RU2683751C1 - Способ газификации угля в сильно перегретом водяном паре и устройство для его осуществления - Google Patents
Способ газификации угля в сильно перегретом водяном паре и устройство для его осуществления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2683751C1 RU2683751C1 RU2018119172A RU2018119172A RU2683751C1 RU 2683751 C1 RU2683751 C1 RU 2683751C1 RU 2018119172 A RU2018119172 A RU 2018119172A RU 2018119172 A RU2018119172 A RU 2018119172A RU 2683751 C1 RU2683751 C1 RU 2683751C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coal
- gasification
- water vapor
- particles
- superheated water
- Prior art date
Links
- 239000003245 coal Substances 0.000 title claims abstract description 94
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 79
- 238000002309 gasification Methods 0.000 title claims abstract description 69
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 59
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 45
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 claims abstract description 34
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 27
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000013467 fragmentation Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000006062 fragmentation reaction Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000005474 detonation Methods 0.000 claims description 29
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 28
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims description 28
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 11
- 238000009835 boiling Methods 0.000 claims 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000155 melt Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 23
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 10
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 9
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 7
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 6
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 4
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 4
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 4
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 4
- 230000000930 thermomechanical effect Effects 0.000 description 4
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 3
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 3
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 3
- 238000004200 deflagration Methods 0.000 description 3
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 101150076749 C10L gene Proteins 0.000 description 1
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000019738 Limestone Nutrition 0.000 description 1
- 102220488234 Uromodulin-like 1_F23D_mutation Human genes 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- HOWJQLVNDUGZBI-UHFFFAOYSA-N butane;propane Chemical compound CCC.CCCC HOWJQLVNDUGZBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000005243 fluidization Methods 0.000 description 1
- 238000004868 gas analysis Methods 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000003077 lignite Substances 0.000 description 1
- 239000006028 limestone Substances 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Industrial Gases (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способам и устройствам для газификации угля сильно перегретым водяным паром для его конверсии в топливный газ или синтез-газ. Способ включает подачу угольных частиц и перегретого водяного пара в зону газификации угля и конверсии продуктов газификации в топливный газ или синтез-газ, отвод продуктов газификации потребителю и удаление зольного остатка. При этом угольные частицы или частицы углесодержащего материала подаются в высокоскоростную струю ударно сжатого сильно перегретого водяного пара для аэродинамической фрагментации агломератов частиц и предварительной термохимической подготовки двухфазной смеси «перегретый водяной пар - частицы», а образованная двухфазная струя подается тангенциально в вихревую зону газификации, где в условиях сильно закрученного потока происходит газификация угля и конверсия продуктов газификации в топливный газ или синтез-газ. Далее полученный топливный газ или синтез-газ выводится из зоны газификации частично к потребителю и частично для получения высокоскоростной струи ударно сжатого сильно перегретого водяного пара, а зольный остаток в виде расплава поступает в систему удаления зольного остатка. Технический результат заключается в обеспечении бескислородной газификации угля для его конверсии в топливный газ или синтез-газ. 2 н.п. ф-лы, 1 ил., 1 пр.
Description
Область техники
Изобретение относится к способам и устройствам для бескислородной газификации угля сильно перегретым водяным паром с целью конверсии угля в топливный газ или синтез-газ.
При реализации известных бескислородных технологий газификации получают продукты со значительным содержанием диоксида углерода (СО2), что снижает степень конверсии угля (Дубинин, А.М. Паровая бескислородная газификация углей // Промышленная теплотехника. - 1990, Т. 12, №2. - С. 97-100). Этого можно избежать за счет повышения температуры перегретого пара (см, например, работу Е.И. Кагакин, А.Р. Богомолов, С.А. Шевырев, Н.А. Прибатурин / Взаимодействие карбонизированного угля с перегретым водяным паром // Ползуновский вестник №1, 2013 с. 135-138). Благодаря повышению температуры водяного пара степень конверсии угля увеличивается, а объемная доля диоксида углерода в продуктах газификации уменьшается. Следовательно, для повышения эффективности технологии бескислородной газификации угля необходимо повышать температуру перегретого водяного пара.
