EA015285B1 - Реактор для переработки твердого топлива - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области металлургии, в частности к реакторам для переработки твёрдого топлива и может быть использовано в энергетике и химической промышленности для получения углеродных сорбентов, металлургического полукокса, энергетического или технологического газа с одновременным отбором тепловой энергии для целей теплоснабжения. Реактор содержит цилиндрическую камеру 1 с торцевой крышкой 2 и днищем 3 в виде усечённого конуса, загрузочный люк 4, патрубок 5 для отвода газа, колосниковую решётку 6, выгрузочный люк 7, механизм для подвода воздуха 8, термоэлектрические датчики 9, электрически соединённые с блоком измерений 10, водяную рубашку, состоящую из нескольких спиральных теплообменников 11, патрубки 12 для подачи воды в теплообменники, патрубки 13 для выпуска воды из теплообменников, гидравлически соединенные с коллекторами 14 и 15 подачи и выпуска воды, соответственно. Пространство между корпусом и теплообменниками заполнено минеральным теплоизолирующим материалом 16, на каждом патрубке для подвода воды в теплообменник установлен регулируемый клапан 17, электрически соединённый с блоком управления 18. Использование предложенного реактора без снижения его производительности позволяет повысить эффективность утилизации теплоты горения топлива, увеличить на 10-15% количество полезной тепловой энергии передаваемой потребителям.

Description

(57) Изобретение относится к области металлургии, в частности к реакторам для переработки твёрдого топлива и может быть использовано в энергетике и химической промышленности для получения углеродных сорбентов, металлургического полукокса, энергетического или технологического газа с одновременным отбором тепловой энергии для целей теплоснабжения. Реактор содержит цилиндрическую камеру 1 с торцевой крышкой 2 и днищем 3 в виде усечённого конуса, загрузочный люк 4, патрубок 5 для отвода газа, колосниковую решётку 6, выгрузочный люк 7, механизм для подвода воздуха 8, термоэлектрические датчики 9, электрически соединённые с блоком измерений 10, водяную рубашку, состоящую из нескольких спиральных теплообменников 11, патрубки 12 для подачи воды в теплообменники, патрубки 13 для выпуска воды из теплообменников, гидравлически соединенные с коллекторами 14 и 15 подачи и выпуска воды, соответственно. Пространство между корпусом и теплообменниками заполнено минеральным теплоизолирующим материалом 16, на каждом патрубке для подвода воды в теплообменник установлен регулируемый клапан 17, электрически соединённый с блоком управления 18. Использование предложенного реактора без снижения его производительности позволяет повысить эффективность утилизации теплоты горения топлива, увеличить на 10-15% количество полезной тепловой энергии передаваемой потребителям.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к реакторам для переработки твёрдого топлива, и может быть использовано в энергетике и химической промышленности для получения углеродных сорбентов, металлургического полукокса, энергетического или технологического газа с одновременным отбором тепловой энергии для целей теплоснабжения.

Известен реактор для переработки твёрдого топлива, включающий цилиндрический аппарат с нижней конусообразной частью, механизм для засыпки твердого топлива, приспособление для поджигания топлива в нижнем сечении аппарата и систему продувки аппарата воздухом сверху вниз. (см. патент США № 4883499, 1989 г.)

Кокс удаляется из нижней конусообразной части аппарата. Отбор газа осуществляется через боковые патрубки в нижней трети аппарата. Охлаждение осуществляется путем смывания воздухом наружной стенки аппарата.

Такое решение вызывает необходимость изготовления аппарата из дорогостоящей нержавеющей стали. При этом остается проблема дополнительного охлаждения продукта с непроизводительными потерями тепла, сложной системой герметизации загрузки и выгрузки, требующей соблюдения абсолютной герметичности.

Известен также реактор для переработки твердого топлива, содержащий цилиндрическую камеру с торцевой крышкой и днищем в виде усечённого конуса, водяную рубашку с патрубками впуска и выпуска воды, загрузочный люк и патрубок для отвода газа, расположенные у крышки корпуса, колосниковую решётку, выгрузочный люк и механизм для подвода воздуха, расположенные на основании днища, и термоэлектрические датчики, установленные внутри корпуса и электрически соединённые с блоком измерений (см. патент ЕАПО № 008111, 2007).

При работе реактора твердое углеродсодержащее топливо подают в загрузочный люк, затем включают электротермическое устройство розжига и сквозь слой топлива, снизу вверх чрез колосниковую решётку подают воздух. Полученный полукокс выгружают через люк, а горючий газ через выпускной патрубок подают потребителю. При этом цилиндрический корпус выполнен из двух коаксиальных цилиндров, образующих водяную рубашку, через которую прокачивают воду, которую затем передают в теплосеть.

К недостаткам данного реактора следует отнести низкую эффективность системы рекуперации теплоты горения топлива и высокую металлоёмкость устройства. Кроме того при гладкой стенке газодинамическое сопротивление зернистого слоя в пристеночной области существенно ниже, чем в самом слое. Это приводит к большему относительному расходу воздуха и неравномерности процесса горения, что снижает производительность реактора (Морозов А.Б. Разработка автотермической технологии производства активированного угля. Дис. к.т.н. Красноярск. 2003 г., 171 с.), Техническим результатом изобретения является повышение эффективности системы рекуперации теплоты горения топлива без снижения производительности реактора.

