RU2670506C2 - Разжигающее факельное устройство - Google Patents

Разжигающее факельное устройство Download PDF

Info

Publication number
RU2670506C2
RU2670506C2 RU2014145890A RU2014145890A RU2670506C2 RU 2670506 C2 RU2670506 C2 RU 2670506C2 RU 2014145890 A RU2014145890 A RU 2014145890A RU 2014145890 A RU2014145890 A RU 2014145890A RU 2670506 C2 RU2670506 C2 RU 2670506C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
combustible material
tuyere
air
flare
plasma
Prior art date
Application number
RU2014145890A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2014145890A (ru
Inventor
Джеймс САНТОИАННИ
Александр ГОРОДЕЦКИЙ
Original Assignee
АЛЬТЕР ЭнЭрДжи КОРП.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by АЛЬТЕР ЭнЭрДжи КОРП. filed Critical АЛЬТЕР ЭнЭрДжи КОРП.
Publication of RU2014145890A publication Critical patent/RU2014145890A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2670506C2 publication Critical patent/RU2670506C2/ru

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
    • F23D14/66—Preheating the combustion air or gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/20—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone
    • F23D14/22—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone with separate air and gas feed ducts, e.g. with ducts running parallel or crossing each other
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
    • F23D14/72—Safety devices, e.g. operative in case of failure of gas supply
    • F23D14/78—Cooling burner parts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23K—FEEDING FUEL TO COMBUSTION APPARATUS
    • F23K3/00—Feeding or distributing of lump or pulverulent fuel to combustion apparatus
    • F23K3/06—Feeding or distributing of lump or pulverulent fuel to combustion apparatus for shaft-type furnaces
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L15/00—Heating of air supplied for combustion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B1/00—Shaft or like vertical or substantially vertical furnaces
    • F27B1/10—Details, accessories, or equipment peculiar to furnaces of these types
    • F27B1/16—Arrangements of tuyeres
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/26—Plasma torches
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/34—Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Gasification And Melting Of Waste (AREA)
  • Furnace Details (AREA)
  • Vertical, Hearth, Or Arc Furnaces (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для предварительного нагрева реактора плазменной газификации. Устройство содержит фурму, плазменное факельное устройство, установленное для инжектирования горячего газа в фурму, множество сопел, выполненных с возможностью инжектирования горючего материала в фурму для сгорания горючего материала в фурме, и первую камеру повышенного давления, установленную вокруг по меньшей мере участка фурмы и сообщающуюся по текучей среде с множеством сопел, при этом сопла подают горючий материал ниже по потоку от плазменного факела, создаваемого факельным устройством, обеспечивая в результате сопловое смешивание и сгорание воздуха и горючего материала с помощью плазменного факела. Изобретение позволяет создать безопасные при эксплуатации горелки. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к плазменным факельным устройствам, которые можно применять в комбинации с реакторами для газификации или остеклования широкого спектра материалов.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Реакторы плазменной газификации (иногда называемые PGR) относятся к реакторам пиролитического типа, известным в технике и применяемым для обработки любого из широкого спектра материалов, включающих в себя, например, металлолом, опасные отходы, другие бытовые или промышленные отходы и материалы захоронения, и растительные отходы или биомассу для выделения полезных материалов, например, металлов, или синтетического газа (синтез-газ), или для остеклования нежелательных отходов для упрощения утилизации. В настоящем описании «реакторами плазменной газификации» или «PGR» называются реакторы одинакового общего типа, применяемые для газификации и/или остеклования. Если иное не следует из контекста, такие термины, как "газификатор" или "газификация", используемые в данном документе, можно понимать применимыми альтернативно или в дополнение к терминам "устройство остеклования" или "остеклование" и наоборот.
Реакторы плазменной газификации и их различные варианты применения описаны, например, в патентном документе США № 7632394, Dighe et al., выданном 15 декабря 2009 г., под названием "System and Process for Upgrading Heavy Hydrocarbons", опубликованной патентной заявке США № 2009/0307974, Dighe et al., под названием "System and Process for Reduction of Greenhouse Gas и Conversion of Biomass" и опубликованной патентной заявке США № 2010/0199557, Dighe et al. под названием "Plasma Gasification Reactor", все из которых включены в виде ссылки в данном документе в части их описаний реакторов плазменной газификации и способов, применяемых на них.
Тепло от электрической дуги можно подавать в вагранку, печь или другой аппарат для улучшения его работы, создавая высокотемпературный газовый поток, который может являться либо окисляющим или восстанавливающим и может также смешиваться с дисперсным материалом. Электрическую дугу можно создавать в плазменном факельном устройстве, где электрическая дуга ионизирует газ, который выбрасывается из конца факельного устройства, получая поток горячего газа, который обычно работает в диапазоне температур, например, 10000°F или 5538°C.
Обычно указанные корпуса реакторов должны предварительно нагреваться во время розжига. В их состав могут быть включены горелки, работающие на природном газе или других горючих текучих средах, для выполнения предварительного нагрева. Такие горелки могут быть убраны по завершении предварительного нагрева. Такие горелки могут также требовать выделенных окон на реакторе для своей установки и удаления и могут создавать эксплуатационные проблемы по обеспечению своей безопасной работы. Требуется иметь альтернативный способ предварительного нагрева реактора.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В одном аспекте устройство включает в себя фурму, плазменное факельное устройство, установленное для инжектирования горячего газа в фурму, и множество сопел, выполненных с возможностью инжектирования горючего материала в фурму для сгорания горючего материала в фурме.
