RU2359011C1 - Method of solid fuel conversion and installation to this end (versions) - Google Patents
Method of solid fuel conversion and installation to this end (versions) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2359011C1 RU2359011C1 RU2008107042/04A RU2008107042A RU2359011C1 RU 2359011 C1 RU2359011 C1 RU 2359011C1 RU 2008107042/04 A RU2008107042/04 A RU 2008107042/04A RU 2008107042 A RU2008107042 A RU 2008107042A RU 2359011 C1 RU2359011 C1 RU 2359011C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- conversion
- converter
- chamber
- combustion
- fuel
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Gasification And Melting Of Waste (AREA)
Abstract
Description
Группа изобретений относится к способам и средствам переработки твердого топлива в горючий газ и может быть использована для конверсии (газификации) твердых горючих веществ, таких как уголь, кокс, сланец, резина, горючих материалов растительного и животного происхождения, твердых коммунальных отходов. Полученные при конверсии твердых горючих веществ целевые продукты могут быть использованы как горючее для двигателей внутреннего сгорания, для получения тепла и электроэнергии, жидких моторных топлив и полезных химических продуктов.The group of inventions relates to methods and means of processing solid fuel into combustible gas and can be used for the conversion (gasification) of solid combustible substances such as coal, coke, shale, rubber, combustible materials of plant and animal origin, solid municipal waste. The target products obtained from the conversion of solid combustible substances can be used as fuel for internal combustion engines, to generate heat and electricity, liquid motor fuels and useful chemical products.
Известен способ газификации твердого топлива, например угля, согласно которому в полость газификатора подают твердое кусковое топливо и газифицирующие реагенты с образованием летучих газов, выпускаемых из верхней части газификатора и твердых фракций, удаляемых из его нижней части, причем процесс газификации твердого топлива в газификаторе осуществляют путем его взаимодействия с газообразным топливом, причем после газификации твердого топлива из газового компонента осаждают твердые фракции и удаляют их из газификатора (см. патент РФ №2084493, кл. C10J 3/14, 1997 г.).There is a method of gasification of solid fuel, for example coal, according to which solid lump fuel and gasification reagents are fed into the gasifier cavity with the formation of volatile gases discharged from the upper part of the gasifier and solid fractions removed from its lower part, and the process of gasification of solid fuel in the gasifier is carried out by its interaction with gaseous fuel, moreover, after gasification of solid fuel, solid fractions are precipitated from the gas component and removed from the gasifier (see RF patent 2084493, cl. C10J 3/14, 1997).
В результате анализа известного способа необходимо отметить, что он характеризуется низкой производительностью, высоким процентом недожога углерода, низкой теплотворной способностью получаемого горючего газа и высокой его засоренностью смолами.As a result of the analysis of the known method, it should be noted that it is characterized by low productivity, a high percentage of underburning of carbon, low calorific value of the resulting combustible gas and its high contamination with resins.
Известен способ переработки твердых бытовых отходов путем пиролиза и газификации органической составляющей отходов, которые смешивают с кусками твердых негорючих и неплавящихся материалов и загружают в реактор, куда также подают кислородосодержащий газифицирующий агент, причем газификацию проводят путем последовательного пребывания сырья в зонах нагревания, сушки, пиролиза, горения (окисления) и зоне охлаждения, а максимальную температуру в реакторе поддерживают в пределах 800-1300 градусов путем регулирования, по крайней мере, одного параметра, выбираемого, например, из массовой доли кислорода в газифицирующем агенте или массовой доле горючего или негорючего материала в шихте, причем в качестве газифицирующего агента используют смесь дымового газа, воздуха и водяного пара, выделяющегося при сушке сырья (см. патент РФ №2150045, кл. F23G 5/027, 2000 г.).A known method of processing municipal solid waste by pyrolysis and gasification of the organic component of the waste, which is mixed with pieces of solid non-combustible and non-consumable materials and loaded into the reactor, which also serves an oxygen-containing gasifying agent, and gasification is carried out by the sequential stay of raw materials in the heating, drying, pyrolysis, combustion (oxidation) and the cooling zone, and the maximum temperature in the reactor is maintained within 800-1300 degrees by adjusting at least one a parameter selected, for example, from the mass fraction of oxygen in the gasifying agent or the mass fraction of combustible or non-combustible material in the charge, moreover, as a gasifying agent, a mixture of flue gas, air and water vapor released during the drying of raw materials is used (see RF patent No. 2150045, C. F23G 5/027, 2000).
В результате анализа данного способа переработки твердых бытовых отходов необходимо отметить, что он обеспечивает переработку твердых бытовых отходов с получением горючего газа, который может сжигаться непосредственно в котлоагрегате либо направляться потребителям, либо перерабатываться по известным технологиям. Дымовые газы, образующиеся при переработке сырья, могут подаваться в зоны переработки сырья в качестве газифицирующего агента. Таким образом известный способ обеспечивает процесс переработки сырья без подвода тепла извне, так как энергия, необходимая для поддержания процесса горения, образуется за счет сжигания горючей части утилизируемых отходов, а введение в газифицирующий агент водяного пара позволяет избежать дополнительных энергозатрат. Однако данный способ характеризуется низкой производительностью, низкой теплотворной способностью и высокой засоренностью получаемого горючего газа, а также высокими затратами, обусловленными необходимостью обеспечения постоянного потока через газификатор инертных кусковых материалов.As a result of the analysis of this method of processing municipal solid waste, it should be noted that it provides the processing of municipal solid waste with the production of combustible gas, which can be burned directly in the boiler or sent to consumers, or processed using known technologies. Flue gases generated during the processing of raw materials can be supplied to the zone of processing of raw materials as a gasifying agent. Thus, the known method provides a process for processing raw materials without supplying heat from outside, since the energy necessary to maintain the combustion process is generated by burning the combustible portion of the utilized waste, and the introduction of water vapor into the gasification agent avoids additional energy costs. However, this method is characterized by low productivity, low calorific value and high clogging of the resulting combustible gas, as well as high costs due to the need to ensure a constant flow through the gasifier of inert bulk materials.
