PL206189B1

PL206189B1 - Sposób doprowadzania mieszaniny zawierającej palną substancję stałą i wodę do pieca do spalania lub reaktora do zgazowywania

Info

Publication number: PL206189B1
Application number: PL377207A
Authority: PL
Inventors: Yukuo Katayama
Original assignee: Katayama YukuoKatayama Yukuo
Priority date: 2002-12-13
Filing date: 2003-12-11
Publication date: 2010-07-30
Also published as: AU2003289032B2; AU2003289032A1; EP1582814A1; CN100434802C; EP1582814B1; CA2511480C; ES2429512T3; WO2004055436A1; CA2511480A1; PL377207A1; EP1582814A4; JP4404777B2; US7444947B2; CN1726372A; US20060105278A1; JPWO2004055436A1

Description

Opis wynalazku

Niniejszy wynalazek dotyczy sposobu doprowadzania mieszaniny zawierającej palną substancję stałą i wodę do pieca do spalania lub reaktora do zgazowywania.

Chodzi tu zwłaszcza bardziej o sposób doprowadzania wyżej wymienionej mieszaniny do pieca do spalania lub reaktora do zgazowywania, w którym co najmniej część wody w mieszaninie przekształca się do postaci pary.

Jako środki do doprowadzania szlamu wodnego zawierającego palną substancję stałą, taką jak pył węglowy lub stałe odpady celulozowe do pieca do spalania lub reaktora do zgazowywania wykorzystano sposoby, w których szlam wtryskuje się bezpośrednio do pieca do spalania lub reaktora do zgazowywania za pomocą gazu pod wysokim ciśnieniem, takiego jak para wodna lub powietrze. Szlam zawiera wodę w ilości od 27 do 80% wagowych w odniesieniu do wagi szlamu, i woda odparowuje w piecu do spalania lub reaktorze do zgazowywania. W szlamie z pyłu węglowego i wody zawartość wody wynosi od 27 do 50% w odniesieniu do wagi szlamu. Mieszanina zawierająca stałe odpady celulozowe i wodę niekiedy nie tworzy szlamu, na przykład gdy zawartość wody wynosi najwyżej 50% w stosunku do wagi mieszaniny. Odpowiednio do tego, niektóre rodzaje szlamu wymagają zawartoś ci wody 50% lub więcej, zwłaszcza od 70 do 80% w stosunku do wagi szlamu, w zależności od rodzaju stałego odpadu celulozowego. Zatem część energii wytwarzanej przy częściowym spalaniu palnej substancji stałej jest zużywana jako ciepło utajone na odparowanie wody, co obniża temperaturę w piecu, powodując w rezultacie zwiększenie ilości nie spalonego węgla. W reaktorze do zgazowywania osadza się stopiony popiół węglowy wskutek obniżenia temperatury w reaktorze do zgazowywania. Powoduje to takie problemy jak zatykanie się linii do odprowadzania stopionego popiołu. W celu zapobież enia tym problemom nale ż y zapobiec obniż aniu się temperatury w piecu. Stosownie do tego we wspomnianym konwencjonalnym sposobie doprowadza się do reaktora do zgazowywania większą ilość tlenu niż ilość teoretyczna obliczona z pierwiastkowego składu węgla.

W celu zastosowania pył u wę glowego zawierają cego popiół o wysokiej temperaturze stapiania, zwłaszcza przy zgazowywaniu, wewnętrzna temperatura reaktora do zgazowywania musi być utrzymywana jako stosunkowo wysoka temperatura. Zatem w sposobach konwencjonalnych trudne jest stosowanie węgla zawierającego popiół o wysokiej temperaturze stapiania. Gdy nie można uniknąć stosowania takiego węgla zawierającego popiół o wysokiej temperaturze stapiania należy zastosować kosztowne środki obniżające temperaturę topnienia. Ponadto wymagana jest duża ilość tlenu, aby nieco podwyższyć wewnętrzną temperaturę reaktora do zgazowywania, przez co wspomaga się topnienie popiołu węglowego w reaktorze do zgazowywania tak, aby ułatwić usuwanie popiołu węglowego u dołu reaktora do zgazowywania i tym samym doprowadzić do równomiernego działania instalacji do zgazowywania. Wskutek tych czynników wydajność zgazowywania w przypadku sposobów konwencjonalnych jest niska.

Znany jest sposób zgazowywania węgla drogą doprowadzania węgla i wody do reaktora do zgazowywania, w którym to sposobie co najmniej część wody doprowadza się w postaci pary do reaktora do zgazowywania (patrz japońskie ujawnienie patentowe No. 2002-155288). Według tego sposobu węgiel doprowadza się za pomocą pary do reaktora do zgazowywania. Zatem woda zawarta w mieszaninie wę gla i wody, korzystnie cał a jej ilość, odparowuje do pary przed jej doprowadzeniem do reaktora do zgazowywania, a więc opisane powyżej niedostatki mogą zostać rozwiązane.

W powyższym sposobie mieszanina układu substancja stała-substancja ciekła przekształcana jest w mieszaninę układu substancja gazowa-substancja stała lub układu substancja gazowa-substancja ciekła- substancja stała i doprowadzana do reaktora. Jako urządzenie, za pomocą którego szlam układu substancja stała-substancja ciekła doprowadzany jest do wymiennika ciepła, następnie ogrzewany, przekształcany w układ substancja gazowa-substancja ciekła-substancja stała, który jest potem doprowadzany do urządzenia do odparowywania w celu odzyskania wody, na rynku dostępny jest Cracksystem™ z Hosokawa Micron Co., Ltd. Jednakże w urządzeniu tym rozpuszczalnik odparowuje od razu w wymienniku ciepła, tak, że prędkość przepływu układu substancja gazowa-substancja stała na wylocie z wymiennika ciepła przekracza prędkość dźwięku. Odpowiednio do tego, jeśli urządzenie zastosowano by dla palnej substancji stałej, takiej jak węgiel, zachodziłoby ogromne zużycie ścierne.

