PL100527B1 - Sposob i urzadzenie do oksydatywnej konwersji materialu zawierajacego zwiazki organiczne - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urzadzenie do oksydatywnej konwersji materialu zawierajacego zwiazki organiczne, wegla ijego odpadów, zwlaszcza mialów weglowych o duzej zawartosci czesci mineralnych, siarki, wilgoci.

Stan techniki. Znany jest zawiesinowy i fluidalny sposób oksydatywnej konwersji wegla, gdzie czynnikiem konwertujacym jest powietrze, powietrze z dodatkiem pary wodnej, powietrze z dodatkiem tlenu i pary wodnej, oraz tlen z para wodna. Zawiesinowy sposób oksydatywnej konwersji wegla stosowany jest dla frakcji pylowych, natomiast fluidalny dla frakcji ograniczonych krytyczna predkoscia fluidyzowania i predkoscia wywierania ziarn zezloza. . . .

W zawiesinowym sposobie ziarna pylu weglowego unoszone sa strumieniem czynnika konwertujacego, lub utrzymane w nim sila oporu aerodynamicznego. W tym obszarze wartosc wspólczynników wymiany miedzyfazowej jest mala i okreslona wymiana dyfuzji molekularnej. Z tego wzgledu sposób ten nie nadaje sie do oksydatywnej konwersji paliw stalych i róznych odpadów przyweglowych o wartosci opalowej r*>8000 kJ/kg.

Ponadto wymaga on dodatkowego przygotowania paliwa stalego, to jest przemielenia wegla do frakcji pylowych.

Przy oksydatywnej konwersji mialu weglowego w zlozu fluidalnym obserwuje sie nastepujace zjawiska.

Ziarna o srednicy od 0 do 0,5 mm sa wywierane ze zloza, natomiast ziarna o srednicy powyzej 3 mm maja tendencje do segregacji w zlozu. Zjawiska te powoduja straty wegla w procesie oksydatywnej konwersji mialu weglowego w zlozufluidalnym. . e Przy fluidyzowaniu ziarn wegla o uziarnieniu powyzej 0,3 mm wystepuje pecherzowy przeplyw fazy eazowej. Natomiast przy fluidyzowaniu pylu weglowego w zakresie frakcji ponizej 0,05 mm ujawnia sie agregatyzacja pylu, a w wyniku te: kanalikowy przeplyw gazu. W zlozu fluidalnym oddzialywanie ziarn fazy2 100 527 stalej na przeplyw fazy gazowej prowadzi do wytlumienia pulsacji predkosci przeplywu w fazie gazowej w wiekszym stopniu niz w warstwie nieruchomej. W wyniku tego wartosc wspólczynników wymiany miedzyfazowej jest mniejsza niz w warstwie nieruchomej, przy zachowaniu tej samej predkosci przeplywu gazu, odniesionej do pustego przekroju komory reakcyjnej. Z tego wzgledu konwersje wegla prowadzi sie w wysokim zlozu fluidalnym o wysokosci H = EH-4D, gdzie D oznacza srednice komory. Jest to przyczyna nadmiernych strat energii mechanicznej czynnika konwertujacego.

Dla zmniejszenia strat wegla, wynoszonego ze zloza w znanych paleniskach i czadnicach fluidalnych rozbudowuje sie komory nadzlozowe, do wysokosci powyzej 15 D i stosuje rózne przegrody dla wytlumienia wirów konwekcyjnych. Zmniejsza to wprawdzie ilosc wynoszonego wegla z gazem, ale powieksza gabaryty urzadzenia i straty cieplne do otoczenia.

Z wyzej wymienionych przyczyn zloze fluidalne ma ograniczony obszar zastosowan w procesach oksydatywnej konwersji paliw stalych i nie nadaje sie do zgazowania mialu weglowego oraz innych odpadów stalych, zawierajacych zwiazki organiczne o wartosci opalowej Qf tpomzej 7000 kJ/kg, Znany jest równiez sposób zawiesinowego spalania mialu weglowego w wirujacym strumieniu powietrza oraz dopalania grubszych czastek wegla w warstwie fluidalnej o uporzadkowanym ruchu czastek. Do stosowania tego sposobu sluzy reaktor wirowy, zawierajacy komore spalania zawiesinowego, umieszczona nad komora spalania fluidalnego, przy czym w górnej czesci komora spalania zawiesinowego ma stycznie usytuowana dysze z zaworem regulacyjnym, zas w dolnej, nieco zwezonej czesci komora ta jest zaopatrzona w sitowy lub kolpaczkowy ruszt fluidalny. W przestrzeni pomiedzy obu komorami a obudowa reaktora, na wysokosci komory spalania fluidalnego jest umieszczona przepustnica, sprezona zwrotnie z klapa rusztu, oddzielajacego od dolu komore spalania fluidalnego od znajdujacej sie pod nia masy wodnej z urzadzeniem syfonowym do odprowadzania zuzla. Wada tego rozwiazania jest koniecznosc regulacji stezenia tlenu w powietrzu wtórnym, w celu zapobiezenia stopienia popiolu, który spadajac ku dolowi, reaktora, zaklóca strukture zloza fluidalnego.

