RU2577265C2 - Method of vortex gas generation and/or combustion of solid fuels and device for its implementation - Google Patents
Method of vortex gas generation and/or combustion of solid fuels and device for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2577265C2 RU2577265C2 RU2014113855/05A RU2014113855A RU2577265C2 RU 2577265 C2 RU2577265 C2 RU 2577265C2 RU 2014113855/05 A RU2014113855/05 A RU 2014113855/05A RU 2014113855 A RU2014113855 A RU 2014113855A RU 2577265 C2 RU2577265 C2 RU 2577265C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- vortex
- air
- chamber
- gas suspension
- ash
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к вихревой газификации и/или сжиганию ископаемого твердого и других видов топлива и биомассы и может быть использовано, главным образом, в малой и промышленной энергетике, преимущественно для утилизации горючих органических отходов, биомассы, местного топлива, таких как некондиционные угли или торф, а также иных твердых веществ, содержащих углерод и водород, например бытовых и промышленных отходов, для получения горючих газов разного качества с целью их сжигания или переработки.The invention relates to vortex gasification and / or burning of fossil solid and other types of fuel and biomass and can be used mainly in small and industrial energy, mainly for the disposal of combustible organic waste, biomass, local fuel, such as substandard coal or peat, as well as other solid substances containing carbon and hydrogen, for example, household and industrial waste, for the production of combustible gases of different quality for the purpose of burning or processing them.
Достоинством сжигания и/или газификации в вихревых реакторах топлива является возможность создавать стабилизированный, а самое главное, управляемый вихревой поток газовзвеси, в котором, в отличие от многих других технологий, может быть реализован управляемый процесс с многократным увеличением времени пребывания в реакторе топлива и несущего его вихревого потока газовзвеси вместе с воздействием на состав и температуру газовзвеси в объеме этого вихревого потока, что обеспечивает более полное завершение процесса газификации, в том числе с выделением процесса пиролиза и/или сжигания продуктов отдельных стадий процесса с интенсификацией процессов в реакторе.An advantage of burning and / or gasification in vortex fuel reactors is the ability to create a stabilized, and most importantly, controlled vortex gas suspension stream, in which, unlike many other technologies, a controlled process can be implemented with a multiple increase in the residence time of the fuel and its carrier the gas suspension vortex flow together with the effect on the gas suspension composition and temperature in the volume of this vortex flow, which ensures a more complete completion of the gasification process, including e with the allocation of the process of pyrolysis and / or combustion of products of individual stages of the process with the intensification of processes in the reactor.
Реакторы представляют собой вихревые аппараты камерного типа, которые состоят, например, из цилиндров, циклонов, улиток, цилиндрических или криволинейных камер, преимущественно с тангенциальным вводом в них воздуха и топлива.Reactors are vortex chambers of the chamber type, which consist, for example, of cylinders, cyclones, snails, cylindrical or curved chambers, mainly with the tangential introduction of air and fuel into them.
Известен способ стадийной вихревой газификации высокозольного угля с последующим сжиганием полученного генераторного газа и твердого углеродного остатка и высокотемпературный циклонный реактор для его осуществления (патент РФ №2350838, МПК F23C 5/24, опубликован 27.03.2008, Афанасьев Ю.О., Козлова Г.С., Богомолов А.Р., Медяник B.C. Испытание циклонного реактора для сжигания высокозольного топлива, Теплоэнергетика, 2011 г., №12, с. 47-52).A known method of stage vortex gasification of high-ash coal, followed by burning the resulting generator gas and solid carbon residue and a high-temperature cyclone reactor for its implementation (RF patent No. 2350838, IPC F23C 5/24, published March 27, 2008, Afanasyev Yu.O., Kozlova G. S., Bogomolov AR, Medyanik BC Testing a cyclone reactor for burning high-ash fuel, Thermal Engineering, 2011, No. 12, pp. 47-52).
Согласно известному способу топливо и первичный воздух подают в камеру сгорания первой ступени реактора через кольцевой канал, в котором топливо смешивают с первичным воздухом, расход которого V1 поддерживается около 0,3 и/или даже выше от всего расхода воздуха, необходимого для полного сжигания перерабатываемого угля, и через прямоугольные сопла подают в камеру сгорания первой ступени реактора с двумя горелками, необходимыми для разогрева реактора в начальном процессе розжига.According to the known method, fuel and primary air are fed into the combustion chamber of the first stage of the reactor through an annular channel in which the fuel is mixed with primary air, the flow rate of which V 1 is maintained at about 0.3 and / or even higher of the total air flow required for complete combustion of the processable coal, and through rectangular nozzles, they are fed into the combustion chamber of the first stage of the reactor with two burners necessary for heating the reactor in the initial ignition process.
Размеры камеры второй ступени реактора, прежде всего ее диаметр, увеличены относительно первой, а третья ступень выполнена в виде камеры того же диаметра и снабжена тангенциальными регулируемыми каналами подвода вторичного воздуха для дожигания топлива и/или полученных искусственных горючих газов. Верхняя, четвертая, ступень этого аппарата предусмотрена для улавливания мелких частиц золы.The dimensions of the chamber of the second stage of the reactor, primarily its diameter, are increased relative to the first, and the third stage is made in the form of a chamber of the same diameter and is equipped with tangentially adjustable channels for supplying secondary air for afterburning fuel and / or obtained artificial combustible gases. The upper, fourth, stage of this apparatus is provided for trapping small particles of ash.
При использовании известного способа в циклонном аппарате происходит разделение мелких частиц топлива по размерам и по массе и избирательное сгорание их на полках разных ступеней аппарата. Кроме того, в области второй и третьей ступеней возникает центральная зона рециркуляции твердого топлива, подобная циркулирующему кипящему слою и обладающая всеми его преимуществами.When using the known method in a cyclone apparatus, small particles of fuel are separated by size and mass and selectively burned on shelves of different stages of the apparatus. In addition, in the region of the second and third stages, a central zone of solid fuel recirculation arises, similar to a circulating fluidized bed and having all its advantages.
Однако на практике было установлено, что, например, при сжигании каменного угля марки «Д» Кузнецкого месторождения шахты «Листвяжная» фракции 0…1 мм и даже более легкой древесно-угольной смеси начальная закрутка и скорость воздушно-угольной газовзвеси были недостаточны для подъема крупных угольных частиц, поэтому часть их падала в бункер золы, повышая недожог и снижая эффективность и управляемость процесса.However, in practice, it was found that, for example, when burning D-grade coal of the Kuznetsk deposit of the Listvyazhnaya mine mine, fractions of 0 ... 1 mm and even a lighter charcoal mixture, the initial twist and velocity of the air-coal gas suspension were insufficient to lift large coal particles, so part of them fell into the ash bin, increasing the underburn and reducing the efficiency and controllability of the process.
Кроме того, при подаче в первую камеру реактора только первичного воздуха в составе воздушно-угольной газовзвеси часть крупных несгоревших частиц топлива оседала на полках второй и третьей ступеней. При повышении подачи воздуха, сверх необходимого для газификации, то есть при увеличении подачи вторичного воздуха в соотношении до V1/V2=0,4…0,5 все твердое топливо уже циркулирует во второй и даже в третьей ступенях, не осаждаясь на полках, а воздушный пиролиз, требующий ведения процесса в первой камере при подаче воздуха не более 0,3 от всего объема, необходимого для сжигания, прекращается.In addition, when only primary air was supplied to the first chamber of the reactor as part of an air-coal gas suspension, part of the large unburned fuel particles settled on the shelves of the second and third stages. With an increase in the air supply in excess of the required for gasification, that is, with an increase in the supply of secondary air in a ratio of up to V 1 / V 2 = 0.4 ... 0.5, all solid fuel already circulates in the second and even in the third stages, without settling and air pyrolysis, which requires conducting the process in the first chamber with an air supply of not more than 0.3 of the total volume required for combustion, stops.
Причиной этого является то, что данный вихревой реактор не обладает достаточными средствами воздействия на вихревой поток газовзвеси. Поэтому в нем невозможен паровой пиролиз с полным или частичным замещением водяным паром подачи воздуха в первую камеру и обычная газификация низкокалорийной биомассы в виде полифракционной сыпучей субстанции с характеристиками ее частиц, отличающимися по размерам и аэродинамическими свойствами на 2-3 порядка.The reason for this is that this vortex reactor does not have sufficient means of influencing the vortex flow of a gas suspension. Therefore, steam pyrolysis with complete or partial replacement by water vapor of the air supply to the first chamber and the usual gasification of low-calorie biomass in the form of a polyfraction bulk substance with the characteristics of its particles differing in size and aerodynamic properties by 2-3 orders of magnitude are impossible in it.
