UA127883C2

UA127883C2 - METHOD OF GASIFICATION OF SOLID CROPPED FUEL

Info

Publication number: UA127883C2
Application number: UAA202201246A
Authority: UA
Inventors: Степан Степанович Лис; Тетяна Павлівна Коваленко; Оксана Георгіївна Юрасова; Тарас Юрійович Кравець; Ігор Романович Галянчук
Original assignee: Національний Університет "Львівська Політехніка"
Priority date: 2022-04-14
Filing date: 2022-04-14
Publication date: 2024-01-31

Abstract

Винахід належить до теплової енергетики і, зокрема, до газифікації твердого подрібненого палива та може бути використаний в енергетичних установках для виробництва теплової та електричної енергії. Спосіб газифікації твердого подрібненого палива, який здійснюють шляхом попереднього підсушування і напівкоксування з подальшою газифікацією гарячого напівкоксу на парокисневому або пароповітряному дутті і очисткою генераторного газу від частинок коксу і золи, а підсушування і напівкоксування палива здійснюють у реакторі напівкоксування за рахунок тепла суміші гарячої золи і коксу, які виділяють з потоку генераторного газу під час його очистки, а гарячі гази і пари смол змішують з потоком гарячого генераторного газу для подальшої газифікації смол; напівкокс, який отримують після напівкоксування палива, газифікують у циркулюючому псевдозрідженому шарі, а частинки золи після газифікації напівкоксу подають на допалювання залишкових горючих речовин в золі і термічне знешкодження шкідливих речовин з надлишком повітря вище стехіометричного; генераторний газ, який подають до споживача, охолоджують у теплообміннику за рахунок здійснення первинного підігріву повітря, яке після підігрівача газифікуючого агента подають в газогенератор циркулюючого псевдорозрідженого шару для газифікації напівкоксу. Спосіб характеризується тим, що підігріте повітря, яке отримують за рахунок здійснення первинного підігріву у теплообміннику та після підігрівача газифікуючого агента, використовують у пристрої допалювання залишкових горючих речовин в золі. Винахід підвищує ефективність процесу допалювання та газифікації і, як наслідок, дозволяє інтенсифікувати процес газифікації твердого подрібненого палива.The invention belongs to thermal energy and, in particular, to the gasification of solid pulverized fuel and can be used in power plants for the production of thermal and electrical energy. The method of gasification of solid pulverized fuel, which is carried out by preliminary drying and semi-coking with subsequent gasification of hot semi-coke on steam-oxygen or steam-air blasts and purification of generator gas from particles of coke and ash, and drying and semi-coking of fuel is carried out in a semi-coking reactor due to the heat of a mixture of hot ash and coke , which are released from the flow of generator gas during its purification, and hot gases and resin vapors are mixed with the flow of hot generator gas for further gasification of resins; semi-coke, which is obtained after semi-coking of fuel, is gasified in a circulating fluidized bed, and ash particles after gasification of semi-coke are used for afterburning residual combustible substances in the ash and thermal neutralization of harmful substances with an excess of air above stoichiometric; the generator gas supplied to the consumer is cooled in a heat exchanger due to primary heating of the air, which, after the gasifying agent heater, is fed to the circulating fluidized bed gas generator for gasification of semi-coke. The method is characterized by the fact that the heated air, which is obtained due to the primary heating in the heat exchanger and after the heater of the gasifying agent, is used in the device for afterburning residual combustible substances in the ash. The invention increases the efficiency of the afterburning and gasification process and, as a result, allows intensifying the gasification process of solid crushed fuel.

Description

Винахід належить до термічної переробки і спалювання подрібненого твердого палива та може бути використаний в енергетичних установках для виробництва теплової і електричної енергії.The invention relates to the thermal processing and burning of crushed solid fuel and can be used in power plants for the production of heat and electricity.

Винахід направлений на підвищення ефективності та надійності процесу газифікації високозольного вугілля у псевдозрідженому шарі.The invention is aimed at increasing the efficiency and reliability of the process of gasification of high-ash coal in a fluidized bed.

