СПОСОБ РЕЦИРКУЛЯЦИИ МЕЛКОЗЕРНИСТЫХ ТВЕРДЫХ ВЕЩЕСТВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2000 года по МПК B01J8/00 C21B13/00 F27B15/12 

Изобретение относится к способу рециркуляции мелкозернистых твердых веществ, таких как угольная пыль, отводимых при посредстве газа из зоны отвода реакционной емкости, в частности плавильно-газификационного аппарата, в зону рециркуляции реакционной емкости, в котором твердые вещества отделяют в разделителе твердых веществ, в частности циклоне, затем собирают в накопительной емкости, а оттуда снова передают в реакционную емкость транспортировочным газом, при поддержании разности давлений между разделителем твердых веществ и зоной рециркуляции, а также к устройству для осуществления способа.

Из ЕР-А - 0493752 известен способ выделения горячей пыли из газификационного реактора, такого как плавильно-газификационный аппарат, в циклоне и, с целью преодоления разности давлений между циклоном и газификационным аппаратом, рециркуляцию этой пыли осуществляют через шлюзовую систему, а именно через горелку. Конструкция известной шлюзовой системы очень дорогая, а шлюзовые системы, приводимые в действие механически, кроме того, подвергаются сильному износу при воздействии пылевидных веществ.

Из ЕР-В - 0278287 известен способ вышеописанного типа. В нем твердые вещества, образующиеся в разделителе твердых веществ после отделения от отработанного газа, выводимого из реакционной емкости, собирают в накопительной емкости, причем между разделителем в виде циклона и накопительной емкостью давление понижается до уровня, равного самому низкому давлению в разделителе твердых веществ, или, возможно, ниже, чем это давление, что осуществляется при помощи откачивания газа на некотором расстоянии от разделителя. Хотя этот способ предлагает то преимущество, что твердые вещества, выходящие из разделителя, могут свободно перетекать в накопительную емкость, так как между разделителем и накопительной емкостью нет противотока газа, который бы препятствовал движению твердых частиц, однако он обладает тем недостатком, что из-за пониженного давления отработанный газа из реакционной емкости проходит через циклон и вместе с твердыми частицами рециркулирует снова в реакционную емкость. Из-за повторного циркулирования уже использованного газа нарушаются процессы, происходящие в реакционной емкости, или становятся по крайней мере менее эффективными.

Из ЕР-В - 0245268 известен способ передачи дымовых газов, выходящих из реакционной емкости, в циклонный разделитель, из которого затем отделенные твердые частицы снова возвращают в реакционную емкость. Часть твердых частиц отводится из циклонного разделителя путем отсасывания, отдельно от остальных твердых частиц, вместе с дымовым газом и возвращается в реакционную емкость отдельно. В этом способе опять-таки, кроме возвращения твердых частиц, происходит возвращение в реактор значительной части дымового газа, что, в свою очередь, увеличивает расход через реактор тех порций газа, которые являются инертными по отношению к процессам, происходящим в реакторе, и поэтому снижает эффективность этих процессов.

Данное изобретение направлено на устранение этих недостатков и трудностей и имеет задачу увеличения производительности разделителя твердых веществ и возврата твердых веществ в реактор в стабильных условиях транспортировки, причем должна быть устранена, с одной стороны, дополнительная нагрузка реакционной емкости из-за возврата в реактор уже использованного в нем отработанного газа и создания помех реакционным процессам и, с другой стороны, если в реакторе должен вырабатываться специфический газ, не должно быть потерь выхода продуцируемого газа.

В способе вышеописанного типа эта цель в соответствии с изобретением достигается за счет того, что через разделитель твердых веществ по замкнутой схеме пропускают дополнительный газовый поток в направлении течения твердых веществ, независимо от потока газа в реакционной емкости.

Дополнительный газовый поток - который пропускают только через разделитель твердых веществ и после прохождения через него выводят из разделителя твердых веществ в области отвода, а затем снова подают в область ввода разделителя твердых веществ - обеспечивает, с одной стороны, то преимущество, что газ не течет через разделитель противотоком относительно прохождения твердых веществ и поэтому не затрудняет процессы разделения, происходящие в разделителе твердых веществ, а с другой стороны, повышает эффективность разделения за счет существования небольшого потока газа, ориентированного в направлении течения твердых веществ, однако без возврата газа, подаваемого в разделитель твердых веществ из реакционной емкости, обратно в реакционную емкость.

