WO2010095971A1 - Способ газификации угля в псевдоожиженном слое и устройство для его осуществления - Google Patents

Способ газификации угля в псевдоожиженном слое и устройство для его осуществления Download PDF

Info

Publication number
WO2010095971A1
WO2010095971A1 PCT/RU2009/000093 RU2009000093W WO2010095971A1 WO 2010095971 A1 WO2010095971 A1 WO 2010095971A1 RU 2009000093 W RU2009000093 W RU 2009000093W WO 2010095971 A1 WO2010095971 A1 WO 2010095971A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
coal
chamber
gas
air
gasification
Prior art date
Application number
PCT/RU2009/000093
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Валентин Меерович СТРОЯКОВСКИЙ
Алексей Сергеевич ГУМИЛЕВСКИЙ
Original Assignee
Закрытое Акционерное Общество "Kapбohиka-Ф"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Закрытое Акционерное Общество "Kapбohиka-Ф" filed Critical Закрытое Акционерное Общество "Kapбohиka-Ф"
Priority to EA200900342A priority Critical patent/EA012268B1/ru
Publication of WO2010095971A1 publication Critical patent/WO2010095971A1/ru

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/72—Other features
    • C10J3/721—Multistage gasification, e.g. plural parallel or serial gasification stages
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/46—Gasification of granular or pulverulent flues in suspension
    • C10J3/48—Apparatus; Plants
    • C10J3/482—Gasifiers with stationary fluidised bed
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/72—Other features
    • C10J3/723—Controlling or regulating the gasification process
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0913—Carbonaceous raw material
    • C10J2300/093—Coal
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0953—Gasifying agents
    • C10J2300/0956—Air or oxygen enriched air
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0953—Gasifying agents
    • C10J2300/0973—Water
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C3/00—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
    • F02C3/20—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid using a special fuel, oxidant, or dilution fluid to generate the combustion products
    • F02C3/26—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid using a special fuel, oxidant, or dilution fluid to generate the combustion products the fuel or oxidant being solid or pulverulent, e.g. in slurry or suspension
    • F02C3/28—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid using a special fuel, oxidant, or dilution fluid to generate the combustion products the fuel or oxidant being solid or pulverulent, e.g. in slurry or suspension using a separate gas producer for gasifying the fuel before combustion