Відомий спосіб газифікації вугілля (Шиллинг Г-Д. Газификация угля: пер. с нем. / Г-Д.A well-known method of coal gasification (Shilling G-D. Gasification of coal: translated from German / G-D.

Шипллинкг, Б. Бонн, У. Краус; пер. С. Р. Исламов. // М.: Недра, 1986.-С. 128-131. в протитоковому багатоступеневому псевдозрідженому шарі з попередньою дегазацією вугілля гарячим неочищеним газом і напівкоксування гарячим неочищеним низькокалорійним генераторним газом, який після знепилення і відповідної очистки направляється споживачам (в котельну установку, або газову турбіну). Спосіб відомий під назвою "Процес Вестінгауз" (прототип).Shipling, B. Bonn, U. Kraus; trans. S. R. Islamov. // M.: Nedra, 1986.-S. 128-131. in a countercurrent multistage fluidized bed with preliminary degassing of coal with hot raw gas and semi-coking with hot raw low-calorie generator gas, which, after dedusting and appropriate cleaning, is sent to consumers (to a boiler plant or a gas turbine). The method is known under the name "Westinghouse Process" (prototype).

Використання у "процесі Вестінгауз" попереднього напівкоксування вихідного палива полегшує проведення газифікації кам'яного вугілля, проте використання як теплоносія для напівкоксування гарячого генераторного газу з метою запобігання агломерації частинок потребує використання псевдорозрідженого шару з великою масою інертного матеріалу відносно маси палива, що подається (відношення близько 100:1). Застосування газового теплоносія в поєднанні з багатоступінчатим псевдозрідженим шаром для проведення сушіння і напівкоксування ускладнює операцію управління процесом і знижує надійність роботи установок.The use in the "Westinghouse process" of preliminary semi-coking of the source fuel facilitates the gasification of hard coal, however, its use as a heat carrier for semi-coking of hot generator gas in order to prevent particle agglomeration requires the use of a fluidized bed with a large mass of inert material relative to the mass of fuel supplied (the ratio of about 100:1). The use of a gas coolant in combination with a multi-stage fluidized bed for drying and semi-coking complicates the process control operation and reduces the reliability of the installations.

Найбільш близьким є спосіб газифікації твердого подрібненого палива (Патент України на винахід Ме123424, МПК С10у 3/54, С10ОВ 53/04, опубл. 31.03.2021., Бюл. Ме13, 2021 р. "Спосіб газифікації твердого подрібненого палива"!, який здійснюють шляхом попереднього підсушування і напівкоксування з подальшою газифікацією гарячого напівкоксу на парокисневому або пароповітряному дутті і очисткою генераторного газу від частинок коксу і золи, а підсушування і напівкоксування палива здійснюють у реакторі напівкоксування за рахунок тепла суміші гарячої золи і коксу, які виділяють з потоку генераторного газу під час його очистки, а гарячі гази і пари смол змішують з потоком гарячого генераторного газу для подальшої газифікації смол; напівкокс, який отримують після напівкоксування палива, газифікують у циркулюючому псевдозрідженому шарі, а частинки золи, після газифікації напівкоксу, подають на допалювання залишкових горючих і термічне знешкодження шкідливих речовин з надлишком повітря вище стехіометричного; генераторний газ, який подають до споживача, охолоджують у теплообміннику за рахунок здійснення первинного підігріву повітря, яке опісля підігрівача газифікуючого агента подають в газогенератор циркулюючого псевдорозрідженого шару для газифікації напівкоксу.The closest is the method of gasification of solid pulverized fuel (Ukrainian patent for the invention Me123424, МПК С10у 3/54, С10ОВ 53/04, publ. 31.03.2021., Byul. Me13, 2021 "Method of gasification of solid pulverized fuel"!), which carried out by pre-drying and semi-coking with subsequent gasification of hot semi-coke on steam-oxygen or steam-air blast and purification of generator gas from particles of coke and ash, and drying and semi-coking of fuel is carried out in a semi-coking reactor due to the heat of the mixture of hot ash and coke, which is released from the stream of generator gas during its purification, and hot gases and resin vapors are mixed with the stream of hot generator gas for further gasification of resins; semi-coke, which is obtained after semi-coking of fuel, is gasified in a circulating fluidized bed, and ash particles, after gasification of semi-coke, are fed to the afterburning of residual fuels and thermal neutralization of harmful substances with an excess of air above stoichiometric; the generator gas supplied to the consumer is cooled in the heat exchanger due to the primary heating of the air, which, after heating the gasifying agent, is supplied to the circulating fluidized bed gas generator for semi-coke gasification.

