Способ газификации горючего материала (варианты) и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к способу и устройству для газификации горючего материала, например отходов, угля и т.д., которые газифицируются для получения горючего газа, содержащего достаточно большое количество горючих компонентов, чтобы расплавить золу под действием собственного тепла. Топка с флюидизированной подушкой, имеющей приблизительно круглую форму поперечного горизонтального сечения, имеет подушку с участками из флюидизированной среды, средства для создания внутри флюидизированной подушки вращающегося потока флюидизированной среды внутри топки, включая средства для создания потока флюидизирующего газа в направлении вверх к периферийному участку подушки. Количество кислорода, подаваемого в топку с флюидизированной подушкой, устанавливается в том же количестве, которое содержится в количестве воздуха, составляющем не более 30% от теоретического количества воздуха, необходимого для сжигания. Температура флюидизированной подушки устанавливается в диапазоне 450 - 650^oC, так что полученный горючий газ содержит большое количество горючих материалов. Горючий газ и мелкие частицы, полученные в топке с флюидизированной подушкой, подаются в топку для сжигания расплавленной массы, где они сгорают при высокой температуре и получаемая зола плавится. Технический результат заключается в получении горючего газа при высоком коэффициенте полезного действия. 3 с. и 22 з.п.ф-лы, 5 ил.

Изобретение касается способа и устройства для газификации горючего материала, содержащего негорючий материал, в топке с флюидизированной подушкой, в котором горючий материал газифицируется в топке с флюидизированной подушкой и получаемый горючий газ и мелкие частички сгорают при высокой температуре в топке с горючей расплавленной массой и образующаяся при этом зола плавится.

Известен способ и устройство для сжигания твердых материалов, в котором твердый материал расщепляется термическим методом в пиролизной топке с флюидизированной подушкой, и продукты пиролиза, т.е. горючий газ и твердые частицы, вводятся в циклонную топку для сжигания, в которой горючий компонент сгорает при высокой эффективности сжигания в атмосфере сжатого воздуха, а расплавленная зола стекает вниз и образующийся шлак удаляется в камеру с водой, где он затвердевает (см. JP, заявка N JP- JP-B2-62-35004).

Недостатком известного способа является то, что вся флюидизированная подушка находится в активном флюидизированном состоянии, большое количество горючих компонентов, не вступивших в реакцию, выносится наружу из топки вместе с горючим газом, получаемым в топке. Вследствие этого не получается высокая степень газификации.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ газификации горючего материала, содержащего негорючий материал, осуществляемый в топке для газификации с флюидизированной подушкой (см. JP, заявка N JP-A- 2-147692 на патент КОКАI с опубликованным описанием). В способе газификации на флюидизированной подушке, описанном в этой публикации, топка имеет прямоугольную форму по поперечному горизонтальному сечению, и скорость массы флюидизирующего газа, подаваемого струей в топку в направлении вверх снизу от центральной зоны топки, оказывается меньше, чем скорость массы флюидизирующего газа, подаваемого из двух угловых зон нижней части топки. Направленный вверх поток флюидизирующего газа изменяет свое направление к центральной зоне топки, попадая в положение над каждой угловой зоной днищевой части топки. Таким образом, подвижная подушка, в которой оседает флюидизированная среда, образуется в центральной зоне топки и флюидизированная подушка, в которой активно флюидизируется флюидизированная среда, образуется в каждой угловой зоне топки. Горючий материал подается в подвижную подушку. Флюидизирующий газ представляет собой или смесь воздуха и пара, или смесь кислорода и пара, а флюидизированная среда представляет собой кремнистый песок.

Недостатки известного изобретения заключаются в следующем. Эндотермическая реакция газификации и реакция сжигания происходят одновременно во всех подвижных и флюидизированных подушках. Соответственно быстро испаряющийся компонент, который готов для газификации, сгорает в то же самое время, когда он газифицируется в то время, как неподвижный уголь (превращенное в уголь вещество) и гудрон, которые трудно газифицировать, выносятся, как не вступивший в реакцию материал, за пределы топки вместе с горючим газом, произведенным в топке. Таким образом, не может достигаться высокая эффективность газификации.