Definitions

  • the invention relates to coal processing, and in particular to methods and devices for coal gasification, in particular, to gasification of coal in a fluidized bed and can be used in the power industry to produce energy or process gas.
  • a known method of gasification of coal in a fluidized bed in which coal is fluidized on the gas distribution grid of the working chamber by means of fuel combustion products supplied under the grid.
  • crushed coal is continuously fed into the fluidized bed heated in the apparatus to 500-800 0 C.
  • semi-coke and gas are also continuously discharged from the apparatus.
  • the disadvantage of this method and device for its implementation is the high degree of gas pollution by dust of coke and resins. Such a mixture tends to adhere to the walls of pipelines with the formation of a dense semi-coke crust. Over time, this crust increases, and the apparatus has to be stopped for cleaning.
  • a known method of gasification of coal in a fluidized bed and a device for its implementation by feeding coal into a hollow vertical cylindrical chamber, burning coal in an upward flow of a gasifying agent, the selection of gas and solid coal processing products.
  • a known method of gasification of coal in a fluidized bed includes sorting, fractionation and feeding of coal into a vertical cylindrical chamber, burning coal in an upward flow of a gasifying agent, measuring the temperature in the chamber and taking gas from a level located above the level of the burning layer
  • a known device for implementing this method of gasification of coal in a fluidized bed contains a vertical cylindrical chamber, at the bottom of which there is a grate with openings for supplying a gasifying agent, a pipe for removing cinder from the grate, a pipe for supplying coal to the chamber, pipelines for supplying a gasifying agent to the chamber and the gas outlet from the chamber, a cyclone for cleaning gas from small semi-coke, the inlet of which is connected to the pipeline for exhausting gas, and the outlet to the pipe a wire for supplying purified gas to the consumer and temperature sensors installed in the chamber.
  • the process of gasification of coal in this device is as follows.
  • Lignite or coal with a particle size of up to 70 mm is fed to the gas distribution grill. Coal is semi-coked in a fluidized bed at a temperature of 600-750 0 C. The fluidization of coal is carried out with a mixture of air and water vapor.
  • the disadvantage of this method and device for its implementation is that large fractions of semicoke are removed from the apparatus, which indicates insufficient gasification of coal, so the gas leaving the apparatus is low-calorie, and the gas output is small.
  • the technical problem to which this invention is directed is to increase the productivity of the process of producing high-calorie gas.
  • the solution of the technical problem is achieved by the fact that in the method of gasification of coal in a fluidized bed, including sorting, fractionation and feeding of coal into a vertical cylindrical chamber, burning coal in an upward flow of a gasifying agent, measuring the temperature in the chamber and taking gas from a level above the burning level layer, in the process of feeding coal into the chamber, its gasification is carried out in a modifiable air stream with the addition of water as a modifying additive in the lower zone of the fluidized bed of coal a mixture of air with part of the sampled gas, and oxygen enriched air in the upper zone of the fluidized coal bed, constantly measuring the concentration of carbon dioxide in the generated gas, the temperature is lower than the level of the burning coal layer, in the burning layer and at the gas outlet from the chamber, and maintaining gasification of coal, the concentration of carbon dioxide in the sampled gas in an amount of 1-4%, the difference between the temperature T, ° C in the burning coal layer and the temperature of the gas at the point of its exit from the chamber, calculated by the formula: and the difference between
  • the chamber is equipped with a pair of collectors encircling its grate (lower and upper) above the grate, connected to the chamber by nozzles for supplying additional gasifying agents to the burning coal layer, a carbon dioxide concentration sensor in the chamber installed at the outlet of the exhaust pipe gas from the chamber, a pipeline connected to the lower manifold, and a pipeline for supplying
  • Figure l presents a diagram of a device for gasification of coal in a fluidized bed.
  • the device comprises a vertical cylindrical chamber 1 with an inner diameter D, at the bottom of which a grate 2 is installed, made in the form of a truncated cone with holes for supplying air, encircling the camera with a pair of collectors (lower 3 and upper 4) connected to it by nozzles 5 for supplying burning coal layer of additional gasifying agents and installed above the grate above each other at a distance H along the axes of the nozzles, pipe 6 for removing cinder from the grate, mounted on the bottom of the grate howl lattice, pipe 7 for feeding the coal into the chamber via a screw installed between the manifolds, pipe 8 for exhausting gas from the chamber, pipelines: 9 - for supplying air to the chamber, 10 - for returning gas discharged from it into the chamber, 11 - for supplying oxygen-enriched air into the chamber, 12 - for discharging gas from the chamber, 13- for supplying purified gas to the consumer, a cyclone 14 for cleaning gas from fine semi
  • an air pump 19 and an automatic control unit 20 are installed, electrically connected with sensors installed in the chamber, and on pipelines electrically connected to the control unit, the flow regulators for the chamber: 21 - air, 22 - water, 23 - oxygen 24 - exhaust gas 25 - air through the lower collector, 26 - air through the upper collector.
  • Coal gasification in this device is as follows.
  • the raw material prepared for processing is fed through the pipe 7 using a screw into the chamber 1.
  • air flow regulator 21 open, by means of the air pump 19 through the openings 9 through the openings in the grate 2, air is supplied to the chamber, which is a gasifying and fluidizing layer of coal particles. . Ignition of coal is carried out by an electrothermal device (not shown in the drawing).