Проте відсутність підігріву повітря, яке подається у пристрій допалювання надлишку золи, знижує ефективність процесу допалювання і, як наслідок, знижує ефективність процесу газифікації.However, the lack of air heating, which is supplied to the afterburner of excess ash, reduces the efficiency of the afterburning process and, as a result, reduces the efficiency of the gasification process.

В основу винаходу поставлено задачу створити спосіб газифікації твердого подрібненого палива, в якому за рахунок єдності процесу напівкоксування вугілля і газифікації напівкоксу, зв'язаного спільним контуром циркуляції твердого теплоносія, забезпечують простоту управління процесом і його стійкість, а знешкодження шкідливих речовин, які утворюються у процесі напівкоксування і газифікації палива, здійснюють допалюванням залишкових горючих золи з надлишком повітря вище стехіометричного значення, а використання повітря після підігрівача газифікуючого агента призводить до подачі додатково підігрітого повітря у пристрій допалювання залишкових горючих речовин ов золі та газогенератор циркулюючого псевдорозрідженого шару для газифікації напівкоксу, підвищує ефективність процесу допалювання та газифікації і як наслідок дозволяє інтенсифікувати процес газифікації твердого подрібненого палива.The invention is based on the task of creating a method of gasification of solid pulverized fuel, in which due to the unity of the process of semi-coking of coal and gasification of semi-coke, connected by a common circuit of the circulation of a solid coolant, it is possible to ensure the simplicity of the process management and its stability, and the neutralization of harmful substances that are formed in the process semi-coking and gasification of fuel is carried out by afterburning residual combustible ash with an excess of air above the stoichiometric value, and the use of air after the heater of the gasifying agent leads to the supply of additionally heated air to the device for afterburning residual combustible substances in the ash and the circulating fluidized bed gas generator for gasification of semi-coke, increases the efficiency of the process afterburning and gasification and as a result allows to intensify the process of gasification of solid crushed fuel.

Поставлена задача вирішується тим, що спосіб газифікації твердого подрібненого палива, який здійснюють шляхом попереднього підсушування і напівкоксування з подальшою газифікацією гарячого напівкоксу на парокисневому або пароповітряному дутті і очисткою генераторного газу від частинок коксу і золи, а підсушування і напівкоксування палива здійснюють у реакторі напівкоксування за рахунок тепла суміші гарячої золи і коксу, які виділяють з потоку генераторного газу під час його очистки, а гарячі гази і пари смол змішують з потоком гарячого генераторного газу для подальшої газифікації смол; напівкокс, який отримують після напівкоксування палива, газифікують у циркулюючому псевдозрідженому шарі, а частинки золи після газифікації напівкоксу подають на допалювання залишкових горючих і термічне знешкодження шкідливих речовин з надлишком повітря вище стехіометричного; генераторний газ, який подають до споживача, охолоджують у теплообміннику за рахунок бо здійснення первинного підігріву повітря, яке після підігрівача газифікуючого агента подають в газогенератор циркулюючого псевдорозрідженого шару для газифікації напівкоксу, згідно з винаходом, підігріте повітря, яке отримують за рахунок здійснення первинного підігріву У теплообміннику та після підігрівача газифікуючого агента, використовують у пристрої допалювання залишкових горючих речовин в золі.The problem is solved by the fact that the method of gasification of solid pulverized fuel, which is carried out by preliminary drying and semi-coking with subsequent gasification of hot semi-coke on a steam-oxygen or steam-air blast and purification of generator gas from particles of coke and ash, and drying and semi-coking of fuel is carried out in a semi-coking reactor due to the heat of a mixture of hot ash and coke, which is released from the stream of generator gas during its cleaning, and hot gases and resin vapors are mixed with the stream of hot generator gas for further gasification of resins; semi-coke, which is obtained after semi-coking of fuel, is gasified in a circulating fluidized bed, and ash particles after gasification of semi-coke are used for afterburning residual fuels and thermal neutralization of harmful substances with excess air above stoichiometric; generator gas, which is supplied to the consumer, is cooled in the heat exchanger due to primary heating of the air, which, after the heater of the gasifying agent, is fed to the circulating fluidized bed gas generator for semi-coke gasification, according to the invention, the heated air is obtained due to primary heating in the heat exchanger and after the heater of the gasifying agent, are used in the afterburner of residual combustible substances in the ash.

