ГАЗОГЕНЕРАТОРНАЯ СИСТЕМА С ЦИРКУЛИРУЮЩИМ УГОЛЬНЫМ ПСЕВДООЖИЖЕННЫМ СЛОЕМ
GAS GENERATOR SYSTEM WITH COAL CIRCULATING FLUIDISED BED

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к угольной газогенераторной системе, в частности к угольной газогенераторной системе с циркулирующим угольным псевдоожиженным слоем.
Уровень техники
3
3
В прототипе теплоту угольного газогенератора для газификации порошкообразного угля обычно используют для получения водяного пара, и затем водяной пар и воздух, употребляемые в качестве газифицирующего агента, вводят в газогенератор для получения полуводяного угольного газа или водяного угольного газа. Ввиду того, что тепловая энергия угольного газа довольно высока, количество производимого водяного пара значительно превосходит потребность для реакции получения угольного газа. Хотя оставшийся водяной пар может быть направлен в другие стадии производства, увеличивается потребление угля для получения угольного газа, которое может возрасти даже до уровня более 0,3 кг/Нм-0,4 кг/Нм.
В дополнение, температура газифицирующего агента, используемого в традиционном угольном газогенераторе, обычно составляет 65°С-120°С. Во время реакции внутри газогенератора температура газифицирующего агента должна повышаться до 1000°С-1100°С. Во время этого периода потребляется огромное количество теплоты реакции, что еще более увеличивает расход угля для получения угольного газа.
Сущность изобретения
Задача настоящего изобретения состоит в представлении угольной газогенераторной системы с циркулирующим угольным псевдоожиженным слоем, чтобы устранить такой технический недостаток, как большое потребление угля во время производства угольного газа традиционной угольной газогенераторной системой согласно прототипу.
Для достижения вышеназванной задачи настоящее изобретение представляет угольную газогенераторную систему угольного газа с циркулирующим угольным псевдоожиженным слоем, угольный газогенератор, высокотемпературный сепаратор, теплообменник, низкотемпературный сепаратор и котел-утилизатор, которые соединены последовательно. Угольный газогенератор оснащен первым воздушным впуском и по меньшей мере одним вторичным воздушным впуском для подведения высокотемпературного газифицирующего агента в газогенератор и оснащен впуском для циркулирующего угля для подачи в газогенератор циркулирующего угля, причем первый воздушный впуск и вторичный воздушный впуск соединены с теплообменником, и впуск для циркулирующего угля соединен с высокотемпературным сепаратором, низкотемпературным сепаратором и теплообменником соответственно.
Угольный газогенератор оснащен выпуском для угольного газа, нижним впуском для исходного угля и по меньшей мере одним верхним впуском для исходного угля, причем нижний впуск для исходного угля и верхний впуск для исходного угля соединены с устройством для подачи угля, и выпуск для угольного газа соединен с высокотемпературным сепаратором.
Между высокотемпературным сепаратором и впуском для циркулирующего угля и между низкотемпературным сепаратором и впуском для циркулирующего угля соответственно размещены звездообразные питатели для подачи материала.
Далее теплообменник соединен с нагнетательным вентилятором и котел-утилизатор соответственно.
Система далее включает скруббер Вентури, соединенный с котлом-утилизатором, и включает газоочистительную колонну, соединенную со скруббером Вентури, причем в донной части газоочистительной колонны размещен отстойный резервуар, в донной части отстойного резервуара расположено устройство для удаления шлака, и между впуском для охлаждающей воды и выпуском для охлаждающей воды газоочистительной колонны размещена градирня.
Далее температура газифицирующего агента при поступлении в газогенератор через первый воздушный впуск и вторичный воздушный впуск составляет 750°С-850°С. Далее количество первого газифицирующего агента, поступающего в газогенератор через первый воздушный впуск, составляет 50%-60% от общего количества газифицирующего агента в теплообменнике, количество вторичного газифицирующего агента, поступающего в газогенератор через вторичный воздушный впуск, составляет 35%-45% от общего количества газифицирующего агента в теплообменнике, и количество газифицирующего агента, подаваемого в газогенератор через впуск для циркулирующего угля, составляет 5% от общего количества газифицирующего агента в теплообменнике.
На основе вышеописанного технического решения угольный газогенератор включает корпус газогенератора, причем донная часть корпуса газогенератора соединена с газоприемной камерой, между корпусом газогенератора и газоприемной камерой размещены воздушные колпачки, первый воздушный впуск расположен в газоприемной камере, и нижний впуск для исходного угля размещен внутри секции плотной фазы корпуса газогенератора.