  • the regulators 22, 24 and 25 open, water and a mixture of air and sampled gas are supplied to the chamber through the pipes 5 of the lower manifold 3, and air is fed through the pipe 11 with the regulators 23 and 26 open and through the pipes of the upper collector 4, enriched with oxygen.
  • the quantitative composition of mixtures of gasification agents is regulated by flow regulators in accordance with the signals received by the control unit 20 from temperature sensors 15, 16, 17 and carbon dioxide concentration sensor 18 in the chamber.
  • Heavy rock and cinder fall on the grate and, thanks to its funnel-shaped form, roll into the pipe 6 and through it are removed from the chamber.
  • Small semi-coke along with the sampled gas through the pipe 8 is discharged from the chamber and through the pipe 12 enters the cyclone 14, where solid particles settle to the bottom and are discharged by gravity, and the purified sampled gas passes through the pipe 13 to the consumer.
  • the optimal conditions for the process of coal gasification depend on the shape, size and location of the fluidized bed of coal in the chamber and are ensured by the optimal ratio between the diameter D of the chamber and the distance H between the zones of deceleration and acceleration of the combustion processes located below and above the flame, respectively, and the pressure of the upward air flow .
  • the decrease in the temperature difference AT 1 recorded by the sensors 16 and 17 and the simultaneous increase in the temperature difference ⁇ Tg recorded by the sensors 16 and 15 indicate a combustion core is moving up due to an increase in the height of the fluidized bed, while an increase in AT 1 and a simultaneous decrease in AT 2 indicate a movement of the core burning down.
  • the gasification agent modification system ceases to work: the retarders and accelerators of combustion processes entering the chamber from the openings of the nozzles 5 in the collectors 3 and 4 will fall, respectively, not into the upper and lower zones of the fluidized bed, but below or above them, which will lead to a deterioration in quality and a decrease in the amount of gas taken. Stabilization of process parameters due to the regulation of the location of the combustion core is carried out automatically by the signal from the unit control 20 to the regulator 21 of the air supply, with which increases or decreases the pressure of the upward flow of air.
  • the decrease or increase in ⁇ T 2 recorded by sensors 16 and 15 without changing AT 1 indicates an excess or deficiency of a moderator of the combustion process, respectively.
  • the amount of combustion process supplied to the retarder chamber is controlled automatically by signals from the control unit 20 to the air supply regulator 25, the water supply regulator 22 and the selected gas supply regulator 24.
  • the decrease in carbon dioxide indicates a lack of oxygen necessary for the oxidation of carbon to carbon monoxide - the main component of the generator gas, and an increase - the excess in the upper zone of burning coal oxygen, which oxidizes high-calorie carbon monoxide, forming low-calorie carbon dioxide.
  • the amount of oxygen supplied to the combustion zone is controlled automatically by signals from the control unit 20 to the oxygen supply regulator 23 and the air supply regulator 26.
  • coals of various grades from various deposits are used: grade B2 (Berezovsky open pit, Kansko-Achinsky coal basin), having the following parameters: humidity
  • the distance from the base of the chamber to the axis of the pipes of the lower manifold is 0.15 m.
  • the variable parameter of the chamber is the distance H between the axes of the nozzles of the upper and lower collectors and, accordingly, the ratio HfD.
  • Coal is ignited in an upward flow of air, which is a gasifying and fluidizing layer of coal particles.
  • the air is supplied in an amount of 280 m 3 / h.
  • Cinders are removed from the chamber through a pipe at the base of the chamber, and the shallow semi-coke, together with the generated gas, enters the cyclone, where solid particles settle to the bottom and are discharged by gravity, and the purified generated gas is supplied to the consumer.
  • the optimization process is as follows.
  • a mixture of water, air, in the amount of 5% of the volume supplied to the chamber through the openings of the grate and the generated gas, in the amount of 5% of the generated volume, is fed into the lower zone of the fluidized bed through the lower manifold.
  • Air is supplied to the upper zone of the fluidized bed through the upper manifold in an amount of 5% of the volume supplied to the chamber through the openings of the grate and oxygen.
  • sensors measure the concentration of carbon dioxide, the gas temperature at the outlet of the chamber, the temperature inside the flame and at the level of the grate below the level of coal combustion. The sensor readings are transmitted to the control unit.
  • Example 2 When sorting selected coal brand B2 (Borodinsky). The raw materials are crushed and coal of class 3-30 mm is selected during fractionation. The process is conducted according to the technology described in example 1.
  • Example 3 When sorting selected coal brand B2 (section "Berezovsky” Kansk-Achinsk coal basin). The raw materials are crushed and coal of class 3-30 mm is selected during fractionation. The process is conducted according to the technology described in example 1.
  • Example 4 When sorting selected Shubarkol coal brand D, Ukraine. The raw materials are crushed and coal of class 3-30 mm is selected during fractionation. The process is conducted according to the technology described in example 1.
  • Example 5 When sorting selected coal grade B2 (section "Berezovsky” Kansk-Achinsk coal basin). The raw materials are crushed and coal of class 3-30 mm is selected during fractionation. The process is conducted according to the technology described in example 1.
  • Solid particles rock, cinder, are discharged from the chamber through a pipe at the base of the chamber, and small semi-coke, together with gas, enters the cyclone, where solid particles settle to the bottom and are unloaded by gravity, and the purified gas is supplied to the consumer.
  • the gas yield at optimal values of the parameters of the method and device according to examples 1-3 is 1.5 times higher compared to the prototype, while the specific heat of gas combustion is higher by 30-70%.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Fluidized-Bed Combustion And Resonant Combustion (AREA)
  • Industrial Gases (AREA)

