RU156247U1

RU156247U1 - Устройство подготовки и подачи генераторного синтез-газа в газопламенную печь из угольных газогенераторов

Info

Publication number: RU156247U1
Application number: RU2015129979/05U
Authority: RU
Inventors: Андрей Игоревич Гринберг; Игорь Самсонович Гринберг
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ХМК-Инжиниринг" (ООО "ХМК-Инжиниринг")
Priority date: 2015-07-17
Filing date: 2015-07-17
Publication date: 2015-11-10

Abstract

1. Устройство подготовки и подачи генераторного синтез-газа в газопламенную печь из угольных газогенераторов, выполненных с возможностью одновременного получения горячего синтез-газа в нижней части газогенератора и холодного синтез-газа в верхней части газогенератора, снабженное линией очистки и подачи синтез-газа из газогенератора в горелки газопламенной печи, содержащей циклон очистки горячего синтез-газа, электрофильтр очистки холодного синтез-газа, коллектор смешанного горячего и холодного синтез-газа, отличающееся тем, что коллектор смешанного горячего и холодного синтез-газа выполнен в виде емкости объемом не менее 20 м, имеющей выход смешанного синтез-газа в две линии: линию смешанного синтез-газа с температурой более 150°С, соединенную с горелками газопламенной печи, и линию смешанного синтез-газа с температурой менее 150°С, содержащую устройство повышения давления синтез-газа, линию синтез-газа повышенного давления, рекуператор-теплообменник для нагрева синтез-газа дымовыми газами из газопламенной печи и линию нагретого синтез-газа повышенного давления, соединяющую рекуператор-теплообменник с горелками газопламенной печи.2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что линия очистки и подачи горячего синтез-газа дополнительно содержит воздушный холодильник, установленный после циклона очистки горячего синтез-газа, и газоход охлажденного синтез-газа, соединяющий воздушный холодильник с коллектором смешанного горячего и холодного синтез-газа.

Description

Предлагаемое решение относится к получению горючих газов, содержащих оксид углерода и водород, например синтез-газа, из твердых углеродсодержащих веществ при помощи процессов частичного окисления, к очистке и транспортировке получаемого синтез-газа потребителю и может быть использовано в технологических процессах, связанных с термической обработкой различного сырья в газопламенных печах.

Газификация твердых углеродсодержащих веществ, в частности угля, обеспечивает получение генераторного синтез-газа, содержащего в качестве основных горючих компонентов оксид углерода, водород и метан. Также в получаемом из угля синтез-газе присутствуют смолистые вещества и водяной пар. В зависимости от принятой аппаратурно-технологической схемы сжигания синтез-газа, его либо очищают частично или полностью от смолистых веществ и влаги, либо используют в неочищенном виде.

Известен Газогенератор для получения энергоносителей с помощью горючего генераторного газа из битуминозных (смолистых) топлив, древесных чурок, торфа, различных марок угля, горючих сланцев, органических отходов различных производств, в том числе животноводческих комплексов, брикетированных осадков очистных сооружений, твердых бытовых отходов, медицинских отходов и других. Газогенератор содержит камеру горения с зоной сушки и пирогенетического разложения, с зонами сгорания смол, регенерации и очистки генераторного газа, газоходы водяного котла, камеру парогенерации, камеру подогрева и подачи воздуха, при этом газогенератор дополнительно снабжен сепаратором-дымососом, охладителем-стабилизатором газа и камерой подогрева генераторного газа, которые присоединены последовательно между зоной отбора генераторного газа и камерой горения, камера парогенерации соединена с выходом зоны очистки генераторного газа, с входом зоны регенерации и через камеру подогрева атмосферного воздуха с камерой горения. Изобретение позволяет создать газогенератор для получения энергоносителей в виде генераторного газа для работы электростанции, жидкого топлива и горячей воды за счет рационального использования тепла, вырабатываемого при сжигании топлива, КПД не ниже 87% (Патент РФ 2303050 C10J 3/20, F23B 99/00, 2006 г. [1]).

