UA112216C2 - Спосіб газифікації твердих горючих матеріалів під тиском у стаціонарному шарі - Google Patents

Abstract

Винахід стосується способу газифікації твердих горючих матеріалів під тиском в стаціонарному шарі з підвищеною продуктивністю, а також із розширеним спектром застосування твердих горючих матеріалів. Для цього спосіб виконують так, що за допомогою газогенератора високого тиску із стаціонарним шаром, із подачею крупнозернистих, твердих горючих матеріалів і відведенням газу, обидві дії в головній частині газогенератора високого тиску із стаціонарним шаром, з обертовою колосниковою решіткою і виносом золи в днищі газогенератора високого тиску із стаціонарним шаром, з регульованою подачею перших газифікуючих агентів для незашлаковуючої газифікації за допомогою обертової колосникової решітки газогенератора високого тиску із стаціонарним шаром, причому можуть бути налаштовані критичні мінімальні значення відношення пара-кисень, із засипанням стаціонарного шару над обертовою колосниковою решіткою, додатково до поданих за допомогою обертової колосникової решітки перших газифікуючих агентів щонайменше через одне, що досягає верхньої області засипки стаціонарного шару, сопло для газифікуючих агентів вдувають другі газифікуючі агенти для зашлаковуючої газифікації.

Description

Винахід належить до способу і пристрою для газифікації твердих горючих матеріалів під тиском в стаціонарному шарі з підвищеною продуктивністю, а також з розширеним спектром застосування твердих горючих матеріалів. Спосіб і пристрій згідно винаходу дозволяють газифікувати вугілля з великими частками зерна дрібної фракції та / або додатково газифікувати дрібнозернисті і пилоподібні горючі матеріали.

Газифікація крупнозернистих, твердих горючих матеріалів, тобто крупнозернистого вугілля та / або вуглецевих твердих матеріалів з розміром зерен більше ніж приблизно 5 мм і менше ніж приблизно 100 мм, відбувається переважним чином в стаціонарному шарі за способом газифікації під тиском в стаціонарному шарі (ЕОМ), відомому також під назвою Ріхед Вед Огу

Войот Савіїїсайоп. Горючі матеріали завантажуються в газогенератор високого тиску зі стаціонарним шаром за допомогою перехідних шлюзів через головну частину. У стаціонарному шарі (власне рухомому шарі), який пролягає по висоті газогенератора високого тиску зі стаціонарним шаром, ідеально, типовим образом, зверху вниз утворюються такі зони: зона сушки, зона піролізу, зона газифікації, зона окислення і зольна зона. Золи виносяться з днища газогенератора за допомогою обертової колосникової решітки, яка одночасно слугує для подачі газифікуючих агентів. Витяжка неочищеного газу знаходиться в головній частині газогенератора високого тиску зі стаціонарним шаром.

Газифікуючі агенти складаються по суті з технічного кисню та водяної пари. Останній додається в надлишку, щоб обмежити максимальні температури в зоні окислення до значень нижче істотних для газифікації під тиском в стаціонарному шарі температур плавлення золи або близьких до них і таким чином запобігти утворенню масивних, порушують технологічний процес зольних агломератів або відкладень шлаків (незашлаковуюча газифікація)! Кількісне відношення водяної пари і кисню в газифікуючому агенті є одним з найважливіших параметрів для управління процесом. Він часто вказується як відношення пар-кисень (О5Х), переважним чином в одиницях виміру кг пара/м3 (в нормальному стані) кисню (100 95 за об'ємом). Залежно від величини температур плавлення золи необхідні мінімальні значення між близько 4 кг/м (тугоплавкі золи) і близько 9 кг/м" (легкоплавкі золи). Хоча надлишками пари підвищуються швидкості течії газу і вихід дрібної фракції, яка виноситься з неочищеними газами через відвід неочищеного газу, однак вони не сприяють підвищенню ступеня перетворення в реакції. Хоча

Зо значення відношення пар-кисень адаптуються до температур плавлення золи і утримуються якомога меншими (критичні мінімальні значення відношення пар-кисень для так званого "гарячого" технологічного режиму на "кордоні зашлакування"), виходять значні обмеження, насамперед, щодо максимальної потужності, можливості протікання через засипку і виносу пилу, див. також (У. 5сптаїеїй: Оіе Мегеде па па СШтулапаішнд моп Копіє, / Й. Шмальфельд:

Збагачення і перетворення вугілля, ОСМК(2008), стор. 3111.

Супутній цьому загальний недолік газифікації під тиском в стаціонарному шарі полягає в тому, що в таких, які підлягають газифікації твердих горючих матеріалах, допускається вміст лише малих часток дрібнозернистих горючих матеріалів з розмірами зерна менше приблизно 5 мм і, насамперед, пилоподібних горючих матеріалів з розмірами зерна менше приблизно 1 мм.

У іншому випадку це призводить до локальних скупчень дрібнозернистого матеріалу в стаціонарному шарі з низкою нерегулярних каналоподібних протікань через стаціонарний шар, а також до великих виносів пилу, неповному перетворенню вуглеводнів в золах або відкладеннях шлаків. Ці негативні ефекти посилюються різним чином при застосуванні спікливого кам'яних вугілля або брикетованого бурого вугілля.

Крім цього, загальним недоліком принципу протитоку є низькі температури неочищеного газу на виході при газифікації під тиском в стаціонарному шарі. Небажаними побічними продуктами є, як правило, аміак, такі, що неконденсуються вищі вуглеводні, феноли, а також кам'яновугільні масла, які разом з таким, що виноситься пилом, осідають у воді (смоло-пило- аміачно-водяні суміші). Температури неочищеного газу на виході встановлюються залежно від застосовуваних горючих матеріалів відповідно загальному тепловому балансу процесу. Вони, за винятком цільовим чином організованого неповного теплообміну між газом і твердим матеріалом (наприклад, осілою сипучою масою), можуть підвищуватися неактивно.