В другом аспекте способ включает в себя: инжектирование горючего материала во множество фурм в стенке корпуса реактора, применение плазменного факельного устройства для инжектирования горячего газа в фурмы для воспламенения горючего материала и направление тепла от сгорания горючего материала в корпус реактора для предварительного нагрева корпуса реактора. Воздух завесы можно использовать для охлаждения стенок камеры, а также подачи воздуха в достаточном количестве для сгорания горючего материала.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг. 1 показан вид сбоку, частично в виде сечения, примера реактора плазменной газификации.
На фиг. 2 показан вид сбоку, частично в виде сечения, плазменного факельного устройства и связанной с ним фурмы.
На фиг. 3 показан вид сбоку, частично в виде сечения, фурмы.
На фиг. 4 показано сечение фурмы согласно фиг. 3 по линии 4-4.
На фиг. 5 и 6 показаны виды сбоку, частично в виде сечения, другого плазменного факельного устройства и связанной с ним фурмы.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В одном аспекте настоящее изобретение относится к компоновкам плазменного факельного устройства, которые могут использоваться для предварительного нагрева корпуса реактора, например, реактора газификации или остеклования. Такие компоновки плазменного факельного устройства в некоторых случаях называются в данном документе разжигающими факельными устройствами.
На фиг. 1 показан пример реактора плазменной газификации (PGR), который может использоваться для газификации и/или остеклования различных перерабатываемых материалов. В одном режиме работы такой реактор плазменной газификации применяют для газификации материала для получения синтетического газа из загружаемого материала. Загружаемый материал может включать в себя, например, один или несколько материалов, таких как биомасса, коммунально-бытовые твердые отходы (ТБО), уголь, промышленные отходы, медицинские отходы, опасные отходы, автомобильные шины и золу от сжигания мусора. В некоторых установках реактор плазменной газификации может производить синтетический газ, содержащий достаточные количества водорода и окиси углерода, делающие целесообразным его использование в качестве топлива.
Реактор согласно фиг. 1, показанный с продольным сечением в правой половине, имеет корпус, печь или вагранку 10, в общем включающую в себя стальную оболочку 12, футерованную жаропрочным материалом 14. Одно или несколько окон 16 предусмотрены для ввода перерабатываемого материала в корпус реактора. Нижний участок 18 содержит слой шихты, также называемый углеродосодержащим слоем 19, над которым расположена секция слоя загрузки перерабатываемого материала, например, биомассы, коммунально-бытовых твердых отходов (ТБО), угля, промышленных отходов, медицинских отходов, опасных отходов, автомобильных шин и/или золы от сжигания мусора, с зоной 20 шахты печи над слоем шихты. Зона шахты печи проходит вверх до перекрытия 22. Один или несколько выпусков, таких как труба 24, используются для выпуска синтетического газа из корпуса. Корпус может включать в себя зону частичного водяного охлаждения в верхнем участке или вблизи него.
Участок 18 корпуса 10 реактора, окружающий углеродосодержащий слой, имеет одно или несколько (обычно два - восемь) сопел 26 (в некоторых случаях альтернативно называются окнами или фурмами), соединенных со сходным числом плазменных факельных устройств (не показано) для инжектирования газа, нагретого до состояния высокотемпературной плазмы, в углеродосодержащий слой и/или слой шихты. Плазменные сопла 26 можно в дополнение выполнить с возможностью ввода требуемого дополнительного перерабатываемого материала, например, газа или жидкости (например, пара) или некоторых твердых частиц, для реакций в углеродосодержащем слое с материалом слоя шихты. Корпус 10 реактора может также содержать расплавленный шлак на дне и включает в себя выпуск 28 расплавленного шлака, также называемый леткой.
Часть корпуса 10 реактора, расположенная вокруг слоя шихты и выше углеродосодержащего слоя, дополнительно может включать в себя некоторые дополнительные сопла или фурмы 30, 32, 34, 36, которые обычно не содержат плазменных факельных устройств, но обеспечивают ввод в слой шихты дополнительного перерабатываемого материала, если требуется, например, материалов в форме газа, жидкости или твердых частиц.
Зона 20 шахты корпуса реактора в данном примере выполнена с одним или несколькими загрузочными воронками 16 перерабатываемого материала. Здесь одна загрузочная воронка 16 показана в боковой стенке. Чаще одну или несколько загрузочных воронок устанавливают в разных местах в боковой стенке корпуса 10 реактора или перекрытия 22 для укладки загружаемого материала вначале на углеродосодержащий слой, а также для добавления во время работы реактора к слою шихты при уменьшении объема перерабатываемого материала по ходу реакций, проходящих в реакторе.
Перекрытие 22 перекрывает сверху весь корпус 10 реактора за исключением одного или нескольких выпускных окон 24 для газообразных продуктов реакции (например, синтетического газа), выходящих из корпуса 10 реактора. Газовые выпускные окна могут различными способами создаваться либо в перекрытии 22 или в боковой стенке корпуса 10 реактора. В случае если загружаемый материал, вводимый через какие-либо загрузочные воронки, включает в себя твердые частицы, может потребоваться установка газовых выпускных окон 24 на достаточном удалении от места входа загружаемого материала для предотвращения чрезмерного выхода непрореагировавших твердых частиц через газовые выпускные окна.
