Пристрій для газифікації вуглецевмісного дрібнозернистого матеріалу у завислому стані

1 Пристрій для газифікації вуглецевмісного дрібнозернистого матеріалу в завислому стані, що містить вертикально спрямовану шахту з похилими розбіжними догори бічними стінками і склепінням, у верхній частині якої встановлений живильник із завантажувальним каналом і щонайменше одна колосникова решітка з похилими донизу поверхнями, а в нижній частині встановлене по осі шахти і спрямоване догори дуттьове сопло, і щонайменше один випускний отвір для газу, виконаний над колосниковою решіткою, який відрізняється тим, що додатково містить камеру догазифікацм, установлену над шахтою і з'єднану з Винахід відноситься до області термічної обробки палива і може бути використаний при газифікації пилоподібного і дрібнозернистого вуглецевмісного палива с різнорідним розміром фракцій, наприклад, дров, деревних ВІДХОДІВ, торфу чи вугілля різного виду і якості В даний час, враховуючи обмеженість природних ресурсів нафти і газу, дуже актуальними є розробки, спрямовані на створення нових і удосконалювання відомих технологій і пристроїв для одержання газоподібних енергоносіїв і сировини для ХІМІЧНОГО синтезу Одним з таких способів є газифікація - процес дії на вуглецевмісне паливо газом чи парою при високих температурах і перетворення органічної маси палива в генераторний газ ВІДОМІ різноманітні конструктивні рішення генераторів - спеціальних пристроїв для газифікації вуглецевмісного палива, наприклад, генератори з природною тягою і східчастою решіткою братів Сименсів, генератори з рідким шлаковидаленням конструкцій Ебельмана, Вюрта, Пінча і багато інших нею через отвір, виконаний у склепінні шахти з утворенням заплечиків, при цьому випускні отвори для газу виконані у верхній частині камери догазифікацм під м склепінням, а завантажувальний канал живильника розташований тангенціально щодо стінок шахти і з'єднаний із джерелом текучого середовища під тиском 2 Пристрій за п 1, який відрізняється тим, що стінки камери догазифікацм похилі і розходяться догори, а м склепіння утворене опуклою сферичною поверхнею 3 Пристрій за пп 1, 2, який відрізняється тим, що випускні отвори для газу спрямовані по дотичній до поверхні склепіння камери догазифікацм 4 Пристрій за будь-яким з пп 1 - 3, який відрізняється тим, що в нижній частині камери догазифікацм встановлене додаткове дуттьове сопло, розташоване тангенціально і спрямоване у напрямку, протилежному напрямку завантажувального каналу живильника Аналогами об'єкта, що заявляється, є газогенератори, в основі яких лежить газогенератор Вінклера, процес газифікації в якому здійснюється в потоці газів, що інтенсивно рухаються Відомий пристрій для газифікації дрібних часток палива в завислому шарі, що містить конічну в нижній своїй частині шахту з верхньою і нижньою паливоподачею і обертовою колосниковою решіткою, встановленою в нижній частині шахти для вигоряння великих часток шлаку і палива, що падають з конуса шахти [а с СРСР № 42244, МКВ1 C10J03/56] Недоліком, який приводить до практичної непрацездатності пристрою, є забивання золою колосникової решітки і зміна інтенсивності дуттьового потоку, що приводить до порушення рівноважного стану завислих часток палива Вони падають на колосникові решітки, не встигши газифікуватися В [а с СРСР № 89982 МКВ1 C10J03/56, 1949 р] запропонована інша конструкція пристрою для газифікації дрібних часток палива в завислому 1 49772 шарі Дуття подається в шахту тангенціальне і створює ВИСХІДНІ вихрові потоки, де відбувається газифікація палива Колосникова решітка у пристрої відсутня Зазначена конструкція також не знайшла практичного використання внаслідок нерівномірності створюваного потоку і хаотичного розташування часток палива по висоті шахти Це приводить до нерівномірного розділення палива Дрібні частки звітрюються, не прореагувавши, важкі осідають на дно шахти разом із шлаком К К Д такої установки надзвичайно низький Пристрій може бути застосований тільки для палива з однорідним розміром фракцій В [а с СРСР № 90384 і № 95542 МКВ1 C10J03/56, 1950 р ] для підвищення к к д установки у пристрій введена додаткова зона догазифікацм у вигляді двох камер, циліндричної і конічної, установлених послідовно у верхній частині газогенератора Однак, основний недолік - неупорядкований розподіл