Спосіб рециркуляції дрібнозернистих твердих речовин, які виносяться з реакційної ємності газом-носієм, і пристрій для його здійснення

1 Спосіб рециркуляції дрібнозернистих твердих речовин, що виносяться з реакційної ємності (1) газом-носієм, таких як частинки вугілля і заліза, зокрема, що виносяться з плавильно - газифікаційного апарата, з точки випуску (біля 2) реакційної ємності (1) в точку повернення (біля 15) реакційної ємності (1), згідно з яким тверді речовини ВІДДІЛЯЮТЬ в сепараторі твердих речовин (4), зокрема циклоні, і потім повертають в реакційну ємність (1) за допомогою газу-носія при підтримці різниці тиску між сепаратором твердих речовин (4) і точкою повернення (біля 15), і принаймні частково піддають газифікуванню і/або згорянню після введення в реакційну ємність (1) при подачі кисню, який відрізняється тим, що відділену тверду речовину безпосередньо і безперервно відсмоктують з сепаратора твердих речовин (4) за допомогою робочого газу під впливом інжектора, прискорюють і транспортують в реакційну ємність (1) 2 Спосіб по п 1, який відрізняється тим, що швидкість потоку робочого газу після входження в контакт з твердою речовиною рівна або більше швидкості звуку 3 Спосіб по п 1 або 2, який відрізняється тим, що тверду речовину після відділення фільтрують 4 Спосіб по будь-якому з пп 1-3, який відрізня ється тим, що після виходу з сепаратора твердих речовин (4) тверду речовину псевдозріджують 5 Спосіб по будь-якому з пп 1-4, який відрізняється тим, що як робочий газ використовують азот і/або охолоджений і очищений технологічний газ 6 Спосіб по п 5, який відрізняється тим, що охолоджений і очищений технологічний газ отримують з відновного газу, який містить CO і ЬЬ 7 Пристрій для здійснення способу по будь-якому з пп 1-6, який містить реакційну ємність (1), зокрема плавильно - газифікаційний апарат, газовідвідний трубопровід (2), що виходить з реакційної ємності (1) і веде в сепаратор твердих речовин (4), зокрема циклон, з якого виходить ВІДВІДНИЙ трубопровід твердих речовин (9), що транспортує відділені тверді речовини в інжектор (12), а також містить рециркуляційний трубопровід твердих речовин (14), що веде з інжектора (12) в реакційну ємність (1) і відкривається в останній через пиловий пальник (15), який відрізняється тим, що сепаратор твердих речовин (4) з'єднаний безперервним каналом з пиловим пальником (15) через інжектор (12) і рециркуляційний трубопровід твердих речовин (14) 8 Пристрій по п 7, який відрізняється тим, що нижче по потоку від сепаратора твердих речовин (4) встановлений фільтр грубого очищення (19) 9 Пристрій по п 7 або 8, який відрізняється тим, що нижче по потоку від сепаратора твердих речовин (4) встановлений бак для твердих речовин (18), забезпечений псевдозріджуючим елементом (26) на вході в трубопровід відведення твердих речовин 10 Пристрій по будь-якому з пп 7 - 9 , який відрізняється тим, що інжектор (12) виконаний у вигляді накопичувального бака для твердих речовин (23), забезпеченого дренажним отвором із затворним елементом (25) 11 Пристрій по п 10, який відрізняється тим, що накопичувальний бак (23) забезпечений псевдозріджуючим елементом (26) в області днища (24) 12 Пристрій по будь-якому з пп 7 - 1 1 , який відрізняється тим, що ВІДВІДНИЙ трубопровід твердих речовин (9) виконаний так, що рівномірно розширяється в напрямі від бака твердих речовин (18) до інжектора (12) О 00 47498 Винахід відноситься до способу рециркуляції дрібнозернистих твердих речовин, таких як частинки вугілля і заліза, що виносяться з реакційної ємності, зокрема, плавильно-газифікаційного апарату, за допомогою газу-носія, з точки винесення з реакційної ємності в точку повернення в реакційну ємність, де тверді речовини ВІДДІЛЯЮТЬСЯ в сепараторі твердих речовин, зокрема, циклоні, і потім повертаються в реакційну ємність за допомогою газу-носія, при підтримці різниці тиску між сепаратором твердих речовин і точкою повернення, і принаймні частково газифікуються і/або згоряють після введення в реакційну ємність при подачі кисню, а також до пристрою для здійснення цього способу Спосіб вищезазначеного типу відомий з ЕР-А0493752 У цьому способі гарячий пил з плавильно-газифікаційного апарату ВІДДІЛЯЮТЬ В гарячому циклоні і повертають в