Известен способ бескислородной газификации углей, согласно которому в газогенератор сверху подают на сжигание измельченный уголь, а снизу - водяной пар. По оси реторты с кипящим слоем вставлена труба для отвода продуктов газификации. Воздух, необходимый для обеспечения автотермичности процесса, подается в верхнюю часть кипящего слоя и отсюда же отводятся продукты сгорания угля. С нижней части газогенератора отводят зольный остаток. Таким образом, известный способ обеспечивает раздельный отвод целевого продукта и продуктов сгорания (см. статья A.M.Дубинина и О.М.Панова «Паровая бескислородная газификация углей как средство экономии топлива». Журнал «Теплоэнергетика», №4, 1997 г. стр.51-53) - наиболее близкий аналог (для способа).There is a method of oxygen-free gasification of coal, according to which crushed coal is fed to the gas generator from above for combustion, and water vapor is fed from below. A pipe for discharging gasification products is inserted along the axis of the retort with a fluidized bed. The air necessary to ensure the autothermal process is supplied to the upper part of the fluidized bed and the products of coal combustion are taken from here. Ash residue is removed from the bottom of the gas generator. Thus, the known method provides a separate outlet of the target product and combustion products (see article AMDubinina and OM Panova “Oxygen-free steam coal gasification as a means of fuel economy.” Journal of Heat, No. 4, 1997, p. 51 -53) is the closest analogue (for the method).
Данный способ малопроизводителен, имеет высокий процент недожога угля, низкий удельный выход горючего газа.This method is inefficient, has a high percentage of underburning coal, low specific yield of combustible gas.
Известно устройство для газификации твердого топлива, например угля, с получением смеси различных газов, включающее сосуд высокого давления, с которым связаны источник подачи твердого топлива, трубопроводы газообразного топлива, подачи газифицирующих реагентов и выхода летучих газов, а также отверстие для выброса твердых фракций посредством установленной в сосуде вращающей решетки (патент РФ №2084493, кл. C10J 13/14 1997 г.). Внутри сосуда высокого давления установлен трубчатый пиролизатор, в котором осуществляют взаимодействие газообразного и твердого топлива. Данная установка весьма сложна конструктивно, высокозатратна в изготовлении и эксплуатации и не обеспечивает высокий коэффициент полезного превращения энергии твердого топлива в энергию горючего газа.A device for the gasification of solid fuels, such as coal, is known to produce a mixture of various gases, including a pressure vessel with which a solid fuel supply source, gaseous fuel pipelines, gasifying reagents and volatile gases are connected, and an opening for ejecting solid fractions by means of an installed in a vessel of a rotating lattice (RF patent No. 2084493, class C10J 13/14 1997). A tubular pyrolyzer is installed inside the pressure vessel, in which gaseous and solid fuels interact. This installation is very complex structurally, costly to manufacture and operate and does not provide a high coefficient of useful conversion of solid fuel energy into combustible gas energy.
Известна установка для газификации твердого топлива, в которой камера газификации внутри дополнительно содержит кольцеобразный транспортный канал, внутри которого находится подающий топливо шнек. Топливо перемещается по транспортному каналу, где предварительно высушивается, нагревается, а затем попадает в камеру газификации (патент РФ, №2307864, кл. C10J 3/20, C10J 3/30, 2007 г.). Данная установка малопроизводительна, ее эксплуатация связана с большим недожогом топлива, высокой засоренностью и низкой теплотой сгорания горючего газа.A known installation for gasification of solid fuel, in which the gasification chamber inside additionally contains an annular transport channel, inside which is located the fuel supply screw. Fuel moves through the transport channel, where it is pre-dried, heated, and then gets into the gasification chamber (RF patent, No. 2307864,
Известна установка для переработки горючих твердых бытовых отходов (топлива) в горючий газ на основе сверхадибатического разогрева, включающая камеру для газификации сырья посредством его последовательного перемещения в рабочих зонах газификации, содержащую колосниковую решетку, расположенную внизу камеры, фурмы для подачи газифицирующего агента, содержащего кислород, выходное отверстие для выпуска продукт-газа, зольник для сбора остатка с выходным отверстием для его выпуска. Установка содержит также транспортные цепи, находящиеся вне камеры газификации по загрузке сырья в камеру сверху и выгрузке из зольника остатка (патент РФ, №2150045, кл. F23G 5/027. 1998 г.). Данная установка весьма сложна, малопроизводительна, высокозатратна в изготовлении и эксплуатации.A known installation for the processing of combustible solid household waste (fuel) into combustible gas based on super-adiabatic heating, including a chamber for gasification of raw materials by moving it sequentially in the working gasification zones, containing a grate, located at the bottom of the chamber, tuyeres for supplying a gasifying agent containing oxygen, an outlet for discharging product gas; an ash pan for collecting the residue with an outlet for discharging it. The installation also contains transport chains located outside the gasification chamber for loading the raw materials into the chamber from above and unloading the remainder from the ash pan (RF patent, No. 2150045,