Znany jest z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4153427 sposób, w którym mieszaninę węgla i wody ogrzewa się i rozdziela na gaz i substancję stałą w zbiorniku suszarki pneumatycznej, a następnie pył węglowy doprowadza się do reaktora do zgazowywania. Jednakże pył

PL 206 189 B1 węglowy uzyskany przy rozdzielaniu gazu i substancji stałej nie jest całkiem wysuszony i dlatego koaguluje, w związku z czym ciągłe doprowadzanie do reaktora do zgazowywania jest trudne. Zatem sposób ten nie został zastosowany w praktyce.

W sposobach konwencjonalnych doprowadzania węgla i wody do reaktora do zgazowywania w celu zgazowania wę gla, istniał problem wystę powania zuż ycia ściernego rur w podgrzewaczu i rury zasilającej połączonej z reaktorem do zgazowywania, jeśli co najmniej część wody doprowadza się w postaci pary. W celu rozwiązania tego problemu moż na wymyślić wykonanie dostatecznie dużych wewnętrznych średnic rur w podgrzewaczu i rury zasilającej dla zmniejszenia prędkości przepływu płynu. Jednakże w przypadku, gdy wykonane są dostatecznie duże średnice wewnętrzne dla zmniejszenia zużycia, pojawiają się z kolei inne problemy z osiadaniem węgla na wewnętrznej ściance rur i dalsze gł adkie przenoszenie wę gla staje się trudne.

Wynalazcy wykonali różne badania w celu rozwiązania tych problemów. W rezultacie wynalazcy stwierdzili, że przy pompowaniu mieszaniny zawierającej palną substancję stałą i wodę do pieca do spalania lub reaktora do zgazowywania, jeśli ciśnienie wylotowe jest regulowane tak, aby znajdowało się w następującym stosunkowo wysokim szczególnym zakresie, prędkość przepływu mieszaniny można właściwie regulować za pomocą średnic rur ustalonych we właściwym zakresie, aby tym samym doprowadzać mieszaninę do wymienionych powyżej reaktorów w sposób stabilny bez zużycia ściernego lub osadzania się palnej substancji stałej w rurach, przez które przepływa mieszanina.

Sposób doprowadzania mieszaniny zawierającej palną substancję stałą i wodę do pieca do spalania lub reaktora do zgazowywania, obejmujący ogrzewanie mieszaniny za pomocą podgrzewacza z przekształceniem co najmniej części wody w mieszaninie do postaci pary i doprowadzanie całej mieszaniny do pieca do spalania lub reaktora do zgazowywania, w którym całą mieszaninę przenosi się pomiędzy wlotem podgrzewacza a piecem do spalania lub reaktorem do zgazowywania za pomocą pompy, odznacza się według wynalazku tym, że ciśnienie wylotowe pompy jest wyższe od wewnętrznego ciśnienia w piecu do spalania lub reaktorze do zgazowywania co najmniej o 1,5 MPa i nie wyższe od 22,12 MPa, przy czym prędkość przepływu wspomnianej mieszaniny z co najmniej częścią wody w postaci pary wynosi od 6 do 50 m/s w rurze w podgrzewaczu i w rurze pomiędzy wylotem z podgrzewacza a wlotem pieca do spalania lub reaktora do zgazowywania, i wewnę trzna ś rednica rury w podgrzewaczu zwiększa się stopniowo lub skokowo w kierunku przepływu mieszaniny tak, że wodę w mieszaninie stopniowo lub skokowo przekształca się do postaci pary.

Korzystnie ciśnienie wylotowe pompy jest wyższe od wewnętrznego ciśnienia w piecu do spalania lub reaktorze do zgazowywania o od 3,0 MPa do 15,0 MPa, a korzystniej jest wyższe o od 4,0 MPa do 15,0 MPa.

Korzystnie wspomniane natężenie przepływu wynosi od 8 do 40 m/s, a korzystniej wynosi ono od 10 do 40 m/s.

Korzystnie pomiędzy sekcjami rury o różnych średnicach umieszczony jest zawór redukcyjny tak, że wodę w mieszaninie przekształca się do postaci pary za pomocą zaworu redukcyjnego.

Korzystnie wewnętrzna średnica rury zwiększa się w od 2 do 12 skokach, korzystniej w od 4 do 12 skokach, najkorzystniej wewnętrzna średnica rury zwiększa się w od 6 do 12 skokach.

Korzystnie wdmuchuje się niepalny gaz bezpośrednio za miejscem, gdzie wewnętrzna średnica rury zwiększa się.

Korzystnie wspomniany niepalny gaz stanowi para, azot, lub dwutlenek węgla.

Korzystnie w zasadzie całą wodę przekształca się do postaci pary.

Korzystnie ogrzewanie za pomocą podgrzewacza prowadzi się w temperaturze od 150 do 450 stopni C przy ciśnieniu od 1,5 do 22,12 MPa, bardziej korzystnie w temperaturze od 200 do 400 stopni C przy ciśnieniu od 3,0 do 22,12 MPa, a najbardziej korzystnie w temperaturze od 200 do 365 stopni C przy ciśnieniu od 4,0 do 20,0 MPa.

Korzystnie ogrzewanie prowadzi się za pomocą środka grzewczego w temperaturze od 200 do 600 stopni C.

Korzystnie pomiędzy wylotem podgrzewacza i wlotem pieca do spalania lub reaktora do zgazowywania umieszczony jest zawór regulacji ciśnienia.

Korzystnie przed podgrzewaczem umieszczony jest podgrzewacz wstępny.

Korzystnie przy wylocie z podgrzewacza wstępnego umieszczony jest zawór redukcyjny.

