ВЫГРУЗКА ШЛАКА ИЗ РЕАКТОРА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СИНТЕЗ-ГАЗА Российский патент 2014 года по МПК C10J3/52 F27D3/15 

Изобретение относится к способу извлечения через шлюзовое устройство шлака из водяной ванны реактора для получения синтез-газа, при этом шлак посредством шлюзового резервуара переводят на более низкий уровень давления.

Получающиеся при производстве синтез-газа из углеродосодержащих видов топлива шлаки должны в виде твердых веществ извлекаться через шлюзовое устройство из предусмотренной в таких случаях ванны. Для этого в качестве примера необходимо упомянуть DE 60031875 T2 или DE 3714915 A1, при этом последняя по существу соответствует EP 0290087 A2.

Для соответствующего отделения, прежде всего для термического отделения, в направлении силы тяжести ниже реактора перед шлюзовым резервуаром, как и в направлении силы тяжести ниже шлюзового резервуара, также предусмотрена соответствующая запорная арматура для того, чтобы здесь периодически переводить получающийся шлак из водяной ванны реактора в шлюзовой резервуар, а затем из него - наружу.

Публикации US 4487611 или DE 4012085 А1, которая по существу соответствует ЕР 0452653, описывают, что температура в водяной ванне должна быть как можно выше для того, чтобы иметь возможность использовать скрытое или же физическое тепло и предотвратить большой расход охлаждающей воды, при этом температура водяной ванны не должна превышать температуру испарения воды при соответствующих значениях давления.

Известный способ имеет ряд недостатков, так как охлаждение происходит только в шлюзовом резервуаре или же только перед процессом извлечения, так что все элементы шлакоизвлекающей системы, включая имеющуюся шлакодробилку, клапаны, трубопроводы и подобное, подвергаются воздействию высоких нагрузок вследствие соответствующих более высоких температур. Это означает предъявление высоких требований к используемым материалам, при этом при каждом извлечении через шлюзовое устройство также особенно сильны расширения в области шлюзового резервуара за счет изменения температуры. Кроме того, охлаждение в шлюзовом резервуаре или же водообмен лишь незадолго до извлечения через шлюзовое устройство требует большего количества времени, что обуславливает более длительные по времени циклы.

Из US 4465496 и EP 0101005 A2 является известным перед извлечением через шлюзовое устройство шлака введение водяного потока в шлюзовой резервуар для того, чтобы охладить шлак и также охладить или же заменить находящееся в шлюзовом резервуаре количество воды. Таким образом, предотвращают или сильно уменьшают возникающие при уменьшении давления в шлюзовом резервуаре испарения.

Недостаток этого известного способа заключается в том, что для охлаждения шлака и шлюзового резервуара должна достигаться более высокая пиковая охлаждающая мощность, так как в шлюзовом резервуаре, как указано выше, необходимо обеспечить, что температура <100°C, что предотвращает парообразование, что из соображений безопасности ведет к соответствующим увеличениям охлаждающей мощности, при этом, как уже было упомянуто, охлаждение происходит не непрерывно, и нагретая охлаждающая вода, которая все еще имеет температуру значительно ниже температуры водяной ванны, не может использоваться для охлаждения шлака. Поэтому также требуется значительное количество подпиточной воды, так как охлаждающая мощность может быть введена в шлюзовой резервуар только посредством этой свежей подпиточной воды.

Задача данного изобретения состоит в том, что связанные с извлечением через шлюзовое устройство шлака компоненты подлежат воздействию низкой температуры, при этом должно быть возможным немедленное извлечение через шлюзовое устройство шлака без водообмена (перемешивания воды) с минимальной требуемой охлаждающей мощностью.

При осуществлении охарактеризованного выше способа эта задача согласно изобретению решена посредством того, что в области выпуска шлака из водяной ванны реактора или окружающего водяную ванну напорного резервуара в поток шлака подают поток охлаждающей воды в области большего поперечного сечения, чем поперечное сечение входного штуцера следующей части установки, например шлюзового резервуара, таким образом, что в области выпуска становится возможным температурное расслоение, причем поток охлаждающей воды формируют посредством кольцевого зазора между выпускным отверстием напорного резервуара и сужением поперечного сечения на входе шлюзового резервуара.