Obniza to efektywnosc wykorzystania paliwa.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu i skonstruowanie urzadzenia do oksydatywnej konwersji materialu zwlaszcza o wartosci opalowej QT. ponizej 7000 kJ/kg w tym zgazowania mialu weglowego.

Istota wynalazku. Istota wynalazku polega na tym, ze konwersje prowadzi sie w sposób ciagly wprowadzajac czynnik oksydatywny pod katem mniejszym od 20°, mierzonym w stosunku do poziomu, korzystnie poziomo, oraz pod katem mniejszym od 20° mierzonym w stosunku do stycznej do obwodu zloza wirowego, korzystnie równolegle do tej stycznej. Nadawe wprowadza sie w dowolnym poziomie zloza, a czesci niepalne odprowadza sie stycznie do obwodu zloza, w najnizszym jego poziomie.

Urzadzenie, wedlug wynalazku, skladajace sie z komory nadzlozowej i komory reakcyjnej, ma króciec wylotowy do doprowadzenia czesci niepalnych, usytuowany stycznie do obwodu komory reakcyjnej, w najnizszym jej poziomie. Dolna czesc komory reakcyjnej ma plaszcz dla przeplywu medium chlodzacego.

Ponadto komora wyposazona jest w dysze usytuowane pod katem mniejszym od 20° mierzonym w stosunku do poziomu, korzystnie poziomo, oraz pod katem mniejszym od 20°, mierzonym w stosunku do stycznej do obwodu komory reakcyjnej, korzystnie równolegle do tej stycznej.

Zalety techniczne. Zaleta sposobu oksydatywnej konwersji, wedlug wynalazku, jest prowadzenie procesu w wirowym zlozu cyrkulacyjnym, w którym powierzchnia wszystkich ziarn jest jednakowo dostepna dla czynnika oksydatywnego. Duzy gradient poziomej predkosci, bedacej predkoscia transportu na danej wysokosci zloza powoduje korzystna zmiane charakteru oddzialywan faz stalej i gazowej oraz oddzialywan miedzy ziarnami w zaleznosci od wysokosci zloza.

W dolnej czesci zloza, gdzie predkosc transportu i porowatosc zloza jest najwieksza, a efekt pulsacji pola predkosci znaczny, zasadnicza role w procesie konwersji odgrywa wymiana miedzyfazówa. Obszar ten cechuje sie wieksza predkoscia przeplywu czynnika oksydatywnego wzgledem ziarn, niz przy oplywie wstanie zawiesinowym i fluidalnym. Pozwala to na prowadzenie oksydatywnego procesu w temperaturze miekniecia skaly plonnej.

W górnej warstwie zloza, gdzie porowatosc zloza jest mala, istotna role odgrywaja oddzialywania miedzyziarnowe, sprzyjajace procesowi wymiany. Dzieki zlozu o wirowym ruchu, proces mieszania sie ziarn jest intensywniejszy niz w zlozu fluidalnym.

Urzadzenie wedlug wynalazku, w którym za pomoca czynnika oksydatywnego uzyskuje sie wirowe zloze cyrkulacyjne, odznacza sie mniejszymi wymiarami gabarytowymi w porównaniu do dotychczasowych urzadzen.

Ponadto urzadzenie pozwala na konwersje oksydatywna mialu weglowego oraz materialów zawierajacych duze ilosci siarki lub innych szkodliwych zanieczyszczen, bez wydalania ich do atmosfery. Dokonuje sie to dzieki mozliwosci wprowadzenia do komory reakcyjnej zwiazków wapnia lub innych, wiazacych szkodliwe substancje.100527 3 Objasnienie rysunku. Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykladowym wykonaniu na rysunku, na którym fig. 1 - przedstawia urzadzenie, w przekroju pionowym, fig. 2 - urzadzenie w przekroju poziomym, wzdluz linii A-A z fig. 1, fig. 3-komore reakcyjna w przekroju promieniowym, fig,4 - komore reakcyjna, zamknieta jedna powierzchnia stozkowa, w przekroju promieniowym, fig. 5- komore reakcyjna, zamknieta dwoma powierzchniami stozkowymi, w przekroju promieniowym, fig. 6 - zespól dysz w komorze reakcyjnej, w przekroju wzdluz linii B-B z fig. 5, fig. 7 - komore reakcyjna, zamknieta dwoma powierzchniami stozkowymi, zakonczonymi porowata plyta denna, w przekroju promieniowym, fig. 8 - pierscieniowa komore czynnika oksydatywnego z pelna plyta denna, w przekroju promieniowym, fig. 9-te sama komore czynnika oksydatywnego, w widoku z góry, fig. 10-pierscieniowa komore czynnika oksydatywnego z porowata plyta denna, w przekroju promieniowym, a fig. 11 — zespól dysz w pierscieniowej komorze czynnika oksydatywnego, w przekroju wzdluz linii C-C.

