PL164262B1

PL164262B1 - Sposób gazyfikacji od drobnoziarnistych do pylowych materialów opalowychoraz reaktor gazyfikujacy do wykonywania tego sposobu PL PL PL

Info

Publication number: PL164262B1
Application number: PL90286915A
Authority: PL
Inventors: Frank Dziobek
Original assignee: Krupp Koppers Gmbh
Priority date: 1989-11-04
Filing date: 1990-09-17
Publication date: 1994-07-29
Also published as: EP0431266A1; PL286915A1; DE3936732A1; CN1024677C; CN1051581A; ZA907594B

Abstract

1 Sposób autotermicznej gazyfikacji wspólpra- dowej /utleniania czesciowego /od drobnoziarnistych do pylowych materialów w chmurze pylu lotnego przy uzyciu tlenu i/lu b powietrza oraz pary wodnej w tem- peraturach powyzej punktu topnienia zuzla i przy cis- nieniach do 6,0 MPa przy zastosowaniu reaktora gazyfikujacego, w którym umieszczone sa dwa lub wie- cej palników gazyfikujacych, znamienny tym, ze gazy- fikacja zachodzi jednoczesnie w dwóch lub wiecej plaszczyznach reaktora gazyfikujacego, przy czym wszystkie palniki gazyfi kujace reaktora gazyfikujacego pracuja w tych samych warunkach. 2. Reaktor gazyfikujacy do autotermicznej gazy- fikacji wspólpradowej /utleniania czesciowego/ od drobnoziarnistych do pylowych materialów opalowych w chmurze pylu lotnego przy uzyciu tlenu i/lub powie- trza oraz pary wodnej, posiadajacy co najmniej dwa palniki gazyfi kujace, znamienny tym, ze palniki gazy- fikujace (3, 4, 5, 6) sa rozlozone równomiernie na obwodzie reaktora w dwóch lub wiecej plaszczyznach i sa przesuniete wzgledem lezacej powyzej lub ponizej plaszczyzny. F ig . 1 PL PL PL

Description

Przedmiot wynalazku stanowi sposób autotermicznej gazyfikacji współprądowej /utleniania częściowego/ od drobnoziarnistych do pyłowych materiałów opałowych w chmurze pyłu lotnego przy pomocy tlenu i/lub powietrza oraz pary wodnej w temperaturach powyżej punktu topnienia żużla i przy ciśnieniach do 6,0 MPa przy użyciu reaktora gazyfikującego, w którym umieszczone są dwa lub więcej palników gazyfikujących oraz przeznaczony do realizacji zgodnego z.wynalazkiem sposobu reaktor gazyfikujący.

Sposoby gazyfikacji określonego na wstępie rodzaju są znane i oferowane pod różnymi nazwami przez różne firmy, produkujące urządzenia. I tak pod nazwą Koppers-Totzek-Verfahren znana jest wersja normalnociśnieniowa, a pod nazwą Prenflo-Verfahren wersja nadciśnieniowa zgodnej z gatunkiem metody gazyfikacji, która była już stosowana w licznych urządzeniach wielotechnicznych.

