PL164274B1 - Sposób chlodzenia gazu otrzymanego przez czesciowe utlenianie zgazowywanych materialów palnych i urzadzenie do wykonywania tego sposobu PL - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób chłodzenia gazu otrzymanego przez częściowe utlenianie zgazowywanych materiałów palnych, o granulacji od drobnoziarnistej do pyłowej, w urządzeniu do gazyfikacji w strumieniu lotnych substancji w obecności tlenu i/lub powietrza oraz pary wodnej przy ciśnieniach do 10,0 MPa i temperaturach powyżej punktu topnienia żużla, przy czym przeznaczony do chłodzenia gaz jest' mieszany z mającym postać pary lub gazu strumieniem chłodzącym.

Przedmiotem wynalazku jest także urządzenie do' chłodzenia gazu otrzymywanego przez częściowe utlenianie zgazowywanych materiałów palnych.

Przy gazyfikacji od drobnoziarnistych do pyłowych materiałów palnych w opisanych uprzednio w sposób szkicowy warunkach temperatury gazyfikacji leżą w zakresie od ok. 1700 do ok. 2000°C.Podczas gdy wytwarzany na drodze utleniania częściowego gaz przepływa prcez tzw. kanał gazu surowego, który składa się ze znajdującego się powyżej płaszczyzny palników szybu reaktora gazyfikującego oraz i dołączonej bezpośrednio do niego chłodnicy promiennikowej, ochładza się on w wyniku reakcji chemicznych oraz na skutek oddawania ciepła do chłodzonych ścianek kanału gazu surowego. Zależnie od konstrukcji i wysokości reaktora gazyfikującego oraz chłodnicy promiennikowej temperatury końcowe gazu, otrzymanego w wyniku utleniania częściowego, ustalają się przy tym między 800 i 1600°C. Za kanałem gazu surowego gaz jest wprowadzany w zwykły sposób do chłodnicy konwekcyjnej lub chłodnicy połączonej z wymiennikiem ciepła, w której następuje jego dalsze chłodzenie. Tego rodzaju urządzenia posiadają jednak zawsze wbudowane elementy, na których mogą się osadzać odzielające się od strumienia gazu surowego w następstwie nadal obniżającej się temperatury gazu lepkie lub stopione cząstki popiołu ewentualnie żużla. Wskutek tego powstaje jednak niebezpieczeństwo, że na powierzchni wmontowanych elementów dojdzie do niepożądanych zapieczeń ewentualnie nalotów, które będą miały niekorzystny wpływ na przepływ gazu, lub też nawet będą go całkowicie uniemożliwiały. Stąd też w praktyce niezbędne jest takie ochłodzenie strumienia gazu surowego przed wejściem do posiadających wspomniane elementy urządzeń, aby zostało całkowicie wyeliminowane osadzanie cząstek popiołu lub żużla na tych elementach.

W tym celu znana już była wcześniej możliwość mieszania gorącego strumienia gazu surowego przed wejściem do posiadających wmontowane elementy urządzeń z posiadającym niższą temperaturę strumieniem chłodzącym w postaci gazu lub pary. Proces ten, który wśród fachowców określany jest jako gaszenie, może być przeprowadzany przy użyciu zawracanego zimnego produktu gazowego, nie mającego niekorzystnego wpływu na żądany skład innego gazu lub przy użyciu pary wodnej. Parametry procesu należy przy tym ustawić w taki sposób, aby zarówno gorące szybkie jądro strumienia, jak też zimniejsze, znajdujące się blisko ścian, obszary strumienia gazu surowego były chłodzone w wystarczającym stopniu. Podczs gdy realizacja ostatniego z wymienionych celów wymaga wejścia medium chłodzącego do kanału gazu surowego, które umożliwia rozpływanie się wchodzącego strumienia chłodzącego w postaci zimnego dymu wzdłuż ścian kanału gazu surowego, to dla pierwszego z wymienionych celów konieczne jest możliwie silne przenikanie, a w związku z tym intensywne mieszanie obu strumieni gazowych lub długi odcinek mieszania.

W odniesieniu do tego zadania zostały już w przeszłości przedstawione różnorodne propozycje, w których doprowadzanie strumienia chłodzącego przewidziane jest w postaci strumieni cząstkowych, wprowadzanych przez znajdujące się w płaszczu kanału gazu surowego otwory wlotowe lub szczeliny pierścieniowe. Z DE-OS 38 08 729'znana jest ponadto propozycja, w ramach której jedna część strumienia chłodzącego jest wprowadzana do strumienia gazu surowego promieniowo przez płaszcz kanału gazu surowego, podczas gdy doprowadzanie drugiej części strumienia chłodzącego następuje poprzez umieszczoną osiowo w kanale gazu surowego rurę gaszącą przeciwnie do kierunku przepływu strumienia gazu surowego. Ten sposób pracy zakłada zatem zawsze istnienie odpowiednio ustawionej rury gaszącej w kanale gazu surowego. Tego rodzaju konstrukcja nie byłaby jednak całkowicie bezproblematyczna z punktu widzenia techniki przepływów.

