Спосіб і пристрій для запалювання й експлуатації пальників при газифікації вуглецевмісних видів палива

Реферат: За допомогою способу запалювання й експлуатації пальників при газифікації вуглецевмісних типів палива з використанням щонайменше двох газифікаційних пальників повинен бути здійснений запуск газифікації під тиском з коротким часом запуску при високих значеннях тиску без попереднього створення атмосфери інертного газу у газовій камері із запобіганням безперервної витрати горючого газу у пілотному або ж запальному пальнику, при цьому при використанні стаціонарних запальних пальників вони також захищені від забруднення. Технологічно це здійснено за рахунок того, що один з газифікаційних пальників виконаний у вигляді пускового пальника, для запалювання якого служить щонайменше один пілотний пальник, що запалюють за допомогою електричного запального пристрою, при цьому за допомогою пілотного пальника у пусковому пальнику запалюють суміш із горючого газу й кисневмісного газу, при цьому після запалювання пускового пальника від нього запалюють щонайменше один інший газифікаційний пальник, і пусковий пальник за рахунок зміни середовища експлуатують далі як один з газифікаційних пальників вуглецевмісного палива. UA 103331 C2 (12) UA 103331 C2 UA 103331 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до способу запалювання й експлуатації пальників при газифікації вуглецевмісних типів палива з використанням щонайменше двох газифікаційних пальників. Подібний спосіб, в якому декілька пиловугільних пальників запалюються від одного пілотного пальника, розкритий у DE 10 2005 048 488 A1. Інші способи для запалювання використовують так звані запальні піки, як це показано у DE 32 27 155 A1, при цьому введення подібних рухомих допоміжних запальних засобів через стінки топкової камери привносить з собою додаткову витрату, що веде до подорожчання подібних установок. Інші приклади показані в EP 0 347 002 B1, EP 0 511 479 A1, US 408 628, US 5 273 212, DD 231 962 A, або DD 241 457 A. Як рівень техніки необхідно також послатися на DE 196 41 843 A1, DE 195 29 994 C2, DE 100 24003 A1, DE 100 19 198 A1, DE 734 927 A, EP 0 095 103 B1, WO 2008/055829 A1 або AT 286 072 B. Серед усього іншого, недолік відомого способу полягає у тому, що пілотні або ж запальні пальники продовжують експлуатувати далі, і при цьому спричиняють постійний проток газу й кисню або ж повітря для того, щоб запобігти закупорці шлаками або подібним. При цьому, насамперед при великому потоці шлаків на стінці газифікатора, проблематичним є забезпечення вільної прохідності відповідних вихідних отворів. Як уже згадано вище, застосування рухомих запальних пік є витратним і проблематичним з інших причин. При цьому перед впровадженням запального пальника повинні контролюватися й звичайно очищатися канали доступу для газифікації, замінятися ущільнення й подібне, при цьому ці роботи повинні здійснюватися у стані відсутності тиску. Для проведення цих робіт з газифікатора й підключеного до нього встаткування по обробці газу, включаючи устаткування для видалення H2S і COS, спочатку повинен бути відведений тиск і створена атмосфера інертного газу, при цьому змішані з інертним газом горючі гази звичайно спалюються у факелах. Після запалювання запального пальника тиск потім повинен повільно рости, наприклад, 0,5 бар/хв, та інертний газ витісняється виробленим у газифікаторі газом, при цьому витиснутий і змішаний з горючим газом газ знову повинен спалюватися у факелах. Цей процес є не тільки витратним за часом, але й має високу витрату палива для запалювання з відповідно високими значеннями викидів через факел. Тут вступає у дію винахід, завдання якого полягає у тому, щоб уможливити запуск газифікації під тиском з коротким часом запуску при високих значеннях тиску без попереднього створення атмосфери інертного газу у газовій камері із запобіганням безперервної витрати горючого газу у