Korzystnie zawartość wody w mieszaninie zawierającej substancję palną i wodę wynosi od 27 do 80% wagowych w odniesieniu do całkowitej wagi mieszaniny, korzystniej od 30 do 40% wagowych

PL 206 189 B1 w odniesieniu do cał kowitej wagi mieszaniny, a najkorzystniej od 30 do 35% wagowych w odniesieniu do całkowitej wagi mieszaniny.

Niniejszy wynalazek zapewnia sposób doprowadzania mieszaniny zawierającej palną substancję stałą i wodę do pieca do spalania lub reaktora do zgazowywania, w którym co najmniej część wody w mieszaninie przekształca się do postaci pary i w którym prawie nie zachodzi zużycie ścierne w przewodzie rurowym i możliwe jest stabilne zasilanie pieca do spalania lub reaktora do zgazowywania bez osadzania się palnej substancji stałej.

Przedmiot wynalazku jest bliżej objaśniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat technologiczny procesu w urządzeniu stosowanym w przykładach, fig. 2 przedstawia wykres dla pokazania profilu prędkości przepływu w rurze pomiędzy wylotem pompy i wlotem reaktora do zgazowywania w przykładzie 1, fig. 3 przedstawia wykres dla pokazania profilu ciśnienia w rurze pomiędzy wylotem pompy i wlotem reaktora do zgazowywania w przykładzie 1, fig. 4 przedstawia wykres dla pokazania prędkości przepływu w rurze pomiędzy wylotem pompy i wlotem reaktora do zgazowywania w przykładzie 2, i fig. 5 przedstawia wykres dla pokazania prędkości przepływu w rurze pomię dzy wylotem pompy i wlotem reaktora do zgazowywania w przykł adzie 2.

Górna granica zawartości wody w mieszaninie zawierającej palną substancję stałą i wodę stosowanej w niniejszym wynalazku wynosi korzystnie 80% wagowych, korzystniej 40% wagowych, a jeszcze bardziej korzystnie 35% wagowych, zaś dolna granica wynosi korzystnie 27% wagowych, a bardziej korzystnie 30% wagowych. Tymczasem dla zawartoś ci palnej substancji stałej górna granica wynosi korzystnie 73% wagowych, a bardziej korzystnie 70% wagowych, zaś dolna granica wynosi korzystnie 20% wagowych, korzystniej 60% wagowych, a jeszcze bardziej korzystnie 65% wagowych. Jeśli zawartość wody przekracza wyżej wymienioną górną granicę i zawartość palnej substancji stałej jest niższa od wymienionej wyżej dolnej granicy, energia potrzebna dla odparowania wody jest zbyt duża, aby niniejszy sposób był ekonomiczny. Gdy zawartość wody jest niższa od wyżej wymienionej dolnej granicy i zawartość palnej substancji stałej przewyższa wymienioną powyżej górną granicę, mieszanina zawierająca palną substancję stałą i wodę jest zbyt lepka, aby można ją było bez problemów przenosić. W celu ułatwienia tworzenia wodnego szlamu palnej substancji stałej można dodawać środek powierzchniowo czynny.

Palne substancje stałe poddawane spalaniu lub zgazowywaniu nie są szczególnie ograniczone do określonych rodzajów. Można stosować na przykład węgiel, koks węglowy lub koks naftowy, smołę węglową lub naftową lub stałe odpady celulozowe. Można stosować węgiel o różnych stopniach uwęglenia, taki jak węgiel bitumiczny, węgiel podbitumiczny lub węgiel brunatny. Węgiel zawierający popiół o wysokiej temperaturze topnienia trudno jest stosować w sposobie konwencjonalnym, w którym szlam węgiel/woda doprowadza się do reaktora do zgazowywania. W niniejszym wynalazku narzucone jest takie ograniczenie spowodowane temperaturą topnienia popiołu. Palna substancja stała jest korzystnie przed użyciem sproszkowana do pożądanej wielkości ziarna. Wielkość ziarna wynosi korzystnie od 25 do 500 mesh, bardziej korzystnie od 50 do 200 mesh. Jeśli wielkość ziarna węgla jest zbyt duża, cząstki węgla powodują bardzo szybką sedymentację w wodzie. Węgiel jest sproszkowany korzystnie na sucho przed zmieszaniem z wodą, ale może on być również rozdrabniany na pył w stanie mokrym po zmieszaniu z wodą.

Mieszanina zawierająca palną substancję stałą i wodę doprowadzana jest za pomocą pompy do pieca do spalania lub pieca do zgazowywania przez podgrzewacz. Jako pompę można zastosować dowolną znaną pompę i można na przykład wymienić pompę odśrodkową, pompę nurnikową lub pompę zębatą.

Górna granica ciśnienia wylotowego pompy w niniejszym wynalazku wynosi 22,12 MPa, które stanowi ciśnienie pary nasyconej w temperaturze krytycznej wody, 374,15 stopni C. Ciśnienie jest korzystnie wyższe od ciśnienia w piecu do spalania lub piecu do zgazowywania o 15,0 MPa, a bardziej korzystnie o 10,0 MPa. Dolną granicę stanowi ciśnienie wyższe od ciśnienia w piecu do spalania lub piecu do zgazowywania o 1,5 MPa, korzystnie o 3,0 MPa, a bardziej korzystnie o 4,0 MPa. Jeśli ciśnienie przekroczy wyżej wymienioną górną granicę, potrzebne są duże nakłady kosztów na nadanie urządzeniom odporności na wysokie ciśnienia, a zatem sposób jest nieekonomiczny. W przypadku, gdy ciśnienie jest niższe od wyżej wymienionej dolnej granicy, odparowuje więcej wody niż jest to pożądane, a zatem prędkość przepływu mieszaniny staje się mniejsza od wymaganej opisanej poniżej prędkości przepływu i stąd palna mieszanina niekiedy nie może być gładko przenoszona do reaktora do zgazowywania.