Известна установка бескислородной паровой газификации угля в газогенераторе с кипящим слоем («Теплоэнергетика» №4, 1997 г., с.51-53). В газогенераторе сверху имеется средство для подачи в камеру сгорания дробленого угля с фракциями размером до 5 мм, снизу - устройство подачи водяного пара и средство подачи воздуха для обеспечения автотермичности процесса. По оси корпуса в газогенератор вертикально вставлена труба для отвода продуктов газификации, нижний конец которой входит в зону паровой газификации, а продукты сгорания угля выводятся из газогенератора через отвод в верхней части корпуса газогенератора. Зола выводится в нижней части газогенератора. Установка также содержит устройство регулирования давления в зонах сгорания и паровой газификации. Теплота, выделяющаяся при сгорании топлива, переносится в объем кипящего слоя циркуляцией частиц. При этом процессе циркуляция горящих частиц и газов в корпусе газогенератора происходит хаотично и это приводит к большому уносу недогоревших частиц угля и продуктов газификации с выводимыми из газогенератора продуктами сгорания, значительному засорению генераторного газа продуктами сгорания и твердыми частицами. Эти факторы обуславливают низкий выход продуктов газификации и низкий коэффициент полезного превращения энергии топлива в энергию генераторного газа, а также значительное засорение продуктов газификации балластными газами и зольными частицами от сгораемого топлива. Данная установка принята в качестве наиболее близкого аналога для вариантов установки.A known installation of oxygen-free steam gasification of coal in a fluidized bed gas generator ("Heat" No. 4, 1997, S. 51-53). In the gas generator, on top there is a means for supplying crushed coal with fractions up to 5 mm in size to the combustion chamber, on the bottom there is a water vapor supply device and air supply means for ensuring the process autothermality. A pipe is vertically inserted along the axis of the casing in the gasifier to discharge gasification products, the lower end of which is included in the steam gasification zone, and coal combustion products are discharged from the gasifier through a tap in the upper part of the gasifier casing. Ash is discharged at the bottom of the gas generator. The installation also includes a pressure control device in the combustion zones and steam gasification. The heat released during the combustion of fuel is transferred to the volume of the fluidized bed by circulation of particles. In this process, the circulation of burning particles and gases in the gas generator body occurs randomly and this leads to a large entrainment of unburned coal particles and gasification products with combustion products removed from the gas generator, significant clogging of the generator gas with combustion products and solid particles. These factors lead to a low yield of gasification products and a low coefficient of useful conversion of fuel energy into energy of the generator gas, as well as significant clogging of gasification products with ballast gases and ash particles from combustible fuel. This installation is accepted as the closest analogue for installation options.
Задачей настоящей группы изобретений является разработка способа и установки для конверсии твердого топлива в горючий газ, которые бы позволили повысить относительный выход горючего газа, снизить засорение горючего газа продуктами сгорания, снизить потери горючего газа с продуктами сгорания, снизить потери в виде недогоревшего топлива с продуктами сгорания и в результате повысить коэффициент полезного превращения энергии топлива в энергию горючего газа.The objective of this group of inventions is to develop a method and installation for the conversion of solid fuel into combustible gas, which would increase the relative yield of combustible gas, reduce the clogging of combustible gas by combustion products, reduce the loss of combustible gas with combustion products, and reduce losses in the form of unburned fuel with combustion products and as a result, increase the coefficient of useful conversion of fuel energy into energy of combustible gas.
Поставленная задача обеспечивается тем, что конвертер установки разделен на камеру горения, находящуюся в верхней его части, куда подается топливо и окислитель, и камеру газификации (конверсии), которая расположена в нижней части конвертера. Данные камеры сообщены друг с другом каналом для пропуска твердых продуктов горения из камеры горения в камеру конверсии.The task is ensured by the fact that the installation converter is divided into a combustion chamber located in its upper part, where fuel and oxidizer are supplied, and a gasification (conversion) chamber, which is located in the lower part of the converter. The chamber data is communicated with each other by a channel for passing solid combustion products from the combustion chamber to the conversion chamber.
При функционировании установки (осуществлении способа) может осуществляться раздельный вывод из конвертера газообразных продуктов горения и газификации, каждого по своему каналу через затворные устройства.During the operation of the installation (implementation of the method), a separate output from the converter of gaseous products of combustion and gasification, each in its own channel through the shutter devices, can be carried out.
Выпуск зольных продуктов конверсии осуществляется через герметизирующее устройство, которое примыкает к выпускному каналу в нижней части конвертера.Conversion ash products are discharged through a sealing device, which is adjacent to the outlet channel at the bottom of the converter.
Выполнение камеры горения предусматривает подачу в нее смеси топлива и окислителя (топливной смеси) под давлением и придания этой смеси вихревого движения в камере горения. При этом газообразные продукты горения концентрируются в центральной части вихря, поднимаются вверх и выводятся из корпуса конвертера через канал и заслонку в верхней части камеры горения, а твердые продукты горения концентрируются в периферийной части вихря, опускаются и отводятся вниз в камеру конверсии, в которую подается окислитель. В качестве окислителя может быть использован пар, кислород, воздух и др. В камере конверсии осуществляется газификация твердого топлива с получением в качестве продукта горючего генераторного газа.The implementation of the combustion chamber provides for the supply of a mixture of fuel and an oxidizing agent (fuel mixture) under pressure and giving this mixture a swirling motion in the combustion chamber. In this case, the gaseous products of combustion are concentrated in the central part of the vortex, rise up and out of the converter housing through the channel and the damper in the upper part of the combustion chamber, and the solid combustion products are concentrated in the peripheral part of the vortex, are lowered and taken down into the conversion chamber into which the oxidizing agent is fed . Steam, oxygen, air, etc. can be used as an oxidizing agent. Solidification of gas is carried out in the conversion chamber to produce combustible generator gas as a product.