Химические реакции, обеспечивающие конверсию угля - это главным образом гетерогенные реакции, протекающие на поверхности угольных частиц. Скорость таких реакций зависит от температуры и концентрации реагентов, а также от площади поверхности контакта между реагентами (уголь и перегретый водяной пар), то есть от дисперсности угольных частиц. Агломерация угольных частиц снижает эффективность конверсии угля. Следовательно, для повышения эффективности конверсии при бескислородной газификации угля необходимо препятствовать агломерации угольных частиц.
Повысить эффективность конверсии при бескислородной газификации угля можно с помощью термомеханического воздействия на угольные частицы высокоскоростными струями сильно перегретого водяного пара, получаемыми при ударном или детонационном сжатии водяного пара в циклическом рабочем процессе с импульсно-детонационным сжиганием того или иного горючего (Фролов С.М., Сметанюк В.А., Фролов Ф.С., Патент WO/2016/060582 А1, Способ детонационной штамповки и устройство для его реализации B21D 26/08 (2006.01), опубликованный 21.04.2016). При таком воздействии, с одной стороны, достигается очень высокая температура перегретого пара (выше 2000°С), а с другой - исключается агломерация угольных частиц, что вызвано огромными сдвиговыми напряжениями в высокоскоростных струях перегретого водяного пара, обеспечивающими аэродинамическую фрагментацию агломератов.
Предшествующий уровень техники
Известны способ работы и устройство для газификации угля, описанные в статье Е.И. Кагакина, А.Р. Богомолова, С.А. Шевырева, Н.А. Прибатурина / Взаимодействие карбонизированного угля с перегретым водяным паром // Ползуновский вестник №1, 2013 с. 135-138. Описанный в данной работе способ, заключающийся в пропускании через слой углесодержащего сырья перегретого пара, реализован в установке, включающей парогенератор, генератор горючей смеси и реактор. Основной недостаток устройства - ограничение по температуре перегретого водяного пара (достигаемые значения не превышали 700-800°С).
Известен способ газификации угля, предложенный в патенте RU 2516651 С1, С10J 1/207 (2012.01). Способ включает загрузку, розжиг угля сверху, подачу воздушного дутья снизу и стадийное проведение процесса. Уголь (90-95%) с дополнительным ведением красной глины (2-3%) и известняка (4-5%), загружают в аппарат, а верхний и нижний слои угля высотой 200-300 мм смачивают жидким топливом и проводят их розжиг. Каталитическая газификация угля происходит при температуре зоны газификации 600-800°С и осуществляется в две стадии. Первая стадия включает подачу дутья воздухом. Вторая стадия включает подачу дутья воздухом и перегретым паром с температурой 250-450°С. Изобретение позволяет получить горючий газ повышенной калорийности, не содержащий конденсируемые продукты пиролиза, без спекания и разжижения зоны газификации. Недостаток способа - низкая температура используемого перегретого водяного пара.
Известен способ псевдодетонационной газификации угольной суспензии в комбинированном цикле, предложенный в патенте WO 2011/139181 A1, F01K 23/04 (2006.01), C10J 3/46 (2006.01), C10L 1/32 (2006.01). В предложенном способе газификации углей в газификатор подают жидкое активированное водо-угольное топливо высокой однородности - каплями одинаковых размеров и с частицами угля в этих каплях близкого гранулометрического состава. Капли топлива вводят прерывисто, отдельными топливными дозами и с приданием им определенного количества движения. Размол угля для способа приготовления активированного водо-угольного топлива регулируют адаптивно по критерию фактического количества выходящих летучих веществ из угля и выполняют глубокую классификацию угля по его гранулометрическому составу. Изобретение позволяет осуществить более полную утилизацию тепловой энергии углей и обеспечить увеличение эффективности выработки электроэнергии. Недостаток способа - сложная подготовка угля, предполагающая предварительную классификацию по гранулометрическому составу.