Присутствуют 1-4 вторичных воздушных впуска. Один из вторичных воздушных впусков размещен между секцией плотной фазы и секцией разбавленной фазы корпуса газогенератора. Другие же вторичные воздушные впуски расположены внутри секции разбавленной фазы корпуса газогенератора.
Впуск для циркулирующего угля размещен внутри секции плотной фазы корпуса газогенератора.
Верхний впуск для исходного угля расположен внутри секции разбавленной фазы корпуса газогенератора.
У впуска для циркулирующего угля размещена наклонная труба, причем наклонная труба соединена трубопроводами с звездообразными питателями для подачи материала, и угол между наклонной трубой и осью корпуса газогенератора составляет 20°-30°.
Корпус газогенератора имеет внутреннюю конструкцию с более крупной верхней частью и меньшей нижней частью, и площадь поперечного сечения верхней части в 3-7 раз превышает таковую нижней части.
В верхней части корпуса газогенератора размещен взрывобезопасный мембранный канал, и в нижней части корпуса газогенератора расположен трубопровод для удаления шлака.
Присутствуют 6-8 сопловых отверстий, расположенных на каждом из воздушных колпачков, и диаметр каждого из сопловых отверстий составляет 4 мм - 6 мм.
3
3
3
3
3
3
3
3
Настоящее изобретение представляет угольную газогенераторную систему с циркулирующим угольным псевдоожиженным слоем, имеющую конструкцию с двойной подачей поступающего воздуха, подведением угля через два впуска, двумя ступенями отделения и циркуляцией порошкообразного угля. Газифицирующий агент, поступающий в газогенератор, и угольный газ, выходящий из газогенератора, вовлекают в теплообмен так, чтобы довести температуру поступающего в газогенератор газифицирующего агента до уровня 750°С-850°С. Поэтому потребление теплоты реакции порошкообразного угля и газифицирующего агента является на 20%-30% ниже, чем таковое при применении газифицирующего агента, имеющего комнатную температуру. Далее содержание горючего ингредиента в угольном газе составляет на 20%-30% больше, чем таковое в смешанном угольном газе, полученном при употреблении газифицирующего агента с комнатной температурой. Более конкретно, в настоящем изобретении угольный газ, выходящий из угольного газогенератора с температурой 950°С-1100°С, и газифицирующий агент с температурой 60°С-100°С подвергают теплообмену в теплообменнике. Температура газифицирующего агента после теплообмена повышается до 750°С-850°С. Угольный газ с температурой, снизившейся до 400°С-500°С, затем поступает в котел-утилизатор для получения водяного пара. После выхода из котла-утилизатора температура угольного газа снижается до уровня около 150°С, и затем угольный газ подают в скруббер Вентури и газоочистительную колонну для удаления пыли и наконец подвергают десульфуризации перед отправкой потребителю. При проведении теплообмена между угольным газом и газифицирующим агентом тепловая энергия угольного газа передается газифицирующему агенту. Температура газифицирующего агента повышается для увеличения количества водяного пара, и скорость реакции с углем возрастает, что не только снижает потребление угля угольным газогенератором, но и дает лучший состав ингредиентов в угольном газе. Более того, эффективно возвращается тепловая энергия угольного газа, тем самым на 20%-40% снижая расход угля. По сравнению с расходом угля на уровне 0,3 кг/Нм-0,4 кг/Нм в традиционном угольном газогенераторе с использованием газифицирующего агента с комнатной температурой, потребление угля для смешанного угольного газа согласно настоящему изобретению снижается до 0,22 кг/Нм-0,25 кг/Нм. В дополнение, в настоящем изобретении благодаря размещению нижнего впуска для исходного угля и по меньшей мере одного верхнего впуска для исходного угля и использованию двух стадий отделения, включающих высокотемпературное отделение и низкотемпературное отделение, резко снижается количество порошкообразного угля, уносимого угольным газом. Отделенный порошкообразный уголь вновь подают в газогенератор, чтобы еще более снизить потребление угля в угольном газогенераторе. В угольном газогенераторе согласно настоящему изобретению путем размещения первого воздушного впуска и вторичного воздушного впуска для подачи высокотемпературного газифицирующего агента, нижнего впуска для исходного угля и верхнего впуска для исходного угля, и впуска для циркулирующего угля для подачи циркулирующего угля порошкообразный уголь поддерживают циркулирующим внутри газогенератора все время, чтобы подвергать его повторному выжиганию и химической реакции для реализации полного сгорания и достижения высокого теплового коэффициента полезного действия. Далее корпус газогенератора согласно настоящему изобретению представляет собой конусообразную конструкцию с более крупной верхней частью и меньшей нижней частью. Площадь поперечного сечения верхней части примерно в 3-7 раз превышает таковую нижней части, благодаря чему можно не только отделять порошкообразный уголь с частицами более 0,5 мм, но также снижать скорость угольного газа в верхней части корпуса газогенератора до уровня 0,2 м/сек - 0,25 м/сек, что составляет всего лишь 20% от таковой в нижней части. Угольный газ находится и газифицируется в газогенераторе в течение длительного времени, чтобы еще более улучшить состав ингредиентов угольного газа. Далее в настоящем изобретении используют двухстадийное разделение, то есть техническое решение, включающее высокотемпературное разделение и низкотемпературное разделение, чтобы резко снизить количество порошкообразного угля, уносимого в угольном газе. Эффективность высокотемпературного разделения составляет 99%, эффективность низкотемпературного разделения составляет 90%, общая эффективность достигает 99,9%, и количество остающегося угля составляет не более 0,2% от общего количества. Отделенный порошкообразный уголь опять подают в газогенератор, создавая циркуляцию угля, чем резко снижается потребление угля. В настоящем изобретении теплотворная способность смешанного угольного газа, полученного с использованием газифицирующего агента из воздуха плюс водяного пара, составляет 5600 кДж/Нм - 6000 кДж/Нм (1350 ккал/Нм - 1450 ккал/Нм). Достигаются низкий расход угля, высокая теплотворная способность, высокая производительность и низкая стоимость.
