УСТАНОВКА ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОГО ПИРОЛИЗА УГЛЯ

Полезная модель относится к термической переработке углеродных материалов, преимущественно углей, и может быть использована при получении полукокса, углеродных адсорбентов, газификации угля.
Известен слоевой газификатор непрерывного действия (патент РФ №2513928 от 10.09.2012 г.), аналог, представляющий собой аппарат шахтного типа на обратном дутье, отличающийся тем, что в топке аппарата колосниковая решетка выполнена охлаждаемой из труб с проточной холодной жидкостью, причем решетка установлена наклонно под углом естественного осыпания твердого топлива, с изгибом в нижней части в обратную сторону, питатель для непрерывной подачи топлива в топку выполнен, по крайней мере, в виде шнекового транспортера с герметизацией узла подачи, со стороны подачи воздуха в топке установлена защитная сетка, в средней боковой части газификатор оснащен узлом для удаления газов, а в нижней части - узлом отгрузки кокса и золы, по крайней мере, в виде шнекового транспортера, с герметизацией узла отгрузки, при этом газификатор установлен на оси с возможностью отклонения от вертикальной оси в две стороны в пределах изменения угла наклона колосниковой решетки, с помощью поворотного механизма. Кроме того, трубы охлаждаемой колосниковой решетки свободно насажены зубчатые втулки с минимальным зазором между соседними по диаметрам, вращающиеся под действием двигающегося топлива, во избежание зашлаковывания колосниковой решетки.
Недостатками данной конструкции является ее сложность и ненадежность вследствие зависания материала на колосниковой решетке.
Наиболее близким решением является способ получения полукокса и устройство для осуществления способа (Патент РФ №2278817 от 03.12.2004 г.) (прототип), заключающийся в получении полукокса путем переработки твердого углеродсодержащего сырья в вертикальном аппарате шахтного типа, включающий подачу воздуха в слой угля, розжиг, сушку, карбонизацию, выгрузку полученного полукокса и отбор горючего газа, отличающийся тем, что подачу воздуха в слой угля производят сверху и снизу, а розжиг угля и отвод горючего газа осуществляют в среднем сечении слоя. Устройство для его получения, содержит вертикальный аппарат шахтного типа, отличающееся тем, что аппарат содержит верхнюю и нижнюю рабочие камеры, выполненные с возможностью подачи воздуха сверху в верхнюю камеру и снизу в нижнюю камеру и разделенные в среднем сечении слоя аппарата для обеспечения розжига угля и отвода горючего газа.
Недостатками указанного способа и устройства является невозможность его осуществления непрерывным способом, а также низкая эффективность вследствие неравномерности температурного поля внутри цилиндрического корпуса вследствие неподвижности загруженной массы исходного материала.
Задачами, решаемыми предлагаемой полезной моделью, являются:
повышение качества и увеличение выхода годного твердого продукта пиролиза, за счет непрерывного движения слоя углеродного материала;
реализация процесса пиролиза в вертикальном цилиндрическом корпусе в непрерывном режиме.
Поставленные задачи достигаются тем, что система подачи исходного сырья представлена бункером с винтовым шнеком, расположенным в нижней части корпуса с регулируемым приводом, длина которого не меньше двух внутренних диаметров корпуса.
Организация подачи углеродного материала, подвергаемого пиролизу, снизу вверх в цилиндрическом вертикальном корпусе за счет установки винтового шнека с регулируемым приводом в нижней части корпуса обеспечивает надежное регулируемое движение материала снизу вверх. В результате в зону пиролиза непрерывно поступают все новые слои углеродного материала, что обеспечивает реализацию процесса газификации в непрерывном режиме без наличия «застойных» зон твердой массы в аппарате. Длина винтового шнека должна быть не меньше двух внутренних диаметров цилиндрического корпуса, что обуславливает надежную работу винтового шнека в корпусе (без перекосов и заломов).
На рисунке представлена установка для непрерывного пиролиза угля.
Установка содержит корпус 1, бункер исходного материала 2 с герметичным затвором 3, подающий шнек 4 с приводом 5, винтовой шнек 6 с приводом 7. Установка оснащена также системой подачи дозированного дутья 8, холодильником 9, узлом приема твердого остатка пиролиза с гидрозатвором (на рисунке не показано).
Установка работает следующим образом.
Исходное сырье (например, бурый уголь) загружают в бункер исходного материала 2. Через герметичный затвор 3 материал попадает в зону подающего шнека 4 и под воздействием подающего шнека поступает в нижнюю часть корпуса 1 в зону работы винтового шнека 6. Под воздействием винтового шнека материал подается вверх по внутренней полости корпуса 1. Поскольку подача материала осуществляется непрерывно, то после заполнения материалом внутренней полости корпуса 1 в зоне винтового шнека 6 материал продолжает подаваться, перемещаясь вверх, и заполняет все пространство корпуса.
После того как материал поступит в зону работы винтового шнека 6 или несколько ранее этого начинают подавать воздух через систему дозированной подачи воздуха 8.
При достижении материалом уровня отвода генераторного газа, включают зажигательное устройство, расположенное в зоне отвода генераторного газа (на рисунке не показано) и систему отвода газообразных продуктов. После зажигания материала зажигательное устройство выключают. Регулируя производительность (частоту вращения) винтового шнека, добиваются положения фронта горения между уровнями подачи воздуха и отвода генераторного газа.
2
Поскольку работа винтового шнека не прекращается, материал продолжает двигаться (перемещаться) вверх. При этом горящий уголь прогревает нижележащие слои, в которых начинается выделение летучих веществ, которые загораются и начинают греть другие частицы угля. Таким образом, формируется зона горения летучих веществ, которая перемещается вниз по мере прогрева нижележащих слоев угля. Газообразные продукты, которые состоят из продуктов сгорания летучих и новых порций летучих, (выделяющихся из нагретого угля), перемещаются вверх с потоком газов. Поскольку образующиеся газообразные продукты горячие, то в зоне их течения уголь греется и пиролизуется на всю глубину (толщину) частиц. При этом получается качественный пиролиз (термообработка) угля. Воздух подается через систему дозированной подачи, поэтому его хватает только для сгорания ограниченного количества летучих веществ. Уголь и остающиеся летучие не сгорают. Уголь подвергается термообработке, а летучие входят в состав образующегося генераторного газа. Холодильник 9, установленный на тракте эвакуации генераторного газа, быстро охлаждает газообразные продукты и тем самым препятствует протеканию нежелательных реакций (например, 2СО=СО+С), сохраняя полезные для газа свойства.
Твердые продукты пиролиза продолжают перемещаться вверх и, достигнув верхнего края корпуса, удаляются (ссыпаются) в специальный сборник, где охлаждаются в емкости с гидрозатвором. При этом образующийся водяной пар за счет вакуума, создаваемого в зоне реакции при удалении генераторного газа, поступает в зону реакции, взаимодействует с выделяющимися газообразными продуктами и твердым остатком, повышая их качество.
В настоящее время разработаны рабочие чертежи и ведется изготовление экспериментального образца газогенератора.