Технический результат от использования данного изобретения заключается в том, чтобы получить горючий газ при высоком коэффициенте полезного действия, который содержит большое количество горючих компонентов, получаемых из горючих материалов, как отходы, например, городские отбросы, отходы пластических материалов и т.д., или из горючих материалов, как уголь.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе газификации горючего материала, содержащего негорючий материал: а) создают зоны флюидизированной подушки из флюидизированной среды внутри топки с флюидизированной подушкой, имеющей форму приблизительно круглого горизонтального поперечного сечения путем подачи в нее направленного вверх потока флюидизирующего газа, создают внутри указанной флюидизированной подушки вращающийся поток указанной флюидизированной среды в указанной топке путем подачи вверх потока флюидизирующего газа и флюидизированной среды к центральному участку указанной топки и придают указанному направленному вверх потоку флюидизирующего газа к периферийному участку первой зоны указанной подушки скорость массы, большую, чем к центральному участку зоны указанной подушки, при этом указанная флюидизированная среда движется в направлении вверх к указанной первой зоне указанной подушки, образуя зону окисления (S), и указанная флюидизированная среда движется в направлении вниз в указанной второй зоне указанной подушки, образуя зону газификации, подают указанный горючий материал в указанную флюидизированную подушку для его газификации таким образом, что указанный горючий материал движется в направлении вниз с указанной флюидизированной средой в указанной второй зоне указанной подушки, газифицируя при этом горючий материал в указанной зоне газификации (G) и генерируя горючий газ и превращенное в уголь вещество таким образом, что указанное превращенное в уголь вещество движется в направлении вверх вместе с указанной флюидизированной средой в указанной первой зоне указанной подушки и окисляется частично в указанной зоне окисления (S), после чего удаляют через разгрузочный канал указанный негорючий материал, содержащийся в указанном потоке горючего материала и флюидизированной среды из указанной топки, отделяют удаленную таким образом флюидизированную среду от указанного негорючего материала и возвращают отделенную таким образом флюидизированную среду в указанную подушку в указанной топке, удаляют указанный горючий газ вместе с частицами превращенного в уголь вещества из указанной топки и подают удаленный таким образом горючий газ вместе с частицами превращенного в уголь вещества в топку для сжигания расплавленной массы, сжигают указанный горючий газ и указанные частицы превращенного в уголь вещества при температуре не менее 1300^oC в указанной топке и при этом разлагают вредные частицы, как диоксины, расплавляют остаточную золу и удаляют ее в виде расплавленного шлака; б) указанный флюидизирующий газ включает далее в себя промежуточный поток флюидизирующего газа, который подают внутрь топки от промежуточного участка нижней части топки между указанной первой зоной подушки и указанной второй зоной подушки, указанный промежуточный поток флюидизирующего газа имеет скорость массы, составляющую промежуточную величину между величинами, которые имеет указанный поток флюидизирующего газа, направленный вверх к указанной первой зоне, и к указанной второй зоне; в) указанный промежуточный поток флюидизирующего газа имеет содержание кислорода, составляющее промежуточную величину между величинами, которые имеет поток флюидизирующего газа, направленный вверх к указанной первой зоне и к указанной второй зоне; г) указанный промежуточный поток газа представляет собой или газовую смесь пара и воздуха, или воздух; д) указанный поток флюидизирующего газа, направленный вверх к первой зоне, является выбранным потоком из группы газов, состоящей из пара, газовой смеси пара и воздуха, и воздуха; е) указанный поток флюидизирующего газа, направленный вверх по второй зоне, выбирается из группы газов, состоящей из кислорода, газовой смеси кислорода и воздуха, и воздуха; ж) указанный поток флюидизирующего газа содержит количество кислорода, содержащегося в количестве воздуха, которое не превышает 30% от теоретической величины, требуемой для сжигания горючего материала; з) указанный негорючий материал удаляют из указанной топки с флюидизированной подушкой от периферийного участка нижней части топки и классифицируют, а песок, полученный в результате классификации, возвращают внутрь указанной топки с флюидизированной подушкой; и) извлекают тепло из выхлопного газа, выходящего из указанной топки для сжигания расплавленной массы, с помощью котла для нагревания отходов;
к) указанный горючий материал является отходом;
л) устанавливают во флюидизированной подушке температуру в пределах от 450 до 650^oC;
м) указанный горючий газ и превращенное в уголь вещество, выгруженные из указанной топки, подают непосредственно в топку для сжигания расплавленной массы без разделения сепараторным устройством;
н) включает выгрузку негорючего материала в направлении вниз из периферийной зоны флюидизированной подушки через разгрузочный канал топки с флюидизированной подушкой;
о) указанный негорючий материал содержит частицы металла, которые выгружают из топки с флюидизированной подушкой в неокисленном состоянии;
п) топка для сжигания расплавленной массы включает в себя первичную камеру сжигания и вторичную камеру сжигания;
р) первичная камера сжигания выполнена цилиндрической с приблизительно вертикальной осью, в которую подают горючий газ и мелкие частицы превращенного в уголь вещества из топки с флюидизированной подушкой, так что они вращаются вокруг вертикальной оси камеры;
с) горючий газ и мелкие частицы превращенного в уголь вещества подают из топки с флюидизированной подушкой в верхнюю часть первичной камеры сжигания и сжигают с помощью указанного газа, содержащего кислород, подаваемого во время вращения и перемещения вниз, и подают во вторичную камеру сжигания;
т) подают указанный выхлопной газ из топки для сжигания расплавленной массы в котел для нагревания отходов, в котором получают пар, охлаждают выхлопной газ, поступающий из котла для нагревания отходов, в экономайзере и в предварительном нагревателе воздуха, подают охлажденный выхлопной газ в коллектор пыли, в котором удаляют пыль, обрабатывают удаленную пыль химикалиями, выводят выхлопной газ из коллектора в атмосферу через принудительный тяговый вентилятор и подают полученный пар в паровую турбину для производства электроэнергии.

