Система распределения воды в реакторе газификации

Авторы патента:


Система распределения воды в реакторе газификации
Система распределения воды в реакторе газификации
Система распределения воды в реакторе газификации
Система распределения воды в реакторе газификации
Система распределения воды в реакторе газификации
Система распределения воды в реакторе газификации
Система распределения воды в реакторе газификации

 


Владельцы патента RU 2570866:

ТюссенКрупп Уде ГмбХ (DE)

Изобретение относится к системе распределения воды и способу распределения воды в реакторе газификации для осуществления процесса шлакообразования в потоке, в котором вырабатываемый синтез-газ во время реакции газификации течет вниз. Система распределения воды в реакторе газификации для осуществления процесса шлакообразования в потоке, где концентрический кольцевой распределительный канал в сочетании с осесимметричной отклоняющей поверхностью, вогнутой в ее поперечном сечении, предназначены для использования в качестве системы распределения воды, чтобы сформировать водяную завесу, причем кольцевой распределительный канал содержит по меньшей мере одно отверстие для подачи воды, кольцевой распределительный канал содержит отверстия, которые пригодны для выпуска воды в виде струи, направление струи из отверстий указывает вовнутрь вогнутой отклоняющей поверхности, в направлении струи из отверстий плоскостная ориентация вогнутой поверхности характеризуется так, что направление струи и тангенциальная плоскость площади поперечного сечения выровнены относительно друг друга в точке встречи со струей под острым углом от 0 до 45°, и отклоняющая поверхность характеризуется такой кривизной в поперечном сечении, что ее угол отклонения превышает 60°. Раскрытый в настоящем документе способ предусматривает ввод воды под повышенным давлением в кольцевой распределительный канал, через который она быстро проходит до тех пор, пока она не покинет кольцевой распределительный канал через отверстия; столкновение каждой из струй воды, сформированных на выходе из отверстий, с отклоняющей поверхностью; отклонение каждой из струй воды при скольжении вдоль отклоняющей поверхности и смешивание со струей воды из соседнего отверстия для формирования сплошной водяной пленки; и введение указанной сплошной водяной пленки вовнутрь реактора после того, как она покидает отклоняющую поверхность в направлении вниз. Техническим результатом изобретения является создание усовершенствованной системы распределения воды и усовершенствованного способа распределения воды в реакторе газификации. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

[0001] Изобретение относится к системе распределения воды и способу распределения воды в реакторе газификации для осуществления процесса шлакообразования в потоке, в котором вырабатываемый синтез-газ во время реакции газификации течет вниз. В процессах такого рода образуется горячий газ, имеющий температуру 1200-2000°С, содержащий липкие расплавленные частицы золы, а также конденсирующихся или десублимирующихся веществ, например натрия, калия, свинца и цинка. Эти частицы могут образовывать отложения на охлаждаемых стенках и создать помехи работе.

[0003] Чтобы предотвратить такое развитие событий, горячий газ часто охлаждают, а именно резко охлаждают, смешивая его с водой, благодаря чему частицы золы быстро затвердевают. Однако мелкие частицы золы в газопроводе обладают вяжущими свойствами и в сочетании с водой могут образовывать бетоноподобные отложения. Для предотвращения такого явления все стенки охладительной камеры следует либо длительное время поддерживать горячими и сухими, либо покрывать водяной пленкой.

[0004] Поэтому, согласно технологии прототипа, например прототипа, который описан в патенте WO 2009/036985 А1, реактор газификации такого рода включает в себя первую реакционную камеру, расположенную наверху реактора, в верхней части которой размещено устройство подачи исходных материалов, а боковые стенки оснащены трубками с внутренним охлаждением в виде мембранной стенки или трубчатыми змеевиками, из которой жидкий шлак может свободно вытекать без затвердевания поверхности данного жидкого шлака, а нижняя часть снабжена отверстием с обтекаемой кромкой. Кроме того, указанный реактор газификации включает в себя вторую камеру, расположенную внизу, в продолжении отверстия, в которой синтез-газ поддерживается сухим и охлаждается радиационным охлаждением и которая снабжена системой распределения воды для создания водяной завесы в форме раструба, включает третью камеру, расположенную внизу, в продолжении второй камеры, где предусмотрено устройство выпуска синтез-газа из реактора внизу или на боковой поверхности третьей камеры.