PL 206 189 B1

Jako podgrzewacza w niniejszym wynalazku można użyć dowolnego podgrzewacza, który może podgrzać wyżej opisaną mieszaninę i przekształcić co najmniej część wody w mieszaninie, korzystnie w zasadzie całą wodę, do postaci pary. Przykładowo, można zastosować piec grzewczy lub wymiennik ciepła. Korzystnie, można zastosować wymiennik ciepła, a bardziej korzystnie wymiennik ciepła dwururowy.

W niniejszym wynalazku wymaga się , aby prędkość przepł ywu wyż ej wymienionej mieszaniny w rurze podgrzewacza i w rurze pomiędzy wylotem podgrzewacza i wlotem pieca do spalania lub reaktora do zgazowywania zawierała się w następującym zakresie: górna granica prędkości przepływu: 50 m/s, korzystnie 40 m/s, a bardziej korzystnie 30 m/s, a dolna granica: 6 m/s, korzystnie 8 m/s, a bardziej korzystnie 10 m/s. Tym samym mieszanina moż e być doprowadzana do pieca do spalania lub reaktora do zgazowywania w stabilny sposób. Jeśli prędkość przepływu przekracza wymienioną wyżej górną granicę, rury bardzo się zużywają. Jeśli prędkość przepływu jest niższa od wymienionej wyżej dolnej granicy, rury łatwo się zatykają z powodu osadzania się palnej substancji stałej.

Wewnętrzna średnica rury w podgrzewaczu, przez którą przechodzi mieszanina zawierająca palną substancję stałą i wodę korzystnie zwiększa się stopniowo, a bardziej korzystnie skokowo w kierunku przepływu mieszaniny. W ten sposób woda w mieszaninie może zostać przekształcona do postaci pary stopniowo lub skokowo w celu właściwej regulacji prędkości przepływu mieszaniny.

W ukształtowaniu, w którym wewnętrzna średnica rury zwiększa się skokowo, średnica ta zwiększa się w od 2 do 12 skokach, bardziej korzystnie w od 4 do 12 skokach, a najkorzystniej w od 6 do 12 skokach. Korzystne jest również, gdy pomiędzy sekcjami rury o różnych średnicach wewnętrznych umieszczone są zawory redukcyjne, za pomocą których pożądana ilość wody w mieszaninie może być właściwie przekształcona do postaci pary. Korzystnie niepalny gaz wdmuchuje się bezpośrednio za miejscem, gdzie wewnętrzna średnica rury zwiększa się lub bezpośrednio za miejscem, gdzie umieszczony jest zawór redukcyjny. Korzystnie jako gaz niepalny stosuje się parę wodną, azot, lub dwutlenek węgla. Przez wdmuchiwanie gazu niepalnego można zapobiec obniżeniu prędkości przepływu mieszaniny w rurze i tym samym utrzymać prędkość przepływu mieszaniny w rurach w pożądanym zakresie jak opisano powyż ej.

W podgrzewaczu wyż ej wymieniona mieszanina podgrzewana jest do temperatury, w której co najmniej część, korzystnie w zasadzie cała woda w mieszaninie odparowuje i jest przekształcana do postaci pary. Górna granica temperatury podgrzewania wynosi korzystnie 450 stopni C, korzystniej 400 stopni C, a szczególnie korzystnie 365 stopni C. Dolna granica wynosi korzystnie 150 stopni C, korzystniej 200 stopni C, a jeszcze korzystniej 250 stopni C. Jeśli temperatura przekroczy wyżej wymienioną górną granicę, palna substancja stała, taka jak węgiel powoduje intensywny rozkład termiczny i powstałe substancje węglowodorowe często powodują koksowanie w rurach, które prowadzi do przewężenia rur w podgrzewaczu. Poniżej dolnej granicy woda może nie odparowywać dostatecznie. Ciśnienie w rurze podgrzewacza podczas opisanego powyżej ogrzewania zależy od ciśnienia wylotowego pompy i wynosi od 1,5 do 22,12 MPa, korzystniej od 3,0 do 22,12 MPa, a jeszcze bardziej korzystnie od 4,0 do 20,0 MPa.

Wspomniane powyżej podgrzewanie przeprowadza się korzystnie za pomocą środka grzewczego, korzystnie oleju grzewczego lub stopionej soli w wymienniku ciepła, takim jak dwururowy wymiennik ciepła. Temperatura środka grzewczego wynosi korzystnie od 200 do 600 stopni C, korzystniej od 250 do 500 stopni C, a najbardziej korzystnie od 300 do 450 stopni C. Jeśli temperatura przekroczy wyżej wymienioną górną granicę, palna substancja stała, taka jak węgiel powoduje rozkład termiczny i powstałe substancje węglowodorowe powodują koksowanie w rurach, które często prowadzi do przewężenia rury w podgrzewaczu. Poniżej dolnej granicy trudno jest podgrzewać mieszaninę do opisanej powyżej pożądanej temperatury. Podgrzewacz do ogrzewania środka grzewczego nie jest szczególnie ograniczony i może być zastosowany dowolny podgrzewacz, który może podgrzewać środek grzewczy do opisanej powyżej żądanej temperatury. Korzystnie można zastosować wymiennik ciepła z zastosowaniem środka grzewczego, takiego jak gorąca para, gorące oleje, stopione sole lub gazy.