При сжигании в реакторе мелкой угольной пыли для предотвращения выпадения более крупных частиц топлива в бункер известного реактора-аналога с вертикальной осью вихревого потока газовзвеси на входе в вихревой аппарат были увеличены параметры крутки потока и входной скорости формируемой газовзвеси в первой камере, что повысило аэродинамическое сопротивление реактора и затраты на воздушное дутье. Для этого лопатки каналов тангенциального ввода воздушно-угольной газовзвеси в первой ступени реактора-аналога были дополнительно подогнуты.When fine coal dust was burned in the reactor to prevent larger fuel particles from falling into the hopper of a known analogue reactor with a vertical axis of the gas suspension vortex flow at the inlet of the vortex apparatus, the parameters of the flow twist and the input velocity of the formed gas suspension in the first chamber were increased, which increased the aerodynamic resistance of the reactor and air blast costs. For this, the blades of the channels of the tangential inlet of an air-coal gas suspension in the first stage of the analog reactor were additionally bent.
Известно, что при сжигании и/или газификации твердых топлив и биомассы в улиточных или в циклонных камерах процесс обычно происходит при слишком высоких для потребителя температурах (1200-1600°С), что очень часто сопровождается заносом и шлакованием боковых криволинейных стенок подобных реакторов. Эти явления вызывают на практике постепенное, иногда весьма быстрое, разрушение собственно самого вихревого процесса горения и/или газификации, делая на практике многие варианты применения вихревой газификации и/или сжигания топлива неконкурентоспособными.It is known that during the combustion and / or gasification of solid fuels and biomass in snail or in cyclone chambers, the process usually occurs at temperatures too high for the consumer (1200-1600 ° C), which is often accompanied by skidding and slagging of the side curved walls of such reactors. In practice, these phenomena cause a gradual, sometimes very quick, destruction of the vortex combustion and / or gasification process itself, making in practice many applications of vortex gasification and / or fuel combustion uncompetitive.
Известен также способ получения генераторного газа из растительного сырья (патент RU №2469073, МПК C10J 3/72, F23G 5/027, опубликован 10.12.2012), выбранный в качестве прототипа.There is also a method of producing generator gas from plant materials (patent RU No. 2469073, IPC C10J 3/72, F23G 5/027, published December 10, 2012), selected as a prototype.
Согласно этому способу получение генераторного газа происходит в реакторах в три стадии. На первой стадии производится вертикальная подача топлива, в частности биомассы в виде растительного сырья, в горизонтальный вихревой поток газовзвеси по касательной к стенке реактора, где начинается воздушный пиролиз топлива при температуре 600-700°С, после завершения которого производится газификация топлива (вторая стадия процесса) при температуре 500-600°С путем дополнительной многоструйной подачи воздуха в сужения вихревого потока газовзвеси в центральной части реактора при достижении избытка воздуха 0,25-0,42, при этом в зоне газификации расход воздуха превышает в 3-5 раз расход воздуха в зоне пиролиза до зоны сужения вихревого потока газовзвеси, после чего газовзвесь подлежит дополнительной центральной закрутке при подаче в третью, расширяющуюся стадию процесса, в которой газификация завершается.According to this method, generating gas is produced in reactors in three stages. At the first stage, a vertical supply of fuel, in particular biomass in the form of plant material, is performed into a horizontal vortex gas suspension flow tangentially to the wall of the reactor, where air pyrolysis of the fuel begins at a temperature of 600-700 ° C, after which the gasification of fuel is performed (second stage of the process ) at a temperature of 500-600 ° C by additional multi-jet air supply to the narrowing of the vortex flow of the gas suspension in the central part of the reactor when the excess air reaches 0.25-0.42, while in the gasification zone air flow rate 3-5 times greater than the air flow rate through the pyrolysis zone to a zone of the vortex flow constriction gas suspension then is subject to additional central gas suspension when applying a twist to the third, the expanding process step in which the gasification is completed.
Известный способ реализуется в реакторе (патент RU №2469073, МПК C10J 3/72, F23G 5/027, опубликован 10.12.2012), содержащем кожух, в котором с зазором размещен корпус реактора, разделенный на три горизонтальные последовательные для прохода несущего вихревого потока газовзвеси вихревые цилиндрические камеры, с отводом газа из последней камеры реактора в осевом направлении, и накопитель золы, причем в качестве первой камеры реактора использован камерный завихритель с тангенциальным вертикальным окном ввода топлива, тангенциальными соплами ввода воздуха, поступающего из зазора между кожухом и корпусом реактора, и соплами водяного пара для паровой конверсии топлива, оснащенными органами регулирования расхода воздуха и водяного пара, причем все сопла размещены горизонтально в нижней части первой вихревой цилиндрической камеры под окном ввода топлива, а в верхней части этой камеры размещены отдельные дополнительные воздушные и паровые сопла коррекции процесса на входе топлива в реактор.The known method is implemented in a reactor (patent RU No. 2469073, IPC C10J 3/72, F23G 5/027, published December 10, 2012) containing a casing in which a reactor casing is placed with a gap, divided into three horizontal consecutive for the passage of the carrier vortex gas suspension cylindrical vortex chambers, with gas outlet from the last reactor chamber in the axial direction, and an ash accumulator, and a chamber swirler with a tangential vertical fuel entry window, tangential air injection nozzles, was used as the first reactor chamber flowing out of the gap between the casing and the reactor vessel, and water vapor nozzles for steam fuel conversion, equipped with air and water vapor control bodies, all nozzles being placed horizontally in the lower part of the first vortex cylindrical chamber under the fuel injection window, and in the upper part of this chamber Separate additional air and steam nozzles for correcting the process at the fuel inlet to the reactor are placed.
Боковая стенка второй вихревой цилиндрической камеры, диаметр которой меньше диаметра первой вихревой цилиндрической камеры, перфорирована сквозными отверстиями, соединенными с зазором между кожухом и корпусом реактора, на выходе из второй вихревой цилиндрической камеры размещена третья вихревая цилиндрическая камера кондиционирования газовзвеси, имеющая внешний диаметр, превышающий диаметр второй вихревой цилиндрической камеры, и оснащенная окном для выхода газа.The side wall of the second vortex cylindrical chamber, the diameter of which is smaller than the diameter of the first vortex cylindrical chamber, is perforated through holes connected to the gap between the casing and the reactor vessel; at the outlet of the second vortex cylindrical chamber there is a third vortex cylindrical gas suspension conditioning chamber having an external diameter exceeding the diameter exceeding the diameter the second vortex cylindrical chamber, and equipped with a window for the exit of gas.
Недостатками известных способа и реактора являются невозможность получения газа относительно стабильного качества и постоянного расхода при использовании топлива переменного качества.The disadvantages of the known method and reactor are the inability to produce gas of relatively stable quality and constant consumption when using fuel of variable quality.
Во-первых, закрутка воздуха в заявленном виде и при заявленных расходах воздуха в первой вихревой цилиндрической камере в большинстве режимов при повышении влажности или зольности топлива не обеспечивает устойчивый пиролиз топлива и работу первой вихревой цилиндрической камеры без ее заноса топливом и золой и даже может вызвать обрыв процесса. Пиролиз затягивался и переходил уже во вторую вихревую цилиндрическую камеру с сужением и интенсификацией газовзвеси в ней воздействием многоструйной подачи воздуха.Firstly, the air swirl in the declared form and at the stated air flow in the first vortex cylindrical chamber in most modes, with increasing humidity or ash content of the fuel, does not provide stable fuel pyrolysis and the operation of the first vortex cylindrical chamber without drift with fuel and ash and can even cause a break process. Pyrolysis was delayed and passed into the second vortex cylindrical chamber with the narrowing and intensification of the gas suspension in it by the action of multi-jet air supply.
