UA123475C2 - Спосіб спалювання твердого палива - Google Patents

Abstract

Винахід належить до теплоенергетики і може бути використаний в теплоенергетичних установках, що працюють з попередньою газифікацією твердого палива. Спосіб спалювання твердого палива, в якому тверде паливо попередньо піддають фронтальному способу газифікації з отриманням генераторного газу, який характеризується тим, що в реакційну зону газифікації, назустріч руху палива, здійснюють подачу, попередньо підігрітого до температури 300-600 °C, закрученого потоку повітря, що створює периферійну високотемпературну зону окислення надлишкового тиску і розріджену центральну зону відновлення із зоною зворотного потоку, в яку подають продукти газифікації твердого палива, та водяного газу, утвореного при взаємодії розжареного вуглецю і водяної пари, яку отримують шляхом регенерації фізичної теплоти розплавленого шлаку, при його охолодженні. Технічний результат: підвищення ефективності процесу газифікації, покращення якості генераторного газу та зменшення теплових і шкідливих викидів у довкілля.

Description

Винахід належить до теплоенергетики і може бути використаний в теплоенергетичних установках, що працюють з попередньою газифікацією твердого палива.

Відомий спосіб газифікації твердого палива в шарових газогенераторах прямого процесу

ІС.Д.Федосеев, А.Б.Черньшев. Полукоксование и газификация твердого топлива.- М.:

Гостоптехиздат.- 1960. - 327с|, в якому тверде паливо, що газифікують, подають зверху вниз, а зону відновлення розташовують над зоною окислення, при цьому дуття в зону окислення подають знизу, під колосникову решітку і через шлакову зону.

В зоні окислення відбувається взаємодія вуглецю палива з вільним та зв'язаним киснем дуття, до утворення, переважно, двоокису вуглецю. Ці реакції, в основному, проходять в дифузійній області, що підтверджується сильною залежністю швидкості окислення від інтенсивності дуття, тобто від його відносної швидкості до розжареного вуглецю. При збільшенні відносної швидкості збільшується температура в зоні окислення і відповідно збільшується інтенсивність газифікації. Вплив відносної швидкості дуття проявляється і у зоні відновлення, де проходять основні реакції відновлення двоокису вуглецю в окис вуглецю і взаємодії розжареного вуглецю з парами води та утворення водяного газу (суміш СО і нг).

Ці реакції найбільше проявляються на межі зон окислення і відновлення, де є висока температура (вище 700 "С), а концентрація вільного кисню є незначною, що призводить до утворення основної маси СО і Не, які в значній мірі впливають на калорійність генераторного газу.

Одним із суттєвих недоліків відомого способу, що погіршує ефективність газифікації, є низька відносна швидкість дуття і неможливість її збільшення за рахунок інтенсифікації дуття, оскільки збільшення відносної швидкості, за межі критичної швидкості обтікання, неминуче призводить до порушення стійкості шару палива і аеродинаміки газового потоку, утворення локальних зон з високою, чи низькою температурою, виносом часток палива з шару, що змінює склад і калорійність газу.

Іншим недоліком даного способу газифікації є те, що максимальна температура процесу обмежується температурою плавкості золи вихідного палива, в силу можливого спікання золи і порушення аеродинаміки газового потоку, а це ускладнює роботу газогенератора з частковим, чи повним "затуханням" процесу. Для усунення цього недоліку температуру процесу обмежують шляхом зменшення відносної швидкості дуття, введенням додаткової кількості води із дуттям, а також використанням складних пристроїв для шуровки шару палива, що ускладнює процес і погіршує ефективність способу.

Найбільш близьким по технічній суті і результату, що досягається, є фронтальний спосіб газифікації (П.В. Скафа. Подземная газификация углей. М: ГОСГОРТЕХИЗДАТ, 1960. -322 сі, що вибрано за прототип.

Основна відмінність фронтального способу газифікації від розглянутого способу, полягає в тому, що напрям руху отриманого генераторного газу є прямо протилежним напрямку руху потоку дуття і переміщенню зони окислення в процесі газифікації, як показано на схемі: -нннн Г п --- 30 -- 3Т- -- 38-- 30

Д, де: П - подача палива; Д - подача дуття; Г - відведення генераторного газу; ЗС - зона сушки;

ЗТ - зона термічного розкладу; ЗВ - зона відновлення; ЗО - зона окислення.