W niniejszym wynalazku moż e być przewidziany podgrzewacz wstę pny do podgrzewania mieszaniny przed jej podgrzaniem w wyżej opisanym podgrzewaczu, przez co temperatura, w której mieszaninę doprowadza się do pieca do spalania lub reaktora do zgazowywania może być w sposób właściwy regulowana, zależnie od temperatury roboczej pieca do spalania lub reaktora do zgazowywania. Górna granica temperatury podgrzewania wstępnego wynosi korzystnie 450 stopni C, korzystniej 400 stopni C, a jeszcze bardziej korzystnie 365 stopni C. Dolna granica wynosi korzystnie

PL 206 189 B1

150 stopni C, korzystniej 200 stopni C, a jeszcze bardziej korzystnie 250 stopni C. Ciśnienie przy podgrzewaniu wstępnym może być podobne do ciśnienia wylotowego pompy. Podgrzewacz wstępny pomaga ogrzać mieszaninę do pewnej temperatury, a zatem ciśnienie w rurze w podgrzewaczu wstępnym jest korzystnie równe lub wyższe od ciśnienia pary nasyconej w wyżej wymienionej pożądanej temperaturze tak, aby zapobiec odparowaniu wody z mieszaniny. W celu utrzymania tego ciśnienia korzystnie na wylocie z podgrzewacza wstępnego może być umieszczony zawór regulacji ciśnienia.

Mieszanina zawierająca palną substancję stałą i wodę jest podgrzewana w podgrzewaczu do wyżej wymienionej żądanej temperatury i co najmniej część, a korzystniej w zasadzie cała, korzystnie 95% wagowych lub więcej, a bardziej korzystnie 98% wagowych lub więcej wody przekształca się w parę . Powstał a para pneumatycznie przenosi palną substancję stałą i doprowadza ją do pieca do spalania lub reaktora do zgazowywania. Piec do spalania jest korzystnie utrzymywany w temperaturze od 1300 do 2000 stopni C, a korzystniej od 1300 do 1700 stopni C, pod ciśnieniem atmosferycznym lub w warunkach niewielkiego nadciśnienia dla spalenia wprowadzonej palnej substancji stałej. Tymczasem reaktor do zgazowywania jest utrzymywany w temperaturze od 1000 do 2500 stopni C, bardziej korzystnie od 1300 do 2000 stopni C przy ciśnieniu od 0,5 do 10 MPa, bardziej korzystnie od 1 do 10 MPa, a jeszcze korzystniej od 2 do 10 MPa w celu zgazowania wprowadzonej palnej substancji stałej. Piec do spalania lub reaktor do zgazowywania jest korzystnie zaopatrzony na wlocie w zawór regulacji ciś nienia, zdolny do ca ł kowitego zamykania, tak, ze ilość mieszaniny doprowadzanej do pieca można należycie regulować.

Sposób według niniejszego wynalazku można stosować do dowolnych znanych metod spalania lub zgazowywania w celu spalania lub zgazowywania mieszaniny zawierającej palną substancję stałą i wodę . Jako metodę zgazowywania można wymienić metodę Texaco i metodę Dow.

Niniejszy wynalazek zostanie objaśniony szczegółowo w odniesieniu do następujących przykładów wykonania, ale nie należy go do nich ograniczać.

P r z y k ł a d y

P r z y k ł a d 1

Przebieg procesu pokazany na fig. 1 zastosowano w przykładzie 1, w którym 1 oznacza zbiornik, 2 pompę, 3 rurę, 4 podgrzewacz dla środka grzewczego, 5podgrzewacz wstępny, 6 zawór regulacji ciśnienia, 7 pierwszy podgrzewacz, 8 drugi podgrzewacz, 9 trzeci podgrzewacz, 10 czwarty podgrzewacz, 11 rurę, 12 zawór regulacji ciśnienia i 13 reaktor do zgazowywania. Jako palna substancja stała stosowany był pył węglowy A, przeciętny węgiel o wielkości ziarna od 50 do 200 mesh. Pył węglowy mieszano z daną ilością wody w nie pokazanym urządzeniu do wytwarzania szlamu w celu utworzenia mieszaniny węgla i wody. Mieszaninę umieszczano w zbiorniku 1 i kontynuowano mieszanie dla zapobieżenia osadzania się pyłu węglowego. Zawartość węgla i wody, lepkość mieszaniny i ciepło spalania, zawartość popiołu węgla i temperaturę topnienia popiołu z węgla podano w następującej tablicy 1.

T a b l i c a 1 Mieszanina Zawartość węgla Zawartość wody Lepkość

50% wagowych

4000 cP w 20 st.C do 170 cP w 95 st.C

Węgiel

Zawartość popiołu Ciepło spalania Temperatura topnienia

4,3% wagowych 3210 kcal/kg popiołu 1150 st.C

Opisaną powyżej mieszaninę węgla i wody sprężano za pomocą pompy 2 do 11,76 MPa (120 kg/cm ), a następnie przenoszono do podgrzewacza wstępnego 5 linią 3 z natężeniem przepływu 130 kg/godzinę. Rura mieszaniny w podgrzewaczu wstępnym 5 miała średnicę wewnętrzną 6 mm i całkowitą długość 80 m. Tutaj mieszaninę podgrzewano wstępnie do 300 stopni C za pomocą środka grzewczego o temperaturze 340 stopni C w podgrzewaczu środka grzewczego 4. W celu zapobieżenia odparowaniu wody z mieszaniny w podgrzewaczu wstępnym 5 i również wyrównania straty ciśnienia, ciśnienie po stronie pompy w rurze mieszaniny utrzymywano na wartości 10,58 MPa (108 kg/cm²), które jest wyższe od ciśnienia pary nasyconej wody w temperaturze 300 stopni C,

PL 206 189 B1 a przybliżeniu 8,82 MPa (około 90 kg/cm²). Prędkość przepływu mieszaniny w rurze podgrzewacza wstępnego wynosiła 1,16 m/s.

