PL233286B1

PL233286B1 - Sposób i instalacja do strumieniowego zgazowania energetycznego paliwa stałego zwłaszcza węgla kamiennego, brunatnego oraz biomasy

Info

Publication number: PL233286B1
Application number: PL417275A
Authority: PL
Inventors: Artur WELMAN; Artur Welman
Original assignee: Artur Welman
Priority date: 2016-05-20
Filing date: 2016-05-20
Publication date: 2019-09-30
Also published as: WO2017199192A1; PL417275A1

Abstract

Sposób i instalacja do strumieniowego zgazowania energetycznego paliwa stałego zwłaszcza węgla kamiennego, brunatnego oraz biomasy, spełniające wymagania dziedziny energetyki w zakresie sprawności energetycznej powyżej 90%, pozwalającej na zmniejszenie kosztów produkcji energii elektrycznej i cieplnej, odznacza się tym, że spaliny energetyczne stanowiące podstawowy składnik mieszaniny zgazowującej są wytwarzane na zewnątrz niskotemperaturowego reaktora strumieniowego (RG) w palniku cyklonowym (PC) do którego jest doprowadzana pozostałość koksowa uzyskana w wyniku odpylenia w cyklonach odpylających (C1), (C2) uzyskanego gazu powietrznego o składzie chemicznym 50% - 55% azotu N2, 25% - 28% tlenku węgla CO, 10% - 12% wodoru H2, 3,5% - 4,5% dwutlenku węgla CO2, 4% - 6% pary wodnej H2O. Pozostałość koksowa gromadzona w zbiorniku zasypowym (ZK) jest doprowadzana przez śluzę (S) sterowaną z komputerowego układu sterowania (KUS) do palnika cyklonowego (PC). Niskotemperaturowy reaktor jest zasilany mieszaniną paliwowo-spalinową z młyna energetycznego (M), na którego wejście jest podawany węgiel dozowany dozownikiem (D), sterowanym z komputerowego układu sterowania (KUS).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób i instalacja do strumieniowego zgazowania energetycznego paliwa stałego zwłaszcza węgla kamiennego, brunatnego oraz biomasy, spełniające wymagania dziedziny energetyki w zakresie sprawności energetycznej powyżej 90% pozwalającej na zmniejszenie kosztów produkcji energii elektrycznej i cieplnej.

Klasyczne procesy termicznego zgazowania węgla charakteryzują się niewystarczającą dla potrzeb energetyki sprawnością procesu zgazowania węgla, która przy stosowaniu jako czynnika zgazowującego tlenu O2 wynosi od 70%-80%, a przy zastosowaniu jako czynnika zgazowującego powietrza kształtuje się na poziomie 50%.

Wyższym poziomem sprawności zgazowania powyżej 50% charakteryzuje się proces strumieniowego zgazowania rozdrobnionego węgla, przebiegający w wysokotemperaturowym reaktorze strumieniowym, w którym reakcja zgazowania przebiega pomiędzy cząstkami stałymi węgla a otaczającymi je gazami mieszaniny zgazowującej jak powietrze lub tlen O2 w warunkach wielokrotnego zawirowania zapewniającego intensywne wymieszanie gazów mieszaniny zgazowującej i cząstek węgla. Dostarczenie mieszaniny zgazowującej zawierającej tlen O2 lub powietrze bezpośrednio do reaktora strumieniowego jednocześnie z pyłowym, paliwem węglowym, powoduje utlenianie w pierwszej kolejności wyzwalanych części lotnych, paliwa, a dopiero w drugiej kolejności cząstek stałych powstałych w wyniku niezgazowania paliwa, co powoduje, że energia cieplna niezbędna do prowadzenia endotermicznej reakcji zgazowania jest wytwarzana nie w procesie spalania pozostałości koksowej, a w procesie spalania pyłu węglowego generując straty i obniżając sprawność energetyczną procesu zgazowania.

Ponadto znane procesy zgazowania strumieniowego energetycznego paliwa stałego przebiegają w warunkach wysokich temperatur powyżej 1200°C oraz przy wysokim ciśnieniu powyżej 1 MPa, co wymaga stosowania materiałów o wysokiej wytrzymałości mechanicznej i termicznej oraz specjalnej konstrukcji reaktora zgazowującego, przykładowo z systemem chłodzenia ścian bocznych.

