УСТАНОВКА СТРУЙНО-ВИХРЕВОЙ ГАЗИФИКАЦИИ НИЗКОРЕАКЦИОННЫХ ТВЕРДЫХ ТОПЛИВ

Полезная модель относится к теплоэнергетике, кроме того, может быть использована на предприятиях химической промышленности для получения синтез-газа, метана, аммония, жидких моторных топлив и других ценных химических продуктов и соединений.
Известна установка Koppers-Totzek, включающая в себя, горизонтальную камеру газификации с двумя форсунками, которые находятся с левой и правой стороны камеры газификации, систему отвода генераторного газа, которая находится в верхней части установки, систему отвода шлака, которая находится в нижней части аппарата. (Christopher Higman, Maarten van der Burgt. Gasification (Second Edition) / Gulf Professional Publishing, 2008, p. 416.)
Недостатки: для процесса характерна невысокая интенсивность процесса газификации из-за конструктивных ограничений (газификаторы горизонтального типа); отсутствие возможности увеличения скорости реакции газификации топливной смеси.
Известна установка струйно-вихревой газификации низкореакционных твердых топлив, принятая за прототип, включающую в себя вертикальную камеру газификации, устройство для подачи угля, состоящего из бункера подачи пыли и шнекового питателя, систему подачи окислителя, состоящая из дутьевого вентилятора и воздухоподогревателя, находящаяся в нижней части установки, устройство для отвода генераторного газа, которое находится в верхней части установки, а также устройство для подвода наноматериалов и впрыска воды, расположенные перед входом в вертикальную камеру газификации, лопастной аппарат, расположенный внутри вертикальной камеры газификации, камеру-дозатор с регулирующим клапаном, расположенную внутри вертикальной камеры газификации. (Ефимов Н.Н. и др., Моделирование процесса газификации низкореакционного угля в кольцевом потоке / Уголь. - 2014. - №9. - с. 88-90)
Недостатки: низкая производительность процесса газификации из-за неполного использования наноматериалов (при подаче их вместе с воздушным дутьем происходит сепарация частиц наноматериала в нижней части камеры газификации, вследствие падения скорости потока и последующий их унос в бункер приема золы) и агломерации частиц угольной пыли.
Задачей является повышение эффективности и производительности процесса газификации, а также повышение коэффициента использования топлива за счет увеличения эффективности использования наноматериалов и отсутствия агломерации частиц угольной пыли.
Задача решается за счет того, что установка струйно-вихревой газификации низкореакционных твердых топлив содержит вертикальную камеру газификации, устройство для подачи угля, состоящего из бункера подачи пыли и шнекового питателя, систему подачи окислителя, состоящую из дутьевого вентилятора и воздухоподогревателя, устройство для отвода генераторного газа, так же установка содержит устройство для подвода наноматериалов, расположенное перед устройством для подачи угля, устройство для впрыска воды, расположенное перед входом в вертикальную камеру газификации, лопастной аппарат, расположенный внутри вертикальной камеры газификации, камеру-дозатор с регулирующим клапаном, расположенную внутри вертикальной камеры газификации.
На фиг. представлена принципиальная схема экспериментальной установки струйно-вихревой газификации низкореакционных твердых топлив.
Установка струйно-вихревой газификации низкореакционных твердых топлив содержит вертикальную камеру газификации 1, устройство для подачи угля (на фиг. не обозначено), состоящего из бункера подачи пыли 2 и шнекового питателя 3, систему подачи окислителя, состоящую из дутьевого вентилятора 4 и воздухоподогревателя 5, устройство для отвода генераторного газа 6, так же установка содержит устройство для впрыска воды 7, расположенное перед входом в вертикальную камеру газификации 1, устройство для подвода наноматериалов 8, расположенное перед устройством для подачи угля, лопастной аппарат 9, расположенный внутри вертикальной камеры газификации 1, камеру-дозатор 10 с регулирующим клапаном 11, расположенную внутри вертикальной камеры газификации 1.
Для контроля и замера основных технологических параметров используются датчики температуры 12, 13; датчик давления 14; расходомеры 15,16.
Рассмотрим работу установки.
