Способ газификации твердого топлива и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области энергетики, металлургии и химической промышленности и может быть использовано для получения кокса и генераторного газа. Способ газификации твердого топлива включает загрузку топлива в реактор, газификацию топлива и удаление продуктов газификации. Причем газификацию топлива осуществляют в режиме разреженной газовой среды путем понижения давления относительно атмосферного за счет откачки генераторного газа на выходе реактора, а состав газовой среды формируют на входе реактора при атмосферном давлении путем добавления смеси газов, паров, аэрозолей. Устройство для осуществления способа включает реактор, узел загрузки топлива, узел удаления продуктов газификации и формирователь газовой среды. Формирователь газовой среды, состоящий из двух раздельных входов для приема воздуха при атмосферном давлении и для подачи смеси газов, паров, аэрозолей, соединен со входом реактора, а перед выходом реактора установлены вытяжное устройство и теплообменник для поддержания необходимой температуры и давления генераторного газа. Газификатор имеет простую конструкцию и повышенную эффективность в работе. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области энергетики, металлургии и химической промышленности и может быть использовано для получения кокса и генераторного газа.

Известны способы газификации твердого топлива в аппаратах шахтного типа, предусматривающие последовательно загрузку топлива, газификацию топлива, удаление продуктов газификации. Основным недостатком таких способов является то, что для работы в непрерывном режиме необходима установка как минимум двух и более аппаратов, работающих последовательно, как на предприятиях ОАО «Норильский никель», ЗАО «Карбоника-Ф» и др., что усложняет техонологический регламент, обслуживание, требует больших площадей, большую металлоемкость, усложняет процесс автоматизации. Также известен способ непрерывной газификации угля по технологии «Термококс - КС», применяемый ОАО «СУЭК» на котельной в п.Шарыпово. Данный способ предусматривает непрерывную газификацию угля и непрерывное удаление твердых продуктов газификации (золы, кокса). Недостатком данного способа является то, что процесс происходит в открытой топке, при атмосферном давлении и генераторный газ сгорает непосредственно над поверхностью газифицируемого топлива и не может быть отделен, транспортирован и использован для дальнейшей переработки.

Известен газификатор твердого топлива, выполненный в виде реактора, представляющего собой тело вращения с вертикальной осью, содержащий устройства для загрузки твердого топлива и выгрузки из него газа и шлака (патент RU 2315083, кл. C10J 3/20 от 30.01.2006 г.). Этот газификатор выполнен многоступенчатым, каждая ступень снабжена устройством для отвода пара, размещенным ниже устройства для поджига и стабилизации горения. Устройство для поджига содержит кольцевой коллектор, соединенный с горелкой, который выполнен в виде секций, соединенных с горелкой, а горелка выполнена в виде плазмотрона. Газификатор снабжен устройством для подвода окислителя в реактор. Устройство для подвода пара выполнено в виде коллектора.

Однако этот известный газификатор очень сложен по конструкции и малоэффективен для получения кокса.

По патенту RU 2299901, кл. C10B 49/00 от 27.07.2005 г. известно устройство для переработки твердого топлива, которое представляет собой слоевой аппарат шахтного типа, выполненный комбинированным - из верхнего, среднего и нижнего поясов. Верхний пояс состоит из загрузочного люка, выпускного патрубка газа, гидрозатвора и электротермического устройства. Средний пояс состоит из цилиндрического корпуса и водяной рубашки. Нижний пояс выполнен в виде усеченного конуса и состоит из выгрузочного устройства, колосниковой решетки, устройства подвода воздуха и/или охлаждающего газа и термоэлектрических датчиков.

Известное устройство малоэффективно в работе.

Задачей изобретения является повышение эффективности процесса газификации твердого топлива, например угля, в непрерывном режиме в герметичном аппарате с возможностью раздельного удаления генераторного газа и твердых продуктов газификации.

Технический результат при использовании изобретения заключается в создании газификатора простой конструкции с повышенной эффективностью в работе.