Известен газогенератор для бескислородной газификации углей, предложенный в работе A.M. Дубинина, О.М. Панова / Паровая бескислородная газификация углей как средство экономии топлива // Теплоэнергетика №4, 1997, с. 51-53. Основной элемент предложенного устройства - газогенератор с противоточной подачей угля (сверху) и водяного пара (снизу), снабженный автоматом для поддержания равенства давлений в камерах сгорания и газификации. В состав устройства также входит котел-утилизатор, воздухоподогреватель, подогреватель продуктов сгорания перед газовой турбиной, газовую турбину, трехступенчатый компрессор с промежуточным холодильником, а также система очистки продуктов сгорания и газификации. Основной недостаток устройства - использование низкотемпературного водяного пара.
Наиболее близкими к предлагаемому изобретению по технической сущности является способ и устройство для его реализации, предложенные в патенте SU 1828465 A3, C10J 3/00, 14.04.1989. Сущность способа-прототипа газификации угля под давлением в газогенераторе с расположенными внутри теплообменными трубами для теплоносителя заключается в том, что в газогенератор подают уголь, флюидизируют его водяным паром в псевдоожиженном слое, нагревают уголь в зоне нагрева и пиролиза и зоне газификации аллотермическим теплоносителем, пропускаемым по теплообменным трубам, причем теплоноситель подают сначала в зону газификации, а затем в зону нагрева и пиролиза, а уголь проходит газогенератор в противотоке к теплоносителю, при этом, с целью оптимального использования введенного постороннего тепла, подачу угля осуществляют при помощи перегретого пара или циркуляционного неочищенного газа, а в зону пиролиза дополнительно вводят циркуляционный неочищенный газ в качестве дополнительного средства псевдоожижения и теплоносителя. Основные недостатки способа-прототипа и устройства-прототипа заключаются в том, что, во-первых, для газификации используют перегретый водяной пар с температурой, не превышающей, 700-800°С, во-вторых, не предусмотрены способы фрагментации угольных агломератов, которые могут быть образованы в процессе подачи частиц угля в зону реакции. Кроме того, для получения перегретого водяного пара используются традиционные парогенераторы, не позволяющие получать перегретый пар с температурой, превышающей 700-800°С (см., например, монографию Резникова М.И. и Липова Ю.М «Паровые котлы тепловых электростанций» - М.: Энергоиздат, 1981).
Раскрытие изобретения
Задача изобретения - создание способа бескислородной газификации угля для его конверсии в топливный газ или синтез-газ с помощью термомеханического воздействия на угольные частицы высокоскоростными струями сильно перегретого водяного пара, получаемыми при ударном или детонационном сжатии водяного пара в циклическом рабочем процессе с импульсно-детонационным сжиганием того или иного горючего.
Задача изобретения - создание устройства, которое обеспечит бескислородную газификацию угля для его конверсии в топливный газ или синтез-газ с помощью термомеханического воздействия на угольные частицы высокоскоростными струями сильно перегретого водяного пара, получаемыми при ударном или детонационном сжатии водяного пара в циклическом рабочем процессе с импульсно-детонационным сжиганием того или иного горючего.
Решение поставленной задачи достигается предлагаемыми:
- способом газификации угля в перегретом водяном паре для его конверсии в топливный газ или синтез-газ, включающим подачу угольных частиц и перегретого водяного пара в зону газификации угля и конверсии продуктов газификации в топливный газ или синтез-газ, отвод продуктов газификации потребителю и удаление зольного остатка, в котором угольные частицы или частицы углесодержащего материала подаются в высокоскоростную струю ударно сжатого сильно перегретого водяного пара для аэродинамической фрагментации агломератов частиц и предварительной термохимической подготовки двухфазной смеси «перегретый водяной пар - частицы», а образованная двухфазная струя подается тангенциально в вихревую зону газификации, где в условиях сильно закрученного потока происходит газификация угля и конверсия продуктов газификации в топливный газ или синтез-газ, причем полученный топливный газ или синтез-газ выводится из зоны газификации частично к потребителю и частично для получения высокоскоростной струи ударно сжатого сильно перегретого водяного пара, а зольный остаток в виде расплава поступает в систему удаления зольного остатка.
