Способ подачи порошкообразного угля в реактор для сжигания и устройство для его осуществления

И 644392 Сеоз Советскнх СеЫкалкстнческкк Республик(32) 04,1 (33) Нидер5,01.79, БЮЛ осударствеииый комитет СССР но делам изобретений и открытийлетень ЭЬ 3 ий:27.01.79 ан Иностранцынис Ван Хервийнеи н Корнелис Якобу (Нидерланды) Иностранная фирмаИнтернвшнл Рисерч Маатсхаппи(54) СПОСОБ ПОДАЧИ ПОРОИКООБРАЭЙОГО УВ РЕАКТОР ДЛЯ СЖИГАНИЯ И УСТРОЙСДЛЯ ЕГО ОСтпЯЕСТВЛЕНИЯ3 йИзобретение относится к способу пар, который чартично превРащается подачи диспергированного в гаэе йорош-в водород;кообраиного угля, причем полученйую" в ".,". в -.- При неполном сгорании твердого дисперсию передают ии флюидиэирующе-топлйва;обычно предпочтение отдается го сосуда и реактор для сжигания; в порошкам вследотвие их бйстрой газиФлюидииирующем резервуаре порошко-фикации. это относится как к процес- образный уголь Флюидииируется (псев-су газиФикации, в котором порошок доожижается) с помощью проходящего и кислород подаются в реактор с обра" через резервуар Флюидииирующего (псев- иованием в нем пламени, так и к продоожижающегося) газа. 1 Оцессу гаииФикаций, в котором горючеегаиифицируется при более низкой темВ настоящем описании термин Флюиди- пературе в люидиэированном слое с иация (псевдоожижение) означает любое помощью горячий газов, а затем не полрасширение данного количества порошка. ностью сжигается. В частности, в пронаходящегося в данном объеме, протекаюцессах первого тйпа давленйе в реакщего через этот объем под воздействием торе для сжигания может меняться в газа, причем такая Флюидииация обесне-.: значительном диапазоне. чивает свободную текучестьпорошкаВйгодно вести неполное сжиганиеВ настоящем описании термин порош- .при повышенном давлении, например кообраиный уголь оиначает все тонко при 30 атм и выше. При этом "гаиифицидисперсные горючие, применяющиеся для рованйое оборудование более компакт- неполного сжигания например порошко- ное а продуктовый гаи можно полу- образный уголь, тонкодиспероный бурыйчать при повышенном давлении, уголь, древесная пыль и т,п.Под непол" Вследствие всех этих причин предным сгоранием понимают сжигание горю- Ф ложено перед вйесениемпорошкообраи" чего с меньшим количеством кислорода, ного угля в реактор подвергать его чем требуетсястехиометрически для сжатию в отдельном Флюидиэируюшем полного сгорания до СО и Н О, Кроме резервуаре, причем давление в Флюиди 2кислорода (или воэдуха) в реактор иирующем резервуаре соэдают как мождля сжигания часто подают водяной Эф но ближе к давлению в реакторе для ГЛЯ ТВОили почти йерпендикулярном к направлению потока Флюидиэирующего (псевдоожижающего) газа.В этом случае устройство для отборапорошкообразного угля из флюидизирующего резервуара почти не мешает флюидизации, особенно вблизи точки отборапорошкообразного угля из Флюидизированного угля. Поэтому возможно создание концентрированного потока порош-,кообразного угля, поступающего в реактор для сжигания.Обычно в флюидизирующем резервуареимеется пористая пластина, разделяющая резервуар на две камеры, Эта пластина должйа быть проницаема для газа,но не должна пропускать порошкообразный уголь. Порошкообраэный уголь подаютв одну камеру, а флюидизирующий газ вдругую. Таким образом, пористая пластина обеспечивает хорошее распределение Флюидизирующего газа по всему сечению флюидизирующего резервуара впередней камере, где происходит Флюидиэация порошкообраэного угля. Порошкообразный уголь отбирают из передней камеры в виде дисперсии в газе инаправляют в реактор для сжигания.Йз этой же камеры обычно отбираютизлишний Флюидиэирующий газ,По предпсчтителЬному вариантуизобретения в случае оборудованноготаким образом Флюидизирующего резервуара порбшкообразный уголь отбираютиэ флюидизирующего резервуара в направлении параллельно или почти параллельно пористой пластине через сопло,установленное в пористой пластине,близ или под пористой пластиной. Такимобразом, порошкообразный уголь отбирают иэ Флюидизированного слоя втакой точке, где действие Флюидизирующего газа максимально, Кроме того,устройство для отбора порошкообразного угля из флюидизированного слоясравнительно легко устанавливаетсяблиз пористой пластины, поэтому флюидиэированный слой не нарушается.