Во-вторых, в этих режимах газификация начиналась только во второй области и завершалась лишь в третьей области вихревого потока газовзвеси при центральной его закрутке, которой было недостаточно для поддержания симметричного вихревого потока газовзвеси в третьей области, глубокого выгорания в ней горючих веществ в твердом остатке переработанного топлива, а диапазона воздействия многоструйной системы в сужении вихревого потока газовзвеси во второй области не хватало для полного завершения процесса при его управлении в заявленном ранее диапазоне избытков воздуха. Это снижало в реальном аппарате теплотворность генерируемого горючего газа и показало невозможность стабилизировать его качество и расход на выходе из реактора при изменениях качества исходного топлива, что почти всегда имеет место на практике.Secondly, in these regimes, gasification began only in the second region and ended only in the third region of the gas suspension vortex flow with its central swirl, which was insufficient to maintain a symmetric vortex gas suspension flow in the third region, deep burning of combustible substances in it in the solid residue of the processed fuel, and the range of the multi-jet system in narrowing the vortex flow of the gas suspension in the second region was not enough to completely complete the process when it is controlled in the declared wound e excess air range. This reduced the calorific value of the generated combustible gas in a real apparatus and showed the impossibility of stabilizing its quality and flow rate at the outlet of the reactor with changes in the quality of the initial fuel, which almost always takes place in practice.
В-третьих, одновременно в данной схеме процесса происходило накопление золы переработанного топлива внизу третьей вихревой цилиндрической камеры, вызывая на выходе из нее повышение механической неполноты сгорания топлива (повышение концентраций недогоревших горючих компонентов перерабатываемого топлива), и по мере накопления золы внизу этой камеры приводило к разрушению всего вихревого процесса.Thirdly, at the same time in this process diagram, the reprocessing fuel ash accumulated at the bottom of the third vortex cylindrical chamber, causing an increase in the mechanical incompleteness of fuel combustion at the exit from it (increasing the concentration of unburned combustible components of the processed fuel), and as the ash accumulated at the bottom of this chamber, the destruction of the entire vortex process.
В-четвертых, в процессе газификации очень влажного или зольного топлива не хватало теплоты для начала устойчивого поддержания пиролиза топлива в вихревом потоке газовзвеси в первой стадии процесса при ухудшении или колебании качества топлива.Fourth, in the process of gasification of very wet or ash fuel, there was not enough heat to begin to sustainably maintain the pyrolysis of the fuel in the vortex flow of the gas suspension in the first stage of the process with a deterioration or fluctuation in the quality of the fuel.
По этим и сходным причинам вихревые реакторы (циклонные и улиточные) пока не нашли широкого промышленного применения для получения надежного коммерческого эффекта.For these and similar reasons, vortex reactors (cyclone and snail) have not yet found wide industrial application to obtain a reliable commercial effect.
Задача настоящего изобретения заключается в создании эффективной, экономичной и управляемой вихревой технологии переработки топлива для получения горючих газов путем сжигания и/или газификации твердого и других видов топлива, прежде всего с изменяющимися свойствами, а также биомассы и отходов промышленных или агропромышленных технологий при создании более эффективных вихревых реакторов нового типа.The objective of the present invention is to create an effective, economical, and controllable vortex fuel processing technology for the production of combustible gases by burning and / or gasifying solid and other fuels, especially with variable properties, as well as biomass and waste from industrial or agricultural technologies to create more efficient vortex reactors of a new type.
Поставленная задача достигается за счет того, что в предлагаемом способе переработки топлива для получения горючих газов, заключающемся в том, что сжигают и подвергают вихревой газификации топливо, включающем тангенциальную подачу топлива и воздуха и/или пара для формирования несущего вихревого потока газовзвеси, движущегося вдоль оси вращения с последовательным обособлением в нем трех областей, где в первой из них на закрутку подают воздух и/или пар, необходимый для пиролиза, газификации и/или полного сгорания топлива, во второй области вихревого потока газовзвеси интенсифицируют смешение воздуха и/или пара с вихревым потоком газовзвеси за счет уменьшения поперечного сечения вихревого потока газовзвеси и подачи в него воздуха с периферии в виде рассредоточенного струйного радиального вдува, а в третьей области вихревого потока газовзвеси производят увеличение времени пребывания вихревого потока газовзвеси путем увеличения его поперечного сечения для завершения процесса газификации и/или горения, причем в первой области вихревого потока газовзвеси пиролиз реализуют путем подачи воздуха в количестве от 8-12% от объема воздуха, необходимого для полного сжигания топлива, до 0% при полном замещении воздуха водяным паром, воздух и/или водяной пар вводят в вихревой поток газовзвеси для активного перемешивания между собой и с вихревым потоком газовзвеси при помощи системы чередующихся струй, а с противоположной струям стороны вихревого потока газовзвеси для коррекции процесса пиролиза подают воздух и/или водяной пар перпендикулярно направлению ввода потока топлива, с возможностью регулирования расхода всех струй воздуха и/или водяного пара, во второй области вихревого потока газовзвеси для интенсификации смешения и завершения процесса газификации топлива воздух подают с периферии вихревого потока газовзвеси к его оси в количестве 18-20% от объема воздуха, необходимого для полного сжигания топлива, или в количестве 28-30%о от объема воздуха, необходимого для полного сжигания топлива, в случае замещения всего воздуха водяным паром при закрутке в первой области вихревого потока газовзвеси, в третьей области вихревого потока газовзвеси осуществляют кондиционирование температуры и состава газовзвеси вихревого потока путем дополнительного введения спутно в эту область вихревого потока газовзвеси части регулируемых расходов воздуха и/или водяного пара, после чего во вновь введенной четвертой области вихревого потока газовзвеси осуществляют стабилизацию расхода и состава газовзвеси вихревого потока, образованного в третьей области, путем подачи в эту область тангенциально части воздуха и/или водяного пара, увеличение времени пребывания вихревого потока газовзвеси в этой области и сепарацию входящей в состав газовзвеси золы на периферии вихревого потока газовзвеси для последующего отвода золы из четвертой области вихревого потока газовзвеси.The problem is achieved due to the fact that in the proposed method of processing fuel to produce combustible gases, which consists in burning and subjecting vortex gasification to fuel, which includes the tangential supply of fuel and air and / or steam to form a carrier vortex flow of gas suspension moving along the axis rotations with sequential isolation of three regions in it, where in the first of them air and / or steam, necessary for pyrolysis, gasification and / or complete combustion of fuel, is twisted into the second region and the gas-gas vortex flow intensify the mixing of air and / or steam with the gas-gas vortex flow due to a decrease in the cross section of the gas-air vortex flow and supplying air from the periphery in the form of a distributed radial jet injection, and in the third region of the gas-gas vortex flow increase the residence time of the vortex gas flow gas suspension by increasing its cross section to complete the gasification and / or combustion process, and in the first region of the gas suspension vortex flow, pyrolysis is real comfort by supplying air in an amount of from 8-12% of the volume of air required for complete combustion of fuel, up to 0% when the air is completely replaced with water vapor, air and / or water vapor is introduced into the vortex flow of gas suspension for active mixing between each other and with the vortex gas suspension by means of a system of alternating jets, and on the opposite side of the jets of the vortex gas-suspension stream, air and / or water vapor is perpendicular to the direction of entry of the fuel flow to correct the pyrolysis process, with the possibility of controlling the flow all jets of air and / or water vapor in the second region of the gas suspension vortex stream to intensify the mixing and complete the gasification of the fuel, air is supplied from the periphery of the gas suspension vortex stream to its axis in the amount of 18-20% of the volume of air required for complete combustion of the fuel, or in the amount of 28-30% of the volume of air necessary for complete combustion of fuel, in the case of replacing all the air with water vapor while swirling in the first region of the vortex flow of gas suspension, in the third region of the vortex flow of gas suspension they control the temperature and composition of the gas suspension of the vortex flow by additionally introducing into this region of the vortex flow of the gas suspension part of the regulated flow rates of air and / or water vapor, after which, in the newly introduced fourth region of the vortex flow of the gas suspension, the flow rate and composition of the gas suspension of the vortex flow formed in the third region, by supplying to this region tangentially part of the air and / or water vapor, increasing the residence time of the vortex flow of the gas suspension in this areas and separation of the ash contained in the gas suspension at the periphery of the gas suspension vortex flow for subsequent removal of ash from the fourth region of the gas suspension vortex flow.