3
3
Угольный газогенератор согласно настоящему изобретению может иметь крупномасштабную конструкцию. Нагретые компоненты могут быть изготовлены из огнеупорного материала. Обеспечиваются невысокая стоимость, продолжительный срок службы, низкий уровень выбросов летучей золы, коэффициент использования угля достигает 95%, и коэффициент использования тепловой энергии также составляет до 90%. При употреблении обогащенного кислородом воздуха плюс водяного пара в качестве газифицирующего агента может быть получен полуводяной угольный газ; когда в качестве газифицирующего агента используют чистый кислород плюс водяной пар, можно получить водяной угольный газ. Угольный газ после двухстадийного сухого удаления пыли далее подвергают мокрому удалению пыли в скруббере Вентури и газоочистительной колонне и десульфуризационной обработке, чтобы количество пыли в угольном газе было менее 5 мг/м, и количество серы в угольном газе составляло менее 10 мг/м.
Настоящее изобретение будет описано более подробно с привлечением чертежей и вариантов исполнения.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 представляет схематический вид согласно настоящему изобретению.
Фиг.2 представляет схематический вид, иллюстрирующий угольный газогенератор согласно настоящему изобретению.
Разъяснение ссылочных позиций, указанных на фигурах:
1 - устройство для подачи угля; 2 - угольный газогенератор; 3 - высокотемпературный сепаратор, 4 - низкотемпературный сепаратор; 5 - теплообменник; 6 - котел-утилизатор; 7 - скруббер Вентури; 8 - газоочистительная колонна; 9 - отстойный резервуар; 10 - градирня; 11 - устройство для удаления шлака; 12 - нагнетательный вентилятор; 13 - звездообразный питатель для подачи материала; 14 - водяной насос; 15 - паровой барабан; 20 - корпус газогенератора; 21 - первый воздушный впуск; 22 - вторичный воздушный впуск; 23 - впуск для циркулирующего угля; 24А - нижний впуск для исходного угля; 24В - верхний впуск для исходного угля; 25 - выпуск для угольного газа; 26 - наклонная труба; 27 - трубопровод для выведения шлака; 28 - мембранный взрывобезопасный канал; 29 - воздушный колпачок.