- устройством, включающим систему подачи частиц угля и перегретого водяного пара в реактор для газификации угля и конверсии продуктов газификации в топливный газ или синтез-газ, систему отвода продуктов газификации потребителю и систему удаления зольного остатка, в котором система подачи сильно перегретого водяного пара выполнена в виде импульсно-детонационного пароперегревателя, присоединенного тангенциально к входному патрубку вихревого реактора для газификации угля и конверсии продуктов газификации в топливный газ или синтез-газ, а система подачи угольных частиц или частиц углесодержащего материала выполнена в виде дозирующего устройства, обеспечивающего подачу частиц в импульсно-детонационный пароперегреватель до входного патрубка вихревого реактора.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 приведена схема заявляемого устройства: 1 - вихревой реактор, 2 - входной патрубок, 3 - система подачи сильно перегретого водяного пара, 4 - система подачи угольных частиц или частиц углесодержащего материала, 5 - теплообменная рубашка для получения водяного пара, 6 - паровой коллектор с обратным клапаном, 7 - паровой коллектор, 8 - система отвода топливного газа или синтез-газа, 9 - система удаления зольного остатка, 10 - нижний экран, 11 - верхний экран, УВ - ударная волна, ИДП - импульсно-детонационный пароперегреватель, УСМ - углесодержащий материал.
Вариант осуществления изобретения
На фиг. 1 приведена схема заявляемого устройства. Основной узел устройства - вихревой реактор (1), снабженный входным патрубком (2), системой подачи сильно перегретого водяного пара (3), системой подачи угольных частиц или частиц углесодержащего материла (4), теплообменной рубашкой для получения водяного пара (5), паровым коллектором с обратным клапаном (6) подачи водяного пара в систему (3), паровым коллектором (7) подачи водяного пара в систему (4), а также системой отвода топливного газа или синтез-газа (8), системой удаления зольного остатка (9), системами подачи окислителя и пускового горючего, а также системой управления (на фиг. не показаны). Входной патрубок (2) установлен в нижней части вихревого ректора (1) и ориентирован тангенциально, как показано на разрезе А-А. Внутри вихревого реактора (1) предусмотрены экраны - нижний (10) и верхний (11)-ограничивающие область газификации угольных частиц или частиц углесодержащего материала. Система подачи сильно перегретого водяного пара (3) выполнена в виде импульсно-детонационного пароперегревателя, присоединенного к вихревому реактору (1) через входной патрубок (2). Система подачи угольных частиц или частиц углесодержащего материала (4) выполнена в виде дозирующего устройства, обеспечивающего подачу частиц в импульсно-детонационный пароперегреватель до входного патрубка (2) вихревого реактора (1).
Предлагаемое устройство работает следующим образом
Получение топливного газа или синтез-газа в результате бескислородной газификации угольных частиц или частиц углесодержащего материала в вихревом реакторе (1) происходит в непрерывном режиме, а подача двухфазной смеси «перегретый водяной пар - частицы» в вихревой реактор (1) осуществляется циклически с частотой рабочих циклов, задаваемых системой управления.
Работа устройства включает три стадии: I - стадия запуска, на которой система подачи сильно перегретого водяного пара (3) запускается на пусковом горючем; II - стадия выхода на рабочий режим, на которой система подачи сильно перегретого водяного пара (3) постепенно переходит на работу с пускового горючего на топливный газ или синтез-газ, получаемый в вихревом реакторе (1); III - рабочая стадия, на которой система подачи сильно перегретого водяного пара (3) полностью работает на топливном газе или синтез-газе, получаемом в вихревом реакторе (1), причем основная часть топливного газа или синтез-газа направляется потребителю.