Єдність процесу напівкоксування вугілля і газифікації напівкоксу, зв'язаного спільним контуром циркуляції твердого теплоносія, забезпечує простоту управління процесом і його стійкість. Потік золи після газифікації напівкоксу направляють на допалювання залишкових горючих речовин та вогневого знешкодження шкідливих речовин (фенолів, СазоОз, сірковуглецю та ін.). У процесі допалювання знешкоджують шкідливі сполучення, які утворилися на стадії напівкоксування і газифікації палива, захоплені з золою (феноли, сірковуглець та ін.), а також доокислюють СабОз у нешкідливий і стабільний Сазох (гіпс).The unity of the process of semi-coking of coal and gasification of semi-coke, connected by a common circuit of the circulation of a solid coolant, ensures the simplicity of process management and its stability. The ash flow after the semi-coke gasification is directed to the afterburning of residual combustible substances and the fire disposal of harmful substances (phenols, SazoOz, carbon disulfide, etc.). In the process of afterburning, harmful compounds formed at the stage of semi-coking and gasification of fuel, captured with ash (phenols, carbon disulfide, etc.) are neutralized, and SabOz is further oxidized into harmless and stable Sazoch (gypsum).

На фіг. 1 приведена принципова схема установки для реалізації способу газифікації твердого подрібненого палива.In fig. 1 shows the schematic diagram of the installation for the implementation of the method of gasification of solid pulverized fuel.

Установка складається з дозатора подрібненого палива 1, реактора напівкоксування 2, дозатора напівкоксу 3, газогенератора циркулюючого псевдорозрідженого шару для газифікації напівкоксу 4, змішувача генераторного газу з газоподібними продуктами напівкоксування палива 5, циклону грубої очистки отриманого горючого газу від частинок золи і коксу 6, дільника потоку коксо-зольної суміші 7, пристрою для допалювання залишкових горючих речовин в золі 8, підігрівача газифікуючого агента, який подається в газогенератор, 9, а також трубопроводу передачі газоподібних продуктів напівкоксування 10 з реактора 2 у змішувач 5, трубопроводу 11 передачі надлишку золи з дільника 7 у пристрій допалювання 8, трубопроводу 12 - подачі підігрітого повітря у пристрій допалювання 8 з теплообмінника 16 та підігрівача газифікуючого агента 9, трубопроводу 13 подачі газифікуючого агента в газогенератор, трубопроводу 14 для відводу генераторного газу у теплообмінник 16 і до споживача та трубопроводу 15 для відводу продуктів згорання з пристрою допалювання 8 у підігрівай газифікуючого агента 9 ів атмосферу.The installation consists of a pulverized fuel dispenser 1, a semi-coking reactor 2, a semi-coke dispenser 3, a circulating fluidized bed gas generator for gasification of semi-coke 4, a generator gas mixer with gaseous products of semi-coking fuel 5, a cyclone for rough cleaning of the obtained combustible gas from ash and coke particles 6, a flow divider coke-ash mixture 7, a device for afterburning residual combustible substances in the ash 8, a heater of the gasifying agent that is fed into the gas generator, 9, as well as a pipeline for transferring gaseous semi-coking products 10 from reactor 2 to a mixer 5, a pipeline 11 for transferring excess ash from a divider 7 to the afterburning device 8, pipeline 12 - supply of heated air to the afterburning device 8 from the heat exchanger 16 and the heater of the gasifying agent 9, pipeline 13 for the supply of the gasifying agent to the gas generator, pipeline 14 for the removal of generator gas to the heat exchanger 16 and to the consumer and pipeline 15 for the removal of products Combustion from the afterburner 8 heats the gasifying agent 9 and the atmosphere.

