среде вещества, такие как ПАУ.
Кроме того, основная техническая проблема заключается в том, что зола спекается при температуре 700-900°С в зависимости от ее компонентов. Для предотвращения спекания золы в системах с колосниковой решеткой и псевдоожиженным слоем содержание угля зачастую высокое, например 10% или выше.
Кроме того, в системах с колосниковой решеткой несгоревшее топливо с высоким содержанием угля зачастую падает через колосниковую решетку, таким образом содержание угля в зольном остатке увеличивается.
Система удаления золы
В системах с колосниковой решеткой и в системах с псевдоожиженным слоем системы удаления золы дорогостоящие и сложные.
В системах с псевдоожиженным слоем смешивают золу и песок, таким образом после удаления золы/песка песок необходимо отделить от золы.
Системы удаления золы газогенераторов с восходящей тягой могут быть выполнены простыми, поскольку температура на колосниковой решетке низкая.
Движущиеся части в реакторе и на горячих стадиях
В системах с колосниковыми решетками топливо транспортируется от впускного отверстия к выпускному отверстию для золы посредством колосниковой решетки. Обычно данная колосниковая решетка выполнена из высококачественной стили и является дорогостоящей, а также требует замены. При нормальных условиях часть колосниковой решетки требует замены, по меньшей мере, ежегодно, причем расходы, связанные с простоем, материалами и стоимостью самой работы, могут быть очень высокими.
В некоторых газогенераторах с восходящей тягой в верхней части имеется большой смеситель для равномерного перемешивания топлива.
Формы
Реакторы с псевдоожиженным слоем, а также газогенераторы с восходящей тягой, как правило, круглые, а системы с колосниковыми решетками, как правило, прямоугольные.
Круглая форма обычных газогенераторов с восходящей тягой в результате дает максимальную мощность приблизительно 10 МВт термической энергии.
Основной показатель, типичный для газогенераторов с восходящей тягой, соответствует 1 МВт на м2 газификационного реактора. При 7 МВт мощности диаметр составляет более 3 м и при таком размере поток может стать неравномерным. Таким образом, нельзя не отметить, что приблизительно 10 МВт это максимальная подводимая мощность для газогенераторов с восходящей тягой.
Размер установок
Сжигательные установки изготавливаются небольшими, например в виде печек мощностью 5 кВт и даже меньше, или очень большими, например в виде электростанций с угольными топками, мощность которых может составлять несколько сотен МВт.
Коэффициент рабочего регулирования
Обычно коэффициент рабочего регулирования в системах с колосниковой решеткой и в системах с псевдоожиженным слоем составляет 1:2, в то время как газогенераторы с восходящей тягой могут иметь коэффициент рабочего регулирования 1:10 или даже 1:20.
Описание изобретения и его предпочтительных вариантов осуществления
Данное изобретение предоставляет усовершенствованный способ и усовершенствованную систему или установку для сжигания биомассы и отходов. Различные аспекты, особенности и варианты осуществления изобретения будут раскрыты в следующем описании.
Термические реакторы
Данное изобретение можно рассматривать использующим технологию с подвижным слоем. Принцип газификации с восходящей тягой используется для преобразования топлива в газ и золу. В многочисленных предпочтительных вариантах осуществления топливо подается сверху и преобразуется в горючий газ на следующих последовательных и связанных стадиях (сверху и снизу): стадия сушки, стадия
- 4 022238 пиролиза, стадия газификации и окисления угля, а также стадия выгорания золы. Выше газогенератора с восходящей тягой находится стадия сжигания газа, на которой сжигают газы из газогенератора с восходящей тягой, а тепло от сжигания газа переносится к верхнему слою топлива в газогенераторе с восходящей тягой, что таким образом эффективно высушивает и пиролизует топливо.
Таким образом, данное изобретение предлагает способ разложения горючего органического материала, при этом указанный способ включает: нагрев топлива на отдельных стадиях (к примеру, стадии сушки, стадии пиролиза, стадии газификации и окисления, стадии выгорания и стадии окисления газа) до температур, при которых топливо распадается на газообразные и твердые компоненты.
Далее топливо на стадии сушки и стадии пиролиза нагревают посредством газов, сформированных при процессах окисления.
В контексте данного описания термин стадия предпочтительно используется для обозначения конкретного участка внутри камеры, при этом данная камера определяется стенками. Кроме этого, стадия предпочтительно определяется в виде участка, на котором осуществляется определенный процесс. Ввиду этого, различные стадии (например, сушки, пиролиза, газификации и окисления угля, выгорания золы) являются отдельными последовательными стадиями, при этом на отдельных стадиях осуществляется различная переработка топлива. Кроме того, стадии являются последовательными и связанными, причем топливо переходит напрямую от одной стадии к другой.
Соответственно некоторые аспекты изобретения касаются способа преобразования твердого углеродсодержащего топлива в печной газ и золу в термическом реакторе, при этом указанный способ включает нагрев топлива на отдельных стадиях до температур, при которых топливо распадается на газообразные и твердые компоненты, причем указанные стадии содержат:
стадию пиролиза, на которой топливо пиролизуют без добавления кислорода, стадию газификации и окисления, стадию выгорания золы, на которой добавляют кислород, и стадию сжигания газа, на которой добавляют кислород, где топливо на стадии пиролиза нагревают посредством газов, сформированных на стадии газификации и окисления, а также на стадии сжигания газа.
Во многих аспектах данного изобретения стадии являются последовательными, при этом на стадии газификации и окисления уголь превращается в газ.
Термин топливо может обозначать как одно топливо, так и любую комбинацию топлив. Стадия газификации и окисления может представлять собой отдельные стадии, однако во многих предпочтительных вариантах осуществления изобретения стадия газификации и окисления выполнена в виде одной стадии.
Системы транспортировки
Топливо транспортируют в термический реактор. Предпочтительно газогенератор не нуждается в каком-либо транспортировочном механизме внутри реактора, за исключением системы удаления золы.
Описание стадий в части обработки твердого топлива (сверху вниз)
Свежее топливо предпочтительно транспортируют на стадию сушки в реакторе. На стадии сушки испаряется вода, содержащаяся в топливе. Топлива могут обладать очень низким содержанием воды, например несколько %, или топлива могут обладать высоким содержанием воды, например 55% (по весу) или выше. При атмосферном давлении сушка осуществляется при нагреве топлива до 100°С. Чем выше температура, тем быстрее происходит процесс сушки. Энергия для процесса сушки поступает от двух внутренних процессов:
Тепло от сжигания газа, осуществляемого выше, в основном переносится посредством излучения и конвекции.
Тепло от газификации угля, осуществляемой ниже, в основном переносится посредством конвекции.
Поскольку на стадии сушки нагрев происходит до высокой температуры, например 400°С или даже 600°С или выше, то время осуществления сушки в данном реакторе мало, например менее 5 мин, что в результате дает очень компактную стадию сушки.
Когда топливо высушено и дополнительно нагрето, на стадии пиролиза происходит дальнейшее дегазирование. На стадии пиролиза твердое органическое топливо нагревают до температуры в пределах между приблизительно 300 и 900°С, при этом оно распадается на твердые компоненты, содержащие уголь и золу, и на газообразные компоненты, содержащие органические компоненты, включающие смолы, метан, СО, СО2, Н2 и Н2О и т.п.
