RU2347139C1 - Method of condensed fuel gasification and device for its implementation - Google Patents
Method of condensed fuel gasification and device for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2347139C1 RU2347139C1 RU2007124587/03A RU2007124587A RU2347139C1 RU 2347139 C1 RU2347139 C1 RU 2347139C1 RU 2007124587/03 A RU2007124587/03 A RU 2007124587/03A RU 2007124587 A RU2007124587 A RU 2007124587A RU 2347139 C1 RU2347139 C1 RU 2347139C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gasifier
- fuel
- gasification
- zone
- section
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к способам и устройствам для термической переработки конденсированных топлив путем их газификации.The invention relates to methods and devices for the thermal processing of condensed fuels by gasification.
Далее для исключения неоднозначности трактовки текста описания настоящего изобретения введем нижеследующие термины (выделены курсивом) и их определения.Further, to avoid ambiguity in the interpretation of the text describing the present invention, we introduce the following terms (in italics) and their definitions.
Топливо - газифицируемый углеродсодержащий материал в чистом виде или с добавками кускового инертного материала.Fuel - gasified carbon-containing material in its pure form or with the addition of lumpy inert material.
Под конденсированными топливами в данной заявке подразумеваются содержащие свободный или химически связанный углерод материалы любого происхождения, например ископаемые топлива (уголь, торф, сланцы), биомасса (древесина, солома и т.п.), промышленные отходы (отходы углеобогащения или углепереработки, резинотехнические отходы и др.), коммунальные отходы (илы полей фильтрации, бытовой мусор).Condensed fuels in this application are understood to include materials of free or chemically bonded carbon of any origin, for example, fossil fuels (coal, peat, shale), biomass (wood, straw, etc.), industrial waste (coal processing or coal processing waste, rubber waste etc.), municipal waste (sludge filtering fields, household garbage).
Газификатор шахтного типа с верхней загрузкой - устройство, в котором может быть реализован заявляемый способ, представляющее собой вертикальную шахтную печь, снабженную датчиками для контроля профилей температур по высоте шахты газификатора, средствами для загрузки топлива и вывода газообразных продуктов переработки сверху шахты, а также средствами для выгрузки твердых продуктов и подачи кислородсодержащего газифицирующего агента снизу шахты.Top-loading shaft type gasifier - a device in which the inventive method can be implemented, which is a vertical shaft furnace equipped with sensors for monitoring temperature profiles along the height of the gasifier shaft, means for loading fuel and withdrawing gaseous products from the top of the shaft, as well as means for unloading solid products and supplying an oxygen-containing gasifying agent from the bottom of the shaft.
Кислородсодержащий газифицирующий агент - кислород, воздух или другая смесь газов, содержащих кислород, например, парокислородная или паровоздушная смесь, дымовые газы, обогащенный кислородом воздух и т.п.Oxygen-containing gasifying agent - oxygen, air or another mixture of gases containing oxygen, for example, vapor-oxygen or vapor-air mixture, flue gases, oxygen-enriched air, etc.
Противоточное пропускание - подача в газификатор кислородсодержащего газифицирующего агента и вывод из газификатора газообразных продуктов переработки таким образом, чтобы поток газов, проходящий через слой топлива, в любом месте слоя был направлен навстречу перемещению по шахте газификатора перерабатываемого топлива или твердых продуктов его переработки.Countercurrent transmission - the supply of an oxygen-containing gasifying agent to the gasifier and the withdrawal of gaseous products of the gas from the gasifier so that the gas flow passing through the fuel layer anywhere in the layer is directed towards moving the processed fuel or solid products of its processing through the gasifier shaft.
Рабочая зона газификатора - внутреннее пространство шахты газификатора, нижней границей которого является горизонтальная плоскость, проходящая через верхнюю точку элементов конструкции средств выгрузки твердых продуктов, а верхней границей - горизонтальная плоскость, проходящая через нижнюю точку элементов конструкции средств вывода газообразных продуктов переработки.The working area of the gasifier is the internal space of the shaft of the gasifier, the lower boundary of which is a horizontal plane passing through the upper point of the structural elements of the unloading devices for solid products, and the upper boundary is the horizontal plane passing through the lower point of the structural elements of the means of the outlet of gaseous products of processing.
Зона максимальной температуры - область, в которой текущее значение температуры топлива в процессе газификации отличается от наибольшего из всех текущих значений температур топлива в данном газификаторе не более чем на заданную величину - температурную ширину зоны. Величина температурной ширины зоны задается как один из параметров для системы управления процессом переработки.The maximum temperature zone is the region in which the current value of the fuel temperature during gasification differs from the highest of all current values of the fuel temperature in this gasifier by no more than a predetermined value - the temperature width of the zone. The temperature zone width is set as one of the parameters for the processing control system.
Заданное положение зоны максимальной температуры - такое пространственное положение зоны, когда ее верхняя и нижняя границы находятся в заданных оператором или системой регулирования пределах. Координаты верхнего и нижнего пределов положения границ зоны максимальной температуры по высоте шахты газификатора задаются в качестве параметров для системы управления процессом переработки топлива.The preset position of the maximum temperature zone is the spatial position of the zone when its upper and lower boundaries are within the limits set by the operator or the control system. The coordinates of the upper and lower limits of the position of the boundaries of the maximum temperature zone along the height of the gasifier shaft are set as parameters for the fuel processing process control system.
Ограничение заданного значения максимальной температуры в газификаторе - поддержание значения максимальной температуры в пределах, задаваемых в качестве параметров для системы управления процессом переработки топлива. Их значения зависят от вида перерабатываемого топлива и определяются термической стойкостью твердых продуктов его переработки и реакционной способностью образующегося кокса.Limiting the set value of the maximum temperature in the gasifier - maintaining the maximum temperature within the limits set as parameters for the fuel processing control system. Their values depend on the type of processed fuel and are determined by the thermal stability of the solid products of its processing and the reactivity of the resulting coke.
Область локального перегрева - область рабочей зоны газификатора, ограниченная участком поверхности внутренней стенки шахты, где температура превышает верхний предел, и конической поверхностью с вершиной на оси рабочей зоны и направляющей линией, ограничивающей этот участок поверхности внутренней стенки шахты.The area of local overheating is the area of the working zone of the gasifier, limited by the surface section of the mine’s inner wall, where the temperature exceeds the upper limit, and by a conical surface with a vertex on the axis of the working zone and a guide line bounding this section of the surface of the mine’s inner wall.
Выравнивание значений расхода топлива по поперечному сечению газификатора - уменьшение локальных градиентов массового расхода топлива по поперечному сечению слоя топлива.Alignment of fuel consumption values across the cross section of the gasifier - reduction of local gradients of mass fuel consumption over the cross section of the fuel layer.
Перспективным направлением использования конденсированных топлив в энергетике является их газификация с получением генераторного газа, который сжигают в энергетических агрегатах для выработки тепла и/или электроэнергии. Замена прямого сжигания конденсированных топлив их газификацией позволяет повысить как экологическую чистоту, так и эффективность использования топлив в энергетике.A promising direction for the use of condensed fuels in the energy sector is their gasification to produce generator gas, which is burned in energy units to generate heat and / or electricity. Replacing direct combustion of condensed fuels with their gasification can improve both environmental cleanliness and the efficiency of fuel use in the energy sector.
Например, КПД выработки электроэнергии в так называемом интегрированном с газификацией угля парогазовом цикле достигает 50%, что существенно превышает показатели традиционных угольных ТЭС, включая и чистоту выбросов в атмосферу. Недостатками чаще всего используемого в этой технологии способа газификации водно-угольной суспензии в спутном потоке под давлением с применением кислородного дутья (например, процесс ChevronTexaco) являются сложность конструкции газификатора, требующая больших капитальных затрат на его создание, большие внутренние затраты электроэнергии на выделение кислорода из воздуха, а также высокая пожаровзрывоопасность сосуда большого объема, работающего под давлением с использованием кислородного дутья.For example, the efficiency of electricity generation in the so-called integrated gas cycle combined with gasification of coal reaches 50%, which significantly exceeds the performance of traditional coal-fired power plants, including the purity of emissions into the atmosphere. The disadvantages of the method of gasification of a water-coal suspension in a satellite stream under pressure using oxygen blasting (for example, the ChevronTexaco process) most often used in this technology are the complexity of the design of the gasifier, which requires large capital costs for its creation, large internal energy costs for the release of oxygen from the air as well as the high fire and explosion hazard of a large-volume vessel operating under pressure using oxygen blast.
Более традиционной для угля считается его газификация в плотном слое (например, метод Lurgi), которую осуществляют в газификаторе шахтного типа при противотоке паровоздушного газифицирующего агента и кускового угля определенного фракционного состава. В отечественной литературе подобную технологию с использованием противотока топлива и газифицирующего агента называют прямым процессом, в отличие от так называемого обращенного процесса, в котором топливо и газифицирующий агент подаются в газификатор спутно.Coal gasification in a dense layer is considered more traditional for coal (for example, the Lurgi method), which is carried out in a shaft type gasifier with a counter-flow of a steam-air gasifying agent and lump coal of a certain fractional composition. In domestic literature, a similar technology using a countercurrent of fuel and a gasifying agent is called a direct process, in contrast to the so-called inverse process, in which fuel and a gasifying agent are supplied to the gasifier in a satellite.
Недостатком газификации в плотном слое является чувствительность технологического процесса к свойствам перерабатываемого топлива, в частности к его фракционному составу и термической стойкости золы. Большое количество мелочи в топливе может приводить к неравномерной фильтрации газов по рабочему сечению газификатора, искривлениям температурного фронта с выходом температур в локальных областях за допустимые технологические пределы. Недостаточная термическая стойкость золы в сочетании с локальными перегревами может вызывать зашлаковывание газификатора с последующей остановкой процесса.The disadvantage of gasification in a dense layer is the sensitivity of the process to the properties of the processed fuel, in particular to its fractional composition and thermal stability of the ash. A large amount of fines in the fuel can lead to uneven filtering of gases along the working cross-section of the gasifier, distortions of the temperature front with the temperature in local areas going beyond the permissible technological limits. Insufficient thermal stability of the ash in combination with local overheating can cause slagging of the gasifier with subsequent shutdown of the process.
Известны также способы газификации в плотном слое других конденсированных топлив, помимо угля.Also known methods of gasification in a dense layer of other condensed fuels, in addition to coal.
