Способ плазмотермической переработки органического топлива и установка для его осуществления

Изобретение относится к технологии комплексной переработки твердого топлива и конструкции устройства для его переработки. Способ плазмотермической переработки органического топлива, включает газификацию органического топлива одновременно с процессом высокотемпературного пиролиза в присутствии реагента, который впрыскивают в реакционную зону с помощью плазменных источников, охлаждение и очистку от примесей полученного синтез-газа. Газификацию исходного сырья в каждом газификаторе производят поочередно в потоке плазмы таким образом, что после окончания окислительного режима в первом газификаторе, отключают в нем плазменную струю, и режим окисления производят во втором газификаторе, при этом цикличность проведения режимов повторяют до достижения высоты жидкого шлака в одном из газификаторов, которая определяется по зависимости:

где Δ - высота жидкого шлака; GП - расход плазмообразующего газа, кг/с; ρП - плотность плазмы, кг/м; ρШ - плотность шлака, кг/м3; dС - диаметр выходного сопла плазмотрона, м; g - ускорение свободного падения, м/с2; π=3,14. Затем производят продувку жидкого шлака восстановительной плазменной струей и, после слива металла и шлака в одном газификаторе, повторно загружают его исходным сырьем, и цикл повторяют, при этом в качестве одного из плазмообразующих компонентов используют воду. Установка представляет собой два блока - блок газификации и блок преобразования энергии. Блок газификации состоит из спаренных газификаторов и ресивера-циклона, обеспечивающего выравнивание давления синтез-газа в системе и предварительную очистку его от пыли. Плазмотроны обеспечивают работу как в окислительном, так и в восстановительном режимах. Блок преобразования энергии включает систему охлаждения и очистки синтез-газа, газотурбинную и паротурбинную установки с электрическим генератором. При плазмотермической газификации угля выбросы в атмосферу в десятки раз меньше, чем при любых других процессах, основанных на сжигании угля. Способ и установка позволяют эффективно перерабатывать исходное углесодержащее сырье любого фракционного состава с максимальным извлечением качественных готовых продуктов. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

 

Взаимосвязанная группа изобретений относится к технологии комплексной переработки твердого топлива и конструкции устройства, которое используется при этом, в частности к технологии газификации низкокачественного угля низкотемпературной плазмой с получением горючего синтез-газа для его дальнейшего сжигания в энергетических установках, а также для получения металлопродукции, и может быть использована во многих отраслях промышленности и коммунальном хозяйстве.

Известен способ газификации углей, включающий ввод пылевидного топлива посредством дутья и газифицирующего агента в реакционную камеру, в котором, перед вводом топлива в реакционную камеру, часть топлива с окислителем подают в подготовительные камеры, выполненные в виде муфеля, в которых предварительно генерируют поток низкотемпературной плазмы, осуществляют смешение потока низкотемпературной плазмы с пылевидным топливом, нагрев и возгорание топлива, и поддерживают процесс горения в подготовительных камерах, выполненных в виде муфеля, затем продукты сгорания направляют в реакционную камеру, в которую тангенциально вводят основной поток пылевидного топлива и газифицирующий агент для осуществления полной газификации топлива, при этом в качестве окислителя используют воздух, а в качестве газифицирующего агента - перегретый пар (Патент России №2062287, заявл. 14.04.94, опубл. Бюл. №17, 1996).

