УСТАНОВКА ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ТВЕРДЫХ ГОРЮЧИХ МАТЕРИАЛОВ

Полезная модель относится к области термической переработки твердого топлива, например, горючих сланцев, углей, лигнитов, отходов лесной, деревообрабатывающей промышленности, загрязненных нефтепродуктами грунтов, отходов резинотехнических изделий, других органосодержащих твердых отходов и может быть использована в химической и/или энергетической отраслях для утилизации твердых органосодержащих отходов с получением жидкого и газообразного полезных продуктов, а также тепловой энергии.
Известна установка для термической переработки твердого топлива, содержащая последовательную установленные аэрофонтанную сушилку с питателем топлива, сепаратор отработавшего сушильного агента, смеситель топлива и теплоносителя, связанный с сепаратором твердого теплоносителя, реактор пиролиза, соединенный с осадительной камерой, включающей циклон, аэрофонтанную топку, соединенную через делитель потока продуктов сгорания с сепаратором твердого теплоносителя и через газовыхлопной патрубок этого сепаратора с зольным сепаратором исходного сушильного агента, теплообменник смешивающего типа, соединенный входом с зольным сепаратором и сепаратором сушильного агента, а выходом - с дополнительным зольным сепаратором, соединенным с горелочным устройством котла-утилизатора и зольным теплообменником.
В процессе работы установки, топливо подается в аэрофонтанную сушилку питателем, в нижнюю часть которой поступает газообразный сушильный агент. Из сушилки поток газовзвеси направляется в сепаратор отработавшего сушильного агента, из которого высушенное сырье подается в смеситель, а отработавший сушильный агент при температуре ~180-230°С из сепаратора направляется в теплообменник смешивающего типа, где перемешивается с поступающей из зольного сепаратора золой, имеющей температуру до 800°С. В результате перемешивания отработавшего сушильного агента с золой температура золы снижается до 350-450°С, и после выделения охлажденной золы в дополнительном зольном сепараторе, она поступает в зольный теплообменник для окончательного охлаждения перед выводом ее из цикла, а подогретый в зольном теплообменнике воздух поступает в аэрофонтанную топку.
Очищенный от золы газовый поток из дополнительного зольного сепаратора направляется в горелочное устройство котла-утилизатора, в котором дожигается недожог аэрофонтанной топки.
В смеситель, кроме высушенного топлива, поступает зола при температуре ~700-800°С, уловленная в сепараторе, служащая в качестве твердого теплоносителя. Смешанный с сырьем в смесителе теплоноситель поступает в реактор пиролиза, где в результате пиролиза в бескислородной среде происходит образование парогазовой смеси, содержащей пары тяжелых углеводородов и неконденсирующихся примесей. Парогазовая смесь отводится после очистки от взвешенных частиц золы в осадительной камере с циклоном на конденсацию, а минеральная часть (зола) и не перешедшая в парогазовую смесь из топлива часть органики образуют коксозольный остаток, который поступает в аэрофонтанную топку, где сжигается. В результате его сжигания температура потока на выходе из аэрофонтанной топки повышается до 700-800°С. Поток продуктов сгорания из аэрофонтанной топки поступает в делитель потока, где разделяется на две части: одна часть поступает в сепаратор для выделения золы, служащей теплоносителем, другая через газовыхлопной патрубок сепаратора в зольный сепаратор для использования газовой части этого потока в качестве сушильного агента.
(см. патент РФ №2372372, кл. С10В 53/06, 2009 г.).
В результате анализа выполнения известной установки необходимо отметить, что ее конструкция весьма сложна, она не предусматривает регулирования температуры золы, поступающей в топку для смешивания с топливными компонентами, что снижает эффективность процесса терморазложения топлива.
Известна установка для термической переработки высокозольных топлив, содержащая последовательно установленные аэрофонтанную сушилку, сепаратор отработанного сушильного агента, реактор пиролиза, снабженный патрубком вывода парогазовой смеси и соединенный с топливоотводящим патрубком сепаратора отработанного сушильного агента, аэрофонтанную топку, сепаратор твердого теплоносителя, пылеспускной патрубок которого подключен к входу реактора, сепаратор сушильного агента, газовыпускной патрубок которого подключен к входу сушилки, охладитель и сепаратор золодымовой смеси, трубопровод дымовых газов с дымососом, подключенный к газовыхлопному патрубку сепаратора золодымовой смеси и котел-утилизатор, камера сгорания которого соединена с газовыхлопным патрубком сепаратора отработанного сушильного агента. Трубопровод дымовых газов соединен с входным патрубком охладителя, а камера сгорания котла-утилизатора подключена трубопроводом с регулирующим клапаном к трубопроводу дымовых газов до подключения дымососа по направлению движения газа.