Wynalazek ma zatem za zadanie takie udoskonalenie sposobu chłodzenia na wstępie określonego rodzaju, żeby zarówno chłodzenie stref 'brzegowych, jak też jądra strumienia następowało optymalnie w taki sposób, aby wymagany był jedynie stosunkowo krótki odcinek mieszania i w związku z tym można było osiągnąć niższą wysokość urządzenia do gazyfikacji przy odpowiednio niższych nakładach inwestycyjnych.

164 274

Istota wynalazku w zakresie sposobu polega na tym, że strumień chłodzący jest w całości lub częściowo wprowadzany przez rury, które są ustawione w sposób zbieżny w i/lub na promieniowych elementach, wbudowanych w kanał gazu surowego, podczas gdy doprowadzanie pozostałej części strumienia chłodzącego następuje od strony płaszcza kanału gazu surowego, przy czym odpowiednie otwory wlotowe umieszczone są między promieniowymi elementami i/lub powyżej nich.

Oznacza to, że do realizacji zgodnego z wynalazkiem sposobu wymagane jest wyposażenie kanału gazu surowego w promieniowe elementy. Jako kanał gazu surowego w sensie niniejszego wynalazku powinna być rozumiana ta część urządzenia do gazyfikacji, która rozpoczyna się tuż nad płaszczyzną palników reaktora gazyfikującego i rozciąga się przez cały dołączony do niej szyb reaktora oraz chłodnicę promiennikową. W starszych, nie opublikowanych wcześniej niemieckich zgłoszeniach patentowych P 38 24 233.8-24 i P 39 29 766 7 opisane są wprawdzie urządzenia do gazyfikacji, w których kanał gazu surowego posiada tego rodzaju wmontowane promieniowe elementy /grodzie/, które są chłodzone wodą i posiadają na swej powierzchni warstwę ochronną z żaroodpornego materiału. Dzięki tym wmontowanym elementom promieniowym powinno być wprawdzie poprawione pośrednie chłodzenie strumienia gazu surowego, a w związku z tym zredukowana wysokość urządzenia do gazyfikacji. Elementy promieniowe jako takie nie posiadają w tym przypadku żadnych urządzeń do kierowania strumienia chłodzącego w strumień gazu surowego. Zgodne z wynalazkiem wykonanie elementów promieniowych nie stanowi zatem naśladownictwa wspomnianych uprzednio starszych zgłoszeń patentowych.

Przy realizacji zgodnego z wynalazkiem sposobu od 40 do 100% objętościowych koniecznego strumienia chłodzącego jest wprowadzane do strumienia gazu surowego przez umieszczone w lub na elementach promieniowych rury, przy czym ilość wprowadzanego w ten sposób strumienia chłodzącego może być regulowana w zależności od temperatury gazu surowego powyżej kanału gazu surowego. Przy pomocy tej części strumienia chłodzącego chłodzone jest bardzo trudno dostępne z zewnątrz, gorące i szybkie jądro strumienia gazu surowego, podczas gdy druga część strumienia chłodzącego, której wprowadzenie następuje od strony płaszcza kanału gazu surowego, chłodzi gaz, przepływający w obszarze brzegowym między elementami promieniowymi i tworzy przy tym jednocześnie osłonę dla płaszcza kanału gazu surowego.

Maksymalna, możliwa do doprowadzenia przez elementy promieniowe, wielkość strumienia chłodzącego, wynika w ramach uprzednio wspomnianego udziału objętościowego w ogólnej ilości z liczby elementów promieniowych, liczby rur umieszczonych w elementach lub na tych elementach oraz ich średnicy wylotowej i prędkości przepływu strumienia chłodzącego. Liczba rur umieszczonych w elementach lub na elementach promieniowych może przy tym wynosić od 1 do 10, przeważnie od 2 do 4. Jeżeli na każdym z elementów promieniowych będzie umieszczonych kilka rur, wówczas należy przewidzieć celowo również odpowiednią ilość rur między dwoma elementami promieniowymi, które są umieszczone jeden nad drugim, tak że wprowadzanie strumienia chłodzącego zarówno przez elementy promieniowe, jak też od strony płaszcza kanału gazu surowego może następować w kilku płaszczyznach przy możliwie równomiernym rozkładzie na całej długości kanału gazu surowego. Otwory ewentualnie dysze wylotowe wszystkich rur są przy tym tak wykonane, że wszystkie wchodzące do strumienia gazu surowego częściowe strumienie chłodzące są ustawione promieniowo względem osi symetrii środkowej. Poza tym pojedyncze strumienie częściowe strumienia chłodzącego mogą być wprowadzane zgodnie lub przeciwnie do kierunku przepływu skierowanego ku górze strumienia gazu surowego.