Для того щоб дотриматись потрібного спектру розмірів зерна газифікованих крупнозернистих горючих матеріалів, здобуте рядове вугілля повинно бути підготовлено, насамперед кам'яне вугілля перед газифікацією просівається та / або промивається, щоб відокремити дрібну фракцію (соаї їіпев5), знизити вміст золи і підвищити якість газифікованих твердих горючих матеріалів. Часто частини частки дрібної фракції менше 5 мм складають до 50 95 від непросіяного видобутого вугілля. Так як при газифікації під тиском в стаціонарному шарі відокремлені дрібні фракції не можуть бути без утруднень використані для отримання 60 синтез-газів, вишукувалися відповідні рішення.

Згідно ЕР 10792А1 з дрібнозернистих горючих матеріалів формуються гранули, які оточені неспікаючимся зовнішнім шаром. 1481435089А описує виробництво дрібновугільно- / золо- / пекової суміші, яка переробляється в екструдері в екструдати і видавлюється з екструдера безпосередньо в дегазовану камеру приводиться в дію при атмосферному тиску газогенератора з наддувом зі стаціонарним шаром. У якості допоміжних засобів для гранулювання дрібної фракції вугілля пропонуються також бентоніти (05 4773919 В1). Альтернативно, 05 4773919 В1 передбачає доповнення газогенератора високого тиску зі стаціонарним шаром зверху газогенератором з "киплячим" шаром і над ним - газогенератором із зваженим шаром, в яких повинні бути застосовними дрібнозернисті і пилоподібні горючі матеріали. Пропонується також роздільне розташування газогенераторів з "киплячим" шаром або газогенераторів із зваженим шаром для переробки дрібнозернистих або пилоподібних горючих матеріалів, наприклад в УМО 1980/00974 А1 газифікація заздалегідь підготовленого зваженого шламу з горючого матеріалу, вуглеводню та води в газогенераторі із зваженим шаром. рО 219 597 А1 розкриває спосіб незашлаковуючої газифікації вугілля, при якому подача газифікуючих агентів розділяється на первинну та вторинну подачу. Основна частина газифікуючого агента подається на вільно обраній, підібраною до газифікованого матеріалу висоті шару засипки на колосниковій решітці окремо для первинної газифікації, а передбачена для вторинної газифікації частка газифікуючого агента подається відомим чином над решіткою, причому ЮО5М має бути регульованим вниз аж до підживлення тільки паром. При цьому мова йде в цілому про незашлаковуючий технологічний режим газифікації з утворенням дрібнозернистої золи. Згідно з пропозицією газогенератор повинен експлуатуватися із високим

О5М, щоб не перевищувати точку плавлення золи. Основою для цього є запобігання відкладення шлаків в газогенераторі. У цілому дрібні частинки золи повинно швидко транспортуватися в зону нижче виходу газифікуючого агента, щоб запобігти перенесення золи в верхні частини реактора, а також винос золи із виробленим газом. Слід констатувати, що дана пропозиція не бере до уваги елементарні вимоги до захисту навколишнього середовища, ефективності та виробничої безпеки. Переважна, аж до повної, подача газифікуючого агента при незашлаковуючому технологічному режимі газогенератора в верхні зони засипки вимушено призводить до пропалювання засипки (пропалювання каналів) і до перемішування неповністю

Зо кисню, який не прореагував із неочищеним газом, так що можуть виникнути спалахи або вибухи із катастрофічними наслідками. Іншими причинами нездійсненності пропозиції є неповнота ступеня перетворення вуглецю, тобто високий вміст вуглецю в відведеній через обертову колосникову решітку золі, а також перешкоджання можливості зберігання золи.

Інше технологічне обмеження незашлаковуючої газифікації в стаціонарному шарі відповідно до сучасного стану техніки належить до спектру горючих матеріалів щодо спікливості вугілля.

Хоча кам'яне вугілля з сильнішою спікливістю може бути газифіковано, однак воно вимагає механічної мішалки в верхній частині газогенератора високого тиску зі стаціонарним шаром, внаслідок чого процес в цілому стає більш складним, більш схильним до збурень і більш дорогим.

Знайти технологічно вигідні рішення для того, щоб обійтися без мішалки, до сих пір не вдалося. Інші запропоновані рішення по використанню дрібних горючих матеріалів є технічно дорогими та економічно непереконливими. Вони не змогли втілитися на практиці. Дрібне вугілля замість газифікації має використовуватися інакше (як правило, спалювання). Проте, часто більша частина дрібного вугілля є економічно непридатною і повинна зберігатися у вигляді відвалів.

Тому завданням винаходу є розробка способу газифікації під тиском в стаціонарному шарі із відповідним пристроєм, які за допомогою невеликих змін технології і устаткування в порівнянні з раніше відомими газогенераторами високого тиску зі стаціонарним шаром дозволяють підвищити продуктивність газогенераторів високого тиску зі стаціонарним шаром, знизити витрату пари, розширити спектр застосування горючих матеріалів відносно спікливого вугілля і вугілля з великими частками дрібних фракцій та / або додатково газифікувати дрібнозернисті і пилоподібні горючі матеріали.

Згідно винаходу задача вирішена за допомогою способу газифікації крупнозернистих, твердих горючих матеріалів під тиском в стаціонарному шарі що містять кисень і водяну пару газифікуючими агентами за допомогою газогенератора високого тиску зі стаціонарним шаром, із подачею крупнозернистих, твердих горючих матеріалів і відведенням газу, обидві дії в головній частині газогенератора високого тиску зі стаціонарним шаром, з такою, що обертається колосниковою решіткою і виносом золи в днище газогенератора високого тиску зі стаціонарним шаром, з регульованою подачею перших газифікуючих агентів для незашлаковуючої газифікації бо за допомогою обертової колосникової решітки газогенератора високого тиску зі стаціонарним шаром, причому можуть бути налаштовані критичні мінімальні значення відношення пар-кисень, із засипанням стаціонарного шару над обертовою колосниковою решіткою, - причому додатково до поданих за допомогою обертової колосникової решітки першим газифікуючим агентам і незалежно від них щонайменше через одне, що досягає верхньої області засипки стаціонарного шару сопло для газифікуючих агентів вдуваються другі газифікуючі агенти для зашлаковуваної газифікації, - і причому другі газифікуючі агенти вдуваються з відношенням пар-кисень від 0,5 до 4 кг/м" і швидкостями виходу газу від 20 до 120 м/с.