Abstract

Изобретение относится к углепереработке и может быть использовано в теплоэнергетике для получения энергетического или технологического газа. Предложен способ газификации угля в псевдоожиженном слое, включающий сжигание угля в восходящем модифицируемом потоке воздуха, с добавлением в качестве модифицирующей добавки в нижнюю зону псевдоожиженного слоя угля воды и смеси воздуха с частью отобранного газа, а в верхнюю зону псевдоожиженного слоя угля - воздух, обогащенный кислородом. Устройство для осуществления данного способа содержит вертикальную цилиндрическую камеру 1 и коллекторы (нижний 3 и верхний 4), соединенные с камерой патрубками 5 для подвода в горящий слой угля дополнительных газифицирующих агентов. Вне камеры установлен блок 20 автоматического управления регуляторами подачи в камеру: 21 - воздуха, 22 - воды, 23 - кислорода, 24 - отводимого газа, 25 - воздуха через нижний коллектор, 26 - воздуха через верхний коллектор. Использование предложенного способа газификации угля и устройства для его осуществления, даёт возможность увеличить производительность процесса получения высококалорийного газа.

Description

СПОСОБ ГАЗИФИКАЦИИ УГЛЯ В ПСЕВДООЖИЖЕННОМ СЛОЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Изобретение относится к углепереработке, а именно способам и устройствам для газификации угля, в частности, к газификации угля в псевдоожиженном слое и может быть использовано в теплоэнергетике для получения энергетического или технологического газа.
Известен способ газификации угля в псевдоожиженном слое, при котором на газораспределительной решетке рабочей камеры псевдоожижается уголь посредством подаваемых под решетку продуктов сгорания топлива.
Махорин K.E., Глухоманюк А.М. Получение углеродных адсорбентов в кипящем слое. - Киев: Наукова думка, 1983.
Согласно известному способу в кипящий слой, нагретый в аппарате до 500 - 8000C непрерывно подается дробленый уголь. При этом из аппарата также непрерывно выводится полукокс и газ. Недостатком этого способа и устройства для его осуществления является высокая степень загрязнения газа пылью полукокса и смолами. Такая смесь имеет тенденцию к налипанию на стенки трубопроводов с образованием плотной полукоксовой корки. Со временем эта корка увеличивается, и аппарат приходится останавливать на чистку.
Указанный недостаток преодолен в другом известном способе и устройстве для его осуществления.
Известен способ газификации угля в псевдоожиженном слое и устройство для его осуществления путём подачи угля в полую вертикальную цилиндрическую камеру, сжигание угля в восходящем потоке газифицирующего агента, отбор газа и твёрдых продуктов переработки угля.
Патент РФ JVb 2073061 МПК кл.C10B49/10, 1992 г. Данный способ и устройство для его осуществления по технической сущности и достигаемому результату наиболее близки к изобретению и, поэтому приняты за его прототип.
Известный способ газификации угля в псевдоожиженном слое включает сортировку, фракционирование и подачу угля в вертикальную цилиндрическую камеру, сжигание угля в восходящем потоке газифицирующего агента, измерение температуры в камере и отбор газа с уровня, расположенного выше уровня горящего слоя
Известное устройство для осуществления этого способа газификации угля в псевдоожиженном слое содержит вертикальную цилиндрическую камеру, на дне которой установлена колосниковая решётка с отверстиями для подвода газифицирующего агента, патрубок для отвода огарков с колосниковой решётки, патрубок для подачи угля в камеру, трубопроводы для подвода газифицирующего агента в камеру и отвода газа из камеры, циклон для очистки газа от мелкого полукокса, входной патрубок которого соединён с трубопроводом для отвода газа, а выпускной - с трубопроводом для подачи очищенного газа к потребителю и датчики температуры, установленные в камере.
В нижней части аппарата, в которой осуществляется известный способ газификации угля, размещена газораспределительная решетка. На неё подаётся уголь, который псевдоожижается, поступающим из-под решётки газифицирующим агентом, Продукты переработки удаляются из устройства через предназначенные для этого патрубки и газоходы.
Процесс газификации угля в этом устройстве осуществляется следующим образом.
Бурый или каменный уголь крупностью до 70 мм подается на газораспределительную решетку. Уголь подвергается полукоксованию в псевдоожиженном слое при температуре 600-7500C. Псевдоожижение угля осуществляется смесью воздуха и водяного пара. Недостаток этого способа и устройства для его осуществления заключается в том, что из аппарата выводятся крупные фракции полукокса, что говорит о недостаточно эффективной газификации угля, поэтому выходящий из аппарата газ является низкокалорийным, а производительность процесса по выходу газа мала.
Технической задачей, на достижение которой направлено данное изобретение, является повышение производительности процесса получения высококалорийного газа.
Решение поставленной технической задачи достигается тем, что в способе газификации угля в псевдоожиженном слое, включающем сортировку, фракционирование и подачу угля в вертикальную цилиндрическую камеру, сжигание угля в восходящем потоке газифицирующего агента, измерение температуры в камере и отбор газа с уровня, расположенного выше уровня горящего слоя, в процессе подачи угля в камеру, его газификацию ведут в модифицируемом потоке воздуха с добавлением в качестве модифицирующей добавки в нижнюю зону псевдоожиженного слоя угля воду и смесь воздуха с частью отобранного газа, а в верхнюю зону псевдоожиженного слоя угля - воздух, обогащенный кислородом, постоянно измеряя концентрацию углекислого газа в генерируемом газе, температуру ниже уровня горящего слоя угля, в горящем слое и на выходе газа из камеры, и поддерживая в процессе газификации угля концентрацию углекислого газа в отбираемом газе в количестве 1-4%, разницу между температурой T,°C в горящем слое угля и температурой газа в точке его выхода из камеры, рассчитываемую по формуле:
Figure imgf000005_0001
и разницу между температурой в горящем слое угля и температурой ниже уровня горящего слоя, рассчитываемую по формуле: ΔT2=k2T, где: k,=0,5-0,7; k2 =0,4-0,6.