Кроме того, в устройстве для газификации горючего материала, содержащего негорючий материал, указанный технический результат достигается тем, что:
а) содержит топку с флюидизированной подушкой, имеющую приблизительно круглую форму поперечного горизонтального сечения, и имеет подушку с участками из флюидизированной среды, средства для создания внутри флюидизированной подушки вращающегося потока флюидизированной среды внутри указанной топки, включая средства для создания потока флюидизирующего газа в направлении вверх к периферийному участку подушки, который имеет скорость массы большую, чем в направлении к центральному участку подушки, и для изменения направления потока флюидизирующего газа и флюидизированной среды, протекающего в направлении вверх к центральному участку топки с флюидизированной подушкой в нижней части периферийного участка указанной топки, средство для подачи указанного горючего материала во флюидизированную подушку для его обработки таким образом, что горючий материал движется в направлении вниз с флюидизированной средой на центральном участке подушки, образуя зону газификации (G), газифицируя при этом горючий материал в зоне газификации и генерируя горючий газ и превращенное в уголь вещество, и таким образом, что данное вещество движется в направлении вверх вместе с флюидизированной средой на периферийном участке подушки, образуя зону окисления (S), средства для удаления через разгрузочный канал негорючего материала, содержащегося в потоке горючего материала, и флюидизированной из указанной топки для отделения удаленной флюидизированной среды от негорючего материала и для возвращения отделенной флюидизированной среды в подушку в топке, и, кроме того, топку для сжигания расплавленной массы, которая функционирует при температуре не менее 1300^oC, средства для удаления горючего газа вместе с частицами превращенного в уголь вещества из топки с флюидизированной подушкой и для подачи удаленного горючего газа вместе с частицами превращенного в уголь вещества в топку для сжигания расплавленной массы, сжигая таким образом горючий газ и частицы превращенного в уголь вещества при температуре не менее 1300^oC и при этом разлагая вредные частицы и расплавленную остаточную золу, и средства для ее удаления в виде расплавленного шлака;
б) средство для подачи горючего материала во флюидизированную подушку топки выполнено в виде входного канала, расположенного в ее верхней части и установленного для направления вниз горючего материала в зону над центральным участком подушки, а также механизм для диспергирования флюидизирующего газа в нижней части топки 1, имеющей периферийную зону, расположенную ниже ее центральной зоны;
в) разгрузочный канал для негорючего материала имеет разгрузочное устройство, регулирующее объем разгрузки, первый поворотный уплотнительный клапан, поворотный отсечной клапан, второй поворотный уплотнительный клапан, установленные последовательно;
г) топка для сжигания расплавленной массы имеет первичную цилиндрическую камеру сжигания с приблизительно вертикальной осью, входной канал для подачи горячего газа и полученных мелких частиц в топке с флюидизированной подушкой в первичную цилиндрическую камеру сжигания так, что горючий газ и мелкие частицы вращаются вокруг оси этой камеры, вторичную камеру сжигания, соединенную с первичной камерой, причем в нижней части вторичной камеры сжигания выполнено разгрузочное отверстие для выпуска расплавленной золы;
д) выхлопной газ подается в коллектор пыли для ее удаления и обработки химикалиями;
е) флюидизирующий газ содержит кислород в количестве, содержащемся в количестве воздуха, которое не превышает 30% от теоретической величины, требуемой для сжигания горючего материала.

Кроме того, в варианте способа газификации горючего материала, содержащего негорючий материал, указанный технический результат достигается тем, что:
а) создают флюдизированную подушку из флюдизированной среды внутри топки с флюидизированной подушкой путем подачи в нее направленного вверх потока флюидизирующего газа, создают внутри флюидизированной подушки вращающийся поток флюидизированной среды в указанной топке путем подачи вверх потока флюидизирующего газа к первой зоне подушки, имеющего скорость массы большую, чем поток, подаваемый ко второй зоне подушки, при этом флюидизированная среда движется в направлении вверх к первой зоне подушки, как зоне окисления, и флюидизированная среда движется в направлении вниз к второй зоне подушки, как зоне газификации, подают горючий материал во флюидизированную подушку для его газификации таким образом, что горючий материал движется в направлении вниз с флюидизированной средой во второй зоне подушки, газифицируя при этом горючий материал в зоне газификации и генерируя горючий материал и превращенное в уголь вещество таким образом, что данное вещество движется в направлении вверх вместе с флюидизированной средой в первой зоне подушки и частично окисляется в зоне окисления с образованием частиц превращенного в уголь вещества, удаляют через разгрузочный канал негорючий материал, содержащийся в потоке горючего материала и флюидизированной среды из топки с флюидизированной подушкой, отделяют флюидизированную среду из негорючего материала и возвращают ее в подушку в топке, предотвращают удаление горючего газа через выходной канал и удаляют указанный горючий газ вместе с частицами превращенного в уголь вещества из указанной топки и подают удаленный таким образом горючий газ вместе с частицами превращенного в уголь вещества в топку для сжигания расплавленной массы, где их сжигают при температуре не менее 1300^oC и при этом разлагают вредные частицы и расплавляют остаточную золу с последующим ее удалением в виде расплавленного шлака.

Оба варианта способа газификации могут быть реализованы в устройстве для газификации горючего материала.

На фиг. 1 изображен схематически вид по вертикальному сечению, показывающий основную часть устройства для газификации;
на фиг. 2 - горизонтальное сечение топки с флюидизированной подушкой;
на фиг. 3 - вариант исполнения вертикального сечения устройства для газификации;
на фиг. 4 - аксопометрическая проекция устройства для газификации;
на фиг. 5 - схема устройства для газификации на флюидизированной подушке и для сжигания расплавленной массы.