Указанный технический результат достигается тем, что в реакторе для переработки твердого топлива, содержащем цилиндрическую камеру с торцевой крышкой и днищем в виде усечённого конуса, водяную рубашку с патрубками впуска и выпуска воды, загрузочный люк и патрубок для отвода газа, расположенные у крышки корпуса, колосниковую решётку, выгрузочный люк и механизм для подвода воздуха, расположенные на основании днища, и термоэлектрические датчики, установленные внутри корпуса и электрически соединённые с блоком измерений, водяная рубашка состоит из нескольких спиральных трубчатых теплообменников, последовательно установленных внутри корпуса коаксиально его цилиндрической части и до основания днища, патрубки для подачи и выпуска воды гидравлически соединены с коллекторами подачи и выпуска воды, пространство между корпусом и теплообменниками заполнено теплоизолирующим материалом, термоэлектрические датчики установлены внутри корпуса на равном расстоянии от патрубков для выпуска воды из смежных теплообменников, а на каждом патрубке для впуска воды в теплообменник установлен регулируемый клапан, электрически соединённый с блоком управления.

Выполнение реакционной камеры в виде водяной рубашки, состоящей из ряда трубчатых теплообменников с автоматическим регулированием расхода воды через каждый из них, в зависимости от распределения температуры по высоте камеры, позволяет независимо от места расположения фронта горения топлива внутри камеры постоянно и с максимальной эффективностью производить отбор тепловой энергии, аккумулировать её и передавать в теплосеть потребителям.

На чертеже упрощенно изображён реактор для переработки твердого топлива.

Реактор высотой 4,3 м содержит цилиндрическую камеру 1 диаметром 2 м с торцевой крышкой 2 и днищем 3 в виде усечённого конуса, загрузочный люк 4, патрубок 5 для отвода газа, колосниковую решётку 6, выгрузочный люк 7, механизм для подвода воздуха 8, термоэлектрические датчики 9, электрически соединённые с блоком измерений 10, водяную рубашку, состоящую из нескольких спиральных теплообменников 11 из труб диаметром 57 мм и толщиной 3,5 мм, патрубки 12 для подачи воды в теплообменники, патрубки 13 для выпуска воды из теплообменников, гидравлически соединенные с коллекторами 14 и 15 подачи и выпуска воды, соответственно. Пространство между корпусом и теплообменниками заполнено минеральным теплоизолирующим материалом 16, на каждом патрубке для подвода воды в

- 1 015285 теплообменник установлен регулируемый клапан 17, электрически соединенный с блоком управления 18. Реактор работает следующим образом.

Подготовленное для переработки сырьё - уголь марки Б2 (Разрез Березовский Канско-Ачинского угольного бассейна), имеющий калорийность 0')= 3800 ккал/кг и размер 30-50 мм, через люк 4 в крышке 2 загружают в камеру 1, после чего камеру герметизируют. Начальный разогрев угля осуществляют с верхнего слоя с помощью электротермического устройства (на чертеже не показано). Механизмом 8 через колосниковую решётку 6 в днище 3 в камеру подают газифицирующий агент - воздух. Горючий газ выводят из устройства через патрубок 5. Для утилизации теплоты горения топлива холодную воду из коллектора 14 по патрубкам 12 пускают в теплообменники 11, а горячую воду по патрубкам 13 для выпуска воды из теплообменников подают в коллектор 15, а из него в теплосеть. Одновременно измеряют среднюю температуру в зоне действия каждого из теплообменников с помощью термоэлектрических датчиков 9, установленных внутри камеры на равном расстоянии от патрубков для выпуска воды из смежных теплообменников. Сигнал от датчиков поступает в блок измерений 10. На разном расстоянии от фронта горения значения температур по высоте камеры отличаются на сотни градусов. При этом фронт горения движется вниз, постоянно меняя картину температурного поля внутри камеры. Поэтому для получения максимальной эффективности работы всей совокупности теплообменников, образующих тепловую рубашку, расход воды через каждый теплообменник регулируют с помощью клапанов 17 подачи воды в теплообменники пропорционально регистрируемым термоэлектрическими датчиками значениям температур. Регулировку осуществляют посредством блока управления 18, в соответствии с сигналами, поступающими в блок регистрации. При этом теплоизоляция 16 препятствует потерям тепла из теплообменников в окружающую среду. При поступлении от нижнего термоэлектрического датчика сигнала о достижении фронтом горения колосниковой решётки подача воздуха прекращается, после чего для снижения остаточной температуры твёрдого продукта с 600-800 до 70°С устройство переводится в режим охлаждения. Для этого горючий газ пускают на циркуляцию по замкнутому контуру (на чертеже не показан), где он последовательно, проходя через слой продукта, нагревается, а затем охлаждается в рекуператоре с полезным отбором тепловой энергии. По окончании охлаждения твёрдый продукт выгружается самотеком через выгрузочный люк 7.

Использование предложенного реактора без снижения его производительности позволяет повысить эффективность утилизации теплоты горения топлива, увеличить на 10-15% количество полезной тепловой энергии, передаваемой потребителям.

Claims (1)

1. Реактор для переработки твердого топлива, содержащий цилиндрическую камеру с торцевой крышкой и днищем в виде усечённого конуса, водяную рубашку с патрубками впуска и выпуска воды, загрузочный люк и патрубок для отвода газа, расположенные у крышки корпуса, колосниковую решётку, выгрузочный люк и механизм для подвода воздуха, расположенные на основании днища, и термоэлектрические датчики, установленные внутри корпуса и электрически соединённые с блоком измерений, отличающийся тем, что водяная рубашка состоит из нескольких спиральных трубчатых теплообменников, последовательно установленных внутри корпуса коаксиально его цилиндрической части и до основания днища, патрубки для подачи и выпуска воды гидравлически соединены с коллекторами подачи и выпуска воды, пространство между корпусом и теплообменниками заполнено теплоизолирующим материалом, термоэлектрические датчики установлены внутри корпуса на равном расстоянии от патрубков для выпуска воды из смежных теплообменников, а на каждом патрубке для впуска воды в теплообменник установлен регулируемый клапан, электрически соединённый с блоком управления.