Реактор газифікації

Реферат: Винахід належить до реакторів газифікації палива і виробництва СО- або Н2-вмісного неочищеного газу. Реактор має резервуар (2), що перебуває під тиском, і утворену мембранною стінкою (3) з охолодних труб реакційну камеру (4). Між внутрішньою стінкою резервуара (2) і мембранною стінкою (3) є кільцевий простір. Через стінку резервуара і мембранну стінку горизонтально проходять елементи (17) тощо, розташовані в одній і тій же нейтральній площині (18). Ця площина визначається мінімальними деформаціями з′єднань між резервуаром і мембранною стінкою (3), що виникають через їхні температурні деформації. При цьому мембранна стінка (3) обпирається прямо або опосередковано на вхідні трубопроводи (5) охолодного засобу або вихідні трубопроводи (14) суміші, які розташовані у згаданій нейтральній площині (18). Винахід сприяє зменшенню температурних деформацій вузлів підвіски мембранної стінки (3) і підвищенню надійності реактора в цілому. UA 104477 C2 (12) UA 104477 C2 UA 104477 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід відноситься до реактора газифікації для виробництва СО- або Н2-вмісного неочищеного газу зазначеного в обмежувальній частині п. 1 формули винаходу виду. Подібний реактор газифікації відомий, наприклад, з WO 2009/036985 A1 заявника, при цьому у цьому літературному джерелі приводиться значне число додаткових прикладів рівня техніки, як, наприклад, US 4 4741584, у якому розглядається, насамперед, охолодження гарячого синтез-газу. Винахід займається, насамперед, проблемами, які виникають у реакторів подібного типу, при цьому винахід не обмежений особливо описаним тут реактором газифікації, він відноситься також до апаратів, у яких можуть виникати подібні, описані нижче більше докладно проблеми. Подібний апарат повинен бути придатний для того, щоб уможливлювати спосіб газифікації під тиском/спалювання тонко розпиленого палива, для чого часткове окислювання видів палива - вугільного пилу, тонко роздрібненої біомаси, масла, смоли тощо - повинно відбуватися у реакторі. До цього відноситься також роздільний або спільний відвід шлаків або летучої золи й виробленого синтез-газу або димового газу. Повинно бути зроблене можливим охолодження продуктів реакції (газ і шлаки/летуча зола), наприклад за допомогою охолодження розпиленням, охолодження газом, охолодження за рахунок випромінювання, конвективних поверхонь нагрівання тощо, при цьому на закінчення необхідно приділяти увагу виводу через шлюз продуктів реакції з резервуара, що перебуває під тиском. Завдання даного винаходу полягає, насамперед, у тому, щоб створити всередині резервуара, що перебуває під тиском, охолоджувальний екран з конічними ділянками для виходу газу або ж шлаків, при цьому підвіска або ж з'єднання між охолоджувальним екраном і резервуаром, що перебуває під тиском (зняття навантаження) оптимізується зі запобіганням різницевих відносних подовжень. Це завдання відповідно до винаходу вирішене тим, що для зняття навантаження мембранної стінки опора відбувається безпосередньо або опосередковано на вхідні трубопроводи охолодного засобу або вихідні трубопроводи суміші, при цьому є доцільним, коли вхідні трубопроводи охолодного засобу й/або вихідні трубопроводи суміші перебувають у заданій, наприклад пальниками, нейтральній площині й там проходять через резервуар, що перебуває під тиском. Завдяки винаходу вирішена, серед іншого, проблема створення опорної площини у перпендикулярному до площини резервуара напрямку між резервуаром, що перебуває під тиском, і внутрішніми конструкціями, так що компенсуються виникаючі внаслідок екстремальних різниць температури відносні подовження, тому що в опорній площині відсутні або існують лише незначні різницеві відносні подовження. Мембранна стінка герметична щодо стінки резервуара, що перебуває під тиском. Дно або кришка подібного короба з мембранними стінками, навпроти, залежно від конструкції мають вихідні отвори для того, щоб давати можливість втікати або витікати газу, шлакам, воді