Спосіб генерації відновних газів

Реферат: Спосіб генерації відновних газів включає двостадійну газифікацію палива без доступу повітря. На першій стадії паливо нагрівають алотермічним методом (зовнішнім джерелом в замкнутому об'ємі) до температури 900-1100 °C, а на другій - здійснюють плазмовий нагрів до температури 1200 °C. UA 118420 U (54) СПОСІБ ГЕНЕРАЦІЇ ВІДНОВНИХ ГАЗІВ UA 118420 U UA 118420 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до чорної металургії і може бути використана в доменній плавці, безкоксовій металургії і в електроенергетиці для генерації електроенергії і тепла на теплових електростанціях (ТЕС) і заводських ТЕЦ. Відомі різні способи генерації ГВГ шляхом газифікації палива, наприклад пиловугільного палива, засновані на двох енерготехнологічних схемах: реактор-газифікатор (РГ)-фурма і РГдомна, тобто прифурмена газифікація і газифікація в центральному реакторі-газифікаторі. Відомий спосіб [1], в якому газифікацію палива проводять у фурменому приладі газифікаторі доменної печі, що містить фурму з підведенням дуття і палива, наприклад пиловугільного, і виконаний у вигляді з'єднаних камер з вхідним і вихідним патрубками, причому вхідний патрубок сполучений з колектором і забезпечений форсункою подачі пиловугільного палива, а вихідний патрубок другої камери сполучений з підведенням дуття до фурми. Гаряче дуття, збагачене киснем, надходить з колектора в патрубок реактора, який сполучений з реактором. Через відвідний патрубок потік гарячих відновних газів вдувається в доменну піч. Недоліком прифурменої газифікації палива є попадання в шлак не газифікованих вугільних частинок, які значно ускладнюють дренаж розплаву через коксову насадку і обмежують можливість генерації великої кількості відновних газів, яка залежить від зольності вугілля і повноти їх газифікації на фурмах. Недоліком прифурменої газифікації є також попадання в доменну піч зріджених частинок золи. Для усунення вказаних недоліків і забезпечення високих витрат пиловугільного палива з підвищенням допустимої його зольності доцільно винести процес газифікації палива з робочого простору доменної печі і організувати газифікацію в спеціальних агрегатах-газогенераторах з подальшим вдуванням отриманих гарячих відновних газів (ГВГ) у фурми горна, тобто по схемі РГ-домна. Така схема використана в розробленому інститутом високих температур АН СРСР (ІВТАН) вихровому реакторі-газифікаторі пиловугільного палива для установки на всю піч (РГ-домна) [2] - найближчий аналог. Вихровий реактор-газифікатор представляє двоступінчату циліндрову камеру з тангенціональними патрубками підведення окислювача і пиловугільного палива і відведення продуктів газифікації - відновних газів (ВГ). У першому розширеному ступені відбувається запалення палива і газифікація у вихровому закрученому потоці при коефіцієнті надлишку окислювача а=0,4-0,5. У другому ступені завершується газифікація частинок палива. Розплавлені частинки шлаку відкидаються завдяки сепарації на стінки, утворюючи рідку плівку гарнісажу, яка стікає через льотку в шлаконакопичувач, його об'єм лімітує кількість витраченого палива. У даному способі використовується автотермічний процес - спалювання частинок палива і газифікація здійснюється спільно в єдиному газогенераторному об'ємі. При цьому в ГВГ потрапляють продукти згоряння палива, наприклад, СО 2. Відомо, що при підвищенні вмісту в ГВГ окислювача (СО2) на 1 %, витрата коксу збільшується на 3 % [3], неприпустимо також в даному способі використання повітря при спалюванні палива унаслідок значного вмісту в ньому азоту - баластного газу для доменної плавки. Способи [1] і [2] газифікації палива є термічними, при яких не вдається досягти ступеня газифікації >80 %, у отриманих відновних газах присутній коксовий залишок і значна кількість окислювачів (СО2, Н2О), які погіршують якість відновних газів. У основу корисної моделі поставлено задачу удосконалити спосіб генерації відновних газів, в якому зміна умов здійснення дій дозволяє підвищити ступінь газифікації палива і поліпшити якість відновних газів. Для вирішення поставленої задачі спосіб генерації відновних газів включає двостадійну газифікацію палива без доступу повітря, згідно корисної моделі, на першій стадії паливо нагрівають алотермічним методом (зовнішнім джерелом в замкнутому об'ємі) до температури 900-1100 °C, а на другій - здійснюють плазмовий нагрів до температури 1200 °C, причому при газифікації твердого палива його подають на першу стадію у вигляді паровугільної суспензії, при газифікації очищеного від пилу колошникового газу його подають на першу стадію у вигляді парогазової суспензії, при сумісній газифікації твердого і газоподібного палива їх подають на першу стадію у вигляді парогазовугільної суспензії. Схема реалізації способу представлена на кресленні, і здійснюється таким чином. Паровугільна суспензія надходить в канали алотермічної зони І, усередині якої по своєму каналу проходить потік гарячих газів, що створюються пальниками, які можуть використовувати частину ГВГ, що генерується. Теплопередача і розігрівання