Спосіб і установка для сушіння пилоподібних палив, зокрема палив, які подаються на газифікацію

1. Спосіб сушіння пилоподібних палив, зокрема палив, які подають на газифікацію, таких як вугілля, нафтовий кокс, біологічні відходи або інші аналогічні горючі матеріали, за яким паливо подрібнюють в млині і подають у фільтр/сепаратор транспортуючим/сушильним газом, щонайменше частину якого після нагріву в контурі його циркуляції повертають до млина, який відрізняється тим, що температуру потоку транспортуючого/сушильного газу до входу в млин підвищують шляхом нагрівання полум'ям пальника, до цього частину потоку транспортуючого/сушильного газу охолоджують і осушують в скрубері або іншому аналогічному апараті, частину вихідного осушеного газу викидають в атмосферу і/або подають на спалювання, а іншу частину повертають в потік транспортуючого/сушильного газу. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що виведений з системи газовий потік направляють на сорбцію, наприклад вуглеводнів, окрім СН4, СО2, на можливо каталітичне спалювання або на каталітичне перетворення, наприклад NOх, хлорованих вуглеводнів. 3. Спосіб за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що потік транспортуючого/сушильного газу за точкою домішування до нього осушеної частини газового потоку із скрубера подають в теплообмінник. 2 (19) 1 3 92986 4 ково містить байпас (12) для транспортуючого/сушильного газу з газоохолоджувачем (6), а також нагрівальний пальник (17), розташований за ходом потоку транспортуючого/сушильного газу перед млином (2). 11. Установка за п. 10, яка відрізняється тим, що газоохолоджувач виконаний у вигляді скрубера (6). 12. Установка за п. 11, яка відрізняється тим, що додатково містить контур для рециркуляції щонайменше частини конденсату, утвореного в скрубері, який для охолоджування вказаного конденсату містить теплообмінник (7). 13. Установка за п. 12, яка відрізняється тим, що додатково містить рециркуляційний трубопровід (13) для повернення частини транспортуючого/сушильного газу, що вийшов із скрубера (6), в трубопровід (14, 22) контуру його циркуляції, що веде до млина (2), а також трубопровід (9) для виведення частини газового потоку з установки, зокрема на газоочистку (10) або на спалювання. 14. Установка за будь-яким з пп. 10-13, яка відрізняється тим, що додатково містить щонайменше один теплообмінник (11, 15) для нагріву потоку транспортуючого/сушильного газу. 15. Установка за будь-яким з пп. 10-14, яка відрізняється тим, що перед точкою об'єднання рециркуляційного потоку транспортуючого/сушильного газу з газовим потоком, який вийшов із скрубера (6), додатково містить призначений для нагріву теплообмінник (11), а за вказаною точкою об'єднання газових потоків містить ще один теплообмінник (15). 16. Установка за будь-яким з пп. 10-15, яка відрізняється тим, що для регулювання температури транспортуючого/сушильного газу додатково містить байпас (16) для напрямляння щонайменше частини потоку транспортуючого/сушильного газу в обхід теплообмінника (15), призначеного для нагріву загального потоку транспортуючого/сушильного газу. 17. Установка за будь-яким з пп. 10-16, яка відрізняється тим, що трубопровід (9) для виведення відхідного газу з системи додатково містить газодувку (21) для підвищення його тиску. 18. Установка за будь-яким з пп. 10-17, яка відрізняється тим, що додатково містить трубопровід (20) для подачі інертного газу в млин (2). 19. Установка за будь-яким з пп. 16-18, яка відрізняється тим, що байпас (16) вбудований в теплообмінник (15). 