Так, известен способ утилизации маслоотходов или шламов и иных отходов, содержащих тяжелые, в том числе жидкие, углеводороды (см. патент РФ №2116570, кл. F23G 7/00, оп. 27.07.1998 г.). В соответствии с этим способом отходы загружают в реактор, в реактор подают кислородсодержащий газ и проводят реакцию горения с образованием газообразных продуктов горения и твердого остатка, и твердый остаток горения выгружают из реактора. Кислородсодержащий газ подают в реактор непрерывно в количестве, недостаточном для полного окисления отходов, причем кислородсодержащий газ подается таким образом, что он пропускается через слой твердого остатка, а газообразные продукты горения пропускают через слой свежих отходов для получения продукт газа, содержащего углеводороды и капли жидких углеводородов. При реализации изобретения переработка отходов может осуществляться без использования внешних источников тепла.So, there is a known method for the disposal of oil waste or sludge and other wastes containing heavy, including liquid, hydrocarbons (see RF patent No. 2116570, class F23G 7/00, op. 07.27.1998). In accordance with this method, the waste is loaded into the reactor, an oxygen-containing gas is supplied to the reactor, and a combustion reaction is carried out to form gaseous combustion products and a solid residue, and the solid combustion residue is discharged from the reactor. Oxygen-containing gas is fed continuously into the reactor in an amount insufficient to completely oxidize the waste, moreover, oxygen-containing gas is supplied in such a way that it passes through a layer of solid residue, and gaseous products of combustion are passed through a layer of fresh waste to produce a gas product containing hydrocarbons and drops of liquid hydrocarbons . When implementing the invention, waste processing can be carried out without the use of external heat sources.
Недостатком этого способа является недостаточная управляемость температурным режимом процесса при возникновении искривлений температурного фронта, которые возникают из-за неравномерности движения перерабатываемого материала по поперечному сечению реактора, или неравномерности фильтрации газового потока по нему.The disadvantage of this method is the lack of control over the temperature regime of the process when there are curvatures of the temperature front, which arise due to the uneven movement of the processed material along the cross section of the reactor, or the uneven filtering of the gas stream through it.
Известен способ переработки конденсированных горючих, преимущественно высоковлажных, таких как твердые бытовые отходы, отходы биомассы, илы и шламы, уголь, путем пиролиза и газификации органической составляющей отходов (см. патент РФ №2152561 С1, кл. F23G 5/027, оп. 10.07.2000 г.). По этому способу в реактор загружают шихту, которая, по крайней мере, частично состоит из горючих компонентов, а также, возможно, кускового твердого негорючего материала, и устанавливают газовый поток сквозь упомянутую загрузку путем подачи в реактор газифицирующего агента, содержащего кислород, водяной пар и углекислый газ. Газообразные и жидкие продукты переработки выводят в виде продукт газа из реактора, где последовательные сечения упомянутой загрузки последовательно пребывают в зонах нагревания, пиролиза, коксования, газификации и охлаждения, регулируют температуры в зоне горения в пределах от 800 до 1300°С, выгружают из реактора твердые продукты переработки, сжигают по крайней мере часть продукт газа, при этом в качестве газифицирующего агента используют дымовой газ, преимущественно в смеси с воздухом. По сравнению с предыдущим способом по патенту РФ №2116570 этот способ позволяет увеличить энергетическую эффективность передела топлив в газ, особенно топлив с высокой влажностью.A known method of processing condensed fuels, mainly high humidity, such as municipal solid waste, biomass waste, sludge and sludge, coal, by pyrolysis and gasification of the organic component of the waste (see RF patent No. 2152561 C1, class F23G 5/027, op. 10.07 .2000 g.). According to this method, a charge is loaded into the reactor, which at least partially consists of combustible components, as well as, possibly, lumpy solid non-combustible material, and a gas flow is established through said charge by supplying to the reactor a gasifying agent containing oxygen, water vapor and carbon dioxide. Gaseous and liquid processed products are removed as a gas product from the reactor, where successive cross-sections of the aforementioned charge are sequentially located in the heating, pyrolysis, coking, gasification and cooling zones, control the temperatures in the combustion zone from 800 to 1300 ° C, and solid are discharged from the reactor processed products, burn at least part of the gas product, while flue gas is used as a gasification agent, mainly in a mixture with air. Compared with the previous method according to the patent of the Russian Federation No. 2116570, this method allows to increase the energy efficiency of converting fuels into gas, especially fuels with high humidity.
Недостатком этого способа также является недостаточная управляемость температурным режимом процесса при возникновении искривлений температурного фронта, которые возникают из-за неравномерности движения перерабатываемого материала по поперечному сечению реактора, или неравномерности фильтрации газового потока по нему.The disadvantage of this method is the lack of control over the temperature regime of the process when there are curvatures of the temperature front, which arise due to the uneven movement of the processed material along the cross section of the reactor, or the uneven filtration of the gas stream through it.
Наиболее близким к настоящему изобретению является способ переработки твердых бытовых отходов (см. патент РФ №2079051, кл. F23G 5/027, оп. 10.05.1997 г.) путем загрузки последних в реактор, подачи в реактор газифицирующего агента, содержащего кислород, со стороны реактора, где происходит накопление твердых продуктов переработки, вывод твердых продуктов переработки из реактора, а также вывод из реактора продуктов сушки, пиролиза и горения в виде продукт газа так, что газификация проводится посредством последовательного пребывания отходов в зоне нагревания и сушки, зоне пиролиза, зоне горения (окисления) и зоне охлаждения, отличающийся тем, что максимальную температуру в реакторе поддерживают в пределах 700…1400°С путем регулирования по меньшей мере одного параметра, выбираемого из следующих: массовой доли а кислорода в газифицирующем агенте, массовой доли b негорючего материала в отходах и массовой доли с горючего материала в отходах, поддерживая при этом отношение А ab/с в пределах 0,1-4,0.Closest to the present invention is a method of processing municipal solid waste (see RF patent No. 2079051, class F23G 5/027, op. 05/10/1997) by loading the latter into the reactor, feeding into the reactor a gasification agent containing oxygen with the sides of the reactor where the solid processing products are accumulated, the solid processing products are withdrawn from the reactor, and the drying, pyrolysis and combustion products are withdrawn from the reactor in the form of a gas product, so that gasification is carried out by sequentially storing the waste in the heating zone drying and drying, the pyrolysis zone, the combustion zone (oxidation) and the cooling zone, characterized in that the maximum temperature in the reactor is maintained within 700 ... 1400 ° C by controlling at least one parameter selected from the following: mass fraction of oxygen in the gasification agent, mass fraction b of non-combustible material in the waste and mass fraction of combustible material in the waste, while maintaining the ratio A ab / s in the range of 0.1-4.0.
По сравнению с упомянутыми выше методами по патентам РФ №2116570 и №2152561 этот способ отчасти расширяет возможности управления максимальной температурой в реакторе за счет ввода воды в зону горения или охлаждения, однако не устраняет их основной недостаток, указанный выше.Compared with the methods mentioned above for RF patents No.2116570 and No.2152561, this method partly expands the possibilities of controlling the maximum temperature in the reactor by introducing water into the combustion or cooling zone, but does not eliminate their main drawback mentioned above.
Недостатком этого способа также является недостаточная управляемость процессом газификации при большой неравномерности распределения температур в слое топлива. Указанная неравномерность распределения температур обусловлена в известном способе тем, что из-за негомогенности перерабатываемого топлива возникают как неравномерности его перемещения по рабочему сечению газификатора, так и неравномерности встречного газового потока при его фильтрации через слой перерабатываемого топлива. При длительной работе эти неравномерности могут нарастать, приводя к формированию в слое перерабатывемого топлива практически неуправляемых локальных перегревов, и к необходимости остановки газификатора.The disadvantage of this method is the lack of controllability of the gasification process with a large uneven distribution of temperatures in the fuel layer. The indicated non-uniformity of the temperature distribution is caused in the known method by the fact that due to the inhomogeneity of the processed fuel, both non-uniformity of its movement along the working section of the gasifier and the non-uniformity of the oncoming gas stream when it is filtered through the layer of the processed fuel arise. During prolonged operation, these irregularities can increase, leading to the formation of practically uncontrollable local overheating in the processed fuel layer, and to the necessity of stopping the gasifier.
В подобном газификаторе, представляющем собой цилиндрическую вертикальную шахтную печь, футерованную огнеупорным бетоном, с диаметром рабочего сечения 1500 мм, и снабженную датчиками температуры для контроля температурного поля в рабочем пространстве, установленными на нескольких уровнях по высоте шахты по четыре датчика по периметру на каждом уровне, нами были проведены исследования паровоздушной газификации твердых бытовых отходов, старых автомобильных покрышек, древесных отходов различной влажности (20-50%) при их подаче в газификатор вместе с оборотным кусковым огнеупорным материалом (бой шамотного кирпича). Математическая обработка показаний датчиков температуры позволяла подробно отслеживать в реальном времени динамику изменений температурного поля на внутренней поверхности рабочего пространства шахты. При испытаниях было установлено, что надежно управлять температурным режимом процесса путем регулирования доли паров воды в газифицирующем агенте (изменением расхода пара) удается только при достаточно ровном температурном фронте, когда положения максимумов температур в разных частях рабочего сечения шахты сильно не различаются. В противном случае увеличение расхода пара очень слабо воздействовало на локальные разогревы в опережающих областях искривленного фронта. Температура в таком случае снижалась при увеличении расхода пара преимущественно в отстающих областях искривленного фронта, находящихся ближе к месту подачи в газификатор газифицирующего агента, что приводило к заметному уменьшению выхода и теплотворной способности газообразных продуктов переработки (генераторного газа). В тех случаях, когда максимальная температура в местах локальных разогревов достигала точки плавления золы, начинался процесс зашлаковывания, и в выгружаемом из газификатора твердом минеральном остатке появлялись спеки в виде агломератов кускового шамота, скрепленного затвердевшим шлаком. Как показывает опыт, зашлаковывание рабочего сечения шахты газификатора вызывает серьезные нарушения равномерности перемещения по нему перерабатываемой топливной смеси, что, в конце концов, может закончится прекращением ее перемещения по значительной части рабочего сечения шахты и последующей остановкой процесса.In such a gasifier, which is a cylindrical vertical shaft furnace lined with refractory concrete, with a diameter of the working section of 1500 mm, and equipped with temperature sensors for monitoring the temperature field in the working space, installed at several levels along the shaft height with four sensors around the perimeter at each level, we have conducted research on vapor-air gasification of municipal solid waste, old car tires, wood waste of various humidity (20-50%) when supplied to gas together with recycle the particulate refractory material (chamotte bricks bout). Mathematical processing of temperature sensor readings made it possible to closely monitor in real time the dynamics of changes in the temperature field on the inner surface of the mine’s working space. During tests, it was found that it is possible to reliably control the temperature regime of the process by controlling the proportion of water vapor in the gasifying agent (by changing the steam flow rate) only with a fairly even temperature front, when the positions of the temperature maxima in different parts of the mine’s working section do not differ much. Otherwise, an increase in the steam flow rate had a very weak effect on local heating in the leading regions of the curved front. The temperature in this case decreased with increasing steam flow mainly in the lagging regions of the curved front, which are closer to the place of supply of the gasification agent to the gasifier, which led to a noticeable decrease in the yield and calorific value of gaseous products of processing (generator gas). In those cases when the maximum temperature at the local heating sites reached the melting point of the ash, the slagging process began, and in the solid mineral residue discharged from the gasifier, specs appeared in the form of lump chamotte agglomerates, bonded by hardened slag. As experience shows, slagging of the working section of the gasifier shaft causes serious disruptions to the uniformity of movement of the processed fuel mixture through it, which, in the end, may end by stopping its movement over a significant part of the working section of the shaft and subsequent stopping of the process.