[0005] Чтобы предотвратить противоток вырабатываемого синтез-газа, в водяной завесе не должно быть никаких разрывов или пробелов в краевой области. Но он не должен охлаждаться настолько сильно, чтобы это препятствовало выходу шлака. Кроме того, водяная завеса должна равномерно расширяться по окружности и быть настолько тонкой и прозрачной, насколько это возможно. Кроме того, чтобы резко охладиться, образуемая газовая струя должна быть отцентрирована таким образом, чтобы горячий газ мог быть как можно более эффективно быстро охлажден в центральной части поперечного сечения после распада водяной завесы.

[0006] Также было бы очень полезно, если бы для создания водяной завесы могла быть использована оборотная вода, принимая во внимание то, что шлаковая вода, применяемая для охлаждения золы при газификации, в некоторой степени содержит частицы с острыми краями. Чтобы предотвратить сильную эрозию, необходимо поддерживать низкие скорости потока, например 2 м/с, в трубопроводах, распределительных каналах и форсунках, принимая во внимание, что при слишком низких скоростях образуются отложения, обычно при скоростях ниже 0,5 м/с.

[0007] Главная проблема создается требованиями, выдвигаемыми по отношению к безотказности в работе оборудования, которым должна быть создана такая водяная завеса. Это касается, в частности, кольцевого распределительного канала, а также вогнутого участка, описанных в патенте WO 2009/036985 А1. Виду того, что должна использоваться оборотная вода, также существует проблема постоянного поддержания в чистоте выпускных каналов для воды, из которых вода должна равномерно распределяться по вогнутому участку, безотносительно, будут ли эти каналы щелями, отверстиями или форсунками, а также проблема постоянного поддержания чистым и свободным от отложений вогнутого участка. К тому же, следует принять во внимание, что эти участки установки являются исключительно труднодоступными.

[0008] Чтобы подвести жидкость к нескольким форсункам, в большинстве случаев применяются обычные трубопроводы или кольцевые распределительные каналы с постоянным сечением. Патент US 4474584 описывает систему быстрого охлаждения воды, включающую несколько распределительных каналов для воды, которые включают в себя множество форсунок. На иллюстрациях изображены расходящиеся по окружности каналы, которые имеют квадратное или круглое сечение постоянной площади.

[0009] В распределительных каналах такого типа после каждой форсунки снижается скорость, вызывая тем самым увеличение статического давления, вследствие чего количество жидкости, пропускаемое через форсунки, различается. Однако с обычным распределительным каналом это вызывает значительную неоднородность в распределении воды. Достаточно хорошо сбалансированное распределение воды по окружности может быть достигнуто за счет увеличения скорости в форсунках, такого, что ослабление давления в форсунках было значительно выше, чем динамическое давление воды в распределительном канале, чтобы это было реализовано. Но вместе с увеличением скорости увеличилась бы эрозия материала стенок при превышении допустимого диапазона, подаваемого в реактор газификации захватным потоком.

[0010] Таким образом, целью изобретения является создание усовершенствованной системы распределения воды и усовершенствованного способа распределения воды в реакторе газификации, осуществляющем процесс шлакообразования в потоке, которые свободны от изложенных выше недостатков и которые могут быть реализованы и использованы с максимальным экономическим эффектом.

[0011] Изобретение достигает эту цель с помощью системы распределения воды в реакторе газификации, осуществляющем процесс шлакообразования в потоке, в котором вырабатываемый синтез-газ во время реакции газификации течет вниз, где указанный реактор газификации включает в себя

- первую реакционную камеру, расположенную наверху реактора, в верхней части которой размещено устройство подачи исходных материалов, а боковые стенки оснащены трубками с внутренним охлаждением в виде мембранной стенки, или трубчатыми змеевиками, из которой жидкий шлак может свободно вытекать без затвердевания поверхности данного жидкого шлака, а нижняя часть которой снабжена отверстием с обтекаемой кромкой,

- вторую камеру, расположенную внизу в продолжении указанного отверстия, причем в этой камере синтез-газ поддерживается сухим и охлаждается радиационным охлаждением, и где предусмотрена система распределения воды для создания водяной завесы в форме раструба,

