Установка для термической переработки твердых топлив

Изобретение может быть использовано для термической переработки горючих сланцев, углей и органосодержащих отходов. Подготовленное топливо подают из бункера 1 питателем 2 в смеситель 3, где топливо перемешивается с теплоносителем, поступающим из циклона 4. Смесь топлива и теплоносителя подают в реактор пиролиза 5, где происходит образование парогазовой смеси. Парогазовую смесь после очистки от взвешенных частиц золы в осадительной камере 6 и циклоне 9 отводят в устройство для конденсации парогазовой смеси 10. Изобретение позволяет обеспечить стабильную и эффективную работу установки в условиях значительно изменяющейся теплоты сгорания. 2 ил.

 

Изобретение относится к области термической переработки твердых топлив, например горючих сланцев, углей и т.п., и может быть использовано в энергетике и других отраслях при переработке твердых топлив и органосодержащих отходов для получения высококалорийных жидкого и газообразного топлив.

Известна установка для термической переработки горючих сланцев, содержащая последовательно установленные сушилку с питателем сырья, сепаратор отработавшего сушильного агента, смеситель твердого теплоносителя и сланца, связанный с реактором пиролиза, выход которого соединен патрубком отвода парогазовой смеси через устройство ее очистки от твердых частиц с отделением конденсации, и с аэрофонтанной топкой посредством шнекового питателя коксозольного остатка, выход из которой связан с делителем потока, а последний соединен с сепаратором теплоносителя и сепаратором золы, газовый выход которого подсоединен ко входу котла-утилизатора, а золоспускной патрубок соединен с зольным теплообменником, охлаждаемым, например, воздухом (см., например, ж-л "Электрические станции" №1, 1987 г., стр.20).

Недостатком этого решения, в частности, является то обстоятельство, что такая установка может эффективно работать, когда теплота сгорания сланца от среднего значения изменяется в ту и другую стороны в пределах до 10-15%.

Если теплота сгорания сланца снижается более значительно, то тепла, которое выделяется от сгорания коксозольного остатка в аэрофонтанной топке, оказывается недостаточно для нагрева твердого теплоносителя до такой температуры, при которой в реакторе пиролиза выделяется максимальное количество парогазовой смеси, следовательно снижается количество получаемых жидких углеводородов (искусственной нефти).

Известна также установка для термической переработки твердых топлив, содержащая последовательно установленные смеситель сланца и твердого теплоносителя, связанный с одной стороны с золоспускным патрубком сепаратора теплоносителя, а с другой - с реактором пиролиза, выход которого соединен через устройства очистки парогазовой смеси с отделением конденсации и посредством шнекового питателя - коксозольного остатка - с аэрофонтанной топкой, а выход продуктов сгорания из аэрофонтанной топки связан посредством делителя потока с сепаратором теплоносителя и котлом-утилизатором (см. патент РФ №2117687 от 17.12.1998 г. по кл. С10В 53/06, 49/16; C10J 3/20, 3/86). Данной установке свойственен тот же недостаток.

Задачей, на решение которой направлено заявленное техническое решение, является обеспечение стабильной и эффективной работы установки в условиях значительно изменяющейся теплоты сгорания поставляемого сланца в результате поддержания постоянного теплосодержания среды от потоков, поступающих на вход аэрофонтанной топки.

Поставленная задача достигается тем, что установка для термической переработки твердого топлива, например горючих сланцев, содержащая последовательно установленные бункер подготовленного топлива, например после сушки, с питателем топлива, смеситель топлива и твердого теплоносителя, реактор пиролиза, осадительную камеру с циклоном для очистки от пыли парогазовой смеси, поступающей в устройство для конденсации, аэрофонтанную топку, соединенную через делитель продуктов сгорания аэрофонтанной топки с сепаратором твердого теплоносителя, газовый выход которого соединен с зольным сепаратором, а его золоспускной выход - с зольным теплообменником, при этом газовый выход зольного сепаратора соединен с котлом-утилизатором, отличающаяся тем, что установка снабжена трубопроводом газа пиролиза с запорно-регулирующим устройством, связывающим газовый выход отделения конденсации с входом аэрофонтанной топки, который оборудован регулятором расхода газа пиролиза, работающий от импульса величины температуры теплоносителя после аэрофонтанной топки.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена принципиальная схема предложенной установки для термической переработки твердых топлив, а на фиг.2 показано содержание смолы в слое сланца по его глубине (в %).