К сожалению, наш опыт также показал, что эффективных «рычагов» для устранения искривлений температурного фронта в плотном слое при осуществлении процесса, заявленного в патенте РФ №2079051, очень мало. Вероятность возникновения подобных нештатных режимов удается уменьшить, принимая максимум профилактических мер, направленных на обеспечение равномерности подачи и перемещения перерабатываемого материала по рабочему сечению шахты, на исключение сепарации материала по размерам частиц и их плотности, на обеспечение равномерной фильтрации газифицирующего агента и образующегося генераторного газа по поперечному сечению. Такие профилактические меры включают соответствующую подготовку топлива, например, отсев мелочи, а также соответствующие доводки конструкции устройств загрузки-выгрузки, подачи газифицирующего агента и вывода генераторного газа, обеспечивающие равномерность потоков конденсированной и газовой фазы по рабочему сечению шахты газификатора.Unfortunately, our experience has also shown that there are very few effective “levers” for eliminating the distortions of the temperature front in a dense layer during the implementation of the process claimed in RF patent No. 2079051. The probability of the occurrence of such abnormal conditions can be reduced by taking a maximum of preventive measures aimed at ensuring uniform supply and movement of the processed material along the working section of the mine, eliminating the separation of material by particle size and density, and ensuring uniform filtration of the gasifying agent and the generated generator gas along the transverse section. Such preventive measures include appropriate fuel preparation, for example, screening of fines, as well as appropriate design refinement of loading and unloading devices, supply of a gasifying agent and a generator gas outlet, ensuring uniformity of condensed and gas phase flows over the working section of the gasifier shaft.
Примеры такой доводки устройств загрузки-выгрузки известны. Например, устройство выгрузки реактора шахтного типа для переработки отходов (см. патент РФ №2210029, кл. F23G 5/00, оп. 10.08.2003 г.) позволяет осуществлять непрерывный процесс утилизации (переработки) различных видов промышленных отходов в реакторе с полной загрузкой его по высоте и порционной выдачей по мере накопления зольного остатка и отработанных инертных материалов без нарушения технологических режимов процессов горения, герметичности подколосникового пространства при исключении выбросов зольной пыли и вредных примесей в окружающую среду. Как отмечено в описании этого изобретения, конструктивное выполнение предложенного устройства позволяет осуществлять экологически чистый непрерывный процесс утилизации промышленных отходов с полной загрузкой (по вертикали) внутренней полости реактора промышленными отходами и дозированной (порционной) выдачей зольного остатка с отработанным инертным материалом. В этом устройстве колосниковая плита поддерживает слой перерабатываемого топлива, обеспечивает его перемещение вниз по шахте с заданной скоростью и позволяет выгружать материал практически идеально ровно по поперечному сечению реактора.Examples of such refinement of loading and unloading devices are known. For example, a device for unloading a shaft-type reactor for waste processing (see RF patent No. 22210029, class F23G 5/00, op. 10.08.2003) allows for a continuous process of utilization (processing) of various types of industrial waste in a reactor with a full load its height and batch output as the ash residue and spent inert materials accumulate without violating the technological regimes of the combustion processes, tightness of the armrest space with the exception of emissions of fly ash and harmful impurities into the environment . As noted in the description of this invention, the constructive implementation of the proposed device allows for an environmentally friendly continuous process for the disposal of industrial waste with a full load (vertically) of the internal cavity of the reactor with industrial waste and dosed (portioned) delivery of ash residue with spent inert material. In this device, the grate plate supports the layer of processed fuel, ensures its movement down the shaft at a given speed and allows you to unload the material almost perfectly evenly in the cross section of the reactor.
Известны также способы и устройства, обеспечивающие загрузку с равномерным распределением частиц материала по поперечному сечению загружаемого реактора и по высоте слоя, позволяющие формировать слой материала однородной структуры по объему загружаемого реактора. Например, способ загрузки катализаторов в реакторы технологических установок (см. патент РФ №2252067, кл. B01J 4/00, оп. 20.05.2005 г.) и загрузочное устройство (см. патент РФ №2222373, кл. B01J 4/00, B65G 65/32, оп. 27.01.2004 г.) обеспечивают равномерную подачу сыпучего материала с целью получения однородного по своим физико-механическим и гидродинамическим свойствам слоя частиц этого материала в реакторе.Methods and devices are also known that provide loading with a uniform distribution of particles of material over the cross section of the loaded reactor and along the height of the layer, allowing the formation of a layer of material of a homogeneous structure throughout the volume of the loaded reactor. For example, the method of loading catalysts into the reactors of technological plants (see RF patent No. 2252067, class B01J 4/00, op. May 20, 2005) and a loading device (see RF patent No. 2222373, class B01J 4/00, B65G 65/32, op. January 27, 2004) provide a uniform supply of bulk material in order to obtain a particle layer of this material that is uniform in its physicomechanical and hydrodynamic properties in the reactor.
Тем не менее, использование устройств равномерной загрузки-выгрузки и другие упомянутые выше профилактические меры для устранения искривлений температурного фронта при газификации в плотном слое не всегда предотвращают возникновение нештатных температурных режимов технологического процесса.Nevertheless, the use of uniform loading and unloading devices and the other preventive measures mentioned above to eliminate temperature front distortions during gasification in a dense layer do not always prevent the occurrence of abnormal temperature conditions of the technological process.
Численное моделирование процесса газификации углерода в противотоке кислородсодержащего газифицирующего агента в части газификации кокса подобное процессу, заявленному в патенте РФ №2079051, показывает, что максимальные температуры конденсированной фазы в реакторе развиваются в окислительной зоне вблизи ее границы с восстановительной зоной, где полностью исчерпывается подаваемый в реактор кислород, расходующийся на окисление кокса (см. РР10.05 V.Fursov, V.Rafeev. Stationary regimes of carbon gasification in the adiabatic reactor of finite length. International Conference on Combustion and Detonation Zel'dovich Memorial II. August 30 - September 3, 2004, Moscow, Russia). Именно в этой области при превышении допустимого температурного технологического предела начинается процесс зашлаковывания реактора. Ниже границы окислительной и восстановительной зон по потоку газов располагается зона, в которой преобладают реакции восстановления углекислого газа и паров воды горячим коксом. Это - зона относительно умеренных (600-800°С) температур, так как упомянутые реакции идут с сильным поглощением тепла. Такая температурная структура фронта газификации кокса в прямом процессе позволяет предложить новое техническое решение, способное существенно улучшить управляемость температурным режимом процесса.A numerical simulation of the carbon gasification process in countercurrent with an oxygen-containing gasifying agent in part of coke gasification similar to the process claimed in RF patent No. 2079051 shows that the maximum temperatures of the condensed phase in the reactor develop in the oxidation zone near its boundary with the reduction zone, where the feed to the reactor is completely exhausted. oxygen consumed for the oxidation of coke (see PP.10.05 V. Fursov, V. Rafeev. Stationary regimes of carbon gasification in the adiabatic reactor of finite length. International Conference on Combustion and Detonation Zel'dovich Memo rial II. August 30 - September 3, 2004, Moscow, Russia). In this area, when the permissible temperature technological limit is exceeded, the process of slagging of the reactor begins. Below the boundary of the oxidation and reduction zones along the gas flow, there is a zone in which the reactions of reduction of carbon dioxide and water vapor by hot coke prevail. This is a zone of relatively moderate (600-800 ° C) temperatures, since the mentioned reactions come with strong heat absorption. Such a temperature structure of the coke gasification front in the direct process allows us to propose a new technical solution that can significantly improve the controllability of the temperature regime of the process.
Изобретение, относящееся к способу газификации углеродсодержащих конденсированных топлив в газификаторе шахтного типа с верхней загрузкой, решает задачу создания способа газификации углеродсодержащих конденсированных топлив с более высокой управляемостью температурным режимом технологического процесса по сравнению с известными способами газификации, реализующими прямой процесс в плотном слое.The invention relates to a method for gasification of carbon-containing condensed fuels in a top-loading shaft type gasifier, solves the problem of creating a method for gasification of carbon-containing condensed fuels with a higher controllability of the process temperature compared to known gasification methods that implement a direct process in a dense layer.
Технический результат, обеспечиваемый изобретением, относящимся к способу, заключается в повышении равномерности распределения температур в слое топлива, в результате чего существенно повышается управляемость процессом газификации топлива.The technical result provided by the invention relating to the method is to increase the uniformity of the temperature distribution in the fuel layer, as a result of which the controllability of the process of gasification of fuel is significantly increased.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе газификации углеродсодержащих конденсированных топлив в газификаторе шахтного типа с верхней загрузкой, в котором через слой топлива противоточно пропускают кислородсодержащий газифицирующий агент, поддерживают в слое топлива процесс его газификации, обеспечивают заданное положение зоны максимальной температуры в газификаторе, управляя скоростью перемещения топлива по газификатору и/или расходом и/или составом кислородсодержащего газифицирующего агента, ограничивают величину максимальной температуры в газификаторе заданными пределами, а также выводят из газификатора твердые и газообразные продукты переработки, осуществляют выравнивание значений расхода топлива по поперечному сечению газификатора; ниже сечения, в котором осуществляют выравнивание значений расхода топлива, создают разрыв слоя топлива, а зону максимальной температуры удерживают в положении ниже указанного разрыва.The specified technical result is achieved by the fact that in the method of gasification of carbon-containing condensed fuels in a top-loading shaft type gasifier, in which an oxygen-containing gasifying agent is countercurrently passed through the fuel layer, the gasification process is supported in the fuel layer, and the position of the maximum temperature zone in the gasifier is provided by controlling I limit the speed of fuel movement through the gasifier and / or the flow rate and / or composition of the oxygen-containing gasifying agent value of maximum temperature in the gasifier given limits, and also withdrawn from the gasifier solid and gaseous products of processing is carried out equalization of fuel flow rates over the cross section of the gasifier; below the cross-section in which the fuel consumption values are equalized, a gap is created in the fuel layer, and the maximum temperature zone is kept in a position below the specified gap.