Przykladowe wykonanie. Urzadzenie ma komore reakcyjna 1, w ksztalcie pierscienia o zwezajacym sie przekroju poprzecznym i (fig. 1 i fig.2) i. Komora 1 jest w dolnej czesci zakonczona zespolem dysz 2, równoleglych do stycznej do obwodu komory 1, utworzonych przez promieniowo rozmieszczone plytki (fig. 3).

W dolnej czesci komory 1 jest usytuowana stozkowa komora 3 czynnika oksydatywnego, polaczona z dmuchawa 4, w celu doprowadzenia czynnika oksydatywnego. Komora 1 jest polaczona z podajnikiem slimakowym 5, sluzacym do wprowadzania nadawy.W dolnej czesci komory 1, stycznie do jej obwodu, jest usytuowany króciec wylotowy 6 do odprowadzania czesci niepalnych, wyposazony w chlodzacy plaszcz wodny 7. W drugiej wersji urzadzenia dolna czesc komory reakcyjnej 1 ma powierzchnie stozkowa, na której dysze 2 sa rozmieszczone w kilku poziomach (fig. 4). Kat utworzony pomiedzy osia dysz 2 a styczna do obwodu komory reakcyjnej 1, jest mniejszy od 20°,* W trzeciej wersji urzadzenia, dolna czesc komory reakcyjnej 1 jest zakonczona dwiema powierzchniami stozkowymi, w których umieszczone sa dysze 2 (fig. 5 i fig. 6). W tym przypadku powierzchnie stozkowe dziela komore czynnika oksydatywnego 3 na dwie czesci, co umozliwia wprowadzenie do niej dwóch róznych czynników oksydatywnych.

Przy zastosowaniu paliwa o malym rozrzucie uziarnienia, dolna czesc komory reakcyjnej ma wierzcholki stozków sciete i zamkniete plaska, porowata plytka denna 8 (fig. 7). Przeplyw czynnika oksydatywnego przez porowata plytke 8 powoduje zmniejszenie wspólczynnika tarcia przy transporcie czastek paliwa.

Zakonczenie dolnej czesci komory reakcyjnej 1 jedna lub dwiema powierzchniami stozkowymi umozliwia intensyfikacje transportu nadawy w dolnej czesci stozka.

Komora czynnika oksydatywnego 3 jest uksztaltowana w formie wspólsrodkowych pierscieni 9 (fig. 8, fig. 9 i fig. 10). Pomiedzy pierscieniami 9 znajduje sie pelna, plaska plyta denna 10, po której odbywa sie ruch transportowanych ziarn nadawy. W miejsce pelnej plyty 10 moze byc zastosowana plaska plyta porowata 8 (fig. 10). Po obu stronach pierscieni 9 sa usytuowane dysze 2, które tworza ze soba styczna do obwodu pierscieni 9, a zarazem z równolegla do stycznej do obwodu komory reakcyjnej 1, kat mniejszy od 20° (fig. 11).

Przyklad I. Za pomoca podajnika slimakowego 5 wprowadza sie do komory reakcyjnej 1 odpad przyweglowy. Sklad chemiczny tego odpadu przyweglowego podany w procentach wagowych jest nastepujacy: wilgoc calkowita - 5,0 popiól -67,2 wegiel -15,3 wodór — 1,0 Wartosc opalowa odpadu przyweglowego Q^ wynosi 6200 kJ/kg.