Окна, подающие сопла и фурмы, применяются для инжектирования различных материалов или газов в реактор в зависимости от процессов, проводимых в реакторе. В одном примере материал, подлежащий переработке, такой как коммунально-бытовые отходы, вводится через окно 16 и падает на углеродосодержащий слой в нижнем участке 18 корпуса реактора. Множество плазменных факельных устройств, соединенных с фурмами, такими как фурма 26, применяются для инжектирования горячих газов для нагрева углеродосодержащего слоя и материала, подлежащего переработке. Полученные газы могут выпускаться через одно или несколько окон, например, окно 24. Шлак выпускается через окно 28. На практике корпус реактора может включать в себя другие элементы, не существенные для настоящего изобретения. Настоящее изобретение вместе с тем не ограничивается реакторами такой конфигурации. Перед вводом перерабатываемого материала технологический аппарат с жаропрочной футеровкой должен предварительно нагреваться до своей рабочей температуры. В дополнение углеродосодержащий слой 19 требует предварительного нагрева. Компоновки факельного устройства/фурмы, описанные в данном документе, включают в себя средство для использования горючего материала для предварительного нагрева аппарата и углеродосодержащего слоя.
На фиг. 2 показан вид сбоку, частично в виде сечения, компоновки разжигающего факельного устройства, включающей в себя плазменное факельное устройство 40 и связанное с ним сопло или фурму 26. На фиг. 3 показан вид сбоку, частично в виде сечения, фурмы согласно фиг. 2. Фурма содержит трубчатую камеру 42, футерованную одним или несколькими слоями жаропрочного материала 44, который может окружать охлаждающая рубашка 46, или охлаждающая спираль, через которую пропускается охлаждающая текучая среда, например, вода. В варианте осуществления согласно фиг. 2 внутреннее отверстие камеры сужается так, что площадь сечения отверстия является большей на конце, смежном с факельным устройством, чем площадь сечения выпуска камеры. Данная сужающаяся форма может создаваться внутренней поверхностью камеры в виде усеченного конуса. Камера 42 включает в себя один конец 48, установленный проходящим в корпус 10 реактора. Плазменное факельное устройство 40 установлено смежно со вторым концом 50 камеры 42, противоположным концу (или выпуску), который открывается в корпус реактора. Камера повышенного давления, не показанная здесь, может также устанавливаться смежно с камерой. Камера повышенного давления может выполняться с возможностью инжектирования газа завесы, например, воздуха, смежно со стенкой 52 камеры. В одном примере фланец, смежный с концом 50, может включать в себя каналы прохода потока воздуха, который направляет газ завесы в фурму. В таком случае сам фланец действует как камера повышенного давления или блок головок завесы. Газ завесы защищает жаропрочный материал 44 футеровки стены камеры от экстремальных температур горячих газов, выходящих из сопла 54 плазменного факельного устройства. В данном примере трубчатая камера сужается так, что конец, открытый в корпус реактора, меньше конца, смежного с камерой повышенного давления. Вместе с тем изобретение не ограничено сужающимися трубчатыми камерами. Например, в других вариантах осуществления камера может иметь цилиндрическое внутреннее отверстие.
Различные конструкции для ввода газовой завесы в камеры или фурмы показаны в патенте США № 4761793, Dighe et al., "Plasma Fired Feed Nozzle", который здесь включен в виде ссылки.
В одном варианте осуществления газ завесы может вводиться в камеру в направлении, тангенциальном относительно стенки камеры, так что газ завесы следует по спиральному пути вдоль стены камеры при проходе к корпусу реактора. В другом варианте осуществления газ завесы может инжектироваться в аксиальном направлении. Плазменное факельное устройство, такое как Мarc-11, производимое Westinghouse Plasma Corporation, подразделение Alter NRG Corp., имеет плазменное сопло 54, которое проходит в камеру для создания выброса подобного пламени перегретого газа в центральный участок камеры. Температура перегретого газа, входящего в камеру, может находиться, например, в диапазоне 10000°F (5538°C).
Множество подающих сопел 56, 58 расположены в сообщении по текучей среде с камерой. В одном варианте осуществления подающие сопла направлены перпендикулярно оси 60 камеры. В другом варианте осуществления подающие сопла могут образовывать острый угол с осью камеры. Подающие сопла применяются для инжектирования горючего материала (такого, например, как природный газ, топочный мазут, жидкое топливо других видов или угольная мелочь с помощью пневмоподачи) в камеру. Подающие сопла 56, 58 можно устанавливать в различных местах вдоль стенки камеры.
Как показано на фиг. 2, камера может проходить по меньшей мере частично через жаропрочную футеровку корпуса реактора, или камера может упираться в наружную поверхность стенки корпуса реактора, когда имеется проем в стенке корпуса и жаропрочная футеровка, совмещенная с открытым концом камеры.
В некоторых вариантах осуществления камера может включать в себя стенки, которые сужаются в направлении внутрь к открытому концу, с кольцевым отверстием 62 между жаропрочной стенкой и соплом плазменного факельного устройства. Тангенциально расположенная камера повышенного давления газа завесы обеспечивает вихреобразное перемещение газа завесы, входящего в камеру повышенного давления, создавая профиль температуры на интервале камеры, которая существенно выше на центральном участке, чем смежно со стенками.
Жаропрочный материал, смежный со стенкой камеры, может быть выполнен из двух или больше жаропрочных гильз, облегчающих замену внутренней футеровки, которая подвергается износу. Труба 64 выполнена с возможностью подачи горючего материала в камеру 68 повышенного давления, соединенную с соплами 56, 58. Труба 66 выполнена с возможностью подачи хладагента в охлаждающую рубашку. Линия возврата охлаждающей воды не показана.
На фиг. 4 показано сечение фурмы согласно фиг. 3 по линии 4-4. На фиг. 4 показаны сопла 56, 58 для инжектирования горючего газа радиально в фурму. Для создания источника вспомогательного нагрева корпуса реактора горючий материал, который инжектируется через сопла 56, 58, может воспламеняться плазменным факельным устройством, и полученное тепло направляется в аппарат для нагрева жаропрочного покрытия или к углеродосодержащему слою, когда углеродосодержащий слой помещен в аппарат.