часток палива по висоті шахти - в конструкції не усунений Унаслідок цього описаний пристрій не може бути застосований для газифікації неоднорідного дрібнозернистого матеріалу, яким є, наприклад, фрезерний торф або деревні стружки Розмір часток фрезторфу коливається від найтоншого пилу до 20мм Час вигоряння великих часток фрезерного торфу виміряється у годинах, а дрібних - частками секунди Через це вести газифікацію фрезерного торфу й інших дрібнозернистих палив на колосникових решітках з нижнім дуттям неможливо 3 іншого боку, для великих часток час вільного падіння їх у газовому струмені постійної швидкості виміряється секундами, тоді як для дрібних часток і пилу - хвилинами і годинами Це обставина також позбавляє можливості газифікувати дрібнозернисті палива в завислому стані Для того, щоб вести процес газифікації, необхідно домогтися відносної нерухомості часток при обтіканні їх газом, розподіляючи в шарі тиск дуття таким чином, щоб окремі фракції знаходилися в рівновазі з потоком газів, підтримувані тиском струменя на одному рівні Спроба вирішити цю задачу була зроблена в найбільш близькому до заявлюваного пристрої, описаному в [а с СРСР № 41106 МКВ1 C10J03/56, 1933 р) Цей пристрій для газифікації вуглецевмісного дрібнозернистого матеріалу в завислому стані являє собою вертикально спрямовану шахту з похилими, розбіжними догори бічними стінками, виконаними у вигляді призми чи конуса, і склепінням У верхній частині шахти встановлена колосникова решітка з нахиленими вниз поверхнями Живильник із дрібнозернистим паливом завантажують через насипну лійку, установлену по осі шахти зверху над колосниковою решіткою Дуттьове сопло розташоване вертикально в нижній частині шахти Випускний отвір для газу виконаний над колосниковою решіткою у верхній трапецієподібній частині шахти Паливо під дією власної ваги зсипається на решітку і розподіляється по перетину і висоті шахти нерівномірно У випадку неоднорідності фракцій це приводить до підвищеного винесення газами негазифікованих часток палива, спричиняє значні втрати пилоподібного палива і знижує ефективність роботи генератора В основу винаходу поставлена задача удосконалити пристрій для газифікації вуглецевмісного дрібнозернистого матеріалу шляхом уведення камери догазифікацм, зміни напрямку подачі палива і напрямку руху газових потоків у порожнині шахти Такі вдосконалення дозволяють значно зменшити втрати палива і збільшити вихід газу з одиниці ваги палива, а також дають можливість використовувати для газифікації паливо, неоднорідне за своїм фракційним складом Поставлена задача вирішена так Пристрій для газифікації вуглецевмісного дрібнозернистого матеріалу в завислому стані, подібно відомому, містить вертикально спрямовану шахту з похилими, розбіжними догори бічними стінками і склепінням та, щонайменше, один випускний отвір для газу У верхній частині шахти встановлені живильник із завантажувальним каналом і, щонайменше, одна колосникова решітка з нахиленими вниз поверхнями, а в нижній частині встановлене по осі дуттьове сопло, спрямоване догори Випускний отвір для газу виконаний над колосниковою решіткою ВІДПОВІДНО ДО винаходу, над шахтою встановлена камера догазифікацм пилогазової суміші, з'єднана з порожниною шахти через отвір, виконаний у склепінні шахти так, що в склепінні утворені заплечики для утримання важких часток палива у шахті При цьому випускні отвори для газу виконані у верхній частині камери догазифікацм під м склепінням, а завантажувальний канал живильника розташований тангенціальне щодо стінок шахти і з'єднаний із джерелом подачі під тиском текучого середовища у вигляді газу або паро-газової суміші Переважним є виконання пристрою, при якому стінки камери догазифікацм похилі і розходяться догори, а м склепіння утворене опуклою сферичною поверхнею Бажано, щоб при цьому випускні отвори для газу були спрямовані по дотичній до сферичної поверхні склепіння камери догазифікацм У МІСЦІ розташування отвору в нижній частині камери догазифікацм може бути встановлене додаткове дуттьове сопло, розташоване тангенціальне і спрямоване у напрямку, протилежному від напрямку завантажувального каналу живильника Тангенціальне розташування завантажувального каналу живильника і з'єднання його з джерелом тиску газу утворює вихровий рух палива під час його завантаження