1
Изобретение касается способа эксплуатации установок по газиЛикации пылевидного топлива, в частности для повышения безопасности установок в аварийных случаях.
В технике для получения из твердого топлива синтез-газа, газа-восстановителя, отопительного газа и газа для коммунального хозяйства целесообразным решением является газификация топлива в пылевидном состоянии путем мастичного окисления. В процессе газификации пылевидное топливо реагирует с дутьем, содержащим свободный кислород при нормальном давлении или при повышенном давлении в интервале температур от 1Г.ОО до 1бОО°С, с преимущественным образова-, нием СО и Hj. Процесс газиЛикации осуществляется в пустой реакционной камере, причем средняя продолжительность пребывания топлива или получаемого из него газа в горячей реакционной каморе достигает порядка 0,5
10 с. Дутье представляет собой смесь технического кислорода и водяного пара, причем доля, технического кислорода колеблется в пределах 60-95% в зависимости от топлива и назначения получаемого газа Управление процессом, в частности поддержание оптимальных температур в реакционной ка- i мере, осуществляется путем регулирова Q ния отношения технического кислорода к пылевидномутопливу, причем отклонение от заданной величины весового отношения кислорода к топливу на 10 может привести к изменениям температу,j ры в реакционной камере на 200 К.
При эксплуатации установки .по газификации в случае нарушения топливоподачи, в особенности при уменьшении расхода пылевидного топлива, темпераго туры в реакционной камере повышаются до таких значений, при которых техническая безопасность установки нарушается, В случае, если расход пылевидного топлива уменьшается до такой сте3 эйтз
пени, что отношение кислорода к топливу превышает необходимую для полного сгорания стехиометрическую велияину, или если подача пылевидного топ-лива прекращается полностью, то избыточныи кислород в течение не;скольких секунд мох{ет взаимодействовать с полученным в лроцессе газификации газом СО и Н, находящимся в горячей реакционной камере. Если подача кислорода не будет надежно отключена, то температура в реакционной камере начнет уменьшаться, но возникает опасность, состоящая в том, что за несколько секунд непрореагировавший свободный кислород из горячей реакционной камеры поступит в подключенные узлы охлаждения и обработки полученного газа, что приведет к образованию там взрывчатых смесей кислорода И получаемого горючего водородсодержа щего газа и вызовет опасные взрывы. В целях предотвращения таких .сложных ситуаций установки по газификации пылевидного топлива оборудованы автоматическими устройствами аварийного отключения, которые надежно отключают подачу кислорода и переводят установку на безопасный режим, в част ности при заниженном расходе пылевидного топлива по сравнению с заданным расходом, при завышенном расходе кислорода по сравнению с заданным рас ходом и при выходе температуры в ре- акционной камере за заданные пределы, т.е„ в сторону завышения и занижения Устройство автоматического аварийного отключения неизбежно поражено мерт вым временем, -зависящим от мертвого времени учета измеренных данных и от продолжительности закрытия запорных средств для кислородного потока. В случае мощных установок эта продолжительность закрытия может составлять несколько секунд и существенно вли.Я1.ь i)a общее мертвое время. Несмотря на продолжительность закрытия и в слу чае внезапного прекращения подачи пылевидного топлива защита от поступления кислорода в узлы охлаждения дости гается тогда,- когда отношение подаваемого за единицу времени количества кислорода к количеству СО и Н,2, находящемуся в нормальном состоянии в реакторе, является достаточно малым и обеспечивается удовлетворительная рециркуляция в самом реакторе, однако такое решение приводит к низкой удельной производительности реактора.
и следовательно к слишком большим размерам реактора.
