ГАЗОГЕНЕРАТОР, РАБОТАЮЩИЙ НА КУСКОВОМ УГЛЕ И УГОЛЬНОЙ ПЫЛИ, И СПОСОБ ГАЗИФИКАЦИИ КУСКОВОГО УГЛЯ И УГОЛЬНОЙ ПЫЛИ
GAS GENERATOR OPERATING ON LUMP COAL AND COAL DUST, AND METHOD FOR GASIFICATION OF LUMP COAL AND COAL DUST

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Область техники, к которой относится изобретение
Осуществление настоящего изобретения относится к угольно-химической промышленности, в частности к газогенератору и его применению для процесса газификации угля.
Описание предшествующего уровня техники
Газогенераторы, обычно используемые в процессах производства газа, подразделяют на газогенераторы с газификацией в потоке, с псевдоожиженным слоем и с неподвижным слоем. Газогенератор с неподвижным слоем раскрыт в китайской патентной заявке CN 103436296 А. В газогенераторах с неподвижным слоем в качестве сырья обычно используют кусковой уголь. Несмотря на высокие цены на сырье газогенератор с неподвижным слоем выгоден низким уровнем вложений и низкими эксплуатационными расходами. В газогенераторах с газификацией в потоке и с псевдоожиженным слоем в качестве сырья обычно используют угольную пыль. Несмотря на несколько более дешевое сырье по сравнению с газогенератором с неподвижным слоем, единовременные инвестиции и эксплуатационные расходы газогенератора с газификацией в потоке или газогенератора с псевдоожиженным слоем значительно превышают соответствующие показатели газогенератора с неподвижным слоем.
Кусковой уголь и угольная пыль образуются одновременно при добыче угля. Таким образом, при составлении проекта газификации угля зачастую наиболее важным и сложным оказывается выбор типа газогенератора. Для химического завода, в собственности которого имеется угольная шахта, часто выбирают комбинированную двойную систему газификации, позволяющую сбалансировать использование кускового угля и угольной пыли, добываемых в угольной шахте. Таким образом, угольную пыль газифицируют в газогенераторе с газификацией в потоке или в газогенераторе с псевдоожиженным слоем, отличающихся более высокими единовременными инвестициями и эксплуатационными расходами, в то время как кусковой уголь газифицируют в газогенераторе с неподвижным слоем, отличающемся более низкими единовременными инвестициями и эксплуатационными расходами. Однако, такое решение не только усложняет процесс, но и увеличивает единовременные инвестиции и эксплуатационные расходы. Кроме того, значительно увеличиваются административные расходы и трудности.
Таким образом, необходимо разработать газогенератор, способный одновременно использовать в качестве сырья кусковой уголь и угольную пыль, а также отличающийся низкой стоимостью.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей настоящего изобретения является преодоление или смягчение, по меньшей мере, одного из недостатков, присущих уровню техники.
Поставленную задачу решают интегрированным газогенератором, способным использовать в качестве сырья одновременно кусковой уголь и угольную пыль.
В соответствии с аспектом данного изобретения предложен интегрированный газогенератор, содержащий корпус печи и несколько форсунок в нижней части корпуса печи, причем отверстие для загрузки кускового угля в корпус печи находится в верхней части корпуса печи, ипо меньшей мере одна из нескольких форсунок содержит канал для угольной пыли, рассчитанный на подачу угольной пыли в корпус печи.
В соответствии с одним из вариантов осуществления данного изобретения каждая из нескольких форсунок представляет собой одноканальную форсунку; канал по меньшей мере одной из одноканальных форсунок используют в качестве канала для угольной пыли и канал по меньшей мере одной из одноканальных форсунок используют в качестве канала для газификационного агента.
В следующем варианте осуществления настоящего изобретения каждая из нескольких форсунок представляет собой многоканальную форсунку, содержащую по меньшей мере один канал для газификационного агента и по меньшей мере один канал для угольной пыли.
