RU2829149C1 - Газификатор поточного типа для низкосортного топлива - Google Patents
Газификатор поточного типа для низкосортного топлива Download PDFInfo
- Publication number
- RU2829149C1 RU2829149C1 RU2023133871A RU2023133871A RU2829149C1 RU 2829149 C1 RU2829149 C1 RU 2829149C1 RU 2023133871 A RU2023133871 A RU 2023133871A RU 2023133871 A RU2023133871 A RU 2023133871A RU 2829149 C1 RU2829149 C1 RU 2829149C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fuel
- gasifier
- gasifying agent
- housing
- supply unit
- Prior art date
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 50
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 40
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims abstract description 39
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 16
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims abstract description 12
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 4
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 claims description 2
- 238000002309 gasification Methods 0.000 abstract description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 4
- 239000004449 solid propellant Substances 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 22
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 9
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 8
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 7
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 5
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 5
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 5
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 4
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002817 coal dust Substances 0.000 description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 3
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 3
- 239000004071 soot Substances 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001174 ascending effect Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 238000005469 granulation Methods 0.000 description 1
- 230000003179 granulation Effects 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000012552 review Methods 0.000 description 1
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к оборудованию для получения синтез-газа из твердого топлива с широким гранулометрическим составом и повышенной влажностью. Газификатор поточного типа для низкосортного топлива содержит корпус, верхняя часть которого имеет цилиндрическую форму, а нижняя часть которого имеет коническую форму, узел подачи топлива, расположенный в конической части корпуса газификатора, узел выхода золы и синтез-газа, размещенный в крышке корпуса газификатора, узел подачи газифицирующего агента, узел подачи топлива расположен в верхней части конической части корпуса, узел подачи первичного газифицирующего агента размещен в нижней части конического участка корпуса газификатора по его оси, узел подачи вторичного газифицирующего агента расположен в середине конического участка корпуса газификатора, при этом узлы подачи газифицирующего агента в нижней и средней частях конического участка корпуса газификатора выполнены с возможностью изменения соотношения расхода первичного и вторичного газифицирующего агента для обеспечения регулирования интенсивности циркуляции частиц в коническом участке корпуса газификатора при изменении характеристик перерабатываемого сырья. За счет изменения соотношения расхода первичного и вторичного воздуха осуществляется регулирование интенсивности циркуляции частиц в коническом участке при изменении влажности топлива. При работе на топливе с повышенной влажностью расход первичного воздуха увеличивается для интенсификации циркуляции частиц. При работе на топливе с низкой влажностью расход первичного воздуха уменьшается для снижения скорости струи газа на оси реактора, за счет чего уменьшается количество частиц, уносимых из циркулирующего слоя. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности и производительности процесса газификации, а также повышение коэффициента использования топлива за счет возможности работы с топливом широкого фракционного состава и различной влажности. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Область техники
Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к оборудованию для получения синтез-газа из твердого топлива с широким гранулометрическим составом и повышенной влажностью.
Уровень техники
Известно устройство для получения синтез-газа, метана, аммония, жидких моторных топлив и других ценных химических продуктов и соединений из угольной пыли [патент РФ №165512, опубликован 20.10.2016.]. Установка включает вертикальную камеру газификации, устройство для подачи угля, систему подачи окислителя, устройство для отвода генераторного газа, устройство для подвода наноматериалов и устройство для впрыска воды, лопастной аппарат, камеру-дозатор с регулирующим клапаном. Задачей является повышение эффективности и производительности процесса газификации, а также повышение коэффициента использования топлива. Задача решается за счет увеличения эффективности использования наноматериалов, отсутствия агломерации частиц угольной пыли и увеличения поверхности реагирования углерода с окислителем.
Недостатками данного решения являются жесткие требование к предварительной подготовке (гранулометрическому составу) исходного топлива (угольная пыль), применение наноматериалов, что повышает издержки при любой степени использования наноматериалов а также наличие устройства для разгрузки золы из нижней части аппарата.