Згідно винаходу додатково до поданих через обертову колосникову решітку першим газифікуючим агентам для незашлаковуючої газифікації і незалежно від них в газогенератор високого тиску зі стаціонарним шаром подаються другі газифікуючі агенти для зашлаковуючої газифікації причому другі газифікуючі агенти вдуваються в верхню область засипки стаціонарного шару за допомогою таких, що досягають верхньої області засипки стаціонарного шару сопел для газифікуючих агентів. Першими газифікуючими агентами виконується перша незашлаковуюча газифікація з ідеально типовим утворенням зон по всій засипці стаціонарного шару (зона першої сушки, зона першого піролізу, зона першої газифікації, зона першого окислення, перша зольна зона), і другу газифікуючими агентами виконується друга зашлаковуюча газифікація з утворенням місцевих вихрових зон (Насемжмау).

Критичні мінімальні значення відношень пар-кисень (вказані в одиницях виміру кг пара/м3 (в нормальному стані) кисню (100 95 за об'ємом)) перших газифікуючих агентів для "гарячого" технологічного режиму на "кордоні зашлакування" адаптуються до характеру плавлення золи використовуваних твердих горючих матеріалів. У спрощеному поданні адаптація відбувається таким чином, що здійснюється як можна більш певне гранулювання золи (розм'якшення і спікання золи), не наводячи при цьому до зашлаковування і утворення великих грудок шлаку, ср. с /). Зсптаїйеїій: Оіє Мегедешпд па Отмапашпуд моп Копіє, ОСМК (2008), 5. 311/ Й.

Шмальфельд: Збагачення і перетворення вугілля, ОСМК (2008), стор. 3117.

Другі газифікуючі агенти, переважно, вдуваються в верхню половину такої, яка утворюється при газифікації зони першої газифікації, тобто нижче такої, яка утворюється при газифікації зони першого піролізу. Особливо кращим є вдування других газифікуючих агентів в висотну зону, яка

Зо охоплює вертикальний протяг менше 1 м у верхній половині зони першої газифікації нижче зони піролізу. Особливо переважно, другі газифікуючі агенти вдуваються в висотну зону газогенератора високого тиску зі стаціонарним шаром, яка максимально простягається від 1 м вище вершини обертової колосникової решітки до 0,5 м нижче поверхні засипки стаціонарного шару, переважним чином від 2 м вище вершини обертової колосникової решітки до 1 м нижче поверхні засипки стаціонарного шару.

Згідно з переважним варіантом відповідного винаходу способу кількість вдуваного кисню у других газифікуючих агентах становить від 0 до 50 95 від загальної кількості поданого кисню.

Впуск других газифікуючих агентів зі швидкостями виходу газу від 20 до 120 м/с викликає утворення турбулентних вихрових зон у формі порожнистих просторів в засипці стаціонарного шару перед вихідними отворами сопел для газифікуючих агентів, в яких згорає вуглець з киснем (зони другого горіння). Вихрові зони перед соплами оточені засипанням з коксу, з яким із зниженням температури реагує надлишкова водяна пара першої незашлаковуючої і в певних випадках водяна пара другої зашлаковуючої газифікації (зони другої газифікації).

Внаслідок того, що другі газифікуючі агенти вдуваються з відносинами пар-кисень із значеннями від 0,5 кг/м3 (в нормальних умовах) до 4 кг/м, переважно від 0,5 кг/м" до З кг/м3, досягається те, що виділяються перед щонайменше одним, що досягає верхньої зони засипки стаціонарного шару соплом для газифікуючих агентів золи відразу плавляться або спекаются і осідають в сипучій масі коксу на краю вихрових зон (другі шлакові зони). Розплавлені або спечені золи швидко охолоджуються в навколишньому холоднішій сипучій масі коксу, твердіють і віддають своє тепло в навколишнє середовище для посилення ендотермічних других процесів газифікації. При газифікації з другими газифікуючими агентами утворення класичних шароподібних зон не відбувається.

Наприклад, з другими газифікуючими агентами з відношенням пар-кисень, що дорівнює 0,5, перед сягаючими засипки стаціонарного шару соплами для газифікуючих агентів досягаються середні максимальні температури близько 2000" С, що є кращим для газифікації вугілля із точками плавлення золи 1500-1700 "С. Якщо відношення пар-кисень других газифікуючих агентів становить 3,0, то перед сягаючими засипки стаціонарного шару соплами для газифікуючих агентів досягаються середні максимальні температури близько 18007 С. Це є кращим для газифікації вугілля із точками плавлення золи 1300-1500 "С.

Є перевагою, якщо газифікація з другими газифікуючими агентами виробляється нижче зони першого піролізу. Тут забезпечується надання в розпорядження дегазованого коксу (більш високий коефіцієнт корисної дії холодного газу порівняно з вугіллям) і які утворюються шлаки або агломерати швидко твердіють в оточуючій холоднішій сипучій масі коксу. З іншого боку, як роз'яснюється в подальшому, температури навколишнього середовища в оточенні таких, що досягають засипки стаціонарного шару сопел для газифікуючих агентів, складові приблизно від 800 до 1100 "С, є настільки високими, що затверділі шлаки ще не набувають високої міцності.

Такі, які прилипають до сопел для газифікуючих агентів шлаки відокремлюються такою, яка рухається вниз сипучою масою і транспортуються далі.

Щодо температур сипучої маси коксу в зоні першої газифікації слід відзначити наступне: температури сипучої маси коксу коливаються, що обумовлено ендотермічними реакціями газифікації (спочатку без урахування процесів другої газифікації), при приблизно постійних значеннях так званих кінетичних кінцевих температур реакції. Дані значення встановлюються самостійно, переважно в залежності від реакційної здатності коксу по відношенню до водяної пари. При цьому інтервал кінцевих температур реакції досягає приблизно від 8007 С при високоактивних горючих матеріалах, (наприклад м'які бурі вугілля) до 11007 С при низькоактивних горючих матеріалах, (наприклад малолетюче бітумінозне кам'яне вугілля).

Таким чином, вони перебувають нижче інтервалу температур точок плавлення золи для більшості горючих матеріалів (близько 1200-1500 "С).

Особливою перевагою є те, що такі, які виділяються при другій зашлаковуючій газифікації золи відразу плавляться і пригнічують утворення будь-яких каналів, тому що внаслідок негайного утворення шлаку присікається каналоподібне "пропалювання" кисню крізь засипку.