Указанный технический результат достигается также тем, что при ограничении максимальной температуры в газификаторе в разрыв слоя топлива вводят воду. При этом достигается дополнительный технический результат, заключающийся в повышении экономичности способа за счет уменьшения потребности в выработке пара, вводимого в кислородсодержащий газифицирующий агент, что позволяет увеличить энергетическую эффективность передела топлива в генераторный газ.The specified technical result is also achieved by the fact that when limiting the maximum temperature in the gasifier, water is introduced into the gap of the fuel layer. At the same time, an additional technical result is achieved, which consists in increasing the efficiency of the method by reducing the need for generating steam introduced into the oxygen-containing gasifying agent, which allows to increase the energy efficiency of the conversion of fuel into generator gas.
Указанный технический результат достигается также тем, что воду вводят непосредственно в точки поперечного сечения газификатора, соответствующие проекциям областей локальных перегревов на указанное поперечное сечение.The specified technical result is also achieved by the fact that water is injected directly into the cross-sectional points of the gasifier, corresponding to the projections of the local overheating areas on the specified cross-section.
Устройства для газификации твердых топлив в плотном слое известны с 1930-х годов (газификаторы фирмы Lurgi в Германии, газификаторы фирмы Wellman в Великобритании). Такой газификатор представляет собой шахтную печь с верхней загрузкой и вращающимся колосником снизу для выгрузки золы. Основным недостатком такого устройства является отсутствие эффективных средств выравнивания расхода перерабатываемого топлива по поперечному сечению шахты в рабочей зоне газификатора. В довоенных отечественных образцах газификаторов подобного типа в стенке шахты делали специальные отверстия, через которые можно было осуществлять шуровку слоя топлива вручную, и тем самым устранять неоднородности его перемещения по рабочей зоне газификатора.Devices for gasification of solid fuels in a dense layer have been known since the 1930s (gasifiers from Lurgi in Germany, gasifiers from Wellman in the UK). Such a gasifier is a top-loading shaft furnace with a rotating grate from below for unloading ash. The main disadvantage of this device is the lack of effective means of equalizing the flow of processed fuel along the cross section of the shaft in the working area of the gasifier. In pre-war domestic samples of gasifiers of this type, special holes were made in the mine wall through which it was possible to level the fuel layer manually, and thereby eliminate the inhomogeneities of its movement along the gasifier working area.
Наиболее близким к заявленному устройством является печь для термической переработки промышленных и бытовых отходов (см. патент РФ №2163326, кл. F23G 5/00, оп. 20.02.2001 г.). Загрузочное устройство печи снабжено механизмом разравнивания загружаемого топлива, что повышает равномерность его распределения по поперечному сечению шахты при загрузки печи.Closest to the claimed device is a furnace for thermal processing of industrial and household waste (see RF patent No. 2163326, class F23G 5/00, op. 02.20.2001). The furnace loading device is equipped with a mechanism for leveling the loaded fuel, which increases the uniformity of its distribution over the cross section of the shaft during furnace loading.
Недостатком известного устройства также, как и газификаторов с прямым процессом в плотном слое, упомянутых выше, является нарастание неравномерности расхода перерабатываемого топлива по поперечному сечению газификатора при движении топлива от верхней границы рабочей зоны газификатора к зоне максимальной температуры, особенно при переработке топлив, неоднородных по своему составу и свойствам (влажности, количеству мелочи и др.). Такая неравномерность приводит к искривлениям температурного фронта в газификаторе и к формированию в слое перерабатывемого топлива практически неуправляемых локальных перегревов, вынуждающих останавливать технологический процесс.A disadvantage of the known device, as well as gasifiers with a direct process in a dense layer, mentioned above, is the increase in the uneven consumption of the processed fuel along the cross section of the gasifier when the fuel moves from the upper boundary of the working zone of the gasifier to the maximum temperature zone, especially when processing fuels that are heterogeneous in their composition and properties (humidity, amount of fines, etc.). Such unevenness leads to curvatures of the temperature front in the gasifier and to the formation of practically uncontrollable local overheating in the layer of the processed fuel, forcing the process to stop.
Технический результат, обеспечиваемый изобретением, относящимся к устройству, заключается в повышении равномерности распределения температур в слое топлива за счет устранения неоднородности его потока по поперечному сечению в рабочей зоне газификатора, в результате чего существенно повышается управляемость процессом газификации топлива.The technical result provided by the invention relating to the device is to increase the uniformity of the temperature distribution in the fuel layer by eliminating the heterogeneity of its flow over the cross section in the working area of the gasifier, which significantly increases the controllability of the process of gasification of fuel.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройство для газификации углеродсодержащих конденсированных топлив, содержащее газификатор шахтного типа с верхней загрузкой, снабженный средствами загрузки топлива в рабочую зону газификатора, средствами подачи кислородсодержащего газифицирующего агента, средствами вывода получаемого газа, средствами выгрузки твердых продуктов переработки из рабочей зоны газификатора, а также средствами контроля температур в рабочей зоне, введено средство выравнивания значений расхода топлива по поперечному сечению рабочей зоны газификатора, выход которого расположен на расстоянии Lв=(0,2-0,75)Lрз от нижней границы рабочей зоны газификатора, где Lрз - длина рабочей зоны газификатора.The specified technical result is achieved by the fact that in the device for gasification of carbon-containing condensed fuels, containing a top-loading mine gasifier, equipped with means for loading fuel into the working area of the gasifier, means for supplying an oxygen-containing gasifying agent, means for withdrawing the produced gas, means for unloading solid processing products from the working gasifier zones, as well as means of temperature control in the working area, a means of balancing the flow rate is introduced Lebanon cross section of the working zone of the gasifier, the output of which is situated at a distance L in = (0,2-0,75) L RH from the bottom of the working zone of the gasifier where RH L - length of the working zone of the gasifier.
Указанный технический результат достигается также тем, что в устройстве для газификации углеродсодержащих конденсированных топлив в стенках газификатора на расстоянии (0,7-0,98)Lв от нижней границы его рабочей зоны установлены средства ввода воды в топливо. При этом достигается дополнительный технический результат, заключающийся в повышении экономичности процесса газификации за счет уменьшения потребности в выработке пара, вводимого в кислородсодержащий газифицирующий агент, что позволяет увеличить энергетическую эффективность передела топлива в генераторный газ.The specified technical result is also achieved by the fact that in the device for gasification of carbon-containing condensed fuels in the walls of the gasifier at a distance of (0.7-0.98) L in from the lower boundary of its working area, means for introducing water into the fuel are installed. At the same time, an additional technical result is achieved, which consists in increasing the efficiency of the gasification process by reducing the need for generating steam introduced into the oxygen-containing gasifying agent, which allows to increase the energy efficiency of the conversion of fuel into generator gas.
На чертеже показана схема устройства для осуществления заявленного способа. Стрелками на схеме обозначены направления потоков топлива и газифицирующего агента, подаваемых в газификатор, а также генераторного газа и твердых продуктов переработки, выводимых из него.The drawing shows a diagram of a device for implementing the inventive method. The arrows in the diagram indicate the directions of the flows of fuel and gasification agent supplied to the gasifier, as well as generator gas and solid refined products removed from it.
Устройство для газификации углеродсодержащих конденсированных топлив содержит газификатор 1 шахтного типа с теплоизоляцией и футеровкой внутренних стенок шахты прочным огнеупором, выдерживающим высокие температуры и механическое воздействие перемещаемого по шахте топлива. В верхней части газификатор 1 снабжен средствами 2 для загрузки топлива. В качестве таких средств могут быть использованы шлюзовые устройства различной конструкции, например барабанные питатели или другие устройства, обеспечивающие контролируемую непрерывную или порционную загрузку топлива в газификатор с равномерным распределением топлива по поперечному сечению его рабочей зоны, верхняя и нижняя границы которой обозначены на схеме пунктиром. Конструкция шлюзового устройства должна также препятствовать поступлению воздуха в газификатор или утечкам генераторного газа в атмосферу.A device for gasification of carbon-containing condensed fuels contains a shaft type gasifier 1 with heat insulation and lining of the mine’s internal walls with a durable refractory that can withstand high temperatures and mechanical impact of the fuel transported through the mine. In the upper part, the gasifier 1 is equipped with means 2 for loading fuel. As such means, gateway devices of various designs can be used, for example, drum feeders or other devices that provide controlled continuous or batch loading of fuel into the gasifier with a uniform distribution of fuel over the cross section of its working area, the upper and lower boundaries of which are indicated by a dotted line in the diagram. The design of the gateway device should also prevent air from entering the gasifier or leakage of generator gas into the atmosphere.
В верхней части газификатор 1 также снабжен средствами 3 для вывода генераторного газа, которые могут включать трубопровод для транспортировки генераторного газа в горелку, в систему очистки или иные устройства для его утилизации, снабженные соответствующим тягодутьевым оборудованием, обеспечивающим отсос генераторного газа из газификатора 1.In the upper part, the gasifier 1 is also equipped with means 3 for outputting the generator gas, which may include a pipeline for transporting the generator gas to the burner, a purification system, or other devices for its utilization, equipped with the appropriate blower equipment, which ensures the extraction of the generator gas from the gasifier 1.
В нижней части газификатор снабжен средствами 4 для выгрузки твердого остатка переработки топлива, которые могут включать, например, вращающийся колосник, затворы барабанного типа и транспортер для удаления золы. Эти средства обеспечивают равномерное по поперечному сечению нижней части рабочей зоны газификатора удаление из него накапливающегося по мере переработки топлива твердого остатка.In the lower part, the gasifier is equipped with means 4 for unloading the solid residue of the fuel processing, which may include, for example, a rotating grate, drum-type shutters and a conveyor for removing ash. These tools provide a uniform cross-section of the lower part of the working zone of the gasifier to remove solid residue that accumulates as fuel is processed.
Нижняя часть газификатора снабжена также средствами 5 для подачи в него газифицирующего агента, которые могут включать вентилятор для подачи воздуха, парогенератор, соответствующие трубопроводы и другую необходимую арматуру для подачи и регулирования расхода воздуха, пара, или других газов, которые подсоединены к входному коллектору газифицирующего агента, из которого последний поступает в газификатор, например, через соответствующие отверстия в колоснике, входящем в состав средств 4, навстречу выгружаемому твердому остатку переработки.The lower part of the gasifier is also equipped with means 5 for supplying a gasifying agent into it, which may include a fan for supplying air, a steam generator, corresponding pipelines and other necessary valves for supplying and regulating the flow of air, steam, or other gases that are connected to the inlet manifold of the gasifying agent , from which the latter enters the gasifier, for example, through the corresponding holes in the grate, which is part of the means 4, towards the unloaded solid residue ki.
