Установка для газификации топлива

 

Использование: в химической и энергетической промышленности для газификации золосодержащих сильнообводненных жидких отходов органических производств, а также высоковлажных осадков сточных вод и избыточного активного ила. Задачей изобретения являются повышение надежности работы и возможность газификации высоковлажных твердых топлив. Установка содержит теплообменный аппарат 1 для термической сушки влажного топлива, выполненный в виде аппарата со встроенным теплообменником 2 с патрубками 3 и 4, с системой 5 рециркуляции получаемого при сушке водяного пара, устройство 6, реактор-газогенератор 7 с расположенной вверху горелкой 8 и экранными поверхностями 9, аппарат 10 для охлаждения генераторного газа до температуры ниже температуры начала деформации золы, выполненный в виде контактного водяного теплообменника с патрубками 11, 12, 13 для подвода и отвода воды и газа, последовательно включенные теплообменники 14, 15, 16 с патрубками для подвода 17, 18, 19 и отвода 20, 21, 22 охлаждающей среды, размещенные в отдельных корпусах 23, 24, 25 с патрубками для подвода 26, 27, 28 и отвода 29, 30, 31 газа и конденсата 32, 33, 34, барабан-сепаратор 35 с патрубком 36 для подвода питательной воды, циркуляционный насос 37, систему шлюзования 38, шлакоотделитель 39, очиститель воды 40, циркуляционный насос 41, линию подачи воды 42 к теплообменникам 15 и 16, трубопровод 43 для подачи водяного пара от теплообменника 14 к теплообменнику 2, трубопровод 44 с циркуляционным насосом 45, теплообменник 46, установленный на линии 47 питательной воды, подаваемой в барабан-сепаратор 35, с патрубком 48, трубопроводом 49, линии 50 подвода кислородсодержащего газа к горелке 8, линии 53, 54, 55, 56 для отвода генераторного газа из контактного водяного теплообменника 10 и корпусов 23, 24, 25, линию 57 для отвода водяного пара из барабана-сепаратора 35, линию 58 для подвода воды и конденсата к патрубку 11 аппарата 10 с насосом 59. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к установкам для газификации топлив и может быть использована в химической и энергетической промышленности для газификации золосодержащих сильнообводненных жидких отходов органических производств, а также высоковлажных осадков сточных вод и избыточного активного ила с целью получения водородсодержащего или энергетического газа.

Известна установка для газификации твердого топлива, включающая теплообменный аппарат для термической сушки топлива, устройство для подачи топлива в реактор, реактор-газогенератор с расположенной внизу горелкой для частичного сжигания пылевидного топлива в кислородсодержащем газе при температуре выше точки расплава золы, аппарат охлаждения генераторного газа до температуры ниже температуры начала деформации золы с патрубком для отвода генераторного газа, последовательно включенные поверхностные теплообменники с входными и выходными патрубками для подвода и отвода его, барабан-сепаратор для разделения пароводяной эмульсии с патрубками подвода питательной воды, экранные поверхности, циркуляционные насосы. В качестве аппарата для охлаждения генераторного газа до температуры ниже температуры начала деформации золы используется радиационный теплообменник, и экранные поверхности установлены в нем и реакторе-газогенераторе, последовательно включенные теплообменники расположены в одном корпусе и связаны с барабаном-сепаратором: первый по ходу газов своим входным патрубком с верхней частью, второй выходным и входным патрубками с нижней и верхней частями соответственно, третий выходным патрубком с патрубком подвода питьевой воды. Экранные поверхности нижней частью подключены непосредственно к напорному патрубку питательного насоса, а верхней частью через посредством промежуточных теплообменников к всасывающему патрубку. Последний по ходу воды промежуточный теплообменник выходным патрубком соединен со входным патрубком третьего по ходу газа последовательно включенного теплообменника, а первый по ходу воды промежуточный теплообменник соединен входным и выходным патрубками с нижней и верхней частями барабана-сепаратора. (заявка ФРГ N 2554666, кл. C 10 J 3/76, 1977).