В процессе работы установки измельченное топливо подают в сушилку и в потоке газообразного сушильного агента высушивают. Полученную газовзвесь направляют в сепаратор отработанного сушильного агента, в котором частицы топлива отделяют от потока отработанного сушильного агента. Далее подсушенное мелкозернистое топливо перемешивают с горячим циркулирующим зольным теплоносителем и полученную смесь подают в реактор. В последнем протекают процессы тепло- и массообмена и термодеструкции с образованием коксозольного остатка и парогазовых продуктов. Последние через патрубок направляют в отделение очистки конденсации, где парогазовые продукты постадийно охлаждают, конденсируют содержащиеся в них пары смолы и воды и выделяют целевой продукт - смолу и газ полукоксования.
Из реактора коксозольный остаток передают в аэрофонтанную топку. В ней в потоке подогретого воздушного дутья сжигают оставшуюся в коксозольном остатке горючую массу и выделенное тепло расходуют на нагрев циркулирующего теплоносителя: золы перерабатываемого топлива и дымовых газов. Газовзвесь из аэрофонтанной топки направляют в сепаратор теплоносителя. В последнем из газовзвеси отделяют теплоноситель и направляют в реактор, а оставшуюся золодымовую смесь подают в сепаратор. В последнем от золодымовой смеси отделяют дымовые газы и в качестве сушильного агента направляют в аэрофонтанную сушилку. Оставшуюся часть золодымовой смеси через пылеспускной патрубок сепаратора направляют в охладитель. В охладителе утилизируют физическое тепло золодымовой смеси и ее температура на выходе из охладителя составляет 120-200°С. Наиболее крупные частицы золы из потока золодымовой смеси задерживаются в золоосадительной камере охладителя и далее выводятся из процесса, а пылевидные - с потоком охлажденных дымовых газов поступают в сепаратор золы. В нем дымовые газы освобождаются от частиц золы. Пылевидная зола выводится из процесса, а очищенные дымовые газы по трубопроводу через регулирующий клапан направляются в камеру горения котла-утилизатора. Часть очищенных дымовых газов из трубопровода при помощи дымососа рециркулируют в охладитель. Изменением расхода рециркулирующих дымовых газов поддерживают оптимальную для процесса теплообмена концентрацию твердых частиц в охлаждаемой золодымовой смеси.
Отработавший сушильный агент из сепаратора направляют в камеру сгорания котла-утилизатора и, совместно с очищенными дымовыми газами, дожигают содержащиеся в этих потоках горючие компоненты. Дымовые газы котла-утилизатора после утилизации содержащегося в них физического тепла и санитарной очистки выводят в дымовую трубу. (см патент РФ №2118979, кл. С10В 53/06, 1998 г.) - наиболее близкий аналог.
В результате выполнения известной установки необходимо отметить, что:
- топка дожигания коксозольных остатков выполнена в виде аэрофонтанной топки, которая имеет значительные размеры и массу, что увеличивает затраты на ее изготовление, а также требует повышенных затрат при эксплуатации на пневмоподъем теплоносителя, кроме того данная топка обуславливает значительное запыление воздуха на рабочих местах;
- топка для сжигания коксозольных остатков и котел-утилизатор конструктивно разделены на два агрегата, что обуславливает большие габариты установки, наличие дополнительных коммуникаций, которые увеличивают затраты на ее изготовление и эксплуатацию;
- в процессе работы установки затруднена регулировка температуры золы, подаваемой в реактор, что снижает эффективность процесса терморазложения горючих материалов.
Задачей, решаемой с помощью полезной модели является снижение веса, габаритов установки, затрат на ее изготовление и эксплуатацию, а также обеспечение оптимальных тепловых режимов в реакторе.