Na przykład znane jest rozwiązanie firmy japońskiej Mitsubishi Heavy Industries MHI, w którym w wysokotemperaturowym reaktorze strumieniowym zgazowującym pył węglowy prowadzone są dwa procesy w osobnych strefach, proces spalania pyłu węglowego w strefie wysokotemperaturowej o temperaturze 1800°C i proces zgazowania pyłu węglowego w strefie o niższej temperaturze 1100°C przy pomocy powietrza, jako czynnika zgazowującego pod ciśnieniem rzędu 1 MPa. Mimo rozdzielenia strefy zgazowania i strefy spalania, spaliny energetyczne, jako nośnik ciepła do endotermicznej reakcji zgazowania, powstają w wyniku spalania pyłu węglowego, a nie pozostałości koksowej, co jest przyczyną występowania strat w dostarczanym do reakcji zgazowania pyle węglowym i w konsekwencji prowadzi do uzyskania sprawności zgazowania na poziomie 65%. Również w znanym ze stosowania reaktorze strumieniowym do zgazowania pyłu węglowego, firmy japońskiej EAGLE, wyodrębnione są dwie strefy o zróżnicowanej temperaturze rzędu 500°C strefa dolna o temperaturze 1700°C, w której występuje spalanie węgla w atmosferze tlenowej oraz strefa górna o niższej temperaturze 1200°C, w której występuje reakcja zgazowania przy pomocy spalin energetycznych wytworzonych w strefie dolnej przy niewielkim, 20-procentowym udziale tlenu O2. Proces zgazowania przebiega pod ciśnieniem 2,5 MPa. Wykorzystanie spalin energetycznych jako składnika mieszaniny zgazowującej obok tlenu O2 zmniejsza dotychczasowe zużycie tlenu jako mieszaniny zgazowującej, jednak proces wytwarzania spalin energetycznych odbywa się kosztem zużycia pyłu węglowego zasilającego reaktor strumieniowy w procesie zgazowania, co pozwala na uzyskanie sprawności energetycznej do 76% usytuowanej poniżej wymaganej w energetyce sprawności energetycznej rzędu 95%-98%.

Celem wynalazku jest wyeliminowanie występujących w procesie strumieniowego zgazowania energetycznego paliwa stałego zwłaszcza paliwa węglowego, strat energii obniżających sprawność procesu i opracowanie sposobu oraz instalacji do strumieniowego zgazowania energetycznych paliw stałych zwłaszcza węglowych, które zapewniają wymagany w energetyce poziom sprawności energetycznej procesu zgazowania rzędu 95%-98%.

Istota sposobu strumieniowego zgazowania energetycznego paliwa stałego zwłaszcza węgla kamiennego, brunatnego oraz biomasy, opartego na strumieniowym zgazowaniu rozdrobnionego paliwa stałego w reaktorze strumieniowym, wykorzystującego jako czynnik zgazowujący parę wodną, spaliny energetyczne, według wynalazku polega na tym, że spaliny energetyczne stanowiące główny składnik mieszaniny zgazowującej są wytwarzane przez spalanie pozostałości niskotemperaturowego, strumieniowego zgazowania energetycznego paliwa stałego, korzystnie pozostałości koksowej w palniku cy

PL 233 286 B1 klonowym usytuowanym na zewnątrz niskotemperaturowego reaktora strumieniowego, po czym uzyskane w palniku cyklonowym spaliny energetyczne o temperaturze 1500^oC-1700^oC są transportowane kanałem głównym spalin energetycznych po pomiarach ciągłych temperatury za pomocą pierwszej termopary, przekazywanych na pierwsze analogowe wejście komputerowego układu sterowania do dolnego wlotu niskotemperaturowego reaktora strumieniowego.

Jednocześnie do dolnego wlotu niskotemperaturowego reaktora strumieniowego jest doprowadzana z młyna energetycznego kanałem paliwowym rozdrobniona korzystnie do postaci pyłowej mieszanina paliwowo-spalinowa o temperaturze 150°-160°C wraz z parą wodną H2O z osuszania energetycznego paliwa stałego korzystnie węglowego, przy czym młyn energetyczny zaopatrywany w paliwo stałe, korzystnie węglowe o wilgotności 5%-20% przez podajnik transportowy korzystnie taśmowy wyposażony w automatyczny dozownik sterowany sygnałem z pierwszego wyjścia komputerowego układu sterowania jest zasilany spalinami energetycznymi o temperaturze 1500°C-1700°C transportowanymi przez kanał główny oraz kanał dodatkowy transportu spalin energetycznych z palnika cyklonowego, po czym w wyniku niskotemperaturowego zgazowania strumieniowego rozdrobnionego do postaci pyłowej paliwa stałego korzystnie węglowego, w strugach mieszaniny zgazowującej zawierającej do 90% spalin energetycznych i do 10% pary wodnej H2O, przebiegającego pod ciśnieniem rzędu 10 kPa oraz w temperaturze 850OC-950°C mierzonej drugą termoparą przesyłanej na wejście analogowe drugie komputerowego układu sterowania uzyskuje się na wylocie niskotemperaturowego reaktora strumieniowego gaz powietrzny o składzie chemicznym zawierającym korzystnie 50%-55% azotu N2, 25%-28% tlenku węgla CO, 10%-12% wodoru H2, 3,5%-4,5% dwutlenku węgla CO2,4%-6% pary wodnej H2O wraz z niezgazowaną pozostałością niskotemperaturowego strumieniowego zgazowania paliwa stałego korzystnie z pozostałością koksową, który jest doprowadzany kanałem końcowym do wlotu połączonych kaskadowo n cyklonów odpylających korzystnie dwóch cyklonów odpylających, w których po odpyleniu pozostałości koksowej, odpylony gaz powietrzny jest transportowany do wylotu zewnętrznego kanałem głównym pod ciśnieniem 90 kPa-110 kPa rejestrowanym przez przetwornik ciśnienia przesyłanym na trzecie wejście analogowe komputerowego układu sterowania, a odpylona pozostałość koksowa jest zsypywana przez wylot kaskady n cyklonów odpylających korzystnie dwóch cyklonów odpylających do zasypowego zbiornika, którego stopień wypełnienia pozostałością koksową jest rejestrowany za pomocą czujnika poziomu wypełnienia generującego sygnał na czwarte wejście analogowe komputerowego układu sterowania, po czym przez usytuowaną pod zbiornikiem zasypowym śluzą sterowaną sygnałem z drugiego wyjścia komputerowego układu sterowania pozostałość koksowa jest wprowadzana do palnika cyklonowego zasilanego powietrzem o temperaturze 450°C-550°C pod ciśnieniem 8 kPa-12 kPa doprowadzonym przez kanał transportu powietrza z wymiennika ciepła zasilanego odpylonym gazem powietrznym transportowanym kanałem głównym, przy czym połączony z wymiennikiem ciepła wentylator jest sterowany sygnałem z trzeciego wyjścia komputerowego układu sterowania. Natomiast poziom doprowadzenia powietrza do palnika cyklonowego jest rejestrowany przez czujnik poziomu tlenu i przekazywany na piąte wejście analogowe komputerowego układu sterowania, po czym po spaleniu w palniku cyklonowym pozostałości koksowej w atmosferze nadmiaru powietrza w zakresie 5% objętościowych, spaliny energetyczne z palnika cyklonowego są wprowadzane do kanału głównego transportu spalin energetycznych, a przez wylot końcowy palnika cyklonowego jest wyprowadzany na zewnątrz produkt odpadowy.