Предпочтительно, поток дополнительного газа образуется при посредстве сжатого газа, подаваемого по принципу инжектора: в области отвода твердых веществ из разделителя отсасывается газ для дополнительного потока, и этот газ вместе со сжатым газом подается непосредственно в разделитель, то есть по короткому пути, вместе с газом, который вырабатывается в реакционной емкости и содержит твердые вещества.

B соответствии с предпочтительным вариантом изобретения в зоне гашения области отвода разделителя осуществляется замедление частиц твердого вещества, и поэтому из зоны гашения отсасывается газ для дополнительного газового потока, практически свободный от твердых частиц. Таким образом, при помощи дополнительного газового потока появляется возможность осуществить почти полное отделение твердых веществ без прохождения их через весь разделитель.

Чтобы компенсировать потери давления на пути от зоны отвода до зоны возврата в реакционную емкость, целесообразно в накопительной емкости, служащей для сбора отделенных твердых веществ, поддерживать псевдоожиженный слой, где вновь подаваемые твердые вещества преимущественно вводятся в псевдоожиженный слой в нижней области накопительной емкости по принципу сифона.

Предпочтительно, твердые вещества, отделенные в разделителе, загружают в реакционную емкость через горелку, где зола твердых веществ спекается в агломераты. Таким образом, появляется возможность предотвратить повторный вынос твердых веществ из реакционной емкости потоком газа, выходящего из нее. Агломераты частиц золы не втягиваются с такой легкостью в газовый поток, направленный вверх внутри реакционной емкости, а опускаются на ее дно и могут быть выведены оттуда, например, в расплавленном состоянии или в составе шлака.

Преимущественно, твердые вещества из псевдоожиженного слоя подают в горелку при посредстве транспортировочного газа по принципу инжекции. Таким образом, появляется возможность превратить твердые вещества, подвергаемые рециркуляции, в легко транспортируемую взвесь газа/твердых частиц при участии транспортировочного газа и флюидизирующего газа, который формирует псевдоожиженный слой. Поэтому горелка загружается твердыми веществами непрерывным способом, причем достигается высокая скорость передачи при существенной потере давления. Это дает большое преимущество, так как флуктуации давления внутри реакционной емкости неблагоприятно влияют на процесс транспортировки.

Устройство для осуществления способа по изобретению, включающее реакционную емкость, в частности плавильно-газификационный аппарат, отводной трубопровод для газа, выходящий из реакционной емкости и ведущий в разделитель твердых веществ, в частности циклон, из которого выходит отводной трубопровод твердых веществ, передающий отделенные твердые вещества в накопительную емкость, а также включающее рециркуляционный трубопровод для твердых веществ, выходящий из накопительной емкости и открывающийся в реакционную емкость, отличается тем, что параллельно разделителю твердых веществ подсоединен трубопровод для циркуляции газа, оснащенный газовым инжектором, который отсасывает газ из разделителя и передает его обратно в разделитель, а именно в направлении течения твердых веществ в разделителе.

Чтобы при помощи дополнительного газового потока избежать возврата твердых частиц в разделитель, область выхода твердых веществ из разделителя предпочтительно оснащена зоной гашения, в которую открывается отводной трубопровод для твердых веществ. Его устье расположено внутри зоны гашения, а газоотсасывающее устройство трубопровода циркуляции газа выходит из зоны гашения на некотором расстоянии выше устья.

Чтобы преодолеть потерю давления на пути от зоны отвода к зоны возврата в реакционную емкость, в накопительную емкость предпочтительно открывается трубопровод сжатого газа, формирующего внутри накопительной емкости псевдоожиженный слой, а отводной трубопровод твердых веществ, выходящий из разделителя твердых веществ, открывается в нижнюю область псевдоожиженного слоя.

В соответствии с предпочтительным вариантом накопительная емкость в нижней части оснащена донным отверстием, которое может перекрываться при посредстве запорного устройства, и соединено со шлюзовой емкостью, при этом дно накопительной емкости конически суживается сверху вниз к донному отверстию. Это облегчает шлюзование крупных частиц, например частиц, отщепляющихся от огнеупорного покрытия разделителя, от накопительной емкости во время ее работы, так что псевдоожиженный слой может поддерживаться в накопительной емкости без каких-либо нарушений, и рециркуляция твердых веществ может осуществляться непрерывно.

Предпочтительно, трубопровод рециркуляции твердых веществ оснащен устройством примешивания транспортировочного газа, (газовым инжектором), причем трубопровод рециркуляции твердых веществ целесообразно оснастить горелкой вблизи устья трубопровода, ведущего в реакционную емкость.