Этим достигается оптимальное температурное расслоение, так как холодная вода может быть введена равномерно и отсасывание происходит только на достаточно удаленном месте. За счет отсасывания воды образуется вынужденный направленный вниз поток, при этом для достаточного охлаждения шлака становится возможной наименьшая скорость потока, но одновременно обеспечивается принудительное течение вниз. На практике диаметр сужения поперечного сечения составляет, например, от 0,5 до 2 м, предпочтительно 1 м.

Кроме того, при осуществлении предлагаемого в изобретении способа за счет потока охлаждающей воды, поданного очень заблаговременно в поток шлака, происходит немедленное охлаждение этого потока, так что следующие затем элементы, такие как трубопроводы, запорная арматура, шлюзовой резервуар в целом и подобное, подвергаются воздействию значительно более низких температур, при этом может быть предусмотрено, что поток охлаждающей воды подают в поток шлака перед самым шлюзовым резервуаром или в области шлюзового резервуара.

Тем самым, возможно подавать поток охлаждающей воды в область сравнительно большего поперечного сечения для того, чтобы предотвратить закупорку шлака и сделать возможным температурное расслоение с разделением между горячей водяной ванной и холодным шлюзовым резервуаром и предотвратить нежелательное охлаждение горячей воды. В изобретении подвод холодной воды происходит на другом месте, на котором на расслоение больше не оказывает влияние завихрения водяной ванны.

Подачу потока охлаждающей воды в транспортирующую трубу потока шлака целесообразно осуществлять при незначительной скорости потока.

В одном особенном варианте изобретение предусматривает, что поток охлаждающей воды используется в качестве гидравлического транспортного средства для потока шлака для транспортировки шлака также против направления силы тяжести по меньшей мере к одному шлюзовому резервуару.

С помощью этой меры вновь связан ряд значительных преимуществ, так как, например, шлюзовой резервуар может быть установлен рядом с реактором. Это приводит к меньшим конструктивным высотам, то есть отсутствуют ограничения, в отношении размеров резервуара при определении параметров устройства для вывода шлака. Также без проблем могут применяться несколько шлюзовых резервуаров, которые обрабатывают соответствующий поток шлака либо циклично, либо с распределением. Особое преимущество состоит в том, что происходящее от газификатора удлинение, может быть принято, например, горизонтальным транспортным трубопроводом.

Здесь следует заметить, что, разумеется, транспортировка твердых веществ гидравлическим способом сама по себе известна, например, из DE 1030624.

Поток охлаждающий воды может создаваться посредством по меньшей мере частичной обратной подачи подаваемого на шлюзовой резервуар потока, при этом подаваемый обратно поток направляют через теплообменник.

Как уже вкратце было упомянуто выше, изобретение также предусматривает, что поток охлаждающей воды подается в поток шлака в области большего поперечного сечения, чем поперечное сечение входного штуцера шлюзового резервуара.

Если здесь присутствует обратная подача потока охлаждающей воды в направлении силы тяжести перед шлюзовым резервуаром, то изобретение предусматривает, что часть подаваемого обратно потока охлаждающей воды вводят в нижнюю область шлюзового резервуара, предпочтительно в нижний штуцер шлюзового резервуара, для того, чтобы осуществить завихрение, например, мельчайших частиц шлака и, таким образом, предотвратить возможные блокады, засорения или подобное при выгрузке шлака, при необходимости также для того, чтобы достичь дальнейшего охлаждения шлака.

В следующем варианте изобретения также предусмотрено, что часть потока охлаждающей воды в области выпуска реактора или напорного резервуара, окружающего этот реактор, направлена против потока твердых частиц в направлении водяной ванны таким образом, что предотвращается выход водяного потока из водяной ванны. Таким образом обеспечивают, что из водяной ванны дополнительно не уходит тепло, при этом регулировка может быть осуществлена таким образом, что водообмен полностью предотвращается.

Если предусмотрен больше, чем один шлюзовой резервуар, то следующий вариант изобретения состоит в том, что поток охлаждающей воды/шлака распределяют по меньшей мере по двум шлюзовым резервуарам и/или попеременно подают в них. Посредством взаимной подачи на различные шлюзовые резервуары является возможным сравнительно непрерывное изъятие шлака, то есть, в то время как один шлюзовой резервуар опорожняется, второй шлюзовой резервуар может снова наполняться шлаком и т.д.

