PL173359B1

PL173359B1 - Sposób chłodzenia gazem surowym otrzymanym przez zgazowywanie

Info

Publication number: PL173359B1
Application number: PL94302607A
Authority: PL
Inventors: Frank Dziobek; Johannes Kowoll
Original assignee: Krupp Koppers Gmbh
Priority date: 1993-03-31
Filing date: 1994-03-14
Publication date: 1998-02-27
Also published as: ES2121099T3; EP0618282B1; RU2120469C1; ZA939355B; EP0618282A2; DE59406946D1; DK0618282T3; CN1093396A; CN1038598C; DE4310447A1; EP0618282A3

Abstract

1. Sposób chlodzenia gazem suro- wym otrzymanym przez zgazowywanie pa- liw od drobnoziarnistych do pylistych w tem peraturach lezacych powyzej tem- peratury topnienia zuzla, przez szybkie chlodzenie czescia strumienia wytworzo- nego gazu, znamienny tym, ze z czesci kon- wekcyjnej, umieszczonego za reaktorem do zgazowywania, systemu kotlów na cie- plo odpadowe odprowadza sie czesc stru- mienia nieodpylonego gazu o tem pe- raturze zawartej pomiedzy 200 i 800°C i zawraca, jako gaz do szybkiego chlodzenia, za pomoca zasilanego gazem napedowym iniektora, do strefy szybkiego chlodzenia umieszczonej za reaktorem do zgazowy- wania. PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób chłodzenia gazem surowym, otrzymanym przez zgazowywanie paliw od drobnoziarnistych do pylistych, w temperaturach powyżej temperatury topnienia żużla, przez szybkie chłodzenie częścią strumienia wytworzonego gazu.

Przy chłodzeniu gazów surowych, które zostały wytworzone przez zgazowywanie węgla lub innych paliw stałych, ogrzanych do temperatur leżących powyżej temperatury topnienia żużla zastosowanego paliwa, powstaje problem, że wraz z wytworzonym gazem surowym z reaktora do zgazowywania są wynoszone zanieczyszczenia, które przy następującym później ochłodzeniu gazu surowego zestalają się i mogą prowadzić do odkładania się niepożądanych osadów, zwłaszcza w dołączonych za reaktorem do zgazowywania systemach kotłów na ciepło odpadowe i urządzeniach do obróbki gazu.

173 359

Chodzi tu, zwłaszcza o zanieczyszczenia w postaci stopionych lub ulegających spieczeniu cząstek żużla jak też o’ ulegające skropleniu

W celu uniknięcia tej wady. w niemieckim opisie patentowym nr DE-PS 24 29 993 było juz proponowane dodawanie do gorącego gazu, wychodzącego z reaktora do zgazowywania, wyprodukowanego gazu ziemnego jako gazu do szybkiego chłodzenia (tak zwany Quenchgas), który po opuszczeniu systemu kotłow na ciepło odpadowe jest zawracany przewodem i wdmuchiwany do gorącego strumienia gazu pomiędzy wyjściem z reaktora do zgazowywania i wejściem do systemu kotłów na ciepło odpadowe. Na temat rodzaju zawracania zimnego gazu do szybkiego chłodzenia nie było jednak przy tym żadnych bliższych wskazówek.

Z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki nr US-PS 2 963 457 jest znany sposób wyżej opisanego rodzaju, w którym część strumienia zimnego, oczyszczonego gazu za drugą płuczką gazu oddziela się i zawraca za pomocą kompresora do wyjścia z reaktora do zgazowywania i tam dodaje się do strumienia gazu surowego przed wejściem do systemu kotłów na ciepło odpadowe.

w praktyce okazało się jednak, że przy wyżej opisanym sposobie pracy, w którym dla obniżenia temperatury gazu surowego za reaktorem do zgazowywania muszą być zawracane stosunkowo duże objętości zimnego gazu do szybkiego chłodzenia, w stosunku do sposobu pracy bez zawracania gazu do szybkiego chłodzenia, muszą być brane pod uwagę straty sprawności. Występujące straty sprawności są przy tym spowodowane przez ochłodzenie gazu w płuczkach gazu, wykorzystanie ciepła odpadowego w systemach niskotemperaturowych jak też pracę sprężania, przy zawracaniu strumienia gazu do szybkiego chłodzenia.

