RU112195U1

RU112195U1 - SOLID FUEL AND WASTE GASIFICATION DEVICE

Info

Publication number: RU112195U1
Application number: RU2011119755/05U
Authority: RU
Inventors: Валентин Игоревич Ковбасюк
Original assignee: ООО Платекс КиМ; Учреждение Российской Академии Наук Объединенный Институт Высоких Температур Ран (Оивт Ран)
Priority date: 2011-05-17
Filing date: 2011-05-17
Publication date: 2012-01-10

Abstract

Устройство газификации твердого топлива и отходов, содержащее реактор вращающегося типа, угол наклона которого к горизонту предусматривает продольное перемещение засыпки сырья, устройство подачи измельченной горючей массы в реактор, устройство ввода окислителя, устройство подвода пара в реактор и вывод продукта - газа, отличающееся тем, что вводы газифицирующих сред - окислителя, пара подключены к реактору со стороны подачи сырья в реактор на газификацию, а вывод продукта - газа находится на противоположной стороне реактора, и дополнительно на стороне тракта вывода продукта - газа подключена линия отбора части горючего газа на регенерацию к паровому эжектору, из которого эжектируемые газы в смеси с эжектирующим паром направляются на вход в реактор, притом реактор выполнен с пережимами сечения винтовой или кольцевой геометрии. A device for gasification of solid fuel and waste, containing a rotating reactor, the angle of inclination of which to the horizon provides for the longitudinal movement of the raw material filling, a device for feeding crushed combustible mass into the reactor, an oxidizer inlet device, a device for supplying steam to the reactor and a product - gas outlet, characterized in that inlets of gasifying media - oxidizer, steam are connected to the reactor from the side of the feed to the reactor for gasification, and the outlet of the product - gas is located on the opposite side of the reactor, and additionally on the side of the product - gas outlet path, a line for withdrawing part of the combustible gas for regeneration is connected to the steam ejector , from which the ejected gases in a mixture with the ejected steam are directed to the inlet to the reactor, moreover, the reactor is made with screw-type or ring-shaped cross-sections.

Description

Полезная модель относится к области энергетики и может быть использована с целью увеличения эффективности газификации твердого топлива. Наряду с этим она может быть применена в качестве средства термической переработки отходов, вместо сжигания, что обеспечивает повышение степени защиты окружающей среды при утилизации энергии горючих компонентов отходов.The utility model relates to the field of energy and can be used to increase the efficiency of gasification of solid fuels. In addition, it can be used as a means of thermal processing of waste, instead of burning, which provides an increase in the degree of environmental protection when utilizing the energy of combustible waste components.

Известны многочисленные варианты устройств газификации с реактором плотного слоя, работающие по противоточной схеме. В частности, традиционные газификаторы фирмы Лурги с вертикальным реактором, в котором газифицируемый агент - кусковой уголь загружается через верх слоями, опирающимися снизу на колосниковую решетку, с вводом снизу в реактор окислителя и пара, организованным горением в нижней части реактора и газификацией вышележащих слоев угля за счет тепла продуктов горения, с выводом производимого горючего газа в верхней части реактора. Через колосниковую решетку удаляется «сухой» шлак. Противоточная схема реактора газификации термодинамически весьма совершенна, поскольку в ней без специальных устройств осуществляется глубокая регенерацию тепла. Однако для разложения смол и повышения качества газа в газификаторах Лурги предусмотрено ограничение минимальной температуры за газификатором на уровне 600-800°С. Для повышения эффективности устройств газификации дополнительно используются такие меры по регенерации тепла горячих газообразных продуктов, покидающих газификатор, как подогрев воздуха и производство пара в качестве газифицирующих сред.Numerous variants of gasification devices with a dense bed reactor are known operating in a countercurrent fashion. In particular, traditional Lurgi gasifiers with a vertical reactor, in which the gasified agent - lump coal is loaded through the top with layers resting on the bottom of the grate, with the introduction of oxidizer and steam from below into the reactor, organized by combustion in the lower part of the reactor and gasification of the overlying coal layers the heat of combustion products, with the conclusion of the produced combustible gas in the upper part of the reactor. “Dry” slag is removed through the grate. The countercurrent circuit of the gasification reactor is thermodynamically very perfect, since without heat treatment, deep heat recovery is carried out in it. However, for the decomposition of resins and improve the quality of gas in Lurgi gasifiers, a minimum temperature limit for the gasifier is provided at 600-800 ° C. In order to increase the efficiency of gasification devices, such measures are used to regenerate the heat of hot gaseous products leaving the gasifier, such as air heating and steam production as gasification media.