плавильно-газифікаційний апарат через пальник Щоб подолати різницю тиску між гарячим циклоном і плавильногазифікаційним апаратом, рециркуляцію здійснюють через шлюзову систему з декількома бункерами МІЖ КОЖНИМ З ДВОХ ШЛЮЗІВ Відновний газ, що виводиться з плавильногазифікаційного апарату, має температуру близько 1050°С і виносить значну КІЛЬКІСТЬ пилоподібних твердих речовин Пилове навантаження у відновному газі складає близько 150г/м3 Відразу після виходу, температуру відновного газу знижують до ~ 850°С шляхом введення охолоджуючого газу, головним чином, сумісного охолоджуючого газу Тверду речовину, що в основному складається з суміші частинок вугілля і заліза, безперервно ВІДДІЛЯЮТЬ в гарячому циклоні Оскільки ця тверда речовина володіє високою абразивністю, відома шлюзова система не тільки вимагає використання конструкції, що дорого коштує, але і зазнає високої міри зносу Тверда речовина передається в інжектор періодично, партіями, тому безперервний режим роботи пилового пальника не забезпечується, і ефективність пилового пальника гіршає Тверда речовина може осідати в бункері, засмічуючи його, внаслідок чого потік пилу може бути заблокований Спосіб рециркуляції дрібнозернистих твердих частинок, що виносяться з реакційної ємності газуносія, відомий з ЕР-В-0278287 У цьому способі тверді частинки, що нагромаджуються в сепараторі твердих речовин, передаються в накопичувальний бак і нагромаджуються там Накопичувальний бак служить в цьому випадку компенсаційним баком, з якого тверді частинки відводять за допомогою гарячого реакційного газу, що безпосередньо виводиться з реакційної ємності і що безпосередньо повертається в реакційну ємність через інжектор У накопичувальному баку тверді частинки можуть осідати, внаслідок чого потік твердих частинок може бути заблокований, зокрема, через те, що гарячий газ-носій виводиться безпосередньо з реакційної ємності, що може викликати спікання і часткове плавлення твердих частинок У відомому способі інжектор відкривається безпосередньо в реакційну ємність Задача даного винаходу складається в усуненні цих недоліків і труднощів і в рішенні технічної задачі створення способу і пристрою для здійснення способу, які забезпечують рециркуляцію твердих речовин без застосування рухомих частин, які можуть бути піддані високому зносу і впливу змінних термічних навантажень, і в яких, зокрема, рециркуляція повинна здійснюватися безперервним і керованим чином, а різниця тиску між випускним отвором з сепаратора твердих речовин і реакційною ємністю повинна долатися без проблем Крім того, з високою мірою надійності повинен бути забезпечений безаварійний безперервний потік твердих речовин У способі вищезазначеного типу ця задача вирішується шляхом прямого і безперервного відсмоктування відділених твердих частинок за допомогою робочого газу під впливом інжектора, їх прискорення і транспортування в реакційну ємність Таким чином, по винаходу, в нормальних робочих умовах створюється повністю відкрита ЛІНІЯ між сепаратором твердих речовин і реакційною ємністю, без яких-небудь зон для затримок і накопичення Робочий газ всмоктує тверді частинки безпосередньо з сепаратора твердих речовин разом з невеликою частиною газу-носія, який розсіюється в сепараторі твердих речовин Це гарантує, що тверді частинки будуть постійно знаходитися в русі і не будуть осідати Таким чином, надійно запобігається небезпека злипання частинок і, отже, блокування потоку пилу Швидкість потоку робочого газу повинна бути переважно рівна або більше швидкості звуку (при надкритичному співвідношенні тиску), щоб забезпечити високу робочу стабільність рециркуляції твердих частинок Доцільно використати як робочий газ азот і/або охолоджений і обчищений технологічний газ ВІДПОВІДНО ДО переважного варіанту здійснення, охолоджений і обчищений технологічний газ отримують з відновного газу, який містить CO і ЬЬ Пристрій для здійснення способу по винаходу з реакційною ємністю, зокрема, плавильногазифікаційним апаратом, газовідвідним трубопроводом, що виходить з реакційної ємності і веде в сепаратор твердих речовин, зокрема, циклон, з якого виходить ВІДВІДНИЙ трубопровід твердих речовин, що транспортує відділені тверді речовини в інжектор, а також з рециркуляційним трубопроводом твердих