- третью камеру, расположенную в продолжении второй камеры, где имеется устройство выпуска синтез-газа из реактора, предусмотренное внизу или на боковой поверхности третьей камеры,

снабженную концентрическим кольцевым распределительным каналом в сочетании с осесимметричной отклоняющей поверхностью с вогнутой кривой в ее поперечном сечении для использования в качестве системы распределения воды для формирования водяной завесы, где

- указанный кольцевой распределительный канал имеет по меньшей мере один впуск воды,

- указанный кольцевой распределительный канал имеет отверстия такого схемного решения и конструкции, которые приемлемы для выпуска струи воды,

- струи из отверстий направлены внутрь отклоняющей поверхности с вогнутой кривой в сечении,

- плоскостная ориентация данной вогнутой поверхности относительно струи из отверстий установлена так, что направление струи и тангенциальная плоскость поперечного сечения сориентированы под острым углом друг к другу, изменяющимся от 0° до 45° в точке встречи с указанной струей, и

- отклоняющая поверхность имеет такую кривизну в поперечном сечении, что ее угол отклонения превышает 60°.

[0012] В других вариантах осуществления системы распределения воды предусмотрено, что отверстия сконструированы как направленные вверх форсунки. Также отверстия могут иметь тангенциальный наклон по направлению к периметру реактора или к центральной оси реактора. В зависимости от исполнения форсунок, для управления текущими из отверстий струями воды с пространственной составляющей, а не только вертикально из отверстий к отклоняющей поверхности, также может быть использована пульсация потока в кольцевом распределительном канале.

[0013] В другом варианте осуществления системы распределения воды предусмотрено, что кольцевой распределительный канал сконструирован и изготовлен с различными поперечными сечениями потока, которые суживаются от питателя кольцевого распределительного канала к каждому из этих отверстий. Следует уделить внимание обеспечению того, чтобы, по возможности, поддерживалась скорость потока около 2 м/с. Ввиду того, что для использования в водяной завесе предназначена шлаковая вода или другая возвращенная из последующих операций вода, содержащая частицы, скорость потока в любом случае должна быть значительно выше 0,5 м/с, чтобы частицы не могли отлагаться и оседать. Принимая во внимание опасность эрозии, скорость потока должна не превышать 3 м/с. Толщина создаваемой водяной завесы должна составлять от 1 до 10 мм. Поперечное сечение кольцевого распределительного канала должно быть надлежащим образом разработано специалистом.

[0014] В другом варианте осуществления системы распределения воды предусмотрено, что радиус кривизны отклоняющей поверхности составляет менее 0,3 м. Отклоняющие поверхности такого рода можно недорого получить, например, из открытых изогнутых труб на их продольной стороне. Для удобства обслуживания изобретенная вогнутая отклоняющая поверхность может быть легко составлена из сшитых секционных способом частей или из частей, вдвигаемых друг в друга.

[0015] В другом варианте осуществления системы распределения воды предусмотрено, что в продолжение кривизны отклоняющей поверхности размещен прямолинейный участок. Конструктивно это может быть достигнуто, если участок для выхода водяной завесы не убирается, а отгибается вверх и выпрямляется после его разрыва на продольной стороне, получая таким образом поперечное сечение вогнутой отклоняющей поверхности с формой, подобной кепи для бейсбола.

[0016] Подобно охлаждаемым стенкам камеры быстрого охлаждения изобретенный кольцевой распределительный канал проявляет тенденцию к подверженности осаждению на своей внешней стороне спекшегося материала, нарастающего там из газа, заполненного частицами.

Поэтому такие охлаждаемые стенки, как правило, орошают водяной пленкой. Система распределения воды может также быть изменена дополнительной модификацией кольцевого распределительного канала так, чтобы усовершенствовать создание водяной пленки, необходимой для стенок камеры быстрого охлаждения и, в равной степени, наружной стенки самого кольцевого распределительного канала. Соответственно, для этого предусматриваются дополнительные боковые отверстия и лежащие напротив них отклоняющие поверхности, создающие водяную пленку, которая прилипает к наружной стенке кольцевого распределительного канала и, кроме того, к стенке камеры быстрого охлаждения и стекает туда.