Кроме того, в заявляемом способе при закрутке вихревого потока газовзвеси в первой области вихревого потока газовзвеси вместе с организацией пиролиза и газификации может быть произведена внутренняя регенерация теплоты процесса путем возврата всей или части неохлажденной золы из четвертой области вихревого потока газовзвеси в первую область того же вихревого потока газовзвеси для нагрева теплотой этой золы воздуха и топлива при их закрутке в процессе организации пиролиза, с сохранением возможности отвода всей или части золы из четвертой области вихревого потока газовзвеси, минуя первую область вихревого потока газовзвеси, а для предварительного нагрева воздуха, вводимого в процесс, может быть использована теплота узлов конструкции реактора.In addition, in the inventive method, when swirling a gas-particle vortex stream in the first region of the gas-particle vortex, together with organizing pyrolysis and gasification, internal heat recovery can be carried out by returning all or part of the uncooled ash from the fourth region of the gas-particle vortex stream to the first region of the same gas-vortex stream gas suspensions for heating with heat of this ash air and fuel during their twisting in the process of organizing pyrolysis, while maintaining the possibility of removal of all or part of the ash from the four that region of the vortex flow of the gas suspension, bypassing the first region of the vortex flow of the gas suspension, and for preheating the air introduced into the process, the heat of the nodes of the reactor structure can be used.
Для осуществления заявленного способа предложен реактор для переработки топлива для получения горючих газов, содержащий кожух, в котором с зазором размещен корпус реактора, разделенный на три горизонтальные последовательные для прохода несущего вихревого потока газовзвеси вихревые камеры, с отводом горючего газа из последней вихревой камеры реактора в осевом направлении, и накопитель золы, причем в качестве первой вихревой камеры реактора использован камерный завихритель с тангенциальным вертикальным окном ввода топлива, тангенциальными соплами ввода воздуха, поступающего из зазора между кожухом и корпусом реактора, и соплами ввода водяного пара, оснащенными органами регулирования расхода воздуха и водяного пара, при этом все сопла размещены горизонтально в нижней части первой вихревой камеры под тангенциальным вертикальным окном ввода топлива, а в верхней части этой камеры размещены отдельные дополнительные воздушные и паровые сопла коррекции процесса пиролиза на входе топлива в реактор, к осевому выходному окну первой вихревой камеры пристыкована вторая вихревая камера, поперечный размер которой меньше поперечного размера первой вихревой камеры, боковая поверхность которой перфорирована сквозными отверстиями, соединенными с зазором между кожухом и корпусом реактора, а на выходе из второй вихревой камеры размещена третья вихревая камера кондиционирования, имеющая поперечный размер, превышающий поперечный размер второй вихревой камеры, последняя вихревая камера оснащена в нижней части окном отвода горючего газа, реактор дополнительно снабжен четвертой вихревой камерой стабилизации расхода и состава газовзвеси вихревого потока, поперечные размеры которой соизмеримы с поперечным размером третьей вихревой камеры кондиционирования, при этом сопла ввода воздуха первой вихревой камеры, служащие для создания вихревого потока газовзвеси, размещены, чередуясь, равномерно перед осевым выходным окном первой вихревой камеры, а в осевом выходном окне первой вихревой камеры установлена диафрагма, имеющая внизу полукольцевую щель для прохода вихревого потока газовзвеси из первой вихревой камеры во вторую, отдельные дополнительные воздушные и паровые сопла коррекции процесса пиролиза в верхней части первой вихревой камеры размещены вблизи тангенциального вертикального окна ввода топлива перпендикулярно направлению ввода топлива на входе в первую вихревую камеру, в верхней части третьей вихревой камеры кондиционирования спутно направлению вращения вихревого потока газовзвеси размещены отдельные тангенциальные воздушные и паровые сопла, оснащенные индивидуальными органами регулирования расходов воздуха и водяного пара, а в нижней части третьей вихревой камеры кондиционирования размещен горизонтальный тангенциальный патрубок отвода вихревого потока газовзвеси из третьей вихревой камеры кондиционирования, который одновременно является входным тангенциальным патрубком ввода вихревого потока газовзвеси в четвертую вихревую камеру стабилизации расхода и состава газовзвеси вихревого потока, в верхней части четвертой вихревой камеры стабилизации установлены отдельные горизонтальные тангенциальные сопла ввода части воздуха и/или водяного пара спутно направлению вращения вихревого потока газовзвеси, а в ее торце выполнено окно отвода горючего газа из реактора в осевом направлении, причем в нижней части четвертой вихревой камеры стабилизации имеется патрубок отвода отсепарированной золы в накопитель золы посредством продольного транспортного канала.To implement the inventive method, a reactor for processing fuel to produce combustible gases is proposed, comprising a casing in which a reactor casing is placed with a gap, divided into three horizontal vortex chambers for the passage of the carrier vortex gas-suspension stream, with the removal of combustible gas from the axial reactor vortex chamber direction, and an ash accumulator, moreover, a chamber swirl with a tangential vertical fuel entry window and a tangentia are used as the first vortex chamber of the reactor air inlet nozzles coming from the gap between the casing and the reactor vessel, and water vapor inlet nozzles equipped with air and water vapor control bodies, while all nozzles are placed horizontally in the lower part of the first vortex chamber under the tangential vertical fuel inlet window, and in separate additional air and steam nozzles for correcting the pyrolysis process at the fuel inlet to the reactor are placed at the top of this chamber; the second vortex is docked to the axial output window of the first vortex chamber a eva chamber, the transverse dimension of which is smaller than the transverse dimension of the first vortex chamber, the side surface of which is perforated with through holes connected to the gap between the casing and the reactor vessel, and at the outlet of the second vortex chamber there is a third conditioning vortex chamber having a transverse dimension exceeding the transverse dimension of the second vortex chamber, the last vortex chamber is equipped at the bottom with a window for flammable gas removal, the reactor is additionally equipped with a fourth vortex stabilization chamber ode and composition of the gas suspension of the vortex flow, the transverse dimensions of which are comparable with the transverse size of the third vortex conditioning chamber, while the air inlet nozzles of the first vortex chamber, used to create the vortex flow of the gas suspension, are placed alternating evenly in front of the axial outlet window of the first vortex chamber, and in the diaphragm is installed in the axial output window of the first vortex chamber, having a semicircular slit below for passage of the vortex flow of the gas suspension from the first vortex chamber to the second, separate additional The air and steam nozzles for correcting the pyrolysis process in the upper part of the first vortex chamber are located near the tangential vertical fuel inlet window perpendicular to the direction of fuel injection at the inlet to the first vortex chamber; in the upper part of the third air-conditioning vortex chamber, separate tangential air and steam nozzles equipped with individual air and water vapor flow control elements, and in the lower part of the third vortex air conditioning measures a horizontal tangential branch pipe for removing the gas suspension vortex stream from the third air conditioning vortex chamber, which is also an input tangential branch pipe for introducing the gas suspension vortex stream into the fourth vortex gas flow stabilization chamber and the gas suspension composition of the vortex flow, separate horizontal tan tubes are installed in the upper part of the fourth vortex stabilization chamber introducing part of the air and / or water vapor in a direction tangential to the vortex rotation gas suspension, and in its end there is a window for the removal of combustible gas from the reactor in the axial direction, and in the lower part of the fourth vortex stabilization chamber there is a branch pipe for removing the separated ash to the ash collector through a longitudinal transport channel.
Накопитель золы предложенного реактора может быть соединен с первой вихревой камерой транспортным каналом ввода золы в нижнюю часть первой вихревой камеры или отвода золы из нее и выполнен в виде поперечного канала с реверсивной подачей для ввода снизу вверх и/или вывода сверху вниз золы через тангенциальное вертикальное окно форкамеры, встроенной в первую вихревую камеру между ее передним торцом и горизонтальными тангенциальными соплами ввода воздуха и/или водяного пара, причем патрубки отвода отсепарированной золы, накопитель золы и все транспортные каналы золы выполнены теплоизолированными.The ash accumulator of the proposed reactor can be connected to the first vortex chamber by a transport channel for introducing ash into the lower part of the first vortex chamber or removing ash from it and is made in the form of a transverse channel with a reverse feed for introducing bottom-up and / or top-down ash through a tangential vertical window a pre-chamber integrated in the first vortex chamber between its front end and horizontal tangential nozzles for introducing air and / or water vapor, the discharge pipes of the separated ash, ash storage all transport channels carried ash insulated.