Mieszaninę ogrzaną wstępnie do 300 stopni C w podgrzewaczu wstępnym 5 przeniesiono do pierwszego podgrzewacza 7 przez zawór 6 regulacji ciśnienia. Rura dla mieszaniny z pierwszego podgrzewacza 7 składała się z rury o średnicy wewnętrznej 2 mm x 2 m długości, rury o średnicy wewnętrznej 3 mm x 4 m długości i rury o średnicy wewnętrznej 4 mm x 4 m długości, i miała całkowitą długość 10 m wzdłuż kierunku przepływu mieszaniny. Mieszaninę ogrzewano również w tej rurze środkiem grzewczym w temperaturze 340 stopni C. W pierwszym podgrzewaczu 7 część wody z mieszaniny odparowała. Prędkość przepływu mieszaniny w rurze pierwszego podgrzewacza 7 wynosiła

11,5 m/s przy ciśnieniu 9,18 MPa (93,7 kg/cm²) na wlocie, przy średnicy wewnętrznej wynoszącej 2 mm, i 27,95 m/s na wylocie, przy średnicy wewnętrznej wynoszącej 4 mm. Temperatura na wylocie wynosiła 268 stopni C, a ciśnienie na wylocie 5,24 MPa (53,5 kg/cm²).

Mieszaninę, która opuściła pierwszy podgrzewacz 7, przenoszono do drugiego podgrzewacza 8. Rura do mieszaniny w drugim podgrzewaczu 8 miała średnicę wewnętrzną 6 mm i całkowitą długość 10 m. Tu mieszaninę ogrzewano ponownie środkiem grzewczym o temperaturze 340 stopni C. Ponadto, część wody w mieszaninie odparowała wskutek adiabatycznego rozprężania w drugim podgrzewaczu 8. Prędkość przepływu mieszaniny w rurze drugiego podgrzewacza 8 wynosiła 12,55 m/s na wlocie i 29,25 m/s na wylocie. Na wylocie temperatura wynosiła 255 stopni C a ciśnienie 4,19 MPa (42,8 kg/cm²).

Mieszaninę, po opuszczeniu przez nią drugiego podgrzewacza 8, przenoszono następnie do trzeciego podgrzewacza 9. Rura mieszaniny w trzecim podgrzewaczu 9 miała średnicę wewnętrzną 8 mm i całkowitą długość 10 m. Tu mieszaninę ogrzewano ponownie środkiem grzewczym o temperaturze 340 stopni C. Ponadto, część wody w mieszaninie odparowała wskutek adiabatycznego rozprężania w trzecim podgrzewaczu 9. Prędkość przepływu mieszaniny w rurze trzeciego podgrzewacza 9 wynosiła 16,45 m/s na wlocie i 33,02 m/s na wylocie. Na wylocie temperatura wynosiła 245 stopni C a ciśnienie 2,8 MPa (28,6 kg/cm²).

Mieszaninę, po opuszczeniu przez nią trzeciego podgrzewacza 9, przenoszono do czwartego podgrzewacza 10. Rura mieszaniny w czwartym podgrzewaczu 10 miała średnicę wewnętrzną 12 mm i całkowitą długość 30 m. Tu mieszaninę ogrzewano ponownie środkiem grzewczym o temperaturze 340 stopni C. Ponadto, część wody w mieszaninie odparowała wskutek adiabatycznego rozprężania w czwartym podgrzewaczu 10 i na końcu w zasadzie cała woda w mieszaninie wprowadzonej do podgrzewaczy została przekształcona w parę. Prędkość przepływu mieszaniny w rurze czwartego podgrzewacza 10 wynosiła 11,3 m/s na wlocie i 35,76 m/s na wylocie. Na wylocie temperatura wynosiła 300 stopni C a ciśnienie 1,96 MPa (20 kg/cm²).

Tak ogrzana mieszanina była następnie wprowadzana linią 11 i przez zawór regulacyjny 12 do reaktora do zgazowywania 13, gdzie utrzymywano ciśnienie 1,96 MPa (20 kg/cm). W reaktorze do zgazowywania pył węglowy zgazowywano znaną metodą. Prędkość przepływu w linii 11 była prawie równa prędkości na wylocie z czwartego podgrzewacza 10.

Fig. 2 i 3 pokazują zmiany w prędkościach przepływu i ciśnieniach pomiędzy wylotem pompy 2 i reaktorem do zgazowywania 13. Prędkość przepływu mieszaniny obliczono z ciśnień i temperatur w rurach każdego podgrzewacza.

Powyższe etapy kontynuowano przez 50 godzin, podczas których można było osiągnąć stabilne działanie bez osadzania się pyłu węglowego. Po tych operacjach wizualnie zbadano rurę połączoną z reaktorem do zgazowywania i wlotem oraz wylotem zaworu regulacyjnego 12, gdzie prędkość przepływu przez rurę była największa i stwierdzono, ze prawie nie zachodziło zużycie na żadnej ścianie wewnętrznej.

P r z y k ł a d 2

W przykładzie 2 zastosowano taki sam przebieg procesu jak w przykładzie 1, pokazanym na fig. 1. Lepkość mieszaniny zastosowanej w przykładzie 2 była różna od lepkości mieszaniny stosowanej w przykładzie 1, ponieważ rodzaj pyłu węglowego był inny, jak pokazano poniżej. Odpowiednio do tego, zostały zmienione długości rur dla mieszaniny w podgrzewaczu wstępnym i podgrzewaczach tak, aby zapewnić stabilne działanie przez długi czas. Jako palną substancję stałą do przygotowania mieszaniny węgla i wody według tych samych procedur jak w przykładzie 1 zastosowano zamiast pyłu węglowego A pył węglowy B, przeciętny węgiel o wielkości ziaren od 50 do 200 mesh. Zawartość węgla i wody i lepkość mieszaniny oraz ciepło spalania, zawartość popiołu i temperatura topnienia popiołu węgla są takie, jak pokazano w następującej tablicy 2.