Во втором варианте в процессе пропуска твердых продуктов из камеры горения в камеру конверсии осуществляется сепарация продуктов горения на твердые и газообразные и при этом газообразные продукты выводятся из корпуса конвертера по каналу через затворное устройство.In the second embodiment, during the passage of solid products from the combustion chamber to the conversion chamber, the combustion products are separated into solid and gaseous ones, while the gaseous products are removed from the converter housing through the channel through the shutter device.
Дополнительным техническим результатом является организация повышения теплоотдачи газовых продуктов горения в камеру конверсии за счет пропуска отсепарированных газовых продуктов горения через пространство между корпусом конвертера и кожухом, который ограничивает камеру конверсии по боковой поверхности и передает тепло от газовых продуктов горения среде камеры конверсии, а также возможность производства пара в пароперегревателе, расположенном в пространстве между корпусом конвертера и корпусом теплового кожуха. В этом случае в пароперегреватель снаружи подается вода и он может иметь выходы пара в камеру газификации, что позволяет осуществлять в камере конверсии паровую газификацию разогретого в камере горения топлива.An additional technical result is the organization of increasing the heat transfer of the combustion gas products to the conversion chamber by passing the separated combustion gas products through the space between the converter housing and the casing, which limits the conversion chamber along the side surface and transfers heat from the combustion gas products to the conversion chamber medium, as well as the possibility of production steam in a superheater located in the space between the converter housing and the housing of the thermal casing. In this case, water is supplied externally to the superheater and it can have steam exits to the gasification chamber, which allows steam gasification of the fuel heated in the combustion chamber in the conversion chamber.
Нетрудно заметить, что в заявленных способе и установках конверсии твердого топлива разделены процессы производства тепла за счет горения в вихревом потоке топлива с окислителем в камере горения и конверсии несгоревших продуктов, например, с паром в камере конверсии и при этом может быть организовано раздельное движение потока газовых продуктов горения за пределы конвертера от движения потока твердых продуктов горения, которое организовано в камеру конверсии. Кроме того, может быть организован отдельный поток горючего газа из камеры конверсии за пределы корпуса конвертера. При этом автоматически поддерживается оптимальное соотношение объемов и давления выпуска газовых продуктов горения из камеры горения и газовых продуктов конверсии из камеры конверсии за счет изменения сопротивления затворов на выпусках газовых продуктов из корпуса конвертера. Подача топлива в камеру горения осуществляется в виде потока смеси окислителя и топлива под давлением в пределах от 0,11 до 16 МПа и этому потоку в камере горения придается вихревое движение. При этом твердые частицы топлива в потоке могут иметь размеры в пределах до 10 мм. В камере газификации недогоревшие и раскаленные частицы топлива либо газифицируются за счет контакта с окислителем либо пиролизуются без контакта с окислителем. При этом подается в камеру конверсии окислитель под давлением в пределах от 0,11 до 16 МПа и с температурой в пределах от 10°С до 560°С. Вихревое движение потока в камере горения обеспечивает возможность сепарации твердых и газовых продуктов горения в самой камере горения с раздельным их выпуском: твердых продуктов - в камеру конверсии, газовых продуктов - через затворное устройство за пределы камеры горения. Возможность использования мелкого топлива и более интенсивный процесс горения позволяют уменьшить массогабариты конвертера и более полно использовать углерод топлива.It is easy to notice that in the claimed method and installations for the conversion of solid fuel, the processes of heat production are separated by combustion in a vortex fuel stream with an oxidizing agent in the combustion chamber and the conversion of unburned products, for example, with steam in the conversion chamber, and in this case, separate movement of the gas stream can be organized combustion products beyond the converter from the movement of the flow of solid combustion products, which is organized in the conversion chamber. In addition, a separate flow of combustible gas from the conversion chamber outside the converter housing can be arranged. In this case, the optimum ratio of the volumes and pressure of the release of gas combustion products from the combustion chamber and the gas conversion products from the conversion chamber is automatically maintained due to a change in the resistance of the gates at the outlets of gas products from the converter housing. Fuel is supplied to the combustion chamber in the form of a stream of a mixture of oxidizing agent and fuel under pressure in the range from 0.11 to 16 MPa, and vortex movement is given to this stream in the combustion chamber. In this case, solid particles of fuel in the stream can have sizes up to 10 mm. In the gasification chamber, unburned and hot fuel particles are either gasified by contact with the oxidizing agent or pyrolyzed without contact with the oxidizing agent. In this case, the oxidizing agent is fed into the conversion chamber under pressure in the range from 0.11 to 16 MPa and with a temperature in the range from 10 ° C to 560 ° C. The swirling flow in the combustion chamber allows the separation of solid and gas combustion products in the combustion chamber with their separate release: solid products into the conversion chamber, gas products through the shutter device outside the combustion chamber. The possibility of using small fuel and a more intense combustion process can reduce the weight and size of the converter and make fuller use of carbon fuel.
