PL164897B3 - Sposób prowadzenia urzadzenia do gazyfikacji paliw stalych PL - Google Patents

Abstract

1. Sposób prowadzenia urzadzenia do gazyfi k a cji drobnoziarnistych az do pylowych paliw stalych z reaktorem gazy filcujacym, wyposazonym w palniki gazyfikujace, urzadzeniem do oddzielania pylów lotnych z gazu surowego, zbiornikiem pylów lotnych 1 urzadze- niem do zawracania pylów lotnych do reaktora gazyfikuj acego, przy czym palniki gazyfikujace wchodza do reaktora gazyfikulacego ustawionym w srodku symetrii n a wylocie palnika gazyfikujacego strumieniem pali- w a/srodka reakcyjnego, a ze strumieni paliw a/srodka reakcyjnego tworzy sie w reaktorze gazyfi kujacym strefe reakcji pierwotnej o wysokiej temperaturze, a pyl lotny, zawarty w gazie surowym, wraz ze swa pozostaloscia wegla Jest przy pomocy strum ienia gazu nosnego wpro- wadzany w os przynajmniej Jednego strum ienia pali- w a /s r o d k a re a k cy jn e g o , poprzez stru m ie n paliw a/srodka reakcyjnego wprowadzany do strefy re- akcji pierwotnej i w niej poddawany stopnieniu, wedlug patentu 161 778, znam ienny tym, ze wyznacza sie gestosc zasypowa oddzielonego pylu lotnego i uwzgled- nia sie ja przy regulacji strum ienia masy doprowadza- nego do palników gazyfi kujacych pylu lotnego, przy czym doprowadzanie pylu lotnego do palników gazyfi kujacych nastepuje w sposób ciagly i kontrolowany przy gestosci przenoszenia rzedu od 60 do 90% gestosci zasypowej pylu lotnego. PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest uzupełnienie sposobu prowadzenia urządzenia do gazyfikacji drobnoziarnistych aż do pyłowych paliw stałych z reaktorem gazyfikującym, wyposażonym w palniki gazyfikujące, urządzeniem do oddzielania pyłów lotnych z gazu surowego, zbiornikiem pyłów lotnych i urządzeniem do zawracania pyłów lotnych do reaktora gazyfikującego, według patentu 161 778.

Zgodnie z patentem 161 778 palniki gazyfikujące wchodzą do reaktora gazyfikującego w środku symetrii na wylocie palnika gazyfikującego strumieniem paliwa/środka reakcyjnego, a ze strumieni paliwa/środka reakcyjnego tworzy się w reaktorze gazyfikującym strefa reakcji pierwotnej o wysokiej temperaturze, zaś pył lotny, zawarty w gazie surowym, wraz ze swą pozostałością węglajest przy pomocy strumienia gazu nośnego wprowadzany w oś przynajmniej jednego strumienia paliwa/środka reakcyjnego, poprzez strumień paliwa/środka reakcyjnego wprowadzany do strefy reakcji pierwotnej i w niej poddawany stopieniu.

Sposób według patentu głównego ma przy tym za zadanie takie poprowadzenie sposobu, aby oddzielony na sucho z gazu surowego pył lotny był bez specjalnej przeróbki i bez szkodliwego wpływu na proces gazyfikacji wiązany całkowicie w żużlu, przy czym zawarta w pyle lotnym pozostałość węgla powinna zostać jednocześnie całkowicie spalona. Jest to w przypadku sposobu według patentu głównego osiągnięte w ten sposób, że zawarty w gazie surowym pył lotny wraz ze swą pozostałością węgla jest przy pomocy strumienia gazu nośnego

164 897 wprowadzany w oś przynajmniej jednego strumienia paliwa/środka reakcyjnego gazyfikującego, przy jego pomocy wprowadzany do strefy reakcji pierwotnej i w niej poddawany stopieniu.

Niniejszy wynalazek dotyczy z kolei dalszego udoskonalenia sposobu pracy według patentu głównego, dzięki któremu zostają poprawione zwłaszcza parametry sposobu odnośnie zawracania pyłu lotnego.

W sposobie według wynalazku gęstość zasypową oddzielonego pyłu lotnego wyznacza się i uwzględnia przy regulacji strumienia masy doprowadzanego do palników gazyfikujących pyłu lotnego, przy czym doprowadzenie pyłu lotnego do palników gazyfikujących następuje w sposób ciągły i kontrolowany przy gęstości przenoszenia rzędu 60 do 90% gęstości zasypowej pyłu lotnego.