Sklad granulometryczny odpadu przyweglowego jest nastepujacy: wielkosc ziarna wsadu wmm zawartosc w % wagowych 2-6 30,4 1,5-2 18,0 0,30-1,5 34,1 ponizej0,30 reszta Gestosc nasypowa odpadu przyweglowego wynosi 1230 kg/m3, a gestosc rzeczywista 2820 kg/m3. Ilosc wprowadzonego odpadu przyweglowego wynosi 2420kg/ma/h, a ilosc wprowadzonego czynnika oksydatywnego, którym jest powietrze atmosferyczne o temperaturze 30°C, wynosi 148QNm3/m2lu Spalanie odpadu przyweglowego prowadzi sie w wirowym zlozu cyrkulacyjnym o wysokosci okolo 0,26 m, przy temperaturze 950°C. W wyniku spalania otrzymuje sie gaz w ilosci 1880 Nm3/malu Sklad chemiczny otrzymanego gazu podany w procentach wagowych jest nastepujacy^4 100 527 tlenek wegla CO - 7,0 dwutlenek wegla C03 -15,1 wodór H - 6,3 tlen 02 - 0,1 azot N2 -62,1 metan CH4 - 9,2 siarkowodór + dwutlenek siarki — slady Otrzymywany gaz, o temperaturze okolo 820°C jest wykorzystywany do celów ogrzewczych. Temperature zloza reguluje sie natezeniem przeplywu masy paliwa. Czesci niepalne odprowadza sie za posrednictwem krócca wylotowego 6.

Przyklad II. Za pomoca podajnika slimakowego 5 wprowadza sie do komory reakcyjnej 1 odpad przyweglowy. Sklad chemiczny tego odpadu przyweglowego podany w procentach wagowych,jest nastepujacy: wilgoc calkowita —6,1 .«, . popiól -74,3 . wegiel - 9,0 wodór - 0,7 Wartosc opalowa odpadu przyweglowego Q™ wynosi 3500kJ/kg. Sklad granulometryczny odpadu przyweglowego jest nastepujacy: wielkosc ziarn w mm zawartosc w % wagowych 2-6 50,2 1,5-2 16,5 0,30-1,5 22,3 ponizej 0,30 reszta Gestosc nasypowa odpadu przyweglowego wynosi 1250 kg/m3, a gestosc rzeczywista 2840 kg/m3. Ilosc wprowadzonego odpadu przyweglowego wynosi 2320 kg/m*/h, a ilosc wprowadzonego czynnika oksydatywnego, którym jest powietrze atmosferyczne o temperaturze 30°C, wynosi 1520 Nm3/m2h.

Spalanie odpadu przyweglowego prowadzi sie w wirowym zlozu cyrkulacyjnym o wysokosci 0,26 m, przy temperaturze 915°C. W wyniku spalania otrzymuje sie gaz w ilosci 1580 Nm3/m2h.

Sklad chemiczny otrzymanego gazu podany w procentach wagowych jest nastepujacy: tlenek wegla dwutlenek wegla wodór tlen azot metan siarkowodór + dwutlenek siarki CO COj H o* Na CH4 - 2,9 -15,2 - 2,8 - 0,6 -77,0 - 1,5 -slady Otrzymany gaz, o temperaturze okolo 850°C moze byc wykorzystywany do celów ogrzewczych.

Claims (2)

Zastrzezenia patentowe

1. Sposób oksydatywnej konwersji materialu zawierajacego zwiazki organiczne polegajacy na tym, ze odbywa sie ponizej temperatury topliwosci popiolu w zlozu wirowym, wytworzonym energia kinetyczna czynnika oksydatywnego; znamienny tym, ze konwersje prowadzi sie w sposób ciagly wprowadzajac czynnik oksydatywny pod katem mniejszym od 20ó mierzonym w stosunku do poziomu, korzystnie poziomo, oraz pod katem mniejszym od 20° mierzonym w stosunku do stycznej do obwodu zloza wirowego, korzystnie równolegle do tej stycznej, przy czym nadawe wprowadza sie w dowolnym poziomie zloza, a czesci niepalne odprowadza sie stycznie do obwodu zloza, w najnizszym jego poziomie.

2. Urzadzenie do oksydatywnej konwersji materialu zawierajacego zwiazki organiczne, zawierajace komore reakcyjna skladajaca sie z komory zlozowej i komory nadzlozowej, znamienne tym, ze ma w dolnej100 527 5 czesci komory reakcyjnej (1), dysze (2) usytuowana pod katem mniejszym od 20° mierzonym w stosunku ,;..> poziomu, korzystnie poziomo, oraz pod katem mniejszym od 20° mierzonym w stosunku do stycznej do obwodu komory reakcyjnej (1), korzystnie równolegle do tej stycznej, a króciec wylotowy (6) do odprowadzenia czesci niepalnych, usytuowany stycznie do obwodu komory reakcyjnej (1), w najnizszym jej poziomie, przy czym dolna czesc komory reakcyjnej (1) ma plaszcz (7), dla przeplywu medium chlodzacego. x-x a—' /\-A _5_ X~ G3 / . 2. 1 fig. / fig. 2 JL Fig-3 Fig. 4100 527 Fig7 k^ i cie it \L Fig. W L Fig. 8 c-c V R\ Fig. II Fig. 9 Prac. Poligraf. UP PRL naklad 120+18 Cena 45 zl