Поставленная задача обеспечивается тем, что в установке для термической переработки твердых горючих материалов, содержащей бункер с питателем твердых горючих материалов, реактор термоконтактного пиролиза горючих материалов, имеющий патрубок для выхода парогазовой смеси и входом соединенный с питателем бункера, а выходом - с топкой для дожигания коксозольного остатка и нагрева золы, причем установка содержит котел-утилизатор и сепаратор для разделения жидкого и газообразного компонентов парогазовой смеси, а также сушилку, новым является то, что установка снабжена топкой, снизу которой смонтирована газораспределительная решетка предназначенная для подачи в топку подогретого воздуха и формирования в топке кипящего слоя твердых горючих материалов, при этом топка смонтирована под котлом-утилизаторм в едином с ним агрегате, устройством выгрузки зольного остатка из топки и подачи его на вход реактора, в реакторе размещен оснащенный приводом вращения шнек, в тракте, соединяющем патрубок реактора и сепаратор, установлен аппарат для удаления твердой фазы парогазовой смеси, вход котла - утилизатора связан с газовым выходом топки, а выход дымовых газов из котла-утилизатора с сушилкой и далее с циклоном для удаления твердых частиц и дымовой трубой, причем установка может быть снабжена горелками, предназначенными для подогрева подаваемой в реактор золы и связанными с сепаратором трактом для подачи горючего газа, а сепаратор может быть оснащен форсунками, подключенными через насос к баку хранения жидкого компонента парогазовой смеси, при этом, топка может содержать шурующую планку или подвижный колосник.
Сущность заявленной полезной модели поясняется графическими материалами, на которых представлена схема установки термической переработки твердых горючих материалов.
Установка для термической переработки твердых горючих материалов содержит реактор 1 термоконтактного пиролиза горючих материалов, котел-утилизатор 2, бункер с питателем 3 для подачи горючих материалов на вход реактора, топку кипящего слоя 4 с газораспределительной решеткой для дожигания коксозольных остатков и нагрева золы. Топка 4 оснащена устройством 5 выгрузки зольного остатка. Устройство 5 может быть выполнено в виде приводного ротора с лопатками или цепного конвейера со скребками, помещенными в корпус.
Топка 4 верхней кромкой корпуса пристыкована к нижней кромке корпуса котла-утилизатора 2 и эти модули установки собраны в одном компактном агрегате, что обеспечивает снижение веса, габаритов и затрат на изготовление установки.
Топка 4 может быть оснащена шурующей планкой или подвижным колосником.
Устройство 5 обеспечивает выгрузку зольного остатка из топки и подачу части золы на вход реактора. Выход реактора 1 подсоединен к топке 4 и, посредством патрубка 6, предназначенного для отвода парогазовой смеси, имеет возможность соединения с сепаратором 7, предназначенным для разделения жидкого и газообразного компонентов парогазовой смеси (на чертеже изображено два параллельно установленных сепаратора, в принципе их количество может быть любым и зависит от мощности установки, от перерабатываемых материалов и пр.). В тракте отвода парогазовой смеси между патрубком 6 и сепаратором 7 установлен аппарат (например, циклон) 8, предназначенный для удаления из парогазовой смеси твердых частиц, которые подаются на утилизацию.
Для обеспечения эффективного термоконтактного пиролиза путем интенсивного перемешивания твердых горючих компонентов с горячим зольным остатком и транспортирования смеси по реактору в топку 4 на дожигание коксозольных остатков, реактор 1 устанавливают наклонно, а в полости реактора располагают шнек 9, оснащенный приводом его вращения (не показан).
Установка также оснащена устройством 10 отвода излишков золы, выгружаемых из топки 4. Данное устройство может быть выполнено в виде транспортера.
Снизу в топке кипящего слоя расположена газораспределительная решетка 11, обеспечивающая эффективный процесс сжигания коксозольных остатков.
Конструкция установки может предусмотреть использование двух реакторов 1, установленных с двух сторон относительно топки 4 и котла-утилизатора 2. Выход неконденсируемого газа из сепаратора 7 трактом 12 соединен с горелками 13 и с трактом 14 подачи газа потребителю.
Установка содержит тракт 15, в котором установлен вентилятор 16, предназначенный для прокачки воздуха через корпус сепаратора 7 для охлаждения парогазовой смеси. Нагретый воздух от сепаратора поступает по тракту 15 под газораспределительную решетку 11 топки 4.
Сепаратор 7 (каждый сепаратор - если их несколько) выполнен в виде корпуса, внутри которого помещен комплект труб, верхние концы которых соединены с верхним коллектором, а нижние концы труб соединены с нижним коллектором и по этим трубам проходит парогазовая смесь, подаваемая по тракту в верхний коллектор, которая охлаждается воздухом, подаваемым вентилятором 16 по тракту 15.