Указанный способ не обеспечивает полную переработку исходного сырья и характеризуется невысокой производительностью и сложностью технологического процесса.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (прототип) является плазмотермический способ переработки угля в синтез-газ, который включает подготовку, термообработку и газификацию угля с помощью плазмы, а процесс газификации осуществляют в три стадии, две из которых ведут в трубчатых теплообменниках газификационной колонны, а третью заключительную стадию газификации проводят непосредственно в объеме плазмотрона одновременно с процессом высокотемпературного пиролиза в присутствии реагента. При этом подготовку угля осуществляют путем диспергирования в метановой воде, в которую добавляют поверхностно-активные вещества - алкилоламиды и полученную угольную суспензию нагревают перед первой стадией газификации до 500-600К в потоке отходящих из газификационной колоны дымовых газов, а перед второй стадией газификации нагревают до 1200-1400К в потоке синтез-газа, отводимого из плазмотрона, при этом в качестве реагента при высокотемпературном пиролизе используют пары воды, которые впрыскивают в реакционную зону с помощью плазменного источника, так что вектор скорости движения плазменных струй и вектор скорости газифицируемой смеси противоположны друг другу при проекции на ось плазмотрона и совпадают при их проекции на плоскость, перпендикулярную оси плазмотрона, а полученный в плазмотроне синтез-газ охлаждают и очищают от смеси в центробежно-барабанном аппарате с помощью атмосферного воздуха и воды, а атмосферный воздух затем используют с частью синтез-газа в топочном устройстве газификационной колоны, а воду подают в диспергирующее устройство для приготовления угольной суспензии (Патент России №2047650, заявл. 28.09.93, опубл. Бюл. №31, 1995).

Однако известный способ недостаточно экономичен, поскольку предварительная подготовка исходного сырья и многостадийность процесса газификации отрицательно сказываются на энергетическом балансе процесса в целом. Кроме того, он не обеспечивает полного извлечения из исходного сырья ценных компонентов, так как предназначен исключительно для получения газообразных и жидких конечных продуктов, в то время как отходящие расплавленные шлаки имеют достаточно высокое содержание окислов железа (до 24%) и окислов кремния (до 40%).

Известна энерготехнологическая установка, содержащая футерованный газификатор для получения синтез-газа с установленным в его нижней части плазмотроном, а в верхней - дозатором подачи твердого низкосортного топлива и патрубками отвода нагретого синтез-газа и отвода шлака (А.Г.Артамонов. Переработка различных органических отходов в плазмохимическом реакторе. В кн. Аппараты высокотемпературной техники. - М.: Московский институт химического машиностроения, Межвузовский сборник научных трудов, 1988, с.63-64).

Данная установка предназначена исключительно для получения газа, при этом твердый металл используется практически полностью, а отходами является зола и шлак. Конструкция указанной установки не обеспечивает достаточной гибкости технологического процесса в отношении производства других продуктов.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату (прототип) является комбинированная парогазовая установка с плазмотермической газификацией угля, которая включает две паровые и одну газовую турбины с электрогенераторами, плазмотермический газификатор с узлом подачи угля, парогенераторы, котел-утилизатор, камеру сгорания, газовый аккумулятор, систему очистки газа, воздушный и газовые компрессоры и каталитический реактор для получения сжиженных углеводородов, отличающаяся тем, что один из парогенераторов установлен внутри плазмотермического газификатора, имеющего по меньшей мере два плазмотрона на парах воды, и гидравлически связан с паровой турбиной, узлом подачи угля и одним из плазмотронов, второй парогенератор установлен внутри котла-утилизатора под газовой горелкой для сжигания синтез-газа и гидравлически связан с второй паровой турбиной, узлом подачи угля и другим плазмотроном, при этом оба парогенератора гидравлически связаны с контуром утилизации тепла, а выход газовой турбины расположен внутри котла - утилизатора в зоне действия пламени его газовой горелки и гидравлически связан через теплообменник парогенератора и дымосос с дымовой трубой, при этом система очистки синтез-газа разделена на две ступени, связанные с плазмотермическим газификатором при помощи пароэжектора и между собой - с помощью газодувки, из которых первая ступень - мокрая и включает центробежно-барботажный аппарат с рециркуляционным контуром жидкого абсорбента и устройством для удаления шлака, а вторая ступень - сухая и включает сменный блок катализаторов с электрофильтрами и устройством для удаления серы и ее соединений, а газовая горелка котла-утилизатора, камера сгорания газовой турбины и газовый аккумулятор гидравлически соединены с газовым компрессором низкого давления, расположенным после второй ступени очистки синтез-газа, а в линии питания каталитического реактора синтез-газом установлен газовый процессор высокого давления и предусмотрено устройство для забора газообразного и сжиженного продуктов газификации, например синтез-газа и бензина (Патент России №2105040, заявл. 29.03.95, опубл. Бюл. №5, 1998).