Устройство для газификации горючего материала содержит топку 1 с флюидизированной подушкой, имеющую приблизительно круглую форму поперечного горизонтального сечения, и имеет подушку с участками 2, 3 из флюидизированной среды, средства для создания внутри флюидизированной подушки вращающегося потока 4, 5 флюидизированной среды внутри топки 1, включая средства для создания потока 6 флюидизирующего газа в направлении вверх к периферийному участку 3 подушки в виде дефектора 7. Поток 6 имеет скорость массы большую, чем в направлении к центральному участку 2 подушки.

Кроме того, устройство содержит средство в виде входного канала 8 для подачи горючего материала 9 во флюидизированную подушку, средства для удаления через разгрузочный канал 10 негорючего материала, топку 11 для сжигания расплавленной массы, средства для удаления золы.

Входной канал 8 для горючего материала расположен в верхней части топки 1, содержащей, кроме того, механизм 12 для диспергирования флюидизирующего газа.

Разгрузочный канал 10 имеет разгрузочное устройство 13, регулирующее объем разгрузки, первый поворотный уплотнительный клапан 14, отсечной клапан 15, второй поворотный уплотнительный клапан 16, установленные последовательно.

Топка 11 для сжигания расплавленной массы имеет первичную цилиндрическую камеру сжигания 17, входной канал 18 для подачи горючего газа, вторичную камеру сжигания 19, соединенную с первичной камерой 17, а средство для удаления золы выполнено в виде разгрузочного отверстия (канала) 20, расположенного в нижней части вторичной камеры 19.

Для удаления пыли из выхлопного газа используется коллектор 21 пыли.

Отделенная зольная пыль 22 обрабатывается химикалиями в обрабатывающем устройстве 23.

Из выхлопного газа, выходящего из топки 11, извлекают тепло с помощью котла 24 для нагревания отходов.

Выхлопной газ, поступающий из котла 24, охлаждают в экономайзере 25 и в предварительном нагревателе 26 воздуха.

Из коллектора 21 пыли выхлопной газ выводят в атмосферу через тяговый вентилятор 27, а полученный пар подают в паровую турбину 28.

Со ссылкой на фиг. 1 флюидизирующий газ подается в топку 1 через устройство (механизм 7), диспергирующее флюидизирующий газ. Флюидизирующий газ состоит в основном из центрального потока 6', который подается от центрального участка 2 подушки в нижней части топки 1 внутрь топки 1 в виде вертикального потока, и из периферийного потока 6, который подается из периферийного участка 3 подушки в нижней части топки 1 в виде вертикального потока.

Скорость массы центрального потока 6' устанавливается ниже, чем скорость периферийного потока 6, и вертикальный поток флюидизирующего газа изменяет направление под действием дефлектора 7. Таким образом центральный участок 2 подушки, в которой флюидизированная среда (в основном кремнистый песок) оседает и распыляется, образуется в центральной зоне топки 1 и периферийный участок 3 флюидизированной подушки, в которой флюидизированная среда активно флюидизируется. Флюидизированная среда движется вверх в периферийном участке 3 подушки в периферийной зоне топки 1, как показано стрелками 4. Затем флюидизированная среда изменяет направление под действием дефлектора 7 таким образом, что движется к нижней части центрального участка 2 подушки и движется вниз в этом участке. Затем флюидизированная среда движется вдоль устройства механизма 12 для диспергирования газа, чтобы достигнуть нижней части периферийного участка 3 флюидизированной подушки, как показано стрелками 5.

Таким образом, флюидизированная среда циркулирует внутри подушки, как показано стрелками 4 и 5.

Горючий материал 9 подается в верхнюю часть центрального участка 2 подушки из входного канала 8. Горючий материал 9 движется вниз в подушке вместе с флюидизированной средой, и пока это происходит, горючий материал 9 нагревается горячей флюидизированной средой, при этом основные летучие компоненты, содержащиеся в горючем материале 9, газифицируются. Поскольку на этом этапе не имеется кислорода или имеется его небольшое количество в подушке, то полученный газ, который состоит в основном из газифицированных летучих компонентов, не сгорает, но проходит через центральный участок 2 подушки. Вследствие этого центральный участок 2 подушки образует зону газификации G.

Материал, который не газифицируется в подушке, в основном превращенное в уголь вещество (неподвижный уголь) и гудрон, перемещается от нижнего участка центрального участка 2 подушки к нижнему участку периферийного участка 3 подушки в периферийной зоне топки 1, вместе с флюидизированной средой, как показано стрелками 5, и сгорает с помощью периферийного потока 6 флюидизирующего газа, имеющего относительно высокое содержание кислорода и таким образом частично окисленного.

Периферийный участок 3 флюидизированной подушки образует зону окисления S, которая окисляет горючий материал. В участке 3 флюидизированная среда нагревается до высокой температуры благодаря теплу от сгорания в участке 3. Флюидизированная среда, нагретая до высокой температуры, поворачивается в сторону с помощью дефлектора 7, чтобы двигаться к участку 2 подушки, как показано стрелками 4, используемая при этом опять как источник нагревания для газификации. Температура участка 3 сохраняется в пределах от 450^oC до 650^oC, при этом сохраняется возможность для эффективного контроля реакции горения.