Подробное описание изобретения
Фиг.1 представляет схематический вид согласно настоящему изобретению. Как показано на фиг.1, основная компоновка угольной газогенераторной системы с циркулирующим угольным псевдоожиженным слоем включает следующие последовательно соединенные устройства: устройство 1 для подачи угля, угольный газогенератор 2, высокотемпературный сепаратор 3, теплообменник 5, низкотемпературный сепаратор 4, котел-утилизатор 6, скруббер 7 Вентури и газоочистительная колонна 8. Исходный уголь подают с помощью устройства 1 для подачи угля в угольный газогенератор 2 и вводят в реакцию с образованием угольного газа. Угольный газ подвергают операциям отделения порошкообразного угля в высокотемпературном сепараторе 3, нагревания газифицирующего агента в теплообменнике 5, опять отделения порошкообразного угля в низкотемпературном сепараторе 4, производства водяного пара в котле-утилизаторе 6, удаления пыли в скруббере 7 Вентури и промывания в газоочистительной колонне 8 и затем передают потребителю. На угольном газогенераторе 2 размещены первый воздушный впуск 21, по меньшей мере один вторичный воздушный впуск 22 и впуск 23 для циркулирующего угля. Первый воздушный впуск 21 и вторичный воздушный впуск 22 для подведения высокотемпературного газифицирующего агента в угольный газогенератор 2 соединены с теплообменником 5 трубопроводами, используемыми для подведения высокотемпературного газифицирующего агента, нагретого до температуры около 750°С-850°С в теплообменнике 5, в угольный газогенератор 2. Впуск 23 для циркулирующего угля для подведения циркулирующего угля в угольный газогенератор 2 соединен с высокотемпературным сепаратором 3 и низкотемпературным сепаратором 4 через трубопроводы, употребляемые для повторного введения в газогенератор 2 порошкообразного угля с размером частиц более 10 микрон (10 мкм), отделенных с помощью высокотемпературного сепаратора 3 и низкотемпературного сепаратора 4. Кроме того, впуск 23 для циркулирующего угля также соединен с теплообменником 5 через трубопровод, используемый для введения высокотемпературного газифицирующего агента с температурой около 750°С-850°С в угольный газогенератор 2 вместе с циркулирующим углем.
Настоящее изобретение представляет угольную газогенераторную систему с циркулирующим угольным псевдоожиженным слоем, имеющую конструкцию с двойной подачей поступающего воздуха, двумя ступенями отделения и циркуляцией порошкообразного угля. В одном аспекте путем теплообмена между угольным газом, выходящим наружу из газогенератора, и газифицирующим агентом, поступающим внутрь газогенератора, теплота угольного газа, выходящего наружу из газогенератора, передается газифицирующему агенту, поступающему внутрь газогенератора, чтобы температуру газифицирующего агента повысить до около 750°С-850°С, с тем, чтобы снизить потребление угля в угольном газогенераторе и очистить угольный газ. В еще одном аспекте путем организации двух ступеней отделения при высокой температуре и низкой температуре резко снижают количество порошкообразного угля, уносимого в угольном газе, и отделенный порошкообразный уголь опять подают в газогенератор, чтобы еще более снизить потребление угля в угольном газогенераторе.
Фиг.2 представляет схематический вид угольного газогенератора в соответствии с настоящим изобретением. Как показано на фиг.2, угольный газогенератор 2 включает корпус 20 газогенератора. На корпусе 20 газогенератора размещены первый воздушный впуск 21, по меньшей мере один вторичный воздушный впуск 22, впуск 23 для циркулирующего угля, нижний впуск 24А для исходного угля и по меньшей мере один верхний впуск 24В для исходного угля. Выпуск 25 для угольного газа расположен в верхней части корпуса 20 газогенератора. Первый воздушный выпуск 21 и вторичный воздушный впуск 22 используют для подведения высокотемпературного газифицирующего агента в газогенератор. Впуск 23 для циркулирующего угля используют для подведения в газогенератор отделенного порошкообразного угля с размером частиц более 10 микрон (10 мкм). Нижний впуск 24А для исходного угля и верхний впуск 24В для исходного угля соединены с устройством 1 для подачи угля, используемым для введения исходного угля в газогенератор. Выпуск для угольного газа используют для выведения высокотемпературного угольного газа. Более конкретно, донная часть корпуса 20 газогенератора соединена с газоприемной камерой, и между корпусом газогенератора и газоприемной камерой размещены воздушные колпачки 29. Первый воздушный впуск 21 расположен при газоприемной камере, нижний впуск 24А для исходного угля и впуск 23 для циркулирующего угля размещены в секции плотной фазы вблизи воздушных колпачков 29, и некоторые из вторичных воздушных впусков 22 и верхний впуск 24В для исходного угля установлены в секции разбавленной фазы над секцией плотной фазы. Первый воздушный впуск 21 подает газифицирующий агент при температуре 750°С-850°С в газоприемную камеру и внутрь воздушных колпачков 29. Скорость газового потока газифицирующего агента в корпусах воздушных колпачков достигает 2 м/сек - 3 м/сек. Скорость газового потока газифицирующего агента, выдуваемого из сопловых отверстий в корпусах воздушных колпачков, достигает 30 м/сек - 50 м/сек, так что порошкообразный уголь с размером частиц более 10 микрон (10 мкм) находится в псевдоожиженном состоянии. В пределах объема на дистанции в 50 мм - 80 мм от корпусов воздушных колпачков весь кислород в газифицирующем агенте выгорает вместе с порошкообразным углем; затем водяной пар, диоксид углерода и уголь вступают в реакцию. В результате реакции в высокотемпературной области большая часть диоксида углерода превращается в монооксид углерода, водяной пар, диоксид углерода и уголь вступают в реакцию. В результате реакции в высокотемпературной области большая часть диоксида углерода превращается в монооксид углерода, водяной пар преобразуется в газообразный водород и газообразный монооксид углерода, летучее вещество в угле переходит в газообразное состояние и подвергается крекингу до метана и тому подобного. В настоящем варианте осуществления для каждого из воздушных колпачков 29 может быть использована нержавеющая сталь марки 1Cr18Ni9Ti, причем таковые имеют 6-8 сопловых отверстий. Каждое из сопловых отверстий имеет диаметр 4 мм - 6 мм. Соединение между воздушными колпачками и основанием корпуса газогенератора выполнено с плотной пригонкой. Соединение между воздушными колпачками реализовано путем крепления цементом.