Кроме того, накопитель золы может быть снабжен теплоизолированным патрубком отвода золы и/или шлака из реактора на захоронение или утилизацию.In addition, the ash accumulator may be provided with a thermally insulated pipe for removing ash and / or slag from the reactor for disposal or disposal.
Заявляемые изобретения поясняются чертежами, на которых представлены:The claimed invention is illustrated by drawings, on which:
фиг. 1 - общий вид заявляемого реактора,FIG. 1 - General view of the inventive reactor,
фиг. 2 - разрез А-А реактора с фиг. 1,FIG. 2 is a section AA of the reactor of FIG. one,
фиг. 3 - разрез Б-Б реактора с фиг. 1,FIG. 3 is a section BB of the reactor of FIG. one,
фиг. 4 - разрез В-В реактора с фиг. 2,FIG. 4 is a section BB of the reactor of FIG. 2
фиг. 5 - разрез Г-Г реактора с фиг. 4,FIG. 5 is a section GG of the reactor of FIG. four,
фиг. 6 - сечение Д-Д реактора с фиг. 1,FIG. 6 is a section DD of the reactor of FIG. one,
фиг. 7 - схема циркуляции золы заявляемого реактора,FIG. 7 is a diagram of the ash circulation of the inventive reactor,
фиг. 8 - технологическая схема реализации заявляемого способа.FIG. 8 is a flow chart of the implementation of the proposed method.
Реактор (фиг. 1, 2) состоит из первой вихревой камеры 1, в качестве которой использован камерный завихритель, например циклон, с осевым выходным окном 2, в котором размещена диафрагма 3, на входе вихревого потока газовзвеси во вторую вихревую цилиндрическую камеру 4, диаметр которой равен половине поперечного размера первой вихревой камеры 1, а на выходе из второй вихревой цилиндрической камеры 4 размещена третья вихревая, например цилиндрическая, камера кондиционирования 5, диаметр которой превышает диаметр второй вихревой цилиндрической камеры 4. Третья вихревая цилиндрическая камера кондиционирования 5 имеет в нижней части горизонтальный тангенциальный патрубок 6 отвода вихревого потока газовзвеси из этой камеры в четвертую вихревую камеру стабилизации 7 расхода и состава газовзвеси вихревого потока, который одновременно является входным тангенциальным патрубком ввода вихревого потока газовзвеси в четвертую вихревую камеру стабилизации 7, поперечные размеры которой соизмеримы с диаметром третьей вихревой цилиндрической камеры кондиционирования 5 и имеющую в торце окно 8 отвода горючего газа из реактора в осевом направлении, а внизу вертикальный патрубок 9 отвода отсепарированной золы (фиг. 3).The reactor (Fig. 1, 2) consists of a
Все четыре камеры реактора установлены горизонтально и последовательно для прохода несущего вихревого потока газовзвеси. Реактор заключен во внешний кожух 10 с зазором 11 между кожухом 10 и корпусом реактора.All four reactor chambers are installed horizontally and sequentially for the passage of the carrier vortex flow of the gas suspension. The reactor is enclosed in an
Первая вихревая камера 1 (фиг. 4, 5) имеет тангенциальное вертикальное окно 12 ввода твердого или иного топлива.The first vortex chamber 1 (Fig. 4, 5) has a tangential
В нижней части первой вихревой камеры 1 под тангенциальным вертикальным окном 12 ввода топлива перед осевым выходным окном 2 размещены, чередуясь, равномерно горизонтальные тангенциальные сопла 13 ввода воздуха, поступающего из зазора 11 между кожухом 10 и корпусом реактора, на создание вихревого потока, и сопла 14 ввода водяного пара для организации парового пиролиза.In the lower part of the
В верхней части первой вихревой камеры 1 (фиг. 4) вблизи тангенциального вертикального окна 12 ввода топлива перпендикулярно направлению ввода топлива на входе в первую вихревую камеру 1 размещены отдельные дополнительные тангенциальные воздушные сопла 15 и паровые сопла 16 коррекции процесса пиролиза.Separate additional
Боковая поверхность второй вихревой цилиндрической камеры 4, крепящейся к первой вихревой камере 1, равномерно перфорирована (фиг. 2, 5, 6) горизонтальными сквозными отверстиями 17, соединенными с зазором 11 между кожухом 10 и корпусом реактора, для ввода воздуха из зазора 11 в вихревой поток газовзвеси внутри второй вихревой цилиндрической камеры 4.The lateral surface of the second vortex
Диафрагма 3 осевого выходного окна 2 первой вихревой камеры 1, которое является входным окном второй вихревой цилиндрической камеры 4, имеет полукольцевую щель 18 для прохода вихревого потока газовзвеси из первой вихревой камеры 1 во вторую вихревую цилиндрическую камеру 4.The
Размеры диафрагмы 3 и полукольцевой щели 18, как и соотношение поперечных размеров второй вихревой цилиндрической камеры 4 и первой вихревой камеры 1 (фиг. 4 и 5), оптимизированы экспериментально для равномерного заполнения вихревого потока газовзвеси в первой вихревой камере 1 топливом.The dimensions of the
Корректирующий ввод воздуха и/или пара в третью вихревую цилиндрическую камеру кондиционирования 5 организован в ее верхней части (фиг. 3) вертикально дополнительными тангенциальными воздушными соплами 19 и паровыми соплами 20, спутно направлению вращения вихревого потока.Corrective entry of air and / or steam into the third vortex
В верхней части четвертой вихревой камеры стабилизации 7 установлены отдельные горизонтальные тангенциальные сопла 21 ввода части воздуха и сопла 22 ввода части водяного пара спутно направлению вращения вихревого потока газовзвеси (фиг. 3).In the upper part of the fourth
Эти вводы влияют как на состав газовзвеси в четвертой вихревой камере стабилизации 7, так и на предотвращение заноса золой топлива, которая образуется из негорючих минеральных веществ топлива при его пиролизе и газификации, горизонтального тангенциального патрубка 6 отвода вихревого потока газовзвеси из третьей вихревой цилиндрической камеры кондиционирования 5 в четвертую вихревую камеру стабилизации 7.These inputs affect both the composition of the gas suspension in the fourth
Сопла всех вводимых в реактор сред во все камеры снабжены органами регулирования расхода воздуха и водяного пара для регулирования процессов во всех стадиях процесса (на фиг. не показаны).The nozzles of all the media introduced into the reactor into all chambers are equipped with air and water vapor control units for controlling processes in all stages of the process (not shown in FIG.).
В нижней части четвертой вихревой камере стабилизации 7 имеется вертикальный патрубок 9 отвода отсепарированной золы из четвертой вихревой камеры стабилизации 7 в продольный транспортный канал, в качестве которого использован транспортер 23, на циркуляцию (фиг. 7) золы через реактор или на ее утилизацию, который подает золу в накопитель 24 золы. Из накопителя 24 золы зола подается на транспортный канал, выполненный в виде поперечного канала с реверсивной подачей, в качестве которого использован транспортер 25, для подачи золы из накопителя 24 золы в нижнюю часть первой вихревой камеры 1 через тангенциальное вертикальное окно 26 форкамеры 27, встроенной в первую вихревую камеру 1 между ее передним торцом и горизонтальными тангенциальными соплами 13 ввода воздуха и соплами 14 ввода водяного пара, снизу вверх (фиг. 5) в первую вихревую камеру 1 на транспорт золы несущим вихревым потоком через весь реактор для возврата части ее теплоты в процесс и для выжигания в золе остатка углерода.In the lower part of the fourth
При выключении схемы циркуляции золы в разных режимах работы реактора вся зола процесса или ее часть может выводиться из четвертой вихревой камеры стабилизации 7 (фиг. 3, 7) и из форкамеры 27 (фиг. 5) через тангенциальное вертикальное окно 26 транспортерами 23 и 25 в накопитель 24 золы, из которого зола может выгружаться через снабженный запорным органом канал 28.When the ash circulation circuit is turned off in different reactor operating modes, all or part of the process ash can be removed from the fourth stabilization vortex chamber 7 (Fig. 3, 7) and from the pre-chamber 27 (Fig. 5) through a tangential
Вертикальный патрубок 9 отвода золы из реактора на захоронение или утилизацию, накопитель 24 золы, все транспортные каналы золы реактора и его наружный корпус выполнены теплоизолированными.The
Заявляемый способ переработки топлива для получения горючих газов иллюстрирует фиг. 8, на которой изображена технологическая схема реализации заявляемого способа.The inventive method of processing fuel to produce combustible gases is illustrated in FIG. 8, which depicts a flow chart of the implementation of the proposed method.
