UA120631C2 - METHOD OF GASIFICATION OF SOLID FIXED FUEL - Google Patents

Abstract

Винахід належить до теплової енергетики і, зокрема, до газифікації твердого подрібненого палива та може бути використаний в енергетичних установках для виробництва теплової та електричної енергії. Спосіб газифікації твердого подрібненого палива, який здійснюють шляхом попереднього підсушування і напівкоксування з подальшою газифікацією гарячого напівкоксу на парокисневому, або пароповітряному дутті і очисткою генераторного газу від частинок коксу і золи. Згідно з винаходом, здійснюють підсушування і напівкоксування палива у реакторі напівкоксування за рахунок тепла суміші гарячої золи і коксу, які виділяють з потоку генераторного газу під час його очистки, а гарячі гази і пари смол змішують з потоком гарячого генераторного газу для подальшої газифікації смол, напівкокс, який отримують після напівкоксування палива, газифікують у циркулюючому псевдозрідженому шарі, а частинки золи, після газифікації напівкоксу, подають на допалювання залишкових горючих і термічного знешкодження шкідливих речовин з надлишком повітря вище стехіометричного. Винахід забезпечує простоту управління процесом і його стійкість, знижує вихід шкідливих речовин.The invention relates to thermal energy and, in particular, to the gasification of solid crushed fuel and can be used in power plants for the production of heat and electricity. The method of gasification of solid crushed fuel, which is carried out by pre-drying and semi-coking, followed by gasification of hot semi-coke on a steam-oxygen or steam-air blast and purification of generator gas from coke and ash particles. According to the invention, the fuel is dried and semi-coked in a semi-coking reactor due to the heat of a mixture of hot ash and coke emitted from the generator gas stream during its purification, and hot gases and resin vapors are mixed with the hot generator gas stream for further gasification of semi-coke resins. , which is obtained after semi-coking of the fuel, is gasified in a circulating fluidized bed, and the ash particles, after gasification of the semi-coke, are fed to the afterburning of residual combustibles and thermal disposal of harmful substances with excess air above stoichiometric. The invention provides ease of process control and its stability, reduces the yield of harmful substances.

Description

Винахід належить до теплової енергетики і, зокрема, до газифікації твердого подрібненого палива та може бути використаний в енергетичних установках для виробництва теплової та електричної енергії.The invention belongs to thermal energy and, in particular, to the gasification of solid pulverized fuel and can be used in power plants for the production of thermal and electrical energy.

Винахід направлений на підвищення ефективності та надійності процесу газифікації високозольного вугілля у псевдозрідженому шарі.The invention is aimed at increasing the efficiency and reliability of the process of gasification of high-ash coal in a fluidized bed.

Відомий спосіб газифікації твердого палива у псевдозрідженому шарі "Процес Вінклера"A known method of gasification of solid fuel in a fluidized bed "Winkler process"

ІШиллинг Г-Д. Газификация угля: пер. с нем. / Г-Д. Шиллинг, Б. Бонн, У. Краус; пер. С. Р.IShilling G-D. Gasification of coal: trans. with German / G-D. Schilling, B. Bonn, U. Kraus; trans. S. R.

Исламов. // М.: Недра, 1986. - С. 51-57. за допомогою якого здійснюється процес газифікації подрібненого твердого палива у псевдозрідженому шарі на парокисневому, або пароповітряному дутті. Спосіб газифікації одноступеневий.Islamov. // M.: Nedra, 1986. - P. 51-57. with the help of which the process of gasification of crushed solid fuel is carried out in a fluidized bed on a steam-oxygen or steam-air blower. The method of gasification is one-stage.

Однак під час газифікації багатого леткими речовинами кам'яного вугілля, в процесі нагрівання яких виділяється велика кількість смол, надійність роботи газогенераторів такого типу знижується через можливу агломерацію частинок під час коксування виділеної смоли.However, during the gasification of hard coal rich in volatile substances, during the heating of which a large amount of resin is released, the reliability of the operation of gas generators of this type decreases due to the possible agglomeration of particles during the coking of the released resin.