в шахту Паливо обертається і розшаровується під дією сил, які діють на частки, пропорційно їхній масі Важкі частки займають положення ближче до периферії шахти, легкі - ближче до центра Частки рівномірно розподіляються по конусу колосникової решітки, прогріваються в атмосфері парогазового носія, на якому працює пристрій Важкі і великі частки скочуються до периферії колосникової решітки і стінок шахти Поверхні решітки нахилені вниз, просушені частки скачуються по поверхням Через зазор між стінками шахти і краєм колосникової решітки вони потрапляють під решітку і заповнюють простір під решіткою, розшаровуючись по висоті Залежно від ваги частки розташовуються на різній відстані від дуттьового сопла, урівноважені швидкістю газу, що витікає з нього 3 часом вага частки зменшується, вона піднімається нагору Частково газифікована 49772 частка, захоплена газом, вилетіла б з камери через випускний отвір, якби не заплічки і додаткова камера, догазифікації Частки невеликої маси, що розташовуються в шахті ближче до центра, вилітають через отвір і потрапляють у камеру догазифікації, установлену над шахтою, а важкі, що містяться поза зоною отвору, вдаряються об заплічка і повертаються назад у шар палива Частки палива, які потрапили у камеру догазифікації, газифікуються в ній цілком, піднімаються при цьому ще вище і виходять через випускні отвори, виконані у верхній и частині Похиле виконання стінок камери догазифікації з розширенням догори і форма її склепіння поліпшують розшарування часток по висоті і збільшують час перебування їх у камері догазифікації Розширення верхньої частини камери знижає швидкість потоку газу перед випускними отворами Застосування зустрічних напрямків потоку з дуттьового сопла і потоку палива з живильника створює повітряний шлюз, який перешкоджає швидкому проникненню пилоподібного палива в камеру догазифікації Крім того, подача через сопло перегрітої пари і високотемпературного газу збільшує ефективність догазифікації пилоподібних часток, що попали в камеру, за рахунок додаткового нагрівання камери і конверсії вуглецю в атмосфері перегрітої водяної пари Створення спиралеподібної траєкторії часток додатково затримує їх в камері догазифікації Заявлений винахід пояснюється кресленням, на якому схематично представлено зображення вертикального розрізу пристрою для газифікації Варто сказати, що креслення, як і нижче наведений приклад конкретного виконання пристрою, тільки пояснюють суть винаходу, ніякою мірою не обмежуючи обсяг прав, визначений його формулою Так, наприклад, шахта може мати форму призми чи форму конуса У верхній частині шахти може бути встановлена одна або декілька колосникових решіток, розташованих східчасте одна під однією, з нахиленими вниз поверхнями КІЛЬКІСТЬ решіток залежить від розміру фракцій палива і швидкості дуттьового потоку в шахті, а також робочих температур у порожнині газифікації Як приклад наведене переважне виконання пристрою з конічною шахтою, конічною камерою догазифікації, орієнтованими тангенціальне випускними отворами і додатковим дуттьовим соплом, спрямованим тангенціальне убік, протилежно напрямку завантажувального каналу Пристрій містить шахту 1, викладену шамотовою цеглою і розміщену в металевому кожусі (на кресленні не показаний) Шахта 1 являє собою усічений конус, звернений великою основою догори Кут конусності шахти може становити від 35° до 55° Такий кут забезпечує оптимальні умови для рівномірного розташування часток палива по висоті шахти в залежності від розміру їхніх фракцій У центрі нижньої частини шахти встановлене спрямоване догори дуттьове сопло 2 Сопло 2 виконане у вигляді труби і утворює із стінками шахти кільцевий отвір З У нижній частині шахти під нижньою основою конуса розташована зольна коробка 4, що виконана у вигляді металевого короба У верхній частині шахти під и склепінням 5 установлена колосникова решітка 6 з нахиленими вниз поверхнями Решітка 6 установлена по осі шахти з утворенням між стінками шахти і решіткою зазору 7 Решітка має конічну поверхню, що розширюється донизу Кут конусності конуса решітки переважно складає 45° У випадку, коли колосникових решіток декілька, їх розміщають у верхній частині шахти в кілька рядів східчасте Над колосниковою решіткою тангенціальне щодо стінок шахти встановлений живильник 8 із завантажувальним каналом 