Заявляемый процесс включает в себя сначала область пиролиза топлива, его газификации и образования золы, далее - управляемого кондиционирования полученной газовзвеси, и в завершении - стабилизации основных ее характеристик с разложением и/или пиролизом в двух последних стадиях высокомолекулярных смол пиролиза и газификации.The inventive process includes first the area of fuel pyrolysis, gasification and ash formation, then the controlled conditioning of the obtained gas suspension, and finally, stabilization of its main characteristics with decomposition and / or pyrolysis in the last two stages of high molecular weight pyrolysis and gasification resins.
Для этого в первую вихревую камеру 1 реактора (первая область вихревого потока газовзвеси) подают для реализации пиролиза и начала газификации либо воздух в количестве V1 не более чем 8-12% от всего объема воздуха, необходимого для полного сгорания топлива, либо водяной пар, деформируя вихревой поток газовзвеси при входе во вторую вихревую цилиндрическую камеру 4 так, чтобы обеспечить работу первой вихревой камеры 1 без ее заноса топливом и его золой, а также для повышения интенсивности перемешивания в вихревом потоке во второй вихревой цилиндрической камере 4. При этом предусмотрена постоянная или периодическая подача части воздуха и/или пара в верхней части вихревого потока в падающий поток топлива, перпендикулярно ему для поддержания и управления процессом пиролиза.To do this, in the
Во вторую вихревую цилиндрическую камеру 4 (вторую область вихревого потока газовзвеси) вводят для осуществления интенсивной газификации либо воздух в количестве V2 18-20% от всего объема воздуха, необходимого для полного сгорания топлива, в режимах без замещения воздуха паром в первой вихревой камере 1 реактора, либо для полного завершения газификации воздух в количестве V2 до 28-30% от всего объема воздуха, необходимого для полного сгорания топлива, при замещении воздуха с расходом V1 водяным паром в первой вихревой камере 1 реактора.In the second vortex cylindrical chamber 4 (the second region of the gas-suspension vortex flow) either 18 to 20% of the total air volume necessary for complete combustion of the fuel is introduced in the amount of V 2 for intensive gasification, in the modes without replacing the air with steam in the
Деформированный особым образом полукольцевой щелью 18 диафрагмы 3 вихревой поток газовзвеси на входе во вторую область (вторую вихревую цилиндрическую камеру 4) для улучшения перемешивания вихревого потока с воздухом V2 и для восстановления осесимметричности этого вихревого потока подвергается воздействию равномерного рассредоточенного периферийного струйного вдува в виде многоструйной подачи воздуха V2. Экспериментально установлено, что такие струйные вдувы воздуха в вихревой поток газовзвеси через отдельные горизонтальные сквозные отверстия 17 ввода части воздуха вызывают радикальное усиление турбулентного перемешивания, интенсифицируя этим все процессы в объеме вихревого потока газовзвеси, в том числе процессы горения и/или газификации.Deformed specifically semiannular slit 18 of the
Далее, в третьей вихревой цилиндрической камере кондиционирования 5 реактора (в третьей области вихревого потока газовзвеси) происходит кондиционирование состава и температуры газовзвеси путем задержки времени пребывания вихревого потока газовзвеси (на 1-2 секунды) при температуре не выше 600-900°C, с возможностью подачи в эту область небольших объемов воздуха и/или пара для коррекции параметров газовзвеси и снижения содержания горючих веществ (неполноты сгорания) в золе топлива.Further, in the third cylindrical vortex
Исследования показали, что при подаче горящего вихревого потока газовзвеси из второй вихревой цилиндрической камеры 4 в третью вихревую цилиндрическую камеру кондиционирования 5, диаметр которой превышает диаметр второй вихревой цилиндрической камеры 4, можно на порядок увеличить время пребывания газовзвеси в реакторе - до нескольких секунд. Это обеспечит завершение газификации топлива и может обеспечить разложение и/или пиролиз сажи и части присутствующих в газовзвеси высокомолекулярных смол с высокими температурами кипения - до простых смол с температурами кипения - не выше 120-140°С, а углеродного остатка в золе до конечных продуктов реакций горения - СО и Н2. Подачей в третью вихревую цилиндрическую камеру 5 небольших объемов воздуха или пара можно оперативно влиять на состав газовзвеси и на ее температуру при выходе из третьей области, что установлено экспериментально на моделях реактора с горением и газификацией топлива в ходе опытной огневой переработки топлива. Получено на практике кондиционирование состава газовзвеси при завершении газификации.Studies have shown that when a burning vortex flow of a gas suspension from a second vortex
Одновременно для надежного предотвращения заноса третьей вихревой цилиндрической камеры кондиционирования 5 золой топлива выход газвзвеси из нее выполнен не по оси, а тангенциально, в нижней части третьей вихревой цилиндрической камеры кондиционирования 5 через горизонтальный тангенциальный патрубок 6 отвода вихревого потока газовзвеси, который одновременно является входным тангенциальным патрубком ввода вихревого потока газовзвеси в четвертую вихревую камеру стабилизации 7, где реализуется четвертая стадия заявляемого процесса - стадия стабилизации расхода и состава газовзвеси вихревого потока, образованного в третьей области, и соответственно стабилизации расхода и качества генерируемого горючего газа, который выходит из четвертой вихревой камеры стабилизации 7 традиционно через осевое торцевое окно 8.At the same time, in order to reliably prevent the third vortex
После третьей зоны (третьей вихревой цилиндрической камеры кондиционирования 5) вихревой поток газовзвеси трансформируется во вновь введенную четвертую зону (четвертую вихревую камеру стабилизации 7), зону стабилизации (фиг. 8), что повышает удобство размещения всего процесса в реакторе и, главное, позволяет стабилизировать качество и расход горючего газа на выходе из реактора в комплексе проявлением трех процессов.After the third zone (third cylindrical vortex conditioning chamber 5), the gas suspension vortex flow is transformed into the newly introduced fourth zone (fourth stabilization vortex chamber 7), stabilization zone (Fig. 8), which increases the convenience of placing the whole process in the reactor and, most importantly, allows to stabilize the quality and consumption of combustible gas at the outlet of the reactor in a complex manifestation of three processes.
Первый из них - использование всегда имеющих место естественных колебаний процесса в четвертой вихревой камере стабилизации 7 в противофазе аналогичным колебаниям в третьей вихревой цилиндрической камере кондиционирования 5.The first of them is the use of always occurring natural fluctuations of the process in the fourth
Второй - задержка газовзвеси в четвертой вихревой камере стабилизации 7 с дополнительным перемешиванием и сглаживанием всех колебаний качества состава газовзвеси, температуры и расхода ее на выходе и с возможностью их коррекции вводом в четвертую область воздуха и/или пара.The second is the delay of the gas suspension in the fourth
Третьим, особо важным для зольных или влажных топлив, и главным процессом стабилизации состава и расхода газовзвеси является предложенная в заявке управляемая внутренняя регенерация теплоты процесса газификации циркуляцией через вихревой поток всей или части горячей золы из четвертой вихревой камеры стабилизации 7 с возвратом всей золы или ее части в первую область вихревого потока газовзвеси (первую вихревую камеру 1), где идет воспламенение, пиролиз и начало газификации топлива. Теплота возврата золы стабилизирует воспламенение и пиролиз топлива при колебаниях его качества (влажности, зольности, теплоты сгорания). Предложенная рециркуляция золы служит также для выжигания или газификации остатка углерода в золе, возвращаемой из последних областей процесса. Циркулирующая зола перемешивается в реакторе со свежей золой и часть этой смеси выносится из реактора с генерируемым горючим газом, а часть золы можно выводить по линии возврата золы мимо реактора, чем обеспечивается управляемость регенерации теплоты и качества горючего газа на выходе.The third, especially important for ash or wet fuels, and the main process of stabilizing the composition and flow rate of a gas suspension is the controllable internal heat recovery of the gasification process proposed in the application by circulating through the vortex stream of all or part of the hot ash from the fourth
При этом в нижней части четвертой вихревой камеры стабилизации 7 происходит постепенное накопление золы, не вынесенной потоком горючего газа из реактора.At the same time, in the lower part of the fourth
Предложена новая схема не только выжигания содержащихся в золе остатков горючих веществ вместе с использования теплоты золы для тепловой стабилизации всего процесса организацией циркуляции золы через реактор, но и снижения тепловых потерь при транспорте этой золы.A new scheme is proposed not only for burning the remaining flammable substances contained in the ash, together with using the heat of the ash for thermal stabilization of the entire process by organizing the circulation of ash through the reactor, but also for reducing heat losses during the transport of this ash.