[0017] Изобретение достигает эту цель также с помощью способа распределения воды в реакторе газификации, осуществляющем процесс шлакообразования в потоке, в котором вырабатываемый синтез-газ во время реакции газификации течет вниз, где вблизи границы создается водяная завеса в форме раструба, в силу чего

- вода под давлением входит в кольцевой распределительный канал, через который она быстро протекает до тех пор, пока она не покинет кольцевой распределительный канал через отверстия,

- сталкивающиеся с отклоняющей поверхностью струи воды формируются при выходе воды из отверстий,

- каждая из струй воды расходится в то время, как она скользит вдоль отклоняющей поверхности и смешивается со струей воды из соседнего отверстия, чтобы сформировать сплошную водяную пленку,

- эта сплошная водяная пленка движется вниз, внутрь реактора после того как она покидает отклоняющую поверхность.

[0018] При выборе вида геометрии водяной завесы уполномоченному на это специалисту следует оценить, какую выбрать геометрическую форму для соответствующей цели. Если водяная завеса должна сходиться в центре центрального канала так, чтобы водяная завеса распадалась преимущественно в центральной зоне, вода должна быть направлена вертикально без каких-либо завихрений по отношению к отклоняющей поверхности. Однако, если требуется первоначально сжать ее в центре, а затем снова расширить во время ее последующего снижения, и если также желательно более равномерное радиальное распределение капель, чтобы увлажнить пограничные районы реактора в нижней части водяной завесы, тогда водяной завесе следует придать надлежащее вращение вокруг оси реактора. Поэтому в одном из вариантов осуществления изобретенного способа обеспечивается, что струи воды направляются на отклоняющую поверхность под таким наклоном в кольцевом направлении относительно реактора, что сплошная водяная пленка совершает вращение вокруг оси реактора.

[0019] В другом варианте осуществления изобретенного способа обеспечивается, что боковыми отверстиями и лежащими напротив этих отверстий отклоняющими поверхностями, по меньшей мере, создается другая водяная пленка, которая прилипает к охлаждаемым стенкам кольцевого распределительного канала или камеры быстрого охлаждения, которая подвергается воздействию вырабатываемого газа.

[0020] В другом варианте осуществления изобретенного способа обеспечивается, что используемой водой является содержащая твердую фазу вода из шлаковой ванны реактора газификации или вода из потока циркуляции воды, размещенного ниже шлаковой ванны этого реактора газификации. До его использования требуется только грубое отделение частиц шлака, например, в гидроциклоне.

[0021] Изобретение далее описано в виде примера с помощью чертежей. На них изображено:

Фиг.1 - поперечное сечение системы распределения воды для создания водяной завесы с зазором и изогнутой областью, предназначенной для гомогенизации листовой стали.

Фиг.2 - вид сверху на положение системы распределения воды в реакторе газификации.

Фиг.3 - перспектива кольцевого распределительного канала с отклоняющей поверхностью.

Фиг.4 - предпочтительная геометрия отклоняющей поверхности 11.

Фиг.5 - вариант осуществления кольцевого распределительного канала 3 с форсунками в качестве распылительных отверстий 10 и устройство создания другой водяной пленки.

Фиг.6 - другой вариант осуществления изобретенной системы распределения воды.

Фиг.7 - другой вариант осуществления изобретенной системы распределения воды.

[0022] Фиг.1 изображает поперечное сечение устройства для создания свободно падающей водяной завесы в форме раструба, замкнутого на границе и имеющего зазор в соответствии с существующим уровнем техники, продленного изогнутой областью для гомогенизации листовой стали. Устройство размещено за охлаждаемой стенкой 2, которая, для примера, составлена из труб испарителя. Горячий газ 1, текущий из газогенератора, имеет температуру от 1000 до 2000°С и содержит частицы летучей золы и расплавленного шлака. Крупный шлак также образуется в центральной части канала 1, обычно имеющего цилиндрическую форму, диаметр которого составляет от 0,6 до 3 м.

[0023] Вода подается в одном или нескольких местах в периферийный канал 4 распределительного канала 3, который состоит из прямоугольной верхней части и дна с закругленными кромками. Этот канал имеет постоянную ширину вдоль окружности, но его высота изменяется так, что на всей окружности устанавливается постоянная скорость потока. Только часть поперечного сечения, обозначенная высотой H1, изменяется, в то время как остальная часть поперечного сечения выполняет функцию, аналогичную функции маховика, чтобы компенсировать последствия возмущений во входной области и последствия отклонений структуры от арифметически идеальной формы.