Недостатком известной установки является неполное использование ее рабочего объема, ограниченная область ее применения - невозможность ее использования в металлургии. Образующийся в процессе газификации шлак находится при температуре газификации в жидком состоянии, а при поступлении шлака в нижнюю часть газификатора, где температура значительно ниже температуры газификации, жидкий шлак затвердевает и образует отложение на дне газификатора, что сокращает срок его работы. Кроме того, размещение парогенераторов внутри плазмотермического газификатора и котла-утилизатора в случае необходимости проведения на них ремонтных работ приводит к остановке установки в целом. В установке предусмотрена обязательная предварительная подготовка исходного топлива, что также снижает ее эффективность.

В основу первого из группы изобретений поставлена задача усовершенствования способа плазмотермической переработки органического топлива путем создания цикла безостановочной переработки любого углеродсодержащего сырья, любого фракционного состава, без его предварительной подготовки и максимально полного использования реакционного пространства газификаторов, который обеспечивает получение синтез-газа, использование его для получения электроэнергии, ферросилиция и наполнителей при сохранении чистоты окружающей среды и снижение энергозатрат.

В основу второго из группы изобретений поставлена задача усовершенствования установки для плазмотермической переработки органического топлива путем создания цикла безостановочной и безотходной переработки исходного сырья за счет последовательного размещения по ходу технологического процесса соответствующих аппаратов и полную переработку исходного сырья в едином технологическом агрегате при сохранения чистоты окружающей среды.

Первая поставленная задача решается тем, что в способе плазмотермической переработки органического топлива, в котором газификацию органического топлива производят одновременно с процессом высокотемпературного пиролиза в присутствии реагента, который впрыскивают в реакционную зону с помощью плазменных источников, охлаждение и очистку от примесей полученного синтез-газа, согласно изобретению газификацию исходного сырья в каждом газификаторе производят поочередно в потоке плазмы таким образом, что после окончания окислительного режима в первом газификаторе отключают в нем плазменную струю и режим окисления производят во втором газификаторе, при этом цикличность проведения режимов повторяют до достижения высоты жидкого шлака в одном из газификаторов, которая определяется по зависимости:

где Δ - высота жидкого шлака;

GП - расход плазмообразующего газа, кг/с;

ρП - плотность плазмы, кг/м3;

ρРАСП - плотность расплава, кг/м3;

dС - диаметр выходного сопла плазмотрона, м;

g - ускорение свободного падения, м/с2;

π=3,14,

затем производят продувку жидкого шлака восстановительной плазменной струей и, после слива металла и шлака в одном газификаторе, повторно загружают его исходным сырьем и цикл повторяют, при этом в качестве одного из плазмообразующих компонентов используется вода.

Заявленный способ переработки твердого топлива позволяет в одном технологическом агрегате осуществлять в циклично-последовательных режимах процессы окисления путем обработки сырья, например угля, окислительной плазменной струей для получения синтез-газа для последующей выработки электроэнергии и процессы восстановления металлов из непрореагировавшего твердого остатка (шлака) путем периодической продувки шлака восстановительной плазменной струей с целью получения ценных компонентов, при этом в качестве одного из плазмообразующих компонентов используется вода. Приведенная аналитическая зависимость увязывает режим работы плазмотрона в расплаве шлака с газодинамическими параметрами жидкой ванны расплава. Если это соотношение не выполняется, то происходит газодинамическое запирание плазмотрона или расплав выплескивается из шлакосборника и накапливается на стенах окислительной зоны газификатора, образуя своды, мосты и настыли, в результате чего процесс прекращается. Замещение части реагента, включающего газообразный окислитель, например воздух или пар, на воду позволяет повысить эффективность процесса и снизить количество вредных выбросов NO2. Поскольку при плазменной конверсии воды образуются кислород и водород, то свободный кислород расходуется на окисление топлива, а водород используется как дополнительный топливный элемент, который повышает энергосодержание синтез-газа и сохраняет чистоту окружающей среды.