В корпусе сепаратора 7 установлены форсунки 17, связанный трактом (позицией не обозначен) с насосом 18, подключенным к бакам - 19 - накопителям жидкой фазы парогазовой смеси, отводимой из сепаратора 7.
В установке над бункером с питателем 3 и бункером твердых горючих материалов установлена сушилка 20, подключенная к выходу дымовых газов из котла-утилизатора 2, что позволяет использовать теплоту отходящих дымовых газов для предварительного подогрева и сушки исходных твердых горючих материалов.
Установка для термической переработки твердых горючих материалов работает следующим образом.
Работу установки рассмотрим на примере переработки горючих сланцев.
Горючие сланцы предварительно известным образом измельчают и загружают в сушилку 20.
Подсушенные в сушилке 20, за счет пропускания через нее отходящих дымовых газов, твердые горючие материалы выдаются в бункер, откуда питателем загружаются в реактор 1. В реактор 1 посредством устройства 5 из топки 4 поступает также нагретая зола, которая перемешивается с твердыми горючими материалами и постепенно перемещается шнеком 9 по наклонной колонне реактора 1 по направлению к топке 4. В процессе перемещения твердые горючие материалы нагреваются золой и в результате разлагаются на кокс, золу и парогазовую смесь. Таким образом, в реакторе 1 одновременно осуществляется процесс перемешивания горючих материалов с золой, терморазложение горючих материалов и перемещение массы в топку 4 для дожига коксозольных остатков.
Кокс и зола с выхода реактора 1 поступают в топку 4, где дожигается кокс и нагревается зола, которая посредством устройства 5 выгружается из топки и снова загружается в реактор 1, где перемешивается с твердыми горючими компонентами, а излишки золы посредством устройства 10 отводятся на утилизацию.
Топка 4 может иметь шурующую планку или подвижную колосниковую решетку для продвижения кокса и золы в камере сгорания топки 4 от места загрузки смеси золы и кокса до места выгрузки золы после дожигания кокса. Конструкции таких шурующих планок и подвижных колосниковых решеток известны и нет необходимости приводить их в данной заявке.
Горению кокса и нагреву золы способствует нагнетание в топку 4 подогретого в сепараторе 7 воздуха под газораспределительную решетку 11 вентилятором 16.
Выбор шурующей планки или подвижной колосниковой решетки или газораспределительной решетки в камере топки 4 зависит от количества и свойств кокса и золы, которые при сгорании кокса должны перемешиваться и перемещаться вдоль камеры топки от места загрузки до места выгрузки.
Образовавшиеся в процессе горения кокса дымовые газы из топки 4 поступают в котел-утилизатор 2, где тепло дымовых газов утилизируется за счет генерации пара для потребителя и тепла для сушилки 20 для сушки загруженных в нее компонентов. От сушилки дымовые газы поступают в циклон (не показан), где очищаются от твердых частиц и через дымовую трубу (не показана) выбрасываются в атмосферу.
Парогазовая смесь, образовавшаяся в реакторе 1, через патрубок 6 поступает в аппарат 8 для очистки смеси от твердых частиц и затем подается в сепаратор 7, где она разделяется на жидкую и газообразную фазы (горючий газ). Часть жидкой фазы из баков 19 может быть выдана потребителям. Горючий газ из сепаратора 7 по тракту 12 подается потребителям и/или на горелки 13 для сжигания горелками 13 для подогрева золы, подаваемой в реактор 1. Горелки 13 включаются в том случае, если есть необходимость дополнительно поднять температуру в реакторе 1, в зависимости от свойств твердых горючих материалов и требуемого состава продуктов переработки.
Жидкая фаза из баков 19, насосом 18 может быть подана на форсунки 17 для охлаждения находящейся в сепараторе парогазовой смеси.
В случае наличия в установке второго реактора, он работает параллельно с первым, аналогично описанному выше. Входы данных реакторов связаны с бункером с питателем 3 и с устройством 5, а выходы - с топкой 4 и аппаратом 8. Необходимость использования второго реактора обусловлена свойствами горючих компонентов и необходимостью увеличения объема, в котором производится терморазложение, когда образуется большое количество тепла от сгорания кокса, а процесс терморазложения идет сравнительно медленно.
Апробация работы образца установки термической переработки твердых горючих материалов показала, что вес, затраты на изготовление и эксплуатационные расходы установки отнесенные к единице производительности переработки на 35% меньше, чем по известным решениям.