Объектом изобретения является также соответствующее устройство для осуществления описанного выше способа, в котором на выходе реактора в направлении силы тяжести предусмотрена охлаждающая шлак труба, которая снабжена кольцевым пространством для плавной кольцевой подачи потока охлаждающей воды. Эта мера делает возможным сохранение температурного расслоения за счет плавной подачи потока охлаждающей воды.

Соответствующее устройство может согласно изобретению отличаться также тем, что труба подачи шлака и охлаждающая шлак труба имеет поперечное сечение от 0,5 до 2,0 м, предпочтительно 1,0 м, для выравнивания скоростей подачи и потока внутри участка охлаждения и связанного с этим образования температурного расслоения.

Как уже было исполнено выше, эти мероприятия представляют собой особый, целесообразный вариант изобретения, при этом изобретение не ограничено вышесказанным. Понятно, что с изобретением могут предпочтительно использоваться уже имеющиеся компоненты установки, так как обычно уже предусмотрены установки, которые отводят воду из шлюзового резервуара и, тем самым, обуславливают поток шлака в направлении шлюзового резервуара. Поэтому, для достижения желаемых целей здесь необходимы только теплообменник, участок трубы с более широким поперечным сечением и соответствующая подача воды через насадки. Так как холодная вода согласно изобретению вводится ниже разделительного слоя, это приводит только к очень незначительному теплообмену. Поэтому холодная вода нагревается только посредством горячего шлака. Тем самым, этот способ действий делает возможным улучшение коэффициента полезного действия и одновременно более низкую тепловую нагрузку на детали установки.

Другие признаки, подробности и преимущества изобретения следуют из нижеследующего описания, а также из чертежа. На нем показаны:

Фиг.1 упрощенная принципиальная монтажная схема области извлечения через шлюзовое устройство с расположенным в направлении силы тяжести ниже реактора шлюзовым резервуаром,

Фиг.2 схожее с фиг.1 изображение варианта с находящимся рядом с реактором шлюзовым резервуаром, а также

Фиг.3 схематичное, увеличенное частичное изображение выхода шлюзового резервуара.

На схеме соединений, обозначенной в целом на фиг.1 ссылочным обозначением 1, упрощенно изображен напорный резервуар 2 с водяной ванной 3, при этом выпущенный из водяной ванны 3 шлак измельчается в шлакодробилке 4 и подается на распределитель 5, который, например, попеременно подает шлак на шлюзовой резервуар A и шлюзовой резервуар B, при этом оба шлюзовых резервуара обозначены ссылочными позициями 6a и 6b. Для периодического извлечения шлака из соответствующего шлюзового резервуара перед шлюзовыми резервуарами предусмотрены клапаны 7a или же 7b и после шлюзовых резервуаров клапаны 8a и 8b.

Для изобретения существенным является обратная подача (рециркуляция) охлаждающей воды, в целом обозначенная ссылочной позицией 9, которая забирает воду из шлюзовых резервуаров 6a и 6b через клапаны 10a и 10b, при этом поток охлаждающей воды направлен через насос 11 и теплообменник 12 и через участок 9a трубопровода подается в область шлакодробилки 4 и/или через участок 9 с перед шлакодробилкой 4 - в область 13a трубопровода с большим поперечным сечением. При этом параметры трубопровода 13 между шлакодробилкой 4 и распределителем 5, при необходимости служащего для дополнительной гидравлической транспортировки, заданы таким образом, что поток шлака посредством подведенной охлаждающей воды соответственно охлаждается.

Штриховкой на фиг.1 указан еще один трубопровод для обратной подачи охлаждающей воды в нижнюю область напорного резервуара 2. Этот участок трубопровода обозначен ссылочной позицией 9b, при этом может быть предусмотрена еще одна обратная магистраль, обозначенная ссылочной позицией 9d, для того, чтобы направлять воду в нижнюю область шлюзового резервуара или шлюзовых резервуаров, например в нижний штуцер соответствующего шлюзового резервуара для того, чтобы, при необходимости, создавать противоток, который может служить завихрению частиц шлака и подобного.

В показанном на фиг.2 примере осуществления все функционально одинаковые детали обозначены одинаковыми ссылочными позициями, как и в описании фиг.1, при этом существенная разница состоит в том, что здесь оба шлюзовых резервуара 6a и 6b расположены не в направлении силы тяжести под напорным резервуаром 2, а рядом с ним. Здесь трубопровод 13 используется в качестве гидравлической транспортировки. Установка обоих шлюзовых резервуаров 6а и 6b в одну область рядом с напорным резервуаром 2 позволяет осуществить то, что практически или полностью отсутствует необходимость уделять внимание особым конструктивным мерам или тепловым расширениям. Конструктивная высота всей установки может быть существенно уменьшена.