[0024] Вода выходит из распределительного канала через выпускной зазор 5, после чего она отклоняется на отклоняющей поверхности 6, разработанной в виде вогнутой поверхности. Если небольшие участки поперечного сечения выпускного зазора 5 засорены, в вытекающем потоке воды имеются разрывы. Но на изогнутой поверхности вода настолько интенсивно прижимается к этой вогнутой поверхности, что эти разрывы закрываются. Образуемая из водяной пленки на отклоняющей поверхности 6, сконструированной и изготовленной в виде вогнутого участка, свободно падающая сплошная водяная завеса 7 распадается только в результате своего смешивания с горячим газом 1. Сплошная водяная завеса препятствует восходящему потоку охлажденного газа, содержащего капли воды, в выпускную область газификатора, устраняя тем самым препятствия выпуска шлака.

[0025] Недостаток этого способа создания водяной завесы заключается в том, что вода содержит твердые вещества, которые могут все больше и больше закупоривать зазор шириной от 1 до 10 мм, вследствие чего создаваемая водяная завеса будет иметь разрывы, несмотря на кривизну, по меньшей мере, если в большинстве случаев подразумевается, что требуется толщина водяной завесы всего несколько миллиметров. По соображениям надежности в работе, это означает на практике, что должна быть создана водяная завеса большей толщины, чем требуется, исходя из технологического процесса, или что для использования вода должна быть очищена от частиц со значительными затратами до ее использования, или даже потребуется использование пресной воды. Однако этот недостаток можно устранить, предусмотрев несколько более широких отверстий, размещенных вдоль окружности, вместо одного узкого зазора на периферии, выпускающих струи, которые благодаря центробежной силе прижимаются к вогнутой отклоняющей поверхности 6 по всей ее длине, и формирующих сплошную пленку.

[0026] Фиг.2 изображает вид сверху на положение системы распределения воды в реакторе газификации, с резервуаром 8 высокого давления, питательными трубопроводами 9 для подачи воды в кольцевой распределительный канал 3 и центральным цилиндрическим каналом с горячим газом 1. Допустима также подача воды только через один питательный трубопровод. В этом случае кольцевой распределительный канал должен был бы иметь соответственно больший диаметр. Хотя больший питательный трубопровод дешевле, чем несколько меньших питательных трубопроводов, он также жестче, что может вызвать различия теплового расширения распределительного канала 3 и резервуара 8 высокого давления. Относительно количества питательных трубопроводов, соответствующее оптимальное число должен установить уполномоченный специалист.

[0027] Фиг.3 изображает перспективу кольцевого распределительного канала 3 с отклоняющей поверхностью 11. Изобретенный способ создания водяной завесы 7 осуществляется с помощью больших отверстий 10, которые не могут быть закупорены, и с помощью отклоняющей поверхности 11, на которую выпускаются струи воды, которые прижимаются благодаря центробежным силам и образуют плоскую водяную завесу 7, когда покидают систему.

[0028] Для обеспечения равной поперечной скорости набегающего потока во всех отверстиях необходима в значительной степени постоянная окружная скорость потока воды в кольцевом распределительном канале 3, что может быть достигнуто путем изменения поперечного сечения; в настоящем примере это осуществляется путем изменения высоты, но также можно использовать другие возможности для изменения. Подача воды осуществляется по поперечной области, обозначенной как H1. H1 представляет собой переменную часть высоты, в то время как Н2 представляет собой постоянную часть общей высоты, которая слагается из суммы H1 и Н2. Отверстия могут быть выполнены в виде круглых каналов, как показано на фиг.3, а также в виде прямоугольных щелей или как прямые и/или изогнутые форсунки.

[0029] Если рассчитывают поворачивать водяную завесу в направлении вдоль окружности, для этой цели может быть использована пульсация кругового потока в кольцевом распределительном канале 3. Достаточно придать отверстиям 10 такую форму, чтобы окружная составляющая импульса не сводилась к нулю, когда вода выходит через отверстия 10. Если верхняя стенка кольцевого распределительного канала 3 явно тоньше, чем длина отверстия в направлении вдоль окружности, в этой стенке отверстия могут быть выполнены вертикально. При более толстой стенке отверстия должны быть выполнены наклонной формы, с оптимальным углом наклона, полученным векторным сложением нормальной и тангенциальной составляющей скорости.