На фиг. 5 и 6 показаны виды сбоку, частично в виде сечения, другой компоновки разжигающего факельного устройства, включающей в себя компоновку 70 плазменного факельного устройства и связанного с ней сопла или фурмы 72. Сопло содержит трубчатую камеру 74, по меньшей мере частично футерованную одним или несколькими слоями жаропрочного материала 76. Шпиндель 78 образует внутреннюю поверхность или стенку 80 камеры. Шпиндель по меньшей мере частично окружен охлаждающей рубашкой 82 или охлаждающей спиралью, через которую пропускается охлаждающая текучая среда, например, вода. В варианте осуществления согласно фиг. 5 и 6 камера 74 включает в себя один конец 84, установленный для прохода в корпус 10 реактора. Компоновка плазменного факельного устройства включает в себя факельное устройство 116, которое имеет трубчатую конструкцию и проходит в фурму и установлено смежно с выпускным концом камеры 74, который открывается в корпус реактора. Компоновка плазменного факельного устройства дополнительно включает в себя головку 71 завесы, которая применяется для инжектирования газа завесы вокруг трубчатой конструкции факельного устройства. Головка завесы в данном варианте осуществления включает в себя конструкцию 73 тройника с впуском 75 и выпуском 86. Кольцевое пространство 88 установлено смежно со вторым концом камеры. Блок головок завесы выполнен с возможностью инжектирования газа завесы, например, воздуха, смежно со стенкой 80 камеры. В одном примере фланец 90, смежный с концом 86, может включать в себя каналы прохода для потока воздуха, который направляет газ завесы в фурму. В таком случае сам фланец действует как камера повышенного давления или блок головок завесы. Газ завесы защищает стенку камеры и жаропрочный материал 76 футеровки стен камеры от экстремальных температур горячих газов, выходящих из сопла 92 плазменного факельного устройства. В данном примере жаропрочный материал футеровки сужается так, что конец 94, открытый в корпус реактора, меньше конца 96 выше по потоку. Данную конфигурацию используют, когда требуется увеличить скорость смешанных газов, покидающих фурму; вместе с тем прямые выпуски и/или расходящиеся выпуски не исключаются, конкретное исполнение зависит от требуемой работы газов плазменного нагрева.
Газ завесы можно вводить в камеру в направлении, тангенциальном относительно стенок камеры, так что газ завесы следует по спиральному пути вдоль стенки камеры при проходе к корпусу реактора. Плазменное факельное устройство создает выброс подобного пламени перегретого газа в центральный участок камеры. Факельное устройство в данном варианте осуществления имеет трубчатую конфигурацию, которая обеспечивает вставление факельного устройства полностью в фурму и создание плазменного факела весьма близко к выходу из фурмы. В одном примере можно использовать плазменное факельное устройство, такое как Мarc-3, производимое Westinghouse Plasma Corporation, подразделение Alter NRG Corp.. Конец факельного устройства можно втапливать только на несколько дюймов (1 дюйм = 25 мм) от выпускного конца фурмы. Температура перегретого газа плазменного факела, входящего в камеру, может находиться, например, в диапазоне 10000°F (5538°C).
Труба 98, установленная вокруг по меньшей мере участка шпинделя, образует камеру 100 повышенного давления. Горючий материал можно инжектировать в камеру повышенного давления через трубу 102. Множество отверстий 104, 106, 108 и 110 в стенке шпинделя служат подающими соплами для инжектирования горючего материала в камеру. В одном варианте осуществления подающие сопла выполнены с возможностью направления горючего материала перпендикулярно оси 112 камеры. В другом варианте осуществления подающие сопла могут образовывать острый угол с осью камеры. Подающие сопла используются для инжектирования горючего материала (такого, например, как природный газ, топочный мазут, жидкое топливо других видов или угольная мелочь с помощью пневмоподачи) в камеру. В данном примере подающие сопла установлены выше по потоку от охлаждающей спирали, вместе с тем в других вариантах осуществления подающие сопла можно устанавливать в различных местах вдоль стенки камеры. Труба 114 выполнена с возможностью подачи хладагента в охлаждающую рубашку, а труба 118 выполнена с возможностью возвращения хладагента в систему водяного охлаждения фурмы.
Плазменное факельное устройство 116 установлено вдоль оси камеры. В данном варианте осуществления плазменное факельное устройство выполнено с возможностью подачи плазменного факела на место вблизи выхода фурмы. Сходящийся выход 84 из сопла улучшает смешивание нагретых газов плазмы с газами завесы и инжектируемыми составляющими, подаваемыми по трубе 102. В дополнение данное сопло увеличивает скорость выходящих газов для увеличения проникновения в углеродосодержащий слой.
Камера фурмы может проходить по меньшей мере частично через жаропрочную футеровку корпуса реактора или камера может упираться в наружную поверхность стенки корпуса реактора, когда имеется проем в стенке корпуса и жаропрочная футеровка, которая совмещена с открытым концом камеры.
Тангенциально расположенная камера повышенного давления газа завесы обеспечивает вихреобразное перемещение газа завесы, входящего в камеру повышенного давления, создавая профиль температуры в интервале камеры, который существенно выше на центральном участке, чем смежно со стенками. Жаропрочный материал, смежный со стенкой камеры, может быть выполнен из двух или больше жаропрочных гильз, облегчающих замену внутренней футеровки, которая подвергается износу.
В описанных вариантах осуществления горячие газы из плазменного факельного устройства можно использовать для воспламенения горючего материала в фурме. По существу, факельное устройство может действовать как стационарный запальник. При этом не требуется датчик пламени.
Альтернативно отдельный воспламенитель можно оборудовать в фурме. В таком случае завеса действует по существу как горелка. При использовании природного газа в качестве горючего материала также возникает потребность в способе подтверждения наличия пламени и сгорания природного газа, например, мониторинга пламени с помощью штыря пламени или аналогичного устройства. Воспламенитель и стержень/сканер пламени должны размещаться в канале прохода через сопло фурмы и проходить через охлаждающую рубашку фурмы в камеру 74.