Зона газификации G и зона окисления S образуются в топке 1, и флюидизированная среда служит для передачи тепла в две зоны G и S.

Как показано на фиг. 2, участок 2, образующий зону газификации G, имеет приблизительно круглую форму в центральной зоне топки 1, и периферийный участок 3 подушки, образующий зону окисления S, расположен кольцеобразно вокруг участка 2. Благодаря приданию устройству для газификации цилиндрической формы, может возникать постоянно высокое давление в топке 1. Можно также предусмотреть сосуд высокого давления (на фиг. не показан) отдельно от устройства для газификации вместо структуры, в которой давление возникает в топке 1 в результате самой газификации в топке 1.

В устройстве для газификации в соответствии с фиг. 3 центральный поток 6' флюидизирующего газа и периферийный поток 6 газа подаются таким же образом, как и в варианте исполнения, показанном на фиг. 1.

Вследствие этого зоны газификации и окисления в атмосфере с пониженным давлением образуются в топке 1 таким же образом, как и варианте исполнения по фиг. 1. Флюидизированная среда служит для передачи тепла в две зоны. В зоне газификации получается высококалорийный ценный горючий газ хорошего качества; в зоне окисления превращенное в уголь вещество и гудрон, которые с трудом газифицируются, эффективно сгорают. Таким образом, представляется возможным достигать высокой эффективности газификации и получать горючий газ хорошего качества.

В варианте исполнения (см. фиг. 3) воздуходувка 29 предусматривается для того, чтобы соединить двойной демпфер 30 и свободную емкость 31 в устройстве для газификации так, что газ, просачивающийся из топки 1 в двойной демпфер 30 через компрессорное загрузочное устройство 32, когда компрессия отходов оказывается недостаточной, возвращается в топку 1 под действием воздуходувки 29. Преимущественно воздуходувка 29 засасывает соответствующее количество воздуха и газа из двойного демпфера 30 и возвращает его в топку 1, так, что давление в верхней части двойного демпфера 30 равно атмосферному.

Далее устройство для газификации (см. фиг. 3) имеет разгрузочный канал 10 для негорючего материала, конический лоток 33, разгрузочное устройство 13, регулирующее объем, первый поворотный уплотнительный клапан 14, отсечной клапан 15, второй поворотный уплотнительный клапан 16 и разгрузочное отверстие 34, оборудованное барабаном, которые располагаются в указанном выше порядке и функционируют следующим образом:
1. В положении, в котором первый поворотный уплотнительный клапан 14 открыт, пока второй поворотный клапан 16 закрыт и топка 1 уплотнена вторым поворотным клапаном 16, разгрузочное устройство 13, регулирующее объем, работает так, что негорючий материал, включающий песок как флюидизированную среду, разгружается из конического лотка 33 к поворотному отсечному клапану 15.

2. Когда поворотный отсечной клапан 15 получает заранее определенное количество негорючего материала, то разгрузочное устройство 13, регулирующее объем, выключается, и первый поворотный клапан 14 закрывается так, что топка 1 уплотняется первым поворотным клапаном 14. Далее разгрузочный клапан 35 открывается так, что давление в поворотном отсечном клапане 15 устанавливается на уровне атмосферного давления. Затем второй поворотный клапан 16 полностью открывается и открывается поворотный отсечной клапан 15, пропуская при этом на разгрузку к разгрузочному устройству 34 негорючий материал.

3. После того, как второй поворотный клапан 16 полностью закрывается, компенсационный клапан 36 открывается. После того, как давление в первом поворотном клапане 14 и давление в коническом лотке 33 уравновешены друг с другом, открывается первый поворотный клапан 14. Таким образом, процесс начинается опять с первого этапа. Эти этапы повторяются автоматически.

Разгрузочное устройство 34, которое оборудовано барабаном, работает непрерывно. Таким образом, негорючий материал больших размеров разгружается наружу из системы через барабан, а песок и негорючий материал небольших размеров транспортируются с помощью элеватора 37, перемещающего песок. После того, как мелко раздробленный негорючий материал 38 удаляется с помощью классификатора 39, песок возвращается в устройство для газификации через закрытый бункер 40. В этом механизме для разгрузки негорючего материала два поворотных клапана 14 и 16 не получают негорючий материал, но только выполняют функцию уплотнения. Соответственно можно предотвращать задержки негорючего материала на уплотнительных участках первого и второго поворотного клапанов 14 и 16. В том случае, когда давление в топке 1 может иметь незначительную отрицательную величину, то функция уплотнения не требуется.

В соответствии с фиг. 4 устройство для газификации является в основном таким же, как и варианте исполнения, показанном на фиг. 1.

Однако выходной газовый канал 41 соединяется с входным газовым каналом 18 для горючего газа в топке 11 для сжигания расплавленной массы. Топка 11 включает первичную цилиндрическую камеру сжигания 17, имеющую приблизительно вертикальную ось и вторичную цилиндрическую камеру сжигания 19, которая простирается в горизонтальном направлении. Горючий газ 42 и мелкие частицы, полученные в топке 1, подаются в первичную камеру сжигания 17 через входной канал 18, циркулируя вокруг оси первичной камеры сжигания 17.

