Газогенератор с кипящим слоем для газификации твердых топлив

Изобретение может быть использовано для газификации твердых углеводородных топлив, включая каменный уголь и различные древесные топлива. На решетке 11 создают кипящий слой из частиц кокса, который подается из средства подачи топлива 10. Уголь подают в камеру газификации 5, где он коксуется, выделяя при этом коксовые газы. Часть продуктов газификации отводится через патрубок 14 к потребителю, а оставшиеся продукты поступают в верхнюю часть слоя для дожигания. Воздух в кипящий слой подается в зону горения по трубам 9, вваренным в трубную доску 6. Трубы 8, вваренные в трубную доску 7, служат для сбора с горизонтального сечения реактора технологического газа, идущего потребителю. Для обеспечения хорошего перемешивания части продуктов газификации с подаваемым воздухом на трубы подачи вторичного воздуха 9 устанавливают тормозящие козырьки 18. Изобретение позволяет обеспечить полную автотермичность процесса, заметно уменьшить расход продуктов газификации, проскакивающих в камеру сгорания, увеличить производительность установки. 1 ил.

 

Изобретение относится к аппаратам с кипящим слоем для газификации твердых углеводородных топлив, включая каменный уголь и различные древесные топлива. Продукты газификации могут быть использованы в металлургических и энергетических отраслях для получения водорода, жидких топлив, восстановительных атмосфер, а также как высококалорийное безазотное топливо для сжигания в энергетических установках.

Известны конструкции газогенераторов с кипящим слоем для получения безазотных продуктов газификации (RU 2220187 С2, МПК C10J 3/56, заявка №2001130134). Существенным недостатком таких конструкций является значительное усложнение конструкции вследствие необходимости секционирования рабочего объема газогенератора вертикальными разделительными стенками, наличия дополнительного котла для нормальной регенерации энергии, а также специального исполнения газораспределительной решетки для обеспечения позонной подачи в слой пара и паровоздушной смеси. При этом организуется направленная циркуляция слоя побуждающими соплами через отверстия в перегородках посредством установки систем отверстий и вертикальных перегородок для организации переточных каналов топлива из газификационной камеры в камеру сгорания полукокса, что значительно усложняет конструкцию газогенератора в целом.

Известен газогенератор для газификации в кипящем слое (SU 1328296 А1). Газогенератор включает в себя корпус с подиной и сводом, снабженные теплоизоляцией, камеру газификации с размещенными внутри нее трубами для отвода технологического газа и подачи вторичного воздуха, средство для подачи топлива, парораспределительную решетку, устройство для подвода воздуха и пара, устройство для отвода технологического газа и продуктов сгорания.

По наибольшему числу существенных признаков данный газогенератор принят за прототип.

Существенным недостатком прототипа и аналогов является плохое перемешивание воздуха с частью продуктов газификации, идущей на дожигание.

Прототипом данного изобретения является газогенератор для газификации твердых топлив, также относящийся к аппаратам для газификации в кипящем слое, позволяющий обеспечить равномерное распределение технологического газа в объеме камеры газификации. Основным недостатком прототипа является плохое перемешивание подводимого воздуха с частью продуктов газификации. Воздух выходит из труб с образованием пузырей, которые не успевают перемешиваться в достаточной степени с продуктами газификации. Вследствие этого значительная часть продуктов газификации, оставшаяся в слое для дожигания, не сгорает и выбрасывается из слоя вместе с продуктами сгорания через патрубок 15.

Основной задачей изобретения является обеспечение полного перемешивания всей доли продуктов газификации с подаваемым в верхнюю часть слоя воздухом, так как именно это условие является основным для поддержания автотермичности процессов, происходящих в газогенераторе.

Указанная задача решается тем, что в известном газогенераторе для газификации в кипящем слое, включающем корпус с подиной и сводом, снабженные теплоизоляцией, камеру газификации с размещенными внутри нее трубами для отвода технологического газа и подвода воздуха, средство для подачи топлива, парораспределительную решетку, устройство для подвода воздуха и пара, устройство для отвода технологического газа и продуктов сгорания, на трубах подачи вторичного воздуха установлены козырьки в форме усеченных конусов углом в 90-120°, которые располагаются в шахматном порядке и разнесены между собой на величину Δ, определяемую из соотношения Δ=(0,25÷0,3)·Н, где Н - высота кипящего слоя в расширенной части корпуса газогенератора, причем диаметр основания козырька dосн определяется из соотношения dосн=(0,75÷1)·S, где S - шаг трубного пучка, а глубина погружения козырька от уровня кипящего слоя δ определяется из соотношения δ=(0,2÷0,25)·Н, где Н - высота кипящего слоя в расширенной части корпуса газогенератора.