Запуск системы подачи сильно перегретого водяного пара (3) на стадии I происходит в режиме дефлаграционного сжигания горючей смеси «пусковое горючее-окислитель» (см., например, патент WO/2016/060582 А1, Способ детонационной штамповки и устройство для его реализации B21D 26/08 (2006.01), опубликованный 21.04.2016). В теплообменную рубашку (5) вихревого реактора (1) непрерывно подается вода. Горячие продукты дефлаграционного горения пускового горючего поступают в вихревой реактор (1), что приводит к прогреву воды, подаваемой в теплообменную рубашку (5) и получению водяного пара, поступающего из теплообменной рубашки (5) по паровому коллектору с обратным клапаном (6) в систему подачи сильно перегретого водяного пара (3), а по паровому коллектору (7) -в систему подачи угольных частиц или углесодержащего материала (4). Устройство готово к переходу на стадию II.
На стадии II происходит переход системы подачи сильно перегретого водяного пара (3) от работы в дефлаграционном режиме к работе в импульсно-детонационном режиме на пусковом горючем с перегревом водяного пара, поступающего из теплообменной рубашки (5) по паровому коллектору с обратным клапаном (6), в соответствии с принципом работы, изложенным, например, в патенте WO 2011/070580 Al, F23D 14/12 (2006.01), 09.12.2010 и в работе «Performance-Stability and Performance-Safety of a Practical Pulse Detonation Burner (based on patent WO 2011070580 A8)» // Michael Zettner / The 31st Annual Symposium on the Israel Section of the Combustion Institute, December 14th, 2017, pp. 73-76. В качестве рабочего тела на данной стадии используется: смесь «пусковое горючее-окислитель» и водяной пар. Угольные частицы или частицы углесодержащего материала подаются из системы подачи (4) в высокоскоростную струю ударно сжатого сильно перегретого водяного пара. В струе перегретого водяного пара происходит аэродинамическая фрагментации агломератов частиц и предварительная термохимическая подготовка двухфазной смеси «перегретый водяной пар - частицы». Образованная двухфазная смесь направляется тангенциально в вихревой реактор (1), где в условиях сильно закрученного потока происходит газификация угля и конверсия продуктов газификации в топливный газ или синтез-газ. Полученный топливный газ или синтез-газ выводится из зоны газификации для питания системы подачи сильно перегретого водяного пара (3). В момент, когда производительность вихревого реактора (1) выходит на уровень, достаточный для питания системы подачи сильно перегретого водяного пара (3) топливным газом или синтез-газом, подача пускового горючего прекращается. Устройство готово к переходу на стадию III.
Стадия III аналогична стадии II. Основные отличия в том, что в систему подачи сильно перегретого водяного пара (3) подается рабочее тело - смесь «топливный газ или синтез-газ - окислитель» и водяной пар, а основная часть полученного топливного газа или синтез-газа направляется потребителю. Образующийся в процессе газификации угля зольный остаток поступает в систему удаления зольного остатка.
Приводим пример осуществления изобретения на опытном образце предлагаемого устройства, оснащенного регистрирующей аппаратурой.
Опытный образец устройства включает вихревой реактор диаметром 800 мм и высотой 2000 мм, снабженный входным патрубком, систему подачи сильно перегретого водяного пара, систему подачи углесодержащих частиц (водно-угольной суспензии), систему отвода топливного газа и систему управления. В качестве окислителя использовали кислород, а в качестве пускового горючего - пропан-бутан.
Система подачи сильно перегретого водяного пара выполнена в виде импульсно-детонационной трубы, включающей камеру сгорания внутренним диаметром 150 мм и длиной 400 мм, к которой последовательно присоединены ускоритель пламени внутренним диаметром 150 мм и длиной 3500 мм с препятствиями-турбулизаторами, обеспечивающими быстрый переход горения в детонацию, и гладкий участок трубы внутренним диаметром 150 мм и длиной 3000 мм. Камера сгорания содержит смесительное устройство с обратным клапаном, коллектор подачи пускового горючего с 20 распределенными форсунками, обеспечивающими быстрое смешение горючего с окислителем и водяным паром, и 4 автомобильные свечи зажигания, обеспечивающие надежное зажигание горючей смеси, и присоединена к магистралям подачи кислорода из системы подачи окислителя и водяного пара из парового коллектора с клапаном. Водяной пар для подачи в импульсно-детонационную трубу получается с помощью электрического парогенератора.