Istota instalacji do strumieniowego zgazowania energetycznego paliwa stałego zwłaszcza węgla kamiennego, brunatnego oraz biomasy zawierającej zgazowujący reaktor strumieniowy, kanały doprowadzające gazowy czynnik zgazowujący, kanały doprowadzające energetyczne paliwo stałe w postaci pyłowej według wynalazku polega na tym, że wlot dolny niskotemperaturowego reaktora strumieniowego jest połączony kanałem głównym transportu spalin energetycznych z palnikiem cyklonowym usytuowanym na zewnątrz niskotemperaturowego reaktora strumieniowego, przy czym kanał główny transportu spalin energetycznych jest wyposażony w pierwszą termoparę z pierwszym wejściem analogowym komputerowego układu sterowania. Ponadto wlot dolny niskotemperaturowego reaktora strumieniowego jest połączony z wylotem kanału paliwowego transportu mieszaniny paliwowo-spalinowej, którego wlot jest połączony z wyjściem młyna energetycznego rozdrabniającego energetyczne paliwo stałe korzystnie węglowe, przy czym wejście młyna energetycznego jest połączone z podajnikiem transportowym energetycznego paliwa stałego korzystnie węglowego wyposażonym w automatyczny dozownik energetycznego paliwa stałego korzystnie węglowego, którego elementy sterujące są połączone z wyjściem pierwszym komputerowego układu sterowania, ponadto młyn energetyczny jest połączony z dodatkowym kanałem transportu spalin energetycznych połączonym przez kanał główny transportu spalin energetycz

PL 233 286 B1 nych z palnikiem cyklonowym poza tym niskotemperaturowy strumieniowy reaktor zgazowujący jest wyposażony na wylocie w drugą termoparę połączoną z drugim wejściem analogowym komputerowego układu sterowania, a wylot niskotemperaturowego reaktora strumieniowego wyprowadzający gaz powietrzny o składzie chemicznym zawierającym korzystnie 50%-55% azotu N2, 25%-28% tlenku węgla CO, 10%-12% wodoru H2, 3,5%-4,5% dwutlenku węgla CO2, 4%-6% pary wodnej H2O wraz z niezgazowaną pozostałością niskotemperaturowego, strumieniowego zgazowania paliwa stałego korzystnie z pozostałością koksową, który jest połączony przez kanał końcowy z wlotem kaskady n cyklonów odpylających korzystnie dwu cyklonów odpylających. Ponadto wylot cyklonów odpylających odprowadzający odpylone składniki stałe gazu powietrznego w postaci korzystnie pozostałości koksowej, jest połączony z zasypowym zbiornikiem wyposażonym w czujnik poziomu wypełnienia zbiornika zasypowego pozostałością koksową, połączony z czwartym wejściem analogowym komputerowego układu sterowania, a dolna część zasypowego zbiornika jest połączona przez śluzę z wlotem palnika cyklonowego, przy czym element sterowania otwarciem śluzy jest połączony z wyjściem drugim komputerowego układu sterowania. Natomiast wylot wyprowadzający odpylony gaz powietrzny, kaskady n cyklonów odpylających, korzystnie dwu cyklonów odpylających jest połączony z kanałem głównym transportującym odpylony gaz powietrzny o składzie chemicznym zawierającym korzystnie 50%-55% azotu N2, 25%-28% tlenku węgla CO, 10%-12% wodoru H2, 3,5%-4,5% dwutlenku węgla CO2, 4%-6% pary wodnej H2O, wyposażonym w wylot wyprowadzający gaz powietrzny na zewnątrz oraz w przetwornik ciśnienia połączony z wejściem analogowym trzecim komputerowego układu sterowania, a ponadto w wymiennik ciepła połączony z wentylatorem, który jest połączony z wyjściem trzecim komputerowego układu sterowania, przy czym wymiennik ciepła jest połączony przez kanał doprowadzenia powietrza z palnikiem cyklonowym wyposażonym w czujnik poziomu tlenu połączony z piątym analogowym wejściem komputerowego układu sterowania oraz w wylot wyprowadzający na zewnątrz produkt odpadowy.