На чертеже изображена схема предлагаемого устройства. Устройство содержит корпус 1 с подиной 2 и сводом, снабженные теплоизоляцией 4, камеру 5 газификации с размещенными внутри нее трубными досками 6 и 7 с укрепленными в них трубами для отвода технологического газа 8 и подвода вторичного воздуха 9, средство 10 для подачи топлива, парораспределительную решетку 11, устройство для подвода воздуха и подвода пара 13, устройство для отвода технологического газа 14 и отвода продуктов сгорания 15. Нижние концы труб 8 для отвода технологического газа снабжены трубчатыми наконечниками 16 с пластинами 17, установленными под углом к вертикали. Пластины 17 образуют между собой обратный усеченный конус, а камера газификации в зоне расположения трубчатых наконечников 16 с пластинами 17 выполнена конической. На трубках подачи воздуха 9 в шахматном порядке установлены козырьки 18 в форме усеченных конусов углом в 90-120°.

Работа газогенератора происходит следующим образом. На решетке 11 создается кипящий слой из частиц кокса с фракциями 0-5 мм, который подается из средства подачи топлива 10. За счет процессов тепло- и массопереноса, происходящих в слое, считается, что концентрация свежего угля примерно одинакова по высоте всего слоя. Уголь попадает в камеру газификации 5, где он коксуется, выделяя при этом коксовые газы, затем за счет идеального перемешивания часть продуктов газификации отводится через патрубок 14 к потребителю. Другая часть продуктов поступает в верхнюю часть слоя для дожигания. Теплота, необходимая для догазификации и, как следствие, обеспечения автотермичности процесса получается именно в верхней части кипящего слоя сжиганием части продуктов газификации с воздухом (CO+H2+O2+3,76N2=CO2+H2O=3,76N2+Q). Воздух в кипящий слой подается в зону горения по трубам 9, вваренным в трубную доску 6. Трубы 8, вваренные в трубную доску 7, служат для сбора с горизонтального сечения реактора технологического газа, идущего потребителю. Часть газа, прошедшая мимо труб 8, поступает в зону подачи воздуха, где происходит процесс сгорания этого газа совместно со сгоранием коксовых газов, выделившихся из угля. В камере газификации 5 в зоне горения осуществляется расширение, продолжающееся в надслоевом пространстве.

Для обеспечения хорошего перемешивания части продуктов газификации с подаваемым воздухом и, как следствие, их полного сгорания используются тормозящие козырьки 18, которые устанавливаются на трубы подачи вторичного воздуха 9. Установка тормозящих козырьков исключает быстрое проскакивание воздуха через слой в виде пузырей, и наоборот, как показали специальные исследования обтекания тел, погруженных в кипящий слой [1], газовая фаза накапливается под поверхностью тела в виде газовой прослойки, из которой генерируются новые пузыри. Поэтому в данном случае под куполом козырька воздух накапливается вместе с продуктами газификации и только после этого образовавшаяся смесь в виде новых пузырей вытекает из-под купола пузырька. Генерация пузырей смеси воздуха и продуктов газификации происходит достаточно регулярно во времени, при этом происходит процесс самообогрева.

Таким образом, после установки тормозящих элементов в виде козырьков полное перемешивание части продуктов газификации с подаваемым воздухом обеспечивается. Следовательно, обеспечивается полная автотермичность процесса (самообогрев); заметно уменьшается расход продуктов газификации, проскакивающих в камеру сгорания; увеличивается общий КПД процесса газификации, уменьшается расход топлива в расчете на единицу вырабатываемого синтез-газа, увеличивается производительность установки в целом.

Источник информации

1) А.П.Баскаков. Скоростной безокислительный нагрев и термическая обработка в кипящем слое. «Металлургия», 1968, 223 с.