Расходы кислорода, водяного пара и пускового горючего выбираются такими, чтобы состав смеси «горючее - окислитель - водяной пар», заполняющей импульсно-детонационную трубу был близок к стехиометрическому по соотношению горючего и окислителя, а соотношение объемов водяного пара и кислорода достигало 2:1. Время подачи компонентов смеси задавали таким, чтобы обеспечить полное заполнение импульсно-детонационной трубы. Водно-угольная суспензия содержала 60% бурого угля и 40% воды (по массе). Средний размер угольных частиц в водно-угольной суспензии 10-15 мкм. Расход водно-угольной суспензии 1 л/с. Испытания проводятся при частоте работы устройства от 1 до 5 Гц. Измерения параметров рабочего режима устройства проводятся по методикам приемочных испытаний горелки импульсно-детонационной скоростной (ЦИДГ.100.000.000 ПМ01), разработанным в рамках государственного контракта №16.526.12.6018 от «14» октября 2011 г. (Шифр «2011-2.6-526-006-002») «Разработка высокоскоростной энергосберегающей импульсно-детонационной газовой горелки для повышения эффективности тепловой работы промышленных печей и теплоэнергетических установок».
Испытания показали, что в выходном сечении импульсно-детонационной трубы циклически формируется плотная высокотемпературная (-2500°С) двухфазная струя «сильно перегретый водяной пар - угольные частицы - примесь двуокиси углерода (не более 7-8% (об.))». Анализ дисперсности потока частиц распыливаемой суспензии следовым методом показал, что в факеле в основном (до 95%) присутствуют частицы диаметром 10-15 мкм (т.е. частицы угля, входящие в состав водно-угольной суспензии). Как и ожидалось, высокая температура водяного пара и высокая дисперсность угольных частиц позволили реализовать эффективный процесс газификации водно-угольной суспензии. Предварительный газовый анализ продуктов газификации показал, что они в основном содержат водород H2 и моноксид углерода СО в соотношении, близком к 2:1, а степень конверсии угля зависит от рабочей частоты импульсно-детонационной трубы и достигает 97-98% при частоте 5 Гц.
Таким образом, предложены способ и устройство, обеспечивающие бескислородную газификацию угля для его конверсии в топливный газ или синтез-газ с помощью термомеханического воздействия на угольные частицы высокоскоростными струями сильно перегретого водяного пара, получаемыми при ударном или детонационном сжатии водяного пара в циклическом рабочем процессе с импульсно-детонационным сжиганием того или иного горючего.
Claims (2)
1. Способ газификации угля в перегретом водяном паре для его конверсии в топливный газ или синтез-газ, включающий подачу угольных частиц и перегретого водяного пара в зону газификации угля и конверсии продуктов газификации в топливный газ или синтез-газ, отвод продуктов газификации потребителю и удаление зольного остатка, отличающийся тем, что угольные частицы или частицы углесодержащего материала подаются в высокоскоростную струю ударно сжатого сильно перегретого водяного пара для аэродинамической фрагментации агломератов частиц и предварительной термохимической подготовки двухфазной смеси «перегретый водяной пар - частицы», а образованная двухфазная струя подается тангенциально в вихревую зону газификации, где в условиях сильно закрученного потока происходит газификация угля и конверсия продуктов газификации в топливный газ или синтез-газ, причем полученный топливный газ или синтез-газ выводится из зоны газификации частично к потребителю и частично для получения высокоскоростной струи ударно сжатого сильно перегретого водяного пара, а зольный остаток в виде расплава поступает в систему удаления зольного остатка.