Установлено, что такая тепловая стабилизация процесса целесообразна, особенно при создании вихревого потока газовзвеси вместе с организацией процесса пиролиза. Для этого организована циркуляция всей или части горячей золы через весь реактор. Целесообразно отбирать для циркуляции золу, уловленную в четвертой вихревой камере стабилизации 7, и возвращать ее неохлажденной в первую вихревую камеру 1, где идет пиролиз и начало газификации с замещением теплотой золы части теплоты сгорания топлива в этой стадии процесса, потраченной на пиролиз и начало газификации, что повысит производительность реактора по горючему газу и повысит тепловой КПД всего процесса.It was established that such thermal stabilization of the process is advisable, especially when creating a vortex flow of a gas suspension together with the organization of the pyrolysis process. For this, all or part of the hot ash is circulated through the entire reactor. It is advisable to select the ash trapped in the
Предусмотрен также отвод избытка циркулирующей золы через накопитель 24 золы, размещенный на линии транспорта золы между последней четвертой вихревой камерой стабилизации 7 и первой вихревой камерой 1, и, в случае необходимости, предусмотрен отвод золы процесса без циркуляции, выводя золу, например, из четвертой области, наряду с выносом золы реактора с горючим газом.There is also provided the removal of excess circulating ash through the
Организация управляемой циркуляции горячей золы дополнительно стабилизирует качество и расход горючего газа.Organization of controlled circulation of hot ash additionally stabilizes the quality and consumption of combustible gas.
В режимах циркуляции золы и с подачей пара на завершение пиролиза смол в последних областях процесса повысится теплота сгорания генерируемого горючего газа, а также улучшится выгорание углерода в золе с его переходом в горючий газ. Для этого предложено ввод золы в первую вихревую камеру 1 организовать через форкамеру 27, которая является продолжением переднего торца первой вихревой камеры 1, формирующей вихревой поток газовзвеси. В эту форкамеру 27 естественной циркуляцией поступают горячие газы из первой вихревой камеры 1, вызывая дополнительный контакт горючих газов с возвратом золы.In the circulation regimes of ash and with the supply of steam to complete the pyrolysis of resins, the heat of combustion of the generated combustible gas will increase in the last areas of the process, as well as the burnout of carbon in the ash will be improved with its transition to combustible gas. To this end, it is proposed that ash be introduced into the
Испытания моделей реактора с горением и газификацией в ходе опытной огневой переработки топлива показали, что содержание горючих веществ в золе при внедрении такого решения обычно снижает содержание горючих веществ в золе при газификации биомассы с 3-6% до 1-1,5%, а при газификации сланцев с зольностью до 60-65%, снижает содержание горючих веществ в их золе даже всего лишь до 0,03-0,14%.Tests of combustion and gasification reactor models during pilot firing of fuels showed that the content of combustible substances in ash when such a solution is introduced usually reduces the content of combustible substances in ash during gasification of biomass from 3-6% to 1-1.5%, and when gasification of oil shale with an ash content of up to 60-65%, reduces the content of combustible substances in their ash even to only 0.03-0.14%.
Для дополнительного повышения теплового КПД процесса потери теплоты стенок реактора осуществляют нагрев воздуха, вводимого в процесс. Нагрев воздуха в зависимости от режима, топлива и схемы движения вдоль стенок конструкций наших реакторов достигает 150-250°С. Весь нагретый таким образом воздух предложено вводить в процесс по всем предусмотренным в реакторе каналам.To further increase the thermal efficiency of the process, the heat loss of the walls of the reactor is carried out by heating the air introduced into the process. Depending on the mode, fuel and movement pattern along the walls of the structures of our reactors, air heating reaches 150-250 ° C. It is proposed that all air heated in this way be introduced into the process through all channels provided in the reactor.
Такой конфигурацией развития вихревого потока газовзвеси в двух последних камерах - в третьей вихревой цилиндрической камере кондиционирования 5 и четвертой вихревой камере стабилизации 7, реализуется новый, разработанный и опробованный технологический прием, который состоит в том, что до выхода горючего газа из четвертой вихревой камеры стабилизации 7 реактора для формирования четвертой области вихревого потока газовзвеси используется часть энергии момента вращения газовзвеси, выносимой из области кондиционирования в четвертую вихревую камеру стабилизации 7. Получен процесс, при котором в четвертой вихревой камере стабилизации 7 реактора возникают пульсации давления, расхода и состава газовзвеси, которые происходят в противофазе таким же пульсациям в третьей вихревой цилиндрической камере кондиционирования 5, нивелируя их влияния на горючий газ при его выходе их реактора.Such a configuration of the development of a gas-particle vortex flow in the last two chambers - in the third cylindrical
Решение такой задачи актуально для всех известных газогенераторов. Например, опытно-промышленная газификация биомассы (опила, шелухи зерновых культур) и некондиционных топлив (торфа, углей нестабильного качества) в ряде моделей реактора с горением показала, что могут возникать значительные колебания качества генерируемого горючего газа и его расхода при выходе из реактора из-за реально неконтролируемых произвольных изменений влажности, зольности, размеров частиц топлива, особенно любой биомассы. А дополнительная выдержка газовзвеси в четвертой вихревой камере стабилизации 7 сгладит дополнительно колебания расхода и состава газовзвеси от долей секунды до 3-5 секунд, стабилизируя расход и качество горючего газа на выходе из реактора. Если одновременно в четвертую вихревую камеру стабилизации 7 вводить корректирующие добавки пара и/или воздуха, то можно дополнительно понизить колебания качества и расхода горючего газа на выходе из реактора.The solution to this problem is relevant for all known gas generators. For example, pilot gasification of biomass (sawdust, grain husks) and substandard fuels (peat, unstable quality coals) in a number of combustion reactor models showed that significant fluctuations in the quality of the generated combustible gas and its flow rate when leaving the reactor for really uncontrolled arbitrary changes in moisture, ash, fuel particle size, especially any biomass. And the additional exposure of the gas suspension in the fourth
Изобретение апробировано на разномасштабных моделях реактора с горением и газификацией твердого топлива и биомассы на нескольких видах твердого топлива и биомассы, таких как шелуха зерновых, опил, отбельная глина производства растительных масел, горючие сланцы, бурый уголь и каменный уголь, их смеси с биомассой и торфом.The invention was tested on different scale models of a reactor with combustion and gasification of solid fuel and biomass using several types of solid fuel and biomass, such as grain husk, sawdust, bleaching clay for the production of vegetable oils, oil shale, brown coal and coal, mixtures thereof with biomass and peat .
Изобретение можно применять для полного или частичного сжигания с внутренней (в самом реакторе) газификацией разных видов твердых топлив, в том числе ухудшенного и нестабильного качества, например горючих сланцев с зольностью до 60-63% и влажностью до 12-13%, а также разнообразной биомассы (отходов переработки древесины и другого сырья растительного происхождения) с зольностью от 1% до 20% и влажностью до 20-25%, с целью использования получаемого горючего газа в любых схемах энергоснабжения, особенно на малых предприятиях или в малых изолированных коммунальных отопительных котельных.The invention can be used for full or partial combustion with internal (in the reactor) gasification of various types of solid fuels, including deteriorated and unstable quality, for example oil shale with ash content of up to 60-63% and humidity up to 12-13%, as well as various biomass (wood processing waste and other raw materials of plant origin) with an ash content of 1% to 20% and humidity up to 20-25%, in order to use the resulting combustible gas in any energy supply schemes, especially in small enterprises or in small isolated communal heating boiler rooms.