Powyżej rur, w kanale gazu surowego usytuowana jest komora mieszania i uspakajania, której wysokość odpowiada od 0,2 do 5- krotnej, korzystnie od 0,2 do 2-krotnej średnicy kanału gazu surowego.

Przedmiot wynalazku jest bliżej objaśniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig, 1 przedstawia kanał gazu surowego ze znajdującymi się w nim elementami promieniowymi, w przekroju wzdłużnym, a fig. 2 - kanał gazu surowego w przekroju według linii A-A' na fig. 1.

Figura 1 pokazuje jedynie górną część kanału gazu surowego 1, którego płaszcz 2 otacza znajdujący się powyżej nie przedstawionych na rysunku palników gazyfikujących szyb reaktora oraz dołączoną do niego chłodnicę promiennikową. Oznacza to, że w płaszczu 2 umieszczone są w górnym obszarze również nie przedstawione na rysunku rury kotłowe chłodnicy promiennikowej. Po wewnętrznej stronie płaszcz 2 jest wyposażony w żaroodporne i niezdolne do reagowania wymurowanie, które również nie zostało przedstawione. Można było zrezygnować z odtwarzania tych szczegółów konstrukcyjnych w przypadku płaszcza 2, ponieważ odpowiadają one stanowi techniki, a także nie stanowią przedmiotu niniejszego wynalazku. Do kanału gazu surowego 1 wchodzą elementy promieniowe 3, które również są wyposażone w chłodzenie wodne, a także posiadają na swej stronie zewnętrznej żaroodporną i niezdolną do reagowania warstwę ochronną. Szerokość elementów promieniowych 3 jest przy tym tak dobrana, że w środkowym obszarze kanału gazu surowego 1 istnieje nadal wystarczjąco duża wolna przestrzeń, w której strumień gorącego gazu, otrzymanego w wyniku utleniania częściowego może bez zakłóceń przepływać w kierunku strzałki 11 z dołu do góry. Powyżej kanału gazu surowego 1 dołączonajest, nie przedstawiona na rysunku, wyposażona we wmontowane elementy chłodnica konwekcyjna lub połączenie chłodnicy z wymiennikiem ciepła. W praktyce możliwe jest również, aby gaz otrzymany w wyniku utleniania częściowego był przed wejściem w te urządzenia odchylany, tak że urządzenia te byłyby omywane przez gaz z góry do dołu.

Na elementach promieniowych 3 umieszczone są rury 5, a w elementach promieniowych 3 rury 6, przez które jedna część strumienia chłodzącego jest wprowadzana do kanału gazu surowego 1. Jak pokazują strzałki 4, wprowadzany w ten sposób strumień chłodzący miesza się z jądrem wznoszącego się strumienia gazu surowego i odpowiada tam za wystarczające ochłodzenie. Rury 6 są na rysunku umieszczone tylko w jednej płaszczyźnie. W praktyce mogą one być oczywiście rozmieszczone na kilku, leżących jedna nad drugą, płaszczyznach i rozciągać się na całej wysokości elementów promieniowych 3. Zazwyczaj jednak rury 6 są umieszczone w górnej trzeciej części elementów promieniowych 3.

Powyżej elementów promieniowych 3 do kanału gazu surowego 1 uchodzą umieszczone w płaszczu 2 rury 8, przez które część strumienia chłodzącego wychodzi w kierunku strzałki 7. Oznacza to, że w tym obszarze wytwarza się skierowany ku górze przepływ płaszczowy. Zamiast rur 8 mogą być w tym miejscu w płaszczu 2 umieszczone szczeliny pierścieniowe. Ponadto w obszarze między elementami promieniowymi 3 do kanału gazu surowego 1 uchodzą rury 10, które również są wpuszczone w płaszcz 2 i mogą być rozmieszczone na kilku płaszczyznach. Z tych rur 10 strumień chłodzący wychodzi w kierunku strzałek 9 i chłodzi płynący ku górze między elementami promieniowymi 3 gaz surowy.