Решение поставленной технической задачи достигается, также, тем, что в устройстве для осуществления способа газификации угля в псевдоожиженном слое, содержащем вертикальную цилиндрическую камеру, на дне которой установлена колосниковая решётка с отверстиями для подвода газифицирующего агента, патрубок для отвода огарков с колосниковой решётки, патрубок для подачи угля в камеру, трубопроводы для подвода газифицирующего агента в камеру и отвода газа из камеры, циклон для очистки газа от мелкого полукокса, входной патрубок которого соединён с трубопроводом для отвода газа, а выпускной - с трубопроводом для подачи очищенного газа к потребителю и датчики температуры, установленные в камере, камера оснащена, установленными над колосниковой решёткой парой опоясывающих её коллекторов (нижним и верхним), соединенных с камерой патрубками для подвода в горящий слой угля дополнительных газифицирующих агентов, датчиком концентрации углекислого газа в камере, установленным у отверстия трубопровода для отвода газа из камеры, трубопроводом, соединённым с нижним коллектором, и трубопроводом для подачи очищенного газа из циклона к потребителю, при этом патрубок для подачи угля в камеру установлен между коллекторами, а датчики температуры установлены на уровнях колосниковой решётки, газохода для отвода газа из камеры и в центре камеры между отверстиями патрубков верхнего и нижнего коллекторов, вне камеры установлен блок автоматического управления, электрически соединённый с установленными в камере датчиками, а на трубопроводах установлены регуляторы расхода газифицирующих агентов, электрически соединённые с блоком управления с возможностью автоматического регулирования расхода газифицирующих агентов в зависимости от показаний датчика концентрации углекислого газа в камере и датчиков температуры, при отношении диаметра камеры к расстоянию между отверстиями в нижнем и верхнем коллекторах 0,8 - 1,2
Желательно вести процесс, поддерживая температуру в горящем слое угля 500-8000C. Целесообразно при сортировке и фракционировании отбирать неспекающиеся марки углей - класса 3-30 мм.
Предпочтительно вводить модифицирующие воздух добавки в верхнюю и нижнюю зоны псевдоожиженного слоя угля радиально к восходящему потоку воздуха.
Целесообразно выполнение колосниковой решётки в форме усечённого конуса и установка на его малом основании патрубка для отвода огарков.
Увеличение производительности процесса газификации угля и улучшение качественных показателей получаемого газа с использованием данных способа и устройства становиться возможным, благодаря тому, что при оптимальном соотношении подводимых в камеру замедлителей (водяного пара, генерируемого газа) и ускорителя горения (кислорода), в нижней части псевдоожиженного слоя, где под действием силы тяжести концентрируются более крупные частицы угля, процессы его активации замедляются под действием силы трения между частицами происходит их разрушение с увеличением фактической поверхности реакционного взаимодействия, которое и осуществляется на верхнем уровне псевдоожиженного слоя в присутствии обогащенного кислородом воздуха.
На фиг.l представлена схема устройства для газификации угля в псевдоожиженном слое.
Устройство содержит вертикальную цилиндрическую камеру 1 с внутренним диаметром D, на дне которой установлена колосниковая решётка 2, выполненная в форме усечённого конуса с отверстиями для подвода воздуха, опоясывающих камеру пару коллекторов (нижний 3 и верхний 4), соединенных с ней патрубками 5 для подвода в горящий слой угля дополнительных газифицирующих агентов и установленных над колосниковой решёткой друг над другом на расстоянии H по осям патрубков, патрубок 6 для отвода огарков с колосниковой решётки, установленный на дне колосниковой решётки, патрубок 7 для подачи угля в камеру с помощью шнека, установленный между коллекторами, патрубок 8 для отвода газа из камеры, трубопроводы: 9 - для подачи в камеру воздуха, 10 - для возврата в камеру отводимого из неё газа, 11 - для подачи в камеру воздуха обогащенного кислородом, 12 - для отвода газа из камеры, 13- для подачи очищенного газа к потребителю, циклон 14 для очистки газа от мелкого полукокса, входной патрубок которого соединён с трубопроводом для отвода газа, а выпускной - с трубопроводом для подачи очищенного газа к потребителю и датчики температуры 15, 16, 17, установленные на уровнях колосниковой решётки, между коллекторами и патрубком для отвода генерируемого газа из камеры, соответственно, датчик 18 концентрации в камере углекислого газа, установленный у отверстия патрубка для отвода газа из камеры. Вне камеры установлен воздушный насос 19 и блок автоматического управления 20, электрически соединённый, с установленными в камере датчиками, а на трубопроводах, электрически соединённые с блоком управления регуляторы подачи в камеру: 21 - воздуха, 22 - воды, 23 - кислорода 24 - отводимого газа, 25 - воздуха через нижний коллектор, 26 - воздуха через верхний коллектор.
Газификации угля в данном устройстве осуществляется следующим образом.
Подготовленное для переработки сырьё, через патрубок 7 подают с помощью шнека в камеру 1. При открытом регуляторе 21 расхода воздуха, посредством воздушного насоса 19 по трубопроводу 9 через отверстия в колосниковой решётке 2 в камеру подают воздух, который является газифицирующим и псевдоожижающим слой угольных частиц агентом. Зажигание угля осуществляют электротермическим устройством (на чертеже не показано). При открытых регуляторах 22, 24 и 25 по трубопроводу 10 в камеру через патрубки 5 нижнего коллектора 3 подаётся вода и смесь воздуха и отобранного газа, а по трубопроводу 11 при открытых регуляторах 23 и 26 через патрубки верхнего коллектора 4 в камеру подаётся воздух, обогащенный кислородом. Количественный состав смесей газифицирующих агентов регулируется регуляторами расхода в соответствии с сигналами, поступающими в блок управления 20 от датчиков 15, 16, 17 температуры и датчика 18 концентрации углекислого газа в камере. Тяжёлые порода и огарки падают на колосниковую решётку и благодаря её воронкообразной форме скатываются в патрубок 6 и через него выводятся из камеры. Мелкий полукокс вместе с отобранным газом через патрубок 8 выводится из камеры и по трубопроводу 12 поступает в циклон 14, где твёрдые частицы оседают на дно и выгружаются самотёком, а очищенный отобранный газ поступает по трубопроводу 13 к потребителю.