Sposób pracy bez zastosowania gazu do szybkiego chłodzenia nie jest jednak także wolny od problemów, ponieważ część promieniowania systemu kotłów na ciepło odpadowe jest w tym przypadku szczególnie narażona na zanieczyszczenia. Ponieważ w podanych warunkach pracy zastosowanie dostępnych kotłów opromieniowanych jest poza tym bardzo drogie, sposób pracy bez gazu do szybkiego chłodzenia wymaga dużych nakładów aparaturowych, aby przy chłodzeniu gazów mogła być osiągnięta żądana różnica temperatur. Dlatego też już ze względów ekonomicznych dąży się do tego by nie rezygnować całkowicie z dodawania gazu do szybkiego chłodzenia.

Teoretyczne rozważania doprowadziły teraz do wyniku, że występujące przy pracy z zimnym gazem do szybkiego chłodzenia, straty stopnia sprawności mogą być w dużym stopniu usunięte, jeśeli zamiast niego będzie się pracowało z gorącym gazem do szybkiego chłodzenia, a jednocześnie może być rozwiązany problem ponownego sprężenia zawracanego gazu do szybkiego chłodzenia, w sposób zadowalający pod względem energetycznym i konstrukcyjnym. Dlatego zadaniem wynalazku jest znalezienie możliwie najprostszego i niedrogiego rozwiązania.

Sposób chłodzenia gazu surowego, wytworzonego przez zgazowywanie paliw od drobnoziarnistych do pylistych w temperaturach leżących powyżej temperatury topnienia żużla, przez szybkie chłodzenie częścią strumienia wytworzonego gazu, polega według wynalazku na tym, że z części konwekcyjnej, umieszczonego za reaktorem do zgazowywania, systemu kotłów na ciepło odpadowe odprowadza się część strumienia nieodpyłowego gazu, o temperaturze zawartej pomiędzy 200 i 800°C i zawraca, jako gaz do szybkiego chłodzenia, za pomocą zasilanego gazem napędowym iniektora, do strefy szybkiego chłodzenia umieszczonej za reaktorem do zgazowywania.

Korzystnie, strefa szybkiego chłodzenia jest umieszczona albo przed albo za strefą promieniowania systemu kotłów na ciepło odpadowe, biorąc po uwagę kierunek przepływu gazu’ surowego.

Korzystnie, przy zarwacaniu gazu do szybkiego chłodzenia przed strefę promieniowania ilość gazu do szybkiego chłodzenia jest tak dobrana, że osiąga się tam średnią temperaturę gazu wynoszącą 900-1400°C.

173 359

Korzystnie, przy zawracaniu gazu do szybkiego chłodzenia za strefę promieniowania ilość gazu do szybkiego chłodzenia jest tak dobrana, że osiąga się tam

WpH-nid tonsązrttnrm σα-ηι rw/Pl^aό 0g°-1 zggOf''

Korzystnie, jako gaz napędowy dla iniektora stosuje się albo część strumienia odpylonego i sprężonego w kompresorze produktu gazowego albo inny odpowiedni do tego gaz, taki jak azot, para wodna lub metan.

Korzystnie, gaz napędowy posiada wystarczające, ze względu na gaz do szybkiego chłodzenia, nadciśnienie, przy czym przez zmianę ciśnienia gazu napędowego można zmieniać w szerokim zakresie ilość zassanego gazu do szybkiego chłodzenia.

Korzystnie, stosuje się iniektor z wykładziną odporną na ścieranie, taką jak na przykład stopiony bazalt lub spiek twardy.