Разжигающие факельные устройства можно использовать в прогретом корпусе реактора на холостом ходу, что невозможно при разжигающих горелках, которые обычно удаляют после начального прогрева жаропрочной футеровки. В дополнение разжигающие факельные устройства можно использовать для вспомогательного нагрева нижней части в любое время. Разжигающие факельные устройства могут также подавать эквивалентную факельную энергию во время удаления факельного устройства, если требуется. Кроме того, разжигающие факельные устройства могут обеспечивать повторный запуск при пониженной температуре (ниже горячего холостого хода) до того, как требуется повторная установка отдельных верхних горелок.
Когда плазменное факельное устройство применяют в качестве стационарного запальника, следует выполнять условия "факельное устройство включено" и "воздушная завеса включена" перед вводом горючего материала. То есть горючий материал не должен вводиться до ввода в заданном объеме воздуха завесы и включения в работу факельного устройства. Указанное гарантирует, что, когда вводят горючий материал, условия являются адекватными для сжигания. Расход горючего материала можно устанавливать согласно интенсивности подачи воздуха завесы. Лишний воздух является объемом воздуха, превышающим стехиометрический объем воздуха, необходимый для полного сгорания. Подачу горючего материала можно перекрывать в ответ на прекращение работы факельного устройства, прекращение подачи воздуха или отклонения в составе дымового газа. Можно осуществлять мониторинг состава дымового газа для подтверждения сгорания до достижения температуры самовоспламенения. Вычисленное содержание кислорода и двуокись углерода в дымовом газе на основе входных объемов воздуха и топлива можно сравнивать с измеренными значениями в дымовом газе.
Можно оборудовать блокировочные устройства для управления работой разжигающего факельного устройства. Данные блокировочные устройства могут иметь в своей основе жесткую программу или программируемый логический контроллер. Если выключено электропитание факельного устройства или если не подается воздух завесы, должна предотвращаться подача горючего материала в фурму. Горючий материал не должен вводиться до получения достаточного объема воздуха завесы и работы факельного устройства, гарантирующих удовлетворительные условия для сгорания при вводе горючего материала. Альтернативно, если реализована возможность оборудования воспламенителя/датчика пламени, можно задействовать стандартный протокол управления горелкой для разжигания и работы фурмы как обычной горелки.
Можно осуществлять мониторинг состава газа на выходе из аппарата. Если горючий материал является природным газом и метан присутствует в выходном газе, значит, природный газ не полностью сгорает в аппарате, и, очевидно, имеется проблема, требующая разрешения (например, недостаточная подача воздуха, отсутствие источника воспламенения,… и т. д.). В вариантах осуществления, где отсутствует устройство обнаружения пламени (например, датчик ультрафиолетового излучения или штыревой датчик пламени), в дополнение к обеспечению включенного состояния факельного устройства и надлежащего соотношения воздуха и топлива, обеспечивающего сгорание, можно вычислять состав дымового газа на основе общих измеренных значений для воздуха и топлива, поступающих в аппарат, и измеренных значений, сравниваемых с данным вычислением (например, % CО2 и % О2), в качестве дополнительной проверки обеспечения безопасности, показывающей, что топливо действительно сгорает. Когда процесс имеет температуру выше температуры самовоспламенения для горючего материала (например, 1400°F (760°С) для природного газа, которая включает в себя запас по безопасности), источник воспламенения (факельное устройство) можно отключить, и сгорание должно обеспечиваться, пока соотношение воздуха и топлива является правильным. Кислород в дымовом газе указывает избыточную подачу воздуха, которая желательна только при разжигании. CO2 (вместо CO) указывает на полное сгорание топлива.
Условия высокой турбулентности вблизи выхода из фурмы обеспечивают отличное смешивание горючего материала и воздуха. Здесь не требуется предварительное смешивание топлива/воздуха в пространстве завесы фурмы.
Применяя разжигающие факельные устройства, можно исключить нижние разжигающие горелки и связанные с ними перекрытие фурм и плазменных факельных устройств в нижней секции газификатора или аппарата остеклования. Применяя разжигающие факельные устройства, также можно исключить требование установки и удаления нижних разжигающих горелок, таким образом исключая необходимость системы удаления нижних горелок, для осуществления манипуляций краном с тяжелыми горелками, выпуская некоторые излишки верхнего погона в данной зоне. Указанное может давать экономию времени при разжигании.
В одном варианте осуществления разжигающие факельные устройства могут подавать, например, 10 MMBTU/Hr (10×106 британских единиц теплоты/час) (10,5 ГДж/час) общей теплоты на днище реактора. Данный вариант осуществления должен включать в себя три фурмы для разжигания с разжигающими факельными устройствами, имеющими следующие рабочие параметры:
3,33 MMBTU/Hr (3,33×106 британских единиц теплоты/час) каждое (3,51 ГДж/час),
23000 BTU/lb (британских единиц теплоты/фунт) природный газ высокой теплотворной способности (53500 кДж/кг),
145 lb/hr (фунт/час) природного газа на фурму (65,8 кг/час),
16,88 lb (фунт) воздуха/Lb (фунт) природного газа (16,88 кг воздуха /кг природного газа),
2450 lb/hr (фунт/час) воздуха на фурму (стехиометрия) (1111 кг/час),
3670 lb/hr (фунт/час) доступного воздуха (1665 кг/час).
В то время как конкретные аспекты изобретения описаны выше для иллюстрации, специалисту в данной области техники должно быть понятно, что могут быть выполнены многочисленные изменения деталей настоящего изобретения без отхода от изобретения, определенного в прилагаемой формуле изобретения.