Нетрадиционный способ регенерации тепла применен в устройстве газификации горнового типа разработки ВТИ - Патент на полезную модель РФ 47886 «Система газификации горнового типа». В этом устройстве, в отличие от классического варианта Лурги, процесс осуществляется при температуре горения в нижней части реактора, превышающей температуру плавления шлака, который удаляется из реактора в жидком виде через летку в охлаждающую ванну с водой с целью его грануляции. Поэтому вводы окислителя и пара в реактор осуществляются через боковые фурмы, расположенные в два яруса - нижний для окислителя, верхний - для ввода пара. Также в верхнем ярусе размещен дополнительный ввод небольшой части окислителя, что позволяет поднять температуру в этой части реактора с целью интенсификации процесса газификации. А для интенсификации сушки и частичного пиролиза сырья в области входной течки, представляющей собой устройство ввода сырья, размещен ввод с выхода парового эжектора небольшой части производимого в реакторе горячего синтез-газа. Устройство газификации с несколько углубленной за счет рециркуляции горячего газа регенерацией рассматривается в качестве аналога предлагаемой полезной модели. Но это устройство, несмотря на использование более высокой максимальной температуры в реакторе в сравнении с классическим газификатором Лурги, имеет существенно неравномерное по слою распределение параметров - температуры, концентрации окислителя и пара, и как следствие - неравномерную скорость газификации, что снижает его эффективность. Кроме того, недостатком горнового газификатора является производство горючего газа с высоким содержанием смол, сепарации которых посвящена значительная часть новаций указанной полезной модели. Наконец, серьезным обстоятельством, которое, заметим, учтено в разработках газификаторов Лурги, является необходимость поддержания высокой газопроницаемости газифицируемого слоя. Поэтому достаточно жесткими являются ограничения в технологии Лурги на размер фрагментов и тип применяемого угля, чтобы газификатор работал устойчиво и эффективно. В рассмотренной полезной модели это обстоятельство не рассматривается.An unconventional method of heat recovery is used in a furnace type gasification device developed by VTI - Utility Model Patent of the Russian Federation 47886 “furnace type gasification system”. In this device, in contrast to the classic Lurga version, the process is carried out at a combustion temperature in the lower part of the reactor that exceeds the melting point of the slag, which is removed from the reactor in liquid form through a notch into a cooling bath with water in order to granulate it. Therefore, the oxidizer and steam are introduced into the reactor through side tuyeres located in two tiers — the lower one for the oxidizer and the upper one for the introduction of steam. Also in the upper tier there is an additional input of a small part of the oxidizing agent, which makes it possible to raise the temperature in this part of the reactor in order to intensify the gasification process. And in order to intensify drying and partial pyrolysis of raw materials in the inlet chute, which is a raw material input device, the input from the exit of the steam ejector of a small part of the hot synthesis gas produced in the reactor is placed. A gasification device with somewhat in-depth regeneration due to hot gas recirculation is considered as an analogue of the proposed utility model. But this device, despite the use of a higher maximum temperature in the reactor in comparison with the classic Lurgi gasifier, has a substantially nonuniform distribution of parameters - temperature, concentration of oxidizing agent and steam, and as a result - uneven gasification rate, which reduces its efficiency. In addition, the disadvantage of a gas furnace gasifier is the production of combustible gas with a high resin content, the separation of which is devoted to a significant part of the innovations of this utility model. Finally, a serious circumstance, which, we note, is taken into account in the development of Lurga gasifiers, is the need to maintain high gas permeability of the gasified layer. Therefore, the restrictions in Lurga technology on the size of the fragments and the type of coal used are so strict that the gasifier works stably and efficiently. In the considered utility model, this circumstance is not considered.