Установка содержит бункер 1 подготовленного топлива, например после сушки, из которого топливо, в частности сланец, питателем 2 подается в смеситель 3, который подсоединен к зольному выходу циклона твердого теплоносителя 4 и реактору пиролиза 5, подключенному к осадительной камере 6, коксозольный выход которой соединен питателем 7 коксозольного остатка с входом аэрофонтанной топки 8, а другой выход осадительной камеры через циклон 9 для очистки парогазовой смеси от пыли соединен с устройством для конденсации 10 парогазовой смеси, выход неконденсирующегося горючего газа из которого подсоединен через нагнетатель 11 к трубопроводу 12, подключенному ко входу аэрофонтанной топки, при этом трубопровод снабжен регулятором расхода газа 13 и запорно-регулирующей задвижкой 14, размещенными последовательно по направлению движения газа, причем регулятор расхода газа электрически связан с датчиком 15 для измерения температуры теплоносителя в газоходе после аэрофонтанной топки с последующим поддержанием этой температуры постоянной путем сохранения суммарного теплосодержания потоков на входе в аэрофонтанную топку при изменении теплоты сгорания топлива подачей части газа пиролиза.

Выход из аэрофонтанной топки связан посредством делителя потоков 16 с циклоном 4 и с зольным сепаратором 17, золоспускной патрубок которого соединен с зольным теплообменником 18 охлаждаемым воздухом от воздуходувки 19, а газовый патрубок подключен к котлу-утилизатору 20, снабженному устройством 21 очистки продуктов сгорания от золы.

Установка работает следующим образом.

Подготовленное топливо, например, сланец, с размерами частиц не более 20 мм подается из бункера 1 питателем 2 в смеситель 3, где перемешивается с твердым теплоносителем, поступающим при температуре 700-800°С из циклона 4. В качестве твердого теплоносителя служит образующаяся зола топлива. Смесь сланца и теплоносителя поступает в реактор пиролиза 5, где в результате нагрева топлива в бескислородной среде (пиролиз) происходит образование парогазовой смеси, содержащей пары воды, тяжелых углеводородов и неконденсирующихся газов CH₄, C₂H₄, H₂, CO₂, CO, N₂ и других. Парогазовая смесь после очистки от взвешенных частиц золы в осадительной камере 6 и циклоне 9 отводится в устройство для конденсации парогазовой смеси 10, где сконденсировавшиеся тяжелые углеводороды образуют смолу (искусственную нефть), а неконденсируемая часть парогазовой смеси - полукоксовый горючий газ, который отводится из отделения конденсации на использование, например, в котле-утилизаторе 20.

Не перешедшая в реакторе пиролиза органика топлива вместе с минеральной частью образует коксозольный остаток, который поступает в аэрофонтанную топку 8, где его органика сжигается в потоке воздуха, подаваемого воздуходувкой 19. В результате сжигания коксозольного остатка температура образовавшегося потока газовзвеси на выходе из аэрофонтанной топки повышается до 700-800°С. Этот высокотемпературный поток газовзвеси поступает в делитель 16, в котором разделяется на две части: одна часть поступает в циклон 4 для выделения золы, служащей теплоносителем, другая - через газовыхлопной патрубок сепаратора 4 - в зольный сепаратор 17, из которого очищенные от золы газы направляются в котел-утилизатор 20, а уловленная зола отводится в зольный теплообменник 18, охлаждаемый, например, воздухом, и затем выводится из цикла.

Тепло потока в котле-утилизаторе 20 используется для получения, например, пара средних параметров, а затем электроэнергии.