Энергия для процесса пиролиза поступает преимущественно от двух других внутренних процессов:
Тепло от сжигания газа, осуществляемого выше, в основном переносится посредством излучения и конвекции.
Тепло от газификации угля, осуществляемой ниже, в основном переносится посредством конвекции.
Поскольку на стадии пиролиза нагрев происходит до высокой температуры, например 500 или даже 700°С или выше, то время осуществления пиролиза согласно изобретению очень мало, например менее 5
- 5 022238 мин, что в результате дает очень компактную стадию пиролиза.
Компактные стадии сушки и пиролиза в результате дают установку с уменьшенной высотой и уменьшенными материальными затратами.
На стадии окисления и газификации твердые компоненты, производимые на стадии пиролиза, превращаются в горючий газ и золу с высоким содержанием углерода. Реакции газификации (в основном СО2+С 2 СО и Н2О + С СО + Н2) являются эндотермическими (энергопотребляющими). Агент газификации в газе производится посредством окисления. Температура на стадии газификации и окисления находится в пределах 600-1100°С. В литературе газификация зачастую значит восстановление.
На стадии окисления негазифицированный на стадии газификации углерод окисляется/сжигается посредством использования кислорода. Кроме кислорода также может добавляться пар и азот, а также на стадию окисления могут подводиться сухой воздух, увлажненный воздух и пар. Температура на стадии окисления находится в пределах 700-1100°С.
Ниже стадии окисления находится зола. Окислитель (воздух) и, возможно, пар подводятся в слой золы. Температура воздуха/пара низкая, например ниже 300°С или даже ниже 100°С. Таким образом, выполняется конечное выгорание и охлаждение золы, в результате давая охлажденную золу, например, до температуры ниже 300°С или даже ниже 200°С с очень низким содержанием углерода, например менее 10% по весу, или даже ниже 5% или еще ниже.
Зола может быть удалена посредством системы удаления золы.
Описание части сжигания газа (выше части обработки твердого топлива)
Газогенераторы с восходящей тягой производят горючий газ, содержащий Н2О, Н2, СО, СО2, СН4 и высшие углеводороды. Поскольку температура вверху стадии пиролиза высокая, например 700°С или выше, газы Н2О, Н2, СО и СО2 будут находиться близко к состоянию равновесия. Вследствие высокого содержания воды в топливе или вследствие подходящего добавления воды и использования пара и/или увлажненного воздуха в газогенераторе, получают высокое содержание Н2, что предполагает положительный эффект, заключающийся в последующем очень быстром сгорании газа, поскольку Н2 увеличивает скорость распространения пламени. Обычный состав газа выше слоя загрузки может быть таким:
Н2О - 30%, Н2 - 23%, СН4 - 1%, СО - 8%, СО2 - 13%, N2 - 25%.
Горючие газы преобразуют в СО2 и Н2О посредством окисления в присутствии воздуха. Процесс сжигания газа проводят вблизи поверхности слоя загрузки, например на расстоянии 4 м или менее, таким образом верх загрузки нагревается посредством стадии сжигания газа, в основном, благодаря излучению, однако отчасти благодаря конвекции.
Теплоперенос от сжигания газа к слою загрузки в результате дает более низкую температуру пламени, таким образом уменьшая формирование NОx и сажи.
В термическом реакторе могут применяться дополнительные охладительные устройства, такие как пароперегреватель или другие типы перегревателей, а именно перегреватели на основе гелия для применения в двигателях Стирлинга.
Также для охлаждения термических реакторов могут применяться водяные бойлеры и/или бойлеры на основе термомасла.
Предпочтительно воздушные форсунки расположены на одинаковой высоте в термическом реакторе, а также предпочтительно форсунки направлены горизонтально, или даже немного вниз, например, под углом 0-20°, таким образом и на такой высоте, чтобы оптимизировать теплоперенос к слою загрузки, находящемуся ниже.
Предпочтительно стенки термического реактора выполнены такой формы, чтобы происходило некоторое противоточное смешение/рециркуляция печного газа, что улучшает восстановление СО и NОx, а также таким образом, чтобы увеличивалось излучение от горячих стенок и верхнего слоя топлива.
Предпочтительно для сжигания используют увлажненный воздух, поскольку увлажненный воздух поддерживает температуру более низкой, таким образом обеспечивая низкое формирование NОx.
Форсунки выполнены таким образом, чтобы обеспечивать надлежащую скорость подачи воздуха для горения с целью обеспечения хорошего выгорания. Как правило, скорость воздуха, выходящего из форсунок, будет находиться в пределах 10-40 м/с при полной нагрузке.
Температура части сжигания газа обычно находится в пределах 900-1100°С.
Содержание воды в топливе
Устройство сжигания согласно данному изобретению может использовать широкий спектр топлив, таких как мокрые топлива с низкой теплотворной способностью или сухие топлива с высокой теплотворной способностью. Данное преимущество исходит из-за возможности содержать систему разбрызгивания воды в установках, которые выполнены с возможностью использования обоих типов топлива.
Система разбрызгивания воды обеспечивает стабильный и контролируемый процесс сжигания, поскольку, когда топливо становится более сухим и температура в термическом реакторе собирается увеличиваться, система разбрызгивания воды начинает стабилизировать температуру посредством разбрызгивания воды на топливо и/или внутри термического реактора. Вода испаряется и вследствие высокой энергии испарения воды температура в термическом реакторе понижается.
- 6 022238
Система разбрызгивания воды дополнительно обладает следующими преимуществами:
При понижении температуры предотвращается формирование ΝΟ\.
При понижении температуры и повышении содержания пара понижается образование сажи.
При повышении содержания пара улучшаются излучающие свойства.
Энергия конденсации, восстанавливаемая для производства тепла в низкотемпературном конденсационном устройстве, увеличивается с увеличением количества воды, испаряемой в термическом реакторе.
Система, которая добавляет воду в систему, может обеспечивать очень стабильную температуру в термическом реакторе независимо от теплотворной способности топлива и таким образом также обеспечивать стабильные и низкие вредные выбросы.
Сжигание газа
Органические материалы эффективно сжигаются в среде СО2, поскольку стадия окисления обеспечивает хорошее перемешивание между воздухом/газом, а время удерживания является высоким, например 2 с или более. Далее газы, прибывающие на стадию сжигания газа, имеют высокую температуру, например 500 или даже 700°С или выше вследствие интенсивного излучения на стадии сушки/пиролиза, таким образом время реакции преобразования газа очень малое. Кроме того, температурный диапазон 900-1100°С и высокое соотношение О2 со сжигаемыми компонентами газа обеспечивают быстрое и эффективное сжигание.
Формирование ΝΟ\ в газовой фазе ограничено, поскольку температура на стадии сжигания газа ограничена температурой до 1100°С. Кроме того, увлажненный воздух может использоваться для сжигания газа, что также уменьшит формирование ΝΟ\.
Газогенераторы с восходящей тягой производят газ с очень низким содержанием частиц по сравнению с системами с колосниковыми решетками и с псевдоожиженным слоем. Более того, увеличенная площадь слоя загрузки в верхней части газогенератора может дополнительно уменьшить выброс частиц, поскольку скорость движения восходящего газа уменьшена посредством увеличения площади. Также система разбрызгивания воды может уменьшать выброс частиц, поскольку капли воды могут улавливать частицы, заставлять их возвращаться в слой загрузки, как в скрубберной системе.