Верхний конец первичной камеры сжигания 17 предусматривается со стартовой горелкой 43 и с большим количеством воздушных форсунок 44, которые подают воздух для процесса сжигания так, что воздух циркулирует вокруг оси камеры 17. Камера сжигания 19 соединяется с камерой сжигания 17 в ее нижней части. Вторичная камера сжигания 19 имеет сепаратор 45 шлака и разгрузочный канал 20 для выхода золы, и выхлопной канал 46, который располагается над разгрузочным каналом 20. Вторичная камера сжигания 19 имеет вспомогательную горелку 47, которая располагается рядом с той частью камеры 19, в которой камера 19 соединяется с камерой 17, и воздушную форсунку 44 для подачи воздуха для процесса сжигания. Выхлопной канал 46 снабжен излучающей пластиной 48, чтобы уменьшить потери тепла через выхлопной канал 46 в результате излучения.

В установке, изображенной на фиг. 5, горючий газ, выходящий из топки 11 для сжигания расплавленной массы, выпускается в атмосферу через котел 24 для нагревания отходов, через экономайзер 25, через нагреватель 26 для предварительного нагревания воздуха, через коллектор 21 пыли и через принудительный тяговый вентилятор 27.

Нейтрализатор N, например, гашеная известь (гидроксид кальция) добавляется в горючий газ, выходящий из нагревателя 26 для предварительного нагревания воздуха перед его поступлением в коллектор 21 пыли. Вода W подается в экономайзер 25, в котором она предварительно нагревается, и затем нагревается в котле 24 до парообразного состояния. Пар используется для вращения паровой турбины 28 (ST). Воздух A подается в нагреватель 26 и затем подвергается дальнейшему нагреванию в воздушном кожухе 49. Нагретый воздух подается через воздушную трубу 50 в топку 41. Если необходимо, то нагретый воздух подается в свободную емкость 31.

Мелкие частицы 51 и 52, накопленные в нижней части котла 24, экономайзера 25 и нагревателя 26, транспортируются к классификатору 39 элеватором 37, перемещающим песок, чтобы удалить из него мелкораздробленный негорючий материал 38, который возвращается затем в топку 1. Зольная пыль 22 отделяется в коллекторе 21 пыли и содержит соли щелочных металлов, например, Na, К и т.д., испаряющиеся при высокой температуре, и поэтому обрабатывается химикалиями в обрабатывающем устройстве 23.

Сжигание в топке 1 с флюидизированной подушкой осуществляется по способу частичного сгорания при низкой температуре при небольшом коэффициенте избыточного воздуха. При этом температура флюидизированной подушки повышается в диапазоне от 450^oC до 650^oC, способствуя тем самым получению высококалорийного ценного горючего газа. Далее, поскольку сгорание происходит при небольшом коэффициенте избыточного воздуха в условиях пониженного атмосферного давления, то железо и алюминий получаются как неокисленные ценные металлы.

Высококалорийный горючий газ и превращенное в уголь вещество, полученное в топке 1, могут сгорать при высокой температуре, например, при 1300^oC или выше в топке 11. Таким образом, зола может плавиться и диоксины могут разлагаться.

Формула изобретения

1. Способ газификации горючего материала, содержащего негорючий материал, отличающийся тем, что создают зоны флюидизированной подушки из флюидизированной среды внутри топки с флюидизированной подушкой, имеющей форму приблизительно круглого горизонтального поперечного сечения, путем подачи в нее направленного вверх потока флюидизирующего газа, создают внутри указанной флюидизированной подушки вращающийся поток указанной флюидизированной среды в указанной топке путем подачи вверх потока флюидизирующего газа и флюидизированной среды к центральному участку указанной топки и придают указанному направленному вверх потоку флюидизирующего газа к периферийному участку первой зоны указанной подушки скорость массы большую, чем к центральному участку зоны указанной подушки, при этом указанная флюидизированная среда движется в направлении вверх к указанной первой зоне указанной подушки, образуя зону окисления (8), и указанная флюидизированная среда движется в направлении вниз в указанной второй зоне указанной подушки, образуя зону газификации, подают указанный горючий материал в указанную флюидизированную подушку для его газификации таким образом, что указанный горючий материал движется в направлении вниз с указанной флюидизированной средой в указанной второй зоне указанной подушки, газифицируя при этом горючий материал в указанной зоне газификации (G) и генерируя горючий газ и превращенное в уголь вещество таким образом, что указанное превращенное в уголь вещество движется в направлении вверх вместе с указанной флюидизированной средой в указанной первой зоне указанной подушки и окисляется частично в указанной зоне окисления (S), после чего удаляют через разгрузочный канал указанный негорючий материал, содержащийся в указанном потоке горючего материала и флюидизированной среды из указанной топки, отделяют удаленную таким образом флюидизированную среду от указанного негорючего материала и возвращают отделенную таким образом флюидизированную среду в указанную подушку в указанной топке, удаляют указанный горючий газ вместе с частицами превращенного в уголь вещества из указанной топки и подают удаленный таким образом горючий газ вместе с частицами превращенного в уголь вещества в топку для сжигания расплавленной массы, сжигают указанный горючий газ и указанные частицы превращенного в уголь вещества при температуре не менее 1300^oC в указанной топке и при этом разлагают вредные частицы, как диоксины, расплавляют остаточную золу и удаляют ее в виде расплавленного шлака.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанный флюидизирующий газ включает далее в себя промежуточный поток флюидизирующего газа, который подают внутрь топки от промежуточного участка нижней части топки между указанной первой зоной подушки и указанной второй зоной подушки, указанный промежуточный поток флюидизирующего газа имеет скорость массы, составляющую промежуточную величину между величинами, которые имеет указанный поток флюидизирующего газа, направленный вверх к указанной первой зоне, и к указанной второй зоне.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что указанный промежуточный поток флюидизирующего газа имеет содержание кислорода, составляющее промежуточную величину между величинами, которые имеет поток флюидизирующего газа, направленный вверх к указанной первой зоне и к указанной второй зоне.