тощо. Очевидно, що за допомогою винаходу можна, наприклад, вводити пальники при газифікації, спалюванні під тиском вугільного пилу тощо через резервуар, що перебуває під тиском, і охолоджувальний екран, без необхідності приймати при цьому у розрахунок відносні подовження. Рішення описаної на початку проблематики частково викладене в EP 0 616 022 В1. Тут описується застосування на реакторі газифікації, а також безпосередньо наступної конвективної нагрівальної поверхні. Також і тут показана конструкція з мембранною стінкою, яка зовні оточена резервуаром, що перебуває під тиском. Навантаження у цьому випадку відводиться через окремі деталі від мембранних стінок до резервуара, що перебуває під тиском. Ці деталі оснащені власними циркуляційними контурами, які підігрівають деталі. Однак ця конструкція має недолік, що повинні бути використані додаткові циркуляційні контури на додаток до наявних для мембранної стінки, що спричиняє необхідність у додатковому просторі і є надзвичайно дорогим. У варіанті здійснення винаходу передбачено, що труби мембранної стінки закріплені на розташованому нижче й/або вище нагрівальної поверхні кільцевому розподільнику, при цьому кільцевий розподільник пов'язаний з вхідними трубопроводами охолодного засобу або вихідних трубопроводів суміші. У принципі, конструкції реакційної камери можуть бути виконані по-різному, так, винахід передбачає реактор газифікації з коробом мембранної стінки й утвореними охолодними трубами верхньою й нижньою конусними ділянками, який відрізняється тим, що конічні ділянки мембранного короба оснащені роздільними підведеннями й відведеннями охолодної води, при цьому частина труб, що утворюють вертикальну мембранну стінку, виконана у вигляді несучих елементів для труб, що утворюють нижній або верхній конус. 1 UA 104477 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Особливість цього варіанта здійснення очевидним чином полягає у тому, що щонайменше частина труб, що утворюють по суті циліндричну мембранну стінку, з охолодним засобом, що протікає, одночасно несуть нижню ділянку мембранного короба шляхом опори на них або верхню ділянку мембранного короба шляхом підвішування. При цьому у конструктивному варіанті цього рішення може бути передбачено, що труби, які утворюють несучі елементи, можуть виходити окремо з відповідного кільцевого розподільника нижче або вище відповідного конуса й повертатися назад у мембранну стінку, при цьому завдяки тому, що труби, які утворюють несучі елементи, виводяться з різної площини (рівня) кільцевого розподільника, вони завжди мають оптимальну установку кута для прийому навантаження ділянки короба з мембранними стінками, що опирається або підвішена. У ще одному варіанті здійснення винаходу передбачено, насамперед тоді, коли мембрана утворена з минаючих труб, які утворюють як верхню, так і нижню конічну ділянку, що у кільцевому просторі на трубах мембранних стінок передбачені консолі, які опираються на вхідні трубопроводи охолодного засобу або вихідні трубопроводи суміші, при цьому може бути також передбачено, що мембранна стінка й верхня і нижня конічні ділянки утворені тими самими трубами, що підводять охолодний засіб, при цьому для утворення конусів відповідні відрізки труб на окремих ділянках розташовані зміщеними або зрушеними відносно один одного, за рахунок чого простими засобами може бути оптимізоване утворення конусів. Інші деталі, ознаки й переваги винаходу випливають з нижченаведеного опису, а також з малюнка. На ньому показані: Фіг. 1 - принципове зображення у розрізі реактора газифікації відповідно до винаходу, Фіг. 2 і 3 - принципове зображення реактора газифікації з по-різному виконаними реакційними камерами, а також Фіг. 4-7 - принципове зображення реакційної камери у половинному розрізі з різними системами труб. Показаний на фіг. 1 позначений у цілому посилальним позначенням 1 реактор газифікації має резервуар 2, що перебуває під тиском, у якому зверху донизу на відстані від резервуара 2, що перебуває під