20. Установка за будь-яким з пп. 12-19, яка відрізняється тим, що теплообмінник (7) для охолоджування конденсату вбудований в скрубер (6). Дійсний винахід відноситься до способу і установки для сушки пилоподібних палив, перш за все палив, що подаються на газифікацію, таких як вугілля, нафтовий кокс, біологічні відходи або інші аналогічні горючі матеріали, вказаного в обмежувальній частині незалежного пункту на "спосіб", відповідно в обмежувальній частині незалежного пункту на "установку" типу. Подібні способи, відповідно установки відомі в різних варіантах їх реалізації. Так, наприклад, в US 4750434 описані нагрів і сушка пилоподібних частинок, що поступають з млина. Способи подрібнення і сушки, наприклад, бурого вугілля описані окрім іншого в ЕР 0203059, DE 3724960, відповідно DE 3943366. Зазвичай висушений пил відділяють від відходящих газів пиловим фільтром, наприклад, тканинним фільтром. Частину відходящих газів скидають при цьому в атмосферу, проте відома також можливість змішування частини газів з повітрям і інертними відходящими газами і подачі отриманої суміші назад в розмельну установку. Кількість свіжих газів, що подаються в розмельну установку, зазвичай вибирають з таким розрахунком, щоб відносний вміст в них кисню залежно від типу палива складав від 6 до 10об. %, а точка роси газу, що виходить з млина, знаходилася нижче 65°С. Результуюча кількість інертного газу складає, наприклад, 4000м3, а кількість вологого відходящого газу, що виділився, складає близько 10000м3 в перерахунку на 1т води, що випарувалася. Газ, що подається в млин, має температуру в межах від 150 до 450°С, практично таку, до якої нагрівається і частина розмолотих частинок. При цьому вже при температурі нижче 200°С починається дегазація вугілля, в процесі якої спочатку виділяються СН4, С2Н6 і СО. При розмелюванні і нагріві нафтового коксу і підданих випаленню біологічних палив можливе утворення цілого ряду шкідливих речовин, наприклад, циклічних вуглеводнів, через що при переробці таких альтернативних типів палив викиди вуглеводнів і деяких окремих речовин можуть перевищувати гранично допустимі. Видалення подібних шкідливих речовин з газів, що відходять у виключно великих об'ємах, наприклад, з витратою 200000м3/год. при подачі вугілля з витратою 100т/год. і вологістю 20%, потребувало б високих витрат і тому виявилося б також неекономічним. До недоліків слід віднести також той факт, що, наприклад, при сушці бурого вугілля, вологість якого часто перевищує 50%, гарячими газами з температурою від 350 до 1000°С утворюються леткі компоненти, попадання яких в атмосферу вже недопустимо. У згаданих вище літературних джерелах частково міститься інформація про можливість нагріву подрібненого вугілля з використанням теплообмінника, зануреного в псевдозріджений шар, виходящу з якого частину газу, що практично повністю складається з чистої пари, стискують при цьому до тиску в межах від 3 до 5 бар з метою підвищення температури цього газу, який тим самим можна подавати назад в теплообмінник, занурений в псевдозріджений шар. Ця пара конденсується в теплообміннику, температура теплообмінних поверхонь якого при цьому має бути нижче 150°С, щоб 5 уникнути виділення продуктів дегазації, і віддає свою теплоту конденсації псевдозрідженому шару. Проте перед подачею в газогенератор з киплячим шаром вугілля необхідно знов піддавати розмелу, у зв'язку з чим необхідно використовувати в цілому два млини із складною і дорогою системою сушки подрібненого кута, через що подібні установки для розмелу і сушки бурого вугілля набагато дорожче відповідних установок для аналогічної переробки кам'яного вугілля. Виходячи з вищевикладеного, в основу дійсного винаходу було покладено завдання не лише усунути розглянуті вище недоліки, але і перш за все запропонувати економічний спосіб розмелу і сушки пилоподібних палив, а також розробити відповідну установку, зменшивши при цьому викиди шкідливих речовин і понизивши потребу в інертних газах. Відносно способу вказаного на початку опису типу це завдання вирішується згідно винаходу завдяки тому, що частину потоку транспортуючого/сушильного газу охолоджують і осушують в скрубері або іншому аналогічному апараті, частину виходящого з якого осушеного газу викидають в атмосферу і/або подають на спалювання, а іншу частину повертають в потік транспортуючого/сушильного газу. Відмітна