Другая поставленная задача решается тем, что в установке для плазмотермической переработки органического топлива, которая включает футерованный газификатор, связанный в верхней части с узлами подачи топлива, плазмотроны, камеру сгорания, шлакосборник, расположенный в нижней части газификатора, систему очистки синтез-газа, связанную с газификаторами, теплообменник, газовую и паровую турбины с электрогенераторами, котел-утилизатор, согласно изобретению установка снабжена дополнительным газификатором и ресивером-циклоном, связанными между собой в верхней части трубопроводом для транспортирования синтез-газа, ресивер-циклон в нижней части соединен наклонными пылепроводами с газификаторами, а плазмотроны установлены по обе стороны от плоскости разделительной перегородки газификатора и шлакосборника, соответственно в стенке каждого газификатора и шлакосборника оппозитно друг другу, причем в шлакосборниках выполнены летки для слива металлической лигатуры в изложницы и обедненного шлакового расплава в гранулятор, а ресивер-циклон трубопроводом подачи синтез-газа соединен с газоохладительным теплообменником, один трубопровод которого соединен с паровой турбиной, а второй - через систему горячей очистки и керамический фильтр связан с камерой сгорания газовой турбины, соединенной с котлом-утилизатором, при этом дополнительный выход керамического фильтра связан через блок автоматической подачи синтез-газа, блок дополнительной очистки и блок компримирования синтез-газа с плазмотронами.

Компоновочное решение агрегатов и узлов и их размещение по ходу технологического процесса обеспечило создание безотходной комплексной переработки исходного сырья в едином технологическом агрегате при сохранении чистоты окружающей среды.

Установка конструктивно представляет собой два блока - блок газификации и блок преобразования энергии. Блок газификации состоит из спаренных, футерованых огнеупорным кирпичом газификаторов и ресивера-циклона, расположенных в герметичном металлическом корпусе. Ресивер-циклон обеспечивает выравнивание давления синтез-газа в системе и одновременно служит первой ступенью очистки синтез-газа от пыли.

Размещение окислительных плазмотронов в нижней части газификаторов позволяет эффективно обрабатывать топливо в режиме противотока. Плазмотроны, установленные в шлакосборниках, обеспечивают работу как в окислительном, так и в восстановительном режимах, что позволяет использовать их дополнительно для газификации топлива, когда газификатор включен в режиме окисления с гибкой и мобильной системой управления, способной обеспечить быстрый переход с одного режима работы на другой.

Блок преобразования энергии включает систему охлаждения и очистки синтез-газа, газотурбинную и паротурбинную установки с электрическими генераторами и системой регенерации пара, системы очистки и удаления дымовых газов. Схема получения электроэнергии и синтез-газа достаточно гибкая и простая.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 представлена схема установки для плазмотермической переработки органического топлива,

на фиг.2 - график расходов синтез-газа двух газификаторов.

Заявленный способ реализуется следующим образом.

Продувают плазменными окислительными струями углесодержащее сырье в объеме первого газификатора. В результате газификации получают синтез-газ, который направляют для последующего использования в производстве электроэнергии, а образующийся жидкий шлак накапливают в шлакосборнике до достижения им заданной высоты, которую определяют по зависимости:

где Δ - высота жидкого шлака;

GП - расход плазмообразующего газа, кг/с;

ρП - плотность плазмы, кг/м3;

ρШ - плотность шлака, кг/м3;

dС - диаметр выходного сопла плазмотрона, м;

g - ускорение свободного падения, м/с2;

π=3,14,

после чего производят продувку жидкого шлака восстановительной плазмой и одновременно осуществляют цикл окисления углеродсодержащего сырья во втором газификаторе и, после слива металла и шлака из первого газификатора, производят его загрузку исходным сырьем и цикл повторяют. В зависимости от марки угля, его зольности, циклы работы газификаторов в окислительном режиме получения синтез-газа могут повторяться два-четыре раза до достижения жидким шлаком расчетной высоты в одном из газификаторов.

Такой циклически-последовательный режим позволяет с одной стороны непрерывно подавать синтез-газ потребителю, а с другой - обрабатывать жидкий шлак по мере его накопления.