суспензії в зоні І відбувається через стінку каналу продуктів горіння, які не змішуються з паровугільною суспензією, яка в процесі зовнішнього теплопідводу розігрівається до температури близько 1100 °C на виході в камеру 1 UA 118420 U 5 10 15 20 25 30 змішення II - зона плазменого нагріву, де холодна плазма водяної пари, яка надходить від пароперегрівача, розігріває суспензію до 1200 °C. Відновні гази направляють споживачеві, а зола і сірка, зв'язана до 95 % кальцієм золи, осідають в бункері золи. У пропонованому способі відбувається очищення ГВГ на першій і другій стадіях від можливої присутності окислювачів по реакціях [3]: СО2 + С = 2СО -166320 кДж; Н2О + С = СО + Н2-124870 кДж. Усувається також присутність коксового, вугільного залишку - частинок твердого вуглецю, а на першій, алотермічній стадії, усувається можливість попадання в ГВГ азоту, оскільки газифікація відбувається із зовнішнім теплопідводом, що виключає попадання продуктів спалювання в зону газифікації, куди подрібнене паливо подають у вигляді паровугільної суспензії. Таким же чином можна газифікувати колошниковий газ, заздалегідь очищеного від пилу, оскільки в ньому може міститися рудний пил. Колошникові гази подають на газифікацію на першу стадію у вигляді парогазової суспензії. У такий спосіб можлива газифікація спільно подрібненого твердого палива з очищеним від пилу колошниковим газом, заздалегідь підготовленим у вигляді парогазовугільної суспензії. Це дозволить понизити витрату твердого палива при збереженні обсягу виробництва ГВГ або збільшити обсяг виробництва ГВГ залежно від потреби виробництва. У корисній моделі для отримання безазотистого газу з високою теплотворною здатністю без витрат вуглецю газифікованого палива для підігріву газофікованої суміші до високої температури передбачено використовувати алотермічний процес, а для отримання газу з високим вмістом монооксиду вуглецю і водню в другій стадії газифікації в корисній моделі використовують низькотемпературну плазму. Застосування плазмового нагріву на другій стадії істотно підвищує ефективність газифікації палива і усуває баластні добавки (СО2 і N2), пов'язані із спалюванням частини палива в традиційних автотермічних процесах. Більш того, при підвищенні плазмового нагріву до 1500-1800 °C сірка вугілля, що виходить, повністю переганяється і зв'язується в сірководень, очищення газів від якого освоєне в промисловому масштабі. Значний вплив на процес газифікації і склад отримуваних відновних газів надає природа газифікуючого агента. При газифікації палива в плазмі водяної пари газоподібні продукти перебувають більш ніж на 95 % із CO і Н2, причому об'ємний вміст водню вищий, ніж вміст монооксиду вуглецю, а вміст СО2 в продуктах газифікації при алотермічних процесах газифікації значно нижче чим при звичайних автотермічних процесах (див. таблицю) [4]. 35 Таблиця Склад газів, отриманих в автотермічних і алотермічних процесах Найменування процесу СО2 Автотермічний процес: газифікації дрібнозернистого палива в "киплячому" шарі Алотермічний процес: газифікація пилоподібного палива у плазмі водяної пари 40 45 50 Вміст вихідного газу, % СО Н2 СН4 N 19,0 38,0 40,0 2,0 1,0 1,5 41,8 54,6 0,1 2,0 З таблиці видно, що вміст відновних газів при газифікації в автотермічному процесі (СО і Н2) складає 78 %, за запропонованим способом - 96,4 %. Пропонований спосіб генерації відновних газів дозволяє отримувати ГВГ з мінімальним вмістом окислювачів (СО2 + Н2 ≤ 3 %), виключається вміст коксового, вугільного залишку. Окрім цього розширюється придатна для отримання ГВГ паливно-сировинна база за рахунок використання низькосортного вугілля, торфу, колошникового газу, а також можлива повна заміна природного газу в доменному процесі. Джерела інформації: 1. Патент РФ № 2016066 от 1994 г. 2. И.Г. Товаровский, В.П. Лялюк / Эволюция доменной плавки. Монография. Днепропетровск: "Пороги", 2001. - 427 с. 3. Е.Ф. Вегман [и др.] / Металлургия чугуна. - М.: ИКЦ "Академкнига", 2004. - 776 с. 4. Г.В. Губін, В.О. Півень / Сучасні промислові способи безкокосової металургії заліза. Кривий Ріг, 2010. - 335 с. 2 UA 118420 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 1. Спосіб генерації відновних газів, що включає двостадійну газифікацію палива без доступу повітря, який відрізняється тим, що на першій стадії паливо нагрівають алотермічним методом (зовнішнім джерелом в замкнутому об'ємі) до температури 900-1100 °C, а на другій - здійснюють плазмовий нагрів до температури 1200 °C. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що при газифікації твердого палива його подають на першу стадію у вигляді паровугільної суспензії. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що при газифікації очищеного від пилу колошникового газу його подають на першу стадію у вигляді парогазової суспензії. 4. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що при сумісній газифікації твердого і газоподібного палива їх подають на першу стадію у вигляді парогазовугільної суспензії. Комп’ютерна верстка О. Рябко Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3