ГАЗОГЕНЕРАТОР ДЛЯ ГАЗИФИКАЦИИ ГРАНУЛИРОВАННОГО ТВЕРДОГО ТОПЛИВА ПОД ДАВЛЕНИЕМ Российский патент 2013 года по МПК C10J3/42 

Изобретение относится к газогенератору для газификации под давлением гранулированного твердого топлива при давлении от 5 до 100 бар [абс.] и нагревании с газифицирующим агентом, состоящим из водяного пара и O₂ или водяного пара и воздуха, с превращением в газообразные горючие соединения для получения синтез-газа или газа-сырца, совместимого с H₂, при этом газогенератор включает в себя закрытый реакционный сосуд, содержащий псевдоожиженный слой, образуемый топливом, и установленный в верхней части шлюз для непрерывной загрузки топлива и установленный под воронкообразным сужением днища затвор для выгрузки образующейся золы в шлюз золоудаления, вращающуюся колосниковую решетку, встроенную над воронкообразным сужением в нижней части реакционного сосуда с возможностью введения через нее снизу газифицирующего агента в псевдоожиженный слой и выгрузки через нее образующейся золы посредством воронкообразного сужения и примыкающего к нему трубчатого участка в шлюз золоудаления. Изобретение относится также к способу работы шлюза золоудаления.

Газогенератор состоит из закрытого сосуда с двойной рубашкой, охлаждаемой за счет испарения воды под давлением. Гранулированное твердое топливо, такое как, например, каменный уголь, бурый уголь, торф, кокс, остатки нефтепереработки, биомасса или тому подобное сырье, с гранулометрическим составом в интервале от 3 до 100 мм подают через шлюз в верхней части газогенератора и распределяют в поперечном сечении. Газифицирующий агент, состоящий из водяного пара и O₂ или водяного пара и воздуха, вводят снизу через вращающуюся колосниковую решетку в псевдоожиженный слой. Введенное топливо медленно перемещается под действием силы тяжести в направлении вниз, высушиваясь при этом в противотоке к газу при температуре ниже температуры плавления золы, затем коксуется при температуре от 300 до 700°C и газифицируется при температуре от 700 до 1500°C, предпочтительно от 1100 до 1500°C, так что в конце остается только зола, выводимая от вращающейся колосниковой решетки в шлюз золоудаления, работающий в полуавтоматическом режиме. Газ-сырец, имеющий в зависимости от типа используемого топлива температуру от 300 до 600°C, отводят из верхней части газогенератора и в зависимости от состава и назначения подают на переработку. Топливо непрерывно подают в газогенератор через шлюз, работающий в автоматическом или полуавтоматическом режиме.

В стационарном режиме работы газогенератора верхний затвор шлюза золоудаления открыт. Вращающаяся колосниковая решетка непрерывно подает в шлюз золоудаления золу, поступающую в нижнюю часть газогенератора пропорционально производительности газогенератора и зольности топлива. При достижении заданной степени наполнения, например 80 % от объема шлюза золоудаления, начинает работать программа золоудаления цикла опорожнения шлюза золоудаления. При этом на первой стадии останавливают вращающуюся колосниковую решетку для прекращения поступления золы в шлюз золоудаления. Прерывание потока золы является важным, так как при наличии потока золы верхний затвор шлюза золоудаления не может быть плотно закрыт. Колосниковая решетка снова начинает вращаться только тогда, когда достоверно определено, что верхний затвор шлюза золоудаления плотно закрыт. Зола, образующаяся при закрытом шлюзе золоудаления, поступает в промежуточное пространство под вращающейся колосниковой решеткой, образованное воронкообразным сужением и трубчатым участком, и там временно хранится до следующего открытия верхнего затвора шлюза золоудаления и падения золы в шлюз золоудаления. Плотность закрытия верхнего затвора шлюза золоудаления должна быть достигнута в обязательном порядке и проверена несколько раз. Испытание на плотность закрытия длится в среднем в течение трех минут, и в течение данного времени проверку повторяют до тех пор, пока не будет констатирована плотность закрытия.