Высоту Δ жидкого шлака в шлакосборнике определяют из условия равенства сил РП плазменного давления плазмотрона

и сил РШ давления столба шлака на выходное отверстие плазмотрона

где ρП - плотность плазмы, кг/м3;

VП - скорость плазмы, м/с;

FП - площадь выходного сопла плазмотрона. м;

ρШ - плотность шлака, кг/м3;

VШ - объем шлака над выходным соплом плазмотрона, м3;

g - ускорение свободного падения, g=9,81 м/с2.

Используем очевидные соотношения

где FШ - площадь поперечного сечения столба шлака, м2;

Δ - высота жидкого шлака, м;

dС - диаметр выходного сопла плазмотрона, м;

GП - расход плазмообразующего газа, кг/с;

π=3,14.

Подставляя (4), (5) и (6) в (3), получаем

откуда после преобразования получаем:

Пример конкретного выполнения способа. В газификаторы диаметром 1,1 м высотой 4,0 м последовательно загружают по 4.0 тонны угля марки «Г». Уголь удерживается на колошниковой решетке и в шлакосборник не попадает. Подают плазмообразующий воздух и воду в оппозитно расположенные плазмотроны одного газификатора и возбуждают в них дуговые разряды. Плазменными окислительными струями продувают слой загруженного угля. Образующийся в процессе газификации синтез-газ имеет следующий состав в объемных процентах: H2-34; CO-37; N2-28; Σ=99. Этот газ поступает в ресивер-циклон с рабочим объемом ˜10 м3, в нижней части которого установлен циклон для удаления пыли. Процесс газификации продолжается ˜4,0 часа, в результате из одной загрузки угля (4,0 тонны) получают 8000 кг/кг синтез-газа, нагретого до температуры 1100...1300°С. Во второй половине цикла газификации загружают второй газификатор таким же количеством угля марки «Г» и возбуждают дуговые разряды в плазмотронах второго газификатора. Некоторое время работают оба газификатора. Поскольку расход во времени синтез-газа из одного газификатора имеет колоколообразный вид, то сумма расходов из обоих газификаторов имеет квазипериодический вид, показанный на фиг.2.

В зависимости от марки угля и режимов работы циклы работы газификаторов могут повторяться два-четыре раза до достижения жидким шлаком высоты Д в одном из газификаторов

1. GП=0,1 кг/с; ρП=0,4 кг/м3; ρШ=4,5·103 кг/м3; π=3,14; dC=3,0·10-2 м; g=9,81 м/с2.

2. GП=0,07 кг/с; ρП=0,35 кг/м3; ρШ=4,0·103 кг/м3; π=3,14; dC=2,5·10-2 м; g=9,81 м/с2.

По достижении высоты слоя жидкого шлака в шлакосборнике Δ≈0,5...0,7 м плазмотроны, размещенные в шлакосборнике газификатора, переводятся в восстановительный режим работы. Под действием восстановительных плазменных струй из шлака восстанавливается железо и кремний в виде ферросилиция FeSi. При загрузке в газификатор 4,0 тонны угля марки «Г» шлаковый остаток составляет около 20%; т.е. 800 кг, из которого извлекается около 20% FeSi, т.е. 160 кг лигатуры. Время плавления шлакового остатка составляет 20...40 минут. Полученная лигатура сливается в изложницу, а обедненный жидкий шлак направляется на гранулирование. После слива металла и шлака из шлакосборника в газификатор загружается свежая порция угля, и плазмотроны газификатора переводятся в окислительный режим работы. После окончания газификации угля в данном газификаторе процесс повторяется. Минимальное время между плавлением и сливом металла и шлака в различных газификаторах составляет приблизительно один час. Провал расхода синтез-газа в это время компенсируется запасом синтез-газа в ресивере-циклоне и составляет около 20% от основного расхода синтез-газа.