Wynalazek wykorzystuje znajomość faktu, że gęstość zasypowa pyłu lotnego może w zależności od zawartej w nim pozostałości węgla ulegać silnym wahaniom w granicach między około 150 kg/m³ i 600 kg/m³. Przy niższej gęstości zasypowej istnieje pył lotny o zbyt wysokiej zawartości pozostałości węgla, co daje w efekcie niecałkowitą gazyfikację w reaktorze gazyfikującym. Jeżeli ma to miejsce, wówczas zgodnie z wynalazkiem zostaje odpowiednio podwyższony strumień masy doprowadzanego do palników gazyfikujących pyłu lotnego. Przy zbyt małej zawartości pozostałości węgla w pyle lotnym, tzn. wysokiej gęstości zasypowej, strumień masy może być z kolei zmniejszony. W celu zwiększenia ekonomiczności zawracania pyłu lotnego, a jednocześnie osiągnięcia wysokiej powtarzalności dozowania, stosuje się przy tym zgodnie z wynalazkiem gęstość przenoszenia podanego wyżej rzędu 60 do 90% gęstości zasypowej pyłu lotnego.

Korzystnie przy niskiej, leżącej w obszarze między 150 i 300 kg/m3 gęstości zasypowej pyłu lotnego, strumień masy doprowadzanego do palników gazyfikujących pyłu lotnego jest zwiększany a przy wyższej, leżącej w obszarze między 400 i 600 kg/m^rgęstości zasypowej pyłu lotnego strumień masy doprowadzanego do palników gazyfikujących pyłu lotnego może zostać obniżony.

Korzystnie pył lotny doprowadza się do palników gazyfikujących z pojedynczego dozownika poprzez wymuszanie różnicy ciśnień, przy czym napełnianie dozownika następuje ze zbiornika pośredniego.

Korzystnie napełnianie dozownika przeprowadza się przy wysokiej gęstości przenoszenia między 100 i 550 kg/m3.

Wynalazek jest bliżej objaśniony na podstawie przedstawionego na rysunku schematu przepływowego zmodyfikowanego urządzenia do realizacji zgodnie z wynalazkiem sposobu, które posiada tylko jeden dozownik. Urządzenie to eliminuje zarazem niekontrolowane uderzenie masy, które występuje w opisanym w patencie głównym urządzeniu przy przełączaniu opróżnionego dozownika na podłączony równolegle napełniony dozownik.

Przedstawione na rysunku urządzenie składa się z reaktora gazyfikującego 1, który jest przykładowo wyposażony w cztery palniki gazyfikujące 2. Wytwarzany w reaktorze gazyfikującym 1 gaz surowy jest odciągany przez przewód 3 i chłodzony do temperatury między 200 i 400°C w nie przedstawionym na rysunku rekuperatorze, który tworzy zazwyczaj z reaktorem gazyfikującym 1 jeden zespół konstrukcyjny. W tej temperaturze zanieczyszczony pyłem lotnym gaz surowy przedostaje się do oddzielacza 4, w którym następuje suche oddzielanie prowadzonego z gazem pyłu lotnego. Zamiast oddzielacza 4 może być również zastosowany filtr. Oddzielony pył lotny opada do zbiornika 5, który jest bezpośrednio połączony z oddzielaczem

4. W zbiorniku 5 przy pełnej mocy reaktora gazyfikującego 1 może zostać zmagazynowana ilość pyłu lotnego, która odpowiada czasowi pracy reaktora gazyfikującego 1 od 1 do 3 godzin. Uwolniony od zasadniczej ilości pyłu lotnego gaz surowy jest poprzez przewód 6 doprowadzany do swej dalszej przeróbki. Poniżej zbiornika 5 umieszczony jest zbiornik pośredni 7, który poprzez rozdzielacz 8 i przewód 9 jest połączony ze zbiornikiem 5. Zbiornik 5 zostaje przy tym po wyrównaniu ciśnienia opróżniony na zasadzie przepływu pod działaniem siły ciężkości. W celu wyeliminowania tworzenia się mostków wychodzącego pyłu lotnego do obszaru wylotu zbiornika 5 może być wprowadzany poprzez przewód 10 gaz fluidyzacyjny. W odróżnieniu od wersji, przedstawionej na rysunku, zbiornik pośredni 7 może być również oczywiście umieszczony obok zbiornika 5. W tym przypadku opróżnianie zbiornika 5 następuje w wyniku różnicy ciśnień między zbiornikiem 5 i zbiornikiem pośrednim 7. Doprowadzany poprzez przewód 10 gaz fluidyzacyjny jest po oddzieleniu transportowanego w strumieniu całkowitym pyłu lotnego w zbiorniku pośrednim 7 odciągany z niego przez przewód 11. Po oczyszczeniu w filtrze świecowym 12 gaz fluidyzacyjny przechodzi poprzez przewód 13 do zbiornika buforowego 14. Stamtąd gaz fluidyzacyjny może być odciągany poprzez przewód 15 i dodawany do strumienia gazu surowego w przewodzie 3 lub może być poprzez przewód 26 stosowany jako gaz nośny na wylocie dozownika 16.