Оптимальные условия протекания процесса газификации угля зависят от формы, размеров и месторасположение псевдоожиженного слоя угля в камере и обеспечиваются оптимальным соотношением между диаметром D камеры и расстоянием H между зонами замедления и ускорения процессов горения, находящейся внизу и вверху факела, соответственно, и напором восходящего потока воздуха. Регистрируемое датчиками 16 и 17 снижение разности температур AT1 и одновременное, регистрируемое датчиками 16 и 15, увеличение разности температур ΔТг свидетельствует о перемещении ядра горения вверх из-за увеличения высоты псевдоожиженного слоя, а увеличение AT1 и одновременное уменьшение AT2 - о перемещении ядра горения вниз. В любом из этих случаев перестаёт работать система модификации газифицирующего агента: поступающие в камеру из отверстий патрубков 5 в коллекторах 3 и 4 замедлители и ускорители процессов горения будут попадать, соответственно, не в верхнюю и нижнюю зоны псевдоожиженного слоя, а ниже или выше их, что приведёт к ухудшению качества и уменьшению количества, отбираемого газа. Стабилизация параметров процесса за счёт регулирования местонахождения ядра горения осуществляется автоматически по сигналу, поступающему с блока управления 20 на регулятор 21 подачи воздуха, с помощью которого увеличивается или уменьшается напор восходящего потока воздуха.
Регистрируемое датчиками 16 и 15 снижение или увеличение ΔT2 без изменения AT1 свидетельствует об избытке или недостатке замедлителя процесса горения, соответственно.
Регулирование количества подаваемого в камеру замедлителя процесса горения осуществляется автоматически по сигналам, поступающим с блока управления 20 на регулятор 25 - подачи воздуха, регулятор 22 - подачи воды и регулятор 24 - подачи отобранного газа.
Регистрируемое датчиком 18, снижение содержания углекислого газа свидетельствует о недостатке кислорода, необходимого для окисления углерода до оксида углерода - основной составляющей генераторного газа, а увеличение - об избытке в верхней зоне горящего угля кислорода, который окисляет высококалорийный оксид углерода, образуя низкокалорийный углекислый газ. Регулирование количества подаваемого в зону горения кислорода осуществляется автоматически по сигналам, поступающим с блока управления 20 на регулятор 23 подачи кислорода и регулятор 26 подачи воздуха.
Согласно предложенному способу используют угли различных сортов из различных месторождений: марки Б2 (Разрез "Березовский" Канско- Ачинского угольного бассейна), имеющий следующие параметры: влажность
Wt= 33,5%, зольность Ad=5,0%, выход летучих: Vdaf =48%, Cdaf = 71,7%, H daf =л^o/% N daf =0 S o /θi o daf =22,3%, S daf,=0,5%, калорийность Qi = 3800 ккал/кг; марки Д (Шубаркольский, Казахстан), имеющий следующие
параметры: W* = 12,2% , Ad=2,4%, Vdaf =40%, Cdaf = 77,9%, Hdaf =5,3%, N daf =1 ?2 o /θ5 o daf =15%, S daf =0,44%, Q[ = 2570 ккал/кг; марки Б2
(Бородинский), имеющий следующие параметры: t = 31,3% , А =10,3%, V daf =47)б%, Cdaf = 71%, Hdaf =5%, N^ =1%, Odaf =22,5%, S daf =0,5%,
4^i = 3760 ккал/кг;
Согласно предложенному способу, используют цилиндрические камеры высотой L=IM, внутренним диаметром D=0,4м. Расстояние от основания камеры до оси патрубков нижнего коллектора равно 0,15м. Переменным параметром камеры являются расстояние H между осями патрубков верхнего и нижнего коллекторов и, соответственно, отношение HfD.
Изобретение поясняется примерами.
Пример 1. При сортировке отбирают Шубаркольский уголь марки Д, Казахстан. Сырьё дробят и при фракционировании отбирают уголь класса 3- 30 мм, который в количестве 130 кг/час подают в камеру. Расстояние между осями патрубков верхнего и нижнего коллекторов H=0,32м, H/D= 0,8
Уголь зажигают в восходящем потоке воздуха, который является газифицирующим и псевдоожижающим слой угольных частиц агентом.
В камеру через отверстия в колосниковой решётке подаётся воздух в количестве - 280 м 3/ч.
Огарки выводятся из камеры через патрубок в основании камеры, а мелкий полукокс - вместе с генерированным газом, поступает в циклон, где твёрдые частицы оседают на дно и выгружаются самотёком, а очищенный генерированный газ подаётся к потребителю.
Оптимизацию процесса осуществляют следующим образом.
В нижнюю зону псевдоожиженного слоя через нижний коллектор подают смесь воды, воздуха, в количестве 5% от объёма, подаваемого в камеру через отверстия колосниковой решётки, и генерированного газа, в количестве 5% от выработанного объёма.
В верхнюю зону псевдоожиженного слоя через верхний коллектор подают воздух, в количестве 5% от объёма, подаваемого в камеру через отверстия колосниковой решётки и кислород. С помощью датчиков измеряют концентрацию углекислого газа, температуру газа на выходе из камеры, температуру внутри факела и на уровне колосниковой решётки ниже уровня горения угля. Показания датчиков передают в блок управления.
Процесс ведут, регулируя по показаниям датчиков поступления газифицирующих агентов в камеру и поддерживая с помощью программируемого блока управления при значении температуры внутри псевдоожиженного слоя T=500°C, концентрацию Kco2 углекислого газа в генерируемом газе в количестве 1%, разницу ΔТi между температурой в горящем слое угля и температурой газа в точке его выхода из камеры равную 250°, (ki=ΔTi/T=0,5) и разницу ΔT2 между температурой в горящем слое угля и температурой ниже уровня горящего слоя равную 200° (k2=ΔT2/T=0,4).
Пример 2. При сортировке отбирают уголь марки Б2 (Бородинский). Сырьё дробят и при фракционировании отбирают уголь класса 3-30 мм. Процесс ведут по технологии, описанной в примере 1.
Пример 3. При сортировке отбирают уголь марки Б2 (Разрез "Березовский" Канско-Ачинского угольного бассейна). Сырьё дробят и при фракционировании отбирают уголь класса 3-30 мм. Процесс ведут по технологии, описанной в примере 1.
Пример 4. При сортировке отбирают Шубаркольский уголь марки Д, Казахстан. Сырьё дробят и при фракционировании отбирают уголь класса 3- 30 мм. Процесс ведут по технологии, описанной в примере 1.
Пример 5. При сортировке отбирают уголь марки Б2 (Разрез "Березовский" Канско-Ачинского угольного бассейна). Сырьё дробят и при фракционировании отбирают уголь класса 3-30 мм. Процесс ведут по технологии, описанной в примере 1.
Переменные параметры способа и устройства по примерам приведены в таблице 1. . • Таблица 1