PL 206 189 B1

T a b l i c a 2

Mieszanina

Zawartość węgla

Zawartość wody

Lepkość

Węgiel

Zawartość popiołu

Ciepło spalania

Temperatura topnienia popiołu

50% wagowych

400 cP w 20 st.C do 70 cP w 95 st.C

9,5% wagowych

7090 kcal/kg

1450 st.C

Mieszanina wspomnianego powyżej węgla i wody sprężono do 9,87 MPa (100,6 kg/cm²) za pomocą pompy 2 i następnie przeniesiono do podgrzewacza wstępnego 5 linią 3 w ilości przepływowej 140 kg/godzinę. Rura dla mieszaniny w podgrzewaczu 5 miała średnicę wewnętrzną 6 mm i całkowitą długość 73 m. W rurze tej mieszaninę podgrzewano wstępnie do 300 stopni C za pomocą środka grzewczego ogrzanego do 310 stopni C w podgrzewaczu dla środka grzewczego 4. W celu zapobieżenia odparowaniu wody w mieszaninie w podgrzewaczu wstępnym 5 i wyrównania straty ciśnienia, ciśnienie po stronie pompy rury dla mieszaniny utrzymywano na wysokości 9,25 MPa (94,3 kg/cm²), które to ciśnienie było wyższe niż ciśnienie pary nasyconej wody przy 300 stopniach C, w przybliżeniu 8,82 MPa (w przybliżeniu 90 kg/cm²). Prędkość przepływu mieszaniny w rurze podgrzewacza wstępnego 5 wynosiła 1,3 m/s.

Mieszaninę podgrzaną wstępnie do 300 stopni C w podgrzewaczu wstępnym 5 przeniesiono do pierwszego podgrzewacza 7 przez zawór 6 regulacji ciśnienia. Rura dla mieszaniny z pierwszego podgrzewacza 7 składała się z rury o średnicy wewnętrznej 2 mm x 3 m długości, rury o średnicy wewnętrznej 3 mm x 2 m długości i rury o średnicy wewnętrznej 4 mm x 2 m długości, połączonych w tym porządku z reaktorem do zgazowywania wzdłuż kierunku przepływu i miała całkowitą długość 7 m. Mieszaninę ogrzano ponownie w tej rurze środkiem grzewczym w temperaturze 310 stopni C. W pierwszym podgrzewaczu 7 część wody z mieszaniny odparowała. Prędkość przepływu mieszaniny w rurze pierwszego podgrzewacza 7 wynosiła 13,4 m/s przy ciśnieniu 8,97 MPa (91,5 kg/cm²) na wlocie rury, przy średnicy wewnętrznej wynoszącej 2 mm, i 23,7 m/s na wylocie rury, przy średnicy wewnętrznej wynoszącej 4 mm. Temperatura na wylocie wynosiła 252 stopni C, a ciśnienie na wylocie 4,03 MPa (41,1 kg/cm²).

Mieszaninę, która opuściła pierwszy podgrzewacz 7 przenoszono do drugiego podgrzewacza 8. Rura dla mieszaniny w drugim podgrzewaczu 8 miała średnicę wewnętrzną 6 mm i całkowitą długość 11,5 m. Tu mieszaninę ogrzewano również środkiem grzewczym o temperaturze 310 stopni C. Część wody w mieszaninie dalej odparowała wskutek adiabatycznego rozprężania w drugim podgrzewaczu 8. Prędkość przepływu mieszaniny w drugim podgrzewaczu 8 wynosiła 10,8 m/s na wlocie rury i 19,9 m/s na wylocie. Na wylocie temperatura wynosiła 245 stopni C a ciśnienie 3,55 MPa (36,2 kg/cm²).

Mieszaninę, po opuszczeniu przez nią drugiego podgrzewacza 8, przenoszono następnie do trzeciego podgrzewacza 9. Rura mieszaniny w trzecim podgrzewaczu 9 miała średnicę wewnętrzną 8 mm i całkowitą długość 16,5 m. Tu mieszaninę ogrzewano ponownie środkiem grzewczym o temperaturze 310 stopni C. Ponadto, część wody w mieszaninie odparowała dalej wskutek adiabatycznego rozprężania w trzecim podgrzewaczu 9. Prędkość przepływu mieszaniny w rurze trzeciego podgrzewacza 9 wynosiła 11,4 m/s na wlocie i 25,8 m/s na wylocie. Na wylocie temperatura wynosiła 227 stopni C, a ciśnienie 2,54 MPa (25,9 kg/cm²).

Mieszaninę, po opuszczeniu przez nią trzeciego podgrzewacza 9, przenoszono do czwartego podgrzewacza 10. Rura mieszaniny w czwartym podgrzewaczu 10 miała średnicę wewnętrzną 12 mm i całkowitą długość 19 m. Tu mieszaninę ogrzewano ponownie środkiem grzewczym o temperaturze 310 stopni C. Część wody w mieszaninie dalej odparowała wskutek adiabatycznego rozprężania w czwartym podgrzewaczu 10 i na końcu w zasadzie cała woda w mieszaninie wprowadzonej do podgrzewaczy została przekształcona w parę. Prędkość przepływu mieszaniny w czwartym podgrzewaczu 10 wynosiła 11,7 m/s na wlocie i 19,9 m/s na wylocie. Na wylocie temperatura wynosiła 244 stopni C, a ciśnienie 1,96 MPa (20 kg/cm²).

Tak ogrzana mieszanina była następnie wprowadzana linią 11 i przez zawór regulacyjny 12 do reaktora do zgazowywania 13, gdzie utrzymywano ciśnienie 1,96 MPa (20 kg/cm). W reaktorze do zgazowywania pył węglowy zgazowywano znaną metodą. Prędkość przepływu mieszaniny w linii 11 była prawie równa prędkości na wylocie z czwartego podgrzewacza 10.