Предпочтительный вариант исполнения отличается тем, что накопительная емкость содержит два трубчатых вертикальных участка различной длины, которые соединены по потоку друг с другом у нижних концов, причем предпочтительно в области нижнего конца каждого из этих участков оканчивается по одному питающему газовому трубопроводу для флюидизирующего газа.

Предпочтительно, поверхностные скорости в участках накопительной емкости различны. Это позволяет поддерживать псевдоожиженные слои на разной высоте трубчатых участков различной длины - с технической точки зрения, разница в высоте может составлять до нескольких метров, что дает определенное преимущество. Псевдоожиженные слои функционируют с разными поверхностными скоростями и, следовательно, при различных количествах газа.

Предпочтительно, накопительная емкость имеет Н-образную конструкцию, то есть вертикальные участки емкости соединены горизонтальным участком.

Далее изобретение поясняется более подробно со ссылками на несколько примерных вариантов осуществления, представленных на чертежах. Фиг. 1 схематически показывает общий вид устройства по изобретению для осуществления способа в соответствии с первым вариантом. Фиг. 2 - 5 показывают детали фиг. 1, причем каждый чертеж представляет модифицированный вариант.

Из плавильно-газификационного аппарата 1, который служит для плавления губчатого железа и одновременной выработки восстановительного газа из углеродсодержащего сырья, отработанный газ, образующийся после газификации угля и использования полученного восстановительного газа, отводится через отводной трубопровод газа 2, который открыт в плавильно-газификационный аппарат 1 в его верхней части. Поскольку в поток отработанного газа втягиваются мелкозернистые и пылевидные вещества, отработанный газ подается в разделитель твердых веществ 3, предпочтительно в виде циклона. Твердые вещества 4, отделяемые в циклоне 3, падают вниз, в то время как отработанный газ выводится вверх через отводной трубопровод 5, выходящий из циклона 3.

Из циклона 3 отделенные твердые вещества 4 (в основном, частицы угля, а также частицы железа или железосодержащие частицы) проходят в грушевидную зону гашения 6, которая окружает выходную область твердых веществ из циклона 3, в соответствии с показанным вариантом осуществления. Оседающие частицы выводятся вниз через отводной трубопровод твердых веществ 7, ведущий от зоны гашения к накопительной емкости 8, выполненной по принципу сифона. В накопительной емкости 8 поддерживается псевдоожиженный слой 9 путем подачи флюидизирующего газа, например азота. Дно 10 накопительной емкости конически суживается сверху вниз и имеет множество отверстий, через которые флюидизирующий газ может проходить вверх в количестве и со скоростью, требуемыми для образования вихрей.

Коническое сужение дна 10 оканчивается центральным отводным отверстием 11, к которому подсоединен отводной трубопровод 12, оснащенный запорным клапаном 13. Этот отводной трубопровод 12 открыт в шлюзовую емкость 14. Такая конструкция служит для транспортировки особо крупных частиц, например, отщепляющихся от огнеупорного покрытия циклона 3, от накопительной емкости 8, так что псевдоожиженный слой 9 может поддерживаться в накопительной емкости 8 без каких-либо нарушений.

Трубопровод рециркуляции твердых веществ 15 ведет из накопительной емкости 8 в плавильно-газификационный аппарат 1, где отверстие трубопровода 15 в плавильно-газификационный аппарат 1 выполнено в виде горелки 16, например кислородной горелки. Чтобы осуществить равномерную передачу твердых частиц, накапливаемых в накопительной емкости 8, в горелку 16, частицы транспортируются через трубопровод рециркуляции твердых веществ 15, оснащенный газовым инжектором, при посредстве транспортировочного газа, который подается в начало трубопровода 15 при помощи устройства примешивания транспортировочного газа 17. В качестве транспортировочного газа также может использоваться азот.

В верхней части зоны гашения 6 находится устье 18 устройства отсасывания газа 19 трубопровода циркуляции газа 20, который через газовый инжектор 21 - предпочтительно также работающий на азоте - в свою очередь, ведет в отводной трубопровод газа 2, передающий отработанный газ из плавильно-газификационного аппарата 1 в циклон 3. Таким образом, циклоном 3 поддерживается дополнительный газовый поток - показанный стрелками 23 - который предотвращает подъем флюидизирующего или транспортировочного газа соответственно от накопительной емкости 8 через циклон 3 и, следовательно, предотвращает нарушение процесса отделения твердых частиц. Этот дополнительный поток газа вызывает направленное вниз течение газа внутри циклона 3, что увеличивает производительность циклона 3.

