УСТАНОВКА ГАЗИФИКАЦИИ НИЗКОРЕАКЦИОННЫХ ТВЕРДЫХ ТОПЛИВ Российский патент 2019 года по МПК C10B53/04 C10J3/66 C10J3/54 B01J8/38 F23C10/06 

Изобретение относится к теплоэнергетике, кроме того, может быть использовано на предприятиях химической промышленности для получения синтез-газа, метана, аммония, жидких моторных топлив и других ценных химических продуктов и соединений.

Известна установка Koppers-Totzek, включающая в себя, горизонтальную камеру газификации с двумя форсунками, которые находятся с левой и правой стороны камеры газификации, систему отвода генераторного газа, которая находится в верхней части установки, систему отвода шлака, которая находится в нижней части аппарата. (Christopher Higman, Maarten van der Burgt. Gasification (Second Edition) / Gulf Professional Publishing, 2008, p. 416.)

Недостатки: для процесса характерна невысокая интенсивность процесса газификации из-за конструктивных ограничений (газификаторы горизонтального типа); отсутствие возможности увеличения скорости реакции газификации топливной смеси. Данные недостатки устранены в прототипе.

Известна установка струйно-вихревой газификации низкореакционных твердых топлив, патент на полезную модель №165512, опубликован 20.10.2016, МПК принятая за прототип, включающая в себя вертикальную камеру газификации, устройство для подачи угля, систему подачи окислителя, которая находится в нижней части установки, устройство для отвода генераторного газа, которое находится в верхней части установки, а также устройство для подвода наноматериалов и впрыска воды, камеру-дозатор с регулирующим клапаном, расположенную внутри вертикальной камеры газификации, бункер приема золы.

Недостатки: высокий унос углерода топлива вместе с генераторным газом (механический недожог низкореакционного твердого топлива более 40%.)

На сегодняшний день высокий механический недожог угля является не только проблемой установок газификации угля, но также присутствует при сжигании низкореакционных твердых топлив в паровых котлах тепловых электростанций. Данная проблема приводит к перерасходу угля и окислителей и снижению КПД установки из-за потерь с механическим недожогом.

Техническим результатом является организация процессов рециркуляции непрореагировавших частиц угля в вертикальную камеру газификации и как следственно снижение недожога угля.

Технический результат достигается за счет того, что установка газификации низкореакционных твердых топлив содержит вертикальную камеру газификации, устройство для подачи угля, которое состоит из бункера приема угольной пыли, соосно расположенных шнекового питателя, мотор-редуктора, форсунки, систему подачи окислителей, которая состоит из дутьевого вентилятора, воздухоподогревателя, устройства для подачи воды и расположена перед форсункой, устройство для отвода генераторного газа, которое выполнено с возможностью рециркуляции непрореагировавших частиц угля с помощью шнекового питателя, мотор-редуктора, форсунки в вертикальную камеру газификации, бункер приема золы, дополнительное устройство подачи угля, которое состоит из бункера приема угольной пыли, соосно расположенных шнекового питателя, мотор-редуктора, и форсунки, дополнительную систему подачи окислителей, которая состоит из дутьевого вентилятора, воздухоподогревателя, устройства для подачи воды и расположена перед форсункой, дополнительное устройство для отвода генераторного газа, которое выполнено с возможностью рециркуляции непрореагировавших частиц угля с помощью шнекового питателя, мотор-редуктора, форсунки в вертикальную камеру газификации, колосниковую решетку, которая расположена в верхней части бункера приема золы, дымосос, который расположен в верхней части установки газификации, таким образом, чтобы обеспечить возможность организации восходящего потока угольной пыли и окислителей, трубопровод отвода генераторного газа, который расположен в верхней части установки.

На фиг. представлена принципиальная схема экспериментальной установки вихревой газификации низкореакционных твердых топлив с рециркуляцией.

Установка газификации низкореакционных твердых топлив содержит вертикальную камеру газификации 1, устройство для подачи угля, которое состоит из бункера приема угольной пыли 2, соосно расположенных шнекового питателя 3, мотор-редуктора 4, и форсунки 5, систему подачи окислителей, которая состоит из дутьевого вентилятора 6, воздухоподогревателя 7, устройства для подачи воды 8 и расположена перед форсункой 5, устройство для отвода генераторного газа 9, которое выполнено с возможностью рециркуляции непрореагировавших частиц угля с помощью шнекового питателя 3, мотор-редуктора 4, форсунки 5 в вертикальную камеру газификации 1, бункер приема золы 10, дополнительное устройство подачи угля, которое состоит из бункера приема угольной пыли 11, соосно расположенных шнекового питателя 12, мотор-редуктора 13, и форсунки 14, форсунки расположены с двух сторон вертикальной камеры газификации, таким образом, чтобы обеспечить возможность равномерной подачи и смешивания потоков угольной пыли и окислителей, дополнительную систему подачи окислителей, которая состоит из дутьевого вентилятора 15, воздухоподогревателя 16, устройства для подачи воды 17 и расположена перед форсункой 14, дополнительное устройство для отвода генераторного газа 18, которое выполнено с возможностью рециркуляции непрореагировавших частиц угля с помощью шнекового питателя 12, мотор-редуктора 13, форсунки 14 в вертикальную камеру газификации 1, колосниковую решетку 19, которая расположена в. верхней части бункера приема золы 10, дымосос 20, который расположен в верхней части установки газификации, таким образом, чтобы обеспечить возможность организации восходящего потока угольной пыли и окислителей, трубопровод отвода генераторного газа 21, который расположен в верхней части установки.