Следствием остановки вращающейся колосниковой решетки является постоянное повышение температуры выходящего газа. При превышении температуры газа на выходе из газогенератора выше заданного значения >630°C, газогенератор автоматически отключается путем закрытия вентиля подачи газифицирующего агента во избежание появления повреждений, таких как, например, трещины в материале рубашки газогенератора или выходного штуцера газогенератора. Температура выходящего газа в случае высокозольного топлива увеличивается быстрее, чем в случае топлива с относительно низкой зольностью. Помимо высокой нагрузки на элементы привода, которую вызывают остановка и повторный пуск вращающейся колосниковой решетки, следствием чего является высокий износ материала, также возникают изменения в положении и формировании зоны окисления газогенератора. Следствием этого является превышение допустимой температуры выходящего газа.

Задача данного изобретения состоит в том, чтобы сконструировать газогенератор так, чтобы образующуюся золу можно было бы непрерывно выгружать из газогенератора без прерывания протекания реакции и отрицательного влияния на давление и температуру. В частности, необходимо отказаться от остановок вращающейся колосниковой решетки, чтобы обеспечить работу узлов установки в мягких условиях и уменьшить износ материала. Также необходимо сохранить стабильную производительность с соответствующим качеством и количеством и отказаться от испытаний на плотность закрытия верхнего затвора шлюза золоудаления, требующих затрат времени и вызывающих снижение производительности.

Задача решается за счет шиберного затвора для сыпучего материала, встроенного в трубчатый участок и выполненного предпочтительно в виде плоского шиберного затвора.

Шиберный затвор для сыпучего материала, применяемый в данном изобретении, является по существу известным. Например, в US 5396919 описан износостойкий клапан, который состоит из двух вращающихся дисков, закрепленных на оси, и подъемно-толкающего устройства. Диски при вращательном движении вдвигаются в закрываемое отверстие. Благодаря вращению достигается более равномерный абразивный износ поверхности металла, вследствие чего обеспечивается долговечное герметичное уплотнение при закрытом клапане.

Шиберный затвор для сыпучего материала, применяемый по настоящему изобретению для газогенератора, прерывает поступление золы в шлюз золоудаления без необходимости останавливать вращающуюся колосниковую решетку. Зола после закрытия шиберного затвора для сыпучего материала непрерывно поступает в промежуточное пространство между нижней стороной вращающейся колосниковой решетки и шиберным затвором для сыпучего материала. Непосредственно после этого закрывается верхний затвор шлюза золоудаления, находящийся под шиберным затвором для сыпучего материала, и подвергается необходимому испытанию на плотность закрытия без оказания влияния на газификацию под давлением. После того как будет достоверно определено, что верхний затвор шлюза золоудаления плотно закрыт, в шлюзе золоудаления снижают давление до атмосферного, открывают нижний затвор шлюза золоудаления и удаляют золу из шлюза золоудаления для последующей обработки. Непосредственно после закрытия верхнего затвора шлюза золоудаления снова открывают шиберный затвор для сыпучего материала. После опорожнения шлюза золоудаления нижний затвор шлюза золоудаления снова плотно закрывают, доводят давление в шлюзе золоудаления до давления в газогенераторе и открывают верхний затвор шлюза золоудаления. Зола, накопленная за истекшее время в промежуточном пространстве над верхним затвором шлюза золоудаления, падает в опорожненный шлюз золоудаления. По достижении заданного уровня заполнения снова начинается цикл золоудаления с закрытием шиберного затвора для сыпучего материала.