[0030] Фиг.4 изображает преимущественную геометрию отклоняющей поверхности 11. В основном, отклоняющая поверхность должна имеют круглую или эллиптическую форму и охватывать угол отклонения Бета. Испытания свидетельствуют, что радиусы R1 и R2 можно изменять в широких пределах. В конце криволинейной части отклоняющей поверхности предусмотрен участок В, который является прямолинейным в продольном сечении, т.е. коническим участком в трехмерной перспективе, чтобы никакие центробежные силы на краю отрыва не воздействовали на воду и не изменяли направление струи. Требуется лишь короткий "прямолинейный" участок. При его длине, равной от 5 до 10 значений толщины водяной пленки, что составляет от 10 до 20 мм при толщине 2 мм водяной пленки, скользящей по отклоняющей поверхности, создается стабильная однородная водяная завеса.

[0031] Фиг.5 изображает вариант осуществления кольцевого распределительного канала 3 с форсунками в качестве отверстий 10. Вода из кольцевого распределительного канала 3 вытекает через форсунки, которые наклонены в тангенциальном направлении. Отклоняющая поверхность 11 может быть вначале наклонена наружу для того, чтобы достичь больших периферийных углов и вызвать удлинение пути, на котором струи воды прижимаются благодаря центробежным силам.

[0032] Кроме того, на фиг.5 изображено создание водяной пленки 15, которая стекает из кольцевого распределительного канала 3 по стороне, обращенной к камере реактора, тем самым защищая его от осаждения спекшегося вещества. Поэтому в цилиндрической внутренней стенке кольцевого распределительного канала 3 отверстия 12 выполнены на том участке циркуляции воды в распределительном канале, текущей в зазор 14, который, например, образуется внутренней стенкой кольцевого распределительного канала и цилиндрической пластиной 13, которая изогнута у верхнего конца таким образом, чтобы струи воды, сформированные в отверстиях 12, прижались и образовали тонкую пленку, прежде всего, на поверхности 13. Отверстия 12 могут иметь формы, аналогичные формам отверстий 10, т.е. каналов, щелей или форсунок.

[0033] Должна поддерживаться такая окружная скорость проходящего потока, чтобы пленка, образованная на поверхности 13, выбрасывалась центробежной силой на стенку 16 еще в пределах зазора 14. При низких значениях толщины пленки ширина зазора 14 может быть больше, чем толщина водяной пленки. Отклоняющая поверхность у верхнего конца кольцевой стенки 13 должна иметь очень малый радиус, например, 30 мм. Диаметр отверстия 12 и ширина зазора 14 могут быть значительно больше, чем толщина вырабатываемой на стенке пленки, чтобы более крупные зерна шлака, например, величиной 10 мм, могли беспрепятственно пройти с водой через данное устройство.

[0034] Для примера конструкции в варианте осуществления, соответствующем фиг.5, следует дополнительно указать рабочий режим: должна быть создана свободно падающая водяная завеса в форме раструба со следующими начальными параметрами:

- диаметр 1 м,

- скорость 1,5-2 м/с,

- толщина 2 мм.

Вода содержит твердые частицы, размер которых может быть до 5 мм.

[0035] В этом случае внутренний диаметр форсунки должен быть выбран равным 10 мм для того, чтобы исключить любое загрязнение. Расстояние между форсунками выбирается таким образом, чтобы в форсунках преобладала скорость от 1,5 до 2 м/с. Поэтому форсунки должны быть расположены на расстоянии 40 мм друг от друга. Экспериментальные испытания показывают, что плоская водяная завеса может быть создана уже при центробежных силах выше 10 м/с2, если форсунки размещены плотно друг к другу. Чем меньше радиус, тем больше центробежные силы, и тем больше допустимое расстояние между форсунками и их внутренний диаметр. При радиусе отклоняющей пластины 30 мм центробежное ускорение равно 75 м/с2 при 1,5 м/с и 133 м/с2 при 2 м/с, что составляет от 7 до 13 ускорений свободного падения - действует на воду. Испытания и эксперименты показали, что в этих условиях образуется однородная и плоская водяная завеса.