Sposoby te mogą być przy tym stosowane zarówno do wytwarzania gazu syntetycznego, jak również do wytwarzania gazu do siłowni oraz do wytwarzania zamiennika gazu ziemnego lub gazu redukującego. Inne szczegóły tego sposobu znajdują się w literaturze, przykładowo w Hydrocarbon Processing, kwiecień 1984, strona 94 i 95. Przy praktycznym zastosowaniu tego sposobu w wielotechnicznych urządzeniach powstaje jednak ten problem, że podwyższenie wymaganej zdolności przerobowej reaktora gazyfikującego powoduje zawsze podwyższenie liczby stosowanych palników gazyfikujących, a w związku z tym zwiększenie średnicy reaktora gazyfikującego, ponieważ przy dużych zdolnościach przerobowych uwalniane zostają z jednej strony również odpowiednio duże ilości ciepła, a z drugiej właściwe obciążenie cieplne powierzchni reaktora nie może zostać podwyższone ponad określoną wartość graniczną. W prawdzie poprzez zwiększenie średnicy reaktora można odpowiednio zmniejszyć właściwe powierzchniowe obciążenie cieplne. W praktyce jednak bardzo szybko osiągane są wymiary graniczne dla konstrukcji urządzeń ciśnieniowych. Poza tym zwiększenie średnicy reaktora powoduje nieproporcjonalnie duży wzrost nakładów inwestycyjnych, a trudności związane z transportem reaktorów gazyfikujących o dużej średnicy stanowią następną niedogodność. Dlatego też dotychczas bazowano na tym, że z powodu opisanych uprzednio przyczyn konstrukcyjnych zdolność przerobowa reaktorów gazyfikujących nie może przekraczać określonej wartości granicznej.

Wynalazek ma zatem za zadanie w ten sposób rozwinąć metodę na wstępie opisanego rodzaju, żeby zostały wyeliminowane wymienione uprzednio wady przy podwyższaniu zdolności przerobowej reaktora gazyfikującego.

Sposób według wynalazku polega na tym, że gazyfikacja zachodzi jednocześnie w dwóch lub więcej płaszczyznach reaktora gazyfikującego, przy czym wszystkie palniki gazyfikujące reaktora gazyfikującego pracują w tych samych warunkach.

Przeprowadzenie gazyfikacji w reaktorze gazyfikującym na dwóch leżących jedna nad drugą płaszczyznach jest w zasadzie już znane. Dotychczas jednak na poszczególnych płaszczyznach utrzymane były różne warunki, a sposób służył innemu celowi niż sposób zgodny z wynalazkiem. I tak z DE-OS 35 34 015 znany jest sposób wytwarzania gazu syntetycznego, w którym stosowane są, przynajmniej dwa różne materiały opałowe. Palniki gazyfikujące -górnej płaszczyzny załadowywane były przy tym węglem, natomiast palniki gazyfikujące dolnej płaszczyzny olejem. W sposobie według DE-OS 3617 773 przewidziano, że palniki gazyfikujące dolnej płaszczyzny pracują przy dużym stosunku tlenu do węgla i są skierowane ku dołowi, aby otwór dla żużla pozostawał otwarty. Palniki gazyfikujące górnej płaszczyzny pracują natomiast przy niskim stosunku tlenu do węgla, co ma dawać w efekcie możliwie najniższą temperaturę wylotu gazu. Według praktycznie tej samej zasady pracuje również reaktor gazyfikujący, który jest opisany w Hitachi Review, Ł 34 /1985/, nr 2, strona 82. Na dolnej płaszczyźnie następuje przy tym całkowita przemiana węgla przy znacznej ilości tlenu w CO2 i H2O, podczas gdy na górnej płaszczyźnie jest jedynie przemiana z małą ilością tlenu, przy czym ma być utworzona zdolna do reakcji smoła, która następnie podczas swego ruchu w dół reaktora gazyfikującego jest poddawana dalszym przemianom.

Od poprzednio opisanych rozwiązań zgodny z wynalazkiem sposób odróżnia się w zasadzie tym, że palniki gazyfikujące na wszystkich płaszczyznach pracują w takich samych warunkach. Oznacza to, że pracuje się przy użyciu tego samego materiału opałowego i warunki gazyfikacji są dla wszystkich palników gazyfikujących jednakowe, przy czym możliwe są oczywiście wynikające ze sposobu nieznaczne odchylenia między poszczególnymi palnikami gazyfikującymi.

Dzięki zastosowaniu zgodnego z wynalazkiem sposobu udaje się zjednej strony zwiększyć zdolność przerobową reaktora gazyfikującego bez konieczności niepożądanego zwiększania wymiarów reaktora, zwłaszcza jego średnicy. Z drugiej strony możliwe jest również przy zachowaniu stałej zdolności przerobowej zmniejszenie wymiarów reaktora gazyfikującego.