Для контроля температурного поля на внутренней стенке шахты газификатор снабжен средствами 6, которые могут включать подключенные к системе регистрации и управления температурные датчики, например, термопары, устанавливаемые на нескольких уровнях по высоте газификатора по несколько штук по периметру на каждом уровне.To control the temperature field on the inner wall of the mine, the gasifier is equipped with means 6, which can include temperature sensors connected to the registration and control system, for example, thermocouples installed at several levels along the height of the gasifier, several pieces around the perimeter at each level.
В соответствии с предлагаемым изобретением в устройство для газификации углеродсодержащих конденсированных топлив вводят средство 7 выравнивания значений расхода топлива по поперечному сечению рабочей зоны газификатора, выход которого 8 расположен на расстоянии Lв=(0,2-0,75)Lрз от нижней границы рабочей зоны газификатора, где Lрз - длина рабочей зоны газификатора. В одной из частных форм выполнения средство 7 может представлять собой устройство равномерной по поперечному сечению газификатора подачи сыпучего материала (распределительное устройство), выполненное, например, по патенту РФ №2222373. Однако оно обладает тем недостатком, что может привести к увеличению неравномерности расходов топлива (по поперечному сечению газификатора) в области, расположенной выше средства 7. В другой, наиболее предпочтительной, частной форме выполнения средство 7 может включать, например, устройство равномерной (по поперечному сечению газификатора) выгрузки материала и установленное под ним устройство для равномерного распределения частиц перемещаемого топлива по поперечному сечению газификатора ниже выхода 8 средства 7. Такая форма выполнения средства 7 обеспечивает формирование слоя топлива однородной структуры с равномерным по поперечному сечению газификатора распределением расходов топлива перед его поступлением в зону максимальной температуры 9 и не искажает распределение по поперечному сечению газификатора расходов топлива в области, расположенной выше средства 7. Устройство для равномерной выгрузки материала, выполненное, например, в соответствии с патентом РФ №2210029, обеспечивает почти идеально равномерное по сечению шахты перемещение топлива над ним. Однако оно не обеспечивает равномерного по сечению распределения топлива под ним. Эту задачу решает установка под устройством равномерной выгрузки распределительного устройства (устройства для равномерной подачи), выполненного, например, по патенту РФ №2222373. Таким образом, конструктивное исполнение средства выравнивания 7 в виде пары известных средств - «устройство для равномерной выгрузки + распределительное устройство (устройство для равномерной подачи)» обеспечивает одновременное выравнивание значений расхода топлива по поперечному сечению рабочей зоны газификатора как над средством 7, так и под ним.In accordance with the invention, a means 7 for equalizing the fuel consumption values along the cross section of the working area of the gasifier is introduced into the device for gasification of carbon-containing condensed fuels, the output of which 8 is located at a distance L in = (0.2-0.75) L pz from the lower boundary of the working zone gasifier, where L pz - the length of the working zone of the gasifier. In one particular embodiment, the means 7 may be a device of uniform across the cross-section of the gasifier supply of bulk material (switchgear), made, for example, according to the patent of the Russian Federation No. 2222373. However, it has the disadvantage that it can lead to an increase in the unevenness of fuel consumption (across the cross section of the gasifier) in the region located above the means 7. In another, most preferred, particular form of execution, the means 7 may include, for example, a device uniform (across the cross section gasifier) unloading material and a device installed underneath for uniform distribution of particles of transported fuel over the cross-section of the gasifier below exit 8 of means 7. This form of execution means 7 provides the formation of a fuel layer of a homogeneous structure with a uniform distribution of fuel consumption over the cross section of the gasifier before it enters the zone of maximum temperature 9 and does not distort the distribution over the cross section of the gasifier fuel consumption in the area located above the means 7. Device for uniform discharge of material, made , for example, in accordance with RF patent No. 220029, it provides almost perfectly uniform movement of fuel above it over the mine cross section. However, it does not provide a uniform distribution of the fuel under it. This problem is solved by the installation under the device of uniform unloading of a distribution device (device for uniform supply), made, for example, according to the patent of the Russian Federation No. 2222373. Thus, the design of the leveling means 7 in the form of a pair of known means - “a device for uniform discharge + distribution device (device for uniform supply)” provides simultaneous alignment of the fuel consumption values along the cross section of the gasifier working area both above and below the means 7 .
, что каждое из устройств вышеупомянутой пары само по себе является устройством для выравнивания значений расхода топлива по поперечному сечению газификатора. Однако каждое из них в отдельности может лишь частично выполнить функцию средства 7 и обеспечить достижение заявляемого технического результата, так как задача достижения высокой управляемости температурным режимом технологического процесса наилучшим образом решается при условии равномерности расхода топлива по поперечному сечению газификатора по всей высоте его рабочей зоны как над средством 7, так и под ним.that each of the devices of the aforementioned pair in itself is a device for aligning the values of fuel consumption over the cross section of the gasifier. However, each of them individually can only partially fulfill the function of means 7 and ensure the achievement of the claimed technical result, since the task of achieving high controllability by the temperature regime of the technological process is best solved provided that fuel consumption is uniform over the cross section of the gasifier over the entire height of its working area as above means 7, and under it.
Разумеется, элементы, составляющие средство 7, выполняются газопроницаемыми, чтобы при выравнивании значений расхода топлива по поперечному сечению рабочей зоны газификатора средство 7 не препятствовало равномерному противоточному пропусканию газов.Of course, the elements making up the means 7 are made gas-permeable, so that when the fuel consumption values are aligned over the cross section of the working area of the gasifier, the means 7 does not interfere with the uniform counter-flow of gases.
Указанный выше диапазон координаты расположения выхода 8 средства 7 относительно нижней границы рабочей зоны газификатора обеспечивает практическую осуществимость предлагаемого способа газификации с достижением заявляемого технического результата по следующим причинам. Как показывает численное моделирование процесса газификации кокса в газификаторе конечной длины (см. РР10.05 V.Fursov, V.Rafeev. Stationary regimes of carbon gasification in the adiabatic reactor of finite length. International Conference on Combustion and Detonation Zel′dovich Memorial II. August 30 - September 3, 2004, Moscow, Russia), стационарное положение зоны максимальной температуры может быть обеспечено при соответствующих соотношениях скоростей подачи в газификатор топлива и газифицирующего агента практически в любом месте рабочей зоны газификатора. Однако при расположении зоны максимальной температуры вблизи верхней границы рабочей зоны газификатора, куда подается перерабатываемое топливо, резко снижается теплотворная способность получаемого газа из-за чрезмерного сужения зоны, в которой кокс реагирует с парами воды и углекислым газом с образованием основных горючих компонент - водорода и угарного газа. В другом предельном случае, когда зона максимальной температуры расположена вблизи нижней границы рабочей зоны, это ее положение по результатам численного моделирования является неустойчивым, и без жесткого управления она имеет тенденцию либо сместиться навстречу подаваемому газифицирующему агенту, «садясь» на нижний колосник, входящий в состав средств 4 для выгрузки твердого остатка, либо в противоположную сторону, приближаясь к средству 7. Кроме того, при расположении зоны максимальной температуры вблизи нижней границы рабочей зоны газификатора время пребывания кокса в зоне высокой температуры может стать недостаточным для его полного окисления, и в выгружаемом твердом остатке появится недогоревший углерод. По этим причинам оптимальным с точки зрения устойчивости положения зоны максимальной температуры, а также высокой эффективности процесса газификации топлива с получением достаточно калорийного газа и отсутствием недожога в твердом остатке является такое расположение средства 7, когда его выход расположен на расстоянии Lв от нижней границы рабочей зоны газификатора не ближе 0,2Lрз и не дальше 0,75Lрз.The above range of coordinates of the location of the outlet 8 of the means 7 relative to the lower boundary of the working zone of the gasifier ensures the feasibility of the proposed method of gasification with the achievement of the claimed technical result for the following reasons. As shown by numerical simulation of the coke gasification process in a finite length gasifier (see PP.10.05 V. Fursov, V. Rafeev. Stationary regimes of carbon gasification in the adiabatic reactor of finite length. International Conference on Combustion and Detonation Zel'dovich Memorial II. August 30 - September 3, 2004, Moscow, Russia), the stationary position of the maximum temperature zone can be ensured with appropriate ratios of the feed rates of the fuel and gasification agent to the gasifier practically anywhere in the gasifier working area. However, when the maximum temperature zone is located near the upper boundary of the working zone of the gasifier, where the processed fuel is supplied, the calorific value of the produced gas sharply decreases due to excessive narrowing of the zone in which coke reacts with water vapor and carbon dioxide to form the main combustible components - hydrogen and carbon monoxide gas. In another extreme case, when the maximum temperature zone is located near the lower boundary of the working zone, this position, according to the results of numerical modeling, is unstable, and without tight control it tends to either shift towards the supplied gasifying agent, "sitting down" on the lower grate, which is part of means 4 for unloading the solid residue, or in the opposite direction, approaching the means 7. In addition, when the maximum temperature zone is located near the lower boundary of the working area gasifier, the residence time of coke in the high temperature zone may become insufficient for its complete oxidation, and unburned carbon will appear in the unloaded solid residue. For these reasons, optimal from the standpoint of stability of position zone of maximum temperature and the high fuel efficiency of the gasification process to obtain sufficiently calorie gas and the lack of unburned carbon in the solid residue is such arrangement means 7 when its outlet is located at a distance L in the operating zone of lower bound the gasifier is not closer than 0.2L rz and not further than 0.75L rz .
Чтобы улучшить управляемость температурным режимом газификации и повысить ее энергетическую эффективность, в устройстве для газификации углеродсодержащих конденсированных топлив в стенках газификатора на расстоянии (0,7-0,98)Lв от нижней границы его рабочей зоны устанавливают средства 10 ввода воды в топливо. Средства 10 для подачи воды могут включать форсунки с соответствующими трубопроводами, насосами и другой необходимой арматурой, которые обеспечивают управляемую подачу воды в газификатор. Путем соответствующего расположения и юстировки форсунок добиваются равномерного распределения подачи воды по поперечному сечению рабочей зоны газификатора. Заявляемый диапазон координат расположения средств 10 относительно нижней границы рабочей зоны газификатора обеспечивает, с одной стороны, возможность юстировки форсунок таким образом, чтобы надежно распределить воду равномерно по поверхности слоя топлива ниже выхода 8, и, с другой стороны, чрезмерно не ограничивать высоту положения этой поверхности установкой форсунок на большом расстоянии от выхода 8 средства выравнивания 7. При большом расстоянии от форсунок до выхода 8 высокий слой топлива может не позволить подавать воду в области рабочей зоны газификатора вблизи его оси.To improve the controllability of the temperature gasification mode and increase its energy efficiency, in an apparatus for the gasification of carbonaceous fuel condensed in the walls of the gasifier in the region (0,7-0,98) L from a lower limit of its working area the input set means 10 of water in the fuel. Means 10 for supplying water may include nozzles with appropriate pipelines, pumps and other necessary fittings that provide a controlled supply of water to the gasifier. By properly arranging and adjusting the nozzles, a uniform distribution of the water supply is achieved over the cross section of the working area of the gasifier. The claimed range of coordinates of the location of the means 10 relative to the lower boundary of the working zone of the gasifier provides, on the one hand, the ability to align the nozzles in such a way as to reliably distribute water evenly over the surface of the fuel layer below exit 8, and, on the other hand, not excessively limit the height of the position of this surface installing nozzles at a large distance from outlet 8 of leveling means 7. With a large distance from nozzles to exit 8, a high layer of fuel may not allow water to be supplied in the region p the area of the gasifier near its axis.