Napełnianie zbiornika pośredniego 7 następuje cyklicznie zależnie od potrzeb, tzn. przy maksymalnym stanie napełnienia w zbiorniku 5 lub przy minimalnym stanie napełnienia w dozowniku 16. Napełnianie zbiornika pośredniego 7 jest kontrolowane przez mierniki 17 i 18. Miernik 17 służy przy tym do wyznaczania stanu całkowitego opróżnienia, a miernik 18 stanu całkowitego napełnienia. Gdy zbiornik pośredni 7 zostaje napełniony, przerwane zostaje doprowadzanie pyłu lotnego przez przewód 9, a poprzez doprowadzanie gazu przewodami 19 i 20 zostaje wytworzone nadciśnienie, wymagane dla transportu do dozownika 16. Przewody 19 i 20 odchodzą przy tym od przewodu 10. Jako gaz w tym przewodzie stosowany jest zazwyczaj gaz, bogaty w CO2 lub N 2, który jest poprzez przewód 10 doprowadzany ze znajdującego się poza urządzeniem źródła, np. urządzenia do zasilania gazowego. Przy pomocy wytworzonej różnicy ciśnień pył lotny może zostać ze zbiornika pośredniego 7 przetransportowany przez przewód 35 do dozownika 16, gdy tylko stan napełnienia dozownika 16 uczyni to koniecznym. Transport następuje przy tym zależnie od jakości pyłu lotnego przy wysokiej gęstości przenoszenia między 100 i 550 kg/m3, aby gęstość przenoszenia wynosiła około 60 do 90% gęstości zasypowej pyłu lotnego. Wraz ze strumieniem gazu surowego do urządzenia mogą czasami przedostawać się również większe cząstki żużla lub inne zanieczyszczenia o wielkości między 1 i 10 mm. Aby tego rodzaju większe zanieczyszczenia nie prowadziły do zatykania palników gazyfikujących 2, w przewodzie 35 instalowane jest w razie potrzeby nie przedstawione na rysunku sito, które służy do oddzielania tych zanieczyszczeń. Dozownik 16 ma tak dobrane wymiary, że może on przyjąć całkowitą zawartość zbiornika pośredniego 7. W celu kontrolowanego prowadzenia procesu dozownik 16 jest wyposażony w urządzenie ważące 21 i radiometryczne mierniki stanu napełnienia 22a i 22b, które obejmują cylindryczną część dozownika 16. Przy pomocy urządzenia ważącego 21 może zostać wyznaczona różnica ciężaru między początkiem i końcem napełniania dozownika 16. Do tej wartości należy ponadto dodać strumień masy pyłu lotnego, który podczas procesu napełniania dozownika 16 jest przesyłany do palników gazyfikujących

2. Z tej różnicy ciężarów i pojemności zbiornika pośredniego 7, która jest znana z wymiarów zbiornika między stanem całkowitego opróżnienia i całkowitego napełnienia, można po zakończeniu procesu napełniania obliczyć średnią gęstość zasypową pyłu lotnego, która - jak wspomniano już wcześniej - jest niezbędna do kontrolowanego prowadzenia procesu. Jak wspomniano uprzednio, przy niskiej gęstości zasypowej między 150 i 300 kg/m³ ma się do czynienia z pyłem lotnym o wysokiej zawartości pozostałości węgla, co daje w efekcie niecałkowitą gazyfikację zastosowanego paliwa na skutek złych proporcji tlenu do węgla. Poza tym przy zbyt niskiej gęstości zasypowej istnieje niebezpieczeństwo, że dozownik 16 zostanie przepełniony. Ustawiona na bazie normalnej gęstości zasypowej ok. 350 kg/m3 na urządzeniu ważącym 21 minimalna wartość graniczna stwarza wówczas pozory pustego dozownika 16 już wtedy, gdy jego stan napełnienia leży na skutek małej gęstości zasypowej pyłu lotnego znacznie powyżej stanu minimalnego napełnienia. Przy zbyt małej gęstości zasypowej przewidziano zatem zgodnie z wynalazkiem, aby zwiększyć strumień masy zawracanego do reaktora gazyfikującego 1 pyłu lotnego. W tym celu różnica ciśnień między dozownikiem 16 i reaktorem gazyfikującym 1 zostaje odpowiednio podwyższona przy pomocy dodatkowego doprowadzenia gazu poprzez przewód 23. Jednocześnie musi odpowiednio wzrosnąć dopływ gazu nośnego do obszaru wylotu dozownika 16 poprzez przewód 24 i do centralnego przewodu wylotowego 25 poprzez przewód 26, aby w prowadzącym do palnika gazyfikującego 2 przewodzie 27 ustawić dopasowaną do zmniejszonej gęstości zasypowej niższą gęstość przenoszenia. Gęstość przenoszenia w centralnym przewodzie wylotowym 25 może być mierzona i kontrolowana przy pomocy radiometrycznego miernika gęstości 28.