[0036] Фиг.6 изображает другой вариант осуществления изобретенной системы распределения воды. Свободно падающая водяная завеса 7 создается аналогично тому, как изображено на фиг.3 и 5. Однако пленка на стенке образуется тангенциальным впрыском воды, вытекающей через отверстия 12 на поверхность стенки 16. Скорость движения воды в отверстиях 12 может быть выше, чем окружная скорость воды в распределительном канале 4, таким образом, струи воды прижимаются к стенке 16 и образуют плоскую пленку. Чтобы способствовать формированию однородной пленки, между поверхностями 16 и 17 может быть дополнительно предусмотрен небольшой выступ, например шириной 10 мм в диаметре, так что вначале формируется вращающийся водяной слой толщиной 10 мм, из которого на стенке 17 образуется более тонкая пленка с изначально низкой вертикальной скоростью.

[0037] Данная конструкция более точно освещена на следующем примере: цилиндрическая стенка диаметром 2 м должна быть защищена от осаждений тонкой водяной пленкой, самое узкое поперечное сечение должно быть шириной не менее 10 мм, чтобы исключить закупоривание, а требуемая нормальная составляющая начальной скорости свободно падающей водяной завесы 7 и, таким образом, нормальная составляющая скорости воды в отверстиях 10 и 12 должна составлять около 5 м/с.

[0038] При тангенциальной скорости 5 м/с на поверхности 16 на воду, вытекающую из щелей 12, действует центробежное ускорение 25 м/с2; эта скорость значительно выше, чем ускорение свободного падения; тем самым может быть создана сплошная тонкая водяная пленка, прилипшая к стенке. Участки, на которых скорость превышает 3 м/с, должны быть изготовлены из материалов, стойких к эрозии, например чугуна или керамики, или эти области могут быть обшиты металлическими деталями путем наплавки с использованием соответствующего материала.

[0039] Фиг.7 изображает другой вариант осуществления изобретенной системы распределения воды. Свободно падающая водяная завеса 7 создается аналогично тому, как изображено на фиг.3-6, а пленка на стенке создается аналогично тому, как изображено на фиг.5. Однако составная стенка, которая состоит из двух концентрических поверхностей 16 и 17, и водопровод для создания водяной пленки 16 и пленок 7 водяной завесы выполнены с промежуточным пространством между ними. Это решение особенно предпочтительно, если вода подается из шлаковой ванны в резервуар высокого давления с применением приемлемых устройств подачи, например форсунками в отверстия 10 и 12.

[0040] Список номеров ссылок

1 Центральный цилиндрический канал с горячим газом 1200-1800°С, до 80 бар

2 Охлаждаемая стенка

3 Кольцевой распределительный канал

4 Поперечное сечение кольцевого распределительного канала с циркулирующей водой

5 Выпускной зазор

6 Отклоняющая поверхность

7 Водяная завеса

8 Резервуар высокого давления

9 Питательные трубопроводы (один или несколько) для подачи воды в распределительный канал

10 Отверстия (круглые, конусные, прямые/наклонные щели) или форсунки

11 Отклоняющая пластина или форма

12 Отверстия, аналогичные 10

13 Кольцевая стенка

14 Зазор

15 Пленка на стенке

16 Цилиндрическая составная стенка

17 Цилиндрическая составная стенка

1. Система распределения воды в реакторе газификации для осуществления процесса шлакообразования в потоке, в котором выделяемый синтез-газ во время реакции газификации течет вниз, причем указанный реактор газификации содержит
- первую реакционную камеру, расположенную в верхней части реактора, в верхней области которой размещено устройство подачи исходного материала и боковые стенки которой оснащены трубками, содержащими внутреннее охлаждение в виде мембранной стенки, или трубчатыми змеевиками, из которых жидкий расплавленный шлак может свободно течь вниз без затвердевания поверхности этого шлака, а нижняя часть которой снабжена отверстием с обтекаемой кромкой,
- вторую камеру, расположенную в нижней части в продолжении указанного отверстия, в которой синтез-газ поддерживается сухим и охлаждается радиационным охлаждением, причем предусмотрена система распределения воды для создания водяной завесы (7) в форме раструба,
- третью камеру, которая расположена в нижней части в продолжении второй камеры, где устройство выпуска синтез-газа из реактора установлено снизу или сбоку третьей камеры,
отличающаяся тем, что
для формирования водяной завесы (7) концентрический кольцевой распределительный канал (3) в сочетании с осесимметричной отклоняющей поверхностью (11), вогнутой в ее поперечном сечении, выполнен в качестве системы распределения воды, где
- кольцевой распределительный канал (3) содержит по меньшей мере одно отверстие для подачи воды,
- кольцевой распределительный канал (3) содержит отверстия (10), которые надлежащим образом рассчитаны и сконструированы для обеспечения выпуска воды в виде струи,
- направление струи из отверстий (10) указывает вовнутрь вогнутой отклоняющей поверхности,
- в направлении струи из отверстий (10) плоскостная ориентация вогнутой поверхности (11) характеризуется так, что направление струи и тангенциальная плоскость площади поперечного сечения выровнены относительно друг друга в точке встречи со струей под острым углом от 0 до 45°, и где
- отклоняющая поверхность (11) характеризуется такой кривизной в поперечном сечении, что ее угол (Бета) отклонения превышает 60°.