Установка для переработки органического топлива содержит газификаторы 1 и 2, объединенные высокотемпературным ресивером-циклоном 3 и снабженные в верхней части загрузочными устройствами 4, а в нижней боковой части - расположенными оппозитно друг другу плазмотронами 5. Нижняя часть газификаторов 1, 2 состыкована со шлакосборниками 6 жидкого шлака, в боковой стенке которых установлены плазмотроны 7. В шлакосборниках 6 выполнены летки 8 для слива металлической лигатуры в изложницы 9, а обедненного шлакового расплава - в гранулятор 10. Плазмотроны 5 и 7 подключены к источникам питания 11, обеспечивающим необходимые энергофизические характеристики дугового разряда, к компрессору 12 подачи плазмообразующего воздуха и к центробежному насосу 13 подачи охлаждающей и плазмообразующей воды. Блок преобразования энергии включает в себя систему охлаждения и тонкой очистки полученного синтез-газа, содержащую подключенный на выходе из ресивера-циклона 3 теплообменник 14, подсоединенный к паровой турбине 15 и далее последовательно к системе горячей очистки 16, керамическому фильтру 17, камере сгорания 18 газовой турбины 19. На оси газовой турбины 19 расположен электрический генератор 20 и компрессор 21 подачи газа в камеру сгорания 18. Газовая турбина 19 соединена с котлом-утилизатором 22. Для работы плазмотронов в восстановительном режиме используется блок, состоящий из последовательно соединенных между собой узла 23 автоматической подачи синтез-газа, узла интенсивного охлаждения 24, узла дополнительной очистки 25 и узла компримирования синтез-газа 26, подсоединенного к плазмотронам 7.

Установка работает следующим образом.

Углесодержащее сырье загрузочным устройством 4 загружается сверху в первый газификатор 1. На плазмотроны 5 и 7 компрессором 12 подают плазмообразующий воздух, а центробежным насосом 13 - плазмообразующую и охлаждающую воду. С помощью источника электропитания 11 возбуждают дуговые разряды и запускают плазмотроны 5 и 7. Плазменными окислительными струями продувают слой исходного сырья, образующийся в процессе газификации синтез-газа по магистрали, оснащенной обратными клапанами, поступает в высокотемпературный ресивер-циклон 3, в нижней части которого выполнена система удаления пыли в газификаторы 1, 2. Ресивер-циклон 3 предназначен для выравнивания давления синтез-газа в системе и одновременно служит первой ступенью очистки синтез-газа от пыли. В это время загрузочным устройством 4 исходное сырье загружается в газификатор 2. После окончания процесса газификации в первом газификаторе выключаются плазмотроны 5 и 7 и включаются в газификаторе 2. Далее процесс повторяется.

Нагретый до температуры 1100-1300°С синтез-газ из высокотемпературного ресивера-циклона 3 при избыточном давлении 1-5 атм поступает в газоохладительный теплообменник 14, где он охлаждается до температуры -540°С. Из теплообменника 14 пар поступает на паровую турбину 15 для выработки электроэнергии.

Охлажденный в теплообменнике 14 до температуры -540°С синтез-газ поступает в систему горячей сероочистки 16, где сера в кипящем слое адсорбируется титанатом цинка, частично выводящимся на регенерацию. После горячей сероочистки в свечах керамического фильтра 17 из синтез-газа удаляется летучая пыль и далее газ поступает в камеру сгорания 18 газовой турбины 19. На оси газовой турбины 19 расположен электрический генератор 20 и компрессор 21, подающий воздух в камеру сгорания 18. После газовой турбины 19 продукты сгорания направляются в котел-утилизатор 22 и далее удаляются в дымовую трубу. Полученный в котле-утилизаторе 22 пар подается на паровую турбину 15 для выработки электроэнергии. Произведенная в газовой и паровой турбинах электроэнергия частично используется для собственных нужд (работа плазмотронов, насосов, компрессора и т.д.) и выдается в сеть потребителю.