особливість пропонованого у винаході способу полягає, таким чином, в тому, що частина газу, що повертається в процес, для зниження його вологості і додання рециркульованому газу здатності до повторного насичення вологою, що міститься у вугіллі, охолоджують в скрубері. При цьому частину газу, що виходить із скрубера, після його очищення, наприклад, сорбентом можна викидати в атмосферу або ж направляти на спалювання, відповідно в реактор з каталізатором для спалювання вуглеводнів, що виділилися з палива, і інших продуктів дегазації і для видалення оксидів азоту, що утворилися при спалюванні. Різні варіанти здійснення пропонованого у винаході способу представлені в залежних пунктах формули винаходу, що відносяться до нього, а також витікають з пунктів формули винаходи, в яких заявлена "установка". Так, наприклад, для компенсації втрати тиску на виході з системи, що виникає при очистці/спалюванні газу, можна підвищувати тиск в циркуляційному контурі, проте замість цього згідно одному з варіантів здійснення винаходу для підвищення тиску можна також використовувати відповідну газодувку. Відповідно до винаходу воно дозволяє економічним шляхом повністю видаляти шкідливі речовини з відходящого газу в невеликих об'ємах. Окрім цього до палива можна без всяких додаткових витрат домішувати і піддавати газифікації використовуваний твердий сорбент, наприклад, активоване вугілля. При цьому при високих температурах, переважаючих в газогенераторах з киплячим шаром, всі шкідливі речовини повністю розкладаються. У ще одному варіанті частину рециркулюємого газу, можна нагрівати, наприклад, в першому теплообміннику, температуру в якому слід вибирати з таким розрахунком, щоб температура газового 92986 6 потоку в циркуляційному контурі системи після змішування з частиною газового потоку із скрубера перевищувала точку роси і щоб тим самим захоплені в скрубері краплі встигли випаруватися, а вологі пилоподібні частки встигли висушитися до входу в подальший теплообмінник. В разі можливого припинення подачі вугілля гарячий газ в млині практично не охолоджується. В результаті цього після закінчення найкоротшого періоду часу могло б статися руйнування або згорання рукавних (тканинних) фільтрів. Згідно винаходу цю проблему можна усунути, передбачивши байпас в обхід подальшого теплообмінника. Пов'язана з цим перевага полягає в тому, що перенаправлення подібних газових потоків забезпечується набагато швидше, ніж їх охолоджування в теплообміннику, і тому тканинні фільтри виявляються ефективно захищені від дії високих температур. Кількість транспортуючого/сушильного газу, що повертається в цикл, згідно винаходу можна додатково збільшити, спалюючи паливо, оскільки в даному випадку через відсутність викидів в атмосферу продуктів дегазації досяжні набагато вищі температури, ніж в звичайних розмельних установках. Завдяки такому підвищенню температури удається зменшити необхідний об'єм рециркулюємого газу, і тим самим скоротити капітальні витрати на установку в частині її апаратури, що відноситься до системи циркуляції газу. Як середовище, в якому відбувається процес горіння, згідно винаходу переважно використовувати багатий воднем горючий газ і кисень, що у свою чергу також призводить до зниження кількості відходящого газу. У ще одному варіанті згідно винаходу можна перед пуском розмельної установки при відключеному пальнику знижувати вміст кисню в циркуляційному контурі додаванням інертного газу, під яким в даному випадку маються на увазі N2, благородні гази, СО2, але не водяна пара. Витрата потрібного на ці цілі інертного газу при цьому згідно винаходу украй мала навіть у тому випадку, коли при подрібненні і сушці бурого вугілля, що володіє високою реакційною здатністю, яке здатне займатися вже при температурах вище 40°С, прагнуть використовувати газ, що не містить кисень. Інші відмітні особливості і переваги винаходу детальніше розглянуті нижче з посиланням на єдине креслення, що додається до опису. На