Powyżej rur 8 przed przewężeniem 12 ewentualnie wyposażonymi w elementy urządzeniami /chłodnica konwekcyjna lub temu podobne/ znajduje się komora mieszania i uspokajania 13. Zgodnie z wynalazkiem ta komora mieszania i uspokajania 13 powinna mieć wysokość, która odpowiada 0,2 do 5-krotnej, przeważnie 0,2 do 2- krotnej średnicy kanału gazu surowego 1.

Zwrócono już wcześniej uwagę na to, że ilość strumienia chłodzącego, która jest wprowadzana przez rury 5 i 6, może być regulowana w zależności od temperatury gazu surowego powyżej kanału gazu surowego 1.

W przedstawieniu na fig. 2 odnośniki mają oczywiście to samo znaczenie, co na fig. 1, tak że nie ma tu potrzeby dalszych objaśnień. Fig. 2 pozwala wyraźnie ujrzeć promieniowe ustawienie elementów 3. Strzałki na fig. 2 pokazują całkowicie wyraźnie, że wszystkie wchodzące do kanału gazu surowego 1 strumienie częściowe strumienia chłodzącego są skierowane promieniowo względem osi symetrii środkowej kanału gazu surowego 1.

W odróżnieniu od uprzednio opisanej postaci wykonania możliwość zastosowania zgodnego z wynalazkiem sposobu istnieje oczywiście również wówczas, gdy przeznaczony do chłodzenia gaz będzie wchodził od góry do kanału gazu surowego i przepływał przez niego z góry do dołu.

164 274

Fig· 2

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 10 000 zł

Claims (9)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób chłodzenia gazu otrzymanego przez częściowe utlenianie zgazowywanych materiałów palnych, o granulacji od drobnoziarnistej do pyłowej, w urządzeniu do gazyfikacji w strumieniu lotnych substancji w obecności tlenu i/lub powietrza oraz pary wodnej przy ciśnieniach do 10,0 MPa i temperaturach powyżej punktu topnienia żużla, przy czym przeznaczony do chłodzenia gaz jest gaszony strumieniem chłodzącym w postaci gazu lub pary, znamienny tym, że strumień chłodzący jest w całości lub częściowo wprowadzany przez rury, które są umieszczone zbieżnie w i/lub na elementach promieniowych w kanale gazu surowego, podczas gdy doprowadzanie pozostałej części strumienia chłodzącego następuje od strony płaszcza kanału gazu surowego, przy czym odpowiednie otwory wlotowe umieszczone są między elementami promieniowymi i/lub powyżej nich.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że od 40 do 100% objętościowych całego wymaganego strumienia chłodzącego jest wprowadzana do strumienia gazu surowego przez umieszczone w i/lub na elementach promieniowych rury.
3. 3. Sposób według zastrz. 1 lub 2, znamienny tym, że strumienie częściowe strumienia chłodzącego skierowane są promieniowo względem osi symetrii środkowej kanału gazu surowego.
4. 4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że wprowadzanie obu strumieni częściowych strumienia chłodzącego następuje w jednej lub kilku płaszczyznach, przy czym położenie tych płaszczyzn może sięgać całej wysokości kanału gazu surowego.
5. 5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że wielkość strumienia chłodzącego, która jest wprowadzana przez umieszczone w lub na elementach promieniowych rury, jest regulowana w zależności od temperatury gazu surowego powyżej kanału gazu surowego.
6. 6. Urządzenie do chłodzenia gazu otrzymywanego przez częściowe utlenianie zgazowywanych materiałów palnych, znamienne tym, że w kanale gazu surowego /1/ umieszczone są elementy promieniowe /3/, w których i/lub na których znajdują się rury /5; 6/ do wprowadzania strumienia chłodzącego, i że do płaszcza /2/ kanału gazu surowego /1/ wpuszczone są rury /8; 10/ do wprowadzania strumienia chłodzącego, przy czym ujścia rur /8/ usytuowane są powyżej elementów promieniowych /3/, a ujścia rur /10/ w obszarze między elementami promieniowymi /3/ doprowadzone są do kanału gazu surowego /1/.
7. 7. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że rury /5; 6; 8; 10/ są umieszczone w kilku płaszczyznach jedna nad drugą.
8. 8. Urządzenie według zastrz. 6 lub 7, znamienny tym, że liczba rur /5; 6/, które są przeznaczone dla każdego elementu promieniowego /3/ wynosi od 1 do 10, korzystnie od 2 do 4.
9. 9. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że powyżej rur /8/ w kanale gazu surowego /1/ usytuowana jest komora mieszania i uspokajania /13/, której wysokość odpowiada od 0,2 do 5-krotnej, korzystnie od 0,2 do 2-krotnej średnicy kanału gazu surowego /1/.