Газогенератор с кипящим слоем для газификации твердых топлив, включающий корпус с подиной и сводом, снабженные теплоизоляцией, камеру газификации с размещенными внутри нее трубами для отвода технологического газа и подачи вторичного воздуха, средство для подачи топлива, парораспределительную решетку, устройство для подвода воздуха и пара, устройство для отвода технологического газа и продуктов сгорания, отличающийся тем, что на трубах подачи вторичного воздуха установлены козырьки в форме усеченных конусов под углом в 90-120°, которые располагаются в шахматном порядке и разнесены между собой на величину Δ, определяемую из соотношения Δ=(0,25÷0,3)·Н, где Н - высота кипящего слоя в расширенной части корпуса газогенератора, причем диаметр основания козырька dосн определяется из соотношения dосн=(0,75÷1)·S, где S - шаг трубного пучка, а глубина погружения козырька от уровня кипящего слоя δ определяется из соотношения δ=(0,2÷0,25)Н, где Н - высота кипящего слоя в расширенной части корпуса газогенератора.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу пиролиза и газификации твердых органических веществ или смесей органических веществ. .

Изобретение относится к газификационной печи для газификации топлив, включая уголь, городские отходы и т.д., и к системе газификации, в которой используется такая газификационная печь.

Изобретение относится к термохимическим реакторам с косвенным нагревом и к способам проведения термохимических реакций, включающим такие как газификация и паровой риформинг тяжелых масел и токсичных органических веществ, регенерация черного щелока и использование энергии и конверсия возобновляемых ресурсов, таких как биомасса и энергонесущие отработанные потоки.

Изобретение относится к аппаратам для газификации твердого топлива и позволяет снизить энерготехнологические потери. .

Изобретение относится к аппаратам для газификации в кипящем слое И позволяет обеспечить равномерное распределение технологического газа в объеме камеры газификации.

Изобретение относится к химической промьшшенности, а именно к способам и аппаратам для газификации пылевидного топлива в кипящем слое. .

Изобретение относится к реактору с псевдоожиженным слоем для переработки реакционно-способного материала, который может включать неорганические вещества, а также углеродистые вещества, такие как черный щелок и биомасса, для переработки и/или возвращения материалов на повторную переработку и извлечения энергии

Изобретение относится к способу получения жидкого углеводородного продукта (1), такого как биотопливо, из твердой биомассы (2)

Изобретение относится к области газификации твердого топлива

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Для получения синтез-газа из биомассы карбонизацией проводят предварительную сушку и обезвоживание исходной биомассы. Затем проводят низкотемпературную карбонизацию при атмосферном давлении и изоляции от кислорода при температуре в карбонизационной печи 200-400°С, скорости повышения температуры 5-20°С/мин и времени удерживания исходной биомассы 20-90 мин. Получают продукты в виде пиролитического газа и древесного угля. Охлаждают древесный уголь на выходе из карбонизационной печи до температуры 60-280°C и транспортируют его в бункер для хранения. Пиролитический газ отделяют от порошкообразного древесного угля. Часть отделенного пиролитического газа направляют в слой сгорания для сжигания, а другую часть нагревают горячим дымовым газом, образовавшимся при горении в слое сгорания. Нагретый пиролитический газ направляют в карбонизационную печь в качестве источника тепла. Отходящий горячий дымовой газ после теплообмена направляют в зону предварительной обработки исходной биомассы для сушки. Отделенный порошкообразный древесный уголь подают в бункер для хранения. Порошкообразный древесный уголь размалывают с получением суспензии, которую вводят в печь для газификации насосом высокого давления. Изобретение позволяет повысить эффективность газификации, стабильность и надежность системы для получения синтез-газа из биомассы. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл., 6 пр.

Изобретение относится к области получения нагретых газов из твердых углеродсодержащих веществ и может быть использовано в энергетике. Установка для получения нагретых газов из углеродсодержащего материала содержит реактор кипящего слоя 1 для конверсии углерода с трубопроводом 6 подачи водорода потребителям, реактор кипящего слоя 2 для разложения углекислого кальция CaCO3 с трубопроводом подачи углекислого газа 7 потребителям, циклон 12 с трубопроводом 8 подачи горячего воздуха с недостатком кислорода потребителям и реактор 3 для окисления оксида железа FeO. Реактор 1 кипящего слоя для конверсии углерода имеет трубопровод 4 подачи перегретого водяного пара, канал 25 добавочной загрузки оксида кальция CaO, канал 11 удаления отработанного оксида кальция CaO и золы. Реактор кипящего слоя 2 соединен верхним 37 и нижним 38 перетоками с реактором кипящего слоя 1 и имеет канал 9 добавочной загрузки углекислого кальция CaCO3 и гематита Fe2O3 и канал 10 удаления отработанного углекислого кальция CaCO3 и гематита Fe2O3. Реактор 3 для окисления оксида железа FeO имеет трубопровод 5 подачи сжатого нагретого воздуха и связан нижним линейным перетоком 39 с реактором кипящего слоя 2 для разложения углекислого кальция CaCO3, а верхним линейным перетоком 40 с циклоном 12, который соединен с реактором кипящего слоя 2. В установку дополнительно введена пиролизная печь 14, которая содержит топку 16 с каналом отвода печных продуктов сгорания 18, наклонную форкамеру 36, реторту 13 для пиролиза древесины с каналом отвода пиролизного газа потребителям 19. Реторта для пиролиза древесины имеет пароперегреватель 26 с трубопроводом подачи влажного водяного пара на перегрев и внутреннюю горелку для сжигания пиролизного газа в топке, причем пароперегреватель соединен с трубопроводом подачи перегретого водяного пара в реактор кипящего слоя для конверсии углерода и реактор кипящего слоя для разложения углекислого кальция CaCO3, а также внешнюю горелку 21 с дутьевым вентилятором 22 и воздухоподогреватель сжатого воздуха 28, соединенный с нагнетателем сжатого воздуха 23, который соединен с каналом всасывания атмосферного воздуха 24, причем воздухоподогреватель сжатого воздуха соединен трубопроводом подачи сжатого нагретого воздуха с реактором для окисления оксида железа FeO. Техническим результатом является снижение топливных затрат при получении нагретых газов. 1 ил.