W przeznaczonym do realizacji zgodnego z wynalazkiem sposobu reaktorze gazyfikującym palniki gazyfikujące są na poszczególnych płaszczyznach rozłożone -równomiernie na obwodzie reaktora i umieszczone przemiennie względem leżącej niżej lub wyżej płaszczyzny.

Jeżeli przewidziane są przy tym dwa palniki gazyfikujące na każdą płaszczyznę, wówczas celowe jest przesunięcie o 90° względem leżącej niżej lub wyżej płaszczyzny. Przy trzech palnikach gazyfikujących na każdej płaszczyźnie przesunięcie powinno wynosić 60°.

Liczba płaszczyzn w reaktorze gazyfikującym, która może oczywiście wynosić więcej niż dwie, jest uzależniona w pierwszym rzędzie od żądanej zdolności przerobowej oraz możliwości przestrzennych całego urządzenia. Należy przy tym uwzględnić to, że wraz ze wzrostem liczby płaszczyzn rośnie wysokość reaktora gazyfikującego.

Rozmieszczenie palników gazyfikujących na poszczególnych płaszczyznach jest dalej uwidocznione w przykładzie wykonania na rysunku, który w znacznie uproszczonym, schematycznym przedstawieniu pokazuje reaktor gazyfikujący o czterech palnikach gazyfikujących, które są rozmieszczone na dwóch płaszczyznach, przy czym fig. 1 rysunku przedstawia przekrój wzdłużny a fig. 2 przekrój na wysokości linii A-A’ według fig. 1.

W przedstawionym na fig. 1 reaktorze gazyfikującym komora reakcyjna oznaczona jako 1. Ta komora reakcyjna 1 jest na swej wewnętrznej stronie wyposażona w zwykły sposób w żaroodporne wymurowanie i posiada poza tym płaszcz chłodzący, które to elementy nie są przedstawione na rysunku. Cztery palniki gazyfikUjące, z których na rysunku odtworzone są jedynie uchodzące do komory reakcyjnej 1 ujścia palników, są rozmieszczone naprzeciw siebie parami w dwóch płaszczyznach. Na dolnej płaszczyźnie znajdują się przy tym palniki gazyfikujące 3 i 4, a na górnej płaszczyźnie palniki gazyfikujące 5 i 6. Jak widać na fig. 2, palniki gazyfikujące 5 i 6 są przesunięte względem leżących niej palników gazyfikujących 3 i 4 o 90°. Wytwarzany na drodze utleniania częściowego gaz jest odciągany do góry z reaktora gazyfikującego poprzez przewód 2, podczas gdy zbierający się żużel w stanie stopionym jest usuwany z dolnej części reaktora gazyfikującego przez wylot 7.

Skuteczność zgodnego z wynalazkiem sposobu zostanie wykazana na podstawie opisanej dalej próby porównawczej. Oparto się tutaj na reaktorze gazyfikującym, który ma zdolność przerobową 50 000 kg węgla na godzinę i posiada 4 palniki gazyfikujące, które są rozmieszczone na obwodzie reaktora w jednakowym odstępie względem siebie na jednej płaszczyźnie. Przy średnicy reaktora 3,5 m i efektywnej wysokości 3,5 m efektywna powierzchnia wymiany ciepła wynosi 57,7 m², a uwolnione ciepło 65 x 10⁶ kcal/h. Stąd wynika właściwe powierzchniowe obciążenie cieplne 1,127 x 10⁶ kcal/m2 zgodnie z równaniem

Q uwolnione

F efektywne gdzie:

f = właściwe powierzchniowe obciążenie cieplne,

Q uwolnione = ilość uwolnionego ciepła / proporcjonalnie do wydajności gazyfikacji/ i