PL 206 189 B1

Opisane powyżej profile prędkości przepływu i ciśnień mieszaniny z wylotu pompy 2 do reaktora do zgazowywania 13 pokazano na fig. 4 i 5. Prędkość przepływu mieszaniny obliczono z ciśnień i temperatur w rurach każdego podgrzewacza.

Wyżej wymienione etapy kontynuowano przez 50 godzin, podczas których uzyskano stabilne działanie bez osadzania się pyłu węglowego. Po tych operacjach wizualnie zbadano rurę połączoną z reaktorem do zgazowywania i wlotem oraz wylotem zaworu regulacyjnego 12, gdzie prędkość przepływu przez rurę była największa i stwierdzono, że prawie nie zachodziło zużycie ścierne na żadnej ścianie wewnętrznej.

Niniejszy wynalazek zapewnia sposób doprowadzania mieszaniny zawierającej palną substancję stałą i wodę do pieca do spalania lub reaktora do zgazowywania, w którym co najmniej część wody w mieszaninie przekształca się do postaci pary i w którym prawie nie zachodzi zużycie ścierne w rurach oraz możliwe jest stabilne doprowadzanie do pieca do spalania lub reaktora do zgazowywania bez osadzania się palnej substancji stałej.

Claims

1. Sposób doprowadzania mieszaniny zawierającej palną substancję stałą i wodę do pieca do spalania lub reaktora do zgazowywania, obejmujący ogrzewanie mieszaniny za pomocą podgrzewacza z przekształceniem co najmniej części wody w mieszaninie do postaci pary i doprowadzanie całej mieszaniny do pieca do spalania lub reaktora do zgazowywania, w którym całą mieszaninę przenosi się pomiędzy wlotem podgrzewacza a piecem do spalania lub reaktorem do zgazowywania za pomocą pompy, znamienny tym, że ciśnienie wylotowe pompy jest wyższe od wewnętrznego ciśnienia w piecu do spalania lub reaktorze do zgazowywania co najmniej o 1,5 MPa i nie wyższe od 22,12 MPa, przy czym prędkość przepływu wspomnianej mieszaniny z co najmniej częścią wody w postaci pary wynosi od 6 do 50 m/s w rurze w podgrzewaczu i w rurze pomiędzy wylotem z podgrzewacza a wlotem pieca do spalania lub reaktora do zgazowywania, i wewnętrzna średnica rury w podgrzewaczu zwiększa się stopniowo lub skokowo w kierunku przepływu mieszaniny tak, że wodę w mieszaninie stopniowo lub skokowo przekształca się do postaci pary.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ciśnienie wylotowe pompy jest wyższe od wewnętrznego ciśnienia w piecu do spalania lub reaktorze do zgazowywania o od 3,0 MPa do 15,0 MPa.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ciśnienie wylotowe pompy jest wyższe od wewnętrznego ciśnienia w piecu do spalania lub reaktorze do zgazowywania o od 4,0 MPa do 15,0 MPa.

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wspomniane natężenie przepływu wynosi od 8 do 40 m/s.

5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wspomniane natężenie przepływu wynosi od 10 do 40 m/s.

6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że pomiędzy sekcjami rury o różnych średnicach umieszczony jest zawór redukcyjny tak, że wodę w mieszaninie przekształca się do postaci pary za pomocą zaworu redukcyjnego.

7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wewnętrzna średnica rury zwiększa się w od 2 do 12 skokach.

8. Sposób według zastrz. 1 albo 7, znamienny tym, że wewnętrzna średnica rury zwiększa się w od 4 do 12 skokach.

9. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że wewnętrzna średnica rury zwiększa się w od 6 do 12 skokach.

10. Sposób według zastrz. 1 albo 7, znamienny tym, że wdmuchuje się niepalny gaz bezpośrednio za miejscem, gdzie wewnętrzna średnica rury zwiększa się.

11. Sposób według zastrz. 10, znamienny tym, że wspomniany niepalny gaz stanowi para, azot, lub dwutlenek węgla.

12. Sposób według zastrz. 1 albo 6, znamienny tym, że w zasadzie całą wodę przekształca się do postaci pary.

13. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ogrzewanie za pomocą podgrzewacza prowadzi się w temperaturze od 150 do 450 stopni C przy ciśnieniu od 1,5 do 22,12 MPa.

14. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ogrzewanie za pomocą podgrzewacza prowadzi się w temperaturze od 200 do 400 stopni C przy ciśnieniu od 3,0 do 22,12 MPa.

PL 206 189 B1

15. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ogrzewanie za pomocą podgrzewacza prowadzi się w temperaturze od 200 do 365 stopni C przy ciśnieniu od 4,0 do 20,0 MPa.

16. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ogrzewanie prowadzi się za pomocą środka grzewczego w temperaturze od 200 do 600 stopni C.

17. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że pomiędzy wylotem podgrzewacza i wlotem pieca do spalania lub reaktora do zgazowywania umieszczony jest zawór regulacji ciśnienia.

18. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przed podgrzewaczem umieszczony jest podgrzewacz wstępny.

19. Sposób według zastrz.18, znamienny tym, że przy wylocie z podgrzewacza wstępnego umieszczony jest zawór redukcyjny.

20. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że zawartość wody w mieszaninie zawierającej substancję palną i wodę wynosi od 27 do 80% wagowych w odniesieniu do całkowitej wagi mieszaniny.

21. Sposób według zastrz. 20, znamienny tym, że zawartość wody w mieszaninie zawierającej substancję palną i wodę wynosi od 30 do 40% wagowych w odniesieniu do całkowitej wagi mieszaniny.

22. Sposób według zastrz. 21, znamienny tym, że zawartość wody w mieszaninie zawierającej substancję palną i wodę wynosi od 30 do 35% wagowych w odniesieniu do całkowitej wagi mieszaniny.