В следующем варианте осуществления настоящего изобретения каждая из нескольких форсунок представляет собой многоканальную форсунку, содержащую по меньшей мере один канал для газификационного агента и по меньшей мере один канал для угольной пыли.
В следующем варианте осуществления настоящего изобретения в число нескольких форсунок входит по меньшей мере одна одноканальная форсунка и по меньшей мере одна многоканальная форсунка. Количество форсунок составляет не менее 6. Эти форсунки равномерно распределены по сечению корпуса печи.
В следующем варианте осуществления настоящего изобретения многоканальная форсунка представляет собой двухканальную форсунку, содержащую канал для газификационного агента и канал для угольной пыли, расположенный над каналом для газификационного агента.
В следующем варианте осуществления настоящего изобретения многоканальная форсунка содержит по меньшей мере три канала, причем прочие каналы из этого числа, за исключением канала газификационного агента, расположены вокруг канала газификационного агента. Предусмотрен только один канал для газификационного агента, расположенный в центре форсунки. Все прочие каналы (включая канал для угольной пыли) равномерно распределены вокруг канала для газификационного агента, причем канал для газификационного агента принят за ось. Предпочтительно, чтобы угол между каждой из осей прочих каналов форсунок в корпусе печи и осью канала для газификационного агента не превышал 10 градусов. Если угол между каждой из осей прочих каналов и осью канала для газификационного агента равен 0 градусов, оси прочих каналов форсунок в корпусе печи будут параллельны оси канала для газификационного агента. В более предпочтительном варианте в каждом сечении многоканальной форсунки расстояния между точками пересечения осей прочих каналов с сечением и точкой пересечения оси канала для газификационного агента с сечением равны друг другу.
В одном из вариантов осуществления по меньшей мере один из каналов для угольной пыли содержит внешнюю трубку и внутреннюю трубку, установленную во внешней трубке с возможностью снятия. Когда угольная пыль поступает в корпус печи по каналу для угольной пыли, частицы угольной пыли могут приводить к износу канала для угольной пыли, в частности в случае введения угольной пыли в корпус печи газом под давлением. Таким образом, канал для угольной пыли может легко изнашиваться; если изношенный канал для угольной пыли не будет своевременно заменен, существует опасность взрыва. Замена форсунки в сборе увеличивает расходы и влияет на нормальную работу газогенератора. Таким образом, в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения в случае износа канала для угольной пыли можно будет легко заменить внутреннюю трубку, не нарушая нормальный режим работы газогенератора.
В следующем варианте осуществления концевой участок внешней трубки, находящийся в корпусе печи, имеет внутреннюю фаску, концевой участок внутренней трубки, соответствующий концевому участку внешней трубки, находящемуся в корпусе печи, имеет скос, соответствующий фаске внешней трубки. Такая форма выполняет функцию ограничителя, а также может обеспечивать герметизацию внешней и внутренней трубки, не позволяя частицам угольной пыли попадать в зазор между внутренней трубкой и внешней трубкой. Попадание частиц угольной пыли в зазор между внутренней трубкой и внешней трубкой может привести к взрыву.
В следующем варианте осуществления форсунка зафиксирована на корпусе печи с помощью фланца; фланец оснащен съемной конструкцией для внутренней трубки, содержащей паз в области фланца вокруг внутренней трубки, набивное основание в пазу, сальник и набивочную манжету.
В следующем варианте осуществления настоящего изобретения, канал для угольной пыли, содержащий внешнюю трубку и внутреннюю трубку, установленную на внешней трубке с возможностью снятия, можно устанавливать в интегрированный газогенератор способом, который включает в себя по меньшей мере следующие этапы:
Если канал для угольной пыли помещают в многоканальную форсунку после формирования внешней трубки и канала для газификационного агента методом запрессовки, внешнюю трубку устанавливают в соответствующее отверстие в корпусе печи интегрированного газогенератора и крепят фланцем; внутреннюю трубку устанавливают во внешнюю трубку через фланец и угол скоса на концевом участке внутренней трубки совмещают с фаской на концевом участке внешней трубки и герметизируют; паз выполняют в области фланца вокруг внутренней трубки, набивное основание вводят в паз, затем в паз вдавливают сальник, фиксируя его набивочной манжетой. Если требуется отремонтировать / заменить внутреннюю трубку, оператор может снять набивочную манжету и сальник, после чего вытащить внутреннюю трубку.