Claims (21)

1. Разжигающее факельное устройство, содержащее фурму, плазменное факельное устройство, установленное для инжектирования горячего газа в фурму, множество сопел, выполненных с возможностью инжектирования горючего материала в фурму для сгорания горючего материала в фурме, и первую камеру повышенного давления, установленную вокруг по меньшей мере участка фурмы и сообщающуюся по текучей среде со множеством сопел, которые подают горючий материал ниже по потоку от плазменного факела, создаваемого факельным устройством, с обеспечением соплового смешивания и сгорания воздуха и горючего материала с помощью плазменного факела.
2. Устройство по п.1, дополнительно содержащее вторую камеру повышенного давления, выполненную с возможностью инжектирования газа завесы смежно со стенкой фурмы.
3. Устройство по п.1, дополнительно содержащее гильзу из жаропрочного материала, установленную смежно по меньшей мере с участком стены фурмы, смежным с выпускным концом.
4. Устройство по п.1, дополнительно содержащее охлаждающую спираль, установленную вокруг по меньшей мере участка фурмы.
5. Устройство по п.1, в котором фурма сужается смежно с выпускным концом.
6. Устройство по п.1, которое выполнено с возможностью установки в корпусе реактора.
7. Устройство по п.1, в котором плазменное факельное устройство установлено смежно с выпускным концом фурмы.
8. Устройство по п.1, в котором сопла упомянутого множества сопел подают горючий материал выше по потоку от плазменного факела, создаваемого факельным устройством, обеспечивая предварительное смешивание воздуха завесы и горючего материала перед воспламенением плазменным факелом.
9. Способ предварительного нагрева реактора плазменной газификации, включающий
- инжектирование горючего материала во множество фурм в стенке корпуса реактора;
- инжектирование горячего газа в фурмы для воспламенения горючего материала посредством плазменного факельного устройства;
- направление тепла от сгорания горючего материала в корпус реактора для предварительного нагрева корпуса реактора; и
мониторинг состава дымового газа для подтверждения сгорания до достижения температуры самовоспламенения горючего материала.
10. Способ по п.9, в котором применяют воздушную завесу для охлаждения стенок фурм и подачи воздуха в достаточном количестве для сгорания горючего материала.
11. Способ по п.10, в котором воздух завесы вводят в фурму перед инжектированием горючего материала.
12. Способ по п.10, в котором расход горючего материала устанавливают по количеству воздуха завесы.
13. Способ по п.10, в котором вычисленные количества кислорода и двуокиси углерода на основе количества ввода воздуха завесы и горючего материала сравнивают с измеренными значениями в дымовом газе.
14. Способ по п.9, в котором плазменное факельное устройство отключают по достижении температуры самовоспламенения для горючего материала в первой камере.
15. Способ по п.10, в котором воздух завесы инжектируют в тангенциальном направлении для смешивания воздуха завесы с горючими инжектируемыми газами.
16. Способ по п.10, в котором корпус факельного устройства установлен в фурме с возможностью увеличения скорости воздуха завесы в кольцевом пространстве, образованном между факельным устройством и фурмой.
17. Способ по п.16, в котором улучшают охлаждение фурмы и смешивание горючего материала путем увеличения скорости воздуха завесы.
RU2014145890A 2012-04-17 2013-04-16 Разжигающее факельное устройство RU2670506C2 (ru)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201261625398P 2012-04-17 2012-04-17
US61/625,398 2012-04-17
US13/860,662 US9574770B2 (en) 2012-04-17 2013-04-11 Start-up torch
US13/860,662 2013-04-11
PCT/CA2013/050292 WO2013155625A1 (en) 2012-04-17 2013-04-16 Start-up torch