Відомий також спосіб газифікації твердого палива |Шиллинг Г-Д. Газификация угля: пер. с нем. / Г-Д. Шиллинг, Б. Бонн, У. Краус; пер. С.Р.Исламов.// М.: Недра, 1986.- С. 128-131 в протитоковому багатоступеневому псевдозрідженому шарі з попередньою дегазацією вугілля гарячим неочищеним газом і напівкоксування гарячим неочищеним низькокалорійним генераторним газом, який після обезпилення і відповідної очистки направляється споживачам (в котельну установку, або газову турбіну). Спосіб відомий під назвою "Процес Вестінгауз" (прототип).The method of gasification of solid fuel is also known | Schilling G-D. Gasification of coal: trans. with German / G-D. Schilling, B. Bonn, U. Kraus; trans. S.R.Islamov.// M.: Nedra, 1986.- P. 128-131 in a countercurrent multistage fluidized bed with preliminary degassing of coal with hot raw gas and semi-coking with hot raw low-calorie generator gas, which after dedusting and appropriate cleaning is sent to consumers ( in a boiler plant or gas turbine). The method is known under the name "Westinghouse Process" (prototype).

Проте використання у "процесі Вестінгауз" як теплоносія для напівкоксування гарячого генераторного газу, з метою запобігання агломерації частинок потребує використання псевдозрідженого шару з великою масою інертного матеріалу відносно маси палива, що подається (відношення близько 100:1). Застосування газового теплоносія в поєднанні з багатоступінчатим псевдозрідженим шаром для проведення сушіння і напівкоксування ускладнює операцію управління процесом, знешкодження шкідливих речовин і знижує надійність роботи установок.However, the use in the "Westinghouse process" as a heat carrier for semi-coking of hot generator gas, in order to prevent agglomeration of particles, requires the use of a fluidized bed with a large mass of inert material relative to the mass of fuel supplied (ratio about 100:1). The use of a gas coolant in combination with a multi-stage fluidized bed for drying and semi-coking complicates the operation of process control, neutralization of harmful substances and reduces the reliability of the installations.

В основу винаходу поставлено задачу створити спосіб газифікації твердого подрібненого палива, в якому за рахунок єдності процесу напівкоксування вугілля і газифікації напівкоксу,The invention is based on the task of creating a method of gasification of solid pulverized fuel, in which due to the unity of the process of semi-coking of coal and gasification of semi-coke,

Зо зв'язаного спільним контуром циркуляції твердого теплоносія, дозволив би забезпечити простоту управління процесом, надійність роботи установки та знешкодження шкідливих речовин, які утворюються у процесі напівкоксування і газифікації палива, допалюванням залишкових горючих золи з надлишком повітря вище стехіометричного значення.From the solid heat carrier connected by a common circulation circuit, it would allow to ensure the simplicity of the process control, the reliability of the installation and the neutralization of harmful substances that are formed in the process of semi-coking and fuel gasification, by burning residual combustible ash with an excess of air above the stoichiometric value.

