PL231641B1 - Zgazowarka pionowo-pozioma ze złożem stałym - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest zgazowarka pionowo-pozioma ze złożem stałym służąca do zgazowania materiałów węglonośnych.

Proces zgazowania polega na przetworzeniu paliw stałych i/lub materiałów zawierających w strukturze chemicznej pierwiastek węgiel lub węgiel i wodór w paliwa gazowe, których głównymi składnikami palnymi jest tlenek węgla wodór i węglowodory. Zgazowanie paliw prowadzi się w wysokich temperaturach, zazwyczaj powyżej 850°C a czynnikiem zgazowującym są gazy zawierające tlen przy czym może to być czysty tlen, powietrze wzbogacone w tlen, powietrze, dwutlenek węgla, para wodna lub mieszanina wymienionych gazów.

Ze zgłoszenia międzynarodowego WO2015120761 znane jest urządzenie do bezpośredniego zgazowania karbonizatu i węglowych związków, które składa się z rury rynny spustowej z powietrzem, która to rura ma wgłębienia służące pobieraniu materiału i połączona jest z przednim końcem rury rynny spustowej i sekcją ogrzewania rozmieszczoną i rozciągająca się od przedniego końca do tylnego końca rury rynny spustowej, przy czym otwór wtryskowy do wtryskiwania wody lub wodoru do rury rynny spustowej jest umieszczony w części grzewczej. Cały proces zgazowania prowadzi się w powietrzno-szczelnej komorze, a odzyskiwanie gazu przeprowadza się przez komorę odzysku.

Z amerykańskiego opisu patentowego US,08/090601 znane jest urządzenie, które dodatkowo zawiera przewód wyładowczy urządzenia do zgazowania, do odprowadzania wyczerpanych składników stałych ze strefy zatrzymywania urządzenia do zgazowania do zespołu spalania transportowego i zespół spalania transportowego zawierający strefę mieszania, rurę wznośną zespołu spalania transportowego strefę rozdzielania i strefę zatrzymywania przy czym strefa mieszania służy do zmieszania wyczerpanych składników stałych z przewodu wyładowczego urządzenia do zgazowania i krążących składników stałych ze strefy zatrzymywania zespołu spalania, z substechiometryczną ilością doprowadzanego utleniacza; rura wznośna zespołu spalania transportowego przejmuje mieszaninę ze strefy mieszania, przy czym rozmieszczone są w niej punkty wtrysku utleniacza w celu zapewnienia zajścia w niej zasadniczo pełnego spalania; w strefie rozdzielania zespołu spalania następuje wydzielenie silnie rozdrobnion ych cząstek z gazu spalinowego z rury wznośnej zespołu spalania, tak że uzyskuje się gaz spalinowy zasadniczo pozbawiony stałych cząstek; strefa zatrzymywania zespołu spalania zawiera zbiornik, w którym gromadzą się cząstki ze strefy rozdzielania zespołu spalania wymiennik ciepła służący do odprowadzania ciepła ze strefy zatrzymywania zespołu spalania; przewód recyrkulacji składników stałych do przenoszenia składników stałych ze strefy zatrzymywania zespołu spalania do strefy mieszania oraz zsyp popiołu służą do usuwania popiołu z zespołu spalania transportowego.

Przedmiotem znanego wynalazku jest urządzenie do zgazowania materiału węglowego, a zwłaszcza reaktor z transportowym złożem fluidalnym, oraz sposób zgazowania transportowego, w którym surowiec węglowy wprowadza się do strefy zgazowania przed strefą spalania substechiometrycznego, niezbędnego przy usuwaniu porwanych stałych cząstek.

Z kolei z opisu patentowego PL 208 616 znana jest zgazowarka ze złożem stałym, składająca się z cylindrycznego reaktora pionowego, w dolnej części zamkniętego dnem stożkowym z rusztem oraz zasuwą odprowadzenia popiołu, umieszczonych na obwodzie reaktora króćców doprowadzających czynnik zgazowujący, króćca doprowadzającego materiał węglonośny, oraz współosiowo z reaktorem umieszczonego przewodu odprowadzenia wytworzonego gazu z króćcem, która charakteryzuje się tym, że cylindryczny reaktor wyposażony jest w usytuowane na różnych poziomach co najmniej trzy króćce doprowadzające czynnik zgazowujący przy czym co najmniej jeden króciec umieszczony jest w dnie stożkowym pod rusztem zaś przewód odprowadzenia wytworzonego gazu wyposażony jest w wymienne króćce o różnej wysokości a w dolnej części reaktora nad dnem stożkowym umieszczony jest ruchomy przyrząd czyszczący.

Celem wynalazku jest opracowanie takiej konstrukcji zgazowarki, która spowoduje maksymalne rozdrobnienie i mieszanie drobin materiałów węglonośnych, wydłużenie stref procesowych, w których przebiega zgazowanie złoża, a tym samym optymalne zwiększenie wydajności procesu.