Возможно наличие 1-4 вторичных воздушных впусков 22, размещенных на корпусе 22 газогенератора. Один вторичный воздушный впуск в нижней части размещен между секцией плотной фазы и секцией разбавленной фазы корпуса газогенератора; и другие вторичные воздушные впуски расположены внутри секции разбавленной фазы корпуса газогенератора. Нижний впуск 24А для исходного угля и впуск 23 для циркулирующего угля размещены в секции плотной фазы корпуса 20 газогенератора. Порошкообразный уголь подают в корпус 20 газогенератора через нижний впуск 24А для исходного угля и впуск 23 для циркулирующего угля. В то же самое время газифицирующий агент вводят во впуск 23 для циркулирующего угля, чтобы нагреть циркулирующий уголь до горения и ввести в газогенератор. Верхний впуск 24В для исходного угля размещен внутри секции разбавленной фазы корпуса газогенератора. Расстояние между верхним впуском 24В для исходного угля и нижним впуском 24А для исходного угля составляет 4000 мм - 5000 мм, предпочтительно равно 4700 мм. В настоящем изобретении, в режиме запуска, порошкообразный уголь подают через нижний впуск 24А для исходного угля. После периода нормальной эксплуатации прекращают подачу угля через нижний впуск 24А для исходного угля, порошкообразный уголь или коксующийся уголь подводят через верхний впуск 24В для исходного угля. Уголь в секции плотной фазы главным образом поступает от подачи циркулирующего угля через впуск 23 для циркулирующего угля. Поскольку температура нижней части контролируется циркулирующим углем, температура в области около верхнего впуска 24В для исходного угля является высокой для эффективного улучшения степени конверсии взаимодействия. Уголь, подводимый через верхний впуск 24В для исходного угля, может представлять собой порошкообразный уголь или коксующийся уголь. В настоящем варианте осуществления предпочтителен коксующийся уголь. Преимущество использования верхнего впуска 24В для исходного угля для введения угля заключается в том, что: (1) когда в качестве исходного материала употребляют некоксующийся уголь, циркулирующий уголь в нижней части газогенератора регулирует температуру нижней части газогенератора, и количество циркулирующего угля может достигать уровня, в 20-40 раз превышающего количество исходного угля, чтобы расходовать циркулирующий уголь для экономичного потребления угля в системе; (2) если коксующийся уголь подают в газогенератор через нижний впуск 24А для исходного угля, то коксующийся уголь имеет тенденцию выделять липкую жидкость (каменноугольную смолу) во время регулирования температуры, и липкая жидкость могла бы облеплять уголь в донной части газогенератора, обусловливая закоксовывание; напротив, в настоящем варианте осуществления коксующийся уголь подают через верхний впуск 24В для исходного угля в секции разбавленной фазы, причем коксующийся уголь будет немедленно разлагать липкую жидкость с образованием газа, чтобы предотвратить явление закоксовывания; (3) уровень содержания летучих компонентов в коксующемся угле может достигать 50%, чтобы резко улучшить состав и теплотворную способность угольного газа. Могут наличествовать 1-3 верхних впуска 24В для исходного угля, число которых может быть определено согласно количеству поступающего угля. С впуском 23 для циркулирующего угля соединена наклонная труба 26. Угол α между наклонной трубой 26 и осью корпуса газогенератора составляет 20°-30°, чтобы сделать высоту слоя порошкообразного угля в наклонной трубе 26 больше, чем высота секции плотной фазы в газогенераторе. Поэтому через наклонную трубу 26 подают в газогенератор порошкообразный уголь с размером частиц больше 10 микрон (10 мкм), который отделен с помощью высокотемпературного сепаратора и низкотемпературного сепаратора, и порошкообразный уголь вводят вместе с газифицирующим агентом, направляемым через наклонную трубу в газогенератор для инициирования горения. В настоящем варианте осуществления наклонная труба 26 имеет диаметр 200 мм с внутренней частью в виде трубы из нержавеющей стали, с наружной частью в форме трубы из углеродистой стали и средней частью, сформированной слоем изоляционной облицовки. Наклонная труба 26 направляет газообразный газифицирующий агент в донную часть газогенератора. Воздушный впуск для газифицирующего агента имеет диаметр около 57 мм, чтобы направлять порошкообразный уголь в газогенератор под действием собственного веса и воздушного потока. В вышеописанном техническом решении путем добавления вторичного высокотемпературного газифицирующего агента температуру угольного газа повышают для увеличения теплосодержания во время газификации водяного пара и угля и выжигания части тонкого угольного порошка, чтобы снизить вынос угля из угольного газогенератора настолько, насколько это возможно.