Поставлена задача вирішується тим, що згідно з запропонованим способом газифікації твердого подрібненого палива, який здійснюють шляхом попереднього підсушування і напівкоксування з подальшою газифікацією гарячого напівкоксу на парокисневому, або пароповітряному дутті і очисткою генераторного газу від частинок коксу і золи, згідно з винаходом, здійснюють підсушування і напівкоксування палива у реакторі напівкоксування за рахунок тепла суміші гарячої золи і коксу, які виділяють з потоку генераторного газу під час його очистки, а гарячі гази і пари смол змішують з потоком гарячого генераторного газу для подальшої газифікації смол, напівкокс, який отримують після напівкоксування палива, газифікують у циркулюючому псевдозрідженому шарі, а частинки золи, після газифікації напівкоксу, подають на допалювання залишкових горючих і термічного знешкодження шкідливих речовин з надлишком повітря вище стехіометричного.The problem is solved by the fact that according to the proposed method of gasification of solid pulverized fuel, which is carried out by means of preliminary drying and semi-coking with subsequent gasification of hot semi-coke on steam-oxygen or steam-air blast and purification of generator gas from particles of coke and ash, according to the invention, drying and semi-coking of fuel in a semi-coking reactor due to the heat of the mixture of hot ash and coke, which is released from the stream of generator gas during its cleaning, and hot gases and resin vapors are mixed with the stream of hot generator gas for further gasification of resins, semi-coke, which is obtained after semi-coking of fuel, are gasified in a circulating fluidized bed, and the ash particles, after semi-coke gasification, are used for additional combustion of residual fuels and thermal disposal of harmful substances with an excess of air above the stoichiometric.

Єдність процесу напівкоксування вугілля і газифікації напівкоксу, зв'язаного спільним контуром циркуляції твердого теплоносія, забезпечує простоту управління процесом і його стійкість. Потік золи, після газифікації напівкоксу, направляють на допалювання залишкових горючих речовин та вогневого знешкодження шкідливих речовин (фенолів, СабОз, сірковуглецю та ін.). У процесі допалювання знешкоджують шкідливі сполучення, які утворилися на стадії напівкоксування і газифікації палива, захоплені з золою (феноли, сірковуглець та ін.), а також доокислюють СабОз у нешкідливий і стабільний Сабо (гіпс).The unity of the process of semi-coking of coal and gasification of semi-coke, connected by a common circuit of the circulation of a solid coolant, ensures the simplicity of process management and its stability. The ash stream, after semi-coke gasification, is directed to the afterburning of residual combustible substances and fire disposal of harmful substances (phenols, SabOz, carbon disulfide, etc.). In the process of afterburning, harmful compounds formed at the stage of semi-coking and gasification of fuel, captured with ash (phenols, carbon disulfide, etc.) are neutralized, and SabOz is further oxidized into harmless and stable Sabo (gypsum).

На кресленні приведена принципова схема установки для реалізації способу газифікації твердого подрібненого палива.The drawing shows the schematic diagram of the installation for the implementation of the method of gasification of solid pulverized fuel.

Установка складається з дозатора подрібненого палива 1, реактора напівкоксування 2, дозатора напівкоксу З, газогенератора циркулюючого псевдозрідженого шару для газифікації напівкоксу 4, змішувача генераторного газу з газоподібними продуктами напівкоксування палива 5, циклон грубої очистки отриманого горючого газу від частинок золи і коксу 6, дільника потоку коксозольної суміші 7, пристрою для допалювання залишкових горючих речовин в золі 8, підігрівач газифікуючого агента, який подається в газогенератор, 9; а також трубопроводу 10 бо передачі газоподібних продуктів напівкоксування з реактора 2 у змішувач 5, трубопроводу 11 передачі надлишку золи з дільника 7 у пристрій допалювання 8, трубопроводу 12 подачі повітря у пристрій допалювання, трубопроводу 13 подачі газифікуючого агента в газогенератор, трубопроводів 14 і 15 відповідно для відводу генераторного газу до споживача і продуктів згорання з пристрою допалювання 8 у підігрівач газифікуючого агента 9 і в атмосферу.The installation consists of a pulverized fuel dispenser 1, a semi-coking reactor 2, a semi-coke dispenser Z, a circulating fluidized bed gas generator for gasification of semi-coke 4, a generator gas mixer with gaseous products of fuel semi-coking 5, a cyclone for rough cleaning of the obtained combustible gas from ash and coke particles 6, a flow divider coke ash mixture 7, a device for afterburning residual combustible substances in the ash 8, a heater of the gasifying agent, which is fed into the gas generator, 9; as well as pipeline 10 for transferring gaseous semi-coking products from reactor 2 to mixer 5, pipeline 11 for transferring excess ash from divider 7 to afterburner 8, pipeline 12 for supplying air to the afterburner, pipeline 13 for supplying gasifying agent to the gas generator, pipelines 14 and 15, respectively for the removal of generator gas to the consumer and combustion products from the afterburner 8 to the heater of the gasifying agent 9 and into the atmosphere.

Спосіб газифікації твердого подрібненого палива здійснюють шляхом подачі подрібненого палива дозатором 1 в реактор напівкоксування 2, куди надходить потік гарячих частинок коксу і золи - твердий теплоносій, виділений з потоку генераторного газу в циклоні б, який пройшов дільник 7. В залежності від властивостей вугілля, яке подається на газифікацію, співвідношення маси твердого теплоносія і маси палива, що подається, змінюється в межах від 2:1 до 12:1. В процесі напівкоксування без доступу повітря в реакторі 2 проходить спочатку випаровування вологи палива, а потім термодеструкція органічної маси палива з утворенням горючих вуглеводневих газів, парів смол і твердого залишку - напівкоксу. Суміш напівкоксу з твердим теплоносієм дозатором З подають на газифікацію в газогенератор 4 з циркулюючим псевдозрідженим шаром. В нижню частину газогенератора по трубопроводу 13 подають потік газифікуючого агента (паракисень, або параповітря), підігрітого до необхідної температури в підігрівачі 9.The method of gasification of solid pulverized fuel is carried out by feeding pulverized fuel through a dispenser 1 into the semi-coking reactor 2, where a flow of hot coke and ash particles enters - a solid coolant separated from the flow of generator gas in cyclone b, which has passed through divider 7. Depending on the properties of coal, which supplied for gasification, the ratio of the mass of the solid heat carrier and the mass of the supplied fuel varies from 2:1 to 12:1. In the process of semi-coking without access to air in reactor 2, first the evaporation of fuel moisture takes place, and then the thermal destruction of the organic mass of the fuel with the formation of combustible hydrocarbon gases, resin vapors and a solid residue - semi-coke. A mixture of semi-coke with a solid coolant is supplied to gasifier 4 with a circulating fluidized bed for gasification. A stream of gasifying agent (paraoxygen or steam), heated to the required temperature in the heater 9, is supplied to the lower part of the gas generator through pipeline 13.

Газоподібні і пароподібні продукти термодеструкції органічної частини палива з реактора 2 по трубопроводу 10 направляють у змішувач 5, в якому відбувається їх перемішування з більш гарячим газом, отриманим в результаті газифікації напівкоксу. В зоні більш високих температур відбувається деструкція парів смол з утворенням газоподібних вуглеводнів і твердих вуглецевих частинок. В результаті підвищується теплота згорання газу газифікації напівкоксу. Далі потік гарячого газу проходить через циклон б в якому з нього виділяють тверді частинки недогазифікованого коксу і золи та направляють через дільник потоку 7 в реактор напівкоксування 2 (основна частина), а надлишок, по трубопроводу 11 направляють у пристрій для допалювання 8. Частково знепилений в циклоні горючий газ направляють без додаткової очистки на спалювання, якщо споживачем є енергетичний котел, або на пристрій тонкої очистки, якщо споживачем є газова турбіна. У пристрої допалювання 8 допалюють залишкові горючі золи не прогазифіковані у газогенераторі 4. Допалювання відбувається в потоці повітря, яке подають по трубопроводу 12. Газоподібні продукти згорання по трубопроводу 15 направляють уGaseous and vaporous products of the thermal destruction of the organic part of the fuel from the reactor 2 are sent through the pipeline 10 to the mixer 5, where they are mixed with the hotter gas obtained as a result of gasification of semi-coke. In the zone of higher temperatures, resin vapors are destroyed with the formation of gaseous hydrocarbons and solid carbon particles. As a result, the heat of combustion of semi-coke gasification gas increases. Next, the hot gas flow passes through the cyclone b, in which solid particles of undergasified coke and ash are separated from it and sent through the flow divider 7 to the semi-coking reactor 2 (main part), and the excess is sent through the pipeline 11 to the device for afterburning 8. Partially dedusted in cyclones direct the combustible gas without additional purification to combustion, if the consumer is a power boiler, or to a fine cleaning device, if the consumer is a gas turbine. In the afterburning device 8, the residual combustible ashes not gasified in the gas generator 4 are burned. Afterburning takes place in the air stream, which is supplied through pipeline 12. Gaseous combustion products are sent through pipeline 15 to

Зо теплообмінник 9. Золу виводять з циклу установки.From the heat exchanger 9. Ash is removed from the installation cycle.

Допалювання горючих зол проводять з надлишком повітря вище стехіометричного значення, особливо якщо для зв'язування оксидів сірки використовують вапняк. У процесі допалювання знешкоджують шкідливі сполучення, які утворилися на стадії напівкоксування і газифікації палива, захоплені з золою (феноли, сірковуглець та ін.), а також доокислюютьAfterburning of combustible ashes is carried out with an excess of air above the stoichiometric value, especially if limestone is used to bind sulfur oxides. In the process of afterburning, harmful compounds formed at the stage of semi-coking and gasification of the fuel, captured with ash (phenols, carbon disulfide, etc.) are neutralized, as well as oxidized

СабОз у нешкідливий і стабільний Сабох (гіпс).SabOz in harmless and stable Saboh (gypsum).

Єдність процесу напівкоксування вугілля і газифікації напівкоксу, зв'язаного спільним контуром циркуляції твердого теплоносія, забезпечує простоту управління процесом і його стійкість. Використання попереднього напівкоксування збільшує активність напівкоксу під час проведення процесу газифікації в порівнянні з газифікацією термічно необробленого вугілля.The unity of the process of semi-coking of coal and gasification of semi-coke, connected by a common circuit of the circulation of a solid coolant, ensures the simplicity of process management and its stability. The use of preliminary semi-coking increases the activity of semi-coke during the gasification process in comparison with the gasification of thermally untreated coal.

Claims (1)

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Спосіб газифікації твердого подрібненого палива, який здійснюють шляхом попереднього підсушування і напівкоксування з подальшою газифікацією гарячого напівкоксу на парокисневому, або пароповітряному дутті і очисткою генераторного газу від частинок коксу і золи, який відрізняється тим, що здійснюють підсушування і напівкоксування палива у реакторі напівкоксування за рахунок тепла суміші гарячої золи і коксу, які виділяють з потоку генераторного газу під час його очистки, а гарячі гази і пари смол змішують з потоком гарячого генераторного газу для подальшої газифікації смол, напівкокс, який отримують після напівкоксування палива, газифікують у циркулюючому псевдозрідженому шарі, а частинки золи, після газифікації напівкоксу, подають на допалювання залишкових горючих і термічного знешкодження шкідливих речовин з надлишком повітря вище стехіометричного.FORMULA OF THE INVENTION The method of gasification of solid pulverized fuel, which is carried out by means of preliminary drying and semi-coking with subsequent gasification of hot semi-coke on a steam-oxygen or steam-air blast and purification of generator gas from particles of coke and ash, which differs in that drying and semi-coking of fuel is carried out in a semi-coking reactor according to account of the heat of the mixture of hot ash and coke, which are released from the flow of generator gas during its cleaning, and hot gases and resin vapors are mixed with the flow of hot generator gas for further gasification of resins, semi-coke, which is obtained after semi-coking of fuel, is gasified in a circulating fluidized bed, and ash particles, after gasification of semi-coke, are used for afterburning of residual fuels and thermal disposal of harmful substances with an excess of air above stoichiometric.