пілотному або ж запальному пальнику, при цьому при використанні стаціонарних запальних пальників вони також захищені від забруднення. За допомогою способу вищезазначеного типу це завдання відповідно до винаходу вирішене за допомогою того, що один з газифікаційних пальників виконаний у вигляді пускового пальника, для запалювання якого служить щонайменше один пілотний пальник, що запалюють за допомогою електричного запального пристрою, при цьому за допомогою пілотного пальника у пусковому пальнику запалюють суміш із горючого газу й кисневмісного газу, при цьому після запалювання пускового пальника від нього запалюють щонайменше один інший газифікаційний пальник, і пусковий пальник за рахунок зміни середовища експлуатують далі в якості одного з газифікаційних пальників вуглецевмісного палива. За рахунок запалювання, що відбувається по типу каскаду, досягається ряд переваг, які, насамперед, сприяють тому, що запалювання можливе при високому тиску й відсутній рухомий або переміщуваний запальний пристрій. Разом із цим відсутня необхідність очищати канал доступу переміщуваного запального пальника перед кожним запуском і обновляти ущільнення відповідного каналу. Цей спосіб відповідно до винаходу зокрема уможливлює, що при запуску як пускові пальники необхідно експлуатувати декілька газифікаційних пальників при використанні пілотного пальника. В якості тільки деяких переваг можливе швидке підвищення тиску перед запалюванням газифікаційного пальника без створення атмосфери інертного газу у газовій камері, відсутні викиди від спалювання у факелах під час зупинки або ж запуску. Варіанти здійснення винаходу випливають зі залежних пунктів формули винаходу. При цьому можуть запалюватися окремі пілотні пальники, за допомогою чого потім вироблювана відповідним газифікаційним пальником горюча суміш і полум'я, що утворюється з цього, може використовуватися для того, щоб запалити газокисневу суміш із інших газифікаційних пальників. При цьому підвищується потужність і стабільність факелів запалювання. Потім ці факели можуть запалювати наступні вугільні пальники, при цьому сильно спрощується концепція керування й контролю пускового процесу. 1 UA 103331 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Наступний варіант способу відповідно до винаходу полягає у тому, що на пілотний пальник після запалювання пускового пальника для запобігання забивання додатково подається газова суміш, що містить CO2 і/або пару й/або кисень, при необхідності також інертний газ, і бере участь у реакціях газифікації, так що пілотний пальник повністю інтегрований у систему газифікації. Також переважно, якщо пілотний пальник спочатку запалюється при менше ніж 50% потужності використовуваного як газовий пальник газифікаційного пальника й з коефіцієнтом надлишку кисню від 0,8 до 1,2, при цьому також може бути передбачено, що для прискорення запалення кисневмісної суміші у газифікаторі на пілотний пальник подається коефіцієнт надлишку пального/кисню < 0,8. Допомога при запалюванні газифікатора складається у контролі полум'я пілотного пальника, при цьому полум'я контролюється так, що при розпізнаванні полум'я запальний елемент пілотного пальника відключається. Якщо полум'я контролюється за допомогою іонізаційного приладу для контролю полум'я, то запальний елемент пілотного пальника може використовуватися як відповідний електрод, як це також передбачає винахід. Відповідно до винаходу для розпізнавання полум'я може застосовуватися оптичний прилад для контролю полум'я або залучатися зміна електричного опору запального елемента. Сформульоване вище завдання вирішене за допомогою пристрою за допомогою того, що пілотний пальник оснащений центральною головкою форсунки, яка оточена трубою пальника, що височиться над головкою форсунки у напрямку потоку горючого газу, при цьому всередині камери труби пальника передбачені щонайменше один електричний запальний пристрій, а у напрямку