Zastosowane według wynalazku rozdzielenie procesu strumieniowego zgazowania paliwa węglowego przebiegającego w niskotemperaturowym reaktorze strumieniowym od procesu wytwarzania spalin energetycznych, który przebiega według wynalazku w palniku cyklonowym na zewnątrz niskotemperaturowego reaktora strumieniowego jak również oparcie procesu wytwarzania spalin energetycznych na spalaniu pozostałości koksowej z procesu zgazowania, a nie jak dotychczas kosztem spajania paliwa węglowego podawanego do reaktora strumieniowego zapewnia skokowy wzrost sprawności energetycznej procesu zgazowania paliwa węglowego, do poziomu 95%-98%,

Wynalazek został uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku przedstawiającym schemat blokowo-ideowy instalacji do strumieniowego zgazowania węgla kamiennego.

Jak pokazano na rysunku, instalacja do strumieniowego zgazowania, przykładowo węgla kamiennego, posiada niskotemperaturowy reaktor strumieniowy RG, którego wlot dolny WL jest połączony z wylotem kanału głównego Ks transportu spalin energetycznych połączonego z palnikiem cyklonowym PC, który według wynalazku jest usytuowany na zewnątrz niskotemperaturowego reaktora strumieniowego RG. Kanał główny Ks transportu gorących spalin energetycznych o temperaturze 1500°C-1700°C wytworzonych w palniku cyklonowym PC jest wyposażony w termoparę TP1 do ciągłego pomiaru temperatury spalin energetycznych połączoną z wejściem analogowym WE1 komputerowego układu sterowania KUS. Ponadto według wynalazku wlot dolny WL niskotemperaturowego reaktora strumieniowego RG jest połączony kanałem paliwowym Ksp z wyjściem młyna energetycznego M rozdrabniającego węgiel kamienny na pył węglowy. Młyn energetyczny M jest wyposażony w podajnik węgla PTW przykładowo w podajnik taśmowy z automatycznym dozownikiem D odmierzającym wielkość podawczą, węgla kamiennego, którego element automatyki załadowczej jest połączony z wyjściem WY1 komputerowego układu sterowania KUS. Młyn energetyczny M, rozdrabniający węgiel kamienny do postaci pyłu węglowego o rozmiarach ziaren przykładowo 10-100 μm jest połączony ponadto kanałem dodatkowym Kd transportu spalin energetycznych stanowiącym odgałęzienie kanału głównego transportu spalin Ks palnikiem cyklonowym PC. Wylot reaktora RG, którym wyprowadza się produkt niskotemperaturowego zgazowania strumieniowego w postaci gazu powietrznego o składzie chemicznym zawierającym 50%-55% przykładowo 52% azotu N2, 25-28% przykładowo 27% tlenku węgla CO, 10%-12% przykładowo 11% wodoru H2, 3,5%-4,5% przykładowo 4% dwutlenku węgla CO2, 4%-6% przykładowo 5% pary wodnej H2O wraz z pozostałością koksową procesu zgazowania węgla kamiennego w niskotemperaturowym reaktorze strumieniowym RG jest połączony kanałem końcowym Kk wyposażonym w termoparę TP2 z wlotem kaskady cyklonów odpylających Ci, C2. Termopara TP2 mierząca temperaturę procesu strumieniowego niskotemperaturowego zgazowania w niskotemperaturowym reaktorze strumieniowym RG jest połączona z wejściem analogowym WE2 komputerowego układu sterowania KUS. Bezpośrednio pod

PL 233 286 B1 wylotem kaskady cyklonów Ci, C2 wyprowadzającym uzyskaną w wyniku procesu odpylenia pozostałość koksową znajduje się pojemnik zasypowy ZK wyposażony w czujnik poziomu Cw wypełnienia zbiornika zasypowego ZK pozostałością koksową, połączony z wejściem analogowym WE4 komputerowego układu sterowania KUS. Wylot zbiornika zasypowego ZK jest połączony według wynalazku przez śluzę S, której element załączająco-odcinający jest połączony z wyjściem WY2 komputerowego układu sterowania KUS z wlotem palnika cyklonowego PC. Ponadto wylot kaskady cyklonów C1, C2 wyprowadzający odpylony gaz powietrzny jest połączony kanałem głównym Kg wyposażonym w przetwornik ciśnienia PAC połączony z wejściem analogowym WE3 komputerowego układu sterowania KUS w wylot zewnętrzny WYZ wyprowadzenia gazu powietrznego oraz w wymiennik ciepła WC z wentylatorem W, przy czym wentylator W jest połączony z wyjściem WY3 komputerowego układu starowania KUS. Poza tym, według wynalazku wymiennik ciepła WC jest połączony przez kanał doprowadzenia powietrza Kp z palnikiem cyklonowym PC wyposażonym w czujnik poziomu tlenu CT, który jest połączony z analogowym wejściem WE5 komputerowego układu sterowania KUS.