Утворені спочатку канали або канали, які походять з першої газифікації, при утворенні шлаку теж швидко "закупорюються". З цієї причини вихрові зони не можуть або можуть лише в малій мірі віддалятися від сопел для газифікуючих агентів вгору, а звиваються на такій, що залишається майже однаковою висоті перед соплами для газифікуючих агентів або над ними.

Отже, друга газифікація є локально обмеженою відповідно розташуванню випускних отворів сопел для газифікуючих агентів і визначеною по висоті. Звивистий газовий потік і такі, які утворюються шлаки, стабілізують стаціонарний шар в оточенні і вище сопел для газифікуючих

Зо агентів, так що, незважаючи на більш високі швидкості течії, регулярне протікання через стаціонарний шар зберігається.

Друга зашлаковуюча газифікація призводить до вирівнювання протікання через весь стаціонарний шар. Дрібнозернисті частки використовуваних крупнозернистих горючих матеріалів можуть збільшуватися без зростання виносу пилу із неочищеними газами. Нижні розміри зерен поданих в газогенератор високого тиску зі стаціонарним шаром із головної частини крупнозернистих, твердих горючих матеріалів можуть знижувати із приблизно 5 мм до приблизно 2 мм.

Внаслідок газифікації з другими газифікуючими агентами для зашлаковуючої газифікації на додаток до крупнозернистим горючим матеріалам можуть бути у великих кількостях використані дрібнозернисті та / або пилоподібні горючі матеріали (дрібні горючі матеріали), які мали б бути спрямовані для іншого використання або зберігання. Для цієї мети дрібні горючі матеріали вносяться в концентрованій формі в вихрові зони, причому кількості доданих дрібних горючих матеріалів є максимально настільки великими, що стехіометрично забезпечується обширна газифікація в вихрових зонах.

Інша істотна перевага другої зашлаковуючої газифікації полягає в тому, що, насамперед, дрібнозернисті і пилоподібні частки горючих матеріалів газифікуються в вихрових зонах із укрупненням зольних / шлакових частинок. Охолоджені, затверділі шлаки, сприяють укрупненню розміру зерен у всьому стаціонарному шарі, насамперед у першій зольной зоні, і, крім цього, "зчіплюючої" стабілізації стаціонарного шару по всій висоті. Утворення місцевих скупчень дрібних зерен і пилу, які призводять до вибросообразним протіканням крізь засипку і є головними причинами великого винесення пилу, пригнічується або ж стримується. Таким чином, друга зашлаковуюча газифікація призводить до вирівнювання протікання через весь стаціонарний шар. Дрібнозернисті частки використовуваних горючих матеріалів можуть збільшуватися без зростання виносу пилу із неочищеними газами.

Сипучі дрібні горючі матеріали, від сухих до вологих, завантажуються в засипку стаціонарного шару, переважно, під дією сили тяжіння зверху, майже прямовисно над такими, що утворюються перед соплами, для газифікуючих агентів вихровими зонами. При завантаженні гравітаційним способом горючі речовини під дією своєї власної ваги ковзають з розташованого над газогенератором високого тиску зі стаціонарним шаром перехідного шлюзу бо через дозуючий орган в газогенератор. Однак є також можливою завантаження гравітаційним способом або завантаження під тиском збоку безпосередньо в стаціонарний шар вище вихрових зон. Сухі, придатні для пневматичного транспортування дрібні горючі матеріали вдуваються також за допомогою пневматичного транспортування через сопла для газифікуючих агентів або збоку безпосередньо в вихрові зони. Нарешті дрібні горючі матеріали закачуються в формі зваженого шламу, а саме або через сопла для газифікуючих агентів, або майже прямовисно над вихровими зонами зверху на засипку стаціонарного шару або в неї.

Альтернативно, можливо також застосування завантаження набиванням, яка здійснюється на верхньому краю стаціонарного шару, переважним чином всередині зони першій сушки. За допомогою брикетувального пресу, переважним чином штемпельного преса, дрібнозернисті та / або пилоподібні горючі матеріали (дрібні горючі матеріали) ущільнюються у формувальному каналі, частково агломеруються або пресуються і вдавлюються безпосередньо в засипку. На відміну від технічного рішення з СВ1435089А спресовані дрібні горючі матеріали не падають зверху на стаціонарний шар, завдяки чому запобігається розпад спресованих дрібних горючих матеріалів, що супроводжується підвищеним виносом пилу в неочищеному газі. Одночасно проникаючий стовпчик спресованих дрібних горючих матеріалів покривається зверху крупнозернистими горючими матеріалами, так що пряме видування продуктів стирання запобігається. Іншою істотною перевагою даної системи завантаження є можливе підмішування належної при газифікації під тиском в стаціонарному шарі суміші смоли, масла та твердого матеріалу в якості сприяючого агломерації засобу, а також можлива відмова від шлюзової системи при завантаженні дрібних горючих матеріалів. Внаслідок таких, які зустрічаються у формувальному каналі дуже високих тисків пресування до 150 МПа можливий майже газонепроникний затвор між такою, що знаходиться під тиском камерою газифікації та довкіллям з атмосферним тиском, так що необхідність окремої напірної системи для дрібних горючих матеріалів може відпасти. Дана форма завантаження дрібних горючих матеріалів є не залежною від режиму другої газифікації і може бути застосована навіть при не приводимих в дію або зупинених соплах для газифікуючих агентів.

Друга зашлаковуюча газифікація не тільки покращує допуск на паливні матеріали щодо підвищених часткою дрібної фракції і пилу в паливних матеріалах, або дає можливість додаткового завантаження дрібних горючих матеріалів, але вона також підвищує допуск на

Зо паливні матеріали щодо спікливого вугілля, які не могли б бути газифікованими без застосування мішалки. Зони другого горіння з їх швидкими підйомами температур і високими температурами знижують схильність вугілля до спікання і руйнують вже утворені сполуки коксу.

Завдяки другій зашлаковуючій газифікації в багатьох випадках можна відмовитися від застосування мішалки.