Технічно фронтальний спосіб газифікації реалізують шляхом подачі струменя повітря в центр реакційної зони газифікації, де створюється зона окислення підвищеного тиску, 3 максимальною (до 1600-1800 "С) температурою процесу. Передача тепла до зони термічного розкладу і зони сушіння відбувається в основному, за рахунок радіаційного теплообміну і теплопровідності, оскільки потік гарячих газів вглибину шару палива проникає в незначній кількості. При цьому, інтенсифікація газифікації в зоні окислення досягається за рахунок високої температури процесу, високої відносної швидкості газового потоку, розвинутої зовнішньої і внутрішньої реакційної поверхні вуглецю, та покращення умов дифузії кисню до його поверхні внаслідок її постійного очищення струминою дуття.

Перевагою фронтального способу газифікації є можливість ведення процесу з рідким шлаковидаленням, тобто температура в зоні окислення підтримується значно вище температури плавлення золи вихідного палива, що підвищує інтенсивність і продуктивність процесу газифікації, оскільки її підвищення на 10 "С збільшує швидкість хімічних реакцій в 2-3 рази (П.В. Скафа. Подземная газификация углей. М: ГОСГОРТЕХИЗДАТ, 1960. -322 с|. При цьому, в залежності від швидкості і складу дуття, а також від відстані між соплом подачі дуття і розжареним вуглецем є можливість регулювання, як температурного режиму процесу газифікації, так і калорійності генераторного газу.

Проте, при збільшенні швидкості дуття збільшуються його питомі витрати, що призводить до погіршення калорійності генераторного газу в силу часткового окислення його горючих компонентів і додаткового його баластування негорючими продуктами згоряння.

Недоліком прототипу є і те, що створення зони підвищеного тиску в центрі зони окислення призводить до того, що леткі продукти із зон сушіння, термічного розкладу і зони відновлення тяжіють до її обтікання по периферії. При цьому, значна частина двоокису вуглецю і водяної пари не відновлюється до СО і Н2, а високомолекулярні сполуки (смоли) не піддаються термічному розкладу, що знижує ступінь газифікації і якість генераторного газу, який потребує складної і дорогої системи очистки.

Крім того, із зони окислення розплавленим шлаком виносяться дрібні частки вуглецю, що збільшує теплові втрати з розплавленим шлаком на величину їх хімічного і механічного недопалу. Загальна величина теплових втрат може сягати до 10 і більше відсотків, від потенційної теплоти вихідного палива, що суттєво погіршує енергетичну ефективність даного способу газифікації та забруднює довкілля тепловими і шкідливими викидами.

Суттєвим недоліком прототипу, що перешкоджає практичному його застосуванню, є труднощі з конструктивним оформленням системи подачі повітря, яка знаходиться у високотемпературній зоні і повинна відслідковувати переміщення зони окислення в глибину шару палива.

В основу винаходу поставлена задача вдосконалення фронтального способу газифікації твердого палива шляхом подачі, в реакційну зону газифікації, попередньо підігрітого до температури 300-600 С, закрученого повітряного потоку, що забезпечує підвищення продуктивності і інтенсивності процесу газифікації та регенерації фізичного тепла розплавленого шлаку для виробництва водяного газу, що додатково підвищує калорійність генераторного газу та зменшує теплові і шкідливі викиди у довкілля.

Поставлена задача вирішується тим, що у способі спалювання твердого палива, в якому тверде паливо попередньо піддають фронтальному способу газифікації з отриманням генераторного газу, згідно з винаходом, в реакційну зону газифікації, назустріч руху палива,

Зо здійснюють подачу, попередньо підігрітого до температури 300-600 "С повітря, закрученим потоком, що створює периферійну високотемпературну зону окислення надлишкового тиску і розріджену центральну зону відновлення із зоною зворотного потоку, в яку подають продукти газифікації твердого палива, та водяного газу, утвореного при взаємодії розжареного вуглецю і водяної пари яку отримують шляхом регенерації фізичної теплоти розплавленого шлаку, при його охолодженні.

Попередній підігрів повітря, що здійснюють шляхом часткової регенерації теплоти продуктів газифікації через стінку жарової труби пальника, дозволяє перегріти повітря до температури 900-1100 "С в просторі камери газифікації, при його переміщенні від пальника до зони окислення.