Эта установка обладает существенными недостатками: низкая надежность; сложность; отсутствие возможности газификации высоковлажных твердых топлив, например осадков сточных вод, и золосодержащих сильнообводных жидких органических отходов.

Вследствие того, что в качестве аппарата для охлаждения генераторного газа до температуры ниже температуры начала деформации золы используется радиационный теплообменник, возможен частый выход его из строя из-за шлакования частичками жидкого шлака, уносимого генераторным газом, что снижает надежность работы установки.

Вследствие того, что последовательно включенные теплообменники расположены в одном корпусе и не имеют очистительных устройств, возможно загрязнение их летучей золой, уносимой генераторным газом, что также снижает надежность установки.

Вследствие того, что последовательно включенные теплообменники связаны с барабаном-сепаратором, а экранные поверхности подключены к циркуляционному насосу при посредстве промежуточных теплообменников, система охлаждения установки имеет, по сути дела, два цикла движения охлаждающей среды, что очень усложняет установку и снижает степень ее надежности.

Вследствие того, что первый по ходу газов теплообменник связан с барабаном своим входным патрубком с верхней частью, т.е. является пароперегревателем, установка производит перегретый пар, который не может быть использован в высокоэффективных аппаратах для термической сушки, и установка не может быть использована для газификации высоковлажных твердых или сильнообводненных жидких топлив.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемой является установка для газификации твердого топлива, включающая теплообменный аппарат для термической сушки топлива, устройство для подачи топлива в реактор, реактор-газогенератор с расположенной вверху горелкой для частичного сжигания пылевидного топлива в кислородсодержащем газе при температуре выше точки расплава золы, аппарат для охлаждения генераторного газа до температуры ниже температуры деформации золы с патрубками для отвода гранулированного шлака и генераторного газа, последовательно включенные поверхностные теплообменники с выходными и входными патрубками для отвода и подвода охлаждающей среды для последующего охлаждения генераторного газа с патрубками для подвода и отвода его, барабан-сепаратор для разделения пароводяной эмульсии с патрубком подвода питательной воды, экранные поверхности, сообщенные с барабаном-сепаратором непосредственно своей верхней частью и посредством циркуляционных насосов своей нижней частью. В качестве аппарата для охлаждения генераторного газа до температуры ниже начала деформации золы используется радиационный теплообменник, и экранные поверхности установлены в нем, последовательно включенные теплообменники расположены в одном корпусе-газоходе и связаны с барабаном-сепаратором: первый и второй по ходу газов своими входными патрубками с верхней частью, третий - входным и выходным патрубками с нижней и верхней частью соответственно, четвертый выходным патрубком с патрубком подвода питательной воды, теплообменный аппарат для термической сушки топлива выполняется обычно в виде барабанных сушильных установок (заявка ФРГ N 2918859, кл. C 10 J 3/48, 1980).

Однако и эта установка обладает существенными недостатками: низкая надежность; невозможность газификации высоковлажных твердых топлив, например осадков сточных вод, и золосодержащих сильнообводненных жидких органических отходов.

Вследствие того, что в качестве аппарата для охлаждения генераторного газа до температуры ниже температуры начала деформации золы используется радиационный теплообменник, возможен часты выход его из строя из-за шлакования вытекающим из реактора-газогенератора жидким шлаком или частичками жидкого шлака, уносимого генераторным газом, что снижает надежность установки.

Вследствие того, что последовательно включенные теплообменники расположены в одном корпусе-газоходе и не имеют очистительных устройств, возможно загрязнение их летучей золой, уносимой генераторным газом, что также снижает надежность установки.

Вследствие того, что первый и второй по ходу газов теплообменники своими выходными патрубками связаны с верхней частью барабана-сепаратора, т.е. являются пароперегревателями, установка производит перегретый пар, который не может быть использован в высокоэффективных аппаратах для термической сушки, и установка не может быть использована для газификации высоковлажных твердых сильнообводненных топлив.

Установка в целом также не может быть использована для газификации высоковлажных твердых и сильнообводненных жидких топлив, т.е. в ней не предусмотрена подача большого количества тепла для сушки топлива или термического обезвоживания, а именно: это тепло идет на генерацию пара энергетических и технологических параметров, что, кстати, требует создания высокотемпературных теплообменников, что резко снижает надежность работы установки в целом.