Известно устройство для газификации гранулированного твердого топлива и предназначенное для использования в энергетике, газовой и химической промышленности для получения синтез-газа и газа-сырца [патент РФ №2486228, опубликован 27.06.2013.]. Газогенератор включает закрытый реакционный сосуд, содержащий псевдоожиженный слой, образуемый топливом, установленный в верхней части питающий шлюз для непрерывной загрузки топлива, установленный под воронкообразным сужением днища верхний затвор для выгрузки образующейся золы в шлюз золоудаления, вращающуюся колосниковую решетку, встроенную над воронкообразным сужением днища, с возможностью введения через нее газифицирующего агента снизу в псевдоожиженный слой и выгрузки через нее образующейся золы посредством воронкообразного сужения и примыкающего к нему трубчатого участка в шлюз золоудаления. В трубчатый участок встроен шиберный затвор. Изобретение позволяет обеспечить непрерывную выгрузку золы без прерывания протекания процесса и отрицательного влияния на давление и температуру процесса, а также позволяет обеспечить непрерывную работу вращающейся колосниковой решетки.
Недостатком данного решения являются невозможность обработки пылевидной фракции, что усложняет подготовку топлива (гранулирование) и сужает топливную базу, использование в качестве газифицирующего агента кислорода, что требует дорогостоящей воздухо-разделительной установки, наличие сложного устройства для разгрузки золы (вращающаяся колосниковая решетка), а также высокие температуры в нижней части реактора до 1500°С, создающие риски для твердого шлакоудаления.
Наиболее близким к заявленному изобретению решением, рассмотренным в качестве прототипа, является устройство газификатора с захваченным слоем [Development of Bio Jet Fuel Production System Atsushi Fujii, Kosuke Inada, Hideaki Takahashi, Katsuhiko Shinoda / Mitsubishi Heavy Industries Technical Review Vol. 58 No. 3 (September 2021)], содержащее верхний цилиндрический участок, нижний конический участок, устройство подачи топлива, расположенное в средней части конического участка, устройство для выхода золы и синтез-газа расположенное в крышке реактора. В качестве газифицирующего агента в известном устройстве используется смесь кислорода и пара, а подача газифицирующего агента осуществляется локально через сопло, расположенное в нижней части конического участка, перпендикулярно оси реактора.
Недостатком данного решения является использование в качестве газифицирующего агента кислорода, что требует дорогостоящей установки разделения воздуха, нерентабельной для комплексов малой энергетики. Кроме того, в решении отсутствует возможность регулирования интенсивности циркуляции частиц в коническом участке при изменении характеристик перерабатываемого сырья, например, влажности биомассы, требует дополнительной подготовки сырья, например, предварительной сушки биомассы, требующей значительных энергозатрат. Применение сопла стандартного круглого сечения не создает первичной турбулизации входного потока, что способствует образованию и оседанию кластеров из свежих частиц с протеканием их пиролиза в безокислительной среде, приводящего к интенсивному смоло- и сажеобразованию.
Раскрытие сущности изобретения
Предлагаемый газификатор поточного типа для низкосортного топлива содержит корпус, верхняя часть которого имеет цилиндрическую форму, а нижняя часть которого имеет коническую форму; узел подачи топлива, расположенный в верхней части конической части корпуса; узел выхода золы и синтез-газа, расположенный в крышке корпуса, узлы подачи газифицирующего агента. Узел подачи первичного газифицирующего агента расположен в нижней части конического участка корпуса газификатора по его оси, узел подачи вторичного газифицирующего агента расположен в середине конического участка корпуса газификатора. В качестве газифицирующего агента используется воздух.
Узлы подачи газифицирующего агента в нижней и средней частях конического участка выполнены с возможностью изменения соотношения расхода первичного и вторичного газифицирующего агента для обеспечения регулирования интенсивности циркуляции частиц в коническом участке при изменении характеристик перерабатываемого сырья. В частности, при работе на топливе с повышенной влажностью расход первичного газифицирующего агента увеличивается для интенсификации циркуляции частиц. При работе на топливе с низкой влажностью расход первичного газифицирующего агента уменьшается для снижения скорости струи газа на оси реактора, за счет чего уменьшается количество частиц, уносимых из циркулирующего слоя.