Следует отметить, что в документе И8 6024032 температура сжигания газа составляет 1100-1300°С, что в результате дает высокое формирование ΝΟ\ и высокую стоимость обслуживания из-за сложности конструкции, раскрытой в документе И8 6024032.
Топливные ΝΟχ
Низкий уровень формирования ΝΟ\ является важным признаком данного изобретения. Топливные ΝΟ\ формируются при избыточном стехиометрическом отношении воздух-топливо в топливе. В данном изобретении нет избыточного воздуха на стадии окисления угля, поскольку в данном изобретении используется принцип газификации с восходящей тягой, известный при производстве газа с низким содержанием ΝΟ\.
Содержание кислорода в печном газе
Основным преимуществом данного изобретения является ограничение содержания избыточного воздуха. Как правило, избыточный воздух составляет более 5%, например 7% (на сухой вес), что соответствует лямбда (стехиометрическое отношение) равному 1,3 или более. В данном изобретении избыточный воздух составляет менее 5%, например 4% (на сухой вес) или даже меньше.
Такое низкое значение избыточного воздуха достигается, поскольку большинство воздуха, приблизительно 80%, подводится в газ, производимый в газогенераторе с восходящей тягой. 4% избыточного воздуха соответствует стехиометрическому отношению воздух-газ, равному 1,3, которое является нормальным для процессов сжигания газов.
Низкое содержание кислорода в данном изобретении частично обусловлено особым распределением воздуха (см. ниже), а частично тем фактом, что газы, покидающие газогенератор, согласно изобретению являются более теплыми, чем в обычных газогенераторах с восходящей тягой (горячему газу необходимо меньше кислорода для полного сгорания, чем холодному газу).
Несколько преимуществ низкого избыточного воздуха включают в себя меньшие капиталовложения и энергопотребление для воздуходувки, меньшее количество печного газа и таким образом меньшие и более дешевые компоненты, идущие после термического реактора, более высокое содержание пара в печном газе и таким образом лучшие свойства излучения, более высокую температуру конденсации воды в печном газе и таким образом более высокую энергоэффективность конденсационного охладителя.
Распределение воздуха
Сочетание низкого избыточного кислорода, хорошего выгорания углеродсодержащих веществ в печном газе, низкого содержания ΝΟ\, а также чистой золы - является особо уникальной особенностью данного изобретения. Это удалось реализовать благодаря тому, что воздух для осуществления сжигания, используется лишь для двух процессов:
конверсии угля (первичный воздух),
- 7 022238 сжигания газа (вторичный воздух), в то время как сушка и пиролиз осуществляются за счет энергии излучения при сжигании газа, а также за счет конвекции горячего газа в угольном газогенераторе.
Таким образом, каждая активная молекула кислорода используется или для выгорания дегазированного угля или для окисления компонентов газа.
Содержание пара в печном газе
Основным преимуществом данного изобретения является высокое содержание пара в печном газе. Преимущества высокого содержания пара уже были описаны ранее (улучшенные излучающие свойства, улучшенное восстановление тепла в конденсационном устройстве, предотвращение формирования сажи, ограничение температуры и таким образом ограничение формирования ΝΟχ и т.д.).
Стабильно высокое содержание пара, например 20 вес.% или выше, может поддерживаться в системе благодаря использованию спринклерной системы, которая может активироваться с понижением содержания воды в топливе. Кроме того, использование увлажненного воздуха для сжигания повышает содержание пара в печном газе.
Содержание углерода в золе
В данном изобретении принцип газификации с восходящей тягой используется для преобразования угля в горючий газ и золу. Это приводит к высокому выгоранию угля: содержание углерода в золе составляет менее 10% или даже менее 5%.
Для уменьшения спекания может применяться увлажненный воздух или в нижней части реактора может добавляться пар.
Система удаления золы
Основным преимуществом данного изобретения является высокое выгорание угля и простота удаления золы. В системах с колосниковой решеткой и в системах с псевдоожиженным слоем системы удаления золы являются дорогостоящими и сложными, в то же время система удаления золы согласно данному изобретению является технически простой в осуществлении, а также дешевой.
В данном изобретении зола может быть легко удалена, например, посредством одного или нескольких шнеков.
Нет (или ограничено количество) движущихся частей в реакторе и на горячих стадиях.
Основное преимущество данного изобретения заключается в том, что в нем нет колосниковой решетки для стадий сушки, пиролиза, окисления угля и газификации угля. В идеальном варианте система состоит из следующих движущихся частей:
Подающее устройство (температура ниже 100°С).
Шнек для золы (температура золы ниже 300°С).
Воздуходувка (ниже 50°С)
Однако для некоторых типов установок согласно данному изобретению и/или типов топлив преимуществом может быть наличие одного или нескольких смесителей/толкателей для перемещения биомассы/золы от одной стадии реакции к другой.
Кроме того, для некоторых установок согласно данному изобретению преимуществом может быть наличие нескольких термопар или других датчиков, которые на короткие или длинные периоды времени помещают в горячие стадии из соображений повышения срока эксплуатации установки.
Формы
Термический реактор разделен на стадии в вертикальном направлении. Различные стадии включают (снизу вверх):
выгорание золы; газификация и окисление угля; пиролиз;
сушка;
сжигание газа.
Стадия сжигания газа выполняет функцию газовой горелки и источника тепла для верхнего слоя в газогенераторе с восходящей тягой.
Согласно изобретению стадии могут быть разделены горизонтально, а именно стадия сушки может быть расположена близко к подающему устройству, а стадия пиролиза может располагаться на расстоянии в горизонтальном направлении от подающего устройства. Такая форма будет держать пирогазы вдали от подающего устройства, а также будет поддерживать секцию подающего устройства холодной (ниже 200°С).
Высота термического реактора может колебаться от нескольких метров для маленьких установок до более 8 м для больших установок.
В горизонтальной плоскости термический реактор предпочтительно круглый или прямоугольный.
Загрузка твердого слоя, а также часть сжигания газа могут иметь различные размеры. Например, нижняя часть термического реактора может иметь один диаметр, а верхняя часть на стадии сушки/пиролиза может быть шире, а выше на стадии сжигания газа термический реактор может быть еще шире.
- 8 022238
Размер установок
Как правило, данные типы установок обеспечивают подводимую термическую мощность в пределах 1-20 МВт, однако они могут быть как менее, так и более мощными.
Стандартный проектный параметр заключается в том, чтобы количество подводимого топлива на стадии газификации составляло 1 МВт/м , а время удерживания газов на стадии сжигания газов составляло около 2 с.
Коэффициент рабочего регулирования
Другой важной особенностью данного изобретения является высокий коэффициент рабочего регулирования. В зависимости от конструкции и топлива изобретение может использоваться при проектировании термических реакторов с коэффициентом рабочего регулирования 1:10 или даже ниже, например 1:20.
Простота управления
Другой важной особенностью является то, что система очень проста в управлении.
Высота слоя загрузки
Желательна равномерная высота слоя загрузки. Таким образом, должна быть установлена регистрационная система для высоты слоя загрузки, которая будет взаимодействовать с подающей системой.
Высота слоя загрузки может регистрироваться посредством датчиков, таких как радиолокационные, ультразвуковые или гамма-датчики.
Также высота слоя загрузки может опосредованно регистрироваться посредством использования термопар.