Другим возможным вариантом конструктивного решения задачи ввода воды с распределением ее по поверхности топлива ниже средства выравнивания 7 является снабжение этого средства средствами ввода воды 10. В этом варианте средство 7 может быть выполнено с возможностью подачи воды непосредственно через элементы конструкции средства 7 (например, путем использования полых элементов конструкции), или же соответствующие элементы средств ввода воды (трубопроводы, форсунки) могут быть установлены на элементах конструкции средства 7. В этом варианте может быть также предусмотрена возможность охлаждения элементов конструкции средства 7 подаваемой водой для устранения их нежелательного перегрева.Another possible constructive solution to the problem of introducing water with its distribution on the surface of the fuel below the leveling means 7 is to provide this means with means for introducing water 10. In this embodiment, means 7 can be configured to supply water directly through the structural elements of means 7 (for example, by using hollow structural elements), or the corresponding elements of the water inlet means (pipelines, nozzles) can be installed on the structural elements of the means 7. In this embodiment it may also be possible to cool the structural elements of the means 7 by the supplied water in order to eliminate their unwanted overheating.
Заявленный способ осуществляется следующим образом.The claimed method is as follows.
Для инициирования процесса в газификатор загружают слой инертного материала для защиты средств 4 от воздействия высокой температуры. На этот слой загружают слой сухого легковоспламеняющегося топлива для розжига, например древесину или торф. На слой топлива для розжига загружают рабочее топливо. Опыт показывает, что при подаче в газификатор воздуха, нагретого до температур выше 250-300°С, после прогрева слоя инертного материала происходит воспламенение топлива для розжига. Воздух можно нагревать при помощи электронагревателей или горелок, работающих на газе или жидком топливе. После воспламенения топлива в газификаторе, контролируемого по показаниям датчиков температуры средств 6, нагрев воздуха прекращают. Подавая в газификатор при помощи средств 5 газифицирующий агент и выводя из него при помощи средств 3 образующиеся газы, обеспечивают противоточное пропускание газифицирующего агента через слой топлива, в котором формируют зону газификации с заданным положением зоны максимальной температуры 9. Процесс газификации в слое топлива поддерживают, периодически загружая в газификатор топливо при помощи средств 2, непрерывно подавая в газификатор 1 при помощи средств 5 кислородсодержащий газифицирующий агент и выводя из него при помощи средств 3 газообразные продукты переработки, а также выводя из газификатора твердые продукты при помощи средств 4.To initiate the process, a layer of inert material is loaded into the gasifier to protect means 4 from exposure to high temperature. This layer is loaded with a layer of dry flammable fuel for ignition, for example wood or peat. Working fuel is loaded onto the ignition fuel layer. Experience shows that when air is heated to temperatures above 250-300 ° С when the layer of inert material is heated, the fuel ignites for ignition. Air can be heated using electric heaters or burners that run on gas or liquid fuel. After ignition of the fuel in the gasifier, controlled by the readings of the temperature sensors of means 6, the heating of the air is stopped. By supplying a gasifying agent to the gasifier using means 5 and removing the generated gases from it using means 3, they provide countercurrent transmission of the gasification agent through the fuel layer, in which the gasification zone is formed with the given position of the maximum temperature zone 9. The gasification process in the fuel layer is supported periodically loading fuel into the gasifier using means 2, continuously supplying an oxygen-containing gasifying agent to the gasifier 1 using means 5 and removing it from it using means 3 gaseous products of processing, as well as removing solid products from the gasifier using means 4.
Как показывает численное моделирование паровоздушной газификации углерода, показатели процесса могут быть улучшены путем добавления к газифицируемому углероду инертного материала, который, не участвуя в химических превращениях, обеспечивает оптимальное перераспределение потоков тепла между газовой и конденсированной фазой, в результате чего увеличивается так называемый химический коэффициент полезного действия, равный отношению теплоты сгорания холодного генераторного газа к теплоте сгорания исходного топлива. Так, например, при газификации высококачественных низкозольных углей с малой влажностью в прямом процессе получается относительно горячий генераторный газ. Если такой уголь перерабатывать совместно с кусковым термостойким инертным материалом (например, гранулами шамота), то температура генераторного газа может быть существенно снижена при одновременном увеличении его теплотворной способности. Это упрощает последующее использование генераторного газа, например, его очистку от смол и пыли, а также уменьшает удельный расход топлива при сжигании газа в тепловой машине.As a numerical simulation of carbon-vapor gasification of carbon shows, process indicators can be improved by adding an inert material to the gasified carbon, which, without participating in chemical transformations, ensures optimal redistribution of heat fluxes between the gas and condensed phases, resulting in an increase in the so-called chemical efficiency equal to the ratio of the calorific value of the cold generator gas to the calorific value of the original fuel. So, for example, when gasifying high-quality low-ash coals with low humidity in a direct process, relatively hot generator gas is obtained. If such coal is processed together with lump heat-resistant inert material (for example, chamotte granules), the temperature of the generator gas can be significantly reduced while increasing its calorific value. This simplifies the subsequent use of generator gas, for example, its purification from tar and dust, and also reduces the specific fuel consumption when burning gas in a heat engine.
Противоток газовой и конденсированной фазы в газификаторе с фильтрацией газов через слои перерабатываемого топлива создает за счет межфазного теплообмена условия для концентрации тепла, выделяющегося при окислении углерода, в средней части газификатора, где развивается наиболее высокая температура. Температурное поле на внутренней стенке шахты периодически контролируют средствами 6, включающими соответствующие датчики температуры, установленные на нескольких уровнях по высоте шахты.The counterflow of the gas and condensed phases in the gasifier with gas filtration through the layers of the processed fuel creates, due to interfacial heat exchange, conditions for the concentration of heat released during the oxidation of carbon in the middle part of the gasifier, where the highest temperature develops. The temperature field on the inner wall of the mine is periodically monitored by means 6, including appropriate temperature sensors installed at several levels along the height of the mine.
В процессе газификации положение зоны максимальной температуры зависит от соотношения скорости перемещения топлива по газификатору и расхода и/или состава газифицирующего агента. При фиксированной скорости перемещения топлива и постоянном составе газифицирующего агента для каждого определенного положения зоны максимальной температуры существует соответствующая величина расхода газифицирующего агента, при которой эта зона будет неподвижна относительно газификатора. Эта величина определяется стехиометрией химических процессов, протекающих в зоне газификации. При большей величине расхода газифицирующего агента зона максимальной температуры будет перемещаться вдоль шахты газификатора вверх по направлению к средствам загрузки 2 и, наоборот, при меньшей величине расхода - вниз, по направлению к средствам выгрузки 4. При фиксированной величине расхода газифицирующего агента аналогичные перемещения зоны максимальной температуры будут происходить при изменении состава газифицирующего агента, например, при увеличении или уменьшении концентрации в нем кислорода. Изменение концентрации кислорода также, как и изменение расхода газифицирующего агента, приводит к отклонению от стехиометрии в зоне газификации и вызывает соответствующие перемещения ее положения в газификаторе.In the process of gasification, the position of the maximum temperature zone depends on the ratio of the speed of movement of fuel through the gasifier and the flow rate and / or composition of the gasification agent. With a fixed speed of movement of the fuel and a constant composition of the gasification agent for each specific position of the zone of maximum temperature, there is a corresponding flow rate of the gasification agent at which this zone will be stationary relative to the gasifier. This value is determined by the stoichiometry of chemical processes in the gasification zone. With a higher flow rate of the gasifying agent, the maximum temperature zone will move along the gasifier shaft upward towards the loading means 2 and, conversely, with a lower flow rate it will move downward towards the unloading means 4. At a fixed flow rate of the gasifying agent, similar movements of the maximum temperature zone will occur when the composition of the gasification agent changes, for example, with an increase or decrease in the concentration of oxygen in it. A change in the oxygen concentration, as well as a change in the flow rate of the gasifying agent, leads to a deviation from stoichiometry in the gasification zone and causes corresponding displacements of its position in the gasifier.
Заданное положение зоны 9 максимальной температуры в газификаторе обеспечивают система управления или оператор, которые осуществляют соответствующие изменения скорости перемещения топлива по газификатору и/или расхода и/или состава кислородсодержащего газифицирующего агента. Например, при смещении верхней границы этой зоны 9 выше заданного предела увеличивают скорость перемещения топлива по газификатору путем соответствующего увеличения скоростей загрузки и выгрузки, или уменьшают расход газифицирующего агента, или концентрацию в нем кислорода. При смещении нижней границы этой зоны ниже заданного предела производят обратные вышеуказанным изменения параметра (параметров).The specified position of zone 9 of the maximum temperature in the gasifier is provided by a control system or an operator that carries out corresponding changes in the speed of movement of fuel through the gasifier and / or the flow rate and / or composition of the oxygen-containing gasifying agent. For example, if the upper boundary of this zone 9 is displaced above a predetermined limit, the speed of movement of fuel along the gasifier is increased by a corresponding increase in the rates of loading and unloading, or the consumption of the gasifying agent or the concentration of oxygen in it are reduced. When the lower boundary of this zone is shifted below a predetermined limit, the parameter (s) are reversed with the above changes.