речовин, ведучим з інжектора в реакційну ємність і що відкривається в останній через пиловий пальник, відрізняється тим, що сепаратор твердих речовин з'єднаний безперервним каналом з пиловим пальником через інжектор і рециркуляційний трубопровід твердих речовин Компонування пристрою по винаходу просте і забезпечує абсолютно безперешкодний потік твердих речовин в нормальних експлуатаційних умовах, а також, оскільки тверді речовини відсмоктуються безпосе 47498 редньо і безперервно, забезпечує підвищену ефективність роботи сепаратора твердих речовин, за рахунок чого істотно знижуються втрати пилу Просте компонування пристрою по винаходу забезпечує дуже низькі витрати по обслуговуванню, а також високу доступність і високі експлуатаційні якості пристрою Для відділення великих частинок, наприклад, кускового вугілля і шматків коксу, нижче по потоку від сепаратора твердих речовин встановлений фільтр грубого очищення Для того щоб не виникало затримок у відділенні твердих речовин у разі збурень в лінії рециркуляції пилу, ВІДПОВІДНО до переважного варіанту винаходу, нижче по потоку від сепаратора твердих речовин встановлений бак для твердих речовин, забезпечений псевдозріджуючим елементом на вході в трубопровід відведення твердих речовин Бак для твердих речовин в нормальних експлуатаційних умовах не працює, тобто тверді частинки вільно просіваються через цей бак шляхом вільного падіння Для забезпечення можливості відведення великих частинок, наприклад, твердих речовин, що ВІДДІЛИЛИСЯ від вогнетривкої футерівки трубопроводу відведення, без ускладнення потоку твердих речовин, інжектор зручно зкомпонований у вигляді накопичувального бака для твердих речовин, виконаного як бак, забезпечений дренажним отвором, який може закриватися затвором, при цьому накопичувальний бак доцільно постачати псевдозріджуючим елементом в області днища Далі винахід буде описаний більш детально у вигляді варіантів, представлених на малюнках, де Фіг 1 показує загальну схему звичайної системи рециркуляції твердих речовин, а Фіг 2 схематично показує рециркуляцію твердих речовин по даному винаходу Згідно ІЗ звичайною технологією, показаною на Фіг 1, відпрацьований газ, який отриманий шляхом газифікації вугілля і потім використовується як відновний газ, відводиться з реакційної ємності, виконаної у вигляді плавильно-газифікаційного апарату 1, який служить для плавлення губчастого заліза і одночасного виробітку відновного газу з вуглецевмісного матеріалу, через ВІДВІДНИЙ трубопровід 2, що відкривається в верхню частину плавильно-газифікаційного апарату 1 Оскільки частинки твердої речовини, від дрібних до пилоподібних, захоплюються відпрацьованим газом, який є газом-носієм цієї твердої речовини, то його подають в сепаратор твердих речовин 4, переважно виконаний у вигляді гарячого циклону Відразу після виходу відновного газу з плавильно-газифікаційного апарату 1 у відновний газ подають сумісний охолоджуючий газ, внаслідок чого відновний газ набуває відповідну для подальшого відновлення залізняку температуру, а надлишкове температурне навантаження на гарячий циклон 4 меншає Тверді речовини, відділені в гарячому циклоні 4, осідають і нагромаджуються в бункері циклону 6, вбудованому в гарячий циклон Потім тверді речовини партіями транспортують через систему бункерів, приєднану нижче за течією Для цього у ВІДВІДНІЙ трубі 9, що встановлено між бункерами 6, 7 і 8 і з'єднує їх, встановлені заслінки 10 Нарешті, тверду речовину по можливості рівномірно подають в інжектор 12 за допомогою дозуючого елемента 11, наприклад, клапана, що дозує, або, згідно з іншим варіантом здійснення, лопатевого затвора (тут не показаний) Інжектор 12 працює, наприклад, на азоті N2 як робочому газі, який подають через трубу 13 і він транспортує тверду речовину в плавильно-газифікаційний апарат 1 через рециркуляційний трубопровід твердих речовин 14, що відкривається в пиловий пальник 15 Кисень подають в пиловий пальник 15 через трубопровід подачі кисню 16 По мірі згоряння/газифікації вуглецевої частини пилу відбувається спікання в агломераті решти, інертної, частини твердої речовини (Fe, вугільна зола, CaO, S1O2 і т д ) Агломерація твердих частинок запобігає їх зносу газом, присутнім в реакційній ємності Вони осідають на дно реакційної