Предварительно подготовленная, угольная пыль поступает в бункер подачи пыли 2, устройством для подвода наноматериалов 8 туда же одновременно подаются наноматериалы (фуллерены), которые впоследствии активируют кислород в составе воздушного дутья внутри вертикальной камеры газификации 1, откуда смесь угольной пыли и наноматериалов подаются шнековым питателем 3 в камеру-дозатор 10. Совместная подача угольной пыли и наноматериалов в отличие от подачи наноматериалов с воздушным дутьем, при которой происходит сепарация частиц наноматериала в нижней части вертикальной камеры газификации 1, вследствие падения скорости потока и последующий их унос в бункер приема золы, обеспечивает повышение эффективности использования последних за счет того, что наноматериалы в полном объеме попадают в вертикальную камеру газификации 1, как следствие достигается более полное использование наноматериалов, увеличивается поверхность реагирования углерода топлива с активированным наноматериалами окислителем, исключается возможность агломерации (слипания) частиц угольной пыли, при такой организации процесса газификации повышается производительность и эффективность процесса газификации, а также увеличивается коэффициент использования топлива. Далее смесь угольной пыли и наноматериалов из камеры-дозатора 10, через регулирующий клапан 11, подается в вертикальную камеру газификации 1. Для реализации способа газификации в восходящем струйно-вихревом потоке окислителя и организации подачи угольной пыли в активную зону вертикальной камеры газификации по схеме противотока предложена конструкция «труба в трубе», которая представляет собой камеру-дозатор 10 с регулирующим клапаном 11 внутри вертикальной камеры газификации 1. Одновременно с подачей угольной пыли и наноматериалов в вертикальную камеру газификации 1, воздух подается дутьевым вентилятором 4 в воздухоподогреватель 5. Расход окислителя контролируется расходомером 15, который расположен перед вертикальной камерой газификации 1. Затем перед входом в вертикальную камеру газификации 1 в подогретую воздушную струю устройством для впрыска воды 7 впрыскивается порция воды для образования водяного пара. Для контроля и измерения температуры окислителя используется датчик 12, перед входом в вертикальную камеру газификации 1. Далее смесь водяного пара с воздухом подается в вертикальную камеру газификации 1 и закручивается с помощью лопастного аппарата 9. В вертикальной камере газификации 1 происходит процесс смешивания угольной пыли с окислителем и происходит процесс газификации угольной пыли. Интенсификация процесса газификации осуществляется за счет внедрения в процесс газификации синглетного кислорода, сгенерированного путем облучения наноматериала. Тепловое облучение наноматерила происходит естественным образом внутри вертикальной камеры газификации 1. Синглетный кислород с энергией активацией большей, чем у молекулярного кислорода, способен повысить скорость реакции окисления (неполного горения), повышая эффективность процесса газификации в целом. Давление в вертикальной камере газификации 1 измеряется датчиком 14, который расположен внутри вертикальной камеры газификации 1. Особенностью установки является газификация пылевидных частичек угля в турбулизированном восходящем потоке. В вертикальной камере газификации 1 из-за малых размеров частиц увеличивается поверхность, на которой протекают гетерогенные реакции, что в совокупности с высокой турбулизацией потока повышает интенсивность газификации. Это позволяет уменьшить объем вертикальной камеры газификации 1 и повысить производительность установки газификации. Крупная зола удаляется из установки в нижней части вертикальной камеры газификации 1. Образовавшийся в вертикальной камере газификации 1 газ вместе с золой уноса поступает в устройство для отвода генераторного газа 6, где происходит отделение частиц золы от газа и отведение очищенного газа из установки. Температура генераторного газа измеряется датчиком 12 на выходе из вертикальной камеры газификации. Расход генераторного газа контролируется расходомером 16, расположенный после вертикальной камерой газификации 1.
Установка газификации позволяет полностью или частично отказаться от дополнительного топлива (мазута или газа), подаваемого в топку для подсветки на ТЭС. В то время как сейчас на котлах вместе с основным топливом (твердым, низкореакционным) в горелки подается 7-10% мазута или природного газа. Установка газификации позволит заменить природный газ более дешевым генераторным газом при переоборудовании газотурбинных установок. Кроме того, генераторный газ может быть использован также на крупных предприятиях химической промышленности для получения синтез-газа, метана, аммония, жидких моторных топлив и других ценных химических продуктов и соединений.
Предлагаемая установка позволяет увеличить поверхность реагирования углерода топлива с окислителем, за счет повышения эффективности использования наноматериалов и отсутствия агломерация частиц угольной пыли, тем самым увеличивая свою эффективность и производительность, а также коэффициент использования топлива.