Korzystnie, zamiast iniektora stosuje się inny aparat strumieniowy taki jak dyfuzor pierścieniowy lub wentylator strumieniowy.

Korzystnie, gaz do szybkiego chłodzenia, przed zawróceniem do strefy szybkiego chłodzenia chłodzi się dodatkowo w wymienniku ciepła. Tak więc w sposobie według wynalazku do strety szybkiego chłodzenia jest zawracany, za pomocą iniektora, gaz do szybkiego chłodzenia nie odpylony i tylko częściowo ochłodzony. Strefa szybkiego chłodzenia może być przy tym położona albo przed albo za strefą promieniowania systemu kotłów opromieniowanych, biorąc pod uwagę kierunek przepływu gazu surowego. Ewentualnie strefa szybkiego chłodzenia może być zintegrowana ze strefą promieniowania. Ilość gazu do szybkiego chłodzenia jest przy tym mierzona w ten sposób, że przez zmieszanie gazu do szybkiego chłodzenia z gorącym gazem surowym zostanie osiągnięta żądana średnia temperatura gazu. Przy zawracaniu gazu do szybkiego chłodzenia przed strefę promieniowania, średnia temperatura gazu powinna tam leżeć pomiędzy 900 i 1400°C. Przy zawracaniu gazu do szybkiego chłodzenia za strefę promieniowania, średnia temperatura gazu powinna tam leżeć pomiędzy 700 i 1200°C.

Zastosowanie iniektorów jako agregatu transportującego dla zawracania gazu do szybkiego chłodzenia stanowi przy tym optymalne rozwiązanie gdyż chodzi tu o niezwykle pewne w pracy i niewrażliwe wyposażenie którego prostota konstrukcyjna jest nie do prześcignięcia. Zastosowanie iniektorów nie było w tym przypadku w żaden sposób oczywiste, gdyż należało się obawiać, że przy przesyłaniu pylistego, gorącego gazu do szybkiego chłodzenia wystąpi erozyjne ścieranie i/lub tworzenie osadów w iniektorach, zwłaszcza w ich węższych przekrojach. Według wynalazku wyeliminowano to jednak przez to, że iniektory zostały wyposażone w wykładzinę odporną na ścieranie i odprowadzanie gazu do szybkiego chłodzenia jest prowadzone w zakresie temperatur, w którym nie należy się obawiać intensywnego tworzenia osadów. Szczególnie korzystne okazały się przy tym wykładziny ze stopionego bazaltu lub spieku twardego. Gdyby mimo tego była potrzebna, w pewnych odstępach czasu, ^^^^;miima to iniektory mają tę zaletę, że są one stosunkowo małe i dlatego mogą być bardzo łatwo rozmontowane i zmontowane. Zamiast iniektorów mogą być ewentualnie zastosowane, jako agregat transportujący dla gazu do. szybkiego chłodzenia, także inne aparaty strumieniowe, takie jak na przykład dyfuzor pierścieniowy lub wentylator strumieniowy.

Dalszym pozytywnym elementem wynalazku jest zastosowanie nieodpylonego gazu jako gazu do szybkiego chłodzenia, gdyż dzięki temu można zrezygnować z oczyszczania tego strumienia gazowego w suchych liltrach. Okazało się mianowicie, że przy stosunkowo wysokich temperaturach, w których gaz jest odprowadzany z części konwekcyjnej systemu kotłów na ciepło odpadowe, zastosowanie suchych filtrów do odpylania gazu może prowadzić do problemów materiałowych i do zatykania i dlatego nie jest jeszcze standartem w skali przemysłowej. Dlatego można stwierdzić, że z wyżej przedstawionego punktu widzenia, rozwiązanie według wynalazku nie jest w żaden sposób oczywiste także dla fachowca.