Во втором варианте установки в процессе ее функционирования осуществляется сепарация твердых и газовых продуктов горения в процессе пропуска твердых продуктов из камеры горения в камеру конверсии и при этом газообразные продукты горения выводятся из корпуса конвертера по каналу через затворное устройство.In the second version of the installation, during its operation, solid and gas combustion products are separated during the passage of solid products from the combustion chamber to the conversion chamber, while the gaseous combustion products are removed from the converter housing through a channel through a shutter device.
Целесообразно, чтобы окислитель, подаваемый в камеру горения, предварительно подогревался за счет тепла газовых продуктов горения и/или тепла конверсионного горючего газа, и/или тепла зольных остатков, выводимых из конвертера, также целесообразно, чтобы генерация пара осуществлялась за счет тепла получаемого горючего газа и/или тепла газовых продуктов горения, и/или тепла зольных остатков, выводимых из конвертера.It is advisable that the oxidizing agent supplied to the combustion chamber be preheated due to the heat of the combustion gas products and / or the heat of the conversion combustible gas and / or the heat of the ash residues removed from the converter, and it is also advisable that the steam is generated from the heat of the resulting combustible gas and / or the heat of the combustion gas products and / or the heat of the ash residues removed from the converter.
Целесообразно при реализации способа осуществлять подачу катализатора в камеры газификации и/или горения для интенсификации процессов.It is advisable, when implementing the method, to supply the catalyst to the gasification and / or combustion chambers to intensify the processes.
Целесообразно вводить смесь топлива и окислителя в камеру горения в нескольких точках для лучшего распределения и завихрения топливовоздушной смеси в камере горения.It is advisable to introduce a mixture of fuel and an oxidizing agent into the combustion chamber at several points for better distribution and turbulence of the air-fuel mixture in the combustion chamber.
Целесообразно вводить окислитель в камеру конверсии из нескольких точек снизу вверх для лучшего перемешивания окислителя с твердыми частицами или вводить плазму.It is advisable to introduce the oxidizing agent into the conversion chamber from several points from the bottom up to better mix the oxidizing agent with solid particles or introduce plasma.
Целесообразно осуществлять дожигание газообразных продуктов горения за счет отдельной подачи в них окислителя.It is advisable to carry out the afterburning of gaseous products of combustion due to a separate supply of oxidizing agent.
При проведении патентных исследований из уровня техники не выявлены решения, идентичные заявленной группе изобретений, а следовательно, заявленная группа изобретений соответствует условию охраноспособности «новизна».When conducting patent research from the prior art, no solutions were identified that are identical to the claimed group of inventions, and therefore, the claimed group of inventions meets the eligibility condition “novelty”.
Сущность заявленной группы изобретений не следует явным образом из решений, известных из уровня техники, а следовательно, заявленная группа изобретений соответствует условию охраноспособности «изобретательский уровень».The essence of the claimed group of inventions does not follow explicitly from the solutions known from the prior art, and therefore, the claimed group of inventions meets the eligibility condition "inventive step".
Сведений, изложенных в материалах заявки, достаточно для практического осуществления группы изобретений.The information set forth in the application materials is sufficient for the practical implementation of the group of inventions.
Сущность заявленной группы изобретений поясняется графическими материалами, на которых:The essence of the claimed group of inventions is illustrated by graphic materials on which:
на фиг.1 - установка для конверсии твердого топлива, первый вариант;figure 1 - installation for the conversion of solid fuel, the first option;
на фиг.2 - установка для конверсии твердого топлива, второй вариант;figure 2 - installation for the conversion of solid fuel, the second option;
на фиг.3 - установка с пароперегревателем.figure 3 - installation with a superheater.
Установка для конверсии твердого топлива (фиг.1) содержит конвертер 1 с футерованной его внутренней поверхностью, в верхней части конвертера образована камера вихревого горения 2, в которой размещен завихритель 3. На конвертере 1 смонтировано устройство 4 подачи топливной смеси (смеси топлива с окислителем) в камеру 2 и устройство 5 розжига подаваемой в камеру 2 топливной смеси. Устройство 5 может быть выполнено в виде жидкотопливной или газотопливной горелки. Для розжига также может быть использовано плазменное устройство. Данные устройства известны и нет необходимости в их подробном описании.The installation for the conversion of solid fuel (Fig. 1) contains a
В нижней части конвертера 1 имеется камера 6 конверсии, на которой установлено устройство 7 подачи в конвертер окислителя (например, пара или воздуха).In the lower part of the
Камеры конвертера сообщены между собой посредством канала 8 для перепуска твердых продуктов горения.Converter chambers are interconnected via channel 8 for bypassing solid combustion products.
На конвертере, например на камере 2, установлено устройство 9 отвода продуктов горения с регулируемым затворным элементом (заслонкой) 10.On the converter, for example on
На конвертере, например в верхней части камеры конверсии, установлено устройство 11 отвода газовых продуктов газификации с регулируемым затворным элементом (заслонкой) 12.On the converter, for example in the upper part of the conversion chamber, there is installed a device 11 for withdrawing gas products of gasification with an adjustable shutter element (shutter) 12.