Наиболее близкой к предлагаемой полезной модели, в которой устраняются многие недостатки указанного аналога, является разработка ИПХФ РАН - Патент на изобретение РФ 2322641 «Способ переработки конденсированного горючего путем газификации и устройство для его осуществления». Это устройство рассматривается в качестве прототипа. Как и упомянутые выше установки газификации, оно рассчитано на работу по противоточной схеме, где сырье последовательно проходит через зоны загрузки, сушки и прогрева, коксования и пиролиза, горения и газификации твердой фазы. Окислительные среды подводятся в нижней части реактора. В верхней части реактора установлено устройство ввода дополнительно с топливом инертной массы, которая также нагревается в реакторе, а затем аккумулированное ею регенеративное используется для подогрева вводимых в нижней части реактора газифицирующих сред. Но наиболее существенным для обеспечения эффективной работы устройства газификации является применение реактора вращающегося типа, по аналогии с вращающимися печами сжигания отходов - Доусон Г., Мерсер Б. Обезвреживание токсичных отходов. Сокр. перев. с англ., Стройиздат, Москва, 1996, с.224., или обжиговыми, например, цементными печами. Вращение реактора под углом к горизонту должно обеспечить увеличенную газопроницаемость засыпке топлива с инертами не только в случае газификации углей, но и различных горючих отходов с целью их утилизации. Варьируемый угол наклона реактора к горизонту призван исключить образование продольных, не заполненных сырьем ниш вдоль верхней образующей цилиндрического реактора, по которым горячие газы могут без должного взаимодействия с сырьем покидать реактор. В литературе реактор рассматриваемого типа, содержащий инерты наряду с топливной смесью, назван сверхадиабатическим, в зоне максимальной температуры ее величина выше, чем в адиабатических условиях, что благоприятно для проведения термической обработки любого рода. Но использование противоточной схемы движения сред в устройстве газификации дает не только преимущества, но имеет и негативную сторону. Продукт - газ, вырабатываемый реактором газификации, при своем встречном движении в потоке массы сырья, не только участвует в процессе теплообмена, но и уносит к выходу образующиеся летучие соединения, смолы, влагу и токсичные вещества гораздо ранее, чем сырье могло бы оказаться в зоне действия высокой температуры. Последнее особенно нежелательно, так как этот реактор предлагается в качества средства для уничтожения газификацией различных отходов, включая токсичные. Безопасным и пригодным к использованию этот газ с летучими мог бы стать лишь после глубокой и сложной очистки, либо должен быть направлен на дожигание при высокой температуре в соответствии с нормативами, в частности, на бездиоксиновое сжигание.Closest to the proposed utility model, which eliminates many of the shortcomings of this analogue, is the development of IPCP RAS - Patent for invention of the Russian Federation 2322641 "Method for the processing of condensed fuel by gasification and device for its implementation." This device is considered as a prototype. Like the gasification plants mentioned above, it is designed to work according to a counter-current scheme, where the raw materials pass through the loading, drying and heating, coking and pyrolysis, combustion and gasification zones of the solid phase. Oxidizing media are introduced at the bottom of the reactor. An input device is additionally installed in the upper part of the reactor with an inert fuel, which is also heated in the reactor, and then the regenerative accumulated by it is used to heat the gasification media introduced in the lower part of the reactor. But the most essential for ensuring the effective operation of the gasification device is the use of a rotating type reactor, by analogy with rotary waste incinerators - G. Dawson, B. Mercer. Toxic waste neutralization. Abbr. perev. with English., Stroyizdat, Moscow, 1996, p.224., or kilns, for example, cement kilns. Rotation of the reactor at an angle to the horizon should provide increased gas permeability to the filling of inert fuel, not only in the case of coal gasification, but also various combustible waste for the purpose of their disposal. A variable angle of inclination of the reactor to the horizon is designed to exclude the formation of longitudinal niches not filled with raw materials along the upper generatrix of the cylindrical reactor, through which hot gases can leave the reactor without proper interaction with the raw materials. In the literature, the reactor of the type under consideration, which contains inert along with the fuel mixture, is called super-adiabatic, in the zone of maximum temperature its value is higher than under adiabatic conditions, which is favorable for any kind of heat treatment. But the use of a countercurrent flow pattern in a gasification device provides not only advantages, but also has a negative side. The product - the gas produced by the gasification reactor, with its oncoming movement in the flow of the mass of raw materials, not only participates in the heat transfer process, but also carries away the resulting volatile compounds, resins, moisture and toxic substances much earlier than the raw material could be in the coverage area high temperature. The latter is especially undesirable, since this reactor is proposed as a means for the destruction of various waste products by gasification, including toxic ones. This gas with volatiles could become safe and suitable for use only after deep and complex purification, or it should be aimed at afterburning at high temperature in accordance with the standards, in particular, on dioxin-free combustion.

Предлагаемая полезная модель устройства газификации твердого топлива и отходов решает техническую задачу увеличения эффективности газификатора, наряду с обеспечением удобства и безопасности применения вырабатываемого горючего газа.The proposed utility model of a device for gasification of solid fuel and waste solves the technical problem of increasing the efficiency of the gasifier, along with ensuring the convenience and safety of the use of generated combustible gas.