Задачей изобретения являются повышение надежности работы и создание возможности газификации высоковлажных твердых топлив (например, осадков сточных вод) и сильнообводненных органических отходов, содержащих твердые примеси (например, адипатов натрия).

Поставленная задача решается тем, что в установке для газификации топлива, включающей теплообменный аппарат для термической сушки или обезвоживания топлива, устройство для подачи топлива в реактор, реактор-газогенератор с расположенной вверху горелкой для частичного сжигания топлива в кислородсодержащем газе при температуре выше точки расплава золы, аппарат для охлаждения генераторного газа до температуры ниже температуры начала деформации золы с патрубками для отвода воды с гранулированным шлаком и генераторного газа, последовательно включенные поверхностные теплообменники с входными и выходными патрубками для подвода и отвода охлаждающей среды для последующего охлаждения генераторного газа с патрубками для подвода и отвода его, барабан-сепаратор непосредственно своей верхней частью и посредством циркуляционного насоса своей нижней частью, экранные поверхности размещены в реакторе-газогенераторе, в качестве аппарата для охлаждения генераторного газа до температуры ниже температуры начала деформации золы установлен контактный водяной теплообменник с патрубком для подвода воды и патрубком для отвода воды с гранулированным шлаком, последовательно включенные поверхностные теплообменники размещены в отдельных корпусах, которые снабжены патрубками для отвода конденсата, образующегося при последующем охлаждении генераторного газа, и сообщены посредством этих патрубков с патрубком для подвода воды в контактный водяной теплообменник. Теплообменный аппарат для термической сушки топлива выполнен в виде аппарата со встроенным теплообменником и системой рециркуляции получаемого при сушке водяного пара, а встроенный теплообменник соединен своими выходным и входным патрубками соответственно с входным и выходным патрубками первого по ходу газа поверхностного теплообменника посредством соединительных трубопроводов, при этом на одном из соединительных трубопроводов установлен циркуляционный насос. Кроме того, по одному из возможных вариантов патрубки для отвода охлаждающей среды второго и последующих по ходу газа поверхностных теплообменников сообщены с патрубком подвода контактного водяного теплообменника, а патрубки подвода охлаждающей воды с патрубком отвода воды с гранулированным шлаком от этого теплообменника через систему шлюзования, шлакоотделитель, очиститель воды и циркуляционный насос, а на линии питательной воды в барабан-сепаратор установлен теплообменник с патрубками для подвода и отвода питательной воды и патрубками для подвода пара и отвода конденсата, при этом патрубок для подвода пара сообщен с системой рециркуляции водяного пара теплообменного аппарата для сушки топлива посредством трубопровода.

Благодаря тому, что в качестве аппарата для охлаждения генераторного газа до температуры ниже температуры начала деформации золы установлен контактный теплообменник с патрубком для подвода воды и отвода воды с гранулированным шлаком, вытекающий из газогенератора жидкий шлак и капельки жидкого шлака, уносимые генераторным газом, мгновенно застывают при контакте с водой, а кроме того, основная часть частичек отмывается от газа в этом аппарате, что ведет к резкому повышению надежности работы аппарата и установки в целом и позволяет газифицировать высокозольное топливо.

Благодаря тому, что последовательно включенные теплообменники размещены в отдельных корпусах, которые снабжены патрубками для отвода конденсата, выносимые из предыдущего аппарата частички шлака смываются образующимся конденсатом и отводятся с ним через патрубки, что приводит к резкому повышению надежности работы теплообменников и установки в целом.

Благодаря тому, что теплообменный аппарат для термической сушки или обезвоживания топлива выполнен в виде аппарата со встроенным теплообменником и системой рециркуляции получаемого при сушке водяного пара, а встроенный теплообменник соединен своими входным и выходным патрубками соответственно с выходным и входным патрубками первого по ходу газа теплообменника посредством соединительных трубопроводов, на одном из которых установлен циркуляционный насос, появляется возможность газификации высоковлажных топлив, т.к. подавляющая часть тепла выделяется в первом теплообменнике, в котором образуется пар низкого давления, и этот пар полностью направляется во встроенный теплообменник для термической сушки топлива, кроме того, при рециркуляции образующегося пара невозможно забивание аппарата высоковлажным твердым топливом или твердой частью органических отходов.