Как видно из чертежей, существует разность уровней ΔH между псевдоожиженным слоем 9, сформированным в накопительной емкости 8, и твердыми частицами, подаваемыми в нее через отводной трубопровод твердых веществ 7 и накапливаемыми в емкости. Эта разность уровней компенсирует потерю давления между циклоном 3 и зоной рециркуляции, то есть горелкой 16.

Рециркуляция твердых частиц через горелку 16 особенно благоприятна, так как благодаря этому появляется возможность использования энергии сгорания твердых частиц и получения агломератов из образующейся золы, например, при посредстве железосодержащих частиц, имеющихся в отделяемых твердых веществах. Полученные агломераты золы внутри плавильно-газификационного аппарата 1 оседают вниз и затем плавятся или превращаются в шлак. Поэтому повторный вынос из плавильно-газификационного аппарата 1 возвратных твердых частиц, отделенных в циклоне 3, исключается.

Фиг. 2 - 5 показывают различные варианты выполнения накопительной емкости 8, которые дают возможность поддерживать разность уровней ΔH различными целесообразными способами. В соответствии с фиг. 2 накопительная емкость 8 имеет Н-образную конструкцию, где вертикальные участки емкости 8', 8''соединены горизонтальным участком 8'''. Вертикальные участки имеют различную длину в соответствии с разностью уровней ΔH. Каждый из двух вертикальных участков 8', 8'' у нижнего конца оснащен отдельным питающим газовым трубопроводом 24 для флюидизирующего газа, такого как азот, формирующего псевдоожиженный слой 9. Горизонтальный участок емкости 8''' расположен вблизи нижних концов вертикальных участков емкости 8', 8''.

Поскольку высота псевдоожиженного слоя 9 в участках емкости 8', 8'' существенно отличается - с технической точки зрения, разница в высоте может составлять до нескольких метров - это дает то преимущество, что псевдоожиженные слои могут функционировать при разной поверхностной скорости и, следовательно, при различных количествах газа в каждом из участков 8', 8''.

В соответствии с вариантом, представленным на фиг. 3, вертикальные участки емкости 8', 8'' расположены смежно, а в нижней части, где размещено перфорированное дно 10 для подачи газа, выполнено соединительное отверстие 25.

На фиг. 4 и 5 показаны нижние области участков 8', 8'', в каждой из которых выполнена такая конструкция для подачи флюидизирующего газа, чтобы крупные частицы, которые не могут участвовать в псевдоожиженном слое, могли выводиться из накопительной емкости 8.

Дно 10 может быть выполнено в виде сита, воздушной коробки или завихряющей обкладки.

Данное изобретение не ограничивается описанными вариантами выполнения и может быть модифицировано в различных отношениях. В частности, оно применимо для реакционных емкостей любого типа, в которых происходит вынос твердых веществ с отработанным газом, то есть не только для плавильно-газификационных аппаратов.