В настоящем варианте осуществления количество газифицирующего агента, подаваемого в газогенератор через первый воздушный впуск 21, составляет 50%-60% от общего количества газифицирующего агента, причем 35%-45% газифицирующего агента подводят в газогенератор через вторичный воздушный впуск 22, и остальные 5% газифицирующего агента вводят в газогенератор через впуск 23 для циркулирующего угля. Общее количество газифицирующего агента имеет отношение к количеству газифицирующего агента на воздушном выпуске теплообменника.
Трубопровод 27 для удаления шлака расположен в донной части корпуса 20 газогенератора и используется для выгрузки каменного балласта в газогенераторе и содержащихся в угле крупных кусков такового. Мембранный взрывобезопасный канал 28 размещен на верхней части корпуса 20 газогенератора и используется для предотвращения взрыва угольного газа и воздуха в газогенераторе, обусловленного эксплуатацией в неправильном режиме. Даже если происходит взрыв, взорвавшийся газ должен вырваться через мембранный взрывобезопасный канал 28 в верхней части корпуса газогенератора вместо прорыва из средней или нижней части газогенератора, благодаря чему можно избежать ожога и травмирования операторов. Ввиду того, что температура внутри корпуса газогенератора достигает 900°С-1100°С, корпус 20 газогенератора выложен изнутри слоем огнеупорного кирпича. Между огнеупорными кирпичами и корпусом газогенератора сформирован изолирующий слой для теплоизоляции, который может поддерживать наружную температуру корпуса газогенератора ниже 60°С. Верхняя часть газогенератора сформирована в виде свода из скошенных огнеупорных кирпичей с изолирующим слоем, который опирается на корпус газогенератора. Поэтому при термическом расширении изменение размера будет происходить только внутри изолирующего слоя.
В угольном газогенераторе 2 согласно настоящему изобретению внутренняя часть корпуса 20 газогенератора представляет собой конус с более крупной верхней частью и меньшей нижней частью. Площадь поперечного сечения внутренней верхней части газогенератора в 3-7 раз, предпочтительно в 5 раз, превышает таковую внутренней нижней части, чтобы поддерживать скорость потока угольного газа во внутренней верхней части газогенератора на уровне ниже 0,2 м/сек - 0,25 м/сек. Скорость составляет только 20% от таковой в нижней части. В одном аспекте порошкообразный уголь с размером частиц более 0,5 мм отделяется и вовлекается в процесс циркуляции внутри газогенератора, и вместе с тем продолжительность пребывания порошкообразного угля внутри газогенератора возрастает до периода времени более 30 минут, чтобы обеспечить надлежащий состав угольного газа и протекание химической реакции порошкообразного угля; в другом аспекте период времени, в течение которого угольный газ находится внутри газогенератора, возрастает примерно до 10 секунд, чтобы продлить продолжительность газификации и получить угольный газ с улучшенным составом.
Высокотемпературный сепаратор 3 оснащен впуском для угольного газа в высокотемпературный сепаратор, выпуском для угольного газа из высокотемпературного сепаратора и выпуском для порошкообразного угля из высокотемпературного сепаратора. Впуск для угольного газа в высокотемпературный сепаратор соединен трубопроводом с выпуском 25 для угольного газа на угольном газогенераторе 2, чтобы подавать угольный газ в высокотемпературный сепаратор 3. Выпуск для порошкообразного угля из высокотемпературного сепаратора оснащен звездообразным питателем 13 для подачи материала, который соединен с впуском 23 для циркулирующего угля на угольном газогенераторе 2 через трубопровод, и наклонной трубой 26, чтобы подавать отделенный порошкообразный уголь из высокотемпературного сепаратора 3 обратно в угольный газогенератор 2 с регулированием количества подаваемого угля. В настоящем варианте осуществления в высокотемпературном сепараторе 3 может быть использован количественный трубчатый впуск неправильной формы, то есть циклонный пылеуловитель Е-типа. Высокотемпературный сепаратор 3 может быть футерован огнеупорным и термоизоляционным слоем в таковом с крышкой, сделанной из огнеупорного цемента, и с центральной трубой, изготовленной из устойчивого к высоким температурам материала, стали 1Cr25Ni20. Звездообразный питатель 13 для подачи материала также имеет устойчивую к высокой температуре конструкцию, включающую основной вал, который представляет собой полый вал с использованием охлаждающей воды внутри такового, и корпус, который выполнен из устойчивой к высокой температуре нержавеющей стали с облицовкой из алюмосиликатного фиброкартона. Температура корпуса может поддерживаться только при 50°С-60°С. Уплотнение концевого торца может предотвращать утечку угольного газа. Высокотемпературный сепаратор 3 может полностью отделять порошкообразный уголь с размером частиц более 10 микрон (10 мкм), и эффективность отделения может достигать даже 99%.