2. Устройство газификации угля в перегретом водяном паре для его конверсии в топливный газ или синтез-газ, включающее систему подачи частиц угля и перегретого водяного пара в реактор для газификации угля и конверсии продуктов газификации в топливный газ или синтез-газ, систему отвода продуктов газификации потребителю и систему удаления зольного остатка, отличающееся тем, что система подачи сильно перегретого водяного пара выполнена в виде импульсно-детонационного пароперегревателя, присоединенного тангенциально к входному патрубку вихревого реактора для газификации угля и конверсии продуктов газификации в топливный газ или синтез-газ, а система подачи угольных частиц или частиц углесодержащего материала выполнена в виде дозирующего устройства, обеспечивающего подачу частиц в импульсно-детонационный пароперегреватель до входного патрубка вихревого реактора.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018119172A RU2683751C1 (ru) | 2018-05-24 | 2018-05-24 | Способ газификации угля в сильно перегретом водяном паре и устройство для его осуществления |
| PCT/RU2019/000345 WO2019226074A1 (ru) | 2018-05-24 | 2019-05-16 | Устройство и способ газификации угля |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018119172A RU2683751C1 (ru) | 2018-05-24 | 2018-05-24 | Способ газификации угля в сильно перегретом водяном паре и устройство для его осуществления |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2683751C1 true RU2683751C1 (ru) | 2019-04-01 |
Family
ID=66089972
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018119172A RU2683751C1 (ru) | 2018-05-24 | 2018-05-24 | Способ газификации угля в сильно перегретом водяном паре и устройство для его осуществления |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2683751C1 (ru) |
| WO (1) | WO2019226074A1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2764686C1 (ru) * | 2021-03-25 | 2022-01-19 | Валентин Федорович Надеев | Устройство для получения водорода, монооксида углерода, диоксида углерода и азота |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57209994A (en) * | 1981-03-31 | 1982-12-23 | Bergwerksverband Gmbh | Manufacture of h2 and co-containing gas |
| SU1828465A3 (en) * | 1986-10-16 | 1993-07-15 | Bergwerksverband Gmbh | Method for gasifying coal under pressure with aqueous vapor and fluidized-bed gas generator |
| DE102005041930A1 (de) * | 2005-08-24 | 2007-03-01 | Future Energy Gmbh | Vergasungsverfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Synthesegasen durch Partialoxidation von aschehaltigen Brennstoffen unter erhöhtem Druck und Quenchkühlung des Rohgases |
| RU2333929C1 (ru) * | 2007-02-26 | 2008-09-20 | Институт химии и химической технологии СО РАН (ИХХТ СО РАН) | Способ и установка для газификации твердого топлива |
| CN104593086A (zh) * | 2015-01-30 | 2015-05-06 | 哈尔滨工业大学 | 一种带有氮气、水蒸气、合成气驱动回料机构的恩德粉煤气化炉 |
| RU2607662C2 (ru) * | 2012-02-13 | 2017-01-10 | Л'Эр Ликид, Сосьете Аноним Пур Л'Этюд Э Л'Эксплутасьон Де Просед Жорж Клод | Способ и устройство для газификации твердых горючих материалов под давлением в стационарном слое |
| RU2627865C1 (ru) * | 2016-04-06 | 2017-08-14 | Негосударственная Академия Наук И Инноваций | Способ получения синтез-газа из низкокалорийных бурых углей с повышенной зольностью и устройство для его осуществления |
-
2018
- 2018-05-24 RU RU2018119172A patent/RU2683751C1/ru not_active IP Right Cessation
-
2019