Figure imgf000013_0001
Для сравнения, проводят переработку угля в известном устройстве по известному способу - прототипу. При сортировке отбирают Шубаркольский уголь марки Д, Казахстан. Сырьё дробят и при фракционировании отбирают уголь класса 3-30 мм, который в количестве 130 кг/час подают в камеру, описанную в примере 1. Через отверстия в колосниковой решётке подают воздух в количестве - 280 м 3/ч и водяной пар при массовом соотношении водяной пар воздух 1 :20. Процесс ведут при значении температуры в кипящем слое 7000C. Коллекторы и блок управления не используют. Оптимизацию процесса путём подачи в камеру модифицирующих агентов не осуществляется. Твёрдые частицы: порода, огарки, выводятся из камеры через патрубок в основании камеры, а мелкий полукокс - вместе с газом, поступает в циклон, где твёрдые частицы оседают на дно и выгружаются самотёком, а очищенный газ подаётся к потребителю.
В качестве показателя производительности процесса переработки угля, принимают выход газа при максимальных значениях удельной теплоты его сгорания. Результаты измерений представлены в таблице 2.
Таблица 2
Figure imgf000013_0002
Как видно из представленных в таблице 2 данных, выход газа при оптимальных значениях параметров способа и устройства по примерам 1-3 в 1,5 раза выше по сравнению с прототипом, при этом удельная теплота сгорания газа выше - на 30-70%.
Использование предложенного высокопроизводительного способа газификации угля в псевдоожиженном слое и устройства для его осуществления, в камере которого формируется и автоматически поддерживается область горения угля, высота которой лимитируется зависящим от диаметра камеры расстоянием между отверстиями в стенках камеры, через которые в неё подаются реагенты, замедляющие и ускоряющие процессы горения угля, соответственно, в нижней и верхней зонах псевдоожиженного слоя, позволяет получать газ с высокой теплотворной способностью, что обеспечивает возможность его использования на электростанциях в качестве экологически безопасного заменителя угля и жидких углеводородов, расширяет топливную базу теплоэнергетики, металлургической, химической, автомобильной, стекольной и керамической промышленности.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ газификации угля в псевдоожиженном слое, включающий сортировку, фракционирование и подачу угля в вертикальную цилиндрическую камеру, сжигание угля в восходящем потоке газифицирующего агента, измерение температуры в камере и отбор газа с уровня, расположенного выше уровня горящего слоя, отличающийся тем, что в процессе подачи угля в камеру, его газификацию ведут в модифицируемом потоке воздуха с добавлением в качестве модифицирующей добавки в нижнюю зону псевдоожиженного слоя угля воду и смесь воздуха с частью отобранного газа, а в верхнюю зону псевдоожиженного слоя угля - воздух, обогащенный кислородом, постоянно измеряя концентрацию углекислого газа в генерируемом газе, температуру ниже уровня горящего слоя угля, в горящем слое и на выходе газа из камеры, и поддерживая в процессе газификации угля концентрацию углекислого газа в отбираемом газе в количестве 1-4%, разницу между температурой T,°C в горящем слое угля и температурой газа в точке его выхода из камеры, рассчитываемую по формуле: ΔTi=kiT и разницу между температурой в горящем слое угля и температурой ниже уровня горящего слоя, рассчитываемую по формуле: ΔT2=k2T, где: k,=0,5-0,7; k2 =0,4-0,6.
2. Способ переработки угля по п.l, отличающийся тем, что процесс ведут, поддерживая температуру в горящем слое угля 500-8000C.
3. Способ переработки угля по п.l, отличающийся тем, что при сортировке и фракционировании отбирают неспекающиеся марки углей - класса 3-30 мм.
4. Способ переработки угля по п.l, отличающийся тем, что модифицирующие воздух добавки вводят в верхнюю и нижнюю зоны псевдоожиженного слоя угля радиально к восходящему потоку воздуха.
5. Устройство для осуществления способа газификации угля в псевдоожиженном слое по п.l, содержащее вертикальную цилиндрическую камеру, на дне которой установлена колосниковая решётка с отверстиями для подвода газифицирующего агента, патрубок для отвода огарков с колосниковой решётки, патрубок для подачи угля в камеру, трубопроводы для подвода газифицирующего агента в камеру и отвода газа из камеры, циклон для очистки газа от мелкого полукокса, входной патрубок которого соединён с трубопроводом для отвода газа, а выпускной - с трубопроводом для подачи очищенного газа к потребителю и датчики температуры, установленные в камере, отличающееся тем, что камера оснащена, установленными над колосниковой решёткой парой опоясывающих её коллекторов (нижним и верхним), соединенных с камерой патрубками для подвода в горящий слой угля дополнительных газифицирующих агентов, датчиком концентрации углекислого газа в камере, установленным у отверстия трубопровода для отвода газа из камеры, трубопроводом, соединённым с нижним коллектором и трубопроводом для подачи очищенного газа из циклона к потребителю, при этом патрубок для подачи угля в камеру установлен между коллекторами, а датчики температуры установлены на уровнях колосниковой решётки, газохода для отвода газа из камеры и в центре камеры между отверстиями патрубков верхнего и нижнего коллекторов, вне камеры установлен блок автоматического управления, электрически соединённый с установленными в камере датчиками, а на трубопроводах установлены регуляторы расхода газифицирующих агентов, электрически соединённые с блоком управления с возможностью автоматического регулирования расхода газифицирующих агентов в зависимости от показаний датчика концентрации углекислого газа в камере и датчиков температуры, при отношении диаметра камеры к расстоянию между отверстиями в нижнем и верхнем коллекторах 0,8 - 1,2
6. Устройство для осуществления способа газификации угля в псевдоожиженном слое по п.7, отличающееся тем, что колосниковая решётка выполнена в форме усечённого конуса, а патрубок для отвода огарков установлен на его малом основании.
PCT/RU2009/000093 2009-02-20 2009-02-26 Способ газификации угля в псевдоожиженном слое и устройство для его осуществления WO2010095971A1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EA200900342A EA012268B1 (ru) 2009-02-20 2009-02-26 Способ газификации угля в псевдоожиженном слое и устройство для его осуществления

