Газогенератор для газифікації під тиском твердого гранульованого палива

Реферат: У газогенераторі (1) для газифікації твердого гранульованого палива в горючі газоподібні сполуки для одержання синтез-газу або сумісного з Н2 неочищеного газу утворений з палива псевдозріджений шар (4) переміщається по закритій реакційній посудині, з розташованим у головній частині шлюзовим затвором (3) для безупинного вивантаження палива і розташованою під лійкоподібним звуженням днища (14) засувкою для вивантаження утвореної золи в шлюзовий затвор для золи (16), при цьому над лійподібним звуженням днища розташована обертова решітка (11), через яку в псевдозріджений шар (4) знизу подається газифікуючий агент, і через яку утворена зола через лійподібне звуження і суміжну трубчасту ділянку (15) вивантажується в шлюзовий затвор для золи. Для забезпечення безупинної дії обертової решітки у трубчастій ділянці вбудована засувка (19) для сипучого матеріалу. UA 98675 C2 (12) UA 98675 C2 UA 98675 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід відноситься до газогенератора для газифікації твердого гранульованого палива під тиском від 5 до 100 бар[а] і за допомогою нагрівання газифікуючим агентом, що складається з водяної пари та O2 або водяної пари та повітря, у горючі газоподібні сполуки для одержання синтез-газу або сумісного з H2 неочищеного газу, що складається з закритої реакційної посудини з утвореним за допомогою палива псевдозрідженим шаром, з розташованим у головній частині шлюзовим затвором для безупинного впуску палива, і розташованим під воронкоподібним звуженням днища затвором для вивантаження утвореної золи в шлюзовий затвор для золи, з вбудованою в нижній ділянці реакційної посудини над воронкоподібним звуженням обертовою решіткою, через яку знизу в псевдозріджений шар пропускається газифікуючий агент, через яку, утворена зола через воронкоподібне звуження і суміжну трубчасту ділянку вивантажується в шлюзовий затвор для золи. Винахід відноситься також і до способу експлуатації шлюзового затвора для золи. Газогенератор складається з закритого контейнера з подвійними стінками, що охолоджується під дією випаровування води під тиском. Тверде гранульоване паливо, наприклад, кам'яне вугілля, буре вугілля, торф, кокс, відходи переробки нафти, біомаси або подібні матеріали, що завантажуються, із зернистістю в діапазоні від 3 до 100 мм подаються через шлюзовий затвор у головній частині газогенератора і розподіляються по поперечному перерізу. Газифікуючий агент водяна пара та O2 або водяна пара і повітря подаються знизу в псевдозріджений шар через обертову решітку. Завантажене паливо під дією сили ваги повільно переміщається у напрямку вниз і там у протитечії з газом висушується при температурі нижче температури плавлення золи, при температурі від 300 до 700C дегазується, і при температурі від 700 до 1500C, переважно від 1100 до 1500C газифікується, так що в остаточному підсумку залишається тільки зола, яка з обертової решітки вивантажується в шлюзовий затвор напівавтоматичної дії для золи. Неочищений газ, що у залежності від застосовуваного палива має температуру від 300 до 600C, виводиться через головну частину газогенератора й у залежності від складу і призначення подається на переробку. Паливо безупинно завантажується в газогенератор через шлюзовий затвор автоматичної або напівавтоматичної дії. У стаціонарному режимі роботи газогенератора верхній запор шлюзового затвора для золи знаходиться у відкритому положенні. Обертова решітка безупинно транспортує золу, що надходить у нижню частину газогенератора пропорційно продуктивності газогенератора і вмісту золи в паливі, у шлюзовий затвор для золи. При попередньо заданому рівні наповнення, наприклад, 80% обсягу шлюзового затвора для золи, програма шлюзування золи запускає цикл розвантаження шлюзового затвора для золи. При цьому на першому етапі обертова решітка зупиняється, щоб перервати потік