При необходимости организовать не только газификацию топлива для получения горючего газа, но и его частичное и/или полное сжигание, включая коррекцию полноты сгорания, следует увеличить ввод дополнительного воздуха через отдельные дополнительные тангенциальные воздушные сопла 15 в первую вихревую камеру 1 и дополнительные тангенциальные воздушные сопла 19 в третью вихревую цилиндрическую камеру 5 (фиг. 3).If necessary, organize not only the gasification of fuel to obtain combustible gas, but also its partial and / or complete combustion, including correction of the completeness of combustion, it is necessary to increase the introduction of additional air through separate additional
Возможна и перспективна реализация изобретения в схемах совместной выработки теплоты и электроэнергии на малых электростанциях систем рассредоточенной газификации и энергообеспечения у изолированных потребителей, а также и на мощных теплоэлектростанциях и в котельных для частичного или полного замещения дорогого энергетического товарного топлива, получаемого с рынков, горючим газом, полученным в заявляемом реакторе из горючих отходов и биомассы по заявляемой технологии.Possible and promising implementation of the invention in schemes for the joint generation of heat and electricity at small power plants of distributed gasification and energy supply systems for isolated consumers, as well as at powerful thermal power plants and boiler houses for the partial or complete replacement of expensive commercial commodity fuels obtained from markets with combustible gas, obtained in the inventive reactor from combustible waste and biomass according to the inventive technology.
Опыт показал, что коммерчески особо выгодна полная газификация твердых, сравнительно сухих отходов, содержащих углерод растительного происхождения или иных горючих отходов, и даже их сжигание для замещения дорогих или экологически опасных ископаемых топлив. Во всех случаях сократятся выбросы в атмосферу известных вредных веществ, а также будет получена экономия перерабатываемого топлива.Experience has shown that the complete gasification of solid, relatively dry waste containing plant-based carbon or other combustible waste, and even burning it to replace expensive or environmentally hazardous fossil fuels, is particularly beneficial commercially. In all cases, emissions of known harmful substances into the atmosphere will be reduced, and savings in reprocessing fuel will be obtained.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014113855/05A RU2577265C2 (en) | 2014-04-08 | 2014-04-08 | Method of vortex gas generation and/or combustion of solid fuels and device for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014113855/05A RU2577265C2 (en) | 2014-04-08 | 2014-04-08 | Method of vortex gas generation and/or combustion of solid fuels and device for its implementation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2014113855A RU2014113855A (en) | 2015-10-20 |
| RU2577265C2 true RU2577265C2 (en) | 2016-03-10 |
Family
ID=54326805
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014113855/05A RU2577265C2 (en) | 2014-04-08 | 2014-04-08 | Method of vortex gas generation and/or combustion of solid fuels and device for its implementation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2577265C2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU170200U1 (en) * | 2017-02-28 | 2017-04-18 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие Экологическое природопользование" | VORTEX GAS GENERATOR FOR GASIFICATION OF FINE-PLANED VEGETABLE RAW MATERIALS |
| RU171149U1 (en) * | 2016-04-28 | 2017-05-22 | Юрий Михайлович Микляев | Pyrolysis Vortex Reactor |
| RU2791574C1 (en) * | 2021-11-24 | 2023-03-10 | Валерий Никодимович Драгомиров | Method for in-line staged thermochemical destruction of carbon-containing substances and device for its implementation |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1987001432A1 (en) * | 1985-09-04 | 1987-03-12 | Power Generating, Inc. | Pressurized cyclonic combustion method and burner for particulate solid fuels |
| RU2293108C1 (en) * | 2005-09-30 | 2007-02-10 | ООО "Вихревые системы" | Method of production of producer gas and device for realization of this method |
| US7819070B2 (en) * | 2005-07-15 | 2010-10-26 | Jc Enviro Enterprises Corp. | Method and apparatus for generating combustible synthesis gas |
| RU2469073C1 (en) * | 2011-08-17 | 2012-12-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Вихревые газовые системы" | Method of producing generator gas from plant material |
| RU2499955C1 (en) * | 2012-07-02 | 2013-11-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Вихревые газовые системы" | Method of vortex combustion and/or gas generation of solid fuels and reactor for its realisation |
-
2014
- 2014-04-08 RU RU2014113855/05A patent/RU2577265C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1987001432A1 (en) * | 1985-09-04 | 1987-03-12 | Power Generating, Inc. | Pressurized cyclonic combustion method and burner for particulate solid fuels |
| US7819070B2 (en) * | 2005-07-15 | 2010-10-26 | Jc Enviro Enterprises Corp. | Method and apparatus for generating combustible synthesis gas |
| RU2293108C1 (en) * | 2005-09-30 | 2007-02-10 | ООО "Вихревые системы" | Method of production of producer gas and device for realization of this method |
| RU2469073C1 (en) * | 2011-08-17 | 2012-12-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Вихревые газовые системы" | Method of producing generator gas from plant material |
| RU2499955C1 (en) * | 2012-07-02 | 2013-11-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Вихревые газовые системы" | Method of vortex combustion and/or gas generation of solid fuels and reactor for its realisation |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU171149U1 (en) * | 2016-04-28 | 2017-05-22 | Юрий Михайлович Микляев | Pyrolysis Vortex Reactor |
| RU170200U1 (en) * | 2017-02-28 | 2017-04-18 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие Экологическое природопользование" | VORTEX GAS GENERATOR FOR GASIFICATION OF FINE-PLANED VEGETABLE RAW MATERIALS |
| RU2791574C1 (en) * | 2021-11-24 | 2023-03-10 | Валерий Никодимович Драгомиров | Method for in-line staged thermochemical destruction of carbon-containing substances and device for its implementation |
| RU218323U1 (en) * | 2023-03-22 | 2023-05-22 | Публичное акционерное общество "Федеральная гидрогенерирующая компания - РусГидро" (ПАО "РусГидро") | Device for vortex gas generation of fine fuels |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2014113855A (en) | 2015-10-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2525491C2 (en) | Method and system of obtaining synthesis-gas from biomass by carbonisation | |
| EP0920485B1 (en) | Method and apparatus for utilizing biofuel or waste material in energy production | |
| CA1271326A (en) | Fluid bed hog fuel dryer | |
| KR20100015559A (en) | Gasifier | |
| US10538433B2 (en) | Activated carbon production at biomass-fueled steam/electric power plants | |
| JP2019515996A5 (en) | ||
| RU2627865C1 (en) | Production method of synthetic gas from low-calorial brown coals with high-ash and device for its implementation | |
| RU2577265C2 (en) | Method of vortex gas generation and/or combustion of solid fuels and device for its implementation | |
| RU2499955C1 (en) | Method of vortex combustion and/or gas generation of solid fuels and reactor for its realisation | |
| CN205590629U (en) | Biomass gasification device and system | |
| RU2632812C2 (en) | Plant for thermochemical processing of carbonaceous raw material | |
| CN105779009A (en) | Biomass gasifying device, system and technology | |
| EA025090B1 (en) | Coal conversion method | |
| CN104152184B (en) | Biomass whirlwind pyrolysis-suspension combustion combined gasification equipment and gasification process thereof | |
| CN110791322A (en) | Biomass comprehensive utilization system and method | |
| CN108659887A (en) | A kind of system and method for the low-quality coal plasma gasification combustion gas of blended burning of coal fired boiler | |
| WO2013140418A1 (en) | Multi-condition thermochemical gas reactor | |
| Suranani et al. | Combustion characteristics of sawdust in a bubbling fluidized bed | |
| WO2017176220A1 (en) | Recycling of industrial and organic wastes that contain energy by innovative gasification method | |
| Ninduangdee et al. | Co-combustion of rice husk pellets and moisturized rice husk in a fluidized-bed combustor using fuel staging at a conventional air supply | |
| CN102134496B (en) | Solid fuel pneumatic conveying heating method and system capable of controlling content of ash combustible | |
| RU2241904C1 (en) | Complex for processing solid fuel on bioresources base and producing thermal energy | |
| RU74918U1 (en) | SOLID FUEL CONVERSION INSTALLATION (OPTIONS) | |
| Manop et al. | Temperature Distribution and Combustion Characteristics of Rice Husks in a Fluidized Bed Combustor | |
| RU2320921C1 (en) | Method of discrete combustion of biomass and producing fuel gas for boiler equipment |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180409 |