Величину максимальной температуры в газификаторе ограничивают заданными пределами. Их значения зависят от вида перерабатываемого топлива и определяются термической стойкостью твердых продуктов его переработки и реакционной способностью образующегося кокса. Верхний предел должен гарантировать недопущение процесса шлакования и, соответственно, задается тем ниже, чем ниже температура плавления золы. Например, при газификации различных марок углей верхний предел максимальной температуры может устанавливаться в диапазоне 1000…1200°. Нижний предел должен обеспечить достаточно высокую температуру для полного окисления образующегося из топлива кокса за время его пребывания в зоне газификации и, соответственно, задается тем выше, чем ниже реакционная способность кокса. Возможный диапазон нижнего предела максимальной температуры 600…800°С. Основным управляющим параметром при ограничении величины максимальной температуры в газификаторе является концентрация паров воды и/или углекислого газа в газифицирующем агенте, так как их реакции с горячим коксом идут с поглощением большого количества тепла. Соответственно, при выходе максимальной температуры за верхний предел система управления или оператор увеличивают концентрацию паров воды и/или углекислого газа в газифицирующем агенте и, наоборот, при выходе за нижний предел - уменьшают. Например, при использовании паровоздушной или парокислородной смеси эти изменения концентрации обеспечивают соответствующим увеличением или уменьшением количества водяного пара, вводимого в газифицирующий агент. При использовании смеси воздуха с дымовыми газами увеличивают или уменьшают количество вводимых в газифицирующий агент дымовых газов. В тех случаях, когда для уменьшения выбросов углекислого газа производится его выделение из генераторного газа или продуктов его сгорания, можно ограничивать величину максимальной температуры в газификаторе введением выделенного углекислого газа в газифицирующий агент и соответствующей регулировкой его количества.The maximum temperature in the gasifier is limited by the specified limits. Their values depend on the type of processed fuel and are determined by the thermal stability of the solid products of its processing and the reactivity of the resulting coke. The upper limit should guarantee the prevention of the slagging process and, accordingly, is set the lower, the lower the melting temperature of the ash. For example, during gasification of various grades of coal, the upper limit of the maximum temperature can be set in the range of 1000 ... 1200 °. The lower limit should provide a sufficiently high temperature for the complete oxidation of the coke formed from the fuel during its stay in the gasification zone and, accordingly, is set the higher, the lower the reactivity of coke. The possible range of the lower limit of the maximum temperature is 600 ... 800 ° C. The main control parameter when limiting the maximum temperature in the gasifier is the concentration of water vapor and / or carbon dioxide in the gasifying agent, since their reactions with hot coke go with the absorption of a large amount of heat. Accordingly, when the maximum temperature goes beyond the upper limit, the control system or the operator increases the concentration of water vapor and / or carbon dioxide in the gasification agent and, conversely, when it goes beyond the lower limit, it decreases. For example, when using a steam-air or steam-oxygen mixture, these changes in concentration provide a corresponding increase or decrease in the amount of water vapor introduced into the gasification agent. When using a mixture of air with flue gases, the amount of flue gases introduced into the gasification agent is increased or decreased. In cases where it is released from the generator gas or its combustion products to reduce carbon dioxide emissions, it is possible to limit the maximum temperature in the gasifier by introducing the released carbon dioxide into the gasification agent and adjusting its amount accordingly.
В соответствии с предлагаемым изобретением для достижения заявляемого технического результата осуществляют выравнивание значений расхода топлива по поперечному сечению газификатора. Эту функцию выполняет средство выравнивания 7, которое установлено в средней части газификатора. Возможный вариант его конструктивного исполнения, обеспечивающий выполнение функции выравнивания расхода топлива в обеих частях рабочей зоны газификатора, приведен выше в описании устройства для реализации заявляемого способа.In accordance with the invention, to achieve the claimed technical result, the fuel consumption values are aligned over the cross section of the gasifier. This function is performed by the leveling means 7, which is installed in the middle part of the gasifier. A possible variant of its design, providing the function of equalizing fuel consumption in both parts of the working area of the gasifier, is given above in the description of the device for implementing the inventive method.
Чтобы обеспечить условия для нормального функционирования средства 7, ниже его выхода 8 создают разрыв слоя топлива по всему поперечному сечению рабочей зоны путем соответствующего управления скоростью выгрузки твердых продуктов переработки при помощи средств 4. Очевидно, что при отсутствии такого разрыва средство 7 не сможет выполнять функцию выравнивания, так как увеличивать скорость продвижения топлива в областях поперечного сечения, где она замедлена, будет невозможно, не увеличив скорость выгрузки твердых продуктов переработки при помощи средств 4 и, тем самым, не создав разрыв слоя.To ensure conditions for the normal functioning of the means 7, below its exit 8 create a gap in the fuel layer over the entire cross section of the working area by appropriate control of the rate of discharge of solid processed products using means 4. Obviously, in the absence of such a gap, means 7 will not be able to perform the alignment , since it will be impossible to increase the speed of fuel advancement in areas of the cross section where it is slowed down without increasing the rate of unloading of solid processed products and the help of means 4 and, thus, without creating a gap layer.
Зону максимальной температуры удерживают в положении ниже указанного разрыва. Для этого координаты верхнего и нижнего пределов положения границ зоны максимальной температуры по высоте шахты газификатора, задаваемые в качестве параметров для системы управления процессом переработки топлива устанавливают ниже указанного разрыва. Алгоритм обеспечения заданного положения зоны максимальной температуры путем управления скоростью перемещения топлива по газификатору, и/или расходом, и/или составом кислородсодержащего газифицирующего агента описан выше.The maximum temperature zone is held below the indicated gap. For this, the coordinates of the upper and lower limits of the position of the boundaries of the maximum temperature zone along the height of the gasifier shaft, set as parameters for the fuel processing process control system, are set below the specified gap. The algorithm for ensuring the specified position of the maximum temperature zone by controlling the speed of movement of fuel through the gasifier and / or the flow rate and / or composition of the oxygen-containing gasifying agent is described above.
Такое взаимное расположение средства выравнивания 7 и заданного положения зоны максимальной температуры 9, с одной стороны, создает благоприятные условия для повышения однородности поля температур в этой зоне и управляемости их величинами и, с другой стороны, обеспечивает приемлемые условия, в которых функционирует средство 7, снижающие требования к жаростойкости и коррозионной стойкости его конструкции, так как оно располагается в зоне относительно умеренных температур с восстановительной средой. В эту часть рабочей зоны газификатора не проникает подаваемый с газифицирующим агентом кислород и температура перерабатываемого топлива относительно невысока (<800°С). Кислород полностью расходуется на окисление кокса в нижней части рабочей зоны газификатора, и, как было указано выше, в месте, где концентрация кислорода обращается в ноль, развивается максимальная температура. Выравнивание значений расхода перерабатываемого топлива непосредственно перед его поступлением в зону максимальных температур, куда оно перемещается в виде полукокса и кокса, существенно повышает равномерность распределения температур в слое топлива и, тем самым, заметно улучшает управляемость процессом его газификации.Such a mutual arrangement of the alignment means 7 and the predetermined position of the maximum temperature zone 9, on the one hand, creates favorable conditions for increasing the uniformity of the temperature field in this zone and controlling their values and, on the other hand, provides acceptable conditions in which the means 7 that reduce requirements for heat resistance and corrosion resistance of its design, since it is located in the zone of relatively moderate temperatures with a reducing environment. Oxygen supplied with the gasification agent does not penetrate into this part of the working zone of the gasifier and the temperature of the processed fuel is relatively low (<800 ° C). Oxygen is completely consumed for the oxidation of coke in the lower part of the working zone of the gasifier, and, as mentioned above, in the place where the oxygen concentration turns to zero, the maximum temperature develops. Aligning the consumption values of the processed fuel immediately before it enters the zone of maximum temperatures, where it moves in the form of semicoke and coke, significantly increases the uniformity of temperature distribution in the fuel layer and, thereby, significantly improves controllability of its gasification process.
При ограничении максимальной температуры в газификаторе в разрыв слоя топлива вводят воду при помощи средств 10, размещенных на внутренней поверхности корпуса газификатора 1 и/или на элементах конструкции средства 7 выравнивания значений расхода топлива по поперечному сечению рабочей зоны газификатора (подводящие трубопроводы не показаны). Это техническое решение позволяет получить дополнительные преимущества в оперативности управления температурным режимом процесса и его энергетической эффективности. Оперативность управления температурным режимом повышается за счет того, что, кроме эндотермичности реакции паров воды с горячим коксом, эффективному подавлению нежелательных разогревов способствует также и большая теплота испарения воды. Одновременно это позволяет увеличить и энергетическую эффективность процесса за счет замены части или всего водяного пара, вводимого в газифицирующий агент, водой, подаваемой в слой топлива. Тем самым энергозатратный подвод тепла от внешнего источника на парообразование подаваемой в газификатор воды заменяется отбором излишков тепла из высокотемпературных областей окисления кокса, что и увеличивает эффективность преобразования теплоты сгорания исходного топлива в теплоту сгорания генераторного газа.When limiting the maximum temperature in the gasifier, water is introduced into the gap of the fuel layer by means of means 10 located on the inner surface of the gasifier body 1 and / or on the structural elements of the means 7 for equalizing the fuel consumption values along the cross section of the gasifier working area (supply pipelines are not shown). This technical solution allows you to get additional benefits in the efficiency of controlling the temperature regime of the process and its energy efficiency. The efficiency of temperature control is increased due to the fact that, in addition to the endothermicity of the reaction of water vapor with hot coke, the high heat of evaporation of the water also contributes to the effective suppression of unwanted heating. At the same time, this makes it possible to increase the energy efficiency of the process by replacing part or all of the water vapor introduced into the gasification agent with water supplied to the fuel layer. Thus, the energy-consuming supply of heat from an external source to the vaporization of the water supplied to the gasifier is replaced by the selection of excess heat from the high-temperature areas of coke oxidation, which increases the efficiency of converting the heat of combustion of the original fuel into the heat of combustion of the generator gas.
Как было показано выше в описании заявляемого устройства, конструктивно задача ввода воды в слой топлива ниже средства выравнивания 7 может быть решена различными способами.As shown above in the description of the claimed device, structurally, the task of introducing water into the fuel layer below the leveling means 7 can be solved in various ways.
Одним из способов может быть подача воды через элементы конструкции самого средства 7. С одной стороны, это техническое решение усложняет конструкцию средства 7, но, с другой стороны, это одновременно может обеспечить и охлаждение элементов его конструкции.One way can be to supply water through the structural elements of the tool 7. On the one hand, this technical solution complicates the design of the tool 7, but, on the other hand, it can also provide cooling of the elements of its structure.
Наличие разрыва по всему поперечному сечению слоя топлива под средством 7 позволяет реализовать более простой способ подачи воды в газификатор. В стенке шахты газификатора под средством 7 устанавливают средства 10 для подачи воды, например форсунки, обеспечивающие возможность равномерной подачи воды по всему поперечному сечению рабочей зоны газификатора путем их соответствующего расположения и юстировки. При отсутствии разрыва слоя топлива вода не может быть подана в высокотемпературные области равномерно по рабочему сечению газификатора через форсунки, установленные в стенке шахты. Попадая на раскаленный твердый материал и испаряясь, вода будет интенсивно охлаждать его лишь непосредственно вблизи стенок шахты, не достигая расположенных глубже центральных областей рабочего сечения у ее оси.The presence of a gap along the entire cross section of the fuel layer under the means 7 allows you to implement a simpler method of supplying water to the gasifier. In the wall of the gasifier shaft, under the means 7, means 10 for supplying water, for example nozzles, are installed, providing the possibility of a uniform supply of water over the entire cross section of the working zone of the gasifier by their appropriate location and alignment. In the absence of a rupture of the fuel layer, water cannot be supplied to the high-temperature areas uniformly over the working cross section of the gasifier through nozzles installed in the shaft wall. Getting on the hot solid material and evaporating, water will intensively cool it only directly near the walls of the shaft, not reaching deeper central areas of the working section at its axis.