Благодаря тому, что патрубки для отвода конденсата от теплообменников, а также патрубки для отвода охлаждающей воды от второго и последующих теплообменников сообщены с патрубком для подвода воды контактного теплообменника, нет нужды в тщательной очистке конденсата и воды, что приводит к повышению надежности работы установки.

Благодаря тому, что патрубки подвода воды второго и последующих теплообменников сообщены с патрубком отвода воды с гранулированным лаком от контактного теплообменника через систему шлюзования, шлакоотделитель, очиститель воды и циркуляционный насос, достигается почти полный возврат воды в контактный теплообменник, что ведет к экономии добавочной воды и повышению надежности установки.

Благодаря тому, что экранные поверхности установлены в реакторе-газогенераторе, возрастает надежность охлаждения его стенок, а следовательно, надежность работы установки в целом.

Благодаря тому, что на линии подвода питательной воды в барабан-сепаратор установлен теплообменник с патрубками для подвода пара и отвода конденсата и патрубок для подвода пара сообщен с системой рециркуляции водяного пара теплообменного аппарата для сушки топлива посредством трубопровода, достигается возможность использования тепла пара, получаемого при сушке, на нагрев питательной воды, что повышает экономичность установки.

Таким образом, установка в целом позволяет осуществлять газификацию высоковлажных твердых и сильнообводненных жидких топлив в надежно организованном процессе благодаря сочетанию взаимосвязанных контактного теплообменника, поверхностных теплообмеников с отводом конденсата и аппарата для сушки со встроенным теплообменником и рециркуляцией пара. При этом основная часть физического тепла генераторного газа на низком потенциальном уровне поступает в аппарат для сушки с рециркуляцией получаемого пара, который, в свою, очередь очень надежен при работе с сильноувлажненными топливами. В результате достигается возможность газификации высоковлажного твердого или сильнообводненного жидкого топлива при высокой степени надежности работы всей установки в целом.

Схема установки представлена на чертеже.

Установка для газификации топлива включает теплообменный аппарат 1 для термической сушки высоковлажного твердого топлива или обезвоживания сильнообводненного жидкого, выполненный в виде аппарата со встроенным теплообменником 2, снабженным входным 3 и выходным 4 патрубками, с системой 5 рециркуляции получаемого при сушке водяного пара для предотвращения забивания поверхностей влажной массой, устройство 6 (насос для подачи жидкого топлива или специальное устройство для подачи пылевидного твердого топлива), реактор-газогенератор 7 с расположенной вверху горелкой 8 и экранными поверхностями 9, аппарат 10 для охлаждения генераторного газа до температуры ниже температуры начала деформации золы, выполненный в виде контактного водяного теплообменника с патрубками 11, 12, 13 для подвода воды, отвода воды с гранулированным шлаком и отвода газа соответственно, последовательно включенные теплообменники 14, 15, 16 с патрубками для подвода 17, 18, 19 и отвода 20, 21, 22 охлаждающей среды, размещенные в отдельных корпусах 23, 24, 25 с патрубками для подвода и отвода газа и отвода конденсата 32, 33, 34, барабан-сепаратор 35 с патрубком 36 для подвода питательной воды, соединенный с экранными поверхностями 9 непосредственно в верхней части и через посредство циркуляционного насоса 37 в нижней, систему шлюзования 38, шлакоотделитель 39, очиститель воды 40, циркуляционный насос 41, линию 42 подачи очищенной воды к теплообменникам 15 и 16, трубопровод 43 для подачи водяного пара от теплообменника 14 к теплообменнику 2, трубопровод 44 с циркуляционным насосом 45 для подачи конденсата от теплообменника 2 к теплообменнику 14, теплообменник 46, установленный на линии 47 питательной воды, подаваемой в барабан-сепаратор 35, с патрубком 48 и трубопроводом 49, связанным с системой 5 рециркуляции пара, линию 50 подвода кислородсодержащего газа к горелке 8, линию 51 подвода влажного топлива в теплообменный аппарат 1 для термической сушки, линию 52 подвода топлива к горелке 8, линии 53, 54, 55, 56 для отвода генераторного газа из контактного водяного теплообменника 10 и корпусов 23, 24, 25 теплообменников 14, 15, 16 соответственно, линию 57 для отвода водяного пара из барабана-сепаратора 35, линию 58 для подвода воды и конденсата к патрубку 11 аппарата 10 с насосом 59.