F efektywne = efektywna powierzchnia wymiany ciepła

Jeżeli natomiast zgodnie z wynalazkiem palniki gazyfikujące zostaną rozmieszczone na dwóch płaszczyznach, przy czym na każdej płaszczyźnie będą przewidziane 2 palniki gazyfikujące, które, jak przedstawiono na rysunkach, są przesunięte względem siebie o 90°, wówczas przy podwójnej wysokości reaktora gazyfikującego otrzymamy następujący obraz:

Na dolnej płaszczyźnie właściwe powierzchniowe obciążenie cieplne obniża się do wartości 0,676 x 10° Kcal/m2, a na drugiej górnej płaszczyźnie do wartości 0,844 x 10° kcal/m2. Oznacza to, że w wyniku wzrostu efektywnej powierzchni wymiany ciepła właściwe powierzchniowe obciążenie cieplne mogłoby zostać obniżone o 25 do 40%.

Jeżeli w tym samym odstępie pionowym umieści się na trzeciej płaszczyźnie następną parę palników, wówczas wzrasta zdolność przerobowa reaktora gazyfikującego, a w związku z tym również ilość uwolnionego ciepła o 50% przy 6 palnikach gazyfikujących. Właściwe obciążenie cieplne powierzchni na dołączonej trzeciej płaszczyźnie wynosi jednak około 0,844 x 10° kcal/m2. Jest to około 50% mniej niż w porównywanym zwykłym ustawieniu, przy którym 6 palników gazyfikujących leży w jednej płaszczyźnie.

Podane liczby dowodzą wyraźnie, że dzięki zastosowaniu zgodnego z wynalazkiem sposobu i zgodnego z wynalazkiem urządzenia z jednej strony może być zwiększona zdolność przerobowa reaktora gazyfikującego bez konieczności zwiększenia średnicy reaktora lub właściwego powierzchniowego obciążenia cieplnego. Przy takiej samej zdolności przerobowej daje się z drugiej strony dzięki zastosowaniu wynalazku znacznie obniżyć właściwe obciążenie cieplne powierzchni.

Claims

1. Sposób autotermicznej gazyfikacji współprądowej /utleniania częściowego /od drobnoziarnistych do pyłowych materiałów w chmurze pyłu lotnego przy użyciu tlenu i/lub powietrza oraz pary wodnej w temperaturach powyżej punktu topnienia żużla i przy ciśnieniach do 6,0 MPa przy zastosowaniu reaktora gazyfikującego, w którym umieszczone są dwa lub więcej palników gazyfikujących, znamienny tym, że gazyfikacja zachodzi jednocześnie w dwóch lub więcej płaszczyznach reaktora gazyfikującego, przy czym wszystkie palniki gazyfikujące reaktora gazyfikującego pracują w tych samych warunkach.

2. Reaktor gazyfikujący do autotermicznej gazyfikacji współprądowej /utleniania częściowego/ od drobnoziarnistych do pyłowych materiałów opałowych w chmurze pyłu lotnego przy użyciu tlenu i/lub powietrza oraz pary wodnej, posiadający co najmniej dwa palniki gazyfikujące, znamienny tym, że palniki gazyfikujące (3, 4, 5, 6) są rozłożone równomiernie na obwodzie reaktora w dwóch lub więcej płaszczyznach i są przesunięte względem leżącej powyżej lub poniżej płaszczyzny.

3. Reaktor gazyfikujący według zastrz. 2, znamienny tym, że w układzie dwóch palników gazyfikujących na każdej płaszczyźnie przesunięcie względem leżącej powyżej lub poniżej płaszczyzny wynosi 90°.4. Reaktor gazyfikujący według zastrz. 2, znamienny tym, że w układzie trzech palników gazyfikujących na każdej płaszczyźnie przesunięcie względem leżącej powyżej lub poniżej płaszczyzny wynosi 60°.