Другое известное решение предусматривает разделение реакционной камеры 10 15 I 5 1 несколько участков, эксплуатируемых в. значительной мере независимо друг от друга, причем каждый участок имеет свою систему подачи топлива и дутья, и в аварийном случае остающийся в одном из участков непрореагировавший кислород может взаимодействовать с газом, полученным в других частях реакционной камеры, что предотвращает поступление его в холодные ,части установки. Это решение требует сложного аппаратурного оформления. .Цель изобретения - создание способа эксплуатации установок по газификации пылевидного топлива, который предотвращает опасность поступления кислорода в узлы охлаждения и обработки полученного газа при нарушении подачи пылевидного топлива в реактор, в частности в случае внезапного прекращения этой подачи. В основе изобретения лежит задача создания способа эксплуатации установок по газификации пылевидного топли- ва,предотвращающего опасность поступления кислорода в узлы охлаждения и обработки полученного газа при нарушении подачи пылевидного топлива в реактор, в частности при внезапном прекращении этой подачи, с учетом конечной продолжительности закрытия автоматически управляемых запорных средств для кислорода, позволяющего высокие удельные нагрузки реакционной камеры и пригодного для установок высокой производительности. Согласно изобретению, поставленная задача решается следующим образом. В дополнительном резервуаре хранится топливо хорошей сыпучести или текучести под давлением, превышающем рабочее давление реактора. При помощи трубопровода, отключенного в нормальном режиме работы посредством автоматически управляемых запорных средств, дополнительное топливо хорошей сыпучести при открывании запорных средств подаваться в реакционную камеру вблизи места или мест ввода кислорода или кислород содержащего дутья о При нарушении подачи пылевидного топлива в реакционную камеру одновременно со срабатыванием системы аварийного отключения в реакционную камеpy при автоматическом открыв.ании запо ных средств вводится за счет существующей разности давления хранимое в резервуаре дополнительное топливо хорошей сыпучести или текучести. Поступакхцие в реактор дополнительное топливо хорошей сыпучести вследст вие имеющихся в реакционной камере вы соких температур взаимодействует с кислородом, поступающим в реакционную камеру до обеспечения полного срабатывания автоматического отключения, и таким образом предотвращает поступление кислорода в узлы охлаждения. Согласно изобретению, давление и объем резервуара, а также гидравлическое сопротивление части, соединяющей резервуар и реакционную камеру, согласуются друг с другом таким образом, что количество дополнительного топлива хорошей сыпучести, поступающего в реакционную камеру в течение промежутка времени от включения системы аварийного отключения до полного прекращения подачи кислорода в реактор, превышает-количество топлива, стехиометрически необходимого для полного связывания поступающего кислорода. Не предъявляются дополнительные требования к количеству этого дополнительного топлива. В решении, согласно изобретению, в зависимости от вида дополнительного топлива хорошей сыпучести или давления в резервуаре ножно использовать трубопроводы, соединяющие резервуар и реакционную камеру с такими сечениями, при которых продолжительность открывания запорных средств в соедини тельном трубопроводе является небольшой по сравнению с продолжительностью закрывания запорных средств в тру бопроводе подачи кислорода. В соответствии с пропускной способностью V общепринятых запорных вентилей и имеющимся во время срабатывания системы аварийного отключения максимальным значением разности давлений между резервуаром и реакционной камерой, при незначительном запуске запорного вентиля двигается большой - по отношению к максимальному расходу - расход дополнительного топлива между тем как поступление кислорода значительно уменьшается незадолго до достижения крайнего положения запорной арматуры для подачи кислорода. В способе в качестве дополнительного топлива хорошей сыпучести предпочтительно используется горючий, по возможности высококалорийный, газ из собственного производства или другого происхождения, например природный газ. В качестве топлива хорошей сыпучести можно использовать жидкое топливо, причем необходимое давление в резервуаре обеспечивается давлением пара жидкого топлива или буйером посредством инертных или горючих газов. При использовании жидкого топлива рекомендуется применение топлива, обладапщего хорошей жидкотекучестью при температуре окружающей среды и лишенного склонности к образованию смол или других твердых осадков.Весьма небольшая по сравнению с объемом производства установки потребность в т.аком дополнительном топливе оправды- . в.ает экономичность использования высококачественного и дорогостоящего топлива для этой цели. При применении средних или тяжелых отопительных масел в качестве топлива хорошей сыпучести установку необходимо снабдить отоплением. . В, качестве дополнительного топлива хорошей сыпучести можно использовать и пылевидное твердое топливо хоропей текучести, причем в качестве резервуара для дополнительного топлива применяется сосуд, давление в котором вследствие использования инертного или гсгрючего газа превышает рабочее давление в реакторе Указанный сосуд предпочтительно расположен выше входного отверстия реактора Конструкция и принцип такого сосуда известны из области пневмотранспорта. Используемое для этой цели пылевидное топливо может быть идентичным и используемым в качестве рабочего топлива пылевидным топливом. Однакоj в целях достижения улучшенной текучести оно может являться и фракцией, полученной из основного топлива дополнительным мероприятием обогащения, как например, просеиванием или воздушной сепарацией, или оно может быть получено по отдельному процессу обогащения, особенно пригодному для достижения хорошей текучести. Для использования изобретения не важно, в каком виде и какими средст-вами пылевидное топливо подводится к горелке или к горелкам реактора газификации при нормальном режиме экс-., плуатации. Целесообразным является использование изобретения в том criyчае, когда одновременно с пылевидным топливом в реактор газификации подают ся и .другие текучие топлива, взаимодействующие с содержащим свободный .