В подающем устройстве стадия сушки и пиролиза получает тепло посредством излучения со стадии сжигания газа, находящейся выше. При нормальном слое топлива на стадии сушки и пиролиза нижняя часть в подающем устройстве холодная, в то же время при тонком слое топлива на стадии сушки и пиролиза нижняя часть будет теплой. Термопара затем даст сигнал подающей системе, оповещающий о необходимости подачи свежего (холодного) топлива.
На противоположной стороне подающего устройства посредством регистрирования температуры стенок термического реактора на разной высоте может быть определена примерная высота слоя топлива. Стенки термического реактора будут теплее в том месте, где происходит сжигание газа, чем стенки термического реактора в том месте, где находится верх слоя топлива.
Удаление золы
В нижней части газогенератора удаляется зола, а кислород (воздух) нагнетается в сжигаемый слой. Система удаления золы активируется при выгорании угля в золе. Если слой золы содержит уголь, уголь будет окисляться и зола будет теплой. Когда уголь полностью выгорит, зола станет холодной. Таким образом, температурные измерения, выполненные непосредственно над впускным отверстием для кислорода (воздуха), могут быть индикатором полного выгорания угля, с последующей активацией системы удаления золы.
Кислород для газификации и сжигания газа
Стехиометрическое отношение для термического реактора составляет приблизительно 1,2-1,3, что соответствует содержанию кислорода в печном газе приблизительно 4-5% (на сухой вес). Для обеспечения необходимого количества кислорода управляют воздуходувкой (ками).
Кислород направляется в газификационный реактор, а также на стадию сжигания газа.
Газификационный реактор функционирует при стехиометрическом отношении 0,2-0,25, таким образом, приблизительно 15-20% кислорода подводится на стадию выгорания золы, а остальной кислород подводится на стадию сжигания газа.
Вода для управления температурой
Как было описано выше, вода может использоваться для управления температурой на стадии сжигания газа.
Дешевизна, простота и компактность
Как было описано выше, система обеспечивает множество преимуществ по сравнению с технологиями сжигания, известными из уровня техники. Таким образом, можно было бы ожидать, что система будет дорогой и сложной. Однако простота и компактность системы являются основным преимуществом изобретения.
Давление в системе
Как правило, давление в системе атмосферное, однако систему можно изготовить как для давления ниже атмосферного, так и для давления выше атмосферного.
Материалы
Как правило, система изготавливается из жаропрочных материалов, таких как кирпичи и изоляционные блоки, за которыми следует изоляционный материал и стальной корпус. Изобретение в конкретных вариантах осуществления представлено более подробно ниже со ссылками на чертежи, где фиг. 1 схематически показывает взаимодействие основных стадий процесса термического реактора согласно изобретению;
фиг. 2 схематически показывает основные стадии процесса нагревательной установки согласно
- 9 022238 изобретению, которая производит горячую воду;
фиг. 3 схематически показывает термический реактор, а также излучательный охладитель газа согласно изобретению;
фиг. 3а показывает термический реактор с подводимой мощностью 2 МВт, работающий на древесной стружке, размеры приведены в миллиметрах;
фиг. 4 схематически показывает содержание СО в печном газе термического реактора согласно ΟΡΌ (расчетному гидродинамическому) моделированию сжигания газа;
фиг. 4а схематически показывает содержание СО в печном газе термического реактора согласно ΟΡΌ моделированию термического реактора на фиг. 3 а;
фиг. 5 схематически показывает гидродинамическую картину и температуру печного газа в термическом реакторе согласно ΟΡΌ моделированию сжигания газа;
фиг. 5а схематически показывает температуры печного газа в термическом реакторе согласно ΟΡΌ моделированию термического реактора на фиг. 3а;
фиг. 6 схематически показывает нагревательную установку согласно изобретению, производящую горячую воду;
фиг. 6а схематически показывает нагревательную установку согласно изобретению, производящую горячую воду;
фиг. 7 схематически показывает трехмерный вид нагревательной установки согласно изобретению, производящую горячую воду;
фиг. 7а схематически показывает трехмерный вид нагревательной установки, работающей на древесной стружке, с подводимой термической мощностью 5 МВт согласно виду, показанному на фиг. 6а;
фиг. 8 показывает адиабатическую температуру на стадии сжигания газа в зависимости от содержания влаги в топливе, а также количества избыточного воздуха.
На фиг. 1 показано устройство или реактор 1, в который добавляют топливо. Топливо преобразуют термическим образом посредством добавления воздуха (и/или кислорода). Таким образом, в термическом реакторе 1 производят теплый газ. Топливо, добавляемое в устройство 1, является твердым, например биомасса, отходы или уголь. В случае, если термический реактор 1 предназначен для топлив с низкой теплотворной способностью, т.е. для мокрых топлив, и если добавляемое топливо обладает высокой теплотворной способностью, температура внутри устройства или внутри генератора 1 может регулироваться посредством добавления воды в топливо на стадии 3 сушки, стадии 4 пиролиза и/или стадии 2 сжигания газа.
Топливо высушивают и пиролизуют (дегазируют) посредством конвекции и излучения от стадии 2 сжигания, а также посредством конвекции от газов со стадии 5 газификации и окисления.
Ключевые параметры стадии сжигания газа, такие как температура, формирование ΝΟχ и СО можно контролировать и регулировать посредством добавления кислорода и воды согласно измерениям датчика (81).
Дегазированное топливо газифицируют и окисляют на стадии 5, а конечное выгорание осуществляют на стадии 6, на которой нагнетают кислород и, возможно, пар.
Система удаления золы может обладать простым управлением, основанным на показаниях температурного датчика, расположенного вблизи впускного отверстия для кислорода. Когда зола вокруг температурного датчика не содержит угля, воздух охлаждает датчик и система удаления золы может быть активирована. Теплая стадия окисления, описанная выше, затем перемещается вниз, и когда температурный датчик регистрирует повышение температуры, система удаления золы останавливается.
Подающей системой также можно управлять посредством одного или нескольких температурных датчиков. Термопары могут быть интегрированы в пол стадий сушки и пиролиза и/или в стенку на противоположной стороне подающего устройства. Повышение температуры пола близко к подающему устройству будет сигнализировать о том, что на полу нет (или очень мало) биомассы, таким образом повышение температуры дает сигнал к началу работы подающему устройству. Поскольку температура на стадии сжигания газа выше, чем температура в твердой фракции, то термопары на противоположной стороне подающего устройства могут использоваться для регистрирования высоты слоя загрузки.
Альтернативно, для определения высоты слоя загрузки может использоваться другой инструмент, например радиолокационный, ультразвуковой, инфракрасная камера или подобный.
Газ покидает стадию сжигания при температуре значительно выше 900°С. Затем газ охлаждается в одном или нескольких охлаждающих устройствах 8 для газа, которые могут быть интегрированы в термический реактор или в последующие стадии.
На фиг. 2 схематически показана энергетическая установка, производящая горячую воду. Показано, как соединены стадии 3 сушки, 4 пиролиза, 5 газификации и окисления и 6 выгорания золы таким образом, чтобы быть последовательными в вертикальном направлении в термическом реакторе 1.
Также показано, как стадия сжигания газа доставляет энергию к верхнему слою топлива посредством излучения.