На фиг.3 схематично представлен выпуск шлюзового резервуара 2, при этом водяная ванна в воронке 3 на выходе напорного резервуара 2 удлинена и окружена кольцевым каналом 14, в который через штуцер 15 может плавно вводиться охлаждающая вода. Тепловой разделительный слой указан пунктиром и обозначен ссылочной позицией 16. В качестве примера, не ограничивая этим объем изобретения, на фиг.3 указаны примерные преобладающие температуры.

Разумеется, описанные примеры осуществления изобретения могут быть многократно изменены без отхода от основной идеи так, прежде всего, также в представленном на фиг.1 примере осуществления может быть предусмотрен только один напорный резервуар в направлении силы тяжести под напорным резервуаром 2, представленном на фиг.1, а также на фиг.2 примере осуществления может быть предусмотрены более чем два шлюзовых резервуара, если это необходимо по технологическим причинам и т.п.

Изобретение может быть использовано при производстве синтез-газа. Шлак извлекают через шлюзовое устройство из водяной ванны реактора для получения синтез-газа с переводом шлака посредством шлюзового резервуара на более низкий уровень давления. В области выпуска шлака из водяной ванны реактора или окружающего водяную ванну напорного резервуара в поток шлака подают поток охлаждающей воды в области большего поперечного сечения, чем поперечное сечение входного штуцера следующей части установки с возможностью осуществления температурного расслоения. Поток охлаждающей воды формируют посредством кольцевого зазора между выпускным отверстием напорного резервуара и сужением поперечного сечения на входе шлюзового резервуара. Изобретение позволяет извлекать через шлюзовое устройство компоненты шлака под воздействием низкой температуры без водообмена с минимальной требуемой охлаждающей мощностью. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ извлечения через шлюзовое устройство шлака из водяной ванны реактора для получения синтез-газа, при этом шлак посредством шлюзового резервуара переводят на более низкий уровень давления, отличающийся тем, что в области выпуска шлака из водяной ванны реактора или окружающего водяную ванну напорного резервуара в поток шлака подают поток охлаждающей воды в области большего поперечного сечения, чем поперечное сечение входного штуцера следующей части установки, например, шлюзового резервуара, таким образом, что в области выпуска становится возможным температурное расслоение, причем поток охлаждающей воды формируют посредством кольцевого зазора между выпускным отверстием напорного резервуара и сужением поперечного сечения на входе шлюзового резервуара.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что поток охлаждающей воды используют в качестве гидравлического транспортного средства для потока шлака для транспортировки шлака также против направления силы тяжести по меньшей мере к одному шлюзовому резервуару.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что поток охлаждающей воды создают посредством по меньшей мере частичной обратной подачи подаваемого на шлюзовой резервуар потока, при этом подаваемый обратно поток направляют через теплообменник.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что часть подаваемого обратно потока охлаждающей воды вводят в нижнюю область шлюзового резервуара, предпочтительно в нижний штуцер шлюзового резервуара.

5. Способ по пп.1, 2 или 4, отличающийся тем, что часть потока охлаждающей воды в выходной области реактора или же окружающего реактор напорного резервуара направляют против потока твердых веществ в направлении водяной ванны таким образом, что предотвращается выход водяного потока из водяной ванны.

6. Способ по одному из пп.1, 2 или 4, отличающийся тем, что поток охлаждающей воды/шлака распределяют, по меньшей мере, на два шлюзовых резервуара и/или попеременно подают в них.

7. Устройство для осуществления способа по одному из пп.1-6, характеризующееся тем, что на выходе реактора в направлении силы тяжести предусмотрена охлаждающая шлак труба, которая снабжена кольцевым пространством для плавной кольцевой подачи потока охлаждающей воды.

8. Устройство по п.7, характеризующееся тем, что труба подачи шлака и охлаждающая шлак труба имеют поперечное сечение от 0,5 до 2,0 м, предпочтительно 1,0 м, для выравнивания скоростей подачи и потока внутри участка охлаждения и связанного с этим образования температурного расслоения.