Указанный технический результат достигается тем, что способ газификации твердого топлива осуществляется в режиме разряженной газовой среды путем понижения давления относительно атмосферного за счет откачки генераторного газа на выходе реактора. Состав газовой среды формируют на входе реактора при атмосферном давлении путем добавления смеси газов, паров, аэрозолей.

В устройство для осуществления способа газификации входят ректор, узел загрузки топлива формирователь газовой среды и узлы удаления продуктов газификации, формирователь газовой смеси, выполненный из двух раздельных входов для приема воздуха при атмосферном давлении и для подачи смеси газов, паров, аэрозолей, и соединенный с входом реактора. Перед выходом реактора, подключаемого к потребителю генераторного газа, установлены теплообменник для поддержания необходимой температуры и давления генераторного газа, и вытяжное устройство.

На чертеже схематично изображен общий вид устройства для способа газификации твердого топлива.

Устройство состоит из ректора 1, который может быть установлен как вертикально, так и наклонно, узла загрузки 2, узла удаления продуктов газификации 3 и формирователя газовой среды 4, у которого два входа - один для газа, паров, аэрозолей 5 и вход для воздуха при атмосферном давлении 6. Устройство оборудовано вытяжным устройством 7, теплообменником 8 и выходом генераторного газа 9.

Способ газификации твердого топлива осуществляется и устройство для этого работает следующим образом.

Через узел загрузки твердого топлива 2 топливо поступает в реактор 1, где происходит изначально инициированный путем розжига процесс газификации, который поддерживается подачей газовой среды, сформированной в формирователе газовой среды 4 путем подачи смеси газов, паров, аэрозолей через вход 5 и приема воздуха при атмосферном давлении через вход 6. При этом газовая среда формируется как с целью оптимизации процесса газификации конкретного твердого топлива, например угля, торфа, древесных опилок и т.д., так и для коррекции химического состава генераторного газа на выходе устройства.

Процесс газификации происходит при пониженном атмосферном давлении за счет того, что вместо традиционных нагнетательных устройств применяется вытяжное устройство 7, что позволяет создать в зоне газификации пониженное давление за счет сопротивления потоку газовой среды в слое газификации твердого топлива.

С целью получения требуемой температуры генераторного газа в устройстве предусмотрен теплообменник 8, устанавливаемый последовательно с вытяжным устройством 7, который работает как в режиме охлаждения, например для подачи в газопоршневой двигатель, так и в режиме подогрева генераторного газа, например для повышения температуры факела газовой горелки, в зависимости требуемых задач. Последовательность подключения вытяжного устройства 7 и теплообменника 8 так же определяется требованиями потребителя генераторного газа.

Таким образом, заявляемое устройство позволяет организовать процесс газификации в разряженной газовой среде, что, в свою очередь, увеличивает выход летучих веществ, снижает температуру реакции, снижает требования к герметизации и безопасности устройства. Последовательное подключение теплообменника и вытяжного устройства позволяет поддерживать температуру генераторного газа в соответствии с техническими условиями потребителя. А формирователь газовой среды на входе реактора позволяет адаптировать процесс газификации под конкретный вид твердого топлива и скорректировать химический состав генераторного газа также в соответствии с техническими условиями потребителя.

1. Способ газификации твердого топлива, предусматривающий загрузку топлива в реактор, газификацию топлива и удаление продуктов газификации, отличающийся тем, что газификацию топлива в реакторе осуществляют в режиме разряженной газовой среды путем понижения давления относительно атмосферного за счет откачки генераторного газа на выходе реактора, а состав газовой среды формируют на входе реактора при атмосферном давлении путем добавления смеси газов, паров, аэрозолей.

2. Устройство для осуществления способа по п.1, включающее реактор, устанавливаемый наклонно к вертикальной оси, узел загрузки топлива, узел удаления продуктов газификации и формирователь газовой среды, отличающееся тем, что формирователь газовой среды, состоящий из двух раздельный входов для приема воздуха при атмосферном давлении и для подачи смеси газов, паров, аэрозолей соединен со входом реактора, а перед выходом реактора, подключаемого к потребителю генераторного газа, установлены вытяжное устройство и теплообменник для поддержания необходимой температуры и давления генераторного газа.