- внутренний теплообменник, например водяные и/или термомасляные панели или паровой/гелиевый перегреватель, а 9 - охладитель газа, расположенный ниже термического реактора, 10 - 10 022238 впрыск воды для дополнительного охлаждения газа, 11 - фильтр, 12 - воздуходувка, 13 - впрыск воды, который может использоваться для охлаждения газа до температуры ниже 100°С, 15 - конденсирующий теплообменник, в котором нагревается вода, в то время как печной газ охлаждается, а водяные пары конденсируются, 17 - теплообменная система, в которой воздух увлажняется и нагревается, в то время как печной газ охлаждается и осушается. В устройстве 18 воздух предварительно подогревается перед введением в термический реактор 1.
Фиг. 3 - это схематическое изображение термического реактора, такого, как в основном показан на фиг. 1 и 2.
В нижней части реактора воздух подводится к стадии 6 выгорания золы по обе стороны шнека для золы. Толкатели для золы перемещают золу по направлению к шнеку. Расходомер измеряет объем поступающего воздуха для обеспечения того, чтобы приблизительно 20% общего воздуха подводилось на стадию выгорания золы. Термопара (датчик §2) регистрирует температуру и активирует шнек для золы, когда температура уменьшается до заданного значения, например до 200°С.
Воздух окисляется на стадии 5Ь окисления, а горячие газы (СО2 и Н2О) газифицируют уголь на стадии 5а газификации. Выше расположены стадии сушки и пиролиза. Один или несколько температурных датчиков расположены на полу (§1), таким образом, что когда температура пола увеличивается, по мере того, как стадия пиролиза перемещается вверх по направлению к подаче, подающее устройство активируется и подает некоторое количество свежего топлива.
Стадия 2 сжигания газа сформирована с первичной стадией 2а сжигания, на которой свежий воздух встречается и перемешивается с газом, полученным в результате газификации, и эффективно сжигается в температурном диапазоне 1000-1100°С. Горячие газы излучают тепло на слой загрузки и таким образом охлаждаются, при этом нагревая слой загрузки. Носик коррекции потока размещен на стенке напротив стороны форсунок таким образом, чтобы возникало противоточное смешение газа, покидающего камеру первичного сжигания, и таким образом, чтобы нижняя (самая теплая) сторона носика излучала тепло на верхнюю часть слоя загрузки. После стадии первичного сжигания следует стадия 2Ь выгорания газа, на которой выгорают оставшиеся СО, углеводороды и диоксины, в результате давая очень низкие выбросы СО, т.е. менее 500 мг/нм3 или даже менее 300 мг/нм3.
Опять же, отдельные стадии (3) сушки, (4) пиролиза, (5) газификации и окисления и (6) выгорания являются отдельными и последовательными.
Фиг. 3 а показывает поперечное сечение термического реактора с подводимой мощностью 2 МВт, работающего на древесной стружке. Можно отметить, что термический реактор разделен на 4 физические части и таким образом является простым в изготовлении и транспортировке к месту, на котором он будет работать.
Топливо подается посредством шнека в отверстие, расположенное слева. Под силой тяжести топливо будет падать в направлении нижней части реактора. Левая боковая стенка выполнена вертикальной, что минимизирует образование мостов. Для дальнейшего предотвращения образования мостов в термический реактор может помещаться низкочастотный вибратор.
Используются два шнека и, таким образом, нет необходимости в перемещении золы толкателями к шнекам.
Термический реактор состоит из (снаружи и внутри) стальной оболочки, изоляции, огнеупорной футеровки.
Термопары через подающую секцию размещаются в огнеупорной футеровке для индикации положения слоя топлива.
Увлажненный первичный воздух нагнетается посредством приблизительно 12 форсунок в нижней части, а вторичный воздух нагнетается посредством приблизительно 3 форсунок, расположенных приблизительно на 400 мм выше загрузочного устройства и направленных вниз под углом приблизительно 35°.
На фиг. 4 и 4а показаны диаграммы локального содержания СО на стадии 2 сжигания газа. Диаграмма является результатом СРО моделирования, согласно которому содержание СО после стадии сжигания газа будет ниже 100 частей на миллион.
Вторичный воздух для горения поступает на стадию сжигания газа через три форсунки, каждая диаметром 120 мм на скорости приблизительно 20 м/с.
На фиг. 5 показана диаграмма локальных температур и направления движения газа на стадии 2 сжигания газа. Диаграмма является результатом СРО моделирования, согласно которому температура находится в пределах 700-1100°С, что предотвращает формирование большого количества термических ΝΟχ. Диаграмма показывает наличие хорошего противоточного смешения.
На фиг. 6 показана схематическая диаграмма нагревательной установки согласно изобретению, производящей горячую воду. Фиг. 6 показывает реакторы, описанные на фиг. 2.
В термическом реакторе 1 с одной стороны реактора размещен шнек для золы. Воздух подводится лишь к одной стороне шнека. После камеры 2 сжигания расположен излучательный охладитель 9. После излучательного охладителя расположен испарительный охладитель 10, в котором газ охлаждается до температуры ниже 400°С и в котором частицы собираются и удаляются посредством шнека 11. Вода 13 в
- 11 022238 скруббере дополнительно охлаждает газ, и затем газ откачивается посредством насоса 12. Частицы удаляются из воды скруббера посредством гидроциклона 14, а тепло восстанавливается в теплообменнике 15. Воздух для сжигания и газификации увлажняется и нагревается в увлажнителе 17, в то время как вода в скруббере холодная. Избыточная вода (конденсат) очищается в фильтре 14.
Фиг. 6а показывает полное схематическое представление варианта осуществления изобретения, в котором используется система сжигания согласно данному изобретению. В данном варианте осуществления подающая система содержит блок (30) хранения топлива и средства (31) подачи топлива, подающие топливо в блок термического реактора, содержащего термический реактор (32). К термическому реактору (32) присоединены два впускных патрубка, через которые в термический реактор (32) подается увлажненный воздух или кислород. Увлажненный воздух распределяется как в нижней части (33) термического реактора, так и выше точки (34) подачи топлива. В нижней части термического реактора находится выпускное отверстие (44) для удаления золы, например, для лесов, полей, или для ее накопления в хранилище. Увлажненный воздух или кислород исходит из увлажнительной системы, содержащей два увлажняющих средства (35, 36), работающих по такому же принципу как и скруббер. Данные два увлажняющие средства (35, 36) соединены последовательно. Основной увлажнитель (35) распределяет увлажненный воздух как для впускного отверстия (34) для воздуха, расположенного выше впускного отверстия для подачи в термический реактор (32), так и для усилителя (36) увлажнителя воздуха, который дополнительно увлажняет воздух перед нагнетанием в определенной точке в нижней части (33) термического реактора (32). Горячий отработанный газ, полученный в термическом реакторе (32), проходит через теплообменное устройство (37), соединенное с устройством (38) получения энергии, которое может производить как электроэнергию, так и энергию для непосредственного нагрева. Затем горячий газ поступает в скрубберную систему, где он сначала поступает в охладитель (39), в котором вода из усилителя (36) увлажнителя воздуха используется для охлаждения отработанного газа перед его поступлением в скруббер (40). Остатки скрубберной воды собираются вместе с частицами и солями в нижней части охладителя (39). Шлак посылают обратно в хранилище (30) для топлива для повторной подачи в систему; данный цикл представляет то, что ранее называлось первым потоком. Охлажденный отработанный газ затем поступает в скруббер (40), где вода распыляется в газе в двух различных точках. В первой точке (41) распыляется вода из усилителя (36) увлажнителя воздуха и конденсат из теплообменника (46), а во второй точке (42) распыляется очень чистая вода (43) из главного увлажнителя (35) воздуха. Чистый и охлажденный газ затем подается в трубу (45), в то время как остаток скрубберной воды, состоящий из большого количества воды с небольшой концентрацией частиц и соли, подается обратно в блок увлажнения воздуха, закрывая второй поток. Часть скрубберной воды из скруббера (40) используется в необработанном виде в усилителе (36) увлажнителя воздуха, а остальная скрубберная вода проходит через теплообменник (46) для извлечения энергии, которую можно использовать для непосредственного нагрева. Вода затем перенаправляется обратно во второй поток в точке (47) после усилителя (36) увлажнителя воздуха. Часть воды из усилителя, смешанная с водой из теплообменника, затем подается в основной увлажнитель (35) воздуха, в то время как остаток направляется обратно в скруббер (40). Второй поток, таким образом, содержит один водяной канал от скруббера (40) к увлажнителю воздуха, при этом он содержит два водяных канала, идущие обратно к скрубберу. Один канал распределяет воду для охладителя (39) и для первой точки (41) впрыска в скруббере (40), а другой канал с очень чистой водой впрыскивается во второй точке (42) в скруббере (40). При необходимости очень чистая вода может отбираться из второго потока после основного увлажнителя (35) воздуха в точке (43) фильтрации.