Istota wynalazku polega na tym, że zgazowarka posiada w pionowej górnej części króciec wlotowy paliwa a poniżej ruszt aktywny rozdrabniający karbonizat, a pod nim w poziomej części ma ślimak stożkowy ze ślimacznicą wstęgową z sekcjami o zwojach pełnych przy czym pochylenie osi stożka do poziomu mieści się w przedziale od 0,5° do 10°, oraz liczbie sekcji o zwojach pełnych od 1 do 1 na każdy metr długości ślimacznicy, przy czym liczba zwojów pełnych w jednej sekcji mieści się w przedziale od 0,5 do 4.

PL 231 641 B1

Rozwiązanie konstrukcji zgazowarki według wynalazku w przykładowym wykonaniu pokazane zostało na rysunku schematycznym na którym fig. 1 przedstawiaj zgazowarkę w przekroju wzdłużnym, a fig.2 przedstawia jej przekrój poprzeczny. Zgazowarka ma króciec wlotowy 1, którym doprowadzane jest paliwo opadające na aktywny ruszt 2 z elementami koralowymi rozdrabniającymi paliwo. Do króćca spalin 3 podawane są spaliny zawrócone z instalacji po spaleniu syngazu. Czynnik zgazowujący 5, 7 i 17 urządzenia doprowadzany jest przez króciec 4, zespół króćców 6, oraz króciec w części stożkowej 16. Ślimacznica 8 ma sekcje 9A o dużym skoku wstęgi oraz sekcje 10B i 13B o pełnych zwojach ślimaka. Stożkowa część zgazowarki posiada króciec wylotowy 11 i 20. Do części stożkowej doprowadzony jest czynnik zgazowujący 17. Urządzenie wyposażone jest w króćce pomiarowe temperatury 18 oraz ciśnienia 19 oraz wylot 20 pozostałej frakcji ze stożka ślimaka 12 zgazowarki. Dla utrzymania i regulacji ciśnienia służy instalacja by-pass 21 z zainstalowaną wewnątrz przepustnicą 22.

Paliwo doprowadzane jest do króćca wlotowego 1 w części pionowej 23 zgazowarki i opada na ruszt aktywny 2. W tym samym czasie do króćca spalin 3 podawane są spaliny zawrócone z instalacji po spaleniu syngazu wytworzonego w zgazowarce. Zawrócone spaliny przekazują swoją energie cieplną paliwu powodując jego nagrzewanie. W pionowej części zgazowarki zabudowane są króćce 4 doprowadzające do paliwa czynnik zgazowujący 5. Ilość ciepła doprowadzonego do paliwa w spalinach oraz czynnik zgazowujący doprowadzony do króćców 4 powodują częściowe spalenie paliwa a przez to wzrost jego temperatury, przez co następuje odparowania frakcji lotnych zawartych w pozostałej części podawanej masy. Ostatecznie zwęglone paliwo - karbonizat opada na ruszt aktywny 2, na którym następuje zmielenie paliwa do frakcji poniżej 5 mm, co powoduje gwałtowny wzrost powierzchni karbonizatu. Duża powierzchnia karbonizatu powoduje wzrost szybkości reakcji paliwa z gazami procesowymi. Dlatego w dolnej części zgazowarki pod rusztem aktywnym 2 umieszczony jest główny zespół króćców 6 doprowadzających czynnik zgazowujący 7 do zgazowarki. Karbonizat przelatujący przez ruszt aktywny 2 wpada w strefę działania gazów procesowych i częściowo wchodzi z nimi w reakcję powodując powstanie syngazu, jak również wzrost temperatury otoczenia, co jest bardzo korzystne dla szybkości reakcji jak również do szybszego powstawania karbonizatu z paliwa znajdującego się nad rusztem. Pozostała frakcja, która nie zdołała zgazować opada w strefę działania ślimacznicy 8 części stożkowej 12 zgazowarki. Ślimacznica ślimaka zgazowarki składa się z kilku sekcji. Sekcja 9A znajduje się bezpośrednio pod częścią pionową zgazowarki jest wstęgą o dużym skoku. Zadaniem tej części ślimacznicy jest przesunięcie karbonizatu z obszaru pod rusztem do dalszej części stożka, aby nie nastąpiło nadmierne przepełnienie tej części zgazowarki. Sekcja B ślimacznicy jest wstęgą pełną 10, o liczbie zwojów od 1 do 3 która stanowi przeszkodę dla syngazu powstałego w sekcji A i w obszarze nad rusztem. Gaz wpadając na pełna wstęgę ślimacznicy 10 zmuszony jest poruszać się po linii śrubowej zgodnie z ukształtowaniem wstęgi Sekcji B 10, to powoduje, że gaz w części stożkowej począwszy od sekcji B ślimacznicy porusza się ruchem śrubowym w kierunku poprzecznym do ruchu karbonizatu w stożku zgazowarki. Takie ukierunkowanie ruchu gazu powoduje wzrost drogi jaką musi przebyć gaz w drodze do króćca wylotowego 11. Droga gazu zostaje dodatkowo zwiększona poprzez ukształtowanie części poziomej zgazowarki w stożek 12. Długa droga gazu skutkuje dłuższym czasem przebywania gazu w zgazowarce, co powoduje ustabilizowanie procesu zgazowania w końcowej części zgazowarki. Aby zagwarantować pełny ruch śrubowy gazu w ślimacznicy jest zabudowanych kilka sekcji B z pełną wstęgą 13. Jedna Sekcja B przypada na 1 do 3 m ślimacznicy. Pomiędzy wstęgami pełnymi Sekcja B ślimacznica zbudowana jest ze wstęgi 14 o małej szerokości, której zadaniem jest, oprócz transportu karbonizatu i pozostałości z paliwa (frakcji mineralnych), mieszanie karbonizatu tak, aby możliwie duża jego część (powierzchnia) miała kontakt z syngazem i gazami procesowymi, i aby możliwie szybko uległ całkowitemu zgazowaniu. Ślimacznica ślimaka napędzana jest motoreduktorem poprzez przekładnię łańcuchową 15. Do króćców 16 zabudowanych w części stożkowej zgazowarki doprowadzany jest czynnik zgazowujący 17. Na płaszczu zgazowarki zabudowane są króćce przyłączeniowe do pomiaru temperatury płaszcza zgazowarki 18 oraz i ciśnienia atmosfery 19 we wnętrzu zgazowarki. Frakcja mineralna pozostała po zgazowaniu paliwa jest odprowadzana ze zgazowarki przy pomocy ślimacznicy 8 do wylotu 20.