Пары воды могут поступать в верхнюю часть слоя, расположенную выше средства 7, из двух источников, одним из которых является подаваемая в газификатор с помощью средств 10 вода, и другим - водяной пар, подаваемый в него в составе газифицирующего агента с помощью средств 5. Оба этих источника предназначены, главным образом, для управления температурным режимом процесса газификации кокса, образующегося при термической переработке топлива. Выше было показано, каким образом можно ограничивать максимальную температуру в газификаторе путем изменения количества паров воды в газифицирующем агенте. При подаче воды с помощью средств 10, алгоритм ограничения максимальной температуры в газификаторе можно построить, например, таким образом, что доля водяного пара, вводимого в состав газифицирующего агента, устанавливает общий уровень максимальных температур в газификаторе, а подача воды с помощью средств 10 обеспечивает оперативное управление абсолютной величиной максимальной температуры в газификаторе для поддержания ее в заданных пределах путем соответствующего регулирования скорости подачи. Подачу воды в газификатор с помощью средств 10 увеличивают при превышении верхнего предела и, напротив, уменьшают при выходе температуры за нижний предел.Water vapor can enter the upper part of the layer located above the means 7 from two sources, one of which is water supplied to the gasifier using means 10, and the other is water vapor supplied to it as part of the gasification agent using means 5. Both These sources are mainly intended for controlling the temperature regime of the coke gasification process, which is formed during thermal processing of fuel. It was shown above how to limit the maximum temperature in the gasifier by changing the amount of water vapor in the gasification agent. When water is supplied using means 10, the algorithm for limiting the maximum temperature in the gasifier can be constructed, for example, in such a way that the proportion of water vapor introduced into the gasification agent sets the total level of maximum temperatures in the gasifier, and the water supply using means 10 ensures prompt control of the absolute value of the maximum temperature in the gasifier to maintain it within the specified limits by appropriate control of the feed rate. The water supply to the gasifier using means 10 is increased when the upper limit is exceeded and, conversely, is reduced when the temperature goes beyond the lower limit.
При установке достаточного количества температурных датчиков, обеспечивающих детальный контроль температурного поля, и при соответствующем управлении подачей воды через индивидуальные форсунки система управления может быть также настроена и на подавление локальных перегревов в областях, куда увеличение подачи воды можно производить «адресно» через ближайшую форсунку (форсунки). Это дает дополнительную возможность устранения неоднородностей в зоне максимальной температуры. Например, если в зоне максимальной температуры только с одной стороны рабочего сечения газификатора образуется область локального перегрева, то подачу воды можно увеличить через соответствующие форсунки только в те точки поверхности слоя топлива под средством 7, на которые проецируется эта область.By installing a sufficient number of temperature sensors that provide detailed control of the temperature field, and with appropriate control of the water supply through individual nozzles, the control system can also be configured to suppress local overheating in areas where an increase in water supply can be made “targeted” through the nearest nozzle (nozzles ) This gives an additional opportunity to eliminate inhomogeneities in the zone of maximum temperature. For example, if in the zone of maximum temperature only a region of local overheating is formed on only one side of the working cross section of the gasifier, then the water supply can be increased through the corresponding nozzles only to those points on the surface of the fuel layer under the means 7 onto which this region is projected.
Как было указано выше, помимо значительного повышения управляемости температурным режимом процесса газификации подача воды в газификатор позволяет также поднять и энергетическую эффективность процесса. Это достигается путем снижения затрат энергии на выработку пара, вводимого в состав газифицирующего агента, часть которого в предлагаемом изобретении заменяется водой, подаваемой в газификатор с помощью средств 10. В ряде случаев реализации изобретения можно даже полностью отказаться от подачи пара в газификатор в составе газифицирующего агента, заменив его водой, подаваемой в газификатор с помощью средств 10. Решение о полном отказе от ввода пара в газифицирующий агент при газификации конкретного вида топлива может быть принято по результатам испытаний, которые зависят от ряда свойств газифицируемого топлива, таких как выход кокса, зольность и температура плавления золы.As mentioned above, in addition to a significant increase in the temperature control of the gasification process, the supply of water to the gasifier also makes it possible to increase the energy efficiency of the process. This is achieved by reducing energy costs for the production of steam introduced into the gasification agent, part of which in the present invention is replaced by water supplied to the gasifier using means 10. In some cases, the invention can even completely refuse to supply steam to the gasifier as part of the gasification agent replacing it with water supplied to the gasifier using means 10. The decision to completely refuse to introduce steam into the gasification agent during gasification of a particular type of fuel can be made by There are tests that depend on a number of properties of gasified fuels, such as coke yield, ash content and ash melting point.
Заявляемый способ газификации углеродсодержащих конденсированных топлив позволяет преодолеть недостаток известных технологий газификации в плотном слое, заключающийся в недостаточной управляемости температурным режимом процесса, что может приводить к плавлению золы, зашлаковыванию и остановке газификатора.The inventive method of gasification of carbon-containing condensed fuels allows to overcome the disadvantage of known gasification technologies in a dense layer, which consists in insufficient control of the temperature regime of the process, which can lead to melting of ash, slagging and stop of the gasifier.
Предлагаемый способ позволяет также увеличить энергетическую эффективность выработки генераторного газа из конденсированных топлив за счет уменьшения затрат на производство пара или полного отказа от его подачи в газификатор в составе газифицирующего агента.The proposed method also allows you to increase the energy efficiency of generating generator gas from condensed fuels by reducing the cost of steam production or the complete rejection of its supply to the gasifier as part of the gasification agent.
Изобретение обеспечивает метод и устройство, позволяющие эффективно перерабатывать в энергетический газ широкий спектр конденсированных топлив без внешнего подвода тепла.The invention provides a method and device that can efficiently process a wide range of condensed fuels into energy gas without external heat supply.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007124587/03A RU2347139C1 (en) | 2007-07-02 | 2007-07-02 | Method of condensed fuel gasification and device for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007124587/03A RU2347139C1 (en) | 2007-07-02 | 2007-07-02 | Method of condensed fuel gasification and device for its implementation |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2347139C1 true RU2347139C1 (en) | 2009-02-20 |
Family
ID=40531849
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007124587/03A RU2347139C1 (en) | 2007-07-02 | 2007-07-02 | Method of condensed fuel gasification and device for its implementation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2347139C1 (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2607397C2 (en) * | 2014-12-30 | 2017-01-10 | Владимир Юрьевич Безруких | Method of solid fuel gasification and device for its implementation |
| RU2631812C2 (en) * | 2015-12-28 | 2017-09-26 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центр эксплуатации объектов наземной космической инфраструктуры" (ФГУП "ЦЭНКИ") | Method of gasifying fuel biomass and device for its implementation |
| RU2631811C2 (en) * | 2015-12-28 | 2017-09-26 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центр эксплуатации объектов наземной космической инфраструктуры" (ФГУП "ЦЭНКИ") | Method of gasifying fuel biomass and device for its implementation |
| RU2631808C2 (en) * | 2015-12-28 | 2017-09-26 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центр эксплуатации объектов наземной космической инфраструктуры" (ФГУП "ЦЭНКИ") | Method of gasifying fuel biomass and device for its implementation |
| RU188334U1 (en) * | 2018-11-29 | 2019-04-08 | Марк Семенович Солонин | Gasification burner |
| WO2020111974A3 (en) * | 2018-11-29 | 2020-07-23 | Марк СОЛОНИН | Gasifying burner |
-
2007
- 2007-07-02 RU RU2007124587/03A patent/RU2347139C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2607397C2 (en) * | 2014-12-30 | 2017-01-10 | Владимир Юрьевич Безруких | Method of solid fuel gasification and device for its implementation |
| RU2631812C2 (en) * | 2015-12-28 | 2017-09-26 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центр эксплуатации объектов наземной космической инфраструктуры" (ФГУП "ЦЭНКИ") | Method of gasifying fuel biomass and device for its implementation |
| RU2631811C2 (en) * | 2015-12-28 | 2017-09-26 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центр эксплуатации объектов наземной космической инфраструктуры" (ФГУП "ЦЭНКИ") | Method of gasifying fuel biomass and device for its implementation |
| RU2631808C2 (en) * | 2015-12-28 | 2017-09-26 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центр эксплуатации объектов наземной космической инфраструктуры" (ФГУП "ЦЭНКИ") | Method of gasifying fuel biomass and device for its implementation |
| RU188334U1 (en) * | 2018-11-29 | 2019-04-08 | Марк Семенович Солонин | Gasification burner |
| WO2020111974A3 (en) * | 2018-11-29 | 2020-07-23 | Марк СОЛОНИН | Gasifying burner |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| AU2006263623B2 (en) | Waste treatment process and apparatus | |
| JP5890440B2 (en) | Waste treatment method and apparatus | |
| KR101890873B1 (en) | Waste gasification and melting furnace | |
| US6005149A (en) | Method and apparatus for processing organic materials to produce chemical gases and carbon char | |
| RU2347139C1 (en) | Method of condensed fuel gasification and device for its implementation | |
| WO2007081296A1 (en) | Downdraft/updraft gasifier for syngas production from solid waste | |
| KR20090036546A (en) | A heat recycling system for use with a gasifier | |
| CN101230281A (en) | Solid biomass semi-water coal-gas producer | |
| RU2662440C1 (en) | Method of gasification of solid fuel and device for its implementation | |
| RU2668447C1 (en) | Method of gasification of solid fuel and device for its implementation | |
| RU2631808C2 (en) | Method of gasifying fuel biomass and device for its implementation | |
| JP4620620B2 (en) | Waste gasifier and operating method thereof | |
| US20140223824A1 (en) | One Stage Atmospheric Pressure Thermo-Catalytic Plasma Gasification and Vitrification of Organic Material such as Biomass for the Production of Renewable Energy | |
| WO2011057040A2 (en) | Direct-fired pressurized continuous coking | |
| US11788021B2 (en) | Reactor and process for gasifying and/or melting of feed materials | |
| JP2011064383A (en) | Waste melting treatment method and waste melting treatment device | |
| KR20110000555A (en) | A multi-zone carbon conversion system with plasma melting | |
| CN103517969A (en) | Generating carbon and combustible gases from brown coal | |
| Morosavljević et al. | CHALLENGES IN ADAPTATION OF ANNULAR SHAFT LIME KILN TO SOLID BIOMASS FUELS: A REVIEW | |
| JP2007224110A (en) | Gas generator for woody biomass |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090703 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20100527 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110703 |