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2014145890A RU2014145890A (ru) 2016-06-10
RU2670506C2 true RU2670506C2 (ru) 2018-10-23

Family

ID=49325410

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014145890A RU2670506C2 (ru) 2012-04-17 2013-04-16 Разжигающее факельное устройство

Country Status (8)

Country Link
US (2) US9574770B2 (ru)
EP (1) EP2839231A4 (ru)
CN (1) CN104302997B (ru)
CA (1) CA2869808A1 (ru)
HK (1) HK1205243A1 (ru)
RU (1) RU2670506C2 (ru)
SG (1) SG11201406657XA (ru)
WO (1) WO2013155625A1 (ru)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5968247B2 (ja) * 2013-02-08 2016-08-10 三菱日立パワーシステムズ株式会社 バーナおよび燃焼炉ならびにバーナの組立方法およびバーナの補修方法
US10302300B2 (en) * 2014-05-27 2019-05-28 General Electric Company Feed injector system
DE102015219862A1 (de) * 2015-10-13 2017-04-13 Deutsche Lufthansa Ag Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung von Synthesegas
US20170342338A1 (en) * 2016-05-26 2017-11-30 Alter Nrg Corp. Retractable plasma torch for gasification reactors
JP6716422B2 (ja) * 2016-10-21 2020-07-01 三菱日立パワーシステムズ株式会社 バーナ装置、バーナ装置の冷却管破損検出方法、およびバーナ装置の冷却媒体制御方法
EP3542115B1 (en) * 2016-11-21 2021-03-10 Dal, Cevdet A vertical ring shaft kiln
JP6847700B2 (ja) * 2017-02-15 2021-03-24 三菱パワー株式会社 バーナ及びバーナを備えたガス化炉並びにバーナの取付方法
US11034900B2 (en) * 2017-08-08 2021-06-15 Magnegas Ip, Llc System, method, and apparatus for gasification of a solid or liquid
JP2021518490A (ja) 2018-03-17 2021-08-02 パイロジェネシス・カナダ・インコーポレーテッド 溶融原料から高純度球状金属粉末を製造する方法および装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1112998A1 (ru) * 1982-10-25 1992-09-07 Институт Оптики Атмосферы Со Ан Ссср Способ генерации плазмы в ВЧФ плазматроне
SU1094569A1 (ru) * 1983-01-24 1992-09-07 Институт Оптики Атмосферы Томского Филиала Со Ан Ссср Высокочастотный факельный плазмотрон, дл нагрева дисперсного материала
JPH05106826A (ja) * 1991-10-14 1993-04-27 Nippon Steel Corp 廃棄物の溶融炉
JP2001289419A (ja) * 2000-04-10 2001-10-19 Hitachi Metals Ltd 塵芥の溶融炉

Family Cites Families (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB933481A (en) * 1960-12-14 1963-08-08 Campbell Herbert Secord Improvements in or relating to furnaces
US3972704A (en) * 1971-04-19 1976-08-03 Sherwood Refractories, Inc. Apparatus for making vitreous silica receptacles
US4072502A (en) * 1973-03-26 1978-02-07 Skf Industrial Trading And Development Co. B.V. Method apparatus for increasing blast gas temperature in a shaft furnace
CA1173784A (en) 1981-07-30 1984-09-04 William H. Gauvin Transferred-arc plasma reactor for chemical and metallurgical applications
SE451033B (sv) * 1982-01-18 1987-08-24 Skf Steel Eng Ab Sett och anordning for omvandling av avfallsmaterial med plasmagenerator
SE434650B (sv) 1982-06-09 1984-08-06 Skf Steel Eng Ab Sett vid utnyttjande av plasmagenerator for hojning av blestertemperaturen i en schaktugn
US4378974A (en) 1982-06-09 1983-04-05 Allis-Chalmers Corporation Start-up method for coal gasification plant
FR2573437B1 (fr) 1984-11-21 1989-09-15 Siderurgie Fse Inst Rech Procede pour la conduite d'un haut fourneau, notamment d'un haut fourneau siderurgique
FR2581395B1 (fr) 1985-05-06 1992-09-18 Siderurgie Fse Inst Rech Dispositif d'injection de matieres solides divisees dans un four, notamment un haut fourneau siderurgique, et applications
US4668853A (en) 1985-10-31 1987-05-26 Westinghouse Electric Corp. Arc-heated plasma lance
US4793798A (en) * 1986-08-08 1988-12-27 Sabin Darrel B Burner apparatus
US4761793A (en) * 1987-05-08 1988-08-02 Electric Power Research Institute Plasma fired feed nozzle
US4998486A (en) 1989-04-27 1991-03-12 Westinghouse Electric Corp. Process and apparatus for treatment of excavated landfill material in a plasma fired cupola
US5004888A (en) 1989-12-21 1991-04-02 Westinghouse Electric Corp. Plasma torch with extended life electrodes
DE4035293C1 (ru) 1990-11-07 1992-01-02 Metallgesellschaft Ag, 6000 Frankfurt, De
TW315340B (ru) 1995-02-13 1997-09-11 Komatsu Mfg Co Ltd
US6187226B1 (en) 1995-03-14 2001-02-13 Bechtel Bwxt Idaho, Llc Thermal device and method for production of carbon monoxide and hydrogen by thermal dissociation of hydrocarbon gases
US5655899A (en) * 1995-04-06 1997-08-12 Gas Research Institute Apparatus and method for NOx reduction by controlled mixing of fuel rich jets in flue gas
US5637127A (en) 1995-12-01 1997-06-10 Westinghouse Electric Corporation Plasma vitrification of waste materials
US5975887A (en) * 1997-01-24 1999-11-02 Gordon-Piatt Energy Group, Inc. Compact hi-spin gas burner assembly
US6033447A (en) 1997-06-25 2000-03-07 Eastman Chemical Company Start-up process for a gasification reactor
US6155818A (en) * 1999-12-16 2000-12-05 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et, L'exploitation Des Procedes, Georges Claude Oxy-burner having a back-up firing system and method of operation
CN2720280Y (zh) * 2004-08-18 2005-08-24 董俊 低能耗等离子体垃圾焚烧炉
CN100491829C (zh) * 2004-08-18 2009-05-27 董俊 低能耗垃圾处理设备及其处理方法
KR100822048B1 (ko) 2006-06-07 2008-04-15 주식회사 글로벌스탠다드테크놀로지 플라즈마 토치를 이용한 폐가스 처리장치
US20110062013A1 (en) 2007-02-27 2011-03-17 Plasco Energy Group Inc. Multi-Zone Carbon Conversion System with Plasma Melting
US7632394B2 (en) 2007-05-29 2009-12-15 Westinghouse Plasma Corporation System and process for upgrading heavy hydrocarbons
CA2731115A1 (en) 2007-07-17 2009-01-23 Plasco Energy Group Inc. A gasifier comprising one or more fluid conduits
US20090307974A1 (en) 2008-06-14 2009-12-17 Dighe Shyam V System and process for reduction of greenhouse gas and conversion of biomass
WO2010093553A2 (en) * 2009-02-11 2010-08-19 Alter Nrg Corp Plasma gasification reactor
US20100199557A1 (en) 2009-02-11 2010-08-12 Dighe Shyam V Plasma gasification reactor
KR101025035B1 (ko) * 2009-06-23 2011-03-25 주성호 프라즈마를 이용한 버어너
GB2478797B (en) 2010-03-19 2015-11-04 Advanced Plasma Power Ltd Waste treatment