Sposób strumieniowego zgazowania paliwa stałego przykładowo węgla kamiennego według wynalazku polega na tym, że spaliny energetyczne są wytwarzane przez spalanie pozostałości procesu zgazowania węgla kamiennego w niskotemperaturowym reaktorze strumieniowym RG w palniku cyklonowym PC zainstalowanym na zewnątrz niskotemperaturowego reaktora strumieniowego RG. Uzyskane w palniku cyklonowym PC spaliny energetyczne o temperaturze 1500^oC-1700^oC przykładowo 1600°C są transportowane kanałem głównym spalin Ks po pomiarach ciągłych temperatury termoparą TP1, przy czym wyniki pomiarów ciągłych temperatury są podawane na analogowe wejście WE1 komputerowego układu sterowania KUS. Spaliny energetyczne są doprowadzone do wlotu dolnego WL niskotemperaturowego reaktora strumieniowego RG jednocześnie z doprowadzaną kanałem paliwowym Ksp mieszaniną paliwowo-spalinową o temperaturze zawartej w przedziale 150°C-160°C przykładowo 150°C wraz z parą wodną H2O powstałą w wyniku osuszania doprowadzonego do młyna energetycznego M węgla kamiennego o wilgotności od 5% do 20% przykładowo 10% podawanego do młyna M przez podajnik PTW przykładowo taśmowy wyposażony w automatyczny dozownik D węgla sterowany sygnałem z wyjścia WY1 komputerowego układu sterowania KUS. Ponadto w procesie rozdrabniania węgla na pył węglowy młyn energetyczny M jest zasilany gorącymi spalinami energetycznymi o temperaturze 1500°C-1700°C przykładowo 1600°C doprowadzonymi bezpośrednio przez kanał główny Ks oraz kanał dodatkowy Kd transportu spalin energetycznych z palnika cyklonowego PC. W wyniku reakcji zgazowania rozdrobnionego węgla kamiennego, przykładowo pyłu węglowego w strugach mieszaniny zgazowującej zawierającej 90% spalin energetycznych i 10% pary wodnej H2O przebiegającej pod ciśnieniem 90-110 kPa przykładowo 100 kPa oraz w temperaturze 900°C rejestrowanej za pomocą termopary TP2 uzyskuje się gaz powietrzny o składzie chemicznym zawierającym 50%-55% przykładowo 52% azotu N2, 25-28% przykładowo 27% tlenku węgla CO, 10%-12% przykładowo 11% wodoru H2, 3,5%-415% przykładowo 4% dwutlenku węgla CO2, 4%-6% przykładowo 5% pary wodnej H2O wraz z pozostałością koksową. Według wynalazku zanieczyszczony pozostałością koksową gaz powietrzny jest doprowadzony kanałem końcowym Kk do wlotu połączonych kaskadowo n cyklonów odpylających C1, C2, w których po odpyleniu pozostałości koksowej, odpylony gaz powietrzny jest transportowany kanałem głównym Kg pod ciśnieniem 90-110 kPa do wylotu WYZ wyprowadzającego gaz powietrzny na zewnątrz. Wartości ciśnienia gazu powietrznego w kanale głównym Kg są rejestrowane przez przetwornik ciśnienia PAC i przesyłane na wejście analogowe WE3 komputerowego układu sterowania KUS, Natomiast uzyskana na wylocie kaskady przykładowo dwóch cyklonów odpylających C1, C2 pozostałość koksowa jest zsypywana do zasypowego zbiornika ZK, którego stopień wypełnienia jest rejestrowany przy pomocy czujnika poziomu CW generującego sygnał przesyłany na wejście analogowe WE4 komputerowego układu sterowania KUS. Jednocześnie usytuowana pod zbiornikiem zasypowym ZK z pozostałością koksową, śluza S sterowana sygnałem z wyjścia WY2 komputerowego układu sterowania KUS zapewnia wprowadzenie pozostałości koksowej do palnika cyklonowego PC zasilanego powietrzem o temperaturze 450°C-550°C przykładowo 500°C pod ciśnieniem 12 kPa, doprowadzanym przez kanał powietrza Kp z wymiennika ciepła WC załączonego w kanał główny Kg transportujący gaz powietrzny do wylotu zewnętrznego WYZ. Połączony z wymiennikiem ciepła WC wentylator W jest sterowany sygnałem z wyjścia WY3 komputerowego układu sterowania KUS. Według wynalazku poziom doprowadzenia powietrza do palnika cyklonowego PC jest rejestrowany przez czujnik poziomu tlenu CT przekazujący sygnał na wejście analogowe WE5 komputerowego układu sterowania KUS. Czujnik poziomu tlenu CT monitorujący tryb pracy palnika cyklonowego PC pracującego w reżimie spalania z niewielkim 5-procentowym nadmiarem powietrza zabezpiecza palnik cyklonowy PC przed wejściem w tryb niepełnego spalania pozostałości koksowej. Po spaleniu