В зависимости от марки угля, его зольности, циклы работы газификаторов 1 и 2 в окислительном режиме получения синтез-газа могут повторяться 2-4 раза до достижения жидким шлаком толщины Δ в одном из газификаторов. При достижении уровня шлака заданной толщины плазмотроны 7, размещенные в шлакосборнике газификатора, переводятся в восстановительный режим работы. Для работы плазмотронов 7 в режиме восстановления шлака очищенный в свечах керамического фильтра 17 синтез-газ через узел автоматической подачи 23 поступает на узел интенсивного охлаждения 24, далее на узел дополнительной очистки 25 и узел компримирования 26, из которого очищенный, охлажденный до температуры ˜30°С и сжатый до давления 3-6 атм синтез-газ подается на плазмотроны 7. Под действием восстановительных плазменных струй из шлака восстанавливается железо и кремний. Полученная металлическая лигатура - ферросилиций через летку 8 сливается в изложницу 9, а обедненный жидкий шлак - в гранулятор 10. Время процесса восстановления металлов не превышает 20-40 минут и поэтому вписывается в технологический цикл газификации. После слива металла и шлака из шлакосборника в газификатор загружается свежая порция угля и плазмотроны 5 газификатора и плазмотроны 7 шлакосборника начинают работать в окислительном режиме. После окончания процесса газификации в данном газификаторе включаются плазмотроны во втором газификаторе, и далее процесс повторяется.

Выполненные расчеты и экспериментальные результаты показывают, что при плазмотермической газификации угля выбросы в атмосферу в десятки раз меньше, чем при любых других процессах, основанных на сжигании угля. Это обусловлено тем, что при плазменной газификации, в отличие от известных процессов горения, идущих при 5-6 кратном соотношении воздуха к углю, количество окислителя устанавливается строго дозировано и только для поддержания реакции неполного окисления углерода. Так при весовом соотношении воздух/вода, не превышающем 0,3, концентрация азота в окислительной плазме не превышает 20% и поэтому выход азота и азотных соединений в конечном продукте не превышает 10%, практически при полном отсутствии СО2 и Н2О.

Экспериментально установлено, что при мощности заявляемой установки до 0,7 МВт и мощности трех одновременно работающих плазмотронов до 0,6 МВт при переработке 1000 кг/час угля марки «Г» обеспечивается выход 1000 кг/час нагретого до 1000°С синтез-газа, выдача в сеть 1500 кВт-часов электроэнергии, выпуск до 40 кг/час ферросилиция и до 150 кг/час легковесного наполнителя для железобетонных и других конструкций.

Заявленный способ термической переработки органического топлива и парогазовая установка для его осуществления позволяют эффективно перерабатывать исходное углеродсодержащее сырье любого фракционного состава с максимальным извлечением качественных готовых продуктов при минимальном воздействии на окружающую среду.

1. Способ плазмотермической переработки органического топлива, включающий газификацию органического топлива одновременно с процессом высокотемпературного пиролиза в присутствии реагента, который впрыскивают в реакционную зону с помощью плазменных источников, охлаждение и очистку от примесей полученного синтез-газа, отличающийся тем, что газификацию исходного сырья в каждом газификаторе производят поочередно в потоке плазмы таким образом, что после окончания окислительного режима в первом газификаторе отключают в нем плазменную струю и режим окисления производят во втором газификаторе, при этом цикличность проведения режимов повторяют до достижения высоты жидкого шлака в одном из газификаторов, которая определяется по зависимости

где Δ - высота жидкого шлака;

GП - расход плазмообразующего газа, кг/с;

ρП - плотность плазмы, кг/м;

ρШ - плотность шлака, кг/м3;

dС - диаметр выходного сопла плазмотрона, м;

g - ускорение свободного падения, м/с2;

π=3,14,

затем производят продувку жидкого шлака восстановительной плазменной струей и после слива металла и шлака в одном газификаторе повторно загружают его исходным сырьем и цикл повторяют, при этом в качестве одного из плазмообразующих компонентов используют воду.