4. Способ по п.2 или 3, отличающийся тем, что указанный промежуточный поток газа представляет собой или газовую смесь пара и воздуха, или воздух.

5. Способ по одному из пп.1 - 4, отличающийся тем, что указанный поток флюидизирующего газа, направленный вверх к первой зоне, является выбранным потоком из группы газов, состоящей из пара, газовой смеси и воздуха, и воздуха.

6. Способ по одному из пп.1 - 5, отличающийся тем, что указанный поток флюидизирующего газа, направленный вверх по второй зоне, выбирается из группы газов, состоящей из кислорода, газовой смеси кислорода и воздуха, и воздуха.

7. Способ по одному из пп.1 - 6, отличающийся тем, что указанный поток флюидизирующего газа содержит количество кислорода, содержащегося в количестве воздуха, которое не превышает 30% от теоретической величины, требуемой для сжигания горючего материала.

8. Способ по одному из пп.1 - 7, отличающийся тем, что указанный негорючий материал удаляют из указанной топки с флюидизированной подушкой от периферийного участка нижней части топки и классифицируют, а песок, полученный в результате классификации, возвращают внутрь указанной топки с флюидизированной подушкой.

9. Способ по одному из пп.1 - 8, отличающийся тем, что извлекают тепло из выхлопного газа, выходящего из указанной топки для сжигания расплавленной массы, с помощью котла для нагревания отходов.

10. Способ по одному из пп.1 - 9, отличающийся тем, что указанный горючий материал является отходом.

11. Способ по одному из пп.1 - 10, отличающийся тем, что устанавливают во флюидизированной подушке температуру от 450 до 650^oC.

12. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанный горючий газ и превращенное в уголь вещество, выгруженные из указанной топки, подают непосредственно в топку для сжигания расплавленной массы без разделения сепараторным устройством.

13. Способ по п.1, отличающийся тем, что включает выгрузку негорючего материала в направлении вниз из периферийной зоны флюидизированной подушки через разгрузочный канал топки с флюидизированной подушкой.

14. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанный негорючий материал содержит частицы металла, которые выгружают из топки с флюидизированной подушкой в неокисленном состоянии.

15. Способ по п.1, отличающийся тем, что топка для сжигания расплавленной массы включает в себя первичную камеру сжигания и вторичную камеру сжигания.

16. Способ по п. 15, отличающийся тем, что первичная камера сжигания выполнена цилиндрической с приблизительно вертикальной осью, в которую подают горючий газ и мелкие частицы превращенного в уголь вещества из топки с флюидизированной подушкой, так что они вращаются вокруг вертикальной оси камеры.

17. Способ по п.15, отличающийся тем, что горючий газ и мелкие частицы превращенного в уголь вещества подают из топки с флюидизированной подушкой в верхнюю часть первичной камеры сжигания и сжигают с помощью указанного газа, содержащего кислород, подаваемого во время вращения и перемещения вниз, и подают во вторую камеру сжигания.

18. Способ по п.1, отличающийся тем, что подают указанный выхлопной газ из топки для сжигания расплавленной массы в котел для нагревания отходов, в котором получают пар, охлаждают выхлопной газ, поступающий из котла для нагревания отходов, в экономайзере и в предварительном нагревателе воздуха, подают охлажденный выхлопной газ в коллектор пыли, в котором удаляют пыль, обрабатывают удаленную пыль химикалиями, выводят выхлопной газ из коллектора в атмосферу через принудительный тяговый вентилятор и подают полученный пар в паровую турбину для производства электроэнергии.