164 897

Wzrost obliczonej gęstości zasypowej pyłu lotnego powyżej normalnej, wyznaczonej przy optymalnych parametrach sposobu, wartości nie jest krytyczny dla procesu napełniania dozownika 16. Przy wyższej gęstości zasypowej między 400 i 600 kg/m³ dozowanie może przebiegać również przy mniejszej różnicy ciśnień między dozownikiem 16 i reaktorem gazyfikującym 1 oraz wyższej gęstości przenoszenia w centralnym przewodzie wylotowym 25. Poza zmniejszeniem zużycia energii i gazu do zawracania pyłu lotnego do reaktora gazyfikującego 1 znajomość gęstości zasypowej pyłu lotnego umożliwia także kontrolę parametrów gazyfikacji.

Ponieważ cykliczny proces napełniania dozownika 16 ze zbiornika pośredniego 7 przy dużych objętościach zbiorników może wymagać do jednej godziny czasu i w związku z tym w tarkcie tego czasu nie może być realizowane wyznaczanie gęstości zasypowej pyłu lotnego w opisany wyżej sposób, w zgodnym z wynalazkiem urządzeniu przewidziane zostały dodatkowo radiometryczne mierniki stanu napełnienia 22a i 22b. Mierniki 22a i 22b są przy tym przykładowo umieszczone w odległości jednego metra względem siebie na cylindrycznej części dozownika 16. Ten obszar pomiarowy jest w każdym procesie napełniania i opróżniania przepływany tylko raz. W połączeniu z wyznaczaniem ciężaru przy pomocy urządzenia ważącego 21 i przyporządkowanej objętości zbiornika gęstość zasypowa przy napełnianiu i opróżnianiu dozownika 16 może zostać obliczona wówczas, gdy zostanie określona różnica ciężaru między radiometrycznym miernikiem maksymalnego stanu napełnienia 22b i radiometrycznym miernikiem minimalnego stanu napełnienia 22a, a jednocześnie zostanie uwzględniona wartość strumienia masy zawracanego do reaktora gazyfikującego 1 pyłu lotnego. Istnieje zatem następna metoda wyznaczania gęstości zasypowej.

Jak wspomniano wcześniej, zgodne z wynalazkiem urządzenie różni się od urządzenia według patentu głównego tym, że pył lotny jest doprowadzany do reaktora gazyfikującego 1 tylko z jednego dozownika 16, przy czym różnica ciśnień między dozownikiem 16 i reaktorem gazyfikującym 1 może być zmieniana w celu dopasowania doprowadzanego do reaktora gazyfikującego 1 pyłu lotnego. Decydującą o zmianie różnicy ciśnień wielkość stanowi przy tym stosunek między całkowitą masą paliwa, które jest doprowadzane do reaktora gazyfikującego 1, a zatem do wszystkich czterech palników gazyfikujących 2, i strumieniem masy pyłu lotnego, który jest zawracany do reaktora gazyfikującego 1. Stosunek paliwa do zawracanego pyłu lotnego jest przy tym w pierwszym rzędzie zależny od zawartości popiołu w stosowanym paliwie, od stopnia przemiany węgla podczas gazyfikacji oraz od stopnia oddzielenia pyłu lotnego w oddzielaczu 4, żeby wymienić jedynie podstawowe czynniki. Ta zależność od poszczególnych czynników jest określana na podstawie wstępnych prób w fazie rozruchu urządzenia i zostaje zaprogramowana w układzie sterowania urządzenia.