ємності і там плавляться або виводяться у вигляді шлаку Цей спосіб рециркуляції твердих речовин вимагає високих витрат по обслуговуванню Особливу проблему в рециркуляції твердих речовин створює система бункерів 6 - 1 0 , тобто система періодичного транспортування пилу, а також дозування твердої речовини Інший недолік системи рециркуляції твердих речовин, показаної на Фіг 1, складається в тому, що окремі бункери для твердих речовин 6 -10 повинні періодично закриватися для відключення від газопровідної системи технологічного процесу, що відбувається в реакційній ємності 1 Оскільки ТИСК В системі, тобто тиск в плавильно-газифікаційном апараті 1, а також в наступному відновному реакторі (не показаний), в який подається відновний газ, що утворився в плавильно-газифікаційном апараті, зазнає коливань, періодично виникають великі перепади тиску, які разом з потоками газу приводять до сильного зносу заслінок 10 Щоб підтримувати ці перепади тиску в прийнятних межах, потрібно труби для компенсації тиску, які детально не показані, але є у відомому пристрої з одного боку, між бункерами для твердих речовин 6, 7 і 8, і з іншого боку - між газопровідною системою плавильногазифікаційного апарату 1 і відновним реактором На Фіг 2 показана система рециркуляції пилу по винаходу Тверду речовину, відділену в гарячому циклоні 4, транспортують в ємність 18, вбудовану поблизу вихідного отвору циклону 17 У цій ємності 18, яка забезпечена вогнетривкою футерівкою, встановлена похила решітка 19, яка служить для відділення великих частинок, таких як шматки вугілля або коксу, які при необхідності відводять з ємності 18 через ВІДВІДНИЙ отвір 20 3 гарячого циклону 4 тверда речовина за рахунок вільного падіння просівається в ємності 18 - яка не працює під час нормальної експлуатації - проходить далі через відвідну трубу для твердих речовин 9, виконану у вигляді спускної труби, і всмоктується інжектором 12 Спускна труба 9 може бути циліндричною або, переважно, що розширяється донизу щоб уникнути засмічення Вона також переважно забезпечена вогнетривкою футерівкою 3 інжектора 12 виходить рециркуляційний трубопровід твердих речовин 14, ведучий в пиловий пальник 15 47498 Інжектор 12 переважно працює при надкритичним співвідношенні тиску, тобто швидкість робочого газу, який подається через інжектор за допомогою труби 13, рівна або більше швидкості звуку Як робочий газ може бути використаний азот або охолоджуючий газ, наприклад, охолоджений відновний газ Нижче за сопло робочого газу 22 корпус інжектора 21 переходить в накопичувальний бак 23, в який уловлюються великі частинки, такі як лусочки, що відшаровуються, або шматки футерівки, які можуть викликати засмічення Для вивантаження великих частинок днище 24 накопичувального бака 23 забезпечене запірно-випускним елементом 25 або пневматичним затвором (тут не показаний) Для полегшення відведення частинок днище бака 24 може містити псевдозріджуючі елементи 26, такі як, наприклад, кільцеподібне сопло, продувочні елементи, виконані з вогнетривкого матеріалу, елементи керамічної футерівки, сопла у вигляді самозапірних клапанів і т д Псевдозріджуючий газ може одночасно працювати як вторинний газ для інжектора 12 Псевдозрідження 8 регулюють таким чином, щоб дрібні частинки могли всмоктуватися інжектором і відводитися, і нагромаджувалися лише великі частинки У пристрої по винаходу запірно-випускні елементи 27 на вході в спускну трубу 9 і вище по потоку від пилового пальника 15 встановлюються лише на випадок ремонту і обслуговування Таким чином, при виникненні несправностей в ході експлуатації ємність 18 з'єднана нижче по потоку з гарячим циклоном 4, може також служити як буферний бак, при цьому запірно-випускний елемент 27 закривається Щоб запобігти осадженню твердих речовин в аварійній ситуації, у вихідного отвору бака 28, наприклад, на переході в спускну трубу 9, також передбачені псевдозріджуючі елементи 26 Винахід не обмежено описаним варіантом здійснення і може бути модифіковано в різних відносинах Він застосований не тільки до плавильногазифікаційних апаратів, але також і до реакторів 1 будь-якого типу, в яких відведення твердих речовин здійснюється за допомогою відпрацьованого газу 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 47498 10