2. Система распределения воды по п.1, отличающаяся тем, что отверстия (10) рассчитаны и сконструированы в виде направленных вверх форсунок.

3. Система распределения воды по п.2, отличающаяся тем, что направленные вверх форсунки характеризуются тангенциальным наклоном в направлении периметра реактора.

4. Система распределения воды по любому из пп. 2 и 3, отличающаяся тем, что направленные вверх форсунки характеризуются наклоном по направлению к центральной оси реактора.

5. Система распределения воды по п.1, отличающаяся тем, что кольцевой распределительный канал (3) рассчитан и сконструирован с различными поперечными сечениями (4) потока, которые сужаются от впуска (9) кольцевого распределительного канала (3) по направлению к каждому из отверстий (10).

6. Система распределения воды по п.1, отличающаяся тем, что радиус кривизны отклоняющей поверхности (11) составляет менее 0,3 м.

7. Система распределения воды по п.1, отличающаяся тем, что вогнутая поверхность (11) составлена из сшиваемых друг с другом секций.

8. Система распределения воды по любому из пп. 1, 6 и 7, отличающаяся тем, что прямолинейный участок расположен после изогнутой части отклоняющей поверхности (11).

9. Система распределения воды по п.1, отличающаяся тем, что в кольцевом распределительном канале выполнены дополнительные боковые отверстия и лежащие напротив них отклоняющие поверхности.

10. Способ распределения воды в реакторе газификации при осуществлении процесса шлакообразования в потоке, в котором выделяемый синтез-газ во время реакции газификации течет вниз, и в котором создают водяную завесу (7) в форме раструба, которая замкнута на границе,
отличающийся тем, что
- воду под повышенным давлением вводят в кольцевой распределительный канал (3), через который она быстро проходит до тех пор, пока не покинет кольцевой распределительный канал (3) через отверстия (10),
- каждую из струй воды, сформированных на выходе из отверстий (10), сталкивают с отклоняющей поверхностью (11),
- каждая из струй воды отклоняется при скольжении вдоль отклоняющей поверхности (11) и смешивается со струей воды из соседнего отверстия (10) для формирования сплошной водяной пленки,
- эту сплошную водяную пленку вводят вовнутрь реактора после того, как она покидает отклоняющую поверхность (11) в направлении вниз.

11. Способ по п.10, отличающийся тем, что струи воды направляют на отклоняющую поверхность (11) с таким наклоном, что сплошная водяная пленка совершает вращение вокруг оси реактора.

12. Способ по п.10, отличающийся тем, что при помощи боковых отверстий (12) и лежащих напротив этих отверстий отклоняющих поверхностей (13) создают, по меньшей мере, другую водяную пленку, причем указанная водяная пленка (15) прилипает к охлаждаемым стенкам кольцевого распределительного канала или камеры быстрого охлаждения, которые подвержены воздействию вырабатываемого газа.

13. Способ по любому из пп. 10-12, отличающийся тем, что воду, содержащую твердые вещества и поступающую из шлаковой ванны реактора газификации, используют в качестве воды.

14. Способ по любому из пп. 10-12, отличающийся тем, что воду, поступающую из циркулирующего потока воды, находящегося ниже по потоку шлаковой ванны реактора газификации, используют в качестве воды.



 

Наверх