Может быть применено для реакционных емкостей любого типа, в которых происходит вынос твердых веществ с отработанным газом, в частности для плавильно-газификационных аппаратов. В способе рециркуляции мелкозернистых твердых веществ (4), отводимых с газом из зоны отвода реакционной емкости (1) в зону рециркуляции реакционной емкости (1), твердые вещества (4) отделяют в разделителе твердых веществ (3), затем собирают в накопительной емкости (8), а оттуда снова передают в реакционную емкость (1) при посредстве транспортировочного газа. Чтобы повысить производительность разделителя твердых веществ (3), но без дополнительной нагрузки на реакционную емкость (1), через разделитель твердых веществ (3) по замкнутой схеме пропускают дополнительный газовый поток (23) в направлении течения твердых веществ (4) независимо от потока газа в реакционной емкости. Изобретение решает задачу увеличения производительности разделения твердых веществ и их возврата в реактор в стабильных условиях транспортировки. 2 с. и 18 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ рециркуляции мелкозернистых твердых веществ, отводимых с помощью газа из зоны отвода реакционной емкости (1), в зону рециркуляции реакционной емкости, согласно которому твердые вещества (4) отделяют в разделителе твердых веществ (3), затем собирают в накопительной емкости (8), а оттуда снова возвращают в реакционную емкость (1) транспортировочным газом, при поддержании разности давлений между разделителем твердых веществ (3) и зоной рециркуляции, отличающийся тем, что через разделитель твердых веществ (3) по замкнутой схеме пропускают дополнительный газовый поток (23) в направлении течения твердых веществ (4) независимо от потока газа в реакционной емкости. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительный газовый поток (23) обеспечивают за счет сжатого газа, подаваемого по принципу инжекции. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в выходной области твердых веществ (4) из разделителя твердых веществ (3) отсасывают газ для дополнительного потока (23), и этот газ вместе со сжатым газом подают непосредственно в разделитель (3) вместе с газом, который вырабатывается в реакционной емкости (1) и содержит твердые вещества. 4. Способ по п.3, отличающийся тем, что в зоне гашения (6) выходной области разделителя (3) осуществляют замедление частиц твердого вещества (4), и тем, что из зоны гашения (6) отсасывают газ для дополнительного газового потока (23), практически свободный от твердых частиц. 5. Способ по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что в накопительной емкости (8), служащей для сбора отделенных твердых веществ, поддерживают псевдоожиженный слой (9), где вновь подаваемые твердые вещества (4) преимущественно вводят в псевдоожиженный слой (9) в нижней области накопительной емкости по принципу сифона. 6. Способ по одному из пп.1 - 4, отличающийся тем, что твердые вещества (4), отделенные в разделителе твердых веществ (3), загружают в реакционную емкость (1) через горелку (16). 7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что при сгорании твердых веществ образуются агломераты золы твердых веществ. 8. Способ по одному из пп.5 - 7, отличающийся тем, что твердые вещества из псевдоожиженного слоя (9) подают в горелку (16) при посредстве транспортировочного газа по принципу инжекции. 9. Способ по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что в качестве разделителя твердых веществ используют циклон. 10. Устройство для осуществления рециркуляции мелкозернистых твердых веществ, включающее реакционную емкость (1), отводной трубопровод для газа (2), выходящий из реакционной емкости и ведущий в разделитель твердых веществ (3), из которого выходит отводной трубопровод твердых веществ (7), передающий отделенные твердые вещества в накопительную емкость (8), а также включающее рециркуляционный трубопровод для твердых веществ (15), выходящий из накопительной емкости (8) и открывающийся в реакционную емкость (1), отличающееся тем, что параллельно разделителю твердых веществ (3) подсоединен трубопровод для циркуляции газа (20), оснащенный газовым инжектором, который отсасывает газ из разделителя (3) и передает его обратно в разделитель (3) в направлении течения твердых веществ в разделителе твердых веществ (3). 11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что область выхода твердых веществ из разделителя оснащена зоной гашения (6), в которую открывается отводной трубопровод твердых веществ разделителя твердых веществ (3), причем устье трубопровода расположено внутри зоны гашения (6), а газоотсасывающее устройство (19) трубопровода циркуляции газа (20) выходит из зоны гашения (6) на некотором расстоянии выше устья. 12. Устройство по п.10 или 11, отличающееся тем, что в накопительную емкость (8) открывается трубопровод сжатого газа, формирующего внутри накопительной емкости (8) псевдоожиженный слой (9), а отводной трубопровод твердых веществ (7), выходящий из разделителя твердых веществ (3), открывается в нижнюю область псевдоожиженного слоя (9). 13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что накопительная емкость (8) в донной части (10) оснащена донным отверстием (11), которое может перекрываться при посредстве запорного устройства (13) и соединено со шлюзовой емкостью (14), при этом дно (10) накопительной емкости (8) конически суживается сверху вниз к донному отверстию (11). 14. Устройство по одному из пп.10 - 13, отличающееся тем, что трубопровод рециркуляции твердых веществ (15) оснащен газовым инжектором. 15. Устройство по одному из пп.10 - 14, отличающееся тем, что трубопровод рециркуляции твердых веществ (15) оснащен горелкой (16) вблизи устья, ведущего в реакционную емкость (1). 16. Устройство по одному из пп.10 - 15, отличающееся тем, что накопительная емкость (8) содержит два трубчатых вертикальных участка (8', 8'') различной длины, которые соединены по потоку друг с другом у нижних концов. 17. Устройство по п.16, отличающееся тем, что в области нижнего конца каждого из вертикальных участков (8', 8'') оканчивается по одному питающему газовому трубопроводу для флюидизирующего газа. 18. Устройство по п.17, отличающееся тем, что поверхностные скорости в вертикальных участках емкости (8', 8'') различны. 19. Устройство по одному из пп.16 - 18, отличающееся тем, что накопительная емкость (8) имеет Н-образную конструкцию, где вертикальные участки емкости (8', 8'') соединены горизонтальным участком емкости (8'''). 20. Устройство по п.10, отличающееся тем, что разделитель твердых веществ выполнен в виде циклона.