Є також можливим проведення другої зашлаковуючої газифікації в зоні першого піролізу або в області переходу від зони першого піролізу до зони першої незашлаковуючої газифікації. У даному випадку співвідношення реакцій горіння та газифікації в зонах другого зашлаковуючого горіння зміщується сильніше в напрямку реакцій горіння. Температури виходу неочищеного газу підвищуються, і вищі вуглеводні, феноли, а також кам'яновугільні масла, які виходять з стаціонарного шару вверх, розщеплюються термічно сильніше. Зонне юстування другої зашлаковуючої газифікації досягається за допомогою установки певних висот засипки стаціонарного шару. Таким чином можуть бути адаптовані температури виходу неочищених газів і якість неочищеного газу (вміст метану, небажані побічні компоненти і т. д.).

Сопла для газифікуючих агентів виконані у вигляді сопел з водяним охолодженням для змішування газифікуючих агентів (у разі кисню і водяної пари в якості других газифікуючих агентів) або у вигляді багатокомпонентних сопел з водяним охолодженням (у разі комбінованої подачі дрібних горючих матеріалів). Вони можуть бути як невигнутими (трубчасті сопла), так і вигнутими (вигнуті сопла), причому в вигнутих соплах підігнути соплова головка сидить на трубоподібному стовбурі сопла.

Сопла для газифікуючих агентів проведені крізь циліндричну зовнішню обшивку або ж подвійну обшивку газогенератора високого тиску зі стаціонарним шаром. При цьому невигнуті сопла для газифікуючих агентів є встановлюваними в усі напрямки із орієнтацією радіально і горизонтально або із відхиленням від радіальної і горизонтальної орієнтації із кутами установки менше 45". Переважним чином, сопла орієнтовані радіально і під кутом від 10 до 207 щодо горизонталі із нахилом вниз. Це виявляється кращим щодо запобігання проникнення твердих речовин всередину сопел і щодо утворення вихрових зон. У разі застосування вигнутих сопел для газифікуючих агентів стовбури сопел орієнтуються приблизно горизонтально, а головки сопел орієнтуються аналогічно вищеназваним кутам установки трубчастих сопел.

Друга зашлаковуюча газифікація виконується в обмеженій висотній зоні у верхній області бо засипки газогенератора високого тиску зі стаціонарним шаром. Нижнє обмеження задано за допомогою того, що забезпечено досить велика мінімальна вертикальна відстань до що знаходиться під нею зони окислення. Дана відстань становить більше 0,5 м, переважним чином більше 1 м. Таким чином, мінімальна вертикальна відстань до вершини обертової колосникової решітки складає більше 1 м, переважним чином більше 2 м. Вона необхідна для того, щоб утворені в вихровій зоні шлаки, або агломерати перш, ніж вони потрапляють в зону окислення або на поверхню обертової колосникової решітки, могли затвердіти. По-друге, сопла для газифікуючих агентів піддаються в зоні газифікації дії не надто високих температур (менше 11007 С). Верхнє обмеження висотної зони випливає з того, щоб за допомогою засипки горючих матеріалів в стаціонарний шар було забезпечено досить високе перекриття сопел для газифікуючих агентів, що становить більше 0,5 м, переважним чином більше 1 м. При висоті засипки стаціонарного шару 5 м, рахуючи від вершини обертової колосникової решітки, вертикальна протяжність висотної зони другої газифікації може становити максимально 3,5 м, переважним чином максимально 2 м. Сопла для газифікуючих агентів можуть бути розподілені по цій висоті і за поперечним перерізом газогенератора високого тиску зі стаціонарним шаром.

Інша краща форма виконання полягає в тому, що для зони другої зашлаковуючої газифікації вибирається якомога більш коротка висотна зона з вертикальною протяжністю менше 1 м у верхній половині зони першої газифікації під зоною піролізу, так що зона першої незашлаковуючої газифікації пропорційно подовжується за поперечним перерізом вгору.

У разі якщо під час роботи газогенератора високого тиску зі стаціонарним шаром висота засипки стаціонарного шару змінюється між максимальним і мінімальним рівнями і різниця становить більше чим 1 м, є перевагою, якщо альтернативно оснащуються дві висотні зони газогенератора високого тиску зі стаціонарним шаром із соплами для газифікуючих агентів, нижня висотна зона для мінімального рівня і верхня висотна зона для максимального рівня.

Мінімальна вертикальна відстань між обома висотними зонами становить при цьому більше, ніж 1 м. Тоді технологічно в обидві висотні зони на вибір подаються другі газифікуючі агенти.

Другі газифікуючі агенти, переважно, вдуваються в одній висотній зоні або в горизонтальній площині, в вертикально розподіленому по висотній зоні розташуванні, або в конусоподібній висотній зоні, яка приблизно відтворює грибоподібний контур обертової колосникової решітки або контур поверхні засипки.

Виходи сопел сопел для газифікуючих агентів переважним чином знаходяться в одній висотній зоні або в одній горизонтальній площині, в вертикально розподіленому по висотній зоні розташуванні, або в конусоподібній висотній зоні, яка приблизно відтворює грибоподібний контур обертової колосникової решітки або контур поверхні засипки.

Сопла для газифікуючих агентів вдадуться в камеру газифікації газогенератора високого тиску зі стаціонарним шаром щонайменше на 10 см вільної довжини (вільна довжина сопла).

Пристінні сопла для газифікуючих агентів переважним чином вдадуться в камеру газифікації газогенератора високого тиску зі стаціонарним шаром приблизно на глибину від 20 см до 1 м.

При великих вільних довжинах сопел приблизно до З м сопла для газифікуючих агентів утримуються зверху анкерними стяжками.

Для того щоб утворити розділені за місцем одна від одної вихрові зони, бічна горизонтальна відстань між випускними отворами сопел для газифікуючих агентів не повинна бути менше 50 см. Бічна горизонтальна відстань між вихідними отворами складає переважним чином 1-2 м.

Вертикальна відстань між такими, які перебувають друг над другом випускними отворами має становити щонайменше 1 м, але переважним чином більше ніж 2 м.

Другі газифікуючі агенти вдуваються з відношеннями пар-кисень між 0,5 м і 4 кг/муУ, переважним чином між 0,5 м і З кг/м3. Хоча технологічно пара не потрібна, невелике підмішування пари є кращим, щоб при швидкому відключенні кисню на сопла для газифікуючих агентів безперебійно надавалася пара в якості продувочного газу. Замість пари в якості продувних газів можуть використовуватися також двоокис вуглецю або інші інертні гази.