- 2019-05-16 WO PCT/RU2019/000345 patent/WO2019226074A1/ru active Application Filing
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57209994A (en) * | 1981-03-31 | 1982-12-23 | Bergwerksverband Gmbh | Manufacture of h2 and co-containing gas |
| SU1828465A3 (en) * | 1986-10-16 | 1993-07-15 | Bergwerksverband Gmbh | Method for gasifying coal under pressure with aqueous vapor and fluidized-bed gas generator |
| DE102005041930A1 (de) * | 2005-08-24 | 2007-03-01 | Future Energy Gmbh | Vergasungsverfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Synthesegasen durch Partialoxidation von aschehaltigen Brennstoffen unter erhöhtem Druck und Quenchkühlung des Rohgases |
| RU2333929C1 (ru) * | 2007-02-26 | 2008-09-20 | Институт химии и химической технологии СО РАН (ИХХТ СО РАН) | Способ и установка для газификации твердого топлива |
| RU2607662C2 (ru) * | 2012-02-13 | 2017-01-10 | Л'Эр Ликид, Сосьете Аноним Пур Л'Этюд Э Л'Эксплутасьон Де Просед Жорж Клод | Способ и устройство для газификации твердых горючих материалов под давлением в стационарном слое |
| CN104593086A (zh) * | 2015-01-30 | 2015-05-06 | 哈尔滨工业大学 | 一种带有氮气、水蒸气、合成气驱动回料机构的恩德粉煤气化炉 |
| RU2627865C1 (ru) * | 2016-04-06 | 2017-08-14 | Негосударственная Академия Наук И Инноваций | Способ получения синтез-газа из низкокалорийных бурых углей с повышенной зольностью и устройство для его осуществления |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2764686C1 (ru) * | 2021-03-25 | 2022-01-19 | Валентин Федорович Надеев | Устройство для получения водорода, монооксида углерода, диоксида углерода и азота |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2019226074A1 (ru) | 2019-11-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5571683B2 (ja) | バイオマスから合成ガスを製造するための高温ガス化方法とシステム | |
| CN107418634B (zh) | 一种循环流化床煤气化多级降温除尘工艺及装置 | |
| US9295961B2 (en) | Various methods and apparatuses for internally heated radiant tubes in a chemical reactor | |
| US8814961B2 (en) | Various methods and apparatuses for a radiant-heat driven chemical reactor | |
| JP5571685B2 (ja) | バイオマスから合成ガスを製造するための高温ガス化方法とシステム | |
| CN102329651B (zh) | 一种三段式生物质热解气化制取合成气的气化装置 | |
| US20110035990A1 (en) | Method and device for converting carbonaceous raw materials | |
| JP5571686B2 (ja) | バイオマスから合成ガスを製造するための高温ガス化方法とシステム | |
| CN102782099A (zh) | 用于从气化器产生的合成气中去除细小微粒的系统 | |
| CN104178227B (zh) | 一种煤粉的流化床干馏方法及装置 | |
| CN1173015C (zh) | 一种外配副床反应器的流化床水煤气生产方法及装置 | |
| RU2627865C1 (ru) | Способ получения синтез-газа из низкокалорийных бурых углей с повышенной зольностью и устройство для его осуществления | |
| JP5571684B2 (ja) | バイオマスから合成ガスを製造するための高温ガス化方法とシステム | |
| RU2683751C1 (ru) | Способ газификации угля в сильно перегретом водяном паре и устройство для его осуществления | |
| Sivakumar et al. | Design and development of down draft wood gasifier | |
| CN105861069A (zh) | 固体燃料双流化床部分气化分级转化装置及方法 | |
| CN107057768B (zh) | 带空气预热及产生蒸汽的干煤粉气化炉及其方法 | |
| CN112126472A (zh) | 一种生物质热解气化回转炉设备 | |
| CN116987529A (zh) | 一种生物质循环流化床气化分级燃烧工艺 | |
| CN105861071A (zh) | 一种复合式生物质分级气化炉 | |
| JP2013539813A (ja) | 間接的加熱ガス化中にコークスを生産する方法および設備 | |
| CN208151309U (zh) | 一种制备高热值生物质燃气的流化床热解装置 | |
| CN109028123B (zh) | 煤粉-生物质锅炉蒸汽耦合改造的方法 | |
| RU2764686C1 (ru) | Устройство для получения водорода, монооксида углерода, диоксида углерода и азота | |
| WO2010017534A2 (en) | Method and system for fuel gas combustion, and burner for use therein |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200525 |