PL 233 286 B1 pozostałości koksowej z nadmiarem powietrza w zakresie 5% objętościowych, spaliny energetyczne z palnika cyklonowego PC są wprowadzane do kanału głównego Ks transportu spalin energetycznych, którym są w dalszym ciągu procesu zgazowania według wynalazku, doprowadzane do wlotu dolnego WL niskotemperaturowego reaktora strumieniowego RG. Jednocześnie przez wylot końcowy wyprowadzenia odpadów WO palnika cyklonowego PC jest odprowadzane na zewnątrz 100% szlaki. W przypadku zwiększenia zapotrzebowania na gaz powietrzny transportowany kanałem głównym Kg spada ciśnienie w kanale głównym Kg mierzone przetwornikiem PAC, generującym sygnał na analogowe wejście WE3 komputerowego układu sterowania KUS, w wyniku czego z wyjścia WY1 komputerowego układu sterowania KUS wysyłany jest do układu sterowania dozownika węgla D na wejściu młyna energetycznego M sygnał zwiększający ilość obrotów zapewniającą zwiększenie ilości załadunkowej węgla. Zwiększona ilość węgla podawana do niskotemperaturowego reaktora strumieniowego RG na skutek reakcji endotermicznych powoduje spadek temperatury zgazowania węgla poniżej zakresu optymalnego 900°C rejestrowany przez termoparę TP2· Komputerowy układ sterowania KUS zwiększając wartość sygnału na wyjściu WY2 sterującego śluzę S zwiększa wydatek pozostałości koksowej spalanej w palniku cyklonowym PC. Jednocześnie obroty wentylatora W połączonego z wymiennikiem ciepła WC są zwiększone przez sygnał z wyjścia WY3 komputerowego układu sterowania KUS do poziomu zapewniającego nadmiar tlenu na poziomie 5% objętościowych w powietrzu doprowadzanym kanałem Kp do palnika cyklonowego PC. W wyniku tego temperatura spalin energetycznych z palnika cyklonowego PC mierzona termoparą TP1 w kanale głównym Ks transportu spalin ulega zwiększeniu, co powoduje powrót temperatury niskotemperaturowego strumieniowego reaktora RG do optymalnego przedziału temperatury zgazowania węgla 900°C. W konsekwencji zwiększenie strumienia masowego węgla podawanego do niskotemperaturowego strumieniowego reaktora RG oraz powietrza do palnika cyklonowego PC powoduje wzrost wydatku gazu powietrznego na wylocie zewnętrznym WYZ kanału głównego Kg transportu gazu powietrznego, co z kolei skutkuje stabilizacją ciśnienia w kanale głównym Kg mierzonego przetwornikiem PAC. W przypadku obniżenia się poziomu pozostałości koksowej w zbiorniku zasypowym ZK monitorowanym przez czujnik poziomu CW poniżej bezpiecznej wartości komputerowy układ sterowania KUS obniża temperaturę zgazowania w niskotemperaturowym strumieniowym reaktorze RG poniżej optymalnego przedziału temperatury zgazowania węgla 900°C.

W wyniku obniżenia temperatury zgazowania następuje zwiększenie ilości niezgazowanej pozostałości koksowej kosztem ilości gazu powietrznego transportowanego kanałem głównym Kg i w konsekwencji uzupełnienie zawartości zbiornika zasypowego ZK pozostałością koksową.

Temperatura spalin energetycznych mierzona przez termoparę TP1 w kanale głównym transportu spalin Ks posiada zarówno górny limit zapobiegający uszkodzeniu palnika cyklonowego PC oraz kanałów głównego Ks i dodatkowego Kd transportu spalin energetycznych, jak i dolny limit sygnalizujący brak procesu spalania w palniku cyklonowym PC, w wyniku którego przewidziane jest uruchomienie przez komputerowy układ sterowania KUS sekwencji awaryjnego reaktora zgazowania RG.

Sposób i instalacja do niskotemperaturowego strumieniowego zgazowania paliwa węglowego według wynalazku zapewnia wydajność mierzoną wielkością strumienia gazu powietrznego rzędu 3,5-4 nm³/kg.