Кількісні відношення другого кисню до першого можуть варіюватися в широких межах. У випадку єдиного сопла для газифікуючих агентів в якості другого кисню вдуваєтся 5-20 905 по масі від загального поданого кисню. Якщо через сопло для газифікуючих агентів повинні бути пропущені великі кількості дрібних горючих матеріалів, то верхнє значення може бути також перевищено. У разі утворення зони другої газифікації по всьому поперечним перерізом газогенератора високого тиску зі стаціонарним шаром і додаткової газифікації дрібних горючих матеріалів в якості другого кисню може вдуватися до 50 95 по масі від загального поданого кисню. Чим нижче вмісту золи в застосовуваних горючих матеріалах, тим більш високі частки другого кисню є досяжними.

Розмір таких, що утворюються в вихрових зонах перед окремими соплами для газифікуючих 60 агентів шматків шлаку та агломерату обмежується допомогою того, що подача кисню на окремі сопла для газифікуючих агентів варіюється від мінімального до максимального завантаження.

Розмір таких, що утворюються в вихрових зонах перед окремими соплами для газифікуючих агентів шматків шлаку та агломерату обмежується за допомогою того, що подача кисню на окремі сопла для газифікуючих агентів варіюється від мінімального до максимального завантаження.

Згідно з кількісними співвідношеннями вдутого додатково до першого кисню (для незашлаковуючої газифікації) другого кисню (для зашлаковуючої газифікації) приблизно пропорційно підвищуються теплові потужності газогенератора високого тиску зі стаціонарним шаром. При цьому має другорядне значення, чи підвищується витрата горючих матеріалів або додатково завантажуються дрібні горючі матеріали. Разом із крупнозернистими горючими матеріалами або додатково до крупнозернистих горючих матеріалів можуть бути газифіковано великі кількості дрібнозернистих і дрібних горючих матеріалів. Спектр горючих матеріалів може бути розширений також у напрямку сильніше спікливого кам'яного вугілля без необхідності застосування мішалки. Одночасно знижується питома витрата пари і внаслідок поліпшених умов протікання через засипку стаціонарного шару підвищується межа потужності теплової потужності газогенератора.

Згідно винаходу задача вирішена за допомогою газогенератора високого тиску зі стаціонарним шаром для газифікації крупнозернистих, твердих горючих матеріалів що містять кисень і водяну пару газифікуючими агентами, із подачею крупнозернистих, твердих горючих матеріалів і відведенням газу, обидві дії в головній частині газогенератора високого тиску зі стаціонарним шаром, з такою, що обертається колосниковою решіткою і виносом золи в днище газогенератора високого тиску зі стаціонарним шаром, з регульованою подачею перших газифікуючих агентів для незашлаковуючої газифікації за допомогою обертової колосникової решітки газогенератора високого тиску зі стаціонарним шаром, причому є налаштованим критичні мінімальні значення відношення пара-кисень, із засипанням стаціонарного шару над обертовою колосниковою решіткою, причому газогенератор високого тиску зі стаціонарним шаром має на висоті верхньої області засипки стаціонарного шару щонайменше одне, що досягає верхньої області сопло для газифікуючих агентів для додаткової по відношенню до перших газифікуючих агентів і незалежної подачі других газифікуючих агентів для

Зо незашлаковуючої (помилка, д. б. "зашлаковуючої газифікації" - прим, пер.) газифікації, причому щонайменше одне сопло для газифікуючих агентів виконано так, що воно дозволяє вдувати другі газифікуючі агенти з відносинами пара-кисень від 0,5 до 4 кг/м3, переважним чином від 0,5 до З кг/м3.

Згідно переважній формі виконання відповідного винаходу газогенератора високого тиску зі стаціонарним шаром щонайменше одне сопло для газифікуючих агентів виконано так, що кількість вдуваного кисню у других газифікуючих агентах становить 0-50 90 від загальної кількості поданого кисню.

Газогенератор високого тиску зі стаціонарним шаром, переважно, має кілька розташованих на одному або двох рівнях сопел для газифікуючих агентів для других газифікуючих агентів.

Згідно переважної форми виконання газогенератор високого тиску зі стаціонарним шаром має щонайменше одне завантаження для дрібнозернистих та / або пилоподібних горючих матеріалів (завантаження дрібних горючих матеріалів) Завантаження дрібних горючих матеріалів виконано по формі у вигляді гравітаційного завантаження або у вигляді завантаження набиванням для таких, які ущільнюються за допомогою брикетування дрібних горючих матеріалів.

Згідно переважної форми виконання газогенератора високого тиску зі стаціонарним шаром сопла для газифікуючих агентів виконані у вигляді сопел з водяним охолодженням для змішування газифікуючих агентів (в разі кисню і водяної пари в якості других газифікуючих агентів) або у вигляді багатокомпонентних сопел з водяним охолодженням (у разі комбінованої подачі дрібних горючих матеріалів). Сопла для газифікуючих агентів вдадуться в камеру газифікації газогенератора високого тиску зі стаціонарним шаром, переважним чином, щонайменше на 10 см вільної довжини (вільна довжина сопла).

Згідно переважної форми виконання винаходу виходи сопел сопел для газифікуючих агентів розташовані в одній висотній зоні або в горизонтальній площині, в вертикально розподіленому по висотній зоні розташуванню, або в конусоподібній висотній зоні, яка приблизно відтворює грибоподібний контур обертової колосникової решітки або контур поверхні засипки.

Апаратурно-технічне оформлення другої зашлаковуючої газифікації є простим, міцним і вимагає лише невеликої технічної адаптації апаратури відомого і такого, який виправдав себе газогенератора високого тиску зі стаціонарним шаром. Це належить до прохідних патрубків для бо сопел для газифікуючих агентів і при необхідності до подаючих патрубків для дрібних горючих матеріалів. Особливою перевагою виявилося те, що в наявних установках для газифікації під тиском в стаціонарному шарі друга зашлаковуюча газифікація може оснащуватися, дооснащатися і експлуатуватися, або експлуатуватися частково згідно з вимогами, або виводитися з експлуатації, або демонтуватися поетапно (починаючи з одного сопла для газифікуючих агентів) або комплектно (з повним набором сопел для газифікуючих агентів).