Известный газогенератор содержит оборудование для очистки получаемого генераторного газа от механических примесей, смолистых веществ и воды. Недостатком известного решения является сложная, многокомпонентная аппаратурно-технологическая схема получения генераторного газа, а также необходимость использования части произведенного генераторного газа на нужды газификации, что уменьшает количество генераторного газа направляемого потребителю. Также к недостаткам можно отнести сжигание смолистых веществ в газогенераторной установке, что снижает энергетическую ценность генераторного газа у потребителя.

Известно устройство подготовки и подачи теплоносителя в печь металлизации, содержащее не менее двух угольных газификаторов, каждый из которых соединен посредством линии подачи газообразного топлива с форсунками печи металлизации, отличающееся тем, что угольные газификаторы выполнены с возможностью обеспечения одновременного получения газообразного топлива в горячем виде внизу и в холодном - вверху, при этом устройство снабжено установленными в линии подачи газообразного топлива от газификатора к форсункам печи металлизации оборудованием очистки газообразных продуктов от каждого газификатора, содержащим циклон очистки горячего газа из газификатора и электрофильтр очистки холодного газа из газификатора, коллектором горячих и холодных газов низкого давления, устройством повышения давления газа и линией газа повышенного давления. При этом устройство повышения давления газа может быть снабжено не менее, чем одним вентилятором, линия подачи газообразного топлива от газификатора к форсункам печи металлизации может дополнительно содержать воздушный охладитель, установленный после циклона очистки горячего газа из газификатора, устройство может быть снабжено скруббером-смесителем холодного газа из электрофильтра с горячим газом из воздушного охладителя, установленным в линии подачи газообразного топлива от газификатора к форсункам печи металлизации, устройство может быть снабжено электрофильтром, установленным после скруббера-смесителя холодного газа из электрофильтра с горячим газом из воздушного охладителя, установленным в линии подачи газообразного топлива от газификатора к форсункам печи металлизации (Патент на полезную модель №139174, F27B 3/22, C21B 13/08, 2014 г. [2]).

По назначению, по технической сущности, по наличию сходных признаков данное решение выбрано в качестве ближайшего аналога.

Основные недостатки известного решения - многоступенчатая схема очистки газа от смолистых веществ и влаги (циклон, воздушный охладитель, электрофильтры, скруббер), необходимость постоянного использования специального устройства для повышения давления газа - вентилятора, низкая температура и энергетическая ценность синтез-газа, направляемого потребителю, вследствие его полной очистки от смолистых веществ, образование значительных объемов промпродуктов и отходов газификации угля в виде каменноугольной смолы и фенольной воды.

Задачами предлагаемого решения являются: создание гибкой линии стабильной подачи синтез-газа в газопламенную печь с полной и не полной очисткой от смолистых веществ, повышение энергоэффективности синтез-газа за счет его неполной очистки от смолистых веществ и дополнительного нагрева синтез-газа перед подачей в горелки газопламенной печи, а также снижение затрат на переработку и утилизацию промпродуктов и отходов производства.

Техническими результатами являются: упрощение схемы подготовки и подачи генераторного синтез-газа в газопламенную печь из угольных газогенераторов за счет исключения из нее части оборудования по очистке синтез-газа, возможность подачи горячего синтез-газа с минимальной очисткой от пыли и смолистых веществ в горелки газопламенной печи, дополнительный нагрев синтез-газа теплом дымовых газов из печи, возможность работы схемы подготовки и подачи синтез-газа в горелки печи без устройства повышения давления газа (вентилятора), уменьшение объема образования промпродуктов и отходов от газификации угля.