В нижней части камеры конверсии имеется устройство отвода твердого остатка, которое может быть выполнено в виде шнека 13 с приводом его вращения 14.In the lower part of the conversion chamber there is a device for removing solid residue, which can be made in the form of a
Затворные элементы 10 и 12 снабжены механизмами их перемещения (соответственно 15 и 16), управление которыми осуществляется блоком управления 17.The shutter elements 10 and 12 are equipped with mechanisms for their movement (respectively 15 and 16), which are controlled by the
Установка для конверсии твердого топлива по второму варианту (фиг.2) отличается тем, что она оснащена сепаратором 18 для разделения твердых и газовых продуктов горения, размещенным на выходе из камеры 2 в канале 8. Устройство выхода продуктов горения может быть размещено в данном варианте в верхней части конвертера. Оно может быть соединено каналом (не показан) с полостью камеры конверсии.The installation for the conversion of solid fuel according to the second embodiment (FIG. 2) is characterized in that it is equipped with a
Каждый из вариантов установки может быть оснащен кожухом 19, размещенным в камере конверсии (фиг.3). Между кожухом и стенкой камеры может быть размещен пароперегреватель 20, вход которого через патрубок 21 связан с магистралью подвода воды, а выход 22 - с полостью камеры конверсии. Получаемый в пароперегревателе пар используется в качестве окислителя, подаваемого в камеру газификации. Нагрев воды осуществляется передачей тепла газовыми продуктами горения, проходящими между кожухом и стенкой камеры конверсии. На конвертере может быть установлен плазмотрон 23 для подачи плазмы в камеру конверсии.Each of the installation options can be equipped with a
Выполнение блока управления, узлов и агрегатов установки, конструкция которых не раскрыта в настоящей заявке, является известным и не составляет предмета патентной охраны.The implementation of the control unit, components and assemblies of the installation, the design of which is not disclosed in this application, is known and does not constitute the subject of patent protection.
Заявленный способ в полной мере может быть осуществлен установками по первому и второму вариантам.The claimed method can be fully implemented by installations according to the first and second options.
Заявленный способ реализуется при функционировании установки следующим образом.The claimed method is implemented during operation of the installation as follows.
В процессе функционирования установки в камеру горения 2 устройством 4 на завихритель 3 подается смесь измельченного топлива и окислителя (топливная смесь), которая поджигается устройством 5 розжига. Соотношение окислителя и твердого топлива подбирается таким, чтобы в камере вихревого горения создавалась и поддерживалась температура в пределах 800-1400°С и в то же время в твердых продуктах горения оставалось максимально возможное количество углерода. Это оптимальное соотношение твердого топлива и окислителя зависит от свойств и температуры топлива, свойств и температуры окислителя и рассчитывается исходя из конкретных параметров топлива и окислителя. Например, при наличии Кузнецкого каменного угля с теплотой сгорания в 26 МДж/кг, выходе летучих веществ в 38 мас.%, влажности 12 мас.%, зольности 10 мас.%, гранулометрическом составе угля до 5 мм, температуре воздуха 20°С, который используется в качестве окислителя, оптимальное соотношение топлива и воздуха находится в пределах от 1:1,4 до 1:2. После создания в камере горения устойчивого процесса вихревого горения и необходимой температуры устройство 5 розжига отключается и включается подача окислителя, например пара, из устройства 7 в камеру конверсии. Окислитель подается либо через распределительную решетку (не показана) снизу вверх с целью создания в камере восходящего или восходящего и закрученного потока пара, что при нисходящем потоке твердых частиц из камеры 2 увеличивает время нахождения твердых частиц в камере конверсии и интенсивность конверсии (газификации), либо окислитель подается тангенциально для создания вихревого потока, повышающего интенсивность конверсии. Раскаленные твердые частицы из камеры 2 по каналу 8 под собственным весом поступают в камеру газификации, где при их встрече с паром происходит газификация недогоревшего углерода, содержащегося в твердых частицах. При поступлении потока продуктов горения в виде твердых частиц из камеры 2 в канал 8 газовая часть продуктов горения из центральной части вихря направляется вверх, далее в канал газовых продуктов горения 7 и далее через затворное устройство 9 и открытую заслонку 10 газы направляются на очистку, дожигание и дальнейшее использование, например на подогрев воздуха, подаваемого в составе топливовоздушной смеси. Попадание газовых продуктов горения в камеру конверсии исключается не только за счет пониженного давления в центре вихря, но и за счет противодавления горючих газовых продуктов конверсии из камеры конверсии. Твердые продукты горения преодолевают указанное противодавление за счет собственного веса и повышенного давления на периферии вихря и по каналу 8 поступают в камеру 6 конверсии. Получаемые в камере 6 горючие газы из-за противодавления продуктов горения поступают в газовый канал 11 и далее через затворное устройство 12 проходят на дальнейшее использование. При закрытии заслонки 10 частично или полностью газовые продукты горения совместно с твердыми продуктами частично или полностью могут поступать в камеру конверсии, откуда уже совместно с газовыми продуктами конверсии через затворное устройство и заслонку выдаются из конвертера для дальнейшего использования. Твердый остаток газификации (зола) поступает под действием собственного веса на шнековое устройство 13 по выдаче золы из конвертера с приводом 14, в котором герметизация осуществляется за счет пробок золы. Учитывая, что давление в камерах 2 и 6 определяет необходимое направление движения газовых потоков продуктов горения и конверсии, приводы 15 и 16 запорных элементов 10 и 12 управляются настраиваемым блоком управления 17. Для повышения интенсивности и качества процессов в камерах горения и конверсии в них могут подаваться совместно с топливом и/или окислителем соответствующие катализаторы или плазма плазмотроном 23. Кроме того, в камеру горения для повышения интенсивности и полноты сгорания сырья может подаваться плазма на основе газа-окислителя, например пара (пароплазма).During operation of the installation, a mixture of ground fuel and an oxidizer (fuel mixture), which is ignited by the
При работе установки по второму варианту газовые продукты горения из камеры 2 через сепаратор 18 поступают в канал 8 и далее через затворное устройство на дальнейшее использование, например очистку, дожигание, производство пара и т.д., газовые продукты горения направляются в сепаратор 18 под действием противодавления газовых продуктов газификации, а твердые продукты горения преодолевают противодавление газовых продуктов конверсии за счет собственного веса и поступают по каналу 8 в камеру конверсии 6. В камеру 6 через подающее устройство 7 подается окислитель для конверсии разогретого твердого топлива, поступающего из камеры 2. При закрытой заслонке выпуска газовых продуктов горения последние совместно с твердыми продуктами конверсии по каналу 8 поступают в камеру конверсии, откуда совместно с продуктами горения выдаются из конвертера на дальнейшее использование. Зола от конверсии и горения твердого топлива под действием собственного веса поступает на шнековое устройство 13 по выдаче золы из конвертера с приводом 14, в котором герметизируется за счет пробок золы.During operation of the installation according to the second embodiment, the combustion gas products from the
При наличии в конструкции установки (для двух вариантов) (фиг.3) кожуха 19 и пароперегревателя 20, установленных в камере 6, газы, проходящие по зазору между кожухом и стенкой камеры, нагревают воду до состояния пара, который подается в камеру 6 в качестве окислителя, и дополнительно подогревают камеру 6.If there is a
Сущность заявленной группы изобретений будет более понятна из приведенных ниже примеров их реализации.The essence of the claimed group of inventions will be more clear from the following examples of their implementation.