Приклад виконання

Приклад виконання винаходу роз'яснюється детальніше за допомогою наведених зображень. При цьому показано на:

Фіг. 1 принципове зображення газогенератора високого тиску зі стаціонарним шаром,

Фіг. 2 вид зверху на розріз А-А.

Фіг. 1 показує газогенератор (1) високого тиску зі стаціонарним шаром, а фіг. 2 - зображення в розрізі по площині А-А із видом зверху.

У головній частині газогенератора високого тиску зі стаціонарним шаром знаходиться завантаження (2) для крупнозернистих, твердих горючих матеріалів, а також відвід (30) неочищеного газу. На днищі газогенератора (1) високого тиску зі стаціонарним шаром розташована обертова колосникова решітка (5) для подачі перших газифікуючих агентів (6) для незашлаковуючої газифікації, а також винос (31) золи.

Завантаження (2) горючих матеріалів впадає в верхній частині газогенератора високого тиску із стаціонарним шаром в підвісну шахту (28). Поруч із завантаженням (2) горючих матеріалів для крупнозернистих горючих матеріалів в головній частині газогенератора (1) високого тиску із стаціонарним шаром знаходиться завантаження (21) дрібних горючих матеріалів. Завантаження (21) дрібних горючих матеріалів впадає в утримувану всередині підвісної шахти (28) спускну трубу (22), причому спускна труба (22) довше, ніж підвісна шахта (28), і закінчується в реакційній камері газогенератора (1) високого тиску із стаціонарним шаром відхиляючою пластиною (24). Завантаження дрібних горючих матеріалів є інертизуємою азотом (27).

Внутрішній діаметр у світлі газогенератора (1) високого тиску із стаціонарним шаром становить 4 м, а висота засипки стаціонарного шару (3), рахуючи від вершини (4) обертової колосникової решітки (5), становить в середньому 6 м. Вона обмежується підвісною шахтою (28)

Зо для розподілу горючих матеріалів. Засипка стаціонарного шару (3) ідеальним чином розділена знизу вгору на п'ять шарів: перша зольна зона (14), зона (15) першого окислення, зона (16) першої газифікації, зона (17) першого піролізу і зона (18) першої сушки.

На висоті З м над вершиною (4) обертової колосникової решітки (5) розташоване в цілому десять патрубків (7) для подачі других газифікуючих агентів (8) для зашлаковуючої газифікації з рівномірним розподілом по зовнішній обшивці (9) газогенератора (1) високого тиску з стаціонарним шаром.

Вище вершини (4) обертової колосникової решітки (5), на верхньому рівні зони (16) першої газифікації а також вище зони (17) першого піролізу обшивка резервуара має подавальні патрубки (7).

Подавальні патрубки (7) на верхньому рівні зони (16) першої незашлаковуючої газифікації укомплектовані сягаючими зони газифікації соплами (12) для газифікуючих агентів для подачі других газифікуючих агентів (8) для зашлаковуючої газифікації.

Патрубки (7) пронумеровані на розрізі А-А за годинниковою стрілкою від / 1 / до / 10 /. Вони проведені крізь зовнішню, яка утримує тиск стінку (10) резервуара і внутрішню сталеву обшивку (11). У цілому соплами (12) для газифікуючих агентів укомплектовано шість з десяти патрубків (7). Сопла (12) для газифікуючих агентів виконані у вигляді трубчастих сопел, орієнтовані радіально і нахилені вниз на 157 щодо горизонталі. Вони вдаються на 50 см в засипку стаціонарного шару (3). Виходи (13) сопел (12) для газифікуючих агентів закінчуються у верхній області зони (16) першої незашлаковуючої газифікації.

Спрямований в зону (18) першої сушки патрубок (7) розташований в певному порядку з брикетувальним пресом (32) для подачі ущільнених або ж брикетованих дрібних горючих матеріалів (21).

Утворений таким чином газогенератор високого тиску із стаціонарним шаром приводиться в дію наступним чином:

У газогенераторі (1) високого тиску із стаціонарним шаром при загальному тиску близько 30 бар газифікується 58 т/г таких, що не спікаються крупнозернистого кам'яного вугілля (2) з вмістом золи близько 35 95 по масі (в сухому стані), вмістом води близько 5 95 по масі (в сухому стані), температурою плавлення золи близько 1400" С і розміром зерен близько 5-100 мм.

Кам'яне вугілля (2) завантажується в газогенератор (1) високого тиску із стаціонарним бо шаром зверху. Неочищений газ (29) виходить з газогенератора (1) високого тиску із стаціонарним шаром через відвід (30) неочищеного газу, тоді як зола (31) видаляється знизу за допомогою обертової колосникової решітки (5). Через обертову колосникову решітку (5) подаються перші газифікуючі агенти (6). Кількість першого кисню в перших газифікуючих агентах становить 12 000 норм. м3/ч (приведено до чистого кисню), відношення пара-кисень знаходиться в середньому близько 4,5 кг/норм. му.

Кількість другого кисню у других газифікуючих агентах (8) становить у цілому 3200 норм. мз/г (приведено до чистого кисню), відношення пара-кисень - 0,8 кг/норм. м3.

На сопла (12) для газифікуючих агентів із номерами / З /, / 4 /, / 8 / і / 9 / подається по 600 мз3/г (у нормальному стані) кисню, а на сопла (12) для газифікуючих агентів із номерами / 1 /і / 6 / - по 400 мз/г (у нормальному стані) кисню. Другі газифікуючі агенти течуть зі швидкостями течії 70 м / с (сопла (12) для газифікуючих агентів, номери / 3 /,/ 47,78 / 1/9 / їі 50 м/с (сопла (12) для газифікуючих агентів, номера / 1 / та / 6 /). Перед виходами (13) утворюються вихрові зони (19).

Перед розташованими один біля одного соплами (12) для газифікуючих агентів, номери / З / і / 4 /, а також номери / 8 / і / 9 /, утворюються дві великі, тісно прилеглі області (20) вихрових зон (19).

Дрібні горючі матеріали (21) завантажується за допомогою сили тяжіння через спускну трубу (22) або через завантаження набиванням за допомогою брикетувального пресу (32) приблизно посередині над тісно прилеглими областями (20) вихрових зон (19) розташованих один біля одного сопел (12) для газифікуючих агентів, номери / З / і / 4 /, а також номери / 8 / і 191.