потоку за ним - зменшення поперечного перерізу труби пальника. За допомогою такої конфігурації можливо застосовувати, наприклад, керамічний нагрівальний елемент із електронагрівом. Зменшення поперечного нагрівання у трубі пальника відповідає за вихороутворення в області форсунки, так що гарячий газ відводиться назад у навколишнє середовище вихідного отвору форсунки й запалюється більше холодна суміш зі свіжоподаних газів, і додатково може бути встановлений більше високий рівень завихрення для того, щоб досягти простого запалювання. Завдяки цьому полум'я може бути стабілізоване за рахунок відповідних звужень. Як уже було згадано вище, важливо контролювати полум'я пілотного пальника, при цьому відповідно до винаходу трубі пальника наданий щонайменше один елемент контролю за полум'ям, наприклад оптичний контроль за полум'ям з оптиковолоконним кабелем до відповідного електронного елемента. Як описано більше докладно нижче, пальник відповідно до винаходу має кільцеподібні канали, при цьому через перший кільцеподібний канал пускового пальника, як під час процесу запалювання, так і при нормальному режимі експлуатації подається кисневмісний газ так, що вихідний отвір пілотного пальника оточений чистим газом. Якщо на пілотний пальник після запалювання для запобігання забивання подається газова суміш, це має перевагу,яка полягає у тому, що надлишок пального може вступати у реакцію з киснем з першого кільцевого каналу. Інші ознаки, деталі й переваги винаходу випливають з нижченаведеного опису, а також креслення. На ньому показано: Фіг. 1 розріз через пілотний пальник відповідно до винаходу у спрощеному зображенні, Фіг. 2 вигляд зверху на пілотний пальник за стрілкою II на фіг. 1, а також на Фіг. 3 газифікаційний пальник із інтегрованим по центру пілотним пальником. Позначений у цілому позицією 1 пристрій для запалювання й експлуатації пальників при газифікації вуглецевмісних типів палива утворений по суті пілотним пальником, схематично й спрощено зображеним на фіг. 1 і позначений позицією 2, що має форсунку 3 для горючого газу, до якої подається горючий газ, при цьому форсунка 3 для горючого газу оснащена підведенням 5 повітря, який концентрично оточує форсунки 3 для горючого газу. У напрямку потоку не зображеного на фігурах факела запалювання позначена позицією 6 головка форсунки оточена трубою 7 пальника. Як можна розрізнити на фіг. 1, в утворену трубою 7 пальника камеру 8 труби виступає електричний запальний елемент, наприклад нагрівальний елемент 9, який за допомогою електричного проводу 10 з'єднаний з відповідним джерелом струму для запалювання суміші з горючого газу й повітря. Для створення стабільного полум'я й оптимального режиму горіння в утворений трубою 7 пальника простір у напрямку утвореного полум'я виступає позначене у цілому позицією 11 звуження для того, щоб домогтися завихрення або ж циркуляції газу, що на фіг. 1 зазначене пунктирним овалом 12. 2 UA 103331 C2 5 10 15 Пілотний пальник 2 перебуває переважно у центральному каналі газифікаційного пальника й, тим самим, захищений від бруду за допомогою газу, що витікає через внутрішній кільцевий канал. Додатково, центральний канал пілотного пальника може продуватися газом. Додатково, як це випливає з фіг. 2, на головці 6 пальника передбачений ще елемент 13 контролю за полум'ям, що оточений захисною трубою 14. При цьому для можливості зображення елементів 9 і 13 різке звуження 11 окремо на фіг. 2 не відображене. З фіг. 3 зрозуміло, що пілотний пальник 2 може являти собою невід'ємну складову частину позначеного у цілому позицією 15 газифікаційного пальника, при цьому окремі кільцеві й підвідні простори газифікаційного пальника тут відображені спрощено. Як описано вище, цей газифікаційний пальник 15 може експлуатуватися як пусковий пальник. На фіг. 3 позицією 16 позначені кільцевий простір або ж кільцевий канал для первинного кисню, позицією 17 позначений кільцевий канал для