Między centralnym przewodem wylotowym 25 i przewodem 27 umieszczony jest rozdzielacz 29, do którego są podłączone prowadzące do czterech palników gazyfikujących 2 reaktora gazyfikującego 1 przewody 27. Na rysunku całkowicie zaznaczony jest tylko jeden przewód 27, ponieważ zwykle straty ciśnienia we wszystkich przewodach 27 są jednakowe w przybliżeniu, a w związku z tym zapewnione jest w wystarczającym stopniu jednakowe rozdzielenie zawracanego pyłu lotnego na wszystkie palniki gazyfikujące 2. Strumień masy może być przy tym każdorazowo kontrolowany poprzez wmontowaną w przewodach 27 rurkę Venturiego przy pomocy miernika różnicy ciśnień 30. Jest to wymagane zwłaszcza wówczas, gdy w odróżnieniu od zwykłego przypadku pył lotny nie ma być doprowadzany równomiernie do wszystkich palników gazyfikujących 2, np. dlatego, że palniki gazyfikujące 2 posiadają częściowo odmienną konstrukcję lub dopływ paliwa. Wymagana regulacja strumienia masy pyłu lotnego może przebiegać przy pomocy zainstalowanej w przewodzie 27 armatury regulacyjnej 31. W centralnym przewodzie wylotowym 25 może być zainstalowany następny radiometryczny miernik gęstości 32. Przy pomocy korelacji wartości pomiarowych obu radiometrycznych mierników gęstości 28 i 32 daje się również wyznaczyć resztkową zawartość węgla zawracanego pyłu lotnego. Resztkowa zawartość węgla może służyć przy tym jako wielkość wiodąca dla uwarunkowanej zawracaniem pyłu lotnego zmiany proporcji tlen/węgiel w reaktorze gazyfikującym.

Do rozdzielacza 8 dołączony jest przewód odprowadzający 33. Przewód ten jest przewidziany dla przypadku awaryjnego, gdy oddzielony w oddzielaczu 4 pył lotny nie może na skutek zakłócenia w pracy zostać zawrócony do reaktora gazyfikującego 1 i w związku z tym musi

164 897 zostać usunięty z urządzenia przez przewód odprowadzający 33. Ten pył lotny może zostać również wspólnie z odciąganym przez przewód 6 gazem surowym skierowany do nie przedstawionego na rysunku oddzielacza, w którym następuje oddzielenie pyłu lotnego na mokro, przy czym zbierający się szlam zostaje zagęszczony, a następnie stopiony na żużel lub zebrany jako odpady.

Gdy wymagane jest zredukowanie ciśnienia w dozowniku 16, nadmiarowy gaz może zostać wypuszczony przez przewód 34 do przewodu 3.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 10 000 zł

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób prowadzenia urządzenia do gazyfikacji drobnoziarnistych aż do pyłowych paliw stałych z reaktorem gazyfikującym, wyposażonym w palniki gazyfikujące, urządzeniem do oddzielania pyłów lotnych z gazu surowego, zbiornikiem pyłów lotnych i urządzeniem do zawracania pyłów lotnych do reaktora gazyfikującego, przy czym palniki gazyfikujące wchodzą do reaktora gazyfikującego ustawionym w środku symetrii na wylocie palnika gazyfikującego strumieniem paliwa/środka reakcyjnego, a ze strumieni paliwa/środka reakcyjnego tworzy się w reaktorze gazyfikującym strefę reakcji pierwotnej o wysokiej temperaturze, a pył lotny, zawarty w gazie surowym, wraz ze swą pozostałością węgla jest przy pomocy strumienia gazu nośnego wprowadzany w oś przynajmniej jednego strumienia paliwa/środka reakcyjnego, poprzez strumień paliwa/środka reakcyjnego wprowadzany do strefy reakcji pierwotnej i w niej poddawany stopnieniu, według patentu 161 778, znamienny tym, że wyznacza się gęstość zasypową oddzielonego pyłu lotnego i uwzględnia się ją przy regulacji strumienia masy doprowadzanego do palników gazyfikujących pyłu lotnego, przy czym doprowadzanie pyłu lotnego do palników gazyfikujących następuje w sposób ciągły i kontrolowany przy gęstości przenoszenia rzędu od 60 do 90% gęstości zasypowej pyłu lotnego.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przy niskiej, leżącej w obszarze między 150 i 300 kg/m³, gęstości zasypowej pyłu lotnego, strumień masy doprowadzanego do palników gazyfikujących pyłu lotnego jest zwiększany i że przy wyższej, leżącej w obszarze między 400 i 600 kg/m ³ gęstości zasypowej pyłu lotnego strumień masy doprowadzanego do palników gazyfikujących pyłu lotnego może zostać obniżony.
3. 3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że pył lotny doprowadza się do palników gazyfikujących z pojedynczego dozownika poprzez wymuszanie różnicy ciśnień, przy czym napełnianie dozownika następuje ze zbiornika pośredniego.
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że napełnianie dozownika przeprowadza się przy wysokiej gęstości przenoszenia między 100 i 550 kg/m3.