Zaletą sposobu i instalacji do strumieniowego zgazowania węgla według wynalazku jest obniżenie temperatury procesu zgazowania w niskotemperaturowym reaktorze strumieniowym RG do poziomu 850°C-950°C przy ciśnieniu rzędu 8 kPa-10 kPa, co zapewnia zmniejszenie kosztów budowy niskotemperaturowego reaktora przez eliminację układu schładzania ścian bocznych oraz możliwość użycia tańszych materiałów, ponadto wynalazek zapewnia obniżenie bieżących kosztów eksploatacji procesu niskotemperaturowego, strumieniowego zgazowania węgla przy jednoczesnym zapewnieniu większego poziomu bezpieczeństwa pracy.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób strumieniowego zgazowania paliwa stałego zwłaszcza węgla kamiennego, brunatnego oraz biomasy oparty na przepływowym zgazowaniu termicznym rozdrobnionego paliwa stałego w reaktorze strumieniowym wykorzystujący jako czynnik zgazowujący parę wodną, spaliny energetyczne, znamienny tym, że stanowiące główny składnik mieszaniny zgazowującej spaliny energetyczne są wytwarzane przez spalanie pozostałości niskotemperaturowego, strumieniowego zgazowania energetycznego paliwa stałego, korzystnie pozostałości

PL 233 286 B1 koksowej w palniku cyklonowym (PC) usytuowanym na zewnątrz niskotemperaturowego reaktora strumieniowego (RG), po czym uzyskane w palniku cyklonowym (PC) spaliny energetyczne o temperaturze 1500^OC-170O°C są transportowane kanałem głównym (Ks) spalin po pomiarach ciągłych temperatury za pomocą termopary (TPi), przekazywanych na analogowe wejście (WEi) komputerowego układu sterowania (KUS) do dolnego wlotu (WL) niskotemperaturowego reaktora strumieniowego (RG), przy czym jednocześnie do dolnego wlotu (WL) niskotemperaturowego reaktora strumieniowego (RG) jest doprowadzana z młyna energetycznego (M) kanałem paliwowym (Ksp) rozdrobniona korzystnie do postaci pyłowej mieszanina paliwowo-spalinowa o temperaturze 150°-160°C wraz z parą wodną H2O z osuszania energetycznego paliwa stałego, przy czym młyn energetyczny (M) zaopatrywany w paliwo stałe, korzystnie węglowe o wilgotności 5%-20% przez podajnik (PTW) korzystnie taśmowy wyposażony w automatyczny dozownik (D) paliwa stałego korzystnie węglowego sterowany sygnałem z wyjścia (WY1) komputerowego układu sterowania (KUS) jest zasilany spalinami energetycznymi o temperaturze 1500°C-1700°C transportowanymi przez kanał główny (Ks) i kanał dodatkowy (Kd) transportu spalin energetycznych z palnika cyklonowego (PC), po czym w wyniku niskotemperaturowego zgazowania strumieniowego rozdrobnionego do postaci pyłowej paliwa stałego korzystnie węglowego w strugach mieszaniny zgazowującej zawierającej do 90% spalin energetycznych i do 10% pary wodnej H 2O, przebiegającego pod ciśnieniem rzędu 10 kPa oraz w temperaturze 850°C-950° mierzonej termoparą (TP2) przesyłanej na wejście analogowe (WE2) komputerowego układu sterowania (KUS), uzyskuje się na wylocie niskotemperaturowego reaktora strumieniowego (RG) gaz powietrzny o składzie chemicznym zawierającym korzystnie 50%-55% azotu N2, 25%-28% tlenku węgla CO, 10%-12% wodoru H2, 3,5%-4,5% dwutlenku węgla CO2, 4%-6% pary wodnej H2O wraz z pozostałością, niezgazowanego paliwa stałego korzystnie z pozostałością koksową, który jest doprowadzany kanałem końcowym (Kk) do wlotu połączonych kaskadowo n cyklonów odpylających korzystnie dwóch cyklonów odpylających (Ci), (C2), w których po odpyleniu cząstek stałych w postaci pozostałości niezgazowanego paliwa stałego korzystnie pozostałości koksowej odpylony gaz powietrzny jest transportowany do wylotu zewnętrznego (WYZ) kanałem głównym (Kg) pod ciśnieniem 90 kPa-110 kPa rejestrowanym przez przetwornik ciśnienia (PAC) przesyłanym na wejście analogowe (WE3) komputerowego układu sterowania (KUS), a odpylona pozostałość koksowa jest zsypywana przez wylot kaskady n cyklonów odpylających korzystnie dwóch cyklonów odpylających (C1), (C2) do zasypowego zbiornika (ZK), którego stopień wypełnienia pozostałością koksową jest rejestrowany za pomocą czujnika poziomu wypełnienia (CW) generującego sygnał na wejście analogowe (WE4) komputerowego układu sterowania (KUS), po czym przez usytuowaną pod zbiornikiem zasypowym (ZK) śluzą (S) sterowaną sygnałem z wyjścia (WY2) komputerowego układu sterowania (KUS) pozostałość koksowa jest wprowadzana do palnika (PC) zasilanego powietrzem o temperaturze 450°C-550°C pod ciśnieniem 8 kPa-12 kPa przez kanał doprowadzenia powietrza (Kp) z wymiennika ciepła (WC) zasilanego odpylonym gazem powietrznym transportowanym kanałem głównym (Kg), przy czym połączony z wymiennikiem ciepła (WC) wentylator (W) jest sterowany sygnałem z wyjścia (WY3) komputerowego układu sterowania (KUS), a poziom doprowadzonego powietrza do palnika cyklonowego (PC) jest rejestrowany przez czujnik poziomu tlenu (CT) i przekazywany na wejście analogowe (WE5) komputerowego układu sterowania (KUS), po czym po spaleniu w palniku cyklonowym (PC) pozostałości koksowej w atmosferze nadmiaru powietrza w zakresie 5% objętościowych, spaliny energetyczne z palnika cyklonowego (PC) są wprowadzane do kanału głównego (Ks) transportu spalin energetycznych, a przez wylot końcowy (WO) palnika cyklonowego (PC) jest wyprowadzany na zewnątrz produkt odpadowy.