Поставленная техническая задача решается за счет того, что устройство газификации твердого топлива и отходов, содержащее реактор вращающегося типа, угол наклона которого к горизонту предусматривает продольное перемещение засыпки сырья, устройство подачи измельченной горючей массы в реактор, устройство ввода окислителя, устройство подвода пара в реактор, и вывод продукт - газа, отличается тем, что вводы газифицирующих сред - окислителя, пара, подключены к реактору со стороны подачи сырья в реактор на газификацию, а вывод продукт - газа находится на противоположной стороне реактора, и дополнительно на стороне тракта вывода продукт - газа подключена линия отбора части горячего газа на регенерацию к паровому эжектору, из которого эжектируемые газы в смеси с эжектирующим паром направляются на вход в реактор, притом реактор выполнен с пережимами сечения винтовой или кольцевой геометрии, что позволяет расположить ввод сырья как выше, так и ниже уровня выхода из реактора.The stated technical problem is solved due to the fact that the device for gasification of solid fuel and waste containing a rotating type reactor, the angle of inclination of which to the horizon provides for the longitudinal movement of the feed bed, the device for feeding the crushed combustible mass into the reactor, the input device for the oxidizer, the device for supplying steam to the reactor, and the output of the product gas, characterized in that the inputs of the gasifying medium - oxidizer, steam, are connected to the reactor from the side of the feed to the reactor for gasification, and the output of the product is gas it sits on the opposite side of the reactor, and in addition, on the side of the product-gas output path, a line for extracting part of the hot gas for regeneration is connected to a steam ejector, from which the ejected gases mixed with the ejecting steam are sent to the reactor inlet, moreover, the reactor is made with screw or ring geometry, which allows you to position the input of raw materials both above and below the level of exit from the reactor.

Схематически предлагаемое устройство изображено на фиг.1. На этой фигуре: 1 - устройство подачи измельченной горючей массы в реактор; 2 - линия подачи устройства ввода окислителя; 3 - реактор вращающегося типа; 4 - линия подачи от устройства подвода пара в реактор; 5 - линия ввода эжектируемого горючего газа в смеси с эжектирующим паром с выхода эжектора; 6 - паровой эжектор; 7 - линия отбора части горячего газа на регенерацию; 8 - вывод продукт-газа из реактора, в частности, на охлаждение для использования; 9 - охладитель/парогенератор; в частности, обеспечивающий паром высокого давления эжектор 6, 10 - вывод продукт-газа потребителю, 11 - линия подачи пара как эжектирующей среды в эжектор. На фиг.2 представлен в разрезе сегмент реактора с пережимами проходного сечения кольцевой конфигурации. На фиг.3 показано, как пережимы такого рода могут перекрывать перетечку газа, минуя фильтрацию через засыпку реактора. Здесь 3 - корпус реактора, 12 -засыпка, 13 - пережимы, в данном случае кольцевые, 14 - образующиеся зазоры между засыпкой и корпусом, которые необходимы, чтобы при вращении реактора сырье в процессе газификации могло перемешиваться. Фиг.4 схематически иллюстрирует реактор в поперечном сечении с пережимами 13, имеющими винтовую конфигурацию, когда выход может быть выше уровня входа.Schematically, the proposed device is depicted in figure 1. In this figure: 1 - a device for feeding crushed combustible mass into the reactor; 2 - feed line of the oxidizer input device; 3 - reactor of a rotating type; 4 - supply line from the device for supplying steam to the reactor; 5 - line for introducing an ejected combustible gas in a mixture with ejecting steam from the outlet of the ejector; 6 - steam ejector; 7 - line for the selection of part of the hot gas for regeneration; 8 - output of the product gas from the reactor, in particular, for cooling for use; 9 - cooler / steam generator; in particular, an ejector 6, providing high-pressure steam, 10 — output of a product gas to a consumer, 11 — a line for supplying steam as an ejection medium to the ejector. Figure 2 presents in section a segment of the reactor with clamps of the bore of the annular configuration. Figure 3 shows how clamps of this kind can block the flow of gas, bypassing filtration through the backfill of the reactor. Here 3 - reactor vessel, 12 - filling, 13 - pinchs, in this case ring-shaped, 14 - formed gaps between the filling and the vessel, which are necessary so that when the reactor rotates, the raw material during gasification can be mixed. Figure 4 schematically illustrates a cross-sectional reactor with pinches 13 having a helical configuration when the output may be above the input level.