Pionowy korpus zgazowarki 23 połączony jest ze stożkiem poziomym 12 zgazowarki by-passem 21 z zabudowaną przepustnicą 22. W czasie normalnej pracy zgazowarki istotne jest, aby gazy wytworzone w pionowej części zgazowarki - nad rusztem aktywnym 2 pokonywały całą (pełną) drogę - przez ruszt aktywny 2, przez całą długość ślimacznicy 8 aż do wylotu 11, a przez to będą miały długi

PL 231 641 B1 kontakt z paliwem, z którym będą reagować. W sytuacji kiedy w pionowej części zgazowarki nad rusztem aktywnym 2 wytworzy się zbyt duża ilość gazu, konieczne jest odciążenie układu i skierowanie części gazu by-passem 21 z pominięciem rusztu aktywnego 2. Ilość gazu upuszczonego jest regulowana przepustnicą 22 na podstawie pomiarów z ciśnień z czujników 19.

Wykaz oznaczeń 1— króciec wlotowy paliwa

- aktywny ruszt

- króciec spalin

- króciec doprowadzający czynnik zgazowujący

- czynnik zgazowujący

- główny zespół króćców doprowadzających czynnik zgazowujący

- czynnik zgazowujący

- ślimacznica

- sekcja o dużym skoku wstęgi ślimaka

- wstęga pełna

- króciec wylotowy

- stożkowa część zgazowarki w postaci ślimaka

- sekcja z pełną wstęgą

- wstęga mieszająca

- przekładnia napędu

- króciec w części stożkowej

- czynnik zgazowujący doprowadzany do zespołów króćców 16

- króciec pomiaru temperatury

- króciec pomiaru ciśnienia

- wylot odpadu ze zgazowarki

- by-pass regulacji i wyrównania ciśnienia

- przepustnica

- pionowy korpus zgazowarki

Zastrzeżenia patentowe

Claims (6)

1. Zgazowarka pionowo-pozioma ze złożem stałym składająca się z korpusu pionowego który ma w górnej części króciec doprowadzający materiał węglonośny i zamkniętego rusztem znamienna tym, że posiada w pionowej górnej części (23) króciec doprowadzającego materiał węglonośny (1) a pod nim ruszt aktywny (2) rozdrabniający karbonizat, zaś pod aktywnym rusztem (2) ma poziomą części stożkową w postaci ślimaka (12), w której ma ślimacznicę (8) wstęgową z sekcjami (10, 13) o zwojach pełnych przy czym pochylenie osi stożka do poziomu mieści się w przedziale od 0,5° do 10°, oraz liczbie sekcji o zwojach pełnych od 1 do 1 na każdy metr długości ślimacznicy, zaś liczba zwojów pełnych w jednej sekcji mieści się w przedziale od 0,5 do 4.

2. Zgazowarka według zastrz. 1, znamienna tym, że w części stożkowej (12) ma króćce (16) doprowadzające czynnik zgazowujący (17).

3. Zgazowarka według zastrz. 1, znamienna tym, że w części stożkowej (12) ma nie mniej niż jedną sekcje ślimacznicy (8) o pełnych zwojach wstęgi.

4. Zgazowarka według zastrz. 1, znamienna tym, że ślimacznica (8) posiada wstęgi mieszające (9 i 14).

5. Zgazowarka według zastrz. 1, znamienna tym, że pionowa część korpusu (23) i pozioma stożkowa część korpusu w postaci ślimaka (12) posiada zewnętrzną pętle by-pass (21) z przepustnicą (22).

6. Zgazowarka według zastrz. 1, znamienna tym, że część stożkowa w postaci ślimaka (12) w końcowej części ma wylot (20) frakcji mineralnej pozostałej po zgazowaniu paliwa.