Теплообменник 5 оснащен впуском теплообменника для угольного газа, выпуском теплообменника для угольного газа, воздушным впуском теплообменника и воздушным выпуском теплообменника. Угольный газ с высокой температурой, выходящий из высокотемпературного сепаратора 3, и газифицирующий агент, который будет подаваться в угольный газогенератор 2, подвергаются теплообмену внутри теплообменника 5. Более конкретно, впускной теплообменник для угольного газа соединен с выпуском высокотемпературного сепаратора для угольного газа на высокотемпературном сепараторе 3 через трубопровод, чтобы подводить угольный газ с высокой температурой, выходящий из высокотемпературного сепаратора 3, в теплообменник 5 для теплообмена. Нагнетательный вентилятор 12 соединен с воздушным впуском теплообменника. Воздушный выпуск теплообменника соединен с первым воздушным впуском 21 и вторичным воздушным впуском 22 угольного газогенератора 2 через трубопровод, и также соединен трубопроводом с впуском 23 для циркулирующего угля в угольном газогенераторе 2. Газифицирующий агент, подвергнутый теплообмену в теплообменнике 5, подают в первый воздушный впуск 21, вторичный воздушный впуск 22 и впуск 23 для циркулирующего угля угольного газогенератора 2. После вышеназванного теплообмена температура угольного газа снижается от 900°С-1000°С до 400°С-500°С, и температура газифицирующего агента повышается от 60°С-100°С до 750°С-850°С. Теплообменник 5 может представлять собой многотрубный прямоточный или многотрубный противоточный теплообменник. Когда используют многотрубный прямоточный теплообменник, температура многотрубного блока поддерживается на уровне ниже 750°С. Материалом многотрубного блока служит сталь 1Cr18Ni9Ti. В настоящем варианте осуществления в теплообменнике 5 используют многотрубный противоточный теплообменник. Материал многотрубного агрегата представляет собой алюминированную сталь 1Cr18Ni9Ti или сталь 1Cr25Ni20, которая может быть устойчивой к температурам 900°С-1000°С.
Низкотемпературный сепаратор 4 оснащен впуском низкотемпературного сепаратора для угольного газа, выпуском низкотемпературного сепаратора для угольного газа и выпуском низкотемпературного сепаратора для порошкообразного угля. Впуск низкотемпературного сепаратора для угольного газа соединен с выпуском теплообменника для угольного газа на теплообменнике 5 через трубопровод, чтобы подавать угольный газ в низкотемпературный сепаратор 4. Звездообразный питатель 13 для подачи материала размещен на выпуске низкотемпературного сепаратора для порошкообразного угля, и звездообразный питатель 13 для подачи материала соединен трубопроводом с впуском 23 для циркулирующего угля на угольном газогенераторе 2, чтобы подавать порошкообразный уголь, отделенный в низкотемпературном сепараторе 4, обратно в угольный газогенератор 2. В настоящем варианте осуществления эффективность низкотемпературного отделения составляет 90%. Низкотемпературный сепаратор 4 отделяет большую часть угля из угольного газа, и остается только часть тонкодисперсного угля с размером частиц менее 5 мкм.
В настоящем изобретении используют двухстадийное отделение (то есть вышеописанные высокотемпературное и низкотемпературное отделение), чтобы резко снизить количество порошкообразного угля, уносимого угольным газом. Эффективность высокотемпературного отделения составляет 99%, эффективность низкотемпературного отделения составляет 90%, общая эффективность достигает 99,9%, и количество остающегося угля составляет лишь менее 0,2% от общего количества. Кроме того, отделенный порошкообразный уголь подают обратно в газогенератор как циркулирующий уголь, благодаря чему значительно снижается потребление угля. Поскольку угольный газ, подводимый в теплообменник 5, содержит только порошкообразный уголь с размером частиц менее 10 мкм, абразивный износ теплообменника 5 довольно мал, что повышает эффективность теплообменника и долговечность теплообменника 5.