Вспомогательные системы подогрева окислителя и пара с целью улучшения характеристик газификации традиционны и не имеют особенностей, как и возможность использования кислородного обогащения окислителя в этой полезной моделиAuxiliary systems for heating the oxidizer and steam in order to improve the gasification characteristics are traditional and have no features, as well as the possibility of using oxygen enrichment of the oxidizer in this utility model

Полезная модель работает следующим образом. С помощью устройства подачи 1 в реактор загружается горючая масса, продвижение которой по реактору обеспечивается вращением реактора при необходимом наклоне от входа к выходу, или подъеме, если пережимы в реакторе 13 имеют винтовую конфигурацию при соответствующем направлении вращения. Одновременно с подачей на вход окислителя 2 и водяного пара 4 по линии 5 от эжектора 6 поступает смесь горячего потока горючего газа с эжектирующим паром, подача которого регулируется управлением расхода в эжекторе, обеспечивая оптимальное значение параметров газификации. Этот поток газовой смеси, энтальпия которого увеличена за счет регенерации в устройстве, инициирует горение сырья на входе в газификатор. Это тепло расходуется на проведение эндотермических реакций газификации. Без регенерации, и в частности рециркуляции части газа с выхода реактора, работа реактора со спутным потоком проблематична. Вращение реактора делает загруженную массу гораздо более проницаемой для потока газов, но чтобы при этом не возникало шунтирующих перетоков газа под верхней образующей реактора, на что обращено внимание в прототипе, их перекрывают с помощью кольцевых или винтовых пережимов проходного сечения. Эскиз реактора с кольцевыми пережимами представлен на фиг.2. Фиг.3 поясняет, как такие сужения перекрывают пути шунтирующих перетоков газов в реакторе, но оставляют пространство для естественного перемешивания засыпки в каждом отдельном сегменте реактора при вращении реактора. Фиг.4 представляет эскиз реактора с винтовыми пережимами и наклоном реактора с засыпкой, направленным вверх от входа. Параметры и расходы сред выбираются из условия автотермичности процесса газификации.The utility model works as follows. Using the supply device 1, a combustible mass is loaded into the reactor, the movement of which is ensured through the reactor by rotation of the reactor with the necessary slope from entrance to exit, or by lifting if the clamps in the reactor 13 have a screw configuration with the corresponding direction of rotation. Simultaneously with the supply of oxidizer 2 and water vapor 4 through line 5 from the ejector 6, a mixture of a hot stream of combustible gas with ejector steam is supplied, the supply of which is regulated by flow control in the ejector, ensuring the optimal value of gasification parameters. This gas mixture flow, whose enthalpy is increased due to regeneration in the device, initiates the combustion of raw materials at the inlet of the gasifier. This heat is spent on carrying out endothermic gasification reactions. Without regeneration, and in particular recirculation of part of the gas from the outlet of the reactor, the operation of the reactor with a satellite stream is problematic. The rotation of the reactor makes the loaded mass much more permeable to the gas flow, but in order to avoid shunting gas flows under the upper generatrix of the reactor, which is emphasized in the prototype, they are blocked with ring or screw clamps of the passage section. A sketch of the reactor with ring clamps is presented in figure 2. Figure 3 explains how such constrictions overlap the paths of the shunting gas flows in the reactor, but leave room for natural mixing of the backfill in each individual segment of the reactor while the reactor is rotating. Figure 4 is a sketch of a reactor with screw clamps and a tilt of the reactor with a backfill upward from the entrance. The parameters and flow rates of the media are selected from the conditions of autothermalization of the gasification process.

Claims

A device for the gasification of solid fuel and waste containing a rotating type reactor, the angle of inclination of which to the horizon provides for the longitudinal movement of the feed bed, the device for feeding the crushed combustible mass into the reactor, the input device for the oxidizer, the device for supplying steam to the reactor and the output of the product gas, characterized in that the inputs of the gasifying medium - the oxidizing agent, the steam is connected to the reactor from the side of the feed to the reactor for gasification, and the output of the gas product is on the opposite side of the reactor, and add The line for extracting part of the combustible gas for regeneration to the steam ejector, from which the ejected gases in a mixture with the ejecting steam are directed to the reactor inlet, is connected directly to the outlet of the product-gas exit path, moreover, the reactor is made with clamps of the cross-section of screw or ring geometry.