Установка работает следующим образом. По линии 51 осуществляют подачу высоковлажного твердого или сильнообводненного жидкого топлива в теплообменный аппарат 1, где осуществляется глубокая сушка топлива (с 45-50% до 3-10% влажности).

Защиту аппарата и его поверхностей от забивания влажным твердым топливом или твердой частью органических отходов осуществляют водяным паром, рециркулирующим в системе 5. Подвод тепла для сушки осуществляется встроенным теплообменником 2, где конденсируется пар под давлением 4-6 атм, при температурах порядка 150^oC. Высушенное или обезвоженное топливо поступает затем в устройство 6, которым подается в горелку 8 реактора-газогенератора 7, туда же по линии 50 осуществляют подачу кислородсодержащего газа (в частности, технического кислорода). В реакторе-газогенераторе 7 осуществляют частичное сжигание и газификацию топлива или органических отходов образующимися водяным паром и двуокисью углерода.

Температура перед выходом из реактора-газогенератора 7 поддерживается на 200-500^oC выше температуры нормального жидкого шлакоудаления золы топлива или твердых включений органических отходов. Жидкий шлак с горячим генераторным газом поступает в аппарат 10, выполненный в виде контактного водяного теплообменника, куда также по патрубку 11 осуществляют подачу воды. Струи жидкого шлака поступают в водяную ванну на дне аппарата 10, где они охлаждаются и гранулируются.

Генераторный газ вместе с частичками шлака, находящимися в нем, охлаждается до температур насыщения газа водяным паром (180-220^oC при давлении 15-30 атм), при этом часть летучего шлака выпадает в водяную ванну и вместе с избыточной водой и гранулированным шлаком удаляется по патрубку 12. Влажный генераторный газ с большим содержанием водяных паров через патрубок 13 по линии 53 подают к патрубку 26 корпуса 23 теплообменника 14. На теплообменных поверхностях теплообменника 14 происходит конденсация 75-85% пара, находящегося в генераторном газе, при этом выделяется большое количество тепла, которое идет на генерацию пара давлением 4-6 атм. Сконденсировавшийся в корпусе 23 из генераторного газа пар захватывает часть уносимой золы, и конденсат отводится по патрубку 32. По патрубку 29 через линию 54 осуществляют подачу пара к патрубку 27 копуша 24 теплообменника 15. Здесь также происходят конденсация, захват золы и удаление конденсата по патрубку 33, а выделившееся при этом тепло идет на нагрев воды. Далее по патрубку 30 через линию 55 осуществляют подачу пара к патрубку 28 корпуса 25 теплообменника 16, где происходят аналогичные процессы, конденсат удаляется по патрубку 34, а выделившееся тепло идет на нагрев воды.

Холодный и практически обезвоженный генераторный газ по патрубку 31 через линию 56 направляется на переработку или использование.

Подачу конденсата к патрубку 17 теплообменника 14 осуществляют от патрубка 4 встроенного теплообменника 2 по линии 44 с помощью насоса 45. Полученный пар по патрубку 20 через линию 43 подают к патрубку 3 теплообменника 2, где он конденсируется, отдавая тепло для сушки топлива.

Комбинация контактного теплообменника 10, теплообменник 14, встроенного теплообменника 2 чрезвычайно выгодна. Так как для сушки топлива нет нужды получать пар высоких параметров, а контактный водяной теплообменник - чрезвычайно надежный аппарат, такая комбинация просто и надежно решает поставленную задачу.

Конденсат из патрубков 32, 33, 34 по линии 58 поступает к патрубку 11 контактного водяного теплообменника 10.