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009105839 2009-02-20
RU2009105839/05A RU2009105839A (ru) 2009-02-20 2009-02-20 Способ газификации угля в псевдоожиженном слое и устройство для его осуществления

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2010095971A1 true WO2010095971A1 (ru) 2010-08-26

Family

ID=42634080

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2009/000093 WO2010095971A1 (ru) 2009-02-20 2009-02-26 Способ газификации угля в псевдоожиженном слое и устройство для его осуществления

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2009105839A (ru)
WO (1) WO2010095971A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102776028A (zh) * 2011-05-10 2012-11-14 龚泽 一种自动化落料节能气化炉

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB352271A (en) * 1929-07-18 1931-07-09 Alfred Jean Andre Hereng Improvements in or relating to the gasification of solid fuel
GB837074A (en) * 1958-06-20 1960-06-09 Sumitomo Chemical Co A process of automatic control for pulverised coal gasification
US4608059A (en) * 1983-09-20 1986-08-26 Metallgesellschaft Aktiengesellschaft Method of operating a reactor for gasifying solid fuels
RU2073061C1 (ru) * 1992-06-05 1997-02-10 Рейнгольд Христианович Мерц Способ получения полукокса из бурых и каменных углей

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB352271A (en) * 1929-07-18 1931-07-09 Alfred Jean Andre Hereng Improvements in or relating to the gasification of solid fuel
GB837074A (en) * 1958-06-20 1960-06-09 Sumitomo Chemical Co A process of automatic control for pulverised coal gasification
US4608059A (en) * 1983-09-20 1986-08-26 Metallgesellschaft Aktiengesellschaft Method of operating a reactor for gasifying solid fuels
RU2073061C1 (ru) * 1992-06-05 1997-02-10 Рейнгольд Христианович Мерц Способ получения полукокса из бурых и каменных углей

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
S.D. FEDOSEEV ET AL.: "Polukoksovanie i gazifikatsiya tverdogo topliva.", MOSCOW, GOSUDARSTVENNOE NAUCNO-TEKHNICHESKOE IZDATELSTVO NEFTYANOI I GORNO-TOPLIVNOI LITERATURY, 1960, pages 316 - 319 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102776028A (zh) * 2011-05-10 2012-11-14 龚泽 一种自动化落料节能气化炉

Also Published As

Publication number Publication date
RU2009105839A (ru) 2010-08-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3454383A (en) Gasification method and apparatus
AU2012311411B2 (en) Chemical looping combustion method with removal of ash and fines in the reduction area, and a facility using such a method
CN102459517B (zh) 实现热解的方法和热解设备
CN101688134A (zh) 气化炉
CN103881761B (zh) 一种基于循环流化床的煤热解气化多联产装置及工艺
RU2014105490A (ru) Реактор и способ газификации биомассы, устройство получения газа из биомассы, фильтр тонкой очистки полученного из биомассы газа и способ очистки названного газа
US20180237699A1 (en) Duplex process for rapid thermochemical conversion of carbonaceous raw materials
WO2013006035A1 (en) An apparatus for producing combustible gases from biomass
CN102249229A (zh) 采用浮选法由粉煤灰制高比表面活性炭的工艺
EP1230324A1 (en) Process for the production of a gaseous fuel
CN101362955B (zh) 低速床热解方法及装置
CN102732276A (zh) 一种稻壳直燃联产碳化稻壳装置
CN102259857B (zh) 采用浮选和炭化由粉煤灰制备活性炭的工艺
EP0050863A1 (en) Process of and apparatus for gasifying coals
WO2010095971A1 (ru) Способ газификации угля в псевдоожиженном слое и устройство для его осуществления
CN102786962A (zh) 一种化学熄焦装置、熄焦介质及其工艺
CN1615354A (zh) 粉煤加压气化器系统
CN104152184B (zh) 生物质旋风热解-悬浮燃烧复合气化装置及其气化方法
EA012268B1 (ru) Способ газификации угля в псевдоожиженном слое и устройство для его осуществления
US4598653A (en) Combustion system for burning fuel having various particle sizes
RU2366861C1 (ru) Двухступенчатый способ плазменно-термической подготовки кускового топлива к сжиганию и установка для его осуществления
US1832092A (en) Gas producer
CN103484180A (zh) 一种燃煤自供热的催化气化制天然气的工艺和系统
US4345914A (en) Method of heating fine-grained solids
RU2764686C1 (ru) Устройство для получения водорода, монооксида углерода, диоксида углерода и азота

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 200900342

Country of ref document: EA

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 09840493

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 09840493

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1