Пример 1Example 1
В камеру 2 конвертера по первому варианту подавалась топливовоздушная смесь каменного угля с гранулометрическим составом до 5 мм, теплотой сгорания 26 МДж/кг, влажностью 12 мас.%, зольностью 10 мас.%, выходом летучих веществ 35 мас.%. Соотношение в смеси угля и воздуха составляло 1:1,45. Температура воздуха в смеси составляла 180°С. Смесь угля и воздуха подавалась под давлением 16 МПа. Температура в камере горения поддерживалась 1400°С. В камеру 6 подавался пар при давлении 16 МПа и температуре 560°С. При этом был получен из камеры 6 горючий газ с теплотой сгорания 11,4 МДж/м3 с весьма низким содержанием балластных компонентов в газе. В газовых продуктах, выводимых из камер 2 и 6, практически отсутствовали несгоревшие частицы топлива. Расчеты показали, что на получение 1000 м3 горючего газа по данному способу расходуется 560 кг данного вида угля, что на 12% меньше, чем по известному решению.In the
Пример 2Example 2
В камеру 2 конвертера по второму варианту подавались бурый уголь и воздух в соотношении 1:1,5. Бурый уголь имел гранулометрический состав до 10 мм и теплоту сгорания 16 МДж/кг, влажность 32 мас.%, зольность 9 мас.%, выход летучих веществ 42 мас.%. Температура воздуха, подаваемая в камеру 2, составляла 60°С, давление в камере поддерживалось на уровне 0,11 МПа. В камеру 6 подавался воздух обогащенный кислородом до концентрации кислорода 70 об.%, под давлением 0,11 МПа, с температурой 10°С. Температура в камере 2 поддерживалась 800°С. При этом был получен из камеры 6 горючий газ с теплотой сгорания 6,7 МДж/м3, в котором отсутствовали частицы недогоревшего угля. Расчеты показали, что для получения 1000 м3 горючего газа по данному способу расходуется 595 кг данного вида угля, что на 10,5% меньше, чем по известному решению.In the second chamber of the converter according to the second embodiment, brown coal and air were supplied in a ratio of 1: 1.5. Brown coal had a particle size distribution of up to 10 mm and a heat of combustion of 16 MJ / kg, a moisture content of 32 wt.%, An ash content of 9 wt.%, And a yield of volatiles of 42 wt.%. The air temperature supplied to
Пример 3Example 3
В камеру горения конвертера подавался каменный уголь с грансоставом до 5 мм и воздух при температуре 110°С и давлении 5 МПа. Каменный уголь и воздух подавались в соотношении 1:2. Уголь имел теплоту сгорания 27,8 МДж/кг, влажность 11 мас.%, зольность 15 мас.%, выход летучих веществ 18 мас.%. В камеру 6 подавался пар под давлением 5 МПа и температуре 260°С.Температура в камере горения поддерживалась 1300°С.При этом был получен из камеры 6 горючий газ с низким содержанием частиц недогоревшего топлива и теплотой сгорания 10,9 МДж/м3. Расчеты показали, что для получения 1000 м3 горючего газа расходуется 557 кг данного угля, что на 13,5% меньше, чем по известному решению.Coal with a grain composition of up to 5 mm and air at a temperature of 110 ° C and a pressure of 5 MPa were fed into the combustion chamber of the converter. Coal and air were supplied in a ratio of 1: 2. Coal had a heat of combustion of 27.8 MJ / kg, humidity of 11 wt.%, Ash content of 15 wt.%, The yield of
Пример 4Example 4
Исходные параметры как в примере 1, только заслонка выпуска газовых продуктов из камеры 2 закрыта. В данном случае получим на выходе из конвертера горючую смесь газовых продуктов горения и конверсии, в которой практически отсутствуют частицы недогоревшего топлива. Смесь газовых продуктов конверсии имела теплоту сгорания 6,3 МДж/м3. Расчеты показали, что на получение 1000 м3 такой горючей смеси газов по данному способу расходуется 350 кг данного вида угля.The initial parameters as in example 1, only the valve for the release of gas products from the
Реализация полученной горючей смеси газовых продуктов горения и конверсии необходима, когда газовые продукты горения могут содержать вредные вещества, например диоксины и дибензофураны, и очистка газов от них весьма затратна. В то же время дальнейший процесс сжигания горючей смеси газовых продуктов горения и конверсии позволяет разрушить диоксины и дибензофураны.The implementation of the resulting combustible mixture of gas products of combustion and conversion is necessary when the gas products of combustion can contain harmful substances, for example dioxins and dibenzofurans, and the purification of gases from them is very expensive. At the same time, the further process of burning a combustible mixture of gas products of combustion and conversion allows the destruction of dioxins and dibenzofurans.