19. Устройство для газификации горючего материала, содержащего негорючий материал, отличающееся тем, что содержит топку с флюидизированной подушкой, имеющую приблизительно круглую форму поперечного горизонтального сечения и имеет подушку с участками из флюидизированной среды, средства для создания внутри флюидизированной подушки вращающегося потока флюидизированной среды внутри указанной топки, включая средства для создания потока флюидизирующего газа в направлении вверх к периферийному участку подушки, который имеет скорость массы большую, чем в направлении к центральному участку подушки, и для изменения направления потока флюидизирующего газа и флюидизированной среды, протекающего в направлении вверх к центральному участку топки с флюидизированной подушкой в нижней части периферийного участка указанной топки, средство для подачи указанного горючего материала во флюидизированную подушку для его обработки таким образом, что горючий материал движется в направлении вниз с флюидизированной средой на центральном участке подушки, образуя зону газификации (G), газифицируя при этом горючий материал в зоне газификации и генерируя горючий газ и превращенное в уголь вещество, и таким образом, что данное вещество движется в направлении вверх вместе с флюидизированной средой на периферийном участке подушки, образуя зону окисления (S), средства для удаления через разгрузочный канал негорючего материала, содержащегося в потоке горючего материала, и флюидизированной из указанной топки для отделения удаленной флюидизированной среды от негорючего материала и для возвращения отделенной флюидизированной среды в подушку в топке, и, кроме того, топку для сжигания расплавленной массы, которая функционирует при температуре не менее 1300^oC, средства для удаления горючего газа вместе с частицами превращенного в уголь вещества из топки с флюидизированной подушкой и для подачи удаленного горючего газа вместе с частицами превращенного в уголь вещества в топку для сжигания расплавленной массы, сжигая таким образом горючий газ и частицы превращенного в уголь вещества при температуре не менее 1300^oC и при этом разлагая вредные частицы и расплавленную остаточную золу, и средства для ее удаления в виде расплавленного шлака.

20. Устройство по п.19, отличающееся тем, что средство для подачи горючего материала во флюидизированную подушку топки выполнено в виде входного канала, расположенного в ее верхней части и установленного для направления вниз горючего материала в зону над центральным участком подушки, а также механизм для диспергирования флюидизирующего газа в нижней части топки, имеющей периферийную зону, расположенную ниже ее центральной зоны.

21. Устройство по п.19 или 20, отличающееся тем, что разгрузочный канал для негорючего материала имеет разгрузочное устройство, регулирующее объем разгрузки, первый поворотный уплотнительный клапан, поворотный отсечной клапан, второй поворотный уплотнительный клапан, установленные последовательно.

22. Устройство по одному из пп.19 - 21, отличающееся тем, что топка для сжигания расплавленной массы имеет первичную цилиндрическую камеру сжигания с приблизительно вертикальной осью, входной канал для подачи горячего газа и полученных мелких частиц в топке с флюидизированной подушкой в первичную цилиндрическую камеру сжигания так, что горючий газ и мелкие частицы вращаются вокруг оси этой камеры, вторичную камеру сжигания, соединенную с первичной камерой, причем в нижней части вторичной камеры сжигания выполнено разгрузочное отверстие для выпуска расплавленной золы.

23. Устройство по одному из пп.19 - 22, отличающееся тем, что выхлопной газ подается в коллектор пыли для ее удаления и обработки химикалиями.

24. Устройство по одному из пп.19 - 23, отличающееся тем, что флюидизирующий газ содержит кислород в количестве, содержащемся в количестве воздуха, которое не превышает 30% от теоретической величины, требуемой для сжигания горючего материала.

25. Способ газификации горючего материала, содержащего негорючий материал, отличающийся тем, что создают флюидизированную подушку из флюидизированной среды внутри топки с флюидизированной подушкой путем подачи в нее направленного вверх потока флюидизирующего газа, создают внутри флюидизированной подушки вращающийся поток флюидизированной среды в указанной топке путем подачи вверх потока флюидизирующего газа к первой зоне подушки, имеющего скорость массы большую, чем поток, подаваемый ко второй зоне подушки, при этом флюидизированная среда движется в направлении вверх к первой зоне подушки, как зоне окисления, и флюидизированная среда движется в направлении вниз к второй зоне подушки, как зоне газификации, подают горючий материал во флюидизированную подушку для его газификации таким образом, что горючий материал движется в направлении вниз с флюидизированной средой во второй зоне подушки, газифицируя при этом горючий материал в зоне газификации и генерируя горючий материал и превращенное в уголь вещество таким образом, что данное вещество движется в направлении вверх вместе с флюидизированной средой в первой зоне подушки и частично окисляется в зоне окисления с образованием частиц превращенного в уголь вещества, удаляют через разгрузочный канал негорючий материал, содержащийся в потоке горючего материала и флюидизированной среды из топки с флюидизированной подушкой, отделяют флюидизированную среду из негорючего материала и возвращают ее в подушку в топке, предотвращают удаление горючего газа через выходной канал и удаляют указанный горючий газ вместе с частицами превращенного в уголь вещества из указанной топки и подают удаленный таким образом горючий газ вместе с частицами превращенного в уголь вещества в топку для сжигания расплавленной массы, где их сжигают при температуре не менее 1300^oC и при этом разлагают вредные частицы и расплавляют остаточную зону с последующим ее удалением в виде расплавленного шлака.

Приоритет по пунктам:
10.03.94 - по пп.1, 5, 6, 8, 13, 19, 21, 25;
15.04.94 - по пп.2 - 4, 20;
09.02.95 - по пп.7, 9 - 12, 14 - 18, 22 - 24,
по дате подачи первых заявок N 65439/1994 от 10.03.94, N 101541/1994 от 15.04.94 и N 22000/1995 от 09.02.95, поданных в Патентное ведомство Японии.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5