В предпочтительном варианте изобретения отбор порошкообразного угляведут через сопло, в которое подаютгаз-носитель, проходящий по осисойла в .направлении, совпадающем илипочти совпадающем с направлениемотбора порошкообразного угля черезсопло. Такое направление газа-носителя создает эжекторное действие и ускоряет движение отбираемых частиц угляУстановлено,-что количество твердыхчастиц, отбираемых через определенное сопло, можно регулировать путемизмейения количества подаваемогогаза-носителя. Таким образом, можнозначительно легче регулировать подачу порошкообраэного угля в реактор.Трубу для отбора газа, несущегодиспергированные частицы угля иэфлюидизирующего резервуара, можно,например, установить вне камеры 6 б 44392сжигания. Таким образом, при подачепорошкообраэного угля в реактор длясжиган)ля не приходится преодолевать"однОВременно большой перепад давления и большой перепад температур.Известей способ подачи порошкообразнЫх материалов, .заключающийся 5в том, что порошок угля псевдоожижают в"резервуаре с помощью псевдоожйжающего газа, выводят его из ре- эервуара с помощью потока газа-носителя в вйде дисперсйй в.газе и по Одаютее в реактор для сжигания Ц .Известное устройство для осуществ-ления способа содержит реэегвуао с пористой" пластиной и патрубками длЯ ввода.угля"и 6 Севдоожижающего газаи средст во для подачи угля изрезервуара в "реактор"для сжигания со средством дляподвода гаэа-носителя, выполненным ввиде" Мамерм с решеткой 1 .Порошкообраэный уголь из флюидиэи ррующего резервуара передают в реактордля сжигания в виде дисперсии в газе,таким образом, в реактор поступаетпоток тонкодисперсного порошкообразного" угля, а этоочень выгодно дляпроцесса сжигания.В большинстве случаев кислородсодержащий или йоддерживающий горениегаэ смешйвают с порошкообразным углемтолько в реакторе илй вблйзи реакторадля сжигания вследствие опасности 30воспламенения вне реактора. По этойпричине вкачестве флюидиэирующегогаза примейяют инертйый газ"ЙуЖ"газ,содержащий немйого кислорода"или йовсе не.содержащий кйслород, например 36водянойпар, азот, двуокись углеродаили продуктовый гаэ.Попытки отбора диспергированногопорошкообразного угля из Флюидиэирующего резервуара простым способом и с 40достаточно Высокой концентрацией твердых веществ в газе не имели успеха.ТрУдность" заключалась в том, что"вместе отбора частиц угля из флюидизирующего резервуара Флюидизированный 45слой настолько разрушается и нарушается деталями устройства для отборачастиц угля, что в результате этогоуменьшаетсяколичество твердых частицв выходящем газе и дисперсия становйт ся неравномерной и ИеГомогеиной.Вслед"ствие этого в реактор для сжиганияпопадает сравнительно большое количество инертного газа, в результатечего-температура реакций может сильноснизиться по сравнению с той, котораянеобходима для эффективной конверсии.Целью изобретения является исключение этих недостатков и обеспечениеспособа эффективного отбора йорошкообразного угля из флюидизирующего 60.резервуара.Для этого порошкообразный угольотбирают из Флюидиэирующего резервуара через, покрайней мере, односойло в направлении, перпендикулярном 655 644392 флюидизации и таким образом не нару. шать флюидиэацию, Поскольку поток несущего газа йеред соплом не имеет компонента скорости в направлении флюидиэации, то флюидизация не нарушается. Однако вследствие эжекторного действия флюидизированные час- тицы угля втягиваются и всасываются в сопло так, что в трубе, о которой идет поток несущего газа иэ сопла в реактор сгорания, создается поток диспергированных частиц угля. Газом- носителем может служить тот же газ, 10 который применяется для Флюидизации или подобный ему гаэ.