Такий підігрів повітря дозволяє зменшити його витрати, підвищити ефективність процесу за рахунок створення високотемпературної зони окислення і проведення процесу газифікації з високими швидкостями в режимі рідкого шлаковидалення. При цьому, при зменшенні повітряного дуття і відповідно баласту (двоокису вуглецю і водяної пари), підвищується калорійність генераторного газу і зменшуються викиди емісії МОх у довкілля при його спалюванні. А створення центральної розрідженої зони відновлення з температурою 750- 1000 С дозволяє піддавати термічному розкладу високомолекулярні сполуки (смоли), зі ступенем розкладу до 9095 ії утворенням неконденсованих горючих газів. Крім того, високі температури зони відновлення сприяють значному скороченню і баласту (диоксиду вуглецю і водяної пари) за рахунок їх відновлення в СО ії Н2, що підвищує калорійність генераторного газу, а загалом і ефективність всього процесу.

Підвищенню ефективності процесу сприяє також, регенерація теплоти розплавленого шлаку у воду, при його охолодженні в піддоні, що зменшує теплові викиди у довкілля щонайменше на 5-10 Фо, в залежності від зольності вихідного палива. При цьому, утворюється водяна пара яка надходить у зону відновлення, де взаємодіє з розжареним вуглецем до утворення водяного газу (суміші СО і Н2), що також підвищує калорійність генераторного газу.

Крім того, ефективність процесу газифікації підвищується і за рахунок збільшення часу перебування продуктів термічного розкладу у високотемпературній зоні відновлення, оскільки реакції відновлення проходять не тільки в шарі розжареного вуглецю, але й продовжуються в потоці суміші продуктів газифікації і мілюо дисперсного розжареного вуглецю, під час руху через бо простір камери газифікації і жарової труби пальника, до топки теплоенергетичної установки.

Суттєвим для підвищення ефективності способу спалювання твердого палива є спалювання генераторного газу в режимі самозаймання, без його охолодження, що підвищує його теплоту згоряння щонайменше на 20 95.

Вагомою перевагою способу є і те, що генераторний газ можна спалювати в існуючих теплоенергетичних установках, а внаслідок більш низьких робочих температур згоряння генераторного газу зменшуються шкідливі викиди у довкілля і особливо емісії МОХ.

Реалізація способу здійснюється наступним чином.

Подрібнене тверде паливо, із бункера, шнековим живильником, подають в камеру газифікації на колосникову решітку, де рухомий затиснутий шар палива підпалюють, при цьому отримані продукти згоряння відводять через жарову трубу пальника, у топку теплоенергетичної установки. Фронтально, назустріч руху палива, на його розжарену поверхню, з камери первинного повітря пальника подають потік повітря, попередньо підігрітого до температури 300- бО0С, від стінки жарової труби і закрученого в лопатевому апараті. Отримані продукти газифікації твердого палива, та водяного газу, утвореного при взаємодії розжареного вуглецю і водяної пари яку отримують шляхом регенерації фізичної теплоти розплавленого шлаку, при його охолодженні у піддоні, з камери газифікації, подають через жарову трубу в амбразуру топки, де змішують з підігрітим і закрученим в лопатевому апараті потоком повітрям, необхідним для повного їх спалювання в режимі самозаймання.

Таким чином, забезпечується очікуваний технічний результат, а саме - вдосконалення способу газифікації твердого палива. Реалізація способу, що заявляється, дає змогу підвищити інтенсивність і продуктивність процесу газифікації твердого палива, підвищити калорійність генераторного газу на 25-30 Фо і зменшити теплові викиди в навколишнє середовище на 5-10 9бо, а загалом, підвищити ефективність способу спалювання твердого палива в існуючих теплоенергетичних установках.

Claims (1)

1. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Спосіб спалювання твердого палива, в якому тверде паливо попередньо піддають фронтальному способу газифікації з отриманням генераторного газу, який відрізняється тим, Зо що в реакційну зону газифікації, назустріч руху палива, здійснюють подачу, попередньо підігрітого до температури 300-600 "С, закрученого потоку повітря, що створює периферійну високотемпературну зону окислення надлишкового тиску і розріджену центральну зону відновлення із зоною зворотного потоку, в яку подають продукти газифікації твердого палива, та водяного газу, утвореного при взаємодії розжареного вуглецю і водяної пари, яку отримують шляхом регенерації фізичної теплоти розплавленого шлаку, при його охолодженні.