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1112998A1 (ru) * 1982-10-25 1992-09-07 Институт Оптики Атмосферы Со Ан Ссср Способ генерации плазмы в ВЧФ плазматроне
SU1094569A1 (ru) * 1983-01-24 1992-09-07 Институт Оптики Атмосферы Томского Филиала Со Ан Ссср Высокочастотный факельный плазмотрон, дл нагрева дисперсного материала
JPH05106826A (ja) * 1991-10-14 1993-04-27 Nippon Steel Corp 廃棄物の溶融炉
JP2001289419A (ja) * 2000-04-10 2001-10-19 Hitachi Metals Ltd 塵芥の溶融炉

Also Published As

Publication number Publication date
EP2839231A1 (en) 2015-02-25
US20170016619A1 (en) 2017-01-19
CA2869808A1 (en) 2013-10-24
CN104302997A (zh) 2015-01-21
HK1205243A1 (en) 2015-12-11
RU2014145890A (ru) 2016-06-10
SG11201406657XA (en) 2014-11-27
US20130273480A1 (en) 2013-10-17
EP2839231A4 (en) 2015-12-23
CN104302997B (zh) 2017-05-03
WO2013155625A1 (en) 2013-10-24
US9574770B2 (en) 2017-02-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2670506C2 (ru) Разжигающее факельное устройство
US5823122A (en) System and process for production of fuel gas from solid biomass fuel and for combustion of such fuel gas
JP4548785B2 (ja) 廃棄物ガス化溶融装置の溶融炉、並びに該溶融炉における制御方法及び装置
CN102305415B (zh) 一种富氧环境下的等离子无油点火系统
US10309644B2 (en) Method for the ignition of a power plant burner, and coal dust burner suitable for the method
CN103497785B (zh) 一种干煤粉气化组合烧嘴
FI65853C (fi) Braennare
CN101874180A (zh) 无火焰热氧化装置和方法
AU2010329886B2 (en) Burner unit for steel making facilities
EP0432293B1 (en) Method for recovering waste gases from coal combustor
KR101314443B1 (ko) 고로 조업 방법 및 그를 위한 저발열량 가스의 연소 방법과 고로 설비
CN103897740B (zh) 煤炭共气化方法
US4140480A (en) Hot cupola gas burner
RU2543648C1 (ru) Плазменная пылеугольная горелка
KR20090037864A (ko) 석탄회 내의 미연 탄소의 산소 부화 연소
CN110006038A (zh) 焚化炉配套用燃烧灶
CN114183758B (zh) 一种低热值煤气焚烧废弃物的装置
JP5974950B2 (ja) 混合気体吹込装置及びこれを有する廃棄物ガス化溶融炉、混合気体吹込方法及びこれを用いた廃棄物ガス化溶融方法
JP6098804B2 (ja) 混合気体吹込装置及びこれを有する廃棄物ガス化溶融炉、混合気体吹込方法及びこれを用いた廃棄物ガス化溶融方法
JP6331149B2 (ja) 廃棄物ガス化溶融装置及び廃棄物ガス化溶融方法
CA1111244A (en) Hot cupola gas burner
JP5981696B2 (ja) ガス化溶融設備の溶融炉
JP2014190597A (ja) 混合気体吹込装置及びこれを有する廃棄物ガス化溶融炉、混合気体吹込方法及びこれを用いた廃棄物ガス化溶融方法
RU2137706C1 (ru) Реактор-генератор для гомогенного восстановления кислородсодержащего сернистого газа

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200417