СПОСОБ ОХЛАЖДЕНИЯ И ПРОМЫВКИ СИНТЕЗ-ГАЗА ИЗ БИОМАССЫ И СИСТЕМА, ПРЕДНАЗНАЧЕННАЯ ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ ДАННОГО СПОСОБА
METHOD OF COOLING AND WASHING OF SYNTHESIS GAS FROM BIOMASS AND SYSTEM THEREFOR

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится к использованию энергии биомассы в области новых источников энергии и, более точно, к способу и системе для охлаждения и промывки синтез-газа из биомассы.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
При уменьшающихся запасах ископаемого топлива биомассе, а именно возобновляемому источнику экологически чистой энергии, уделяется все большее внимание, и технологии получения энергии из биомассы быстро развиваются. Производство газа и производство нефти с использованием биомассы стало важным исследовательским проектом в области развития новых источников энергии.
Аналогично получению газа из угля получение газа из биомассы требует процессов очистки, включающих охлаждение и промывку. В настоящее время в исследованиях, связанных со способами газификации биомассы, было получено большое число результатов, при этом было выполнено сравнительно малое количество исследований в области очистки синтез-газа из биомассы, которые главным образом относятся к обычному способу охлаждения и промывки угольного газа.
Охлаждение угольного газа обычно проводится в газогенераторе, вне газогенератора или в комбинированном газогенераторе.
При использовании воды для охлаждения синтез-газа в газогенераторе газогенератор имеет сложную конструкцию и большой размер. Шлак легко прилипает к поверхности стенки газогенератора, твердый осадок легко образуется на водяной стороне газогенератора, и существуют скрытые угрозы, подобные взрыву и перфорации труб и утечке воды. При использовании газа для охлаждения синтез-газа в газогенераторе потребление газа является большим, объем газовой смеси увеличивается до большого объема, так что размеры последующих устройств соответственно увеличиваются. Кроме того, основной технологический процесс и процесс циркуляции угольного газа требуют большого расхода энергии.
При использовании воды для охлаждения синтез-газа вне газогенератора температуру синтез-газа снижают до интервала от 200 до 300°C, однако данный способ применим только для синтез-газа с определенным химическим составом, вследствие чего у него есть большие ограничения.
waste heat boiler
При охлаждении синтез-газа, имеющего высокую температуру, посредством использования радиационного бойлера-утилизатора требуется бойлер-утилизатор (), который имеет сравнительно большую поверхность нагрева шлака и который должен быть оснащен особым пылеудаляющим устройством, что увеличивает инвестиции в оборудование.
Способы удаления пыли из угольного газа включают: осаждение, фильтрацию, осаждение с использованием циклона, электроосаждение, промывку водой и удаление пыли посредством скруббера с трубами Вентури. Различные способы удаления пыли различаются по эффекту пылеудаления и расходу.
Не все характеристики различных синтез-газов, получаемых из разных исходных материалов и разными способами газификации, являются одинаковыми. Однако целевой способ и конфигурация системы должны быть выбраны так, чтобы обеспечить достижение таких целей, как улучшенная очистка и экономия. Характеризующиеся сложными системами, большой длительностью технологических циклов, большим энергопотреблением, низкой эффективностью и стабильностью и являющиеся неэкономичными, обычные способы очистки угольного газа должны быть оптимизированы и развиты при их применении для обработки синтез-газа из биомассы.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
С учетом вышеописанных проблем одна задача изобретения состоит в разработке способа и системы для охлаждения и промывки синтез-газа из биомассы. Данный способ характеризуется стабильностью, а система является простой и имеет низкое энергопотребление и высокую эффективность.
3
3
Для решения вышеуказанной задачи в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения разработан способ охлаждения и промывки синтез-газа из биомассы. Синтез-газ из биомассы имеет температуру от 1000 до 1100°C, содержание пыли менее 20 г/Нм и содержание смолы менее 3 г/Нм. Способ включает следующие этапы:
1) ввод синтез-газа в охлаждающую башню для конденсации шлака;
2) ввод синтез-газа после конденсации шлака в бойлер-утилизатор для извлечения отходящего тепла и конденсации тяжелой смолы, содержащейся в синтез-газе;
3) ввод синтез-газа, выходящего из бойлера-утилизатора, в очищающую охлаждающую башню для удаления пыли и уменьшения температуры синтез-газа; и
4) ввод синтез-газа, выходящего из очищающей охлаждающей башни после удаления пыли и снижения температуры, в электрофильтр для дополнительного удаления пыли и смолы.
Синтез-газ после его охлаждения посредством охлаждающей башни на этапе 1) имеет температуру от 780 до 820°C.
На этапе 1) синтез-газ предварительно охлаждают посредством газоотводного устройства с водяным охлаждением перед вводом синтез-газа в охлаждающую башню.
На этапе 2) извлечение отходящего тепла осуществляют в высокотемпературной секции и низкотемпературной секции. Высокотемпературная секция представляет собой бойлер-утилизатор отходящего тепла водотрубного типа, и температуру синтез-газа на выходе из него регулируют в интервале от 400 до 450°C. Низкотемпературная секция представляет собой бойлер-утилизатор отходящего тепла жаротрубного типа, и температуру синтез-газа на выходе из него регулируют на уровне ниже 200°C.
Давление пара, образующегося за счет отходящего тепла в высокотемпературной секции, превышает 1,6 МПа. Давление пара, образующегося за счет отходящего тепла в низкотемпературной секции, составляет от 0,5 до 1,6 МПа.
Охлаждающая башня на этапе 1) представляет собой водоохлаждаемую охлаждающую башню. Синтез-газ предварительно охлаждают посредством газоотводного устройства с водяным охлаждением и перемещают в водоохлаждаемую охлаждающую башню. Отходящее тепло, извлекаемое посредством газоотводного устройства с водяным охлаждением и водоохлаждаемой охлаждающей башни, отводят в бойлер-утилизатор отходящего тепла жаротрубного типа для выполнения разделения пара и воды, и обеспечивают циркуляцию воды для использования.
На этапе 3) температуру синтез-газа в очищающей охлаждающей башне снижают до значений от 40 до 45°C.
Другая задача изобретения состоит в разработке системы для охлаждения и промывки синтез-газа из биомассы. Система содержит охлаждающую башню, соединенную с высокотемпературным пиролитическим газификатором биомассы. Охлаждающая башня соединена с бойлером-утилизатором, очищающей охлаждающей башней и электрофильтром посредством трубопровода для синтез-газа.
Высокотемпературный пиролитический газификатор биомассы соединен с охлаждающей башней посредством газоотводного устройства с водяным охлаждением.
Газоотводное устройство с водяным охлаждением содержит: водоохлаждаемый газоход и первые тепловые трубы. Водоохлаждаемый газоход образован впускным водоохлаждаемым газоходом, верхним изогнутым водоохлаждаемым газоходом, прямолинейным водоохлаждаемым газоходом, нижним изогнутым водоохлаждаемым газоходом и выпускным водоохлаждаемым газоходом, соединенными последовательно и герметично. Первые тепловые трубы расположены по окружности, и соседние первые тепловые трубы соединены без швов посредством первых стальных полос для образования кольцевой стенки водяного охлаждения. Полость кольцевой стенки водяного охлаждения образует трубы разного сечения.
Впускной водоохлаждаемый газоход содержит впускной кольцевой коллектор и входную кольцевую стенку водяного охлаждения. Входная кольцевая стенка водяного охлаждения соединена с верхним изогнутым водоохлаждаемым газоходом. Впускной кольцевой коллектор выполнен с впускной трубой для охлаждающей среды, предназначенной для ввода охлаждающей среды, и с множеством переходников, соединенных соответственно с первыми тепловыми трубами. Конструкция выпускного водоохлаждаемого газохода такая же, как конструкция впускного водоохлаждаемого газохода. Внутренняя стенка водоохлаждаемого газохода выполнена с первым слоем огнеупора, имеющим толщину от 60 до 80 мм.
Охлаждающая башня представляет собой водоохлаждаемую охлаждающую башню.
Водоохлаждаемая охлаждающая башня содержит герметичный водоохлаждаемый цилиндр. Водоохлаждаемый цилиндр окружен множеством вторых тепловых труб, и соседние вторые тепловые трубы соединены с обеспечением герметичности. Нижние концы всех вторых тепловых труб соединены с впускным коллектором для ввода охлаждающей воды; верхние концы всех вторых тепловых труб соединены с выпускным коллектором для выпуска охлаждающей воды. Первый соединительный впуск расположен в верхней части стенки водоохлаждаемого цилиндра для ввода синтез-газа, подлежащего обработке. Первый соединительный выпуск расположен в нижней части стенки водоохлаждаемого цилиндра для выпуска синтез-газа после обработки. Нижняя часть водоохлаждаемого цилиндра имеет форму перевернутого конуса, и нижняя часть перевернутого конуса выполнена с выпуском для шлака.
Множество водораспылительных труб расположены в верхней части водоохлаждаемого цилиндра. Система для распылительных труб, предназначенная для водораспылительной трубы, содержит: напорный резервуар и распылительное сопло. Водораспылительная труба расположена между напорным резервуаром и распылительным соплом. Предназначенный для выпуска воды элемент напорного резервуара соединен с водораспылительной трубой посредством клапана для выпуска воды. Предназначенный для впуска воды элемент напорного резервуара соединен с клапаном для впуска воды. Напорный резервуар дополнительно выполнен с впуском для газа и выпуском для газа; предназначенный для впуска газа элемент напорного резервуара соединен с клапаном для впуска газа, и предназначенный для выпуска газа элемент напорного резервуара соединен с клапаном для выпуска газа.
Бойлер-утилизатор содержит бойлер-утилизатор отходящего тепла водотрубного типа и бойлер-утилизатор отходящего тепла жаротрубного типа, соединенные последовательно.
Бойлер-утилизатор отходящего тепла водотрубного типа: первый барабан и корпус котла, расположенный под первым барабаном. Корпус котла имеет горизонтальную конструкцию. Второй соединительный впуск и второй соединительный выпуск расположены на двух концах корпуса котла в горизонтальном направлении. Корпус котла содержит: стенку котла и множество третьих тепловых труб, расположенных в продольном направлении. Верхние концы всех третьих тепловых труб соединены с верхним коллектором посредством верхней соединительной трубы. Нижние концы всех третьих тепловых труб соединены с нижним коллектором посредством нижней соединительной трубы. Верхний коллектор соединен с первым барабаном посредством трубы, предназначенной для выпуска пара, для извлечения пара. Нижний коллектор соединен с нижней частью первого барабана посредством трубы с нисходящим потоком для подачи охлаждающей воды. Две боковые стенки корпуса котла представляют собой мембранные стеновые трубные панели. Верхний конец и нижний конец каждой мембранной стеновой трубной панели соединены соответственно с верхним коллектором и нижним коллектором.
Бойлер-утилизатор отходящего тепла жаротрубного типа содержит: четвертые тепловые трубы, второй барабан и теплоизоляционную стенку. Четвертые тепловые трубы представляют собой тепловые трубы. Тепловыделяющая часть каждой тепловой трубы вставлена во второй барабан, и теплопоглощающая часть каждой тепловой трубы расположена в теплоизоляционной стенке. Теплоизоляционная стенка соединена с третьим соединительным впуском и третьим соединительным выпуском посредством сварки, и нижний конец теплоизоляционной стенки соединен с золовым бункером посредством сварки.
Охлаждающая башня представляет собой водоохлаждаемую охлаждающую башню. Высокотемпературный пиролитический газификатор биомассы соединен с водоохлаждаемой охлаждающей башней посредством газоотводного устройства с водяным охлаждением. Трубопровод для воды, предусмотренный для бойлера-утилизатора отходящего тепла жаротрубного типа, последовательно соединен с трубопроводом для воды, предусмотренным для газоотводного устройства с водяным охлаждением, и трубопроводом для воды, предусмотренным для водоохлаждаемой охлаждающей башни, для образования системы циркуляции воды.
Очищающая охлаждающая башня представляет собой насадочную очищающую охлаждающую башню.
Электрофильтр представляет собой мокрый электрофильтр.
Газовыпускной элемент электрофильтра соединен с газгольдером и факельной установкой посредством вентилятора.
Преимущества по сравнению с существующей очисткой угольного газа, обеспечиваемые в соответствии с вариантами осуществления изобретения, в совокупности таковы: Процесс быстрого охлаждения выполняется вне газификационной установки посредством распыления воды, так что не оказывается отрицательного влияния на процесс газификации. Как эффект конденсации шлака, так и тепловой коэффициент полезного действия системы повышаются за счет регулирования степени быстрого охлаждения. Конфигурация двух секций бойлеров-утилизаторов, находящихся под двумя давлениями, обеспечивает централизованное улавливание тяжелой смолы, постепенное извлечение отходящего тепла и повышение теплового коэффициента полезного действия устройств. Очищающая охлаждающая башня и электрофильтр используются для удаления пыли и смолы, в результате чего обеспечивается постепенная очистка синтез-газа. Весь процесс является плавным, и конструкция системы является простой.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 представляет собой структурную схему системы для охлаждения и промывки синтез-газа из биомассы.
Фиг. 2 представляет собой структурную схему газоотводного устройства с водяным охлаждением по фиг. 1.
Фиг. 3 представляет собой вид сверху вдоль направления А по фиг. 2.
Фиг. 4 представляет собой увеличенный вид, выполненный по линии В-В на фиг. 2.
Фиг. 5 представляет собой структурную схему водоохлаждаемой охлаждающей башни по фиг. 1.
Фиг. 6 представляет собой сечение, выполненное по линии С-С на фиг. 5.
Фиг. 7 представляет собой увеличенное изображение части I на фиг. 6.
Фиг. 8 представляет собой систему для распылительных труб, предназначенную для водораспылительных труб по фиг. 5.
Фиг. 9 представляет собой структурную схему бойлера-утилизатора отходящего тепла водотрубного типа по фиг. 1.
Фиг. 10 представляет собой сечение, выполненное по линии D-D на фиг. 9.
Фиг. 11 представляет собой структурную схему бойлера-утилизатора отходящего тепла жаротрубного типа по фиг. 1.
Фиг. 12 представляет собой сечение, выполненное по линии Е-Е на фиг. 11.
На чертежах используются следующие ссылочные позиции: 1. Газоотводное устройство с водяным охлаждением (1.1. Впускной водоохлаждаемый газоход; 1.2. Верхний изогнутый водоохлаждаемый газоход; 1.3. Прямолинейный водоохлаждаемый газоход; 1.4. Нижний изогнутый водоохлаждаемый газоход; 1.5. Выпускной водоохлаждаемый газоход; 1.6. Первый слой огнеупора; 1.7. Первая тепловая труба; 1.8. Первая стальная полоса); 2. Водоохлаждаемая охлаждающая башня (2.1. Водоохлаждаемый цилиндр; 2.2. Водораспылительная труба; 2.3. Выпускной коллектор; 2.4. Первый соединительный впуск; 2.5. Дополнительная тепловая конструкция; 2.6. Первый соединительный выпуск; 2.7. Впускной коллектор; 2.8. Выпуск для шлака; 2.9. Вторая тепловая труба; 2.10. Вторая стальная полоса; 2.11. Первый теплоизоляционный слой; 2.12. Второй слой огнеупора); 3. Бойлер-утилизатор отходящего тепла водотрубного типа (3.1. Третья тепловая труба; 3.2. Мембранная стеновая трубная панель; 3.3. Верхняя соединительная труба; 3.4. Верхний коллектор; 3.5. Нижняя соединительная труба; 3.6. Нижний коллектор; 3.7. Первый барабан; 3.8. Труба для выпуска пара; 3.9. Труба с нисходящим потоком; 3.10. Золовой бункер; 3.11. Второй теплоизоляционный слой; 3.12. Второй соединительный впуск; 3.13. Второй соединительный выпуск); 4. Бойлер-утилизатор отходящего тепла жаротрубного типа (4.1. Четвертая тепловая труба; 4.2. Второй барабан; 4.3. Герметичная трубная соединительная муфта; 4.4. Золовой бункер; 4.5. Третий соединительный впуск; 4.6. Третий соединительный выпуск; 4.7. Теплоизоляционная стенка); 5. Очищающая охлаждающая башня; 6. Электрофильтр; 7. Вентилятор; 8. Газгольдер; 9. Факельная установка; 10. Высокотемпературный пиролитический газификатор биомассы; 11. Труба с изоляцией из стальных листов/плит; 12. Система для распылительных труб, предназначенная для водораспылительных труб (12.1. Напорный резервуар; 12.2. Клапан для впуска воды; 12.3. Клапан для впуска газа; 12.4. Клапан для выпуска газа; 12.5. Контроллер для регулирования; 12.6. Клапан для выпуска воды; 12.7. Дроссельная диафрагма; 12.8. Запорный клапан; 12.9. Манометр; 12.10. Распылительное сопло).
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Детализированные варианты осуществления изобретения ясно проиллюстрированы и приведены в сочетании с чертежами:
Как показано на фиг. 1, система для охлаждения и промывки синтез-газа из биомассы по изобретению содержит: водоохлаждаемую охлаждающую башню 2, соединенную с высокотемпературным пиролитическим газификатором 10 биомассы, предназначенным для высокотемпературной пиролитической газификации биомассы, посредством газоотводного устройства 1 с водяным охлаждением. Водоохлаждаемая охлаждающая башня 2 соединена соответственно с бойлером-утилизатором 3 отходящего тепла водотрубного типа, бойлером-утилизатором 4 отходящего тепла жаротрубного типа, очищающей охлаждающей башней 5 и электрофильтром 6 посредством трубопровода для синтез-газа. Для извлечения и использования тепловой энергии трубопровод для воды, предусмотренный для бойлера-утилизатора 4 отходящего тепла жаротрубного типа, трубопровод для воды, предусмотренный для газоотводного устройства 1 с водяным охлаждением, и трубопровод для воды, предусмотренный для водоохлаждаемой охлаждающей башни 2, соединены последовательно для образования системы циркуляции воды, в результате чего обеспечивается возможность подвода отходящего тепла, извлеченного из газоотводного устройства 1 с водяным охлаждением и водоохлаждаемой охлаждающей башни 2 к бойлеру-утилизатору 4 отходящего тепла жаротрубного типа. Кроме того, газовыпускной элемент электрофильтра 6 соединен с газгольдером 8 и факельной установкой 9 соответственно посредством вентилятора. В качестве очищающей охлаждающей башни 5 используется насадочная очищающая охлаждающая башня, в качестве электрофильтра 6 мокрый электрофильтр, и в качестве газгольдера 8 используется мокрый газгольдер.
Газоотводное устройство 1 с водяным охлаждением предпочтительно соединено с высокотемпературным пиролитическим газификатором 10 биомассы и с водоохлаждаемой охлаждающей башней 2, так что избегают недостатков обычного газохода, связанных с тем, что обычный газоход функционирует только как средство соединения, а не как средство охлаждения отводимого газа. Обычный газоход выполнен в виде цилиндрического конструктивного элемента, который образован посредством свертывания стальной плиты или образован из стальной трубы большого диаметра, и литой огнеупор, имеющий толщину от 200 до 300 мм, отлит на внутренней стенке цилиндрического конструктивного элемента. Обычный газоход с подобной конструкцией работает в адиабатических условиях, что обуславливает большую потребность в охлаждающей способности, которую должны иметь последующие охлаждающие устройства. С другой стороны, вес газохода является большим при наличии литого огнеупора, имеющего толщину от 200 до 300 мм, и литой огнеупор имеет тенденцию отваливаться, что приводит к прожогу цилиндрического конструктивного элемента газохода и к утечке отводимого газа, или даже к риску пожара или взрыва. Как показано на фиг. 2-4, газоотводное устройство 1 с водяным охлаждением содержит водоохлаждаемый газоход и первые тепловые трубы 1.7. Водоохлаждаемый газоход образован впускным водоохлаждаемым газоходом 1.1, верхним изогнутым водоохлаждаемым газоходом 1.2, прямолинейным водоохлаждаемым газоходом 1.3, нижним изогнутым водоохлаждаемым газоходом 1.4 и выпускным водоохлаждаемым газоходом 1.5, соединенными последовательно и герметично. Первые тепловые трубы 1.7 расположены по окружности, и соседние первые тепловые трубы 1.7 соединены без швов посредством первых стальных полос 1.8 для образования кольцевой стенки водяного охлаждения. Полость кольцевой стенки водяного охлаждения образует газоходы с разными сечениями. Впускной водоохлаждаемый газоход 1.1 содержит впускной кольцевой коллектор и входную кольцевую стенку водяного охлаждения. Входная кольцевая стенка водяного охлаждения соединена с верхним изогнутым водоохлаждаемым газоходом 1.2. Впускной кольцевой коллектор выполнен с впускной трубой для охлаждающей среды, предназначенной для ввода охлаждающей среды. В данном случае охлаждающая среда представляет собой циркулирующую воду, отводимую из бойлера-утилизатора отходящего тепла жаротрубного типа. Впускной кольцевой коллектор дополнительно предусмотрен с множеством переходников, соединенных соответственно с первыми тепловыми трубами 1.7. Конструкция выпускного водоохлаждаемого газохода 1.5 такая же, как конструкция впускного водоохлаждаемого газохода 1.1. Внутренняя стенка водоохлаждаемого газохода выполнена с первым слоем 1.6 огнеупора, имеющим толщину от 60 до 80 мм, предпочтительно 70 мм, для повышения стойкости к высоким температурам и улучшения характеристик износостойкости, и увеличения срока службы водоохлаждаемого газохода. Таким образом, охлаждающая вода, выходящая из бойлера-утилизатора 4 отходящего тепла жаротрубного типа, поступает во впускной кольцевой коллектор впускного водоохлаждаемого газохода 1.1, равномерно проходит по первым тепловым трубам 1.7, которые образуют разные участки водоохлаждаемого газохода, скапливается в выпускном кольцевом коллекторе выпускного водоохлаждаемого газохода 1.5 и, в завершение, поступает в охлаждающую башню. Охлаждающая вода непрерывно поглощает тепловую энергию из синтез-газа из биомассы во время процесса ее протекания, так что температура охлаждающей воды повышается, в то время как температура синтез-газа из биомассы снижается, при этом между ними происходит теплообмен. Газоотводное устройство 1 с водяным охлаждением служит для перемещения отводимого газа, а также для охлаждения отводимого газа. Таким образом, температура внутренней стенки газохода будет низкой, будет отсутствовать тенденция конденсации смолы, эффективно предотвращаются прилипание смолы и засоры из золы, возникающие вследствие конденсации смолы, в результате чего обеспечивается стабильность длительного функционирования устройства. Кроме того, газоход не требует литого огнеупора большой толщины, так что избегают прожога цилиндрического конструктивного элемента газохода и утечки отводимого газа, возникающих в результате разрушения и обвала литого огнеупора, и обеспечивается безопасность при длительной эксплуатации устройства. Следует понимать, что в обычном газоходе также может использоваться техническая схема по изобретению, но эффект от нее не будет хорошим.
В качестве охлаждающей башни предпочтительно выбрана водоохлаждаемая охлаждающая башня 2 для решения проблем, существующих при использовании обычной охлаждающей башни, таких как большой вес, медленный запуск и останов и легкое осыпание литого огнеупора сравнительно большой толщины. Как показано на фиг.5-7, водоохлаждаемая охлаждающая башня 2 содержит герметичный водоохлаждаемый цилиндр 2.1. Герметичный водоохлаждаемый цилиндр выполнен с мембранной конструкцией, то есть водоохлаждаемый цилиндр 2.1 окружен множеством вторых тепловых труб 2.9, верхний конец водоохлаждаемого цилиндра 2.1 имеет форму конуса, образованного посредством сгибания всех вторых тепловых труб 2.9, и соседние вторые тепловые трубы 2.9 соединены с обеспечением герметичности посредством использования стальных полос 2.10. Нижние концы всех вторых тепловых труб 2.9 соединены с впускным коллектором 2.7, и верхние концы всех вторых тепловых труб 2.9 соединены с выпускным коллектором 2.3. Охлаждающая вода соответственно проходит через впускной коллектор 2.7, по вторым тепловым трубам 2.9 и через выпускной коллектор 2.3 для поглощения отходящего тепла синтез-газа, в результате чего уменьшается температура синтез-газа. Первый соединительный впуск 2.4 расположен в верхней части стенки водоохлаждаемого цилиндра 2.1 для ввода синтез-газа, подлежащего обработке. Первый соединительный выпуск 2.6 расположен в нижней части стенки водоохлаждаемого цилиндра 2.1 для выпуска синтез-газа после обработки. Первый соединительный впуск 2.4 и первый соединительный выпуск 2.6 образованы из стальных фланцев. Нижняя часть водоохлаждаемого цилиндра 2.1 имеет форму перевернутого конуса, и нижняя часть перевернутого конуса выполнена с выпуском 2.8 для шлака. Кроме того, водоохлаждаемый цилиндр 2.1 снабжен дополнительной тепловой конструкцией 2.5 в соответствии с технологическими и конструктивными требованиями для увеличения поглощения отходящего тепла синтез-газа. В данном случае дополнительная тепловая конструкция 2.5 представляет собой множество U-образных тепловых труб, расположенных у верхней части стенки водоохлаждаемого цилиндра 2.1. Множество водораспылительных труб 2.2 расположены в верхней части водоохлаждаемого цилиндра 2.1, при этом число водораспылительных труб 2.2 определяют в соответствии с потребностями. Внутренняя стенка имеющей вид перевернутого конуса части водоохлаждаемого цилиндра 2.1 предусмотрена со вторым слоем 2.12 огнеупора, имеющим толщину от 50 до 60 мм, для поддержания внутренней поверхности части, имеющей вид перевернутого конуса, при определенной температуре, что предпочтительно для выпуска конденсированного шлага и смолы через выпуск для шлака. Наружная поверхность водоохлаждаемого цилиндра 2.1 покрыта первым теплоизоляционным слоем 2.11, который образован из теплоизоляционной ваты, обладающей хорошими теплоизолирующими свойствами и малой плотностью, так что температура наружной поверхности водоохлаждаемой охлаждающей башни поддерживается на уровне, не превышающем 40°C, при этом вес всего устройства не увеличивается. Во время эксплуатации водоохлаждаемого охладительного устройства водораспылительные трубы 2.2 функционируют вместе со вторыми тепловыми трубами 2.9 или закрыты, при этом в последнем случае синтез-газ будет охлаждаться только посредством вторых тепловых труб 2.9. Таким образом, обычный способ охлаждения посредством распыления воды изменяется. В данном случае водоохлаждаемая охлаждающая башня имеет простую конструкцию, малый вес, характеризуется удобным монтажом и техническим обслуживанием и обеспечивает возможность извлечения части отходящего тепла синтез-газа. Следует понимать, что в обычной охлаждающей башне также может использоваться техническая схема по изобретению, но эффект от нее не будет хорошим.
При применении обычной охладительной башни или вышеуказанной водоохлаждаемой охлаждающей башни 2 применяются водораспылительные трубы 2.2. В данном случае предусмотрена система 12 для распылительных труб, предназначенная для водораспылительных труб 2.2. Обычный способ распыления водяной струи включает пневматическое распыление и механическое распыление. При применении пневматического распыления можно легко обеспечить стабильное регулирование потока и эффекта от распыляемой воды. Однако, поскольку требуется, чтобы сжатый газ, предназначенный для обеспечения распыления, поступал в среду, где осуществляется распыление воды, использование распыления ограничено до определенной степени. При применении механического распыления давление воды внутри труб для воды часто колеблется в пределах определенной амплитуды, так что затруднено поддержание сравнительно стабильного давления воды; и трудно точно отрегулировать давление воды, когда необходимо регулирование давления воды, кроме того, требуется длительный период и большой расход энергии для того, чтобы отрегулировать давление воды до заданной величины. Как показано на фиг.8, система для распылительных труб, предназначенная для водораспылительных труб 2.2, содержит: напорный резервуар 12.1, контроллер 12.5 для регулирования, клапан 12.2 для впуска воды, клапан 12.3 для впуска газа, клапан 12.6 для выпуска воды и распылительное сопло 12.10. Напорный резервуар 12.1 представляет собой герметичный резервуар, выполненный из стали. В верхней части напорного резервуара 12.1 содержится сжатый газ, и в нижней части напорного резервуара 12.1 содержится вода. Напорный резервуар 12.1 выполнен с впуском для воды, выпуском для воды, впуском для газа и выпуском для газа, которые соединены соответственно с клапаном 12.2 для впуска воды, клапаном 12.6 для выпуска воды, клапаном 12.3 для впуска газа и клапаном 12.4 для выпуска газа. Клапан 12.2 для впуска воды расположен в нижней части напорного резервуара 12.1 и соединен с внешним источником воды, который снабжается водой посредством труб для воды, находящихся под определенным давлением, или непосредственно с помощью водяного насоса, расположенного в зоне установки/предприятия. Вода из водоохлаждаемого газохода поступает в напорный резервуар 12.1. Клапан 12.2 для выпуска воды расположен на дне напорного резервуара 12.1 и соединен с множеством отводных труб. Каждая из водораспылительных отводных труб соединена соответственно с дроссельной диафрагмой 12.7, запорным клапаном 12.8, манометром 12.9 и распылительным соплом 12.10. Клапан 12.3 для впуска газа расположен на верхней части напорного резервуара 12.1 и соединен с источником сжатого газа в зоне установки/предприятия. Клапан 12.4 для выпуска газа расположен сверху над напорным резервуаром 12.1 и выполнен с возможностью сообщения с внешней средой. Контроллер 12.5 для регулирования представляет собой блок управления и выполнен с возможностью управления включением и закрытием клапана 12.3 для впуска газа и клапана 12.4 для выпуска газа в соответствии с давлением внутри напорного резервуара 12.1 и рабочей программой, что обеспечивает регулирование давления внутри напорного резервуара 12.1, в результате чего обеспечивается дополнительный контроль и регулирование давления распыляемой воды в системе труб. Во время работы системы 12 для распылительных труб вода из внешнего источника поступает в напорный резервуар 12.1 через клапан 12.2 для впуска воды, вода в напорном резервуаре 12.1 проходит через клапан 12.6 для выпуска воды  и распределяется по всем водораспылительным отводным трубам, при этом вода проходит через дроссельную диафрагму 12.7 и запорный клапан 12.8 и к распылительному соплу 12.10 для распыления, в завершение распыляемая вода распыляется в среде, в которой необходима распыляемая вода, и в данном случае среда, в которой необходима распыляемая вода, представляет собой охлаждающую башню. Дроссельная диафрагма 12.7 используется для выравнивания давления в каждой водораспылительной отводной трубе и гарантирования эффекта от распыления воды, обеспечиваемого каждой водораспылительной отводной трубой. Запорный клапан 12.8 «определяет», функционирует ли водораспылительная отводная труба, в которой он расположен. Манометр 12.9 используется для отображения точного значения давления при распылении. Давление в системе 12 для распылительных труб регулируется с помощью сжатого газа в напорном резервуаре 12.1, и система может обеспечить точное и быстрое регулирование данного давления. Источник сжатого газа может быть выбран в широком диапазоне. Используется механическое распыление, предотвращается поступление сжатого газа в среду, в которой осуществляется распыление воды, и диапазон применения является широким. Весь процесс регулируется посредством контроллера 12.5 для регулирования, в результате чего обеспечивается автоматическая работа. Следует понимать, что в системе труб для обычного пневматического распыления или химического распыления также может использоваться техническая схема по изобретению, но эффект от нее не будет хорошим вследствие недостатков, описанных выше.
Как показано на фиг. 9-10, бойлер-утилизатор 3 отходящего тепла водотрубного типа содержит: первый барабан 3.7 и корпус котла, расположенный под первым барабаном 3.7. Корпус котла имеет горизонтальную конструкцию. Второй соединительный впуск 3.12 и второй соединительный выпуск 3.13 расположены соответственно на двух концах корпуса котла в горизонтальном направлении. Высокотемпературный синтез-газ проходит в котле в горизонтальном направлении. Корпус котла содержит: стенку котла и множество третьих тепловых труб 3.1, расположенных в продольном направлении. Две боковые стенки корпуса котла представляют собой мембранные стеновые трубные панели 3.2, функционирующие для поглощения тепла и обеспечения герметичности. Высокотемпературный синтез-газ проходит между третьими тепловыми трубами 3.1, в то время как охлаждающая вода внутри третьих тепловых труб 3.1 и мембранных стеновых трубных панелей 3.2 поглощает отходящее тепло синтез-газа для снижения температуры синтез-газа. Верхние концы и нижние концы всех третьих тепловых труб 3.1 соединены соответственно с верхней соединительной трубой 3.3 и нижней соединительной трубой 3.5 посредством сварки. Верхняя соединительная труба 3.3 и нижняя соединительная труба 3.5 соединены соответственно с верхним коллектором 3.4 и нижним коллектором 3.6. Верхний конец и нижний конец каждой мембранной стеновой трубной панели 3.2 также соединены соответственно с верхним коллектором 3.4 и нижним коллектором 3.6. Верхний коллектор 3.4 соединен с первым барабаном 3.7 посредством трубы 3.8 для выпуска пара, и граничная поверхность трубы 3.8 для выпуска пара расположена в верхней части жидкости в первом барабане 3.7, так что пар, образовавшийся из охлаждающей воды после поглощения отходящего тепла из синтез-газа, извлекается и выпускается из верхней части первого барабана 3.7 для применения в другом процессе. Нижний коллектор 3.6 соединен с нижней частью первого барабана 3.7 посредством трубы 3.9 с нисходящим потоком. Охлаждающая вода, находящаяся в первом барабане 3.7, проходит по трубе 3.9 с нисходящим потоком, через нижний коллектор 3.6 и по нижней соединительной трубе 3.5 и поступает в третьи тепловые трубы 3.1 и мембранные стеновые трубные панели 3.2. Таким образом, существует разница в плотности между паром и охлаждающей водой, так что естественная циркуляция воды возникает между первым барабаном 3.1 и третьими тепловыми трубами 3.1 и мембранными стеновыми трубными панелями 3.2. Когда синтез-газ из биомассы проходит между третьими тепловыми трубами 3.1, температура синтез-газа из биомассы непрерывно снижается, поскольку его тепловая энергия непрерывно поглощается охлаждающей водой. Смола, содержащаяся в синтез-газе, непрерывно конденсируется и прилипает к поверхностям третьих тепловых труб 3.1 и мембранных стеновых трубных панелей 3.2, и смола находится в жидком состоянии. Поскольку третьи тепловые трубы 3.1 и мембранные стеновые трубные панели 3.2 расположены в продольном направлении, смола стекает вниз вдоль третьих тепловых труб 3.1 и мембранных стеновых трубных панелей 3.2 под действием силы тяжести и попадает в золовой бункер 3.10, расположенный на нижней поверхности корпуса котла, в результате чего она выпускается из выпуска для золы. Второй соединительный впуск 3.12 и второй соединительный выпуск 3.13 имеют конические конструкции, и их внутренние стенки покрыты слоями огнеупора, образованными из литого огнеупора, или покрыты змеевиками водяного охлаждения. Кроме того, вторые теплоизоляционные слои 3.11 покрывают мембранные стеновые трубные панели 3.2 и наружную поверхность верхней стенки корпуса котла. Вторые теплоизоляционные слои 3.11 предпочтительно образованы из теплоизоляционной ваты, обладающей хорошими теплоизолирующими свойствами и малой плотностью, так что вес устройства будет значительно меньше по сравнению с весом обычного теплоутилизационного бойлера. Бойлер-утилизатор 3 отходящего тепла водотрубного типа расположен в той «зоне» технологического процесса, в которой температура синтез-газа является сравнительно высокой и эффективность теплопередачи является высокой. Извлеченный пар высокого давления может быть использован в других частях технологического процесса, и собственный вес бойлера-утилизатора 3 отходящего тепла водотрубного типа.
Бойлер-утилизатор 4 отходящего тепла жаротрубного типа имеет горизонтальную конструкцию, и синтез-газ в нем проходит в горизонтальном направлении. Бойлер-утилизатор 4 отходящего тепла жаротрубного типа содержит четвертые тепловые трубы 4.1. Множество четвертых тепловых труб 4.1 расположено в продольном направлении в некотором порядке. Высокотемпературный синтез-газ проходит в горизонтальном направлении между нижними частями четвертых тепловых труб 4.1 в гладких трубчатых конструкциях. Верхние части четвертых тепловых труб 4.1 вставлены во второй барабан 4.2. Герметичная трубная соединительная муфта 4.3 расположена в том месте, в котором соединены четвертые тепловые трубы 4.1 и второй барабан 4.2, для избегания тепловых напряжений в металле, возникающих вследствие сравнительно большой разности температур. Второй барабан 4.2 выполнен с впуском для охлаждающей воды и выпуском для нагретой воды (или пара). Две стороны пучка труб, образованного четвертыми тепловыми трубами 4.1, предусмотрены с теплоизоляционными стенками 4.7. Поверхность контакта между каждой теплоизоляционной стенкой 4.7 и синтез-газом образована теплоизоляционными кирпичами. К наружной теплоизоляционной стенке 4.7 приварены стальные плиты для обеспечения герметичности конструкции в целом. Теплоизоляционная вата размещена между теплоизоляционными кирпичами и стальными плитами в соответствии с требованиями к конструкции. Третий соединительный впуск 4.5 и третий соединительный выпуск 4.6 бойлера-утилизатора 4 отходящего тепла жаротрубного типа представляют собой квадратный и круглый соединительные элементы с конусообразными конструкциями, образованными посредством свертывания стальной плиты. Внутренняя стенка третьего соединительного впуска 4.5 отлита из теплоизоляционного литого материала или литого огнеупора. Как третий соединительный впуск 4.5, так и третий соединительный выпуск 4.6 герметично соединены с герметизирующими стальными плитами, расположенными снаружи теплоизоляционной стенки 4.7, посредством сварки. Со стороны нижних частей четвертых тепловых труб 4.1 предусмотрен золовой бункер 4.4 с соединением квадратного и круглого типа, полученным посредством свертывания стальной плиты. Золовой бункер 4.4 также герметично соединен с герметизирующими стальными плитами, расположенными снаружи теплоизоляционной стенки 4.7, посредством сварки. Когда бойлер-утилизатор 4 отходящего тепла жаротрубного типа работает, нижние части тепловых труб 4.1 представляют собой теплопоглощающие части, и верхние части четвертых тепловых труб 4.1 представляют собой тепловыделяющие части. Нижние части четвертых тепловых труб 4.1 поглощают тепловую энергию из синтез-газа и обеспечивают уменьшение температуры синтез-газа. Охлаждающая вода во втором барабане 4.2 поглощает тепловую энергию, выделяющуюся из первых частей четвертых тепловых труб 4.1, и превращается в горячую воду или пар, который/которая затем отводится из второго барабана 4.2 и подается в другие процессы или для использования. Для повышения эффективности использования тепла полученную горячую воду подают в газоотводное устройство 4.2 с водяным охлаждением и водоохлаждаемую охлаждающую башню 2 для рециклинга. Смола непрерывно конденсируется по мере уменьшения температуры синтез-газа, проходящего в бойлере-утилизаторе 4 отходящего тепла жаротрубного типа. Нижние части четвертых тепловых труб 4.1 не имеют прямого контакта с охлаждающей водой, находящейся внутри второго барабана 4.2. Таким образом, температура поверхностей нижних частей четвертых тепловых труб 4.1 сохраняется сравнительно высокой при сравнительно высокой температуре металла, температура смолы, прилипающей к их поверхностям, соответственно повышается, в результате чего вязкость потока смолы уменьшается. Между тем, нижние части четвертых тепловых труб 4.1 представляют собой проходящие в вертикальном направлении вниз, гладкие конструктивные элементы, не имеющие никаких дополнительных деталей, которые могли бы увеличить сопротивление потоку смолы, так что смола, прилипающая к поверхностям четвертых тепловых труб 4.1 и, в частности, на поверхностях четвертых тепловых труб 4.1, падает в золовой бункер 4.4 под действием силы тяжести и в конце концов выпускается наружу. Необходимо очищать поверхности четвертых тепловых труб 4.1 для повышения эффективности теплопередачи в бойлере-утилизаторе 4 отходящего тепла жаротрубного типа. Для уменьшения коррозии металла, вызываемой синтез-газом, предпочтительно поддерживать сравнительно высокую температуру поверхностей четвертых тепловых труб 4.1.
Обычный бойлер-утилизатор вместо вышеописанных бойлера-утилизатора 3 отходящего тепла водотрубного типа и бойлера-утилизатора 4 отходящего тепла жаротрубного типа также может выполнять функцию всей системы, однако эффективность теплопередачи и эффект извлечения отходящего тепла, обеспечиваемые обычным бойлером-утилизатором, являются сравнительно низкими.
Способ охлаждения и промывки синтез-газа из биомассы посредством использования вышеописанной системы охлаждения и промывки выполняется следующим образом:
1) Синтез-газ из биомассы, полученный в высокотемпературном пиролитическом газификаторе 10 биомассы и имеющий температуру от 1000 до 1100°C, содержание пыли менее 20 г на нормальный кубический метр и содержание смолы менее 3 г на нормальный кубический метр, вводят в водоохлаждаемую охлаждающую башню 2 посредством газоотводного устройства 1 с водяным охлаждением, в котором синтез-газ предварительно охлаждается, воду распыляют в водоохлаждаемой охлаждающей башне для уменьшения температуры синтез-газа до значений между 780 и 820°C и конденсации шлака, содержащегося в синтез-газе. Шлак выпускают из нижней части водоохлаждаемой охлаждающей башни. Таким образом, предотвращается загрязнение поверхностей нагрева в бойлерах-утилизаторах шлаком на последующей технологической операции, и обеспечивается устойчивость характеристик теплообмена в бойлерах-утилизаторах.
2) Синтез-газ после конденсации шлака в водоохлаждаемой охлаждающей башне 2 перемещают затем в бойлер-утилизатор. В данном случае бойлер-утилизатор включает в себя высокотемпературную секцию и секцию с более низкой температурой. В качестве высокотемпературной секции используется бойлер-утилизатор 3 отходящего тепла водотрубного типа. Температура синтез-газа на выходе из высокотемпературной секции бойлера-утилизатора находится в интервале между 400 и 450°C, и подобная температура выше температуры конденсации тяжелой смолы, что позволяет избежать конденсации смолы. Расчетное давление в бойлере-утилизаторе отходящего тепла водотрубного типа больше или равно 1,6 МПа, в результате чего повышается стабильность температуры пара и удовлетворяются требования к соответствующему химическому составу пара. В качестве низкотемпературной секции используется бойлер-утилизатор 4 отходящего тепла жаротрубного типа для повышения эффективности теплообмена. Температуру синтез-газа на выходе из низкотемпературной секции бойлера-утилизатора регулируют на уровне менее 200°C для конденсации тяжелой смолы в данной секции и для сбора тяжелой смолы посредством лотка/желоба. Расчетное давление в бойлере-утилизаторе отходящего тепла жаротрубного типа составляет от 0,5 до 1,6 МПа, и пар низкого давления, образующийся в нем, подают в электрофильтр для очистки. Отходящее тепло, извлеченное посредством газоотводного устройства 1 с водяным охлаждением и водоохлаждаемой охлаждающей башни 2, отводят к бойлеру-утилизатору 4 отходящего тепла жаротрубного типа для выполнения разделения пара и воды, и обеспечивают циркуляцию воды для использования.
2
3
3) Синтез-газ из биомассы имеет как сравнительно низкое содержание пыли, так и сравнительно низкое содержание смолы по сравнению с угольным газом. Предварительное удаление пыли не требует циклонного пылеуловителя или пылеуловителя лабиринтного типа, так что синтез-газ из выпуска бойлер-утилизатор 4 отходящего тепла жаротрубного типа вводят непосредственно в насадочную очищающую охлаждающую башню. Достигаются не только цели удаления пыли и снижения температуры, но посредством промывки также удаляются вредные газы, включая HS, NH и HCN. Кроме того, сопротивление системы уменьшается, и обеспечивается экономия электроэнергии, потребляемой вентилятором 7. Температура синтез-газа после промывки уменьшается до значений между 40 и 45°C.
4) В завершение газ перемещают в мокрый электрофильтр для дополнительного удаления пыли и смолы для обеспечения как содержания пыли, так и содержания смолы, составляющего менее 10 г на нормальный кубический метр, и температуры, составляющей менее 45°C, что обеспечивает полное удовлетворение требований к газу для последующих процессов. Извлечение физического тепла превышает 80%.
Пригодный газ затем нагнетают посредством вентилятора 7 в мокрый газгольдер для хранения или подают в последующие технологические процессы для использования. Факельная установка 9 подсоединена параллельно с мокрым газгольдером и представляет собой важное устройство для сжигания отработавшего газа при запуске системы и в том случае, когда состав синтез-газа является избыточным.
Ключевой особенностью изобретения является использование охлаждающей башни и бойлера-утилизатора для охлаждения синтез-газа и извлечения отходящего тепла и извлечения тяжелой смолы и использование очищающей охлаждающей башни и электрофильтра для постепенного удаления пыли и смолы, так что охлаждение и промывка синтез-газа из биомассы обеспечиваются при низком потреблении энергии и с высокой эффективностью. Таким образом, объем охраны изобретения не ограничен вышеприведенными вариантами осуществления. Для специалистов в данной области техники будет очевидно, что изменения и модификации могут быть выполнены без отхода от изобретения в его более широких аспектах. Например, газоотводное устройство 1 с водяным охлаждением, водоохлаждаемая охлаждающая башня 2, бойлер-утилизатор 3 отходящего тепла водотрубного типа и бойлер-утилизатор 4 отходящего тепла жаротрубного типа не ограничены определенными конструкциями, проиллюстрированными выше, техническая схема по изобретению также может быть обеспечена посредством использования обычного газохода, обычной охлаждающей башни и обычного бойлера-утилизатора. Конструкции устройств в системе не ограничены определенными конструкциями, описанными в вышеприведенных вариантах осуществления, существует возможность выполнения эквивалентных изменений и модификаций. Бойлер-утилизатор 4 отходящего тепла жаротрубного типа, газоотводное устройство 1 с водяным охлаждением, водоохлаждаемая охлаждающая башня 2 не ограничены циркуляцией воды такого типа, как используемая также в вышеприведенных вариантах осуществления, существует возможность использования отдельной подачи воды для трубного устройства 1 с водяным охлаждением и водоохлаждаемой охлаждающей башни 2 и подачи извлеченного отходящего тепла из бойлера-утилизатора отходящего тепла жаротрубного типа для других процессов. Параметры, включая температуру и давление на различных этапах, могут регулироваться корректным образом в соответствии с температурой, содержанием пыли и содержанием смолы в синтез-газе, подлежащем обработке. Задача приложенной формулы изобретения состоит в охвате всех подобных изменений и модификаций, которые находятся в пределах истинной сущности и объема изобретения.