Преимущество настоящего изобретения состоит в том, что во время цикла золоудаления нет больше необходимости останавливать вращающуюся колосниковую решетку. Вследствие этого цикл золоудаления не влияет на производство газа, которое может осуществляться со стабильным качеством и количеством. При этом избегаются изменения в положении и формировании окислительной зоны газогенератора, превышения предельно допустимой температуры газа, выходящего из газогенератора, более 630°C и снижения производительности. Другое преимущество состоит в предотвращении износа вращающейся колосниковой решетки. Благодаря тому, что избегаются частые пуски и остановки вращающейся колосниковой решетки, а также высокому пусковому моменту вращающейся колосниковой решетки, элементы привода вращающейся колосниковой решетки оказываются меньше нагруженными и износ узлов установки уменьшается. Таким образом, благодаря применению по настоящему изобретению шиберного затвора для сыпучего материала достигается более высокая стабильность работы, стабильное качество продукции и повышение срока службы элементов привода вращающейся колосниковой решетки.

Далее настоящее изобретение подробно поясняется примером осуществления со ссылкой на чертеж, схематично изображающий газогенератор. На фиг. 1 показан продольный разрез газогенератора с видом шиберного затвора для сыпучего материала.

Через питающий шлюз (3) в верхней части газогенератора (1), охлаждаемого за счет испарения воды под давлением в двойной рубашкой (2), подают каменный уголь с гранулометрическим составом от 3 до 100 мм и зольностью 30% в количестве приблизительно 50 000 кг/ч и газифицируют при давлении 50 бар [абс.] и средней температуре 1200°C. Распределенный по поперечному сечению газогенератора (1) каменный уголь образует псевдоожиженный слой (4), который под действием силы тяжести медленно движется в направлении вниз через трубчатый участок (7), образующий вместе с внутренней стороной (2) двойной рубашки кольцевой зазор (6), расположенный в верхней части (5) газогенератора (1), и через среднюю и нижнюю часть (8). Через вращающуюся колосниковую решетку (11) в псевдоожиженный слой (4) снизу вдувают по трубопроводу (9) O₂ с температурой 110°C и давлением 34 бар [абс.] и по трубопроводу (10) водяной пар с температурой 400°C и давлением 40 бар [абс.], смесь которых образует газифицирующий агент. При этом каменный уголь за счет поступающего противотоком газифицирующего агента последовательно сушится, при средней температуре 450°C подвергается полукоксованию, при средней температуре 950°C газифицируется и при средней температуре 1150°C сгорает. Образующийся при этом газообразный продукт собирается в кольцевом зазоре (6) между трубчатым участком (7) и двойной рубашкой (2) и через трубопровод (12) отводится на дальнейшую переработку. Образующаяся зола (13) непрерывно поступает в количестве приблизительно 8800 кг/ч в шлюз (16) золоудаления через вращающуюся колосниковую решетку (11) и воронкообразное, сужающееся в направлении книзу промежуточное пространство (14), примыкающее снизу к газогенератору (1) и переходящее в трубчатый участок (15). Шлюз (16) золоудаления ограничен сверху верхним затвором (17) шлюза золоудаления и снизу нижним затвором (18) шлюза золоудаления. Над верхним затвором (17) шлюза золоудаления в трубчатый участок (15) встроен шиберный затвор (19) для сыпучего материала.

Зола, поступающая из газогенератора (1) через вращающуюся колосниковую решетку (11), проходит в воронкообразное, сужающееся в направлении книзу промежуточное пространство (14) и примыкающий к нему трубчатый участок (15), в котором установлены шиберный затвор (19) для сыпучего материала и верхний затвор (17) шлюза золоудаления. Шиберный затвор (19) для сыпучего материала и верхний затвор (17) шлюза золоудаления открываются, и зола (13) непрерывно падает в шлюз (16) золоудаления, закрытый снизу посредством нижнего затвора (18) шлюза золоудаления.

По достижении степени наполнения 80% от объема шлюза золоудаления шиберный затвор (19) для сыпучего материала автоматический закрывается, так что поступающая зола собирается над шиберным затвором (19) для сыпучего материала. При этом колосниковая решетка (11) продолжает вращаться в прежнем режиме. Непосредственно после закрытия шиберного затвора (19) для сыпучего материала верхний затвор (17) шлюза золоудаления закрывается, и осуществляется проверка плотности его закрытия. После получения положительного результата испытания давление в шлюзе (16) золоудаления снижается до атмосферного, и открывается шиберный затвор (19) для сыпучего материала и нижний затвор (18) шлюза золоудаления, так что зола (13) выгружается из шлюза (16) золоудаления.