палива, наприклад газу або пилової суспензії, позицією 18 - кільцевий канал для вторинного кисню, і позицією 19 - кільцевий канал для інертного або бідного киснем газу, наприклад N2, CO2, пара або пара + O2. Нарешті, на фіг. 3 ще позицією 20 позначена зовнішня труба газифікаційного пальника, позицією 21 - вихідний отвір газифікаційного пальника, і позицією 22 - вихідний отвір пілотного пальника. Приклад для кращої зміни середовищ у пілотному пальнику й сусідніх каналах газифікаційного пальника. Канал Процес запалювання 4 Горючий газ 5 Кисневмісний газ 16 17 18 Кисневмісний газ Горючий газ Кисневмісний газ Нормальний режим експлуатації Газ або агент, що газифікує, або інертний газ відсутній - газ відсутній, якщо, наприклад, пальник спрямований донизу - переважно агент, що газифікує, який містить або O2, або CO2 або ж водну пару - або горючий газ, який повинен розкладатися у газифікаторі Кисневмісний газ Пневматично подаване паливо Кисневмісний газ 20 25 30 35 40 45 Для продувки відповідного каналу існує можливість пропускати інертний газ через кільцеві канали 16-19. Так, наприклад, інертний газ може протікати через канал 6 і, тим самим, запобігати забруднення в області вихідного отвору пілотного пальника 22. На розмір області 12 рециркуляції у вигляді овалу може впливати співвідношення довжини й діаметра. Контрольний елемент 13 для контролю за полум'ям може бути системою лінз, на яку для запобігання забруднення або також для охолодження може подаватися продувне повітря. Ця система лінз може бути оточена захисною трубою (фіг. 2, 14 захисна труба). Контрольний елемент також може бути реалізований за допомогою придатної системи світловодів. Контрольний елемент може паралельно бути інтегрований до каналу форсунки подачі палива. Інша можливість здійснення полягає у тому, що цей контрольний елемент інтегрований по центру всередині підвідного каналу для горючого газу, так що контроль за полум'ям відбувається через канал форсунки. Контрольний елемент може, з одного боку, розпізнавати полум'я й у випадку відключення пілотного пальника за допомогою використання сигналу також використовуватися для розпізнавання полум'я експлуатованого як газовий пальник вугільного пальника. При цьому принцип роботи пристрою відповідно до винаходу є наступним: Горючий газ і необхідне для горіння повітря подаються на пілотний пальник 2 або ж центральну форсунку 3. Ця газова суміш протікає у позначений позицією 8 внутрішній простір труби 7 пальника, в який виступає електричний запальний елемент, наприклад позначений позицією 9 нагрівальний елемент, при цьому положення такого нагрівального елемента таке, що забезпечується оптимальне запалення паливоповітряної суміші. Це може бути, наприклад, слабообтічне місце, на якому відбувається рециркуляція паливоповітряної суміші перед запалюванням або рециркуляція відпрацьованого газу після запалювання. Не зображена можливість того, що можуть бути передбачені декілька нагрівальних елементів 9, які, як згадано вище, можуть також залучатися для вимірювання іонізації. Труба 7 пальника може за допомогою різкого звуження 11 стабілізувати полум'я всередині труби, при цьому за рахунок звуження частина гарячого газу змінює напрямок і підсилюється 3 UA 103331 C2 5 10 15 циркуляція 12. Завдяки цьому, наприклад, свіжа холодна суміш підведених газів надійно нагрівається вище температури запалення за допомогою циркулюючих гарячих відпрацьованих газів. Полум'я проникає з труби 7 пальника у газифікаційну камеру й запалює там горючу суміш із горючого газу й окислювача, які витікають з кільцевих каналів 16-19 газифікаційного пальника під час фази запалювання. Після того як запалився газифікаційний пальник, агенти, що газифікують, такі як CO2, пара або суміші з киснем, можуть подаватися у камеру згоряння як по трубопроводу подачі горючого газу пілотного пальника 4, так і по повітряному підвідному трубопроводу 5, завдяки чому забезпечується, що у пілотному пальнику не утворюються пилові відкладення або нагари. Зрозуміло, винахід не обмежується зображеними прикладами здійснення. Можливі інші варіанти без відходу від основної ідеї. Так, альтернативні подачі через насадки відповідних середовищ у пілотному пальнику можуть змінюватися й співвідноситися з відповідними випадками застосування, пілотний пальник може експлуатуватися з надлишком горючого газу, горючі речовини у пілотному пальнику можуть бути утворені повітрям або киснем з азотом або CO2 або паром для того, щоб, наприклад, уникнути утворення сажі при субстехіометричному згорянні, але також може мова йти про збагачене киснем повітря, подача кисню може здійснюватися зі завихренням і без завихрення тощо. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 20 25 30 35 40 45 50 55 1. Спосіб запалювання й експлуатації пальників при газифікації вуглецевмісних типів палива з використанням щонайменше двох газифікаційних пальників, який відрізняється тим, що - один з газифікаційних пальників виконаний у вигляді пускового пальника, - для запалювання якого служить щонайменше один пілотний пальник, - який запалюють за допомогою електричного запального пристрою, - при цьому за допомогою пілотного пальника у пусковому пальнику запалюють суміш із горючого газу й кисневмісного газу, - при цьому після запалювання пускового пальника від нього запалюють щонайменше один інший газифікаційний пальник, і - пусковий пальник за рахунок зміни середовища експлуатують далі як один з газифікаційних пальників вуглецевмісного палива. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що на пілотний пальник після запалювання пускового пальника для запобігання забиванню подають газову суміш, що містить СО 2 і/або пару, й/або кисень, і бере участь у реакціях газифікації. 3. Спосіб за п. 1 або п. 2, який відрізняється тим, що пілотний пальник спочатку запалюють при менше ніж 50 % потужності використовуваного як газовий пальник газифікаційного пальника й з коефіцієнтом надлишку кисню від 0,8 до 1,2. 4. Спосіб за одним із попередніх пунктів, який відрізняється тим, що для прискорення запалення кисневмісної суміші у газифікаторі на пілотний пальник подають коефіцієнт надлишку пального/кисню < 0,8. 5. Спосіб за одним із попередніх пунктів, який відрізняється тим, що контролюють полум'я пілотного пальника, і при розпізнаванні полум'я відключають запальний елемент пілотного пальника. 6. Спосіб за одним із попередніх пунктів, який відрізняється тим, що для контролю за полум'ям використовують іонізаційний прилад контролю полум'я, при цьому запальний елемент використовують як електрод. 7. Спосіб за п. 5, який відрізняється тим, що використовують оптичний прилад для контролю полум'я, при цьому оптичний сигнал направляють через систему лінз й систему світловодів до детектора. 8. Спосіб за п. 5, який відрізняється тим, що для контролю полум'я пілотного пальника використовують зміну електричного опору запального елемента. 9. Пристрій (1) для здійснення способу за одним із попередніх пунктів, який відрізняється тим, що пілотний пальник (2) розташований у центрі газифікаційного пальника (15) і оснащений центральною головкою (3) форсунки, яка оточена трубою (7) пальника, що височиться над головкою (3) форсунки у напрямку потоку горючого газу, при цьому всередині камери (8) труби пальника передбачений щонайменше один електричний запальний пристрій (9), а у напрямку потоку за ним - зменшення (11) поперечного перерізу труби пальника. 10. Пристрій за п. 9, який відрізняється тим, що трубі (7) пальника наданий щонайменше один елемент (13) контролю за полум'ям. 4 UA 103331 C2 11. Пристрій за п. 9 або п. 10, який відрізняється тим, що центральна головка (6) форсунки для подачі горючого газу оточена сприятливим подачі (5) повітря або кисню кільцевим простором. 5 UA 103331 C2 Комп’ютерна верстка В. Мацело 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 6