цьому кресленні показана схема пропонованої у винаході установки. У показаній на кресленні установці в систему в позначеному стрілкою 1 напрямі подають паливо, що переробляється, наприклад, буре вугілля, яке відповідним транспортером подається в млин 2. Млин 2 одночасно служить для подрібнення, сушки і класифікації, при цьому високодисперсний пил, що утворюється в процесі подрібнення, розмір частинок якого складає менше 0,5мм, при температурі в межах від 60 до 120°С пневматично виноситься з млина і по трубопроводу 21 подається у фільтр 3, відокремлена в якому тверда речовина подається в ємність 4, звідки подрібнене і висушене паливо можна тим самим подавати на подальше використання. 7 Для переміщення транспортуючого/сушильного газу в циркуляційному контурі передбачена газодувка 5, якою в подальші частини установки подається очищений газ, частина потоку якого при цьому по позначеному позицією 12 трубопроводу подається для охолоджування в скрубер 6, а інша його частина пропускається через теплообмінник 11 для нагріву і подається далі по трубопроводу 12а. При цьому в теплообмінник 11 подається щонайменше 15% від всієї кількості газу, що виходить з газодувки 5. Кількість газу, що подається в теплообмінник 11, залежить переважно від температури газу перед його входом в млин. При нагріві газу полум'ям пальника 17 до високої температури в циркуляційному контурі потрібна мала кількість газу, і тому необхідність у відведенні газового потоку по трубопроводу 12а відсутня (тобто з газодувки газ в кількості 100% подається в скрубер 6). Якщо ж в системі сушки інших видів палив пальник 17 не передбачену, а температура в теплообміннику 15 досягає лише низького рівня (наприклад, 200°С), то переважаюча частина газу, що виходить з газодувки, відводиться по трубопроводу 12а і лише невелика його частина, наприклад, 15%, подається на осушення в скрубер 6. Перевага, що досягається при цьому, полягає у відсутності утворення СО2 в результаті горіння і у малій кількості СО2 в трубопроводі 9, завдяки чому для видалення шкідливих речовин, наприклад, хлорованих вуглеводнів, можливе використання, наприклад, активованого вугілля. Конденсат, що утворюється в скрубері, в переважаючій кількості також рециркулюють, а саме: через охолоджуючий теплообмінник 7, а що залишилася - надлишкову - частину конденсату відбирають з системи по трубопроводу 8. Необхідно відзначити, що теплообмінник 7 може бути виконаний у вигляді складової частини скрубера 6. Частина охолодженого в скрубері 6 потоку транспортуючого/сушильного газу можна видаляти з системи по трубопроводу 9, в якому при необхідності може бути передбачена газодувка 21, і, наприклад, як в показаному на кресленні варіанті, викидати в атмосферу після газоочистки 10, наприклад, сорбентом, або подавати в топку для спалювання шкідливих речовин, що все ще містяться в газі. Істотна частина газу знов подається по трубопроводу 13 в циркуляційний контур і використовується для сушки. Частина рециркулюємого газового потоку, що пропускається через нагріваючий теплообмінник 11 в трубопроводі 12а, об'єднується з іншою частиною газового потоку, охолодженою в скрубері і відбираною з нього по трубопроводу 13, і після об'єднання спільно подаються по трубопроводу 14 в наступний, використовуваний для нагріву теплообмінник 15. З нього загальний газовий потік подається по трубопроводу 22 на нагрів полум'ям пальника 17 і потім в нагрітому стані подається в млин 2. Трубопроводи для підведення до пальника 17 пального і кисню позначені позиціями 18 і 19, а стрілкою 20 позначений трубопровід для подачі інертного газу в млин 2. 