Фиг. 7 представляет собой схематический трехмерный вид нагревательной установки согласно изобретению, производящей горячую воду. Это иллюстрация установки согласно фиг. 6. Термический реактор является прямоугольным в горизонтальной плоскости; излучательный охладитель, испарительный охладитель, скруббер для газа, а также увлажнитель для воздуха выполнены круглыми.
Фиг. 7а представляет собой схематический трехмерный вид нагревательной установки с подводимой термической мощностью 5 МВт согласно изобретению, производящей горячую воду. Это иллюстрация установки согласно фиг. 6а. Размеры приведены в миллиметрах.
Фиг. 8 показывает адиабатическую температуру в камере сжигания газа в зависимости от содержания влаги в топливе, а также количества избыточного воздуха. Диаграмма показывает, что топливо с содержанием влаги 52-58% является очень подходящим. Для более сухих топлив может быть предусмотрено различное охлаждение, которое может представлять собой добавление воды или активное охлаждение термического реактора.

Claims (15)

  1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
    1. Способ преобразования твердого углеродсодержащего топлива в печной газ и золу в термическом реакторе (1), при этом указанный способ включает нагрев топлива на отдельных стадиях до температур, при которых топливо распадается на газообразные и твердые компоненты, причем указанные стадии включают стадию сушки (3);
    - 12 022238 стадию (4) пиролиза, на которой топливо пиролизуют без добавления кислорода, стадию (5) газификации и окисления, на которой уголь превращают в газ, стадию (6) выгорания золы, на которой добавляют кислород, и стадию (2) сжигания газа, на которой подводят кислород для преобразования сжигаемых газов в СО2 и Н2О, стадия (4) пиролиза находится непосредственно выше стадии (5) газификации и окисления, топливо на стадии пиролиза нагревают посредством газов, сформированных на стадии (5) газификации и окисления, а также на стадии (2) сжигания газа, топливо на стадии сушки нагревают посредством излучения и конвекции тепла со стадии (2) сжигания газа выше стадии (3) сушки и посредством конвекции тепла со стадии (5) газификации и окисления ниже стадии (3) сушки, стадию сушки (3), стадию (4) пиролиза и стадию (5) газификации и окисления, а также стадию (6) выгорания золы осуществляют в газогенераторе с восходящей тягой и подвижным слоем, и стадия сжигания газа (2) находится выше стадии пиролиза, где сжигают газы из газогенератора с восходящей тягой, а тепло от сжигания газа переносится к верхнему слою топлива в газогенераторе с восходящей тягой.
  2. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что стадию (3) сушки располагают выше стадии (4) пиролиза.
  3. 3. Способ по одному из пп.1-2, отличающийся тем, что газ, произведенный на стадии (4) пиролиза, сжигают рядом, на расстоянии ближе чем 4 м или даже ближе чем 2 м от верха твердого топлива.
  4. 4. Способ по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что воду добавляют на стадии (3) сушки топлива и/или стадии (4) пиролиза, и/или стадии (2) сжигания газа таким образом и в таком количестве, чтобы температура печного газа, производимого на стадии сжигания газа, уменьшалась до температуры, которая препятствует формированию значительного количества ΝΟχ, например до 1100°С или ниже, и/или таким образом, чтобы содержание пара в печном газе поддерживалось высоким, таким как по меньшей мере 20 вес.%.
  5. 5. Способ по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что печной газ охлаждают в термическом реакторе (8) или ниже термического реактора (9).
  6. 6. Способ по одному из пп.1-5, отличающийся тем, что кислород, нагнетаемый на стадии (2) сжигания газа, нагнетают горизонтально или в направлении вниз.
  7. 7. Способ по одному из пп.1-6, отличающийся тем, что кислород, нагнетаемый на стадии (2) сжигания газа, увлажнен.
  8. 8. Способ по одному из пп.1-7, отличающийся тем, что стенки на стадии (2) сжигания газа сформированы таким образом, что существует значительное излучение от стенок на поверхность углеродсодержащего топлива.
  9. 9. Способ по одному из пп.1-8, отличающийся тем, что кислород, нагнетаемый на стадии (6) выгорания золы, представляет собой увлажненный воздух или нагнетаемые друг от друга пар и воздух.
  10. 10. Способ по одному из пп.1-9, отличающийся тем, что количество воздуха, нагнетаемого на стадии (6) выгорания золы, соответствует стехиометрическому отношению 0,15-0,25 (воздух к полному сжиганию свежего топлива) и/или в результате нагнетания воздуха понижается температура на стадии (6) выгорания золы до 300°С или ниже.
  11. 11. Способ по одному из пп.1-10, отличающийся тем, что воду и/или пар, добавленные в термический реактор (1), конденсируют в теплообменном устройстве (15).
  12. 12. Способ по одному из пп.1-11, отличающийся тем, что газ обладает низким содержанием вредных примесей, таких как ΝΟχ: 300 мг/нм3 или еще ниже, например 200 частей на миллион или менее; СО: 500 мг/нм3 или еще ниже, например 400 мг/нм3 или менее, а также содержанием угля в золе менее 10% или даже менее 5% на основании массы в сухом состоянии.
  13. 13. Система для осуществления способа по пп.1-12, при этом указанная система содержит газогенератор с восходящей тягой и подвижным слоем, предусмотренный для осуществления стадии сушки (3), стадии (4) пиролиза и стадии (5) газификации и окисления, а также стадии (6) выгорания золы;
    в термическом реакторе (1) выше газогенератора с восходящей тягой расположена зона стадии (2) сжигания газа;
    средства подвода кислорода в зону стадии (2) сжигания газа для преобразования сжигаемых газов в СО2 и Н2О;
    средства, выполненные с возможностью контроля количества кислорода, подводимого к конечной стадии (6) выгорания и к стадии (2) сжигания газа таким образом, что газы, производимые в газогенераторе с восходящей тягой, превращаются в печной газ с низкими выбросами (ΝΟχ, СО) и с низким содержанием избыточного кислорода и предпочтительно высоким содержанием пара, и далее обеспечивающие теплом стадии (4) пиролиза и сушки (2) в газогенераторе с восходящей тягой посредством излучения и конвекции.