173 359

Jako gaz napędowy dla iniektorów jest stosowana korzystnie część odpylonego strumienia gazowego. Ta część strumienia jest odprowadzana za płuczką gazu lub suchym filtrem i sprężana za pomocą kompresora. Zamiast odpylonego produktu gazowego może być jednak także stosowany, jako gaz napędowy do iniektorów, inny gaz, taki jak na przykład azot lub para wodna. Przy -tym istnieje· możliwość, zmieniania składu gazu w strefie promieniowania systemu kotłów na ciepło odpadowe, przez dobór gazu napędowego. Jako gaz napędowy może wreszcie .być też stosowany gaz, który reaguje endotermicznie przy zmieszaniu z gorącym gazem surowym, taki jak na przykład metan. Dzięki temu zostaje osiągnięty dodatkowy efekt chłodzenia. Gaz napędowy, jeśli nie znajduje się już pod wystarczającym ciśnieniem, zostaje tak sprężony w kompresorze, że posiada wystarczające nadciśnienie w stosunku do zawracanego gazu do szybkiego chłodzenia. Przez zmianę ciśnienia gazu napędowego, ilość zassanego gazu do szybkiego chłodzenia może się zmieniać w szerokim zakresie.

Sposób według wynalazku jest bliżej objaśniony w przykładzie wykonania w oparciu o rysunek, który przedstawia, w uproszczeniu, urządzenie do przeprowadzenia sposobu według wynalazku i służy jednocześnie do objaśnienia przykładu prowadzenia sposobu według wynalazku. System kotłów na ciepło odpadowe reaktora do zgazowywania składa się przy tym z części promieniowania 1 z umieszczoną pod nią lub nad nią strefą szybkiego chłodzenia 14 lub 15 i z części konwekcyjnej 3, które to części są ze sobą połączone przewodem 2. Zarówno część promieniowania jak i część konwekcyjna są umieszczone w pojemniku ciśnieniowym 4 lub 5. Rysunek pokazuje przy tym tylko jedną z możliwych postaci wykonania. W zasadzie część promieniowania i część konwekcyjna mogą tez być umieszczone w inny sposób, na przykład jedna nad drugą w obrębie jednego, wspólnego pojemnika ciśnieniowego. Reaktor do zgazowywania nie jest przedstawiony na rysunku. Znajduje się on albo bezpośrednio pod pojemnikiem ciśnieniowym 4 albo może być umieszczony wraz z częścią promieniowania 1 w pojemniku ciśnieniowym 4. Szczegóły reaktora do zgazowywania i systemu kotłów na ciepło odpadowe nie muszą tu być przytaczane, gdyż chodzi tu o znane konstrukcje i nie jest to przedmiotem wynalazku. Z reaktora do zgazowywania, wytworzony gaz surowy dostaje się poprzez część promieniowania 1 i przewód 2 do części konwekcyjnej 3. Z części konwekcyjnej 3 ochłodzony gaz jest odprowadzany przewodem 6 i doprowadzany dalej do, nie pokazanych na rysunku, obróbki i oczyszczania gazu. Według wynalazku do części konwekcyjnej 3 jest dołączony przewód odprowadzający 7, przez który część strumienia nieodpylonego gazu jest odprowadzana z części konwekcyjnej 3 do iniektora 8. Przewód odprowadzający 7 jest umieszczony w części konwekcyjnej 3 tym wyżej im wyższa jest żądana temperatura, z jaką część strumienia nieodpylonego gazu, służąca jako gaz do szybkiego chłodzenia powinna być odprowadzana z części konwekcyjnej 3. Gaz napędowy potrzebny do pracy iniektora 8 przechodzi przewodem 9 do kompresora 10. Jak już wyżej wspomniano, chodzi tu korzystnie o część strumienia odpylonego produktu gazowego, który jest odprowadzony, z nie przedstawionego na rysunku, oczyszczania gazu, albo za płuczką gazu, albo za suchym filtrem. W kompresorze 10 gaz napędowy jest tak sprężany, że posiada on żądane nadciśnienie, aby część strumienia gazu odprowadzoną przez przewód odprowadzający 7, zawrócić przewodem 12 jako gaz do szybkiego chłodzenia do strefy szybkiego chłodzenia 14 albo 15. Przerywana strzałka na rysunku oznacza, że gaz do szybkiego chłodzenia może być doprowadzany do strefy szybkiego chłodzenia leżącej zarówno przed jak i za strefą promieniowania 1. Ponieważ gaz surowy z reaktora do zgazowywania ulega ochłodzeniu w strefie promieniowania 1, temperatura gazu w umieszczonej nad nią strefie szybkiego chłodzenia 15 jest oczywiście niższa niż w położonej pod nią strefie szybkiego chłodzenia 14. Przy tym, od każdorazowej ilości zanieczyszczeń gazu surowego jak też od warunków przenoszenia ciepła zależy przy jakim poziomie temperatur gazu surowego musi następować domieszanie gazu do szybkiego chłodzenia. Jeśli gaz surowy zawiera ciekłe stopione cząstki żużla, które zestalają się już przy stosunkowo wysokich

