Способ эксплуатации установок по газификации пылевидного топлива

Способ эксплуатации установок по газификации пылевидного топлива

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П И С А Н И Е <«981348

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советекик

Социапистическмн

Рес ублик!

К - АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (89) 136748 ГДР

\ (В1) Дополнительное к авт. свил-ву (5t)M. Кл. (22) Заявлено 07 ° 05 79 (21) 7770562/23-26 (23) Прототип (32) 31,.05.78 .

С 01 J 3/00

3Ьеуднрстпнный комнтет

CCCI но делам нзе4ретеннй и отнрытнй (31) WPC10J/205679 (33) ГДР

Опубликовано 15 ° 12.82. Бюллетень М 46

Дата опубликовании описания 17 12 .82 (53) УДК 622.76 (088.8) Инос

Гелер Петер, Яике Пе

Кулбродт Клаус, Лука у,, р д, Шингнитц Манфред, Швейгель . Хйнс-Йхим:,1Бергер Фридрих и Кениг Дитер (ГДР)

Иностранное предприятие ==.„, "Бреннстоффинститут Фрейберг " (Г Р (72) Автори изобретения (71) Заявитель (54) СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ УСТАНОВОК

Il0 ГАЗИФИКАЦИИ ПЫЛЕВИДНОГО

ТОПЛИВА

Изобретение касается способа эксплуатации установок по газификации пылевидного топлива, в частности для повышения безопасности установок в аварийных случаях.

В технике для получения из твер5 дого топлива синтез-газа, газа-восстановителя, отопительного газа и газа для коммунального хозяйства целесообразным решением является газифи— о кация топлива в пылевидном состоянии путем частичного окисления. В процессе газификации пылевидное топливо реагирует с дутьем, содержащим свободный кислород при нормальном давлении или при повышенном давлении в интервале температур от 1200 до

1600 С, с преимущественным образовао нием CO и Н . Процесс газификации осуществляется в пустой реакционной zo камере, причем средняя продолжительность пребывания топлива или получаемого из него газа в горячей реакционной камере достигает порядка 0,52

10 с. Дутье представляет собой смесь технического кислорода и водяного пара, причем доля технического кислорода колеблется в пределах 60-95 s зависимости от топлива и назначения получаемого газа. Управление процессом, в частности поддержание оптимальных температур в реакционной ка- ) мере, осуществляется путем регулирования отношения технического кислорода к пылевидному топливу, причем отклонение от заданной величины весового отношения кислорода к топливу на 10 может привести к изменениям температуры в реакционной камере на 200 К.

При эксплуатации установки по газификации в случае нарушения топливоподачи, в особенности при уменьшении расхода пылевидного топлива, температуры в реакционной камере повышаются до таких значений, при которых техническая безопасность установки нарушается. В случае, если par.ход пылевидного топлива уменьшается до такой сте98>348 пени, что отношение кислорода к топ" ливу превышает необходимую для полного сгорания стехиометрическую величину, или если подача пылевидного топлива прекращается полностью, то избыточный кислород в течение нескольких секунд может взаимодействовать с полученннм в процессе газификации газом

СО и Н, находящимся в горячей реакционной камере. Если подача кислоро- 1в да не будет надежно отключена, то температура в реакционной камере начнет уменьшаться, но возникает опасность, состоящая в том, что за несколько секунд .непрореагировавший свободный кислород из горячей реакционной камеры поступит в подключенные узлы охлаждения и обработки полу1 ченного газа, что приведет к образованию там взрывчатых смесей кислорода 2О и получаемого горючего водородсодержащего газа и вызовет опасные взрывы.

В целях предотвращения таких .сложных ситуаций установки по газификации пылевидного топлива оборудованы автоматическими устройствами аварийного отключения, которые надежно отключают подачу кислорода и переводят установку на безопасный режим, в частности при заниженном расходе пылевидного топлива по сравнению с заданным расходом, при завышенном расходе кислорода по сравнению с заданным рас ходом и при выходе температуры в ре-, акционной камере за заданные пределы, 3S т.е. в сторону завышения и занижения, Устройство автоматического аварийного отключения неизбежно поражено мертвым временем, зависящим от мертвого времени учета измеренных данных и

Щ от продолжительности закрытия запорных средств для кислородного потока.

В случае мощных установок эта продолжительность закрытия может составлятЪ несколько секунд и существенно влиять на общее мертвое время. Несмотря на продолжительность закрытия и в ciiyчае внезапного прекращения подачи пылевидного топлива защита от поступления «ислорода в узлы охлаждения достигается тогда, когда отношение подава- $О емого за единицу времени количества кислорода к количеству СО и Н, находящемуся в нормальном состоянии в ре-. акторе, является достаточно малым и обеспечивается удовлетворительная $$ рециркуляция в самом реакторе, однако такое решение приводит к низкой удельной производительности реактора, ф и следовательно к слишком большим размерам реактора.

Другое известное решение предусматривает разделение реакционной камеры ,на несколько участков, эксплуатируемых в значительной мере независимо друг от друга, причем каждый участок имеет свою систему подачи топлива и дутья, и в аварийном случае остающийся в одном из участков непрореагировавший кислород может взаимодействовать с газом, полученным в других частях реакционной .камеры, что предотвращает поступление его в холодные ,части установки, Это решение требует сложного аппаратурного оформления.

Цель изобретения - создание способа эксплуатации установок по газификации пылевидного топлива, который предотвращает опасность поступления кислорода в узлы охлаждения и обработки полученного газа при нарушении подачи пылевидного топлива в реактор, в частности в случае внезапного прекращения этой подачи.

В основе изобретения лежит задача создания способа эксплуатации установок по газификации пылевидного топли-ва, предотвращающего опасность поступления кислорода в узлы охлаждения и обработки полученного газа при нарушении подачи пылевидного топлива в реактор, в частности при .внезапном прекращении этой подачи, с учетом конечной продолжительности закрытия автоматически управляемых запорных средств для кислорода, позволяющего высокие удельные нагрузки реакционной камеры и пригодного для установок высокой производительности.

Согласно изобретению, поставленная задача решается следующим образом.

В дополнительном резервуаре хранится топливо хорошей сыпучести или текучести под давлением, превышающем рабочее давление реактора. При помощи трубопровода, отключенного в нормальном режиме работы посредством автоматически управляемых запорных средств, дополнительное топливо хорошей сыпучести при открывании запорных средств может подаваться в реакционную камеру вблизи места или мест ввода кислорода или кислород содержащего дутья.

При нарушении подачи пылевидного топлива в реакционную камеру одновременно со срабатыванием системы аварий-. ного отключения в реакционную каме9813" 8 ру при автоматическом открывании запорных средств вводится за счет существующей разности давления хранимое в резервуаре дополнительное топливо хорошей сыпучести или текучести.

Поступающие в реактор дополнительное топливо хорошей сыпучести вследствие имеющихся в реакционной камере высоких температур взаимодействует с кислородом, поступающим в реакционную t0 камеру до обеспечения полного срабатывания автоматического отключения, и таким образом предотвращает поступление кислорода в узлы охлаждения.

Согласно изобретению, давление и объем резервуара, а также гидравлическое сопротивление части, соединяющей резервуар и реакционную камеру, согласуются друг с другом таким образом, что количество дополнительного топлива хорошей сыпучести, поступающего в реакционную камеру в течение промежутка времени от включения системы аварийного отключения до полного прекращения подачи кислорода в реактор, превышает количество топлива, стехиометрически необходимого для полного связывания поступающего кислорода. Не предъявляются дополнительные требования к количеству этого дополнительного топлива.

B решении, согласно изобретению, в зависимости от вида дополнительного топлива хорошей сыпучести или давле- ния в резервуаре 4ожно использовать

35 трубопроводы, соединяющие резервуар и реакционную камеру с такими сечениями, при которых продолжительность открывания запорных средств в соединительном трубопроводе является неболь40 шой по сравнению с продолжительностью закрывания запорных средств в трубопроводе подачи кислорода. В соответствии с пропускной способностью . общепринятых запорных вентилей и име45 ющимся во время срабатывания системы аварийного отключения максимальным значением разности давлений между резервуаром и реакционной камерой, при незначительном "запуске" запорного вентиля двигается большой — по отно50 шению к максимальному расходу — расход дополнительного топлива между тем, как поступление кислорода значительно уменьшается незадолго до достижения крайнего положения запорной арматуры для подачи кислорода.

В способе в качестве дополнительного топлива хорошей сыпучести предпочтительно используется горючий, по возможности высококалорийный, газ из собственного производства или другого происхождения, например природный газ °

В качестве топлива хорошей сыпучести можно использовать жидкое топливо, причем необходимое давление в резервуаре обеспечивается давлением пара жидкого топлива- или буйером по" средством инертных или горючих газов.

При использовании жидкого топлива рекомендуется применение топлива, обладающего хорошей жидкотекучестью при температуре окружающей среды и лишенного склонности к образованию смол или других твердых осадков. Весьма небольшая по сравнению с объемом производства установки потребность в та" ком дополнительном топливе оправдывает экономичность использования вы-сококачественного и дорогостоящего топлива для этой цели. При применении средних или тяжелых отопительных масел в качестве топлива хорошей сыпучести установку необходимо снабдить отоплением

В качестве дополнительного топлива хорошей сыпучести можно использовать и пылевидное твердое топливо хорошей текучести, причем в качестве резервуара для дополнительного топлива применяется сосуд, давление в котором вследствие использования инертного или горючего газа превышает рабочее давление в реакторе. Указанный сосуд предпочтительно расположен выше входного отверстия реактора. Конструкция и принцип такого сосуда известны из области пневмотранспорта.

Используемое для этой цели пылевидное топливо может быть идентичным и используемым в качестве рабочего топлива пылевидным топливом. Однако, в целях достижения улучшенной теку" чести оно может являться и Фракцией, полученной из основного топлива дополнительным мероприятием обогащения, как например, просеиванием или воздушной сепарацией, или оно может быть получено по отдельному процессу обогащения, особенно пригодному для достижения хорошей текучести.

Для использования изобретения не важно, в каком виде и какими средст" вами пылевидное топливо подводится к горелке или к горелкам реактора газификации при нормальном режиме экс-.. плуатации, Целесообразным является использование изобретения в том слу348

7 981 чае, когда одновременно с пылевидным топливом в реактор газификации подаются и другие текучие топлива, взаимодействующие с содержащим свободный ,кислород дутьем с образованием газа, содержащего СО и Н .

Изобретение может быть использовано, в частности и в том случае, когда пылевидное топливо подается в реактор газификации в виде взвеси в жидком топливе, например в отопительном масле или смоле.

На фиг. 1 показана схема осуществления способа, в котором в качестве дополнительного топлива хорошей сыпу- g чести используется горючий газ; на фиг. 2 - схема осуществления способа, в котором в качестве дополнительного пылевидного топлива хорошей текучести используется буроугольная пыль. зо

Пример 1. Реактор, для газификации пылевидного топлива 1 при рабо", чем давлении 2,5 МПа рассчитан на выработку 50000 нмз сырого газа в час.

Пылевидное топливо в виде плотной з взвеси в инертном газе-носителе,тех- нический кислород и водяной пар вводятся в реакционную камеру через гореяку 2, расположенную в верхней части реактора, причем перемешивание трех зв потоков осуществляется непосредствен" но после выхода из горелки внутри реакционной камеры. Потребность в техническом кислороде составляет

14000 нм в ч; это соответствует ко3 личеству чистого кислорода 13400 нмз в ч или 3,7 нм в сек при чистоте технического кислорода в размере 963.

Реактор оснащен автоматической системой аварийного отключения

4О

Мертвое время от момента нарушения в подаче топлива (занижение нижнего предельного значения ), показываемого устройством замера количества пыли 4, до начала процессов отключения состав45 ляет 7 сек. Через следующие 5 сек подача кислорода полностью прекращается вентилем 5. Во время первой стадии мертвого времени в реактор .поступают

26 нмз кислорода, во время второй

;стадии, обусловленной продолжительностью закрывания запорного вентиля для кислорода, поступает 15 нм кислорода (в среднем 80 нормального расхода ).

Установка в соответствии с изобретением оборудована напорным резервуаром 6, в котором под давлением 3,2 МПа хранится метан (природный газ1, . 8

Напорный резервуар при помощи трубопровода соединен с входным патрубком горелки для водяного пара 2.

При срабатывании аварийного отключения посредством системы автоматического аварийного отключения 3 открыва" ется вентиль 7, и природный газ из .резервуара 6 поступает в реактор 1 до выравнивания давления. Емкость резервуара 6 составляет 6 м, так что при аварийном, отключении в реактор поступает примерно 40 нм природного газа. Природный газ взаимодействует с поступающим свободным кислородом, причем для связывания кислорода требуется максимально 20,5 нм .

До пуска установки по газификации в эксплуатацию в резервуаре 6 необходимо поднять давление при помощи природного газа по заданной величине посредством компрессора 8.

Пример 2. В данном примере в качестве дополнительного топлива используется буроугольная пыль хорошей текучести,. Буроугольная пыль хранится в напорном резервуаре в количестве 130 г в резервуаре Ь, причем путем подачи азота при помощи компрессора 8 азота в резервуаре поддерживается давление 3,2 МПа. Общая емкость резервуара составляет 6 м, из них примерно объем 0,25 м заполнен пылью. Напорный резервуар 6, располонен выше горелки 2 реактора 1 и при помощи трубопровода соединен с входным патрубком для угольной пыли горелки 2. При срабатывании аварийного отключения посредством системы автоматического аварийного отключения 3 открывается запорный орган 7, пригодный для пропускания угольной пыли, а хранимый в резервуаре Ь азот поступает в реактор 1 до выравнивания давления, причем находящаяся в резервуаре 6 пыль полностью поступает в реактор 1.

Пыль взаимодействует с притекающим в реактор кислородом, причем для полного связывания кислорода стехиометрических требуется 40 кг пыли.

До пуска установки в эксплуатацию следует обеспечить, чтобы резервуар 6, в котором- сначала имеется атмосферное давление, из бункере-хранилища 9 был заполнен необходимым количеством угольной пыли с последующим поднятием давленил до 3,2 МПа при помощи азота.

18 10 с другом так, чтобы количество топлива хорошей сыпучести, переводимого в реакционную камеру за короткий промежуток времени от наступления приводящего к отключению нарушения до полного прекращения подвода свободного кислорода, превысило стехиометрически необходимое количество для пол" ного связывания свободного кислоро" да, притекающего в реакционную камеру за этот промежуток времени.

2. Способ по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что в качестве топлива хорошей текучести используетея горючий газ, преимущественно горючий газ с высокой теплотой сгорания.

3. Способ по и. 1, о т л и ч аю шийся тем, что в качестве таплива хорошей текучести используется жидкое топливо, причем давление в резервуаре создается собственным давлением пара жидкости или подачей горючей или инертной газообразной среды.

4. Способ по и. 1, о т л и ч а ю-. шийся тем, что в качестве топлива хорошей сыпучести используется пылевидное твердое топливо и давление в резервуаре создается подачей горючей или инертной газообразной среды.

Признано изобретением по результа" там экспертизы, осуществленной ведомством по изобретательству Германской

Демократической Республики, 981ф

Формула изобретения

l. Способ эксплуатации установок по газификации пылевидного топлива, в котором пылевидное топливо подается в реактор при помощи механических средств или в горючей или не горючей газообразной или жидкой среде в виде взвеси и взаимодействует с содержащим свободный кислород дутьем с об- io . разованием горючего газа, содержащего СО и Н>, о т л и ч à ю шийся.. тем, что, в дополнительном резервуаре хранится топливо хорошей сыпучести(или текучести )под давлением, превышающим рабочее давление реактора газификации, и в случае нарушений подачи пылевидкого топлива хранимое в резервуаре топливо хорошей сыпучести или текучести за короткий проме" щ жуток времени переводится в реакционную камеру установки по газификации за счет имеющегося в резервуаре давления, ввод указанного топлива хорошей сыпучести или текучести в реакци- 2s онную камеру осуществляется вблизи места или мест ввода содержащего свободный кислород дутья или содержащего свободный кислород потока дутья или содержащих свободный кислород зв потоков дутья, причем давление, объем резервуара и гидравлическое сопротивление соединительной части между резервуаром и реакционной камерой реактора газификации согласованы друг

981348

Г

I

I

I ! !

I

I

I

I

Составитель Н. Стрижова

Редактор Т.Парйенова Техред О.Неце Корректор ". Шекмар

Заказ 9631/36 Тираж 524 Подписное .ВНИИПО Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва ) -35 Рауиская наб. д. 4/5

Филиал ППП "Патент", t-. Ужгород, ул. Проектная,