Технические результаты достигаются тем, что в устройстве подготовки и подачи генераторного синтез-газа в газопламенную печь из угольных газогенераторов, выполненных с возможностью одновременного получения горячего синтез-газа в нижней части газогенератора и холодного синтез-газа в верхней части газогенератора, снабженном линией очистки и подачи синтез-газа из газогенератора в горелки газопламенной печи, содержащей циклон очистки горячего синтез-газа, электрофильтр очистки холодного синтез-газа, коллектор смешанного горячего и холодного синтез-газа, в которой коллектор смешанного горячего и холодного синтез-газа выполнен в виде емкости объемом не менее 20 м³, имеющей выход смешанного синтез-газа в две линии: линию смешанного синтез-газа с температурой более 150°C, соединенную с горелками газопламенной печи, и линию смешанного синтез-газа с температурой менее 150°C, содержащую устройство повышения давления синтез-газа, линию синтез-газа повышенного давления, рекуператор-теплообменник для нагрева синтез-газа дымовыми газами из газопламенной печи и линию нагретого синтез-газа повышенного давления, соединяющую рекуператор-теплообменник с горелками газопламенной печи. Также линия очистки и подачи горячего синтез-газа дополнительно может содержать воздушный холодильник, установленный после циклона очистки горячего синтез-газа, и газоход охлажденного синтез-газа, соединяющий воздушный холодильник с коллектором смешанного горячего и холодного синтез-газа.

Сравнительный анализ предлагаемого технического решения с решением, выбранным в качестве ближайшего аналога, показывает следующее.

Предлагаемое решение и решение по ближайшему аналогу характеризуются сходными признаками:

- оба решения характеризуют устройство подготовки и подачи генераторного синтез-газа в газопламенную печь из угольных газогенераторов, выполненных с возможностью одновременного получения горячего синтез-газа в нижней части газогенератора и холодного синтез-газа в верхней части газогенератора, содержащее:

- - циклон очистки горячего синтез-газа,

- - электрофильтр очистки холодного синтез-газа,

- - коллектор смешанного горячего и холодного синтез-газа;

Кроме того, в предлагаемом решении и ближайшем аналоге устройство подготовки и подачи генераторного синтез-газа в газопламенную печь может дополнительно содержать воздушный холодильник, установленный после циклона очистки горячего синтез-газа.

Предлагаемое решение отличается от ближайшего аналога следующими признаками:

- коллектор смешанного горячего и холодного синтез-газа выполнен в виде емкости объемом не менее 20 м³;

- коллектор смешанного горячего и холодного синтез-газа имеет выход смешанного синтез-газа в две линии:

- - линию смешанного синтез-газа с температурой более 150°C, напрямую соединенную с горелками газопламенной печи;

- - линию смешанного синтез-газа с температурой менее 150°C, содержащую устройство повышения давления синтез-газа, линию синтез-газа повышенного давления, рекуператор-теплообменник для нагрева синтез-газа дымовыми газами из газопламенной печи и линию нагретого синтез-газа повышенного давления, соединяющую рекуператор-теплообменник с горелками газопламенной печи.

Наличие в предлагаемом решении признаков, отличных от признаков, характеризующих техническое решение по ближайшему аналогу, позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого решения условию патентоспособности полезной модели «новизна».

Техническая сущность предлагаемого технического решения заключается в следующем.

Заявленная в ближайшем аналоге линия подготовки и подачи теплоносителя в печь обеспечивает глубокую очистку генераторного синтез-газа от смолистых веществ и воды. В результате получают холодный генераторный газ, содержащий из горючих компонентов только CO, H₂, CH₄, и жидкие промпродукты и отходы газификации угля в виде каменноугольной смолы и фенольной воды. Подача холодного генераторного газа в горелки газопламенной печи снижает эффективность его сжигания. Генерация каменноугольной смолы и фенольной воды требует дополнительных затрат на их переработку и утилизацию.

В предлагаемом решении защищается гибкая линия подготовки и подачи теплоносителя в печь, с помощью которой, в зависимости от обстановки, можно подавать в печь частично очищенный от пыли и смолистых веществ горячий генераторный газ, или полностью очищенный и дополнительно нагретый генераторный газ. Причем в случае частичной очистки горячего генераторного газа его подача в газопламенную печь осуществляют напрямую, без использования устройств повышения давления синтез-газа (вентиляторов).

Использование коллектора смешанного горячего и холодного синтез-газа в виде емкости объемом не менее 20 м³ обеспечивает усреднение состава и температуры газов, а также выполняет функцию буферной емкости синтез-газа, поддерживая в линии подготовки и подачи теплоносителя в газопламенную печь стабильное давление и состав синтез-газа.