173 359 temperaturach, doprowadzanie gazu do szybkiego chłodzenia może następować już przed strefą promieniowania 1, gdyż w tym przypadku potrzebne jest mniej silne ochłodzenie niż w odwrotnvm nrzwaadktu pdv cyastki żużla zestalaia sie donlaro nr™ «tn·/ i 4 i f O J i· J ~l X X X* J

Cli ł-» 'd ♦-» 1 <1 /il·-* + a +11 ».n dl·» 7rt 4 d—r-*, — -J rt __ -U— 1 —J _ t__ T —11 * — 2 — junówu nuoiui ibiuj/r/K^wiaui. nnwuxu aizpuuwauz-dmy gam ^L|J oyujlhego dmuOZCiUa następuje za strefą promieniowania.

Według jednej z postaci wykonania, nie przedstawionej na rysunku, jest też możliwe, że odprowadzony ze strefy konwekcyjnej 3, gaz do szybkiego chłodzenia, przed ponownym wprowadzeniem do strefy promieniowania 1 ulega dodatkowemu ochłodzeniu w wymienniku ciepła. Ten wariant można przede wszystkim tam stosować gdzie gaz odprowadzany przewodem 7 z części konwekcyjnej 3 ma temperaturę >400°C. Następnie jest też możliwa postać wykonania, według której w pojemniku ciśnieniowym 4 jest umieszczona tylko jedna strefa szybkiego chłodzenia l4 i całkowicie rezygnuje się z chłodzenia w strefie promieniowania 1. Chłodzenie gazu w tym przypadku następuje wyłącznie przez połączenie szybkiego chłodzenia gazu i chłodzenia konwekcyjnego. Jeśli reaktor do zgazowywania jest umieszczony w pojemniku ciśnieniowym 4, króciec 13 służy do odprowadzania żużla. W innym przypadku stanowi on połączenie pomiędzy pojemnikiem ciśnieniowym 4 i leżącym pod nim reaktorem do zgazowywania.

Przykła d. Poddano chłodzeniu 190 000 Nm³/h gazu surowego, który został otrzymany przez zgazowywanie lotnego strumienia pyłu węglowego (Proces Prenflo) pod ciśnieniem 27 barów. Gaz surowy wychodzi przy tym w temperaturze około 1500°C z dołu strefy promieniowania 1. Dla ochłodzenia gazu surowego wprowadza się do strefy 14 szybkiego chłodzenia 150000 Nm³/h gazu do szybkiego chłodzenia o temperaturze 250°C. Gaz surowy ulega przez to ochłodzeniu do temperatury 800°C, tak że zanieczyszczenia zawarte w gazie surowym nie mają już wartej wzmianki zdolności do spiekania i mogą być oddzielone z gazu surowego jak też jednocześnie w dołączonej części konwekcyjnej 3 nie występują żadne szkody termiczne. Jako gaz do szybkiego chłodzenia jest stosowana część strumienia ochłodzonego gazu, który przechodzi poprzez przewód odprowadzający 7 z dolnego obszaru części konwekcyjnej do iniektora 8. Jako gaz napędowy dla iniektora 8 stosuje się 25 000 Nm³ odpylonego produktu gazowego, który jest odprowadzany przewodem 9 za, nie pokazanym na rysunku, suchym filtrem i sprężany w kompresorze 10 do ciśnienia 3 barów.