2. Instalacja do strumieniowego zgazowania energetycznego paliwa stałego, zwłaszcza węgla kamiennego, brunatnego oraz biomasy zawierająca zgazowujący reaktor strum ieniowy, kanały doprowadzające gazowy czynnik zgazowujący, kanały doprowadzające energetyczne paliwo stałe w postaci pyłowej połączone z wlotem reaktora strumieniowego, znamienna tym, że wlot dolny (WL) niskotemperaturowego reaktora strumieniowego (RG) jest połączony przez kanał główny (Ks) transportu spalin energetycznych z usytuowanym na zewnątrz niskotemperaturowego reaktora strumieniowego (RG) palnikiem cyklonowym (PC), przy czym

PL 233 286 B1 kanał główny (Ks) transportu spalin energetycznych jest wyposażony w termoparę (TPi) połączoną z wejściem analogowym (WEi) komputerowego układu sterowania (KUS) ponadto wlot dolny (WL) niskotemperaturowego reaktora strumieniowego (RG) jest połączony przez kanał paliwowy (Ksp) transportu mieszaniny paliwowo-spalinowej z wyjściem młyna energetycznego (M), przy czym młyn energetyczny (M) jest połączony przez dodatkowy kanał (Kd) transportu spalin energetycznych oraz przez kanał główny (Ks) z palnikiem cyklonowym (PC), ponadto wejście załadunkowe paliwem energetycznym młyna energetycznego (M) jest wyposażone w podajnik transportowy, korzystnie taśmowy paliwa stałego korzystnie węglowego wyposażony w automatyczny dozownik (D), którego elementy sterujące są połączone w wyjściem (WYi) komputerowego układu sterowania (KUS) poza tym, niskotemperaturowy, strumieniowy reaktor zgazowujący (RG) jest wyposażony w drugą termoparę (TP2) połączoną z wejściem analogowym (WE2) komputerowego układu sterowania (KUS) usytuowaną na wylocie wyprowadzającym z niskotemperaturowego, strumieniowego reaktora (RG) gaz powietrzny o składzie chemicznym zawierającym korzystnie 50%-55% azotu N2, 25%-28% tlenku węgla CO, 10%-12% wodoru H2, 3,5%-4,5% dwutlenku węgla CO2, 4%-6% pary wodnej H2O wraz z pozostałością niezgazowanego paliwa stałego korzystnie z pozostałością koksową, który jest połączony przez kanał końcowy (Kk) z wlotem kaskady n cyklonów odpylających korzystnie dwóch cyklonów odpylających (C1), (C2), której wylot odprowadzający odpylone składniki stałe gazu powietrznego w postaci korzystnie pozostałości koksowej jest połączony z zasypowym zbiornikiem (ZK) wyposażonym w czujnik poziomu (CW) wypełnienia zbiornika (ZK) pozostałością koksową, połączony z wejściem analogowym (WE4) komputerowego układu sterowania (KUS), przy czym dolna część zasypowego zbiornika (ZK) jest połączona przez śluzę (S) z wlotem palnika cyklonowego (PC), a element sterowania śluzy (S) jest połączony z wyjściem (WY2) komputerowego układu sterowania (KUS), poza tym wylot wyprowadzający odpylony gaz powietrzny kaskady n cyklonów odpylających korzystnie dwóch cyklonów odpylających (C1), (C2) jest połączony z kanałem głównym (Kg) transportującym odpylony gaz powietrzny o składzie chemicznym zawierającym korzystnie 50%-55% azotu N2, 25%-28% tlenku węgla CO, 10%-12% wodoru H2, 3,5%-4,5% dwutlenku węgla CO2, 4%-6% pary wodnej H2O, wyposażonym w wylot (WYZ) wyprowadzający gaz powietrzny na zewnątrz oraz w przetwornik ciśnienia (PAC) połączony z wejściem analogowym (WE3) komputerowego układu sterowania (KUS), a ponadto wymiennik ciepła (WC) z wentylatorem (W) połączonym z wyjściem (WY3) komputerowego układu sterowania (KUS), przy czym wymiennik ciepła (WC) jest połączony przez kanał doprowadzenia powietrza (Kp) z palnikiem cyklonowym (PC) wyposażonym w czujnik poziomu tlenu (CT) połączony z analogowym wejściem (WEs) komputerowego układu sterowania (KUS) oraz w wylot (WO) wyprowadzający na zewnątrz produkt odpadowy.