Узел подачи первичного газифицирующего агента в нижней части выполнен в виде сопла с сечением треугольной формы, что по сравнению с соплом круглой формы формирует повышенную турбулизацию входящего в установку потока первичного газифицирующего агента. Узел подачи вторичного газифицирующего агента в средней части конического участка включает в себя по меньшей мере 4 сопла и выполнен с возможностью изменения азимутальной и вертикальной ориентации входящих в установку струй за счет перенастройки углов наклона сопла в корпусе газификатора.
Техническим результатом заявляемого решения является повышение эффективности и производительности процесса газификации, а также повышение коэффициента использования топлива за счет возможности работы с топливом широкого фракционного состава и различной влажности.
Данный результат достигается за счет изменения соотношения первичного и вторичного газифицирующего агента, в результате чего осуществляется регулирование интенсивности циркуляции частиц в коническом участке при изменении влажности топлива. При работе на топливе с повышенной влажностью расход первичного газифицирующего агента увеличивается для интенсификации циркуляции частиц. При работе на топливе с низкой влажностью расход первичного газифицирующего агента уменьшается для снижения скорости струи газа на оси реактора, за счет чего уменьшается количество частиц, уносимых из циркулирующего слоя.
Кроме того, предлагаемое решение обеспечивает устойчивое воспламенение частиц и пиролизных газов при сжигании биомассы широкого фракционного состава и различной влажности. Данный результат достигается за счет определенной длины цилиндрической части и определенного соотношения между диаметром цилиндрической части и расходом топлива, что обеспечивает определенную скорость в цилиндрическом участке, при которой уносимые мелкие частицы топлива и коксового остатка полностью газифицируются за время подъема по цилиндрической части. Крупные частицы топлива циркулируют и частично газифицируются в коническом участке, пока их размер не станет достаточным для полной газификации в цилиндрическом участке. Влажные частицы топлива за счет большей массы циркулируют в нижней части конуса, пока не высохнут.
Предлагаемое решение позволяет также устранить спекание частиц между собой. Данный результат достигается за счет определенного соотношения объема конического участка и расхода топлива, в результате средняя порозность циркулирующего аэрофонтанного слоя в коническом участке составляла 0,95-0,98, что обеспечивает отсутствие спекания частиц топлива между собой.
При применении заявляемого решения отсутствует кластерообразование и снижается на 90% выход смол и сажи. Данный результат достигается за счет первичной турбулизации потока, что приводит к улучшению условий массоотдачи и массообмена с газообразным окислителем продуктов пиролиза. Это приводит к снижению выходу смол и сажи, повышению химического КПД газификации и качества производимого синтез-газа.
Краткое описание графических материалов
Сущность заявляемого изобретения поясняется графическими материалами, где на фиг. 1 приведена схема устройства реактора для газификации твердого топлива, где
В1 - подача первичного воздуха,
В2 - подача вторичного воздуха,
Т - подача топлива,
СГ - выход синтез-газа и золы.
Осуществление изобретения
Реактор состоит из нижнего конического участка, верхнего цилиндрического участка и крышки с выходным отверстием. Подача первичного газифицирующего агента (воздуха) осуществляется через сопло с сечением треугольной формы снизу (по оси реактора). Подача вторичного газифицирующего агента (воздуха) осуществляется в середину конического участка перпендикулярно вертикальной оси реактора через четыре (и более) сопла. Подача топлива осуществляется в верхнюю часть конического участка. Мелкие частицы топлива уносятся восходящим потоком газа и газифицируются в цилиндрическом участке. Крупные частицы топлива опускаются вдоль стенок конического участка до сопла подачи первичного воздуха, где подхватываются восходящей струей и поднимаются вверх. По мере подъема частиц вследствие расширения поперечного сечения реактора скорость газа уменьшается, причем на оси реактора скорость газа остается выше, чем у стенок реактора. При снижении скорости газа до критического значения, частицы начинают опускаться. В результате осуществляется циркуляция частиц с сепарацией их по размеру. В нижней части конического участка достигается повышенное содержание крупных частиц, в верхней части конического участка - мелких частиц. По мере уменьшения массы частицы за счет последовательных процессов сушки, пиролиза и газификации коксового остатка частицы поднимаются выше по конусу. Таким образом, в коническом участке последовательно (снизу вверх) формируются зоны сушки, пиролиза и газификации кокса. Синтез-газ и зола выходят сверху, через отверстие в крышке реактора.
Объем конического участка и расход топлива соотносятся таким образом, чтобы средняя порозность циркулирующего материала в коническом участке составляла 0,95-0,98. Такая высокая порозность обеспечивает отсутствие спекания частиц топлива между собой. Соотношение топлива и воздуха обеспечивает температуру на выходе из реактора 900-1000°С.
За счет определенной длины цилиндрической части и определенного соотношения между диаметром цилиндрической части и расходом топлива достигается определенная скорость в цилиндрическом участке, при которой уносимые мелкие частицы топлива и коксового остатка полностью газифицируются за время подъема по цилиндрической части. Крупные частицы топлива циркулируют и частично газифицируются в коническом участке, пока их размер не станет достаточным для полной газификации в цилиндрическом участке. Влажные частицы топлива за счет большей массы циркулируют в нижней части конуса, пока не высохнут. За счет циркуляции частиц осуществляется выравнивание температуры по высоте конического участка и достигается устойчивое воспламенение частиц и пиролизных газов.
Предлагаемое размещение узлов подачи первичного и вторичного газифицирующих агентов (первичный снизу, вторичный сбоку встречными струями) способствует формированию двух зон циркуляции по высоте конического участка и разделению зон пиролиза и газификации. Разложение и частичное окисление выделяющихся из топлива в зоне пиролиза смол протекает с высокой скоростью на поверхности частиц кокса, которые циркулируют в зоне газификации. Минимальное содержание смол в синтез-газе достигается за счет высокой температуры и низкой концентрации частиц.
За счет изменения соотношения первичного и вторичного газифицирующего агентов (воздуха) осуществляется регулирование циркуляции частиц в коническом участке при изменении влажности топлива. При работе на топливе с повышенной влажностью расход первичного газифицирующего агента увеличивается для интенсификации циркуляции частиц. При работе на топливе с низкой влажностью расход первичного газифицирующего агента уменьшается для снижения скорости струи газа на оси реактора, за счет чего уменьшается количество частиц, уносимых из циркулирующего слоя.
Claims (5)
1. Газификатор поточного типа для низкосортного топлива, содержащий корпус, верхняя часть которого имеет цилиндрическую форму, а нижняя часть которого имеет коническую форму, узел подачи топлива, расположенный в конической части корпуса газификатора, узел выхода золы и синтез-газа, размещенный в крышке корпуса газификатора, узел подачи газифицирующего агента, отличающийся тем, что узел подачи топлива расположен в верхней части конической части корпуса, узел подачи первичного газифицирующего агента размещен в нижней части конического участка корпуса газификатора по его оси, узел подачи вторичного газифицирующего агента расположен в середине конического участка корпуса газификатора, при этом узлы подачи газифицирующего агента в нижней и средней частях конического участка корпуса газификатора выполнены с возможностью изменения соотношения расхода первичного и вторичного газифицирующего агента для обеспечения регулирования интенсивности циркуляции частиц в коническом участке корпуса газификатора при изменении характеристик перерабатываемого сырья.
2. Газификатор по п.1, отличающийся тем, что в качестве газифицирующего агента используют воздух.
3. Газификатор по п.1, отличающийся тем, что узел подачи первичного газифицирующего агента в нижней части выполнен в виде сопла с сечением треугольной формы.
4. Газификатор по п.1, отличающийся тем, что узел подачи вторичного газифицирующего агента в средней части конического участка включает в себя по меньшей мере 4 сопла с сечением круглой формы.
5. Газификатор по п.1, отличающийся тем, что узел подачи вторичного газифицирующего агента в средней части конического участка выполнен с возможностью изменения азимутальной и вертикальной ориентации выходящих струй за счет перенастройки углов наклона корпуса сопла в корпусе газификатора.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2829149C1 true RU2829149C1 (ru) | 2024-10-25 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU831087A3 (ru) * | 1974-07-04 | 1981-05-15 | Kiner Karl | Устройство дл газификации отходов |
| US4309195A (en) * | 1980-06-02 | 1982-01-05 | Energy Recovery Research Group, Inc. | Apparatus for gasifying solid fuels and wastes |
| DE2742222C2 (de) * | 1977-09-20 | 1987-08-20 | Carbon Gas Technologie GmbH, 4030 Ratingen | Verfahren und Vorrichtung zur Gaserzeugung aus festen Brennstoffen im Wirbelbett |
| RU199402U1 (ru) * | 2020-01-17 | 2020-08-31 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" (ФГАОУ ВО СФУ) | Двухрежимный газогенератор |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU831087A3 (ru) * | 1974-07-04 | 1981-05-15 | Kiner Karl | Устройство дл газификации отходов |
| DE2742222C2 (de) * | 1977-09-20 | 1987-08-20 | Carbon Gas Technologie GmbH, 4030 Ratingen | Verfahren und Vorrichtung zur Gaserzeugung aus festen Brennstoffen im Wirbelbett |
| US4309195A (en) * | 1980-06-02 | 1982-01-05 | Energy Recovery Research Group, Inc. | Apparatus for gasifying solid fuels and wastes |
| RU199402U1 (ru) * | 2020-01-17 | 2020-08-31 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" (ФГАОУ ВО СФУ) | Двухрежимный газогенератор |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4684375A (en) | Method for gasifying a material using a circulating fluidized bed | |
| CN101605876B (zh) | 在加压下对固体燃料进行气流床气化的方法和装置 | |
| EP1230324B1 (en) | Process for the production of a gaseous fuel | |
| JPH0631341B2 (ja) | 発生炉ガス及び活性炭を製造するための方法と装置 | |
| SE1051371A1 (sv) | Tvåstegsförgasare som använder förupphettad ånga av hög temperatur | |
| US3541025A (en) | Process for producing activated carbon in an ascending turning current of activating gas | |
| CZ20014156A3 (cs) | Zařízení pro zplyňování uhlíkatého vsázkového materiálu | |
| CN102083521A (zh) | 具有固体颗粒排放及分类装置的流化床反应器 | |
| US3935825A (en) | Coal ash agglomeration device | |
| PL120466B1 (en) | Method of coal gasification and apparatus thereforlja | |
| EP2200738B1 (en) | Fluidized beds and methods of fluidizing | |
| EP0050863A1 (en) | Process of and apparatus for gasifying coals | |
| RU2829149C1 (ru) | Газификатор поточного типа для низкосортного топлива | |
| US3957457A (en) | Gasifying coal or coke and discharging ash agglomerates | |
| CN110938472B (zh) | 气化炉及煤气化方法 | |
| RU2845202C1 (ru) | Поточный газификатор твёрдого топлива | |
| US9803151B2 (en) | System and method for gasification | |
| US4456546A (en) | Process and reactor for the preparation of synthesis gas | |
| EP3050941B1 (en) | Process and reactor for gasification or organic solid materials | |
| RU85984U1 (ru) | Газогенератор | |
| RU202426U1 (ru) | Мультизонный газификатор кипящего слоя | |
| JP7581365B2 (ja) | 炭素質材料の変換のための反応器及び方法 | |
| RU2818558C1 (ru) | Газификатор переработки твердого низкосортного углеродсодержащего сырья | |
| JPS6045935B2 (ja) | 隔板付内筒を用いて紛粒体を循環する流動層熱分解ガス化方法およびその装置 | |
| EP0040868B1 (en) | Process for the preparation of synthesis gas |