Спосіб газифікації твердого подрібненого палива здійснюють шляхом подачі подрібненого палива дозатором 1 у реактор напівкоксування 2, куди надходить потік гарячих частинок коксу і золи - твердий теплоносій, виділений з потоку генераторного газу в циклоні б, який пройшов дільник 7. Залежно від властивостей вугілля, яке подається на газифікацію, співвідношення маси твердого теплоносія і маси палива, що подається, змінюється в межах від 2:1 до 12:1. У процесі напівкоксування без доступу повітря в реакторі 2 проходить спочатку випаровування вологи палива, а потім термодеструкція органічної маси палива з утворенням горючих вуглеводневих газів, парів смол і твердого залишку - напівкоксу. Суміш напівкоксу з твердим теплоносієм дозатором З подають на газифікацію в газогенератор 4 з циркулюючим псевдозрідженим шаром. В нижню частину газогенератора по трубопроводу 13 подають потік газифікуючого агента (пара-кисень або пара-повітря), підігрітого до необхідної температури в теплообміннику 16 та підігрівачі газифікуючого агента 9.The method of gasification of solid pulverized fuel is carried out by feeding pulverized fuel through a dispenser 1 into the semi-coking reactor 2, where a stream of hot coke and ash particles enters - a solid coolant separated from the flow of generator gas in cyclone b, which has passed through divider 7. Depending on the properties of the supplied coal for gasification, the ratio of the mass of the solid coolant and the mass of the supplied fuel varies from 2:1 to 12:1. In the process of semi-coking without access to air in reactor 2, first the evaporation of fuel moisture takes place, and then thermal destruction of the organic mass of the fuel with the formation of combustible hydrocarbon gases, resin vapors and a solid residue - semi-coke. A mixture of semi-coke with a solid coolant is supplied to gasifier 4 with a circulating fluidized bed for gasification. A flow of gasifying agent (steam-oxygen or steam-air), heated to the required temperature in the heat exchanger 16 and heater of the gasifying agent 9, is supplied to the lower part of the gas generator through pipeline 13.

Газоподібні і пароподібні продукти термодеструкції органічної частини палива з реактора 2 по трубопроводу 10 направляють у змішувач 5, в якому відбувається їх перемішування з більш гарячим газом, отриманим в результаті газифікації напівкоксу. В зоні більш високих температур відбувається деструкція парів смол з утворенням газоподібних вуглеводнів і твердих вуглецевих частинок. У результаті підвищується теплота згорання газу газифікації напівкоксу. Далі потік гарячого газу проходить через циклон б, в якому з нього виділяють тверді частинки недогазифікованого коксу і золи та направляють через дільник потоку 7 у реактор напівкоксування 2 (основна частина), а надлишок по трубопроводу 11 направляють у пристрій для допалювання 8. Частково обезпилений в циклоні та охолоджений в теплообміннику горючий газ направляють без додаткової очистки на спалювання, якщо споживачем є енергетичний котел, або на пристрій тонкої очистки, якщо споживачем є газова турбіна. У пристрої допалювання 8 допалюють залишкові горючі золи, непрогазифіковані у газогенераторі 4.Gaseous and vaporous products of the thermal destruction of the organic part of the fuel from the reactor 2 are sent through the pipeline 10 to the mixer 5, where they are mixed with the hotter gas obtained as a result of gasification of semi-coke. In the zone of higher temperatures, resin vapors are destroyed with the formation of gaseous hydrocarbons and solid carbon particles. As a result, the heat of combustion of semi-coke gasification gas increases. Next, the hot gas flow passes through the cyclone b, in which solid particles of undergasified coke and ash are separated from it and sent through the flow divider 7 to the semi-coking reactor 2 (main part), and the excess is sent through the pipeline 11 to the afterburning device 8. Partially dedusted in the cyclone and the combustible gas cooled in the heat exchanger are sent without additional purification to combustion, if the consumer is a power boiler, or to a fine cleaning device, if the consumer is a gas turbine. In the afterburning device 8, residual combustible ashes that have not been gasified in the gas generator 4 are burned.