Claims (9)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008107042/04A RU2359011C1 (en) | 2008-02-27 | 2008-02-27 | Method of solid fuel conversion and installation to this end (versions) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008107042/04A RU2359011C1 (en) | 2008-02-27 | 2008-02-27 | Method of solid fuel conversion and installation to this end (versions) |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2359011C1 true RU2359011C1 (en) | 2009-06-20 |
Family
ID=41025899
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008107042/04A RU2359011C1 (en) | 2008-02-27 | 2008-02-27 | Method of solid fuel conversion and installation to this end (versions) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2359011C1 (en) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2469073C1 (en) * | 2011-08-17 | 2012-12-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Вихревые газовые системы" | Method of producing generator gas from plant material |
| RU2471000C1 (en) * | 2011-06-20 | 2012-12-27 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт металлургической теплотехники" (ОАО "ВНИИМТ") | Reducing gas obtaining method |
| RU2542319C2 (en) * | 2010-02-16 | 2015-02-20 | Биг Дачман Интернэшнл Гмбх | Device for gasification and method of gasification |
| RU2600639C1 (en) * | 2015-08-27 | 2016-10-27 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова" | Procedure for gasification of inactive solid fuels |
| RU2686240C1 (en) * | 2018-08-06 | 2019-04-24 | Николай Борисович Болотин | Gas generator |
| RU2693961C1 (en) * | 2018-07-18 | 2019-07-08 | Николай Борисович Болотин | Gas generator electric plant |
| RU199112U1 (en) * | 2020-03-27 | 2020-08-17 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" (ФГАОУ ВО СФУ) | CARBON-CONTAINING RAW MATERIAL GASIFICATOR |
-
2008
- 2008-02-27 RU RU2008107042/04A patent/RU2359011C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2542319C2 (en) * | 2010-02-16 | 2015-02-20 | Биг Дачман Интернэшнл Гмбх | Device for gasification and method of gasification |
| RU2471000C1 (en) * | 2011-06-20 | 2012-12-27 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт металлургической теплотехники" (ОАО "ВНИИМТ") | Reducing gas obtaining method |
| RU2469073C1 (en) * | 2011-08-17 | 2012-12-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Вихревые газовые системы" | Method of producing generator gas from plant material |
| RU2600639C1 (en) * | 2015-08-27 | 2016-10-27 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова" | Procedure for gasification of inactive solid fuels |
| RU2693961C1 (en) * | 2018-07-18 | 2019-07-08 | Николай Борисович Болотин | Gas generator electric plant |
| RU2686240C1 (en) * | 2018-08-06 | 2019-04-24 | Николай Борисович Болотин | Gas generator |
| RU199112U1 (en) * | 2020-03-27 | 2020-08-17 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" (ФГАОУ ВО СФУ) | CARBON-CONTAINING RAW MATERIAL GASIFICATOR |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Susastriawan et al. | Small-scale downdraft gasifiers for biomass gasification: A review | |
| RU2359011C1 (en) | Method of solid fuel conversion and installation to this end (versions) | |
| US4028068A (en) | Process and apparatus for the production of combustible gas | |
| AU2008303334B2 (en) | Downdraft refuse gasification | |
| WO2007081296A1 (en) | Downdraft/updraft gasifier for syngas production from solid waste | |
| US4142867A (en) | Apparatus for the production of combustible gas | |
| AU2765395A (en) | Improved pyrolytic conversion of organic feedstock and waste | |
| US6168425B1 (en) | Method for fusion treating a solid waste for gasification | |
| WO2015102480A2 (en) | An apparatus for producing biofuels from biomass | |
| JP2008248161A (en) | Thermal decomposition process and thermal decomposition system | |
| WO2013006035A1 (en) | An apparatus for producing combustible gases from biomass | |
| CN105588127A (en) | Boiler combustion system adopting biomass gasification device | |
| CA2568029C (en) | Improved gasifier | |
| CN104789270A (en) | Biomass two-section type dry distillation gasification process and device | |
| EP1077248B1 (en) | Process and plant for the production of combustible gases from a feedstock rich in organic material | |
| CN102533346A (en) | Gasification cracking furnace for solid biomass | |
| CN109340802B (en) | Cyclone separator | |
| RU74918U1 (en) | SOLID FUEL CONVERSION INSTALLATION (OPTIONS) | |
| JP2011038695A (en) | Fluidized-bed heat treatment device and its method | |
| RU2316696C1 (en) | Installation for processing of combustible solid wastes | |
| CN113751471B (en) | Multi-fuel coupled system and method for online melting treatment of hazardous waste incineration fly ash | |
| EP3074696B1 (en) | Apparatus for firing and combustion of syngas | |
| CN109355068B (en) | Pyrolysis furnace | |
| CN112696686A (en) | Organic solid waste gasification incineration system and method | |
| CN112625754A (en) | Organic solid waste sleeve type gas guide wet ash discharge fixed bed gasification furnace and gasification method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120228 |