На нижньому випускному отворі (23) спускної труби (22) знаходяться відхиляючі пластини (24), під якими у засипці стаціонарного шару (3) утворюються порожні простори (25), у які можуть вільно сходити дрібні горючі матеріали (21). Спускна труба (22) підтримується у підвісній шахті (28) тримачами (26). Вертикальна відстань від випускних отворів (23) до сопел (12) для газифікуючих агентів становить 2 м. Спускна труба (22) інертизується невеликою кількістю азоту (27).

Дрібні горючі матеріали (21) походять з того ж кам'яного вугілля (2). Розмір зерен дрібних горючих матеріалів (21) становить 0-2 мм, вміст золи - 40 95 по масі (у сухому стані), вміст води - 5 95 по масі (у сухому стані). На обидві спускні труби (22) подається по 5,5 т / г дрібних горючих матеріалів (21).

За допомогою застосування відповідного винаходу вирішення теплова потужність газогенератора (1) високого тиску із стаціонарним шаром підвищується у даному прикладі приблизно на 25 95. Крім цього, вперше надається можливість попутної газифікації дрібного горючого матеріалу у значному обсязі.

Посилальні позначення 1 газогенератор високого тиску із стаціонарним шаром 2 завантаження газифікованих матеріалів

З стаціонарний шар 4 вершина 5 обертова колосникова решітка 6 перші газифікуючі агенти 7 патрубок 8 другі газифікуючі агенти 9 стінка резервуара 10 утримуюча тиск стінка резервуара 11 внутрішня сталева обшивка 12 сопла для газифікуючих агентів 13 виходи сопел для газифікуючих агентів 14 перша зольна зона 15 зона першого окислення 16 зона першої газифікації 17 зона першого піролізу 18 зона першої сушки 19 вихрова зона 20 тісно прилегла область 21 дрібні горючі матеріали 22 спускна труба 23 випускний отвір 24 відхиляюча пластина 25 порожні простори бо 26 тримач

27 азот 28 підвісна шахта 293 неочищений газ 30 відвід неочищеного газу 31 зола 32 брикетувальний прес 33 засіб, який сприяє агломерації

Claims (1)

1. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

   1. Спосіб газифікації твердих горючих матеріалів під тиском у стаціонарному шарі газифікуючими агентами, що містять кисень і водяну пару, за допомогою газогенератора високого тиску із стаціонарним шаром, із подачею крупнозернистих, твердих горючих матеріалів і відведенням газу, причому обидві дії здійснюють в головній частині газогенератора високого тиску із стаціонарним шаром, з обертовою колосниковою решіткою і виносом золи в днищі газогенератора високого тиску із стаціонарним шаром, з регульованою подачею перших газифікуючих агентів для незашлаковуючої газифікації за допомогою обертової колосникової решітки газогенератора високого тиску із стаціонарним шаром, причому налаштовують критичні мінімальні значення відношення пара-кисень, із засипанням стаціонарного шару над обертовою колосниковою решіткою, який відрізняється тим, що додатково до поданих за допомогою обертової колосникової решітки перших газифікуючих агентів і незалежно від них щонайменше через одне, що досягає верхньої області засипки стаціонарного шару, сопло для газифікуючих агентів вдувають другі газифікуючі агенти для зашлаковуючої газифікації, і що другі газифікуючі агенти вдувають з відношеннями пара-кисень від 0,5 до 4 кг/му і швидкостями виходу газу від 20 до 120 м/с.

   2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що другі газифікуючі агенти вдувають в висотну зону газогенератора високого тиску із стаціонарним шаром, яка простягається максимально від 1 м вище вершини обертової колосникової решітки до 0,5 м нижче поверхні засипки стаціонарного шару. Зо З. Спосіб за п. 1 або п. 2, який відрізняється тим, що в газогенератор високого тиску із стаціонарним шаром завантажують крупнозернисті, тверді горючі матеріали з розміром зерен більше 2 мм.

   4. Спосіб за одним з пп. 1-3, який відрізняється тим, що дрібнозернисті та/або пилоподібні горючі матеріали додатково подають в вихрові зони, які утворюються перед соплами для газифікуючих агентів, причому кількість поданих дрібнозернистих і пилоподібних горючих матеріалів є максимально настільки великою, що стехіометрично забезпечує обширну газифікацію в вихрових зонах.

   5. Спосіб за одним з пп. 1-4, який відрізняється тим, що другі газифікуючі агенти альтернативно вдувають в дві висотні зони з відповідно вертикальною протяжністю менше 1 м, які мають мінімальну вертикальну відстань одна від одної 1 м і розташовані відповідно максимальної та мінімальної висоти засипки стаціонарного шару газогенератора високого тиску із стаціонарним шаром, відповідно у верхній половині зони першої газифікації, нижче зони піролізу.

   я и ф-т ! я Я І є к я . і 14 -й а я Ка р я ТИ Я ро Кит - 28 ю-ЩЦ и пив Я й 14 ща А ра уд Ж З ; тугу ща З м ак Ді - 4 ЯЗ 21 В ра секс ДБА са | я 24-- Т- сер - 28- рУхх КМ ще ХХ они й ве р реа ке я п || , я А Я я ок т І их є; й в я х.

   У "СД Де 13 ! йо ра и й и ре |. 18 18- Її Сея ни и Мей я |! їв Оу я А 4 Бош рнннйоЙ КЕ 14 я а рен з1-3 ЦІ ! Ффиг

   Що . Щ 29- ж 30 с ши МО ЛІ. Щ вчинив, ЧИ - ув у а ва» // ЖИ и УА Я-йх З ЩІ І ори и и слух 8. -- АННУ и о р т п ек жк дилер я Бе в-. ги ща С ши з ра ДЕвеИИВвА І і - ЕМ м и АННА сон а в ОТ ох Пола ! 35 . а й ра ДЕ Монте фі; ам А хе: м на у на Й ще х шк ек а х ве ся пі Ф зо ак Си Є | вх Я р й са я Ух А, Ж 13 Конно 20 Ге па у та /0/ -418 ду .

   0. / в Фиг. 2 с Й