  14. 14. Система по п.13, отличающаяся тем, что дополнительно содержит систему разбрызгивания воды для впрыскивания воды в топливо и/или в зону стадии (2) сжигания и
    - 13 022238 средства, выполненные с возможностью контроля системы разбрызгивания воды.
  15. 15. Система по п.13 или 14, отличающаяся тем, что дополнительно содержит стенку реактора, проходящую в горизонтальном или наклонном направлении от впускного отверстия для топлива к выпускному отверстию для золы таким образом, что топливо движется по направлению к выпускному отверстию для золы посредством силы тяжести.
EA201170390A 2008-08-30 2009-08-28 Способ и система для производства чистого горячего газа на основе твердых топлив EA022238B1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DKPA200801206 2008-08-30
PCT/DK2009/050222 WO2010022741A2 (en) 2008-08-30 2009-08-28 Method and system for production of a clean hot gas based on solid fuels

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA201170390A1 EA201170390A1 (ru) 2011-08-30
EA022238B1 true EA022238B1 (ru) 2015-11-30

Family

ID=41721998

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201170390A EA022238B1 (ru) 2008-08-30 2009-08-28 Способ и система для производства чистого горячего газа на основе твердых топлив

Country Status (10)

Country Link
US (1) US9170019B2 (ru)
EP (1) EP2334762B1 (ru)
JP (1) JP5631313B2 (ru)
CN (1) CN102203220B (ru)
BR (1) BRPI0918569A2 (ru)
CA (1) CA2734315C (ru)
DK (1) DK2334762T3 (ru)
EA (1) EA022238B1 (ru)
UA (1) UA109765C2 (ru)
WO (1) WO2010022741A2 (ru)

Families Citing this family (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011113631A1 (en) * 2010-03-15 2011-09-22 Solaronics S.A. Drying installation
JP4593688B1 (ja) * 2010-03-18 2010-12-08 株式会社プランテック 竪型ごみ焼却炉における燃焼用空気の供給方法及び竪型ごみ焼却炉
US8596034B2 (en) * 2010-03-31 2013-12-03 Eif Nte Hybrid Intellectual Property Holding Company, Llc Hybrid power generation cycle systems and methods
US8161724B2 (en) * 2010-03-31 2012-04-24 Eif Nte Hybrid Intellectual Property Holding Company, Llc Hybrid biomass process with reheat cycle
SG187594A1 (en) * 2010-07-27 2013-03-28 Univ Curtin Tech A method of gasifying carbonaceous material and a gasification system
CA2808893C (en) 2010-08-16 2018-06-05 Energy & Environmental Research Center Foundation Sandwich gasification process for high-efficiency conversion of carbonaceous fuels to clean syngas with zero residual carbon discharge
CA2817209C (en) * 2010-11-10 2018-07-24 Praxair Technology, Inc. Oxygen enhanced combustion of biomass
IT1403189B1 (it) * 2011-01-05 2013-10-15 High Tech En Sro Sistema e metodo per la produzione di syngas da materiale a base carbonica
WO2012110236A1 (de) * 2011-02-17 2012-08-23 European Charcoal Ag Erzeugung von kohlenstoff und brennbaren gasen aus braunkohle
US9352270B2 (en) 2011-04-11 2016-05-31 ADA-ES, Inc. Fluidized bed and method and system for gas component capture
GB201107855D0 (en) * 2011-05-11 2011-06-22 Anglia Ruskin University Gasifier
EP2522707B1 (de) * 2011-05-12 2016-10-12 Bernd Joos Vorrichtung zur erzeugung eines brennbaren gasgemisches
CN102618330B (zh) * 2011-12-29 2014-02-26 武汉凯迪工程技术研究总院有限公司 一种高温常压生物质气化岛工艺
US8495878B1 (en) 2012-04-09 2013-07-30 Eif Nte Hybrid Intellectual Property Holding Company, Llc Feedwater heating hybrid power generation
GB2502115B (en) 2012-05-15 2015-04-01 Chinook End Stage Recycling Ltd Improvements in waste processing
CN102746901A (zh) * 2012-07-16 2012-10-24 侯小兵 两段式热解气化处理系统
IN2015DN02082A (ru) 2012-09-20 2015-08-14 Ada Es Inc
WO2017011912A1 (en) 2015-07-21 2017-01-26 British Columbia Biocarbon Ltd. Biocoal fuel product and processes and systems for the production thereof
CN105627321B (zh) * 2015-12-23 2017-11-14 广西高远环境工程有限公司 模块式结构垃圾裂解气化燃烧一体式装置与方法
CN105482834B (zh) * 2016-01-27 2018-01-16 神雾科技集团股份有限公司 移动床热解反应器
EP3408358B1 (en) * 2016-01-28 2022-09-07 Barry Liss SYSTEM AND METHOD FOR REDUCING NOx EMISSIONS FROM GASIFICATION POWER PLANTS
CN105597455B (zh) * 2016-03-09 2017-07-07 河北钢铁股份有限公司承德分公司 一种处理高炉煤气布袋除尘器灰仓堵塞的装置及方法
CN106837596A (zh) * 2017-03-31 2017-06-13 宁波华斯特林电机制造有限公司 一种二次燃烧生物质发电装置
DK201970772A1 (en) * 2017-05-19 2019-12-20 Dall Energy Holding Aps Method and system for production of a hot burnable gas based on solid fuels
DE102018003969A1 (de) * 2018-05-16 2019-11-21 Meri Environmental Solutions Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Trocknen von vorzugsweise einer laufenden Materialbahn mit wenigstens einer mit Biogas beheizten Trocknungseinrichtung
CN109078600B (zh) * 2018-07-13 2020-09-08 安徽省含山县锦华氧化锌厂 一种氧化锌生产加工机器人
IT201800007792A1 (it) * 2018-08-02 2020-02-02 Angelo Zardi Generatore di calore a biomassa per uso domestico
CN108728140B (zh) * 2018-08-13 2024-02-06 湖南叶林环保科技有限公司 有机危废低温热解发电系统
CN111234871A (zh) * 2018-11-29 2020-06-05 西北农林科技大学 一种超声波强化传质传热生物质气化炉及方法
JP6748697B2 (ja) * 2018-12-19 2020-09-02 株式会社プランテック 燃焼制御方法
CN114540084B (zh) * 2020-11-24 2024-02-27 江苏嘉林新能源科技有限公司 一种设有独立氧化室的生物质气化热炭联产系统
KR102237691B1 (ko) * 2020-11-25 2021-04-09 (주)이씨티 바이오매스 가스화 시스템
EP4151706A1 (en) 2021-09-15 2023-03-22 Bios Bioenergiesysteme GmbH A method and a device to produce low-tar- and low-dust product gas
CN116146987B (zh) * 2023-04-20 2023-08-01 浙江百能科技有限公司 焚烧处置油渣气化滤饼的装置及方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE537255A (ru) *
US3680503A (en) * 1969-10-02 1972-08-01 Gunnar Danielsson Incinerator
US4261269A (en) * 1977-08-04 1981-04-14 Kernforschungsanlage Julich Gesellschaft Mit Beschrankter Haftung Furnace for incinerating waste
EP0096169A1 (de) * 1982-06-11 1983-12-21 Johann Sulzberger Verfahren und Verbrennungsofen zur Verbrennung von minderwertigem Brennmaterial, insbesondere Müllpellets
DE19937188C1 (de) * 1999-08-06 2000-12-14 Thermoselect Ag Vaduz Verfahren zur Verwertung von Gasen aus dem Absetzbecken