9, з'єднаним із джерелом стиснутого повітря, наприклад, компресором Живильник являє собою бункер з паливом, з'єднаний з транспортером, наприклад, шнековим Завантажувальний канал 9, виконаний у вигляді труби, з'єднаної з бункером Завантажувальний канал встановлено так, що його вихідний отвір 10 розташований тангенціальне щодо поперечного переріза шахти У центральній частині склепіння 5 шахти виконаний отвір, у якому встановлена камера 11 догазифікації Камера 11 виконана так, що склепіння 5 утворює заплечики 12, для утримання в шахті часток палива, яке піддають газифікації Склепіння 13 камери 11 виконане у вигляді опуклої сферичної поверхні Під склепінням камери утворений випускний отвір 14, орієнтований по дотичній до поверхні склепіння 13 У нижній частині камери 11 тангенціальне щодо бічної поверхні встановлене додаткове дуттьове сопло 15 Сопло 15 спрямоване у напрямку, протилежному від напрямку завантажувального каналу 9 живильника 8 Заявлений пристрій працює в такий спосіб Нагрітий до температури 1000° газ подають через дуттьове сопло 2 у порожнину шахти 1 Швидкість подачі газу близько 14м/сек Газ заповнює порожнину шахти, створює і нагріває потік, який спрямований нагору і пронизує колосникову решітку Дрібнозернисте паливо з бункера живильника 8 безупинно подають під тиском у верхню частину шахти 1 Тангенціальна подача палива під тиском закручує паливно-газовий потік, змушуючи його рухатися по спіралі Частки палива неоднорідні по розміру і масі Під ДІЄЮ відцентрової сили кожна частка обертається щодо осі шахти і займає положення щодо осі, пропорційно своїй масі Частки опускаються на решітку вже частково розділені на фракції Дрібні частки займають положення ближче до центра обертання, важчі - далі від центра На решітці частки прогріваються і підсушуються Завдяки дії відцентрової сили і дії дуттьового газового потоку, частки знаходяться в постійному русі Частки малого розміру вступають у стадію газифікації відразу на решітці, газифікуються і, підхоплені потоком газу з дуттьового сопла і газом, отриманим від газифікації, злітають над решіткою Оскільки частки малої ваги, були розташовані на решітці ближче до центра, вони пролітають через отвір у склепінні 5 шахти і попадають у камеру 11, де додатково нагріваються газом чи парою з додаткового дуттьового сопла 15 і розкладаються далі БІЛЬШІ частки, які осіли на решітці далі від центра, і розташовані таким чином нижче дрібніших центральних часток, при газифікації піддаються більш високому температурному впливу Найважчі частки зсковзують з решітки і через зазор 7 між стінкою шахти і решіткою 6 опускаються вниз на рівень, де вони знаходяться в рівнова 49772 жному стані під дією газового потоку дуттьового сопла Кожна частка, залежно від свого розміру, знаходить свою зону газифікації і там газифікується Гарячий газ піднімається нагору Разом з газом можуть підніматися частки палива, які прореагували частково Заплечики 12 і зустрічний дуттьовий потік додаткового дуттьового сопла 15 створюють повітряний шлюз на шляху проникнення таких часток в камеру 11 Частки золи, що оплавились і обважніли, відкидаються вихровим потоком паливоповітряної суміші на стінки шахти і сповзають по них через кільцевий отвір 3 у зольну коробку 4, звідки видаляються за допомогою спеціальних пристроїв (на кресленні не показані) У такий спосіб здійснюється повна газифікація палива незалежно від неоднорідності його фракцій Це дозволяє газифікувати, поряд з високоякісним вугіллям, дешеві деревні відходи, фрезерні крихти торфу Описаний пристрій може переробляти таким чином до 15 тон подрібненого вугілля за годину Допустима вологість вугілля при цьому становить до 30% Згідно ІЗ закладеною технологією газифікації пристрій може працювати у двох режимах 8 У першому режимі роботи пристрою можна отримувати простий повітряний синтез газу такого усередненого складу СО 2 8%, О2 0,5%, СО 25%, Н2 14%, СН4 6%, N2 45%, CmHm 1% Вихід газу у першому режимі із 1 тони палива 3 становить 1800м /год, при цьому калорійність газу 3 1440ккал/м У другому режимі роботи пристрою отримують газ усередненого складу СО 2 12%, О2 0,2% CO 32%, н2 сн 4 CmHm 48%, 2,5%, 0,1% Вихід газу у другому режимі із 1 тони палива становить 1000м3/год, при його калорійності 3000ккал/м3 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71