В зависимости от эффективности работы газогенератора и температуры окружающего воздуха, получаемый в коллекторе смешанный синтез-газ может иметь различную температуру. В теплый период года температура смешанного синтез-газа, как правило, превышает 150°C. При этом большая часть смолистых веществ и влаги в синтез-газе находится в газообразном состоянии. Согласно предлагаемому решению горячий синтез-газ с температурой более 150°C напрямую подают в горелки газопламенной печи. В результате повышается теплотворная способность синтез-газа за счет сгорания смолистых веществ, исключается из эксплуатации часть технологического оборудования (устройство повышения давления синтез-газа, рекуператор-теплообменник, газоходы), уменьшается объем образования каменноугольной смолы и фенольной воды.

В холодный период года и в случае низкоэффективной работы газогенератора температура смешанного синтез-газа может быть ниже 150°C. В этом случае в линии очистки и подачи холодного синтез-газа предусмотрено использование устройства повышения давления (вентилятора). Для эффективного сжигания синтез-газа его нагревают в рекуператоре-теплообменнике, обогреваемом дымовыми газами из газопламенной печи. Чтобы исключить коксование смолистых веществ синтез-газа на поверхностях нагрева рекуператора-теплообменника, синтез-газ предварительно очищают в линии очистки. Низкая температура синтез-газа (ниже 150°C) обеспечивает практически полную очистку синтез-газа от смолистых веществ. Смешанный и очищенный синтез-газ из коллектора с помощью устройства повышения давления направляют в рекуператор-теплообменник, где он нагревается дымовыми газами из газопламенной печи. Из рекуператора-теплообменника синтез-газ по линии нагретого синтез-газа повышенного давления подают в горелки газопламенной печи.

Предлагаемое устройство подготовки и подачи генераторного синтез-газа в газопламенную печь из угольных газогенераторов (Фиг. 1) включает циклон очистки горячего нижнего синтез-газа 2, электрофильтр очистки холодного верхнего синтез-газа 3, соединенные газоходами с угольным газогенератором 1. Циклон очистки горячего нижнего синтез-газа 2 и электрофильтр очистки холодного верхнего синтез-газа 3 соединены газоходами с коллектором 4 смешанного горячего и холодного синтез-газа. Коллектор 4 смешанного синтез-газа соединен линией 5 смешанного синтез-газа с температурой выше 150°C с горелками 6 газопламенной печи. Также коллектор 4 смешанного синтез-газа с температурой ниже 150°C соединен газоходом с устройством повышения давления синтез-газа 7. Линия 5 смешанного синтез-газа и газоход между коллектором смешанного синтез-газа 4 и устройством повышения давления синтез-газа 7 оборудованы задвижками 11 для работы по одной или по другой линии, в зависимости от температуры синтез-газа. Устройство повышения давления синтез-газа 7 посредством линии 8 синтез-газа повышенного давления соединено с рекуператором-теплообменником 9. В свою очередь рекуператор-теплообменник 9 линией нагретого синтез-газа повышенного давления 10 соединен с горелками газопламенной печи 6.

В случае подготовки и подачи генераторного синтез-газа в газопламенную печь из угольных газогенераторов с температурой ниже 150°C, в линии очистки и подачи горячего нижнего синтез-газа может использоваться воздушный холодильник 12 (Фиг. 2), установленный после циклона очистки горячего синтез-газа 2. Воздушный холодильник 12 представляет собой батарею вертикальных стальных труб, соединенных газоходом охлажденного газа с коллектором смешанного горячего и холодного синтез-газа 4. Для введения в работу и выведения из работы холодильника 12 в линии очистки и подачи синтез-газа предусмотрены задвижки 11.

Предлагаемое устройство подготовки и подачи генераторного синтез-газа в газопламенную печь из угольных газогенераторов работает следующим образом (Фиг. 1).

При работе угольного газогенератора 1 заявленной конструкции в нем образуются нижний горячий и верхний холодный синтез-газ. Нижний горячий синтез-газ с температурой 350÷450°C по газоходу поступает в циклон 2, где очищается от пыли. Верхний холодный газ с температурой 100÷140^°C по отдельному газоходу поступает в электрофильтр 3. Электрофильтр 3 представляет собой вертикальную трубчатую конструкцию, где один электрод расположен вдоль центральной оси трубы, а стенки трубы являются электродом осаждения. Резервуар для сбора каменноугольной смолы находится в нижней части электрофильтра. Между электродом и стенкой трубы образуется электрическое поле высокого напряжения, в котором из газа удаляется смола и пыль.

Очищенный в циклоне 2 от пыли горячий нижний газ по газоходу поступает в коллектор смешанного горячего и холодного синтез-газа 4. Туда же подают холодный нижний газ из электрофильтра 3, частично очищенный от смолистых веществ и воды. Объем коллектора 4 смешанного горячего и холодного синтез-газа составляет не менее 20 м. В коллекторе 4 смешивают и усредняют по составу и температуре нижний горячий и холодный верхний синтез-газы. Одновременно коллектор 4 смешанного синтез-газа является буферной емкостью, которая обеспечивает равномерную подачу смешанного синтез-газа в горелки газопламенной печи. Следует отметить, что устройство подготовки и подачи генераторного синтез-газа в газопламенную печь из угольных газогенераторов работает под небольшим избыточным давлением синтез-газа.

Коллектор 4 имеет выход смешанного синтез-газа в две линии. При температуре смешанного синтез-газа более 150°C, синтез-газ подают по линии 5 в горелки газопламенной печи 6. При температуре смешанного синтез-газа менее 150°C синтез-газ направляют в устройство повышения давления синтез-газа 7 (вентилятор). Для подачи синтез-газа по одной или другой линии, выходы синтез-газа из коллектора 4 оборудованы задвижками 11. Из устройства повышения давления 7 синтез-газ поступает в линию синтез-газа повышенного давления 8 и далее в рекуператор-теплообменник 9 для нагрева синтез-газа дымовыми газами из газопламенной печи. Из рекуператора-теплообменника 9 синтез-газ по линии нагретого синтез-газа повышенного давления 10 поступает в горелки газопламенной печи 6.

Для дополнительного охлаждения и очистки горячего нижнего синтез-газа, его направляют в воздушный холодильник 12 (Фиг. 2), используя задвижки 11. Из воздушного холодильника 12 охлажденный и очищенный синтез-газ подают в коллектор смешанного горячего и холодного синтез-газа 4 и далее по линии синтез-газа с температурой менее 150°C его направляют в устройство повышения давления 7, затем в рекуператор-теплообменник 9 и далее в горелки газопламенной печи 6.

ИНФОРМАЦИЯ

1. Патент РФ 2303050. C10J 3/20, F23B 99/00, 2006 г.

2. Патент на полезную модель №139174, F27B 3/22, C21B 13/08, 2014

Claims

1. Устройство подготовки и подачи генераторного синтез-газа в газопламенную печь из угольных газогенераторов, выполненных с возможностью одновременного получения горячего синтез-газа в нижней части газогенератора и холодного синтез-газа в верхней части газогенератора, снабженное линией очистки и подачи синтез-газа из газогенератора в горелки газопламенной печи, содержащей циклон очистки горячего синтез-газа, электрофильтр очистки холодного синтез-газа, коллектор смешанного горячего и холодного синтез-газа, отличающееся тем, что коллектор смешанного горячего и холодного синтез-газа выполнен в виде емкости объемом не менее 20 м³, имеющей выход смешанного синтез-газа в две линии: линию смешанного синтез-газа с температурой более 150°С, соединенную с горелками газопламенной печи, и линию смешанного синтез-газа с температурой менее 150°С, содержащую устройство повышения давления синтез-газа, линию синтез-газа повышенного давления, рекуператор-теплообменник для нагрева синтез-газа дымовыми газами из газопламенной печи и линию нагретого синтез-газа повышенного давления, соединяющую рекуператор-теплообменник с горелками газопламенной печи.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что линия очистки и подачи горячего синтез-газа дополнительно содержит воздушный холодильник, установленный после циклона очистки горячего синтез-газа, и газоход охлажденного синтез-газа, соединяющий воздушный холодильник с коллектором смешанного горячего и холодного синтез-газа.