Изобретение относится к газификации биомассы и может быть использовано в химической промышленности и в энергетике. Устройство газификации содержит зону пиролиза А биомассы для нагревания биомассы в неокислительной атмосфере или в атмосфере газовой смеси из неокислительного газа и пара; зону риформинга В газа для нагревания газа, образованного в зоне пиролиза биомассы, в присутствии пара; и множество предварительно нагретых гранул и/или комков 3, последовательно перемещаемых из зоны риформинга В газа в зону пиролиза А биомассы. Зоны пиролиза А биомассы и риформинга В газа размещены в одном резервуаре 1. Зона риформинга В газа расположена над зоной пиролиза А биомассы. Между зоной пиролиза А биомассы и зоной риформинга В газа дополнительно размещена по меньшей мере одна разделительная пластина 7. Изобретение позволяет производить водородсодержащий газ из биомассы с высоким тепловым КПД при низких затратах и интенсифицировать газификацию. 10 з.п. ф-лы, 4 табл., 6 ил.

Изобретение относится к газификации угля для производства синтез-газа. Газификатор для производства синтез-газа содержит верхнюю зону газификации в псевдоожиженном слое, которая имеет впуски, чтобы предоставить введение материалов, выбранных из группы, состоящей из угля, мелких частиц угля больше чем 75 микрометров и меньше чем 10 мм в размере, газа и пара, в сообщении по текучей среде через сопло Вентури с нижней зоной газификации в параллельном потоке, которая имеет впуски, чтобы предоставить введение материалов, выбранных из группы, состоящей из угля, мелких частиц угля меньше чем 75 микрометров в размере, газа и пара. Технический результат - повышение эффективности газификации, снижение затрат. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к введению кислорода в процессе газификации и может быть использовано в химической промышленности и энергетике. Кислородная фурма содержит три трубы, расположенные соосно по отношению друг к другу. Внешняя труба 6 выполнена с возможностью пропускания перегретого пара 7. Внутренняя труба 2 выходит в среднюю трубу 4, сходит на конус по типу сопла перед ее устьем и выполнена с возможностью пропускания кислорода 1 с температурой, не превышающей 180°C. Во внутренней части внутренней трубы 2 установлен датчик температуры 3, который почти достигает устья внутренней трубы 2. Устье средней трубы 4 дополнительно выступает по отношению к устью 8 внешней трубы 6. Способ введения кислорода в реактор газификации с псевдоожиженным слоем, эксплуатируемый согласно способу Винклера, посредством кислородной фурмы включает подачу влажного газа во внешнюю трубу под давлением, превышающим давление в реакторе газификации с псевдоожиженным слоем. Кислород 1 пропускают через внутреннюю трубу 2 под давлением, превышающим давление в реакторе газификации с псевдоожиженным слоем. Осуществляют выход влажного газа из устья 8 внешней трубы 6 в виде наружного потока вокруг устья средней трубы 4 и выход свободной струи 10. Скорость потока выходящего влажного газа устанавливают выше скорости выходящего газа из внутренней трубы 2. Изобретение позволяет обеспечить эффективное, безопасное и доступное введение кислорода в процесс газификации в псевдоожиженном слое под давлением также свыше 10 бар. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 2 ил., 4 пр.
Наверх