Если канал для угольной пыли помещают в одноканальную форсунку после формирования внешней трубки методом запрессовки, внешнюю трубку устанавливают в соответствующее отверстие в корпусе печи интегрированного газогенератора и крепят фланцем; внутреннюю трубку устанавливают во внешнюю трубку через фланец, и угол скоса на концевом участке внутренней трубки совмещают с фаской на концевом участке внешней трубки и герметизируют; паз выполняют в области фланца вокруг внутренней трубки, набивное основание вводят в паз, затем в паз вдавливают сальник, фиксируя его набивочной манжетой. Если требуется отремонтировать / заменить внутреннюю трубку, оператор может снять набивочную манжету и сальник, после чего вытащить внутреннюю трубку.
В следующем варианте осуществления интегрированный газогенератор представляет собой газогенератор с неподвижным слоем.
В следующем варианте осуществления интегрированный газогенератор представляет собой газогенератор, работающий под давлением.
Согласно следующему аспекту настоящего изобретения, предложен способ газификации кускового угля и угольной пыли, содержащий этап газификации угольного сырья в вышеописанном газогенераторе, причем в качестве угольного сырья совместно используют кусковой уголь и угольную пыль, а в качестве газификационного агента используют смесь газов, содержащую кислород и водяной пар и/или двуокись углерода.
В следующем варианте осуществления угольную пыль в виде сырья вводят в корпус печи с помощью несущего газа по расположенному в форсунке каналу для угольной пыли.
В следующем варианте осуществления несущий газ представляет собой неактивный газ. Предпочтительно, несущий газ содержит по меньшей мере двуокись углерода, азот или инертный газ.
В следующем варианте осуществления настоящего изобретения угольная пыль сначала вступает в реакцию с газифификационным агентом в нижней части корпуса печи, а оставшаяся избыточная часть газификационного агента вступает в реакцию с кусковым углем. В случае увеличения объема подачи угольной пыли количество газификационного агента, потребляемое угольной пылью, увеличивается, а количество оставшегося газификационного агента, предназначенного для реагирования с кусковым углем, уменьшается. Таким образом, можно реализовать автоматическую балансировку соотношения угольной пыли и кускового угля в системе в целом. Учитывая реакционные характеристики автоматической балансировки, соотношение доли кускового угля или угольной пыли в угольном сырье можно произвольно регулировать в широком диапазоне.
Варианты осуществления настоящего изобретения не содержат ограничений на условия протекания реакции газификации угля,то есть варианты осуществления настоящего изобретения могут быть реализованы при известных или широко используемых условиях протекания процесса в этой области.
В следующем варианте осуществления диаметр частиц угольной пыли не превышает 90 мкм; предпочтительно, диаметр частиц угольной пыли не превышает 70 мкм.
В следующем варианте осуществления диаметр частиц кускового угля составляет от 5 до 100 мм; предпочтительно, диаметр частиц кускового угля составляет от 5 до 80 мм; более предпочтительно, диаметр частиц кускового угля составляет от 5 до 50 мм.
При реализации вариантов осуществления настоящего изобретения можно получить следующие преимущества:
(1) Варианты осуществления настоящего изобретения позволяют усовершенствовать традиционный газогенератор с неподвижным слоем, который при этом сможет одновременно использовать в качестве угольного сырья кусковой уголь и угольную пыль. Объединение преимуществ газогенераторов с неподвижным слоем и газификацией в потоке значительно снижает капитальные и эксплуатационные затраты, а также повышает экономическую прибыль от проекта газификации угля.
(2) Интегрированный газогенератор и способ газификации кускового угля и угольной пыли в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения позволяет реализовать автоматическую балансировку угольной пыли и кускового угля, то есть соотношение кускового угля и угольной пыли в угольном сырье можно произвольно регулировать в широком диапазоне.
(3) Интегрированный газогенератор в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения характеризуется широкой областью применения, не имеет дополнительных требований к соотношению угольной пыли и кускового угля в добываемом угле и нетребователен к качеству угля. Таким образом, диапазон выбора добываемого угля широк; устройство характеризуется высокой адаптируемостью и значительно повышает коэффициент использования добываемого угля.
(4) Интегрированный газогенератор и способ газификации кускового угля и угольной пыли в соответствии с вариантами исполнения настоящего изобретения просты в эксплуатации, управлении и регулировке.
(5) В интегрированном газогенераторе, согласно вариантам исполнения настоящего изобретения, внутренняя трубка легко снимается с канала для угольной пыли, облегчая техническое обслуживание, очистку и замену.
(6) В интегрированном газогенераторе, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения, соотношение кускового угля и угольной пыли в угольном сырье можно произвольно регулировать в широком диапазоне, что устраняет проблему балансировки кускового угля и угольной пыли в проекте газификации угля и проблему выбора газогенератора.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Приведенные выше и прочие признаки настоящего изобретения раскрыты более явно в подробных примерных вариантах осуществления настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:
Фиг. 1 представляет собой иллюстративный вид корпуса печи и форсунок в интегрированном газогенераторе в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 2 представляет собой иллюстративный вид в продольном разрезе многоканальной форсунки в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 3 представляет собой увеличенный фрагмент концевого участка корпуса печи с иллюстративным видом в продольном разрезе многоканальной форсунки, показанной на фиг. 2, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 4 представляет собой увеличенный фрагмент фланцевого паза с иллюстративным видом в продольном разрезе многоканальной форсунки, показанной на фиг. 2, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения; и
Фиг. 5 представляет собой иллюстративный вид сбоку в разрезе многоканальной форсунки в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ РАСКРЫТИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Ниже раскрываются примерные варианты осуществления настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые фигуры, в которых одинаковые ссылочные обозначения указывают на одинаковые элементы. Тем не менее настоящее раскрытие может быть осуществлено во множестве различных форм и не должно толковаться как ограниченное вариантом осуществления, описанным ниже; напротив, варианты осуществления приведены для того, чтобы настоящее изобретение было детальным и полным и полностью передавало концепцию данного раскрытия для специалистов в данной области.
В приведенном ниже детальном описании в пояснительных целях даны многочисленные конкретные подробности, чтобы предоставить полное понимание раскрытых вариантов осуществления. Тем не менее очевидно, что один или более вариантов могут быть воплощены без данных конкретных подробностей. В других случаях широко известные конструкции и устройства изображены схематично для упрощения чертежа.
Как показано на фиг. 1, в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения интегрированный газогенератор содержит отверстие 1 для кускового угля, корпус 2 печи и несколько форсунок 3. Кусковой уголь подают в корпус 2 печи через отверстие 1 для кускового угля. Газификационный агент и угольную пыль подают в корпус 2 печи через форсунки 3. Таким образом, можно получить реакцию газификации с автоматической балансировкой кускового угля и угольной пыли в газогенераторе.
Газификационный агент и угольную пыль можно подавать в корпус 2 печи через форсунки 3 в нижней части корпуса 2 печи. Некоторые форсунки 3 используются для подачи газификационного агента в корпус 2 печи, прочие форсунки 3 используются для подачи угольной пыли в корпус 2 печи. Угольную пыль в виде сырья вводят в корпус 2 печи с помощью несущего газа по расположенному в форсунке 3 каналу 32 для угольной пыли. В следующем варианте осуществления несущий газ может содержать азот.
В следующем варианте осуществления корпус 2 печи представляет собой корпус печи, работающий под наддувом.
В следующем варианте осуществления, показанном на фигурах 1 и 2, каждая из нескольких форсунок 3 представляет собой одноканальную форсунку 3, канал по меньшей мере одной из одноканальных форсунок 3 используют в качестве канала для подачи угольной пыли в корпус 2 печи, и канал в прочих одноканальных форсунках 3 используют в качестве канала 31 для подачи газификационного агента в корпус 2 печи. В следующем варианте осуществления форсунки 3 с каналами 32 для угольной пыли и форсунки 3 с каналами 31 для газификационного агента расположены симметрично с интервалами друг от друга в сечении корпус 2 печи.
В следующем варианте осуществления каждая из нескольких форсунок 3 представляет собой многоканальную форсунку 3 по меньшей мере с двумя каналами, содержащую по меньшей мере один канал 31 для газификационного агента и по меньшей мере один канал 32 для угольной пыли. В следующем варианте осуществления все многоканальные форсунки 3 имеют одинаковую конструкцию и расположены симметрично в сечении корпуса 2 печи.
В следующем варианте осуществления в число нескольких форсунок 3 входит по меньшей мере одна одноканальная форсунка 3 и по меньшей мере одна многоканальная форсунка 3. Многоканальная форсунка 3 содержит по меньшей мере один канал 31 для газификационного агента и один канал 32 для угольной пыли. Каждая из одноканальных форсунок 3 содержит один канал 31 для газификационного агента или один канал 32 для угольной пыли. В следующем варианте осуществления каналы всех одноканальных форсунок 3 используют в качестве канала 31 для газификационного агента, причем многоканальная форсунка и одноканальная форсунка расположены симметрично с интервалами в сечении корпуса 2 печи.
В варианте осуществления, показанном на фиг. 2, многоканальная форсунка содержит канал 31 для газификационного агента и канал 32 для угольной пыли. Канал 32 для угольной пыли содержит внешнюю трубку 321 и внутреннюю трубку 322, установленную во внешней трубке 321 с возможностью снятия. Канал 32 для угольной пыли расположен выше канала 31 для газификационного агента. Угольная пыль, транспортируемая несущим газом, поступает в корпус 2 печи по каналу 32 для угольной пыли; газификационный агент поступает в корпус 2 печи по каналу 31 для газификационного агента. В следующем варианте осуществления несущий газ содержит двуокись углерода, а газ, образованный смешиванием двуокиси углерода с кислородом, используют в качестве газификационного агента. Если канал 32 для угольной пыли забит слежавшейся угольной пылью, нагаром и золой, или его необходимо заменить по причине износа, внутреннюю трубку 322 канала 32 для угольной пыли можно извлечь для техобслуживания или замены. Таким образом, канал 32 для угольной пыли можно отремонтировать легко и с низкими затратами.
В следующем варианте осуществления на фиг. 3 показан увеличенный фрагмент концевого участка корпуса печи с иллюстративным видом в продольном разрезе многоканальной форсунки, показанной на фиг. 2, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг. 3, концевой участок внешней трубки 321, находящийся в корпусе 2 печи, имеет внутреннюю фаску, а концевой участок внутренней трубки 322, соответствующий концевому участку внешней трубки 321, находящемуся в корпусе 2 печи, имеет скос, соответствующий фаске внешней трубки 321. Скос и фаска могут выполнять функции ограничителя и уплотнения. Как показано на фиг. 2 и 3, форсунки 3, содержащие канал 31 для газификационного агента и внешнюю трубку 321 канала для угольной пыли, зафиксированы в отверстии корпуса 2 печи фланцем 33. Паз сформирован в области фланца 33, соприкасающейся с внутренней трубкой 322 канала для угольной пыли. Как показано на фиг. 4, набивное основание 333 сначала устанавливают в паз, затем набивное основание 333 покрывают сальником 332 и плотно прижимают набивочной манжетой 331, обеспечивая герметизацию.
В следующем варианте осуществления один канал 31 для газификационного агента расположен в центре форсунки 3. Все прочие каналы (включая канал для угольной пыли), за исключением канала 31 для газификационного агента, равномерно распределены вокруг канала для газификационного агента, принятого за ось. В следующем варианте осуществления ось канала 31 для газификационного агента и каждая из осей прочих каналов расположены в одной плоскости. Угол между каждой из осей прочих каналов форсунок в корпусе печи и осью канала для газификационного агента не превышает 10 градусов. В следующем варианте осуществления угол между каждой из осей прочих каналов и осью канала 31 для газификационного агента равен 0 градусов, то есть оси прочих каналов форсунок в корпусе печи будут параллельны оси канала 31 для газификационного агента. В следующем варианте осуществления в каждом сечении многоканальной форсунки расстояния между точками пересечения осей прочих каналов с сечением и точкой пересечения оси канала 31 для газификационного агента с сечением равны друг другу. В следующем варианте осуществления все прочие каналы служат каналами 32 для угольной пыли.
На фиг. 5 представлен иллюстративный вид в поперечном разрезе (вдоль фланца 33) многоканальной форсунки, содержащей один канал 31 для газификационного агента и двенадцать прочих каналов. Каждый из двенадцати прочих каналов служит каналом 32 для угольной пыли и содержит внешнюю трубку 321 и внутреннюю трубку 322. Как показано на фиг. 5, двенадцать прочих каналов равномерно распределены вокруг канала 31 для газификационного агента. На сечении, показанном на фиг. 5, прочие каналы находятся на одинаковом расстоянии от канала 31 для газификационного агента.
В следующем варианте осуществления интегрированный газогенератор может осуществлять реакцию газификации угля с использованием кускового угля и угольной пыли в качестве угольного сырья.
Кусковой уголь отдает тепло в верхней части корпуса 2 печи вместе с продуктами сгорания и полученным газификацией газом, поступающими из нижней части корпуса 2 печи, причем влага и летучие вещества нагреваются и выпариваются из кускового угля. После сушки и сухой перегонки кусковой уголь постепенно преобразуется в кокс. В нижней части корпуса 2 печи газификационный агент (например, смесь водяного пара с кислородом или двуокиси углерода с кислородом) и угольная пыль поступают в корпус 2 печи через форсунки 3. При высокой температуре кусковой уголь и угольная пыль сгорают и одновременно газифицируются. Далее оставшийся после сгорания шлак гасят и охлаждают в воде с образованием частиц стекловидного шлака, которые периодически выгружают из газогенератора.
Для специалистов в данной области техники должно быть очевидно, что раскрытые выше варианты осуществления носят исключительно иллюстративный, а не ограничительный характер. Например, специалист в данной области техники может внести различные изменения в вышеописанные варианты осуществления, а различные признаки, раскрытые в различных вариантах осуществления, можно произвольно комбинировать друг с другом, не выходя за рамки формы или содержания предмета изобретения.
Хотя данная заявка описывает несколько примерных вариантов осуществления, специалисту в данной области техники очевидно, что в описанные варианты осуществления можно вносить различные изменения или модификации, не отклоняясь от принципа и духа изобретения, защищаемый объем которого определен формулой изобретения и ее эквивалентами.
В контексте данной заявки следует понимать, что единственное число, использованное для описания элемента, не исключает понимания данного элемента или этапа во множественном числе, если явно не указано иное. Кроме того, ссылки на «один вариант осуществления» настоящего изобретения не должны интерпретироваться как исключающие существование дополнительных вариантов осуществления, содержащих изложенные признаки. Более того, если явно не указано обратное, варианты осуществления, «содержащие» или «имеющие» элемент или множество элементов с определенным свойством, могут включать в себя дополнительные подобные элементы, не обладающие таким свойством.