подання золи в шлюзовий затвор для золи. Переривання потоку золи має велике значення, тому що при не перерваному потоці золи не можна герметично закрити верхній шлюзовий затвор для золи. Тільки після того, як буде підтверджене герметичне закриття верхнього запору шлюзового затвора для золи, обертова решітка знову включиться. Зола, що, поступає при закритому шлюзовому затворі для золи, подається в проміжний простір, що утворений між воронкоподібним звуженням і трубчастою ділянкою, під обертову решітку і там тимчасово зберігається доти, поки знову буде відкритий верхній запор шлюзового затвора для золи і зола почне вивантажуватися в шлюзовий затвор для золи. Герметичність запору верхнього шлюзового затвора для золи необхідно забезпечувати в обов'язковому порядку і перевіряти багаторазово. Перевірка герметичності триває в середньому три хвилини і протягом цього проміжку часу повторюється доти, поки будуть виключені порушення, якої б то не було герметичності. Зупинка обертової решітки призводить до того, що температура вихідного газу безупинно зростає. У тому випадку, якщо температура газу на виході з газогенератора перевищить заданий показник >630°С, газогенератор автоматично відключається в результаті запирання клапанів для підведення газифікуючого агента, щоб у такий спосіб виключити виникнення ушкоджень, наприклад, тріщин у матеріалі корпусу газогенератора або випускного патрубка газогенератора. Температура вихідного газу при використанні палива з високим вмістом золи зростає швидше в порівнянні з використанням палива з відносно більш низьким вмістом золи. Поряд з високим навантаженням привідних елементів, що виникає при зупинці і повторному включенні обертової решітки і тим самим призводить до високого ступеня зносу матеріалу, виникають ще і зміни в положенні й утворенні зони окислювання газогенератора. У результаті чого припустима температура вихідного газу перевищується. Задача даного винаходу полягає у виконанні газогенератора таким чином, щоб зола, що утворюється, безупинно вивантажувалася б з газогенератора без переривання процесу протікання реакції і тим самим не здійснювала б негативного впливу на тиск і температуру, 1 UA 98675 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 зокрема, у виключенні зупинки обертової решітки у результаті чого будуть зберігатися конструктивні вузли установки і зводитися до мінімуму зношення матеріалу. Далі повинна залишатися на постійному рівні продуктивність у відношенні якості і кількості при відмові від потребуючих великих витрат часу й сповільнюючих виробничий процес випробувань герметичності верхнього шлюзового затвора для золи. Поставлена задача вирішується за допомогою вбудованої в трубчасту ділянку засувки для сипучого матеріалу, що, переважно, виконана у вигляді плоскої засувки. Засувка для сипучого матеріалу такого типу, що застосовується в даному винаході, сама по собі відома. Так, наприклад, в описі винаходу до патенту США № 5396919 описаний клапан постійної дії, що складається з двох обертових дисків, закріплених на осі, і пристрою для подачі/підняття. Диски при здійсненні обертових рухів переміщаються в підлягаючий перекриттю отвір. У результаті обертання виникає рівномірний знос металевих поверхонь і, таким чином, досягається постійне повне ущільнення при закритому клапані. Засувка для сипучого матеріалу при використанні згідно із даним винаходом для газогенератора перериває потік золи в шлюзовий затвор для золи, і при цьому немає необхідності зупиняти обертову решітку. Зола після закриття засувки для сипучого матеріалу постійно вивантажується в простір між нижньою стороною обертової решіткою і засувкою для сипучого матеріалу. Безпосередньо після цього верхній запор шлюзового затвора для золи, що знаходиться під засувкою для сипучого матеріалу, перекривається і піддається необхідній перевірці на герметичність без впливання на процес газифікації під тиском. Після того як буде встановлено, що верхній запор шлюзового затвора для золи герметично перекритий, тиск у шлюзовому затворі для золи знижується до атмосферного тиску, нижній затвор шлюзового затвора для золи відкривається, і зола зі шлюзового затвора для золи транспортується для подальшої переробки. Безпосередньо після закриття верхнього запору шлюзового затвора для золи засувка для сипучого матеріалу знову відкривається. Після звільнення шлюзового затвора для золи нижній запор шлюзового затвора для золи знову герметично перекривається, у шлюзовому затворі для золи знову встановлюється тиск для газогенератора, а верхній запор шлюзового затвора для золи знову відкривається. Зола, що зібралася за цей проміжок часу, у просторі над верхнім запором шлюзового затвора для золи вивантажується в звільнений шлюзовий затвор для золи. Як тільки буде досягнутий попередньо встановлений рівень заповнення, цикл вивантаження золи починається знову при запиранні засувки для сипучого матеріалу. Переваги винаходу полягають в тому, що під час циклу вивантаження золи вже відсутня необхідність у зупинці обертової решітки. Таким чином, цикл вивантаження золи не здійснює впливу на виробництво газу і може продовжуватися при збереженні однакової якості і кількості. Зміни в положенні й утворенні зони окислювання газогенератора, перевищення максимально припустимої температури на виході газогенератора 630C та зниження продуктивності виключаються. Ще одна перевага полягає в запобіганні зношення обертової решітки. Запобігаються часті включення і відключення обертової решітки і високий пусковий момент обертової решітки, у результаті чого привідні елементи обертової решітки піддаються меншому навантаженню, і знос конструктивних вузлів установки зводиться до мінімуму. За допомогою використовуваної згідно із даним винаходом засувки для сипучого матеріалу досягається, таким чином, більш висока робоча стабільність, незмінна якість продукту і підвищення терміну служби привідних елементів обертової решітки. Сутність винаходу більш докладно пояснюється на прикладі його здійснення з посиланнями на схематично зображений на кресленні газогенератор. На фіг. 1 показаний поздовжній розріз газогенератора з розташованою засувкою для сипучого матеріалу. У головній частині газогенератора (1), в якому в подвійному корпусі (2) передбачена система випарного охолодження води під тиском, завантажують кам'яне вугілля із зернистістю від 3 мм до 100 мм і вмістом золи 30% у кількості приблизно 50 000 кг/год через затвор-живильник (3) і там він піддається газифікації під тиском 50 бар[а] і при середній температурі 1200C. Кам'яне вугілля, що розподіляється по поперечному перетину газогенератора (1), утворює псевдозріджений шар (4), що під дією сили ваги повільно переміщається вниз по розташованій у верхній частині (5) газогенератора (1) трубчастій ділянці (7), що утворює із внутрішньою стороною подвійного корпуса (2) кільцевий зазор (6), і по середній і нижній частині (8). По трубопроводу (9) здійснюється нагнітання O2 у псевдозріджений шар (4) знизу через обертову решітку (11) при температурі 110C та тиску 34 бар[а], а по трубопроводу (10) нагнітання водяної пари при температурі 400C та тиску 40 бар[а], суміш яких утворює газифікуючий агент. При цьому кам'яне вугілля під дією протитечії газифікуючого агента послідовно висушується, при середній температурі 450C напівкоксується, при середній температурі 950C газифікується 2 UA 98675 C2 5 10 15 20 25 30 і при середній температурі 1150C спалюється в хронологічному порядку. Газ, що утворюється при цьому, збирається в трубчастій ділянці (7) між кільцевим простором (6) і подвійним корпусом (2) і по трубопроводу (12) виводиться для подальшої переробки. Зола, що утворюється (13) у кількості близько 8800 кг/год безупинно вивантажується через обертову решітку (11) і через суміжний під газогенератором (1) і звужений у напрямку вниз воронкоподібний простір (14), що переходить у трубчасту ділянку (15), у шлюзовий затвор для золи (16). Шлюзовий затвор для золи (16) зверху обмежується верхнім запором шлюзового затвора для золи (17), а знизу нижнім запором шлюзового затвора для золи (18). Над верхнім запором шлюзового затвора для золи (17) у трубчастій ділянці (15) вбудована засувка (19) для сипучого матеріалу. Вивантажувана з газогенератора (1) через обертову решітку (11) зола проходить крізь звужений у напрямку вниз воронкоподібний простір (14) і суміжну трубчасту ділянку (15), у якій встановлені засувка для сипучого матеріалу (19) і верхній запор шлюзового затвора для золи (17). Засувка для сипучого матеріалу (19) і верхній запор шлюзового затвора для золи (17) відкриті, і зола безупинно надходить у шлюзовий затвор для золи (16), що на дні закритий нижнім запором шлюзового затвора для золи (18). При досягненні ступеня наповнення 80% обсягу шлюзового затвора для золи засувка (19) для сипучого матеріалу автоматично перекривається, у результаті чого зола, що надходить, збирається над засувкою (19) для сипучого матеріалу. Обертова решітка (11) продовжує функціонувати без змін. Безпосередньо після закриття засувки (19) для сипучого матеріалу закривається верхній запор шлюзового затвора для золи (17) і здійснюється перевірка його герметичності. Після позитивної перевірки в шлюзовому затворі для золи (16) приводять тиск до атмосферного і засувка (19) для сипучого матеріалу і нижній запор шлюзового затвора для золи (18) відкриваються, так що зола (13) вивантажується зі шлюзового затвора для золи (16). Після звільнення шлюзового затвора для золи (16) нижній запор шлюзового затвора для золи (18) закривається, і виробляється перевірка його герметичності під тиском 2 бар[а]. Після позитивного випробування верхній запор шлюзового затвора для золи (17) знову відкривається, так що тиск у шлюзовому затворі для золи підвищується до робочого тиску і зібрана над верхнім запором шлюзового затвора для золи (17) зола (13) може вивантажуватися в шлюзовий затвор для золи (16). ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 35 40 45 50 1. Газогенератор (1) для газифікації твердого гранульованого палива під тиском від 5 до 100 бар і за допомогою нагрівання газифікуючим агентом, що складається з водяної пари та О2 або водяної пари та повітря, в горючі газоподібні сполуки для одержання синтез-газу або сумісного з Н2 неочищеного газу, що складається з закритої реакційної посудини з утвореним за допомогою палива псевдозрідженим шаром (4), розташованим у головній частині затвором-живильником (3) для безупинного впуску палива і розташованим під лійкоподібним звуженням (14) днища запором (17) для вивантаження утвореної золи (13) у шлюзовий затвор для золи (16), з вбудованою в нижній ділянці реакційної посудини над лійкоподібним звуженням обертовою решіткою (11), через яку знизу пропускають газифікуючий агент у псевдозріджений шар, і через яку утворена зола через лійкоподібне звуження і суміжну трубчасту ділянку (15) потрапляє в шлюзовий затвор для золи, який відрізняється тим, що в трубчастій ділянці (15) установлена засувка (19) для сипучого матеріалу. 2. Газогенератор за п. 1, який відрізняється тим, що засувка (19) для сипучого матеріалу являє собою плоску засувку. 3. Спосіб експлуатації газогенератора за пп. 1 та 2, який відрізняється тим, що після досягнення заданого рівня заповнення в шлюзовому затворі для золи засувку для сипучого матеріалу перекривають, відразу ж після чого відкривають верхній запор шлюзового затвора для золи, кількість золи, що знаходиться під засувкою для сипучого матеріалу, вивантажують у шлюзовий затвор для золи, верхній запор шлюзового затвора для золи і засувку для сипучого матеріалу відкривають, і після закриття нижнього запора шлюзового затвора для золи верхній запор шлюзового затвора для золи відкривають. 3 UA 98675 C2 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4