Полукоксовый газ из устройства для конденсации 10 нагнетателем 11 частично по трубопроводу 12, который снабжен регулятором расхода газа 13 и запорно-регулирующей задвижкой 14 подается на вход аэрофонтанной топки 8 для поддержания на определенном уровне теплосодержания среды - тепла коксозольного остатка, тепла части полукоксового газа и воздуха, чтобы поддерживать постоянной температуру теплоносителя при значительном снижении теплоты сгорания исходного топлива, а следовательно, и приведенной теплоты сгорания коксозольного остатка. Поддержание стабильной требуемой температуры теплоносителя при снижении теплоты сгорания сланца обеспечивается подачей части пиролизного газа на вход аэрофонтанной топки от импульса температуры теплоносителя, которая измеряется после аэрофонтанной топки датчиком температуры 15. Указанный импульс воздействует на регулятор расхода 13, а последний на исполнительный механизм задвижки 19 на ее открытие, что приводит к восстановлению теплосодержания среды на входе аэрофонтанной топки.

Рассмотрим конкретный практический случай на примере иорданского сланца месторождения "Аттарат".

На фиг.2 приведены результаты определения содержания керогена (смолы) по глубине слоя сланца по двум скважинам, обозначенным как AG4 и OQ19 месторождения "Аттарат" (10% содержания керогена в сланце соответствуют теплотворной способности рабочей массы сланца =1650 ккал/кг (6,914 МДж/кг). По исследованиям ОАО "ЭНИН им. Г.М.Кржижановского" на действующих установках УТТ-3000 в г. Нарва теплотворная способность коксозольного остатка (КЗО) составляет 22-23% от теплотворной способности сланца ( _(КЗО)≈440 ккал/кг). На установках УТТ-3000 сжигание КЗО с указанной теплотворной способностью обеспечивает дополнительный нагрев потока в аэрофонтанной топке от ~480°С (температура на выходе из реактора пиролиза) до ~780-800°С.

Из фиг.2 видно, что по глубине слоя содержание керогена значительно колеблется. Следовательно, при поступлении на установку сланца с содержанием керогена в кг сланца около 6% (при среднем ~10,1%, скважина AG4) теплотворная способность сланца составит около 1000 ккал/кг, а коксозольного остатка около 250 ккал/кг. При этом температура теплоносителя снизится до 650-660°С, что приведет к снижению температуры в реакторе пиролиза и соответственно к снижению выхода парогазовой смеси, а также выходу искусственной нефти из сланца.

При низкой температуре теплоносителя и соответственно низкой температуре пиролиза может возникнуть опасность невоспламенения коксозольного остатка на входе в аэрофонтанную топку для топлива с изменяющейся при эксплуатации теплотой сгорания.

Получение на выходе из аэрофонтанной топки стабильной температуры сгорания вне зависимости от теплотворной способности перерабатываемого топлива позволяет повысить эффективность работы установки и ее надежность. При снижении температуры теплоносителя от датчика 15 поступает сигнал на регулятор расхода 13 и исполнительный механизм задвижки 14 на открытие последней; подача газа пиролиза по трубопроводу 12 на вход аэрофонтанной топки увеличивается. В результате этого обеспечивается повышение температуры теплоносителя до прежнего уровня или близкого к таковому, и создаются условия для более полного выделения из сланца парогазовой смеси при колебаниях теплоты сгорания исходного сланца.

Установка для термической переработки твердых топлив, например, горючих сланцев, содержащая последовательно установленные бункер подготовленного топлива с питателем топлива, смеситель топлива и твердого теплоносителя, реактор пиролиза, осадительную камеру с циклоном, связанную с устройством для конденсации парогазовой смеси и с аэрофонтанной топкой, выход которой через делитель потока продуктов сгорания подсоединен к циклону твердого теплоносителя; газовый выход последнего соединен с зольным сепаратором, а золоспускной выход - с зольным теплообменником, при этом газовый выход зольного сепаратора подсоединен к котлу-утилизатору, отличающаяся тем, что установка снабжена датчиком для измерения температуры потока, размещенным на выходе из аэрофонтанной топки, и трубопроводом подачи газа пиролиза от устройства для конденсации парогазовой смеси на вход в аэрофонтанную топку через размещенные последовательно по направлению движения газа пиролиза регулятор расхода газа пиролиза и запорно-регулирующую задвижку, при этом регулятор расхода газа пиролиза электрически связан с датчиком для измерения температуры и исполнительным механизмом запорно-регулирующей задвижки.