92986 8 Як показано далі на схемі установки, весь об'єм повертаного в цикл газу можна, перш за все для регулювання його температури, пропускати в обхід теплообмінника 15 по байпасу 16, який може також бути конструктивним складником теплообмінника 15. Нижче принцип дії пропонованої в дійсному винаході установки, на якій реалізується пропонований у винаході спосіб, розглянутий на прикладі. У вугіллі, що подається на переробку, 1, що подається з витратою, наприклад, 50кг/с, необхідно зменшити вміст вологи з 30 до 3мас. %. При цьому вологу необхідно випарювати із швидкістю 14кг/с, на що потрібна потужність, рівна 36МВт. З врахуванням інших теплостоків і кількостей енергії, що підводиться та витрачається на розмел, необхідна кількість тепла складає приблизно 40МВт. Температура рециркулюємого газу (повертаного в цикл), складає 460°С перед входом в млин 2 і 105°С після виходу з нього. При питомій теплоємності газу, рівній 40кДж/(кмоль-К), його для покриття потреби в теплі необхідно подавати на вхід в млин 2 з витратою 2,8кмоль/с. Висушене вугілля уловлюється у фільтрі 3 в кількості 36кг/с. Знепилений у фільтрі 3 газ в кількості 80% подається в скрубер 6. При охолоджуванні газу до 45°С вміст в нім вологи знижується з 35 до 10об. %, що супроводжується випаданням водяного конденсату в кількості 14кг/с. Частина осушеного газу в кількості 0,09кмоль/с (2,5м3/с) прямує на газоочистку і викидається в атмосферу. Газ, що проходить через теплообмінник 11, нагрівається в ньому до 180°С. Температура газового потоку (трубопровід 14), що утворюється після змішування рециркулюємого газового потоку (трубопровід 12а), і газового потоку (трубопровід 13), що подається із скрубера, складає 80°С, а його точка роси складає 60°С, і тому краплі води, що захоплюються газовим потоком із скрубера 6, встигають випаруватися до входу в теплообмінник 15. У теплообміннику 15 газ нагрівається до 234°С. У пальник 17 подається суміш з газоподібних CO і Н2 в співвідношенні 1:1 і кисень (з чистотою 95%) (стрілки 18, 19). Для нагріву відходящого газу до температури 460°С тепло витрачається в кількості 25МВт (теплотворна здатність). Разом з описаними вище згідно винаходу можливі і інші варіанти виконання пропонованої у винаході установки, зокрема наступні: - варіант, аналогічний розглянутим вище, але без пальника 17, доцільно використовувати при випаровуванні в млині малих кількостей вологи і при газоочистці 10 активованим вугіллям, дезактивованим діоксидом вуглецю (СО2), що утворюється як продукт горіння; - варіант, аналогічний розглянутим вище, але без теплообмінника 11 для нагріву газового потоку, що пропускається в обхід скрубера, доцільно використовувати при пропусканні газу по трубопроводу 12 в більшій кількості, ніж по трубопроводу 13, тобто при випаровуванні в млині малих кількостей вологи; - варіант без теплообмінників 11 і 15 і без байпаса 16, дозволяє понизити капітальні витрати, 9 92986 проте збільшуються викиди в атмосферу по трубопроводу 9 після газоочистки 10 і зростає витрата пального, що подається по трубопроводу 18, але при цьому не потрібна пара; - варіант зі вбудованим в скрубер 6 охолоджувачем 8; - варіант з баштовим охолоджувачем у вигляді теплообмінника, поверхня якого зрошується/змочується циркулюючим конденсатом; - варіант з передбаченим після скрубера конденсатовідводником, обладнаним каплевідділювачем; - варіант, в якому передбачена газодувка 21 замість підвищення рівня тиску в контурі циркуляції газу; - варіант, в якому передбачено вприскування води замість байпаса 16; Комп’ютерна верстка М. Ломалова 10 - варіант з циркуляцією води через зовнішній баштовий охолоджувач, наприклад, через баштовий охолоджувач енергетичної установки, замість охолоджувача 7; - варіант з використанням тепла з теплообмінника 7, наприклад, для нагріву холодної води; - варіант, в якому відпрацьована вода залежно від її складу піддається очищенню, наприклад, біологічним способом або шляхом окислення, безпосередньо в баштовому охолоджувачі або подається на очисну станцію; - варіант з декількома послідовно встановленими скруберами для ефективнішого видалення частинок, присутніх в невеликій кількості в газі, що проходить по трубопроводу 12, і щоб уникнути утворення відкладень в теплообміннику 15. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601