После опорожнения шлюза (16) золоудаления закрывается нижний затвор (18) шлюза золоудаления и осуществляется проверка плотности его закрытия при давлении 2 бар [абс.]. После получения положительного результата испытания снова открывается верхний затвор шлюза золоудаления (17), так что давление в шлюзе золоудаления повышается до рабочего давления, а зола (13), собравшаяся над верхним затвором (17) шлюза золоудаления, может перетекать в шлюз (16) золоудаления.

Изобретение относится к оборудованию для газификации гранулированного твердого топлива и может использоваться в энергетике, газовой и химической промышленности для получения синтез-газа и газа-сырца. Газогенератор (1) включает закрытый реакционный сосуд, содержащий псевдоожиженный слой (4), образуемый топливом, установленный в верхней части питающий шлюз (3) для непрерывной загрузки топлива, установленный под воронкообразным сужением днища (14) верхний затвор (17) для выгрузки образующейся золы в шлюз (16) золоудаления, вращающуюся колосниковую решетку (11), встроенную над воронкообразным сужением днища (14), с возможностью введения через нее газифицирующего агента снизу в псевдоожиженный слой и выгрузки через нее образующейся золы посредством воронкообразного сужения и примыкающего к нему трубчатого участка (15) в шлюз золоудаления. В трубчатый участок (15) встроен шиберный затвор (19). Изобретение позволяет обеспечить непрерывную выгрузку золы без прерывания протекания процесса и отрицательного влияния на давление и температуру процесса, а также позволяет обеспечить непрерывную работу вращающейся колосниковой решетки. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Газогенератор (1) для газификации под давлением твердого гранулированного топлива при давлении от 5 до 100 бар [абс.] и нагревании с газифицирующим агентом, состоящим из водяного пара и O₂ или водяного пара и воздуха, с превращением в газообразные горючие соединения для получения синтез-газа или газа-сырца, совместимого с Н₂, включающий в себя закрытый реакционный сосуд, содержащий псевдоожиженный слой (4), образуемый топливом, установленный в верхней части питающий шлюз (3) для непрерывной загрузки топлива и установленный под воронкообразным сужением (14) днища затвор (17) для выгрузки образующейся золы (13) в шлюз (16) золоудаления, вращающуюся колосниковую решетку (11), встроенную над воронкообразным сужением в нижней части реакционного сосуда с возможностью введения через нее газифицирующего агента снизу в псевдоожиженный слой и выгрузки через нее образующейся золы посредством воронкообразного сужения и примыкающего к нему трубчатого участка (15) в шлюз золоудаления, отличающийся тем, что в трубчатый участок (15) встроен шиберный затвор (19) для сыпучего материала.

2. Газогенератор по п.1, отличающийся тем, что шиберный затвор (19) для сыпучего материала представляет собой плоский шиберный затвор.

3. Способ работы газогенератора по п.1 или 2, отличающийся тем, что шиберный затвор (19) для сыпучего материала закрывают при достижении заданного значения наполнения шлюза (16) золоудаления, закрывают верхний затвор (17) шлюза золоудаления, как только шиберный затвор для сыпучего материала будет закрыт, открывают шиберный затвор (19) для сыпучего материала и нижний затвор (18) шлюза золоудаления для обеспечения возможности выгрузки золы из шлюза (16) золоудаления, закрывают нижний затвор (18) шлюза золоудаления и открывают верхний затвор (17) шлюза золоудаления для обеспечения повышения давления в шлюзе (16) золоудаления до рабочего давления и обеспечения прохождения золы, которая скопилась над верхним затвором (17) шлюза золоудаления, в шлюз (16) золоудаления.