Котел-утилизатор 6 соединен с выпуском низкотемпературного сепаратора для угольного газа на низкотемпературном сепараторе 4 через трубопровод. Угольный газ, выходящий из низкотемпературного сепаратора 4, передает свою тепловую энергию воде в котле-утилизаторе 6, чтобы превратить воду в водяной пар. Водяной пар подается в воздушный впуск теплообменника с помощью парового барабана 15 и нагревается после смешения с воздухом, поступающим из нагнетательного вентилятора 12. Температура угольного газа, поступающего в котел-утилизатор 6, составляет 400°С-500°С. Температура угольного газа, выходящего из котла-утилизатора 6, составляет около 150°С. Поэтому в распоряжении имеется тепловая энергия, достаточная для получения достаточного количества водяного пара для использования в производстве угольного газа.
3
3
3
Скруббер 7 Вентури соединен трубопроводом с котлом-утилизатором 6. Угольный газ, выходящий из котла-утилизатора 6, контактирует с водой в скруббере 7 Вентури для вымывания порошкообразного угля из угольного газа. После того, как угольный газ с температурой около 150°С поступает в скруббер 7 Вентури, его температура снижается до 50°С-60°С. В это время 90% порошкообразного угля с размером частиц 0-5 мкм вымываются из угольного газа. Газоочистительная колонна 8 оснащена впуском газоочистительной колонны для угольного газа, выпуском газоочистительной колонны для угольного газа, выпуском для промывной жидкости, впуском для охлаждающей воды и выпуском для охлаждающей воды. Впуск газоочистительной колонны для угольного газа соединен трубопроводом со скруббером 7 Вентури для дополнительного вымывания порошкообразного угля из угольного газа. Угольный газ после промывания подают потребителю для использования через выпуск газоочистительной колонны для угольного газа. В это время, когда угольный газ покидает газоочистительную колонну 8, содержащееся в нем количество угля составляет всего около 5 мг/Нм. У выпуска газоочистительной колонны для осаждения порошкообразного угля расположен отстойный резервуар 9. И затем накопившийся влажный порошкообразный уголь отфильтровывают с помощью фильтра и выводят наружу с использованием устройства 11 для удаления шлака, который может представлять собой вакуумный фильтр. Между впуском для охлаждающей воды и выпуском для охлаждающей воды подсоединена градирня 10. Охлаждающая вода в газоочистительной колонне 8 поступает в градирню 10 для охлаждения через выпуск для охлаждающей воды и подается обратно в газоочистительную колонну 8 через впуск для охлаждающей воды после охлаждения. В настоящем варианте осуществления может быть использована газоочистительная колонна 8 с набивкой или вихревого типа, что может быть определено в соответствии с габаритами колонны. Промывная жидкость в донной части газоочистительной колонны поступает в отстойный резервуар 9. Поскольку площадь поперечного сечения возрастает, скорость потока воды снижается до 0,02 м/сек, чтобы порошкообразный уголь мог осесть на дно. Вода переходит в градирню 10 для охлаждения и затем перекачивается водяным насосом 14 в газоочистительную колонну 8 и скруббер 7 Вентури для промывания. Можно видеть, что угольный газ после двухстадийного сухого удаления пыли далее подвергают мокрому удалению пыли в скруббере Вентури и газоочистительной колонне, и десульфуризационной обработке, чтобы сделать количество пыли, содержащейся в угольном газе, менее 5 мг/м, и количество серы, содержащейся в угольном газе, менее 10 мг/м.
На основе вышеописанного технического решения, если количество воды, содержащейся в угле, подаваемом в газогенератор, превышает 8%, перед впуском 24 для исходного угля может быть размещено сушильное устройство. В дополнение далее могут быть установлены некоторые приборы и системы автоматического контроля, чтобы обеспечить возможность исполнения настоящего изобретения с полностью автоматической регулировкой и управлением при помощи системы, которая подробно не разъясняется.
Наконец, следует отметить, что вышеописанные варианты осуществления приведены только для описания технического решения настоящего изобретения, но не предполагают ограничения настоящего изобретения. Следует понимать, что, хотя настоящее изобретение было подробно описано с привлечением вышеприведенных вариантов осуществления, квалифицированными специалистами в этой области технологии могут быть сделаны модификации технических решений, описанных в вышеприведенных вариантах осуществления, или могут быть произведены эквивалентные замены некоторых технических признаков в технических решениях, в той мере, насколько такие модификации или замены по своей сущности соответствующих технических решений не выходят за пределы области настоящего изобретения.