кислород дутьем с образованием газа, содержащего СО и Н. Изобретение может быть использовано, в частности и в том случае, когда пылевидное топливо подается в реактор газификации в виде взвеси в жидком топливе, например в отопительном ; масле или смоле. На фиг. 1 показана схема осуществления способа, в котором в качестве дополнительного топлива хорошей сыпучести используется горючий газ; на фиг. 2 - схема осуществления способа, в котором в качестве дополнительного пылевидного топлива хорошей текучести используется буроугольная пыль. П р и- м е р 1. Реактор, для газифи кации пылевидного топлива 1 при рабочем давлении 2,5 МПа рассчитан На выра ботку 50000 нм сырого газа в час. Пылевидное топливо в виде плотной взвеси в инертном газе-носителе,технический кислород и водяной пар вводятся в реакционную камеру через гореяку 2, расположенную в верхней части р.еактора,причем перемешивание трех потоков осуществляется непосредственно после выхода из горелки внутри реакционной камеры Потребность в техническом кислороде составляет | 14000 нм в ч; это соответствует количёству чистого кислорода нм в ч или 3,7 нм в сек при чистоте технического кислорода в размере 9б.. Реактор оснащен автоматической системой аварийного отключения 3. Мертвое время от момента нарушения в подаче топлива (занижение нижнего предельного значения ), показываемого устройством замера-количества пыли k, до начала процессов отключения составляет 7 сек. Через следующие 5 сек подача кислорода полностью прекращается вентилем 5. Во время первой стадии мертпого времени в реактор .поступают 26 нм кислорода, во время второй .стадии, обусловленной продолжительнос тью закрывания запорного вентиля для кислорода, поступает 15 нм- кислорода (в среднем ВП% нормального расхода). Установка в соответствии с изобретением оборудована напорным резервуаром 6, в котором под давлением 3,2 МПа хранится метан (п)иродный газ). g ts Напорный резервуар при помощи трубопровода соединен с входным патрубком горелки для водяного пара 2, При срабатывании аварийного отключения посредством системы автоматического аварийного отключения 3 открывается вентиль 7, и природный газ из резервуара 6 поступает в реактор 1 до выравнивания давления. Емкость резервуара 6 составляет 6 м, так что при аварийном, отключении в реактор поступает примерно ЦО нм природного газа. Природный газ взаимодействует с поступаю1цим свободным кислородом, причем для связывания кислорода требуется максимально 20,5 нм. До пуска установки по газификации в эксплуатацию в резервуаре 6 необходимо поднять давление при помощи природного газа по заданной величине посредством компрессора 8. Пример 2. В данном примере в качестве дополнительного топлива используется буроугольная пыль хорошей текучести,. Буроугольная пыль хранится в напорном резервуаре в количестве 130 г в резервуаре 6, причем путем подачи азота при помощи компрессора 8 азота в резервуаре поддерживается давление 3,2 МПа. Общая емкость резервуара составляет 6 м, из них примерно об|ъем 0,25 м заполнен пылью. Напорный резервуар 6. располохен выше горелки 2реактора 1 и при помощи трубопровода соединен с вход ным патрубком для угольной пыли горелки 2. При срабатывании аварийного отключения посредством системы автоматического аварийного отключения 3 открывается запорный орган 7, пригодный для пропускания угольной пыли, а хранимый в резервуаре 6 азот поступает в реактор 1 до выравнивания давления, причем находящаяся в резервуаре 6 пыль полностью поступает в реактор 1 , Пыль взаимодействует с притекающим в реактор кислородом, причем для полного связывания кислорода стехиометрических требуется АО кг пыли. До пуска установки в эксплуатацию следует обеспечить, чтобы резервуар 6, в котором-сначала имеется атмосферное давление, из бункера-хранилища 9 был заполнен необходимым количеством угольной пыли с последую1цим поднятием давления до 3,2 МПа при помощи азота. Формула изобретения 1. Способ эксплуатации установок ПО газификации пылевидного топлива, в котором пылевидное топливо подается в. реактор при помощи механических средств или в горючей или не горючей газообразнойили жидкой среде в виде взвеси и взаимодействует с содержащим свободный кислород дутьем с об- ю да,
разованием горючего газа, содержащего СО и И,, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, в дополнительном резервуаре хранится топливо хорошей сыпучести (или текучести гюд давлением, превышающим рабочее давление реактора газификации, и в случае нарушений подачи пылевидного топлива хранимое в резервуаре топливо хорошей сыпучесТ1 или текучести за короткий промежуток времени переводится в реакционную камеру установки по газификации за счет имеющегося в резервуаре давления, ввод указанного топлива хорошей сыпучести или текучести в реакционную камеру осуществляется вблизи места или мест ввода содержащего свободный кислород дутья или содержащего свободный кислород потока дутья или содержащих свободный кислород потоков дутья, причем давление, объем резервуара и гидравлическое сопротивление соединительной части между резервуаром и реакционной камерой реактора газификации согласованы друг.. 981
ру за этот промежуток времени.
2, Способ по п, 1, о т л и ч а ющ и и с я тем, что в качестве топлива хорошей текучести используется горючий газ, преимущественно горючий газ с высокой теплотой сгорания.
Зо Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что в качестве топлива хорошей текучести используется жидкое топливо, причем давле,ние в резервуаре создается собственным давлнием пара жидкости или подачей горючей или инертной газообразной среды. .
А. Способ по п. 1,отличающ и и с я тем, что в качестве топлива хорошей сыпучести используется пылевидное твердое топливо и давление в резервуаре создается подачей горючей или инертной газообразной среды.
Признано изобретением по результатам экспертизы, осуществленной ведомством по изобретательству Германской 810 с другом так, чтобы количество топлива хорошей сыпучести, переводимого в реакционную камеру за короткий промежуток времени от наступления приводясцего к отключению нарушения до полного прекращения подвода свободного кислорода, превысило стехиометрически необходимое количество для полного связывания свободного кислоропритекающего в реакционную камеДемократической Республики. ю-- rt -J .1 r ЧХИЭг хЬ4
и
Синтез-газ