WO2001068789A1 (en) * 2000-03-15 2001-09-20 Cowi Rådgivende Ingeniører As A method and a system for decomposition of moist fuel or other carbonaceous materials
EP1201993A1 (en) * 2000-10-25 2002-05-02 Manop Piyasil A waste material incineration process and apparatus
DE102005000768A1 (de) * 2005-01-04 2006-07-13 Lutzenberger, Stefan Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung von Pyrolysegas

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4052173A (en) * 1974-07-29 1977-10-04 Dynecology Incorporated Simultaneous gasification of coal and pyrolysis of organic solid waste materials
US4732091A (en) * 1985-09-30 1988-03-22 G.G.C., Inc. Pyrolysis and combustion process and system
AU594181B2 (en) * 1986-08-08 1990-03-01 Clinton Badger Pike Furnace
US5205227A (en) * 1990-02-28 1993-04-27 Institute Of Gas Technology Process and apparatus for emissions reduction from waste incineration
DE69613402T2 (de) * 1995-10-26 2002-05-02 Compact Power Ltd., London Beschichtungseinrichtung für eine kontinuierliche pyrolyse und vergasungsvorrichtung und vorrichtung
JP3558033B2 (ja) * 1996-09-20 2004-08-25 住友金属工業株式会社 廃棄物のガス化溶融炉およびガス化溶融方法
NO312260B1 (no) * 2000-03-24 2002-04-15 Organic Power As Fremgangsmåte og innretning for konvertering av energi ved forbrenning av fast brennstoff
US6987792B2 (en) * 2001-08-22 2006-01-17 Solena Group, Inc. Plasma pyrolysis, gasification and vitrification of organic material
GB0325668D0 (en) * 2003-11-04 2003-12-10 Dogru Murat Intensified and minaturized gasifier with multiple air injection and catalytic bed
US20050247553A1 (en) * 2004-03-23 2005-11-10 Central Research Institute Of Electric Power Industry Carbonization and gasification of biomass and power generation system
ES2334262T3 (es) 2005-09-27 2010-03-08 Dall Energy Holding Aps Metodo y sistema para el calentamiento de agua basados en gases calientes.
WO2007081296A1 (en) 2006-01-16 2007-07-19 Gep Yesil Enerji Uretim Teknolojileri Ltd. Sti. Downdraft/updraft gasifier for syngas production from solid waste
EP1873229A1 (en) 2006-06-30 2008-01-02 Babcock & Wilcox Volund APS Method of controlling an apparatus for generating electric power and apparatus for use in said method
CN102465043B (zh) * 2010-11-01 2013-07-31 中国科学院过程工程研究所 一种固体燃料的多段分级热解气化装置及方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE537255A (ru) *
US3680503A (en) * 1969-10-02 1972-08-01 Gunnar Danielsson Incinerator
US4261269A (en) * 1977-08-04 1981-04-14 Kernforschungsanlage Julich Gesellschaft Mit Beschrankter Haftung Furnace for incinerating waste
EP0096169A1 (de) * 1982-06-11 1983-12-21 Johann Sulzberger Verfahren und Verbrennungsofen zur Verbrennung von minderwertigem Brennmaterial, insbesondere Müllpellets
DE19937188C1 (de) * 1999-08-06 2000-12-14 Thermoselect Ag Vaduz Verfahren zur Verwertung von Gasen aus dem Absetzbecken
WO2001068789A1 (en) * 2000-03-15 2001-09-20 Cowi Rådgivende Ingeniører As A method and a system for decomposition of moist fuel or other carbonaceous materials
EP1201993A1 (en) * 2000-10-25 2002-05-02 Manop Piyasil A waste material incineration process and apparatus
DE102005000768A1 (de) * 2005-01-04 2006-07-13 Lutzenberger, Stefan Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung von Pyrolysegas

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CHEN G. ET AL.: "Biomass gasification integrated with pyrolysis in a circulating fluidised bed", SOLAR ENERGY, PERGAMON PRESS. OXFORD, GB LNKD- DOI:10.1016/J.SOLENER. 2003.08.021, vol. 76, no. 1-3, 1 January 2004 (2004-01-01), pages 345-349, XP004481477, ISSN: 0038-092X, paragraph [0003]; fig. 1; table 4 *

Also Published As

Publication number Publication date
JP5631313B2 (ja) 2014-11-26
EP2334762A2 (en) 2011-06-22
UA109765C2 (uk) 2015-10-12
EA201170390A1 (ru) 2011-08-30
CN102203220A (zh) 2011-09-28
CN102203220B (zh) 2016-10-12
US9170019B2 (en) 2015-10-27
CA2734315C (en) 2018-11-20
CA2734315A1 (en) 2010-03-04
WO2010022741A2 (en) 2010-03-04
DK2334762T3 (en) 2019-01-28
US20110146155A1 (en) 2011-06-23
JP2012500958A (ja) 2012-01-12
EP2334762B1 (en) 2018-10-10
BRPI0918569A2 (pt) 2015-12-01
WO2010022741A3 (en) 2010-08-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9170019B2 (en) Method and system for production of a clean hot gas based on solid fuels
EP1278813B1 (en) A method and a system for decomposition of moist fuel or other carbonaceous materials
JP6824745B2 (ja) 炭化炉及び熱分解炉、並びに、水性ガス生成システム、水素ガス生成システム、及び、発電システム
US6647903B2 (en) Method and apparatus for generating and utilizing combustible gas
US5626088A (en) Method and apparatus for utilizing biofuel or waste material in energy production
JP4502331B2 (ja) 炭化炉による熱併給発電方法及びシステム
BG64909B1 (bg) Метод и устройство за пиролиза и газифициране на органични вещества или смеси от органични вещества
JPWO2009038103A1 (ja) バイオマスからの高温燃焼ガス発生装置及び燃焼ガスの利用装置
US20060137579A1 (en) Gasification system
US9447703B2 (en) Waste processing
JP2007321520A (ja) バイオマス発電施設にて発生する熱利用方法
JP2006207947A (ja) 含水廃棄物の燃焼方法及び装置
JP4696969B2 (ja) ガス化装置
FI125685B (fi) Menetelmä pyrolyysin suorittamiseksi ja pyrolyysilaitteisto
JP3559163B2 (ja) バイオマスと化石燃料を用いたガス化方法
RU2697912C1 (ru) Способ получения генераторного газа из твёрдых коммунальных и органических отходов и комбинированный газогенератор обращённого процесса газификации для его осуществления
WO2018210393A1 (en) Method and system for production of a hot burnable gas based on solid fuels
JP6590359B1 (ja) バイオマスを原料とする水素製造方法
CA2496955C (en) Solid fuel combustor
JP2006335937A (ja) 有機化合物の加熱装置
JP5553498B2 (ja) 鶏糞燃料ガス製造装置
RU2657042C2 (ru) Способ получения из твердого топлива горючего газа и реактор для его осуществления
KR102624090B1 (ko) 축산 분뇨를 이용한 바이오매스 가스화 시스템
KR102620079B1 (ko) 바이오매스 반탄화 펠릿 일체형 유동상 가스화 시스템
JP2004347274A (ja) 廃棄物処理装置

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM AZ BY KZ KG MD TJ TM