Для контроля и замера температуры и давления используются датчики температуры и давления, регуляторы подачи топлива и окислителей (на чертеже не указаны), расходомеры 21, 22.

Рассмотрим работу установки.

Предварительно подготовленная, угольная пыль поступает в бункеры подачи пыли 2, 11, откуда угольная пыль одновременно подается шнековыми питателемя 3, 12, работа шнековых питателей обеспечивается мотор-редукторами 4, 13, в форсунки 5, 14. Одновременно с подачей угольной пыли в форсунки 5, 14 воздух подается дутьевыми вентиляторами 6, 15 в воздухоподогреватели 7, 16. Расход воздуха контролируется расходомерами 22, 23. Затем в подогретую воздушную струю устройствами для впрыска воды 8, 17 впрыскиваются порции воды для образования водяного пара. Далее смесь водяного пара с воздухом подается в форсунки 5, 14 и вдувается в вертикальную камеру газификации 1, которая представляет собой цилиндрический канал. В вертикальной камере газификации 1 происходит процесс смешивания потоков окислителей и угольной пыли из форсунок 5, 14 и происходит процесс реагирования углерода топлива с кислородом воздуха, водяным паром или другими окислителями, с образованием горючих газообразных компонентов генераторного газа т.е происходит газификации угольной пыли, который восходящим потоком, создаваемым с помощью дымососа 20, расположенного в верхней части установки газификации направляется в верхнюю часть реактора и с двух сторон подается в устройства для отвода генераторного газа 9, 11, в которых происходит сепарация генераторного газа от непрореагировавших частиц угля. Чистый генераторный газ отводится из верхней части установки с помощью дымососа 20 по трубопроводу отвода генераторного газа 21, а непрореагировашие частицы угольной пыли выпадают под действием силы тяжести в шнековые питатели 3, 12 и подмешиваются к основной части угольной пыли. Таким образом, достигается снижение механического недожога угля т.к организована многократная рециркуляция непрореагировавших частиц угольной пыли обратно в камеру газификации 1 до тех пор, пока практически весь углерод топлива не прореагирует с окислителем. Зола отводится из установки периодически т.к должны быть отключены бункеры приема угольной пыли с помощью заслонки (на фигуре не показана), системы подачи окислителей и дымосос, через колосниковую решетку 19 зола попадает в бункер приема золы 10, который находится в нижней части установки газификации.

Установка газификации позволяет полностью или частично отказаться от дополнительного топлива (мазута или газа), подаваемого в топку для подсветки на ТЭС. В то время как сейчас на котлах вместе с основным топливом (твердым, низкореакционным) в горелки подается 7-10% мазута или природного газа. Установка газификации позволит заменить природный газ более дешевым генераторным газом при переоборудовании газотурбинных установок. Кроме того, генераторный газ может быть использован также на крупных предприятиях химической промышленности для получения синтез-газа, метана, аммония, жидких моторных топлив и других ценных химических продуктов и соединений.

Предлагаемая установка позволяет добиться снижения механического недожога угля и позволяет повысить эффективность процесса газификации.

Установка относится к теплоэнергетике и может быть использована на предприятиях химической промышленности для получения, в частности, синтез-газа, метана, аммония и жидких моторных топлив. Установка включает вертикальную камеру газификации, устройство для подачи угля, систему подачи окислителей, устройство для отвода генераторного газа, бункер приема золы, а также дополнительное устройство подачи угля, дополнительную систему подачи окислителей, дополнительное устройство для отвода генераторного газа, трубопровод отвода генераторного газа, колосниковую решетку, расположенную в верхней части бункера приема золы, и дымосос, расположенный в верхней части установки газификации таким образом, чтобы обеспечить возможность организации восходящего потока угольной пыли и окислителей. Устройство для отвода генераторного газа и дополнительное устройство для отвода генераторного газа расположены с двух сторон вертикальной камеры таким образом, чтобы обеспечить возможность рециркуляции непрореагировавших частиц угля в вертикальной камере газификации и, как следствие, снижение недожога угля. 1 ил.

Установка газификации низкореакционных твердых топлив, включающая вертикальную камеру газификации, устройство для подачи угля, систему подачи окислителей, устройство для отвода генераторного газа, бункер приема золы, отличающаяся тем, что содержит дополнительное устройство подачи угля, причем устройство для подачи угля и дополнительное устройство для подачи угля дополнительно содержат мотор-редуктор и форсунку, которые выполнены соосно со шнековым питателем и расположены в нижней части вертикальной камеры газификации, форсунки расположены с двух сторон вертикальной камеры газификации таким образом, чтобы обеспечить возможность равномерной подачи и смешивания потоков угольной пыли и окислителей, и дополнительную систему подачи окислителей, причем система подачи окислителей и дополнительная система подачи окислителей расположены перед соответствующими форсунками, а также содержит дополнительное устройство для отвода генераторного газа, причем устройство для отвода генераторного газа и дополнительное устройство для отвода генераторного газа расположены с двух сторон вертикальной камеры газификации таким образом, чтобы обеспечить возможность рециркуляции непрореагировавших частиц угля в вертикальную камеру газификации, а также содержит колосниковую решетку, которая расположена в верхней части бункера приема золы, и дымосос, который расположен в верхней части установки газификации таким образом, чтобы обеспечить возможность организации восходящего потока угольной пыли и окислителей.