2. Установка для плазмотермической переработки органического топлива, содержащая футерованный газификатор, связанный в верхней части с узлами подачи топлива, плазмотроны, камеру сгорания, шлакосборник, расположенный в нижней части газификатора, систему очистки синтез-газа, связанную с газификаторами, теплообменник, газовую и паровую турбины с электрогенераторами, котел-утилизатор, отличающаяся тем, что установка снабжена дополнительным газификатором и ресивером-циклоном, связанными между собой в верхней части трубопроводом для транспортирования синтез-газа, ресивер-циклон в нижней части соединен наклонными пылепроводами с газификаторами, а плазмотроны установлены по обе стороны от плоскости разделительной перегородки газификатора и шлакосборника соответственно в стенке каждого газификатора и шлакосборника оппозитно друг другу, причем в шлакосборниках выполнены летки для слива металлической лигатуры в изложницы и обедненного шлакового расплава в гранулятор, а ресивер-циклон трубопроводом подачи синтез-газа соединен с газоохладительным теплообменником, один трубопровод которого соединен с паровой турбиной, а второй через систему горячей очистки и керамический фильтр связан с камерой сгорания газовой турбины, соединенной с котлом-утилизатором, при этом дополнительный выход керамического фильтра связан через блок автоматической подачи синтез-газа, блок дополнительной очистки и блок компримирования синтез-газа с плазмотронами.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для внутрицикловой газификации углей в парогазовых энергетических установках. .

Изобретение относится к энергетике, а именно к устройствам для пирогенеза углеродсодержащих материалов с целью получения твердого остатка - угля и высококалорийного пиролизного газа для энергоснабжения потребителей.

Изобретение относится к энергетике, а именно к теплогазогенераторам газификации твердого топлива, используемыми для обеспечения потребителей высококалорийным силовым газом и горячим водоснабжением.

Изобретение относится к теплогазогенераторам твердого топлива. .

Изобретение относится к области комплексной переработки твердого топлива на основе биоресурсов и может быть использовано в энергетике и химической промышленности, конкретно, при газификации твердого топлива на основе торфа, угольной мелочи и опилок в газогенераторах.

Изобретение относится к устройству для газификации углеродсодержащего сырья струйного типа и может быть использовано в химической, нефтехимической, коксогазовой, энергетической и других смежных отраслях промышленности, особенно для переработки углеродсодержащего сырья с получением энергетических и технологических газов.

Изобретение относится к газификатору углеродсодержащего сырья и может быть использовано в химической, нефтехимической, коксогазовой, энергетической и других смежных отраслях промышленности, особенно для переработки углеродсодержащего сырья с получением энергетических и технологических газов.

Изобретение относится к области экологически чистой термохимической переработки вторичных древесных и растительных ресурсов, в частности древесного опила или торфа в энергетических установках для получения карбидной нефти и высококалорийного газа.

Изобретение относится к области термической переработки измельченных древесных отходов или брикетированного торфа в экологически чистых газогенераторных установках с паровоздушным дутьем в лесном, торфяном, сельском и др.

Изобретение относится к области газификации твердых углеродсодержащих материалов, в том числе отходов пластмасс, и может быть использовано на предприятиях химической промышленности, при переработке твердых бытовых отходов.

Изобретение относится к термической подготовке к сжиганию пылевидного топлива и может быть использовано на тепловых электростанциях, котельных и т.п. .

Изобретение относится к области газификации твердых углеродсодержащих материалов, в том числе отходов пластмасс, и может быть использовано на предприятиях химической промышленности, при переработке твердых бытовых отходов.

Изобретение относится к дуговой и плазменно-дуговой технике, в частности к электродам, и может быть применено в металлургической, химической, энергетической промышленности и других отраслях техники, использующих дуговые межэлектродные разряды.

Изобретение относится к энергетике, в частности, к комбинированной парогазовой установке с плазмотермической газификацией угля, предназначенной для выработки электрической и тепловой энергии, производства сжиженных и газообразных углеводородсодержащих продуктов из угля.

Изобретение относится к топливной энергетике, а именно к компактным газогенераторным устройствам, работающим на твердом, преимущественно дисперсном, буром угле с парокислородным дутьем.

Изобретение относится к термической переработке углеродсодержащего топлива с получением синтез-газа. .

Изобретение относится к топливной энергетике, а именно к компактным газогенераторным устройствам на твердом топливе, преимущественно дисперсном буром угле. .

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на ТЭС для получения из низкосортного энергетического угля высококачественного синтез-газа, состоящего из оксида углерода и водорода.

Изобретение относится к комплексной переработке твердого углеродсодержащего топлива и может быть использовано в энергетике и химической промышленности. .

Изобретение относится к технологии комплексной переработки твердого топлива и конструкции устройства для его переработки

Наверх