Выходящую с гранулированным шлаком через патрубок 12 воду, прошедшую шлюзовую систему 38, шлакоотделитель 39, очиститель воды 40, циркуляционным насосом 41 по линии 42 подают к патрубкам 18 и 19 теплообменников 15 и 16, где она нагревается, после чего от патрубков 21 и 22 по линии 59 ее подают к патрубку 11 аппарата 10. Таким образом, вся вода собирается вновь и вновь идет в аппарат 10.

В реакторе-газогенераторе 7 установлены экранные поверхности 9 из ошипованных и торкретированных труб. Экранные поверхности 9 связаны в систему рециркуляции воды и паровой эмульсии с барабаном-сепаратором 35 и циркуляционным насосом 37. По линии 47 к патрубку 36 осуществляют подачу питательной воды, по линии 57 отвод полученного пара на использование. На линии 47 установлен теплообменник 46 для подогрева питательной воды за счет тепла, выделившегося при конденсации пара, полученного при сушке топлива в системе 5; для этого теплообменник 46 своим патрубком 48 посредством линии 49 связан с системой 5 рециркуляции водяного пара теплообменника 1.

Таким образом, комбинация контактного теплообменника 10, теплообменника 14 и встроенного теплообменника 2 в сочетании с другими отличительными признаками заявленного устройства позволяет с высокой степенью надежности и экономичности газифицировать высоковлажное твердое или золосодержащее сильнообводненное жидкое топливо.

Формула изобретения

1. Установка для газификации топлива, включающая теплообменный аппарат для термической сушки или обезвоживания топлива, устройство для подачи топлива в реактор, реактор-газогенератор с расположенной вверху горелкой для частичного сжигания топлива в кислородсодержащем газе при температуре выше точки расплава золы, аппарат для охлаждения генераторного газа до температуры ниже температуры начала деформации золы с патрубками для отвода воды с гранулированным шлаком и генераторного газа, последовательно включенные поверхностные теплообменники с входными и выходными патрубками для подвода и отвода охлаждающей среды для последующего охлаждения генераторного газа с патрубками для подвода и отвода охлаждающей среды для последующего охлаждения генераторного газа с патрубками для подвода и отвода его, барабан-сепаратор для разделения пароводяной эмульсии с патрубком подвода питательной воды, экранные поверхности, сообщенные с барабаном-сепаратором непосредственно своей верхней частью и посредством циркуляционного насоса своей нижней частью, отличающаяся тем, что экранные поверхности размещены в реакторе-газогенераторе, в качестве аппарата для охлаждения генераторного газа до температуры ниже начала деформации золы установлен контактный водяной теплообменник с патрубком для подвода воды и патрубком для отвода воды с гранулированным шлаком, последовательно включенные поверхностные теплообменники размещены в отдельных корпусах, которые снабжены патрубками для отвода конденсата, образующегося при последующем охлаждении генераторного газа, и сообщены посредством этих патрубков с патрубками для подвода воды в контактный водяной теплообменник, при этом теплообменный аппарат для термической сушки топлива выполнен в виде аппарата со встроенным теплообменником и системой рециркуляции получаемого при сушке водяного пара, а встроенный теплообменник соединен своими входным и выходным патрубками соответственно с выходным и входным патрубками первого по ходу газа поверхностного теплообменника посредством соединительных трубопроводов, при этом на одном из соединительных трубопроводов установлен циркуляционный насос.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что патрубки для отвода охлаждающей среды второго и последующих по ходу газа поверхностных теплообменников сообщены с патрубком подвода контактного водяного теплообменника, а патрубки подвода охлаждающей воды с патрубком отвода воды с гранулированным шлаком от этого теплообменника через систему шлюзования, шлакоотделитель, очиститель воды и циркуляционный насос.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что на линии подвода питательной воды в барабан-сепаратор установлен теплообменник с патрубками для подвода и отвода питательной воды и с патрубками для подвода пара и отвода конденсата, при этом патрубок для подвода пара сообщен с системой рециркуляции водяного пара теплообменного аппарата для сушки топлива посредством трубопровода.

РИСУНКИ

Рисунок 1