Sposób według wynalazku ma wiele zalet, do których należą: niezwykle niskie straty ciepła, i ciśnienia, gdyż tylko niewielka część strumienia odpylonego i oczyszczonego produktu gazowego musi być ponownie sprężona; niezwykle niskie koszty inwestycyjne dzięki zastosowaniu iniektorów jako agregatów do transportu gazu, przy jednoczesnej możliwości zmniejszenia lub całkowitego usunięcia strefy promieniowania systemu kotłów na ciepło odpadowe; duże bezpieczeństwo pracy sposobu, gdyż do transportowania gazu do szybkiego chłodzenia nie są stosowane żadne agregaty z ruchomymi częściami; możliwość stosowania gazów o różnym składzie jako gazów napędowych dla iniektora i w związku z tym możliwość zmiany składu gazu w strefie promieniowania oraz możliwość bezproblemowej i taniej naprawy lub wymiany w przypadku uszkodzenia iniektora jak też prosta budowa urządzenia.

173 359

i.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 2,00 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób chłodzenia gazem surowym otrzymanym przez zgazowywanie paliw od drobnoziarnistych do pylistych w temperaturach leżących powyżej temperatury topnienia żużla, przez szybkie chłodzenie częścią strumienia wytworzonego gazu, znamienny tym, że z części konwekcyjnej, umieszczonego za reaktorem do zgazowywania, systemu kotłów na ciepło odpadowe odprowadza się część strumienia nieodpylonego 'gazu o temperaturze zawartej pomiędzy 200 i 800°C i zawraca, jako gaz do szybkiego chłodzenia, za pomocą zasilanego gazem napędowym iniektora, do strefy szybkiego chłodzenia umieszczonej za reaktorem do zgazowywania.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że strefa szybkiego chłodzenia jest umieszczona albo przed albo za strefą promieniowania systemu kotłów na ciepło odpadowe, biorąc pod uwagę kierunek przepływu gazu surowego.
3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że przy zawracaniu gazu do szybkiego chłodzenia przed strefę promieniowania, ilość gazu do szybkiego chłodzenia jest tak dobrana, że osiąga się tam średnią temperaturę gazu wynoszącą 900-1400°C.
4. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że przy zawracaniu gazu do szybkiego chłodzenia za strefę promieniowania, ilość gazu do szybkiego chłodzenia jest tak dobrana, że osiąga się tam średnią temperaturę gazu wynoszącą 700-1200°C.
5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako gaz napędowy dla iniektora stosuje się albo część strumienia odpylonego i sprężonego w kompresorze produktu gazowego albo inny odpowiedni do tego gaz, taki jak azot, para wodna lub metan.
6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że gaz napędowy posiada wystarczające, w stosunku do gazu do szybkiego chłodzenia, nadciśnienie, przy czym przez zmianę ciśnienia gazu napędowego można zmieniać w szerokim zakresie ilość zassanego gazu do szybkiego chłodzenia.
7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się iniektor z wykładziną odporną na ścieranie, taką jak na przykład stopiony bazalt lub spiek twardy.
8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że zamiast iniektora stosuje się inny aparat strumieniowy taki jak dyfuzor pierścieniowy lub wentylator strumieniowy.
9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że gaz do szybkiego chłodzenia, przed zawróceniem do strefy szybkiego chłodzenia, chłodzi się dodatkowo w wymienniku ciepła.