Количество угля, отбираемого из .флюидизирующего резервуара, можно менять изменением перепада давления 15 между реактором для сжигания и флюидизирующим резервуаром, изменением скорости подачи флюидиэирующего га-, за в флюидиэирующий резервуар или регулированием скорости подачи газа- носителя. Преимущество предлагаемого способа заключается также в том,что количество проходящего порошкообраэного угля менее зависит от случайного моменталь 25 ного перепада давления между флюидизи- рующим резервуаром и реактором для сжигания, чем в случае пропускания порошкообразного угля с меньшей скоростью., 3Подачу порошкообраэного угля из флюидизирующего резервуара в реактор можно регулировать изменением перепада . цавления между резервуаром и реактором. Однако вследствие большого объема 35 вещества в этих резервуарах такое регулирование идет очень медленно. Поэтому . лучше регулировать количество подаваемого газа-йосителя в зависимости от количества порошкообраэного угля по" 40 ступающего в реактор для газиФикации, Такое, так называемое регулирование с обратной связью, стало возможный вследствие того, что для продвижения порошкообразного угля гбименяется поток газа-носителя. Преимуществом явля-. ется тот факт, что перепад давления 45 между Флюидизирующим резервуаром и реактором можно регулировать независимо от расхода порошкообразного угля.,По изобретению скорость газового потока в форсунке 3-50 м/с. В боль" 50 шинстве случаевскорость в этом случае достаточно высока для захвата и увлечения частиц угля, и не столь высока, чтобы серьезно нарушались ме-ханические свойства оборуДОвания.В большинстве случаев практически эта скорость составляет от 10 до - 30 м/с.Для равномерного распределения порошкообраэного угля в газе важную роль играют размеры сопла или соПл, через которые порошкообразный уголь отбирается из резервуара. 65 Согласно одному иэ вариантов изобретения, порошкообраэный уголь попадает в сопло через камеру, котораясоединена с соплом, в этой камеревремя пребывания частиц угля составляет менее 250 мс, лучше менее 100 мс.Таким образом, удается предотвратитьскапливание в сопле порошкообраэногоугля, обладающего плохой текучестью,при котором создается неравномернаядисперсия порошкообразног-. угля вгазе и забивание сопла.Лучше подавать газ-носитель в соп"ло по тонкой трубе, в которой скорость потока высока. Эту тонкую трубку можно устанавливать на выступахпо оси сопла, она заканчивается нанебольшом расстоянии от сопла, Такимобразом, между концом трубки и сопломгаэ-носитель проходит небольшое расстояние через флюидиэироеанный слойчастиц угля. Таким образом,создаетсяхорошее эжекторное действие, и газноситель увлекает за собой значительное количество частиц угля.По изобретению предпочитают поддерживать постоянный перепад давления между флюидизирующим резервуаром и реактором сжигания, причем этот перепад давления больше, чем колебания давления в реакторе. Это снижает до минимума влияние колебаний давленияна количество проходящего в единицу времени порошкообразного угля, которое можно регулировать подачей газа-носителя.Принципиально гаэ-носитель может иметь любой состав, при условии, что он не содержит кислорода, при любом расходе перед подачей в сопло этот гаэ сжимают и создают поток его, поступающий, с нужной скоростью.Аппарат для неполного сжигания порошкообразного угля состоит из флюидизирующего резервуара с пористой пласти. ной и патрубками для ввода угля и псевдоожижающего" газа и средства подачи угля из резервуара вреактор для сжигания со средством для подвода газа-носителя. Средство для подачи угля из резервуара в реактор выполнено в виде, по крайней мере, одного сопла, установленногопод пористой пластиной параллельно или почти параллельно пластине, а средство для подвода газа- носителя выполнено в виде трубы, расположенной по оси сопла.. