ГАЗИФИКАТОР УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ

Полезная модель относится к области химического машиностроения и может быть использована для получения синтез-газа из твердого топлива, в частности из водоугольных смесей (ВУС).
Из уровня техники известно устройство для газификации углеродсодержащего сырья по авторскому свидетельству №806744, кл. С10J 3/48 от 03.10.77, включающее вертикальную камеру газификации, подсоединенную к ее нижней части камеру шлакоудаления, горелку с патрубками для подачи углеродсодержащего сырья и кислородсодержащего газа, установленную в верхней части камеры газификации, коллектор для подвода водяного пара, расположенный снаружи камеры газификации, форсунки для подвода углеродсодержащего сырья, расположенные под углом вертикальной оси камеры газификации, и трубу для отвода продуктов газификации, расположенную в верхней части камеры шлакоудаления.
Недостатком этого устройства является невысокая эффективность из-за накопления балластных компонентов в целевых продуктах и тепловых потерь; повышенный унос непрореагированных частиц углеродсодержащего сырья в камеры кристаллизации и шлакоудаления, что снижает выход продуктов газификации, которые чрезмерно загрязнены, что приводит к повышенным затратам на очистку.
6
Наиболее близким аналогом к заявленной полезной модели, является газификатор для получения синтез-газа, включающий вертикальный корпус, горелку для ввода топлива и кислорода, расположенную в верхней части камеры, патрубки для отвода шлака и газа в нижней части корпуса, корпус снабжена тангенциально расположенными соплами, установленными в 3-10 ярусов по высоте корпуса на расстоянии между ярусами 0,5-5 диаметра камеры (корпуса) в количестве 2-20 сопел, расположенных друг от друга на одинаковом или разном расстоянии, см. патент РФ 2052492, МКИ кл. С10J 3/00, 3/54, 96 г.
Этому устройству присущи те же недостатки, что и вышеуказанному аналогу, а именно - невысокая эффективность из-за накопления балластных компонентов в целевых продуктах и тепловых потерь; повышенный унос не прореагировавших частиц углеродсодержащего сырья в камеру кристаллизации и шлакоудаления, что снижает выход продуктов газификации, которые чрезмерно загрязнены, что приводит к повышенным затратам на очистку. Кроме того, в известном газификаторе отсутствует регулирование температуры по высоте реакционного пространства газификатора
и малое время пребывания в нем частиц перерабатываемого материала, что приводит к неполной газификации перерабатываемого материала.
Задачей на решение которой направлена заявленная полезная модель является повышение эффективности газификации за счет обеспечение возможности поддержания необходимой температуры по высоте реакционного пространства газификатора с увеличением времени пребывания перерабатываемого материала в этом пространстве для обеспечения завершения газификации частиц угля при их движении в реакционном пространстве от входа к выходной части газификатора с сепарацией и удалением золы и шлака на выходе из газификатора.
Решение указанной задачи обеспечено тем, что газификатор углеродсодержащего сырья, включающий вертикальный корпус с расположенными в его верхней части узлом ввода сырья, средством для ввода высокотемпературного газифицирующего агента и патрубками для ввода газифицирующих агентов, а также отводом для шлака и патрубком отвода газа, расположенными в, нижней части корпуса, снабженного также тангенциальными соплами для ввода воды на водяную завесу, согласно полезной модели, корпус снабжен расположенными последовательно камерами окисления, конверсии и шлакоудаления, при этом в области расположения камер окисления и конверсии корпус выполнен футерованным и снабжен средствами для ввода высокотемпературного газифицирующего агента, выполненными в виде тангенциальных горелочных тоннелей, равномерно расположенных по высоте футерованной части корпуса, при этом тангенциальные сопла установлены в 2-3 яруса по высоте камеры шлакоудаления, в области которой стенка корпуса выполнена водоохлаждаемой.
В вариантах выполнения, футерованная часть корпуса дополнительно снабжена рубашкой охлаждения; в рубашке охлаждения смонтированы направляющие ребра для охладителя; узел ввода сырья выполнен в виде фасонного патрубка с распределительным участком, снабженным отверстиями для разбрызгивания водоугольной смеси (ВУС), используемой в качестве сырья; корпус снабжен технологическими карманами для установки контрольно-измерительных датчиков; на каждом уровне по высоте футерованной части корпуса выполнены два диаметрально-противоположных тангенциальных тоннеля с для образования вихревого потока смеси сырья с газифицирующими агентами; на каждом ярусе установлено 2-20 сопл; ярусы расположены друг от друга на одинаковом расстоянии; ярусы расположены друг от друга на разном расстоянии, причем расстояние между нижерасположенными ярусами в 1,2-2 раза больше расстояния между вышерасположенными.
Техническим результатом, который может быть получен при осуществлении полезной модели является повышение надежности работа газификатора со снижением издержек при газификации углеродсодержащего топлива и повышением эффективности газификации.
На фиг.1 приведен продольный разрез общего вида газогенератора; на фиг.2 - вариант выполнения с охлаждающей рубашкой; на фиг.3 - сечение А-А фиг.1; на фиг.4 - сечение Б-Б фиг.1.
Газификатор углеродсодержащего сырья, содержит вертикальный корпус 1 с расположенными последовательно камерами окисления 2, конверсии 3 и шлакоудаления 4. В верхней части корпуса 1 расположены узел ввода сырья, выполненный в виде фасонного патрубка 5 с распределительной частью 5а, снабженной отверстиями (условно не показаны) для разбрызгивания водо-угольной смеси (ВУС), используемой в качестве сырья; патрубок 6 для ввода газифицирующего агента (пара) и карманы 7 для установки датчиков контрольно-измерительной аппаратуры. По высоте корпуса 1 имеются также технологические карманы 8 для размещения контрольно-измерительных датчиков для контроля и регулирования параметров протекания процесса газификации. В нижней части корпуса 1 расположены тангенциальные сопла 9 для ввода воды на водяную завесу, которые установлены в 2-3 яруса по высоте камеры шлакоудаления, в области которой стенка корпуса 1 выполнена водоохлаждаемой. В области расположения камер 2, 3 - окисления и конверсии корпус выполнен футерованным. По всей высоте футерованной части корпуса 1 равномерно расположены средства для ввода высокотемпературного газифицирующего агента, выполненные в виде тангенциальных горелочных тоннелей 10, которые также расположены по высоте области корпуса 1, в которой расположена камера шлакоудаления 4. В этой области корпуса 1 тангенциальные горелочные тоннели 10 расположены между ярусами тангенциальных сопел 9. Кроме того, футерованная часть корпуса 1 может быть дополнительно снабжена рубашкой охлаждения 11 для снижения теплонапряженности этой части корпуса, обеспечения возможности регенерации тепла и регулирования температуры протекания процессов газификации. Рубашка охлаждения 11 может быть снабжена направляющими (например, винтовыми) ребрами 12 для обеспечения движения охладителя (например, пара) по охлаждаемой поверхности.
Целесообразно, чтобы на каждом уровне по высоте футерованной части корпуса 1 были выполнены два диаметрально-противоположных тангенциальных горелочных тоннеля 10 (см. фиг.3) для обеспечения образования вихревого потока смеси сырья с газифицирующими агентами. Для предотвращения разрыва жидкостной охлаждающей пленки в камере шлакоудаления 4, целесообразно, чтобы на каждом ярусе было установлено 2-20 тангенциальных сопел 9, ярусы
которых могут быть расположены друг от друга или на одинаковом расстоянии, или на разном расстоянии. В случае расположения ярусов на разном расстоянии, целесообразно, чтобы расстояние между нижерасположенными ярусами было в 1,2-2 раза больше расстояния между вышерасположенными (для поддержания примерно одинаковой толщины жидкостной пленки). На фиг.1, 2 условно показаны также газовые горелки 13 и коллекторы 14 с патрубками 15 для подачи воды к тангенциальным соплам 9 и отводная труба 16 для отвода продуктового газа (синтез-газа).
Устройство работает следующим образом.
В фасонный патрубок 5 узла ввода углеродсодержащего сырья, подается водоугольная смесь (БУС), которая разбрызгивается в камеру 2, через патрубок 6 подается газифицирующий агент (пар), в газовые горелки 13 подается топливно-окислительная смесь, при этом из тоннелей 10 в реакционный объем газификатора поступают потоки высокотемпературных газифицирующих агентов. За счет тангенциального расположения тоннелей 10, в реакционном объеме газификатора образуются вихревые потоки, в которых происходит газификация ВУС. В области камеры 4 вихревой поток омывает цилиндрическую водоохлаждаемую стенку газификатора, при этом шлаковые частицы, отбрасываемые на стенку резко охлаждаются, кристаллизуются и в виде порошка ссыпаются в приемное устройство (условно не показано). Продуктовый газ отсасывается по патрубку 16 и после очистки подается потребителю. За счет тангенциальных струй высокотемпературных газифицирующих агентов, истекающих из горелочных тоннелей 10 со скоростью порядка 50-100 м/с, в камерах 2, 3, 4 корпуса 1 образуется интенсивно вращающийся вихревой поток, в котором резко интенсифицируются тепло-массообменные и физико-химических процессы газификации, при этом значительно увеличивается путь, проходимый частицами газифицируемого материала, которые движутся по нисходящим спиральным траекториям. Это обеспечивает газификацию основной части газифицируемого материала в камерах 1, и 3 с разложением основной части газопаров. В камере 4 происходит окончательная газификация топлива с сепарацией шлака. Следует отметить, что частичная сепарация взвешенных частиц под действием центробежных сил происходит и на внутренней поверхности камер 2 и 3 с образованием на стенках этих камер постоянно возобновляемой шлаковой пленки, т.е. шлакового гарниссажа, являющегося тепловой изоляцией и защитным слоем от механического абразивного износа футерованной поверхности корпуса. Возможно добавление в ВУС, например, в процессе помола угля флюсующих добавок (известь, доломит и пр.) для получения нужной основности шлака и вывода серы. Кроме того, за счет многоуровневого расположения тангенциальных горелочных тоннелей, а также наличия датчиков (в карманах 8), обеспечивается возможность регулирования температуры газификации по высоте газификатора,
2
что имеет значение при работе с ВУС из различных по сорту (и калорийности) углей. Для более полной газификации зашлакованных частиц угля целесообразно, чтобы в камере 4 поддерживалась температура выше температуры плавления шлака, что создает условия для полной газификации угольных частиц и разложение образующихся газопаров до синтез-газа (СО+Н). Число ярусов тангенциальных сопел 9 может быть от 2 до 3, а расстояние между ярусами может варьироваться от 0,5 до 5 диаметров газификатора. При менее чем 2-х ярусов сопел или при расстоянии между ярусами более 5 диаметров газификатора, растет вероятность полного испарения пленочной завесы и прогара стенки газификатора. Нецелесообразно делать более 3-х ярусов или устанавливать расстояние между ярусами менее 0,5 диаметра газификатора, так как это усложняет конструкцию газификатора. В одном ярусе может быть от 2 до 20 сопел, т.к. одно сопло не обеспечивает образование пленочной завесы и предотвращения прогара стенки. Выполнение более 20 сопел нецелесообразно из-за усложнения конструкции. Температура по высоте газификатора может изменятся в диапазоне 900-2100°С, соответственно изменяется удельная теплонапряженность стенок газификатора. Ярусы сопел для ввода охлаждающей воды воды могут быть расположены по высоте камеры 4 равномерно и температурный профиль в этой камере может регулироваться подачей различного количества воды в ярусы. Также можно разместить ярусы неравномерно, причем расстояние между нижерасположенными ярусами может быть в 1,2-2 раза больше расстояния между вышерасположенными с подачей в ярусы одинакового расхода воды. Однако, в обоих случаях должно выполняться главное условие - расстояние между ярусами сопел должно быть меньше длины участка испарения пленочной завесы. В варианте выполнения, применение рубашки охлаждения 11 с направляющими ребрами 12 (для охладителя, например, пара), обеспечивает снижение теплонапряженности стенки верхней части газификатора и повышает за счет этого, надежность его работы. При установке датчиков контрольно-измерительной аппаратуры в карманы 8 обеспечивается полный контроль и регулирование параметров работы газификатора, например, за счет изменения подачи топлива и окислителя в горелки, а также регулированием подачи пара в патрубок 6 и воды в тангенциальные сопла 9.
Предложенный газификатор характеризуется надежной и бесперебойной работой с повышением эффективности газификации.