Допалювання відбувається в потоці підігрітого повітря, яке подають по трубопроводу 12 з теплообмінника 16 та підігрівача газифікуючого агента 9. Газоподібні продукти згорання по трубопроводі 15 направляють у теплообмінник 9. Золу виводять з циклу установки.Afterburning takes place in the flow of heated air, which is supplied through the pipeline 12 from the heat exchanger 16 and the heater of the gasifying agent 9. Gaseous combustion products are sent through the pipeline 15 to the heat exchanger 9. Ash is removed from the installation cycle.

Допалювання горючих золи проводять з надлишком повітря вище стехіометричного значення, особливо якщо для зв'язування оксидів сірки використовують вапняк. У процесі допалювання знешкоджують шкідливі сполучення, які утворилися на стадії напівкоксування і газифікації палива, захоплені з золою (феноли, сірковуглець та ін), а також доокислюютьAfterburning of combustible ash is carried out with an excess of air above the stoichiometric value, especially if limestone is used to bind sulfur oxides. In the process of afterburning, harmful compounds formed at the stage of semi-coking and gasification of the fuel, captured with ash (phenols, carbon disulfide, etc.) are neutralized, as well as oxidized

Сабоз у нешкідливий і стабільний Сабо (гіпс).Saboz in harmless and stable Sabo (gypsum).

Єдність процесу напівкоксування вугілля і газифікації напівкоксу, зв'язаного спільним бо контуром циркуляції твердого теплоносія, забезпечує простоту управління процесом і його стійкість.The unity of the process of semi-coking of coal and gasification of semi-coke, connected by a common circuit of circulation of a solid coolant, ensures the simplicity of process management and its stability.

Використання попереднього напівкоксування, як показали досліди, в 2-3 рази збільшує активність напівкоксу під час проведення процесу газифікації порівняно з газифікацією термічно необробленого вугілля.The use of preliminary semi-coking, as experiments have shown, increases the activity of semi-coke during the gasification process by 2-3 times compared to the gasification of thermally untreated coal.

А використання у пристрої допалювання залишкових горючих речовин в золі підігрітого повітря, яке отримують за рахунок здійснення первинного підігріву у теплообміннику та після підігрівача газифікуючого агента, підвищує ефективність процесу допалювання золи і, як наслідок, дозволяє інтенсифікувати процес газифікації твердого подрібненого палива.And the use in the afterburner of residual combustible substances in the ash of heated air, which is obtained due to primary heating in the heat exchanger and after the heater of the gasifying agent, increases the efficiency of the ash afterburning process and, as a result, allows intensifying the gasification process of solid pulverized fuel.

Claims

FORMULA OF THE INVENTION

The method of gasification of solid pulverized fuel, which is carried out by preliminary drying and semi-coking with subsequent gasification of hot semi-coke on steam-oxygen or steam-air blasts and purification of generator gas from particles of coke and ash, and drying and semi-coking of fuel is carried out in a semi-coking reactor due to the heat of a mixture of hot ash and coke , which are released from the flow of generator gas during its purification, and hot gases and resin vapors are mixed with the flow of hot generator gas for further gasification of resins; semi-coke, which is obtained after semi-coking of fuel, is gasified in a circulating fluidized bed, and ash particles after gasification of semi-coke are used for afterburning residual combustible substances in the ash and thermal neutralization of harmful substances with an excess of air above stoichiometric; the generator gas supplied to the consumer is cooled in the heat exchanger due to the primary heating of the air, which, after the gasifying agent heater, is fed to the circulating fluidized bed gas generator for gasification of semi-coke, which differs in that the heated air obtained by primary heating in the heat exchanger and after the heater of the gasifying agent, are used in the afterburner of residual combustible substances in the ash. "Muvytrya Le rlvdyu and | consumer her Co.

I I le In the atmosphere Fuel 7 | i i p NA I | "I W o 7 Z ! and Y Y - - Zovpa tovi 15 no Povyrya oh Kara