тиском, розташована оточена мембранною стінкою 3 реакційна камера 4. Підвідна лінія охолодного засобу, що живить мембранну стінку, позначена посилальним позначенням 5. При цьому мембранна стінка 3 через нижній конус 6 переходить у звужений канал як частина позначеної позицією 8 перехідної зони, при цьому у звуженому перехідному каналі 7 позначені гасителі завихрень 9. Посилальним позначенням 10а позначена крайка для стікання крапель у перехідній зоні 8 для рідкої золи у перехідній зоні на деякій відстані від першої крайки 10 для стікання крапель на кінці перехідного каналу 7. До перехідної зони 8 примикає охолодна камера або охолодний канал 11, за яким слідує контейнер 12 для збору шлаків у водяній лазні 13. Нижче буде описано, насамперед, виконання мембранної стінки 3, що оточує реакційну камеру 4. У прикладі здійснення згідно з фіг. 2 мембранна стінка 3 утворена позначеними лише пунктиром трубами з охолодним середовищем, що протікає, які одночасно утворюють верхню й нижню конічні ділянки 3а й 3b, при цьому підведення охолодного засобу відбувається через вхідні трубопроводи 5 охолодного засобу, вихідні трубопроводи суміші позначені посилальним позначенням 14, при цьому ці трубопроводи живляться від верхнього або нижнього кільцевого розподільника 15 або 16. Деякі, минаючі через стінку резервуара 2, що перебуває під тиском, а також мембранну стінку елементи, такі як пальники тощо на фіг. 2 лише намічені й позначені посилальним позначенням 17. Задана цими вбудованими елементами горизонтальна площина намічена штриховою лінією й позначена посилальним позначенням 18. Входи або виходи вхідних трубопроводів 5 охолодного засобу або вихідних трубопроводів 14 суміші проходять у цій площині 18 або якнайближче до площини 18 через стінку резервуара 2, що перебуває під тиском, геометричне місце розташування на фіг. 2 позначено значком «х». Приклад здійснення згідно з фіг. 3 виконаний злегка інакше. Тут верхній і нижній конуси, позначені на фіг. 3 позиціями 3' і 3", утворені роздільними системами охолодних труб, які газонепроникно пов'язані з мембранною стінкою 3 і оснащені власним підведенням і відведенням охолодного засобу, що більше докладно не показано. На фіг. 3 наведене рішення, в якому нижній конус 3' підпирається декількома охолодними трубами, які, наприклад, з послідовністю, що змінюється, кутоподібно вигнуто спрямовані з мембранної стінки під нижнім конусом 3' для його підтримки назад у нижній кільцевий розподільник 15, ці відрізки труб позначені на фіг. 3 посилальним позначенням 3а. Конструкція може відповідно мати місце й для верхнього конуса 3", що на фігурах 2 UA 104477 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 докладніше не показано. Істотна особливість винаходу полягає у тому, що для зняття навантаження мембранної стінки 3 безпосередньо залучаються вхідні трубопроводи 5 охолодного засобу або вихідні трубопроводи 14 суміші, що представлено на фіг. 1-7 у різних варіантах. На фіг. 4 показаний короб, що складається з трьох частин, з мембранними стінками з циліндричною ділянкою 3, нижнім конусом 3' і верхнім конусом 3" із власною системою труб, при цьому конусні ділянки газонепроникно з'єднані з циліндричною стінкою. Для підтримки нижньої конічної ділянки 3' частина труб, що утворюють циліндричну мембранну стінку 3, спрямована з кутоподібним вигином із площини у нижній кільцевий розподільник 15, при цьому більша частина труб вертикальної мембранної стінки 3 входить у цей кільцевий розподільник без вигину. Сам кільцевий розподільник 15 підтримується більшим числом вхідних трубопроводів 5 охолодного засобу, за рахунок чого, відповідно, утримується вся конструкція. Вхід або вихід відповідних трубопроводів 5 або 14 повинен розташовуватися в або поблизу показаної заштрихованої нейтральної площини 18 для того, щоб запобігати або ж компенсувати різницеві відносні подовження. На фіг. 5 показаний змінений приклад. Тут мембранний короб із верхнім і нижнім конусом виготовлений з проточних охолодних труб. У прикладі на фіг. 5 мембранний короб, насамперед циліндрична мембранна стінка 3, у верхній частині має опорну консоль 19, при цьому вихідні трубопроводи 14 мають відповідні опори 20, на які опираються опорні консолі 19 для того, щоб у такий спосіб підтримувати весь мембранний короб. На фіг. 6 показаний змінений приклад здійснення. Тут консолі 19а підтримуються опорами 20а, які, втім, тут розташовані на відповідних вхідних трубопроводах 5 охолодного засобу для того, щоб також підтримувати весь мембранний короб. Нарешті, на фіг. 7 показаний ще один приклад, у якому на нижньому кільцевому розподільнику 5 розташовані опорні елементи 21 з охолодним засобом, що протікає, на які опираються відповідні опори 22 на мембранному коробі 3. Звичайно, описані приклади здійснення винаходу можуть бути змінені у багатьох відношеннях, не виходячи за межі основної ідеї. Так, щоб назвати лише один можливий приклад, можуть бути передбачені змішані форми опор, наприклад з однієї сторони опори нижньої ділянки короба 3' з мембранними стінками на вигнутих трубопроводах для охолодного засобу й, при необхідності, з іншої сторони додаткові опори 19 і 20 як комбінація варіантів здійснення на фіг. 4 і фіг. 6. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 1. Реактор (1) газифікації для виробництва СО- або Н2-вмісного неочищеного газу шляхом газифікації палива, що містить золу, з кисневмісним газом при температурах вище температури плавлення золи, з резервуаром (2), що перебуває під тиском, і утвореною мембранною стінкою (3) з охолодних труб реакційною камерою (4), при цьому між внутрішньою стінкою резервуара (2), що перебуває під тиском, і мембранною стінкою (3) утворено кільцевий простір, при цьому передбачені елементи, такі як пальники (17) тощо, які горизонтально проходять через стінку резервуара, що перебуває під тиском, і мембранну стінку по суті в одній і тій же площині (18), який відрізняється тим, що для зняття навантаження мембранної стінки (3) обпирання відбувається прямо або опосередковано на вхідні трубопроводи (5) охолодного засобу або вихідні трубопроводи (14) суміші, при цьому вхідні трубопроводи(5) охолодного засобу або вихідні трубопроводи (14) суміші перебувають у заданій нейтральній площині. 2. Реактор за п. 1, який відрізняється тим, що труби мембранної стінки (3) закріплені на розташованому під і/або над поверхнями нагрівання кільцевому розподільнику (15, 16), при цьому кільцевий розподільник (15, 16) з'єднаний зі вхідними трубопроводами (5) охолодного засобу або ж вихідних трубопроводів (14) суміші. 3. Реактор за п. 1 або 2 з коробом мембранної стінки й утвореними з охолодних труб верхніми й нижнім конічними ділянками, який відрізняється тим, що конічні ділянки (3', 3") мембранного короба оснащені роздільними підведеннями й відведеннями охолодної води, при цьому частина (3а) труб, що утворюють вертикальну мембранну стінку (3), виконана у вигляді несучих елементів труб, що утворюють нижній або верхній конус конусів (3', 3"). 3 UA 104477 C2 5 10 4. Реактор за п. 3, який відрізняється тим, що труби (3, 3а), які утворюють несучі елементи, проходять роздільно з відповідного кільцевого розподільника (15, 16) нижче або вище відповідного конуса назад у мембранну стінку. 5. Реактор за будь-яким із попередніх пунктів, який відрізняється тим, що у кільцевому просторі на трубах (3) мембранної стінки передбачені консолі (19), які обпираються на опори (20) на вхідних трубопроводах (5) охолодного засобу або на вихідних трубопроводах (14) суміші. 6. Реактор за будь-яким із попередніх пунктів, який відрізняється тим, що мембранна стінка (3) і нижня й верхня конічні ділянки (3а, 3b) утворені тими самими трубами, що підводять охолодний засіб, при цьому для відповідного утворення конусів відповідні відрізки труб на окремих ділянках розташовані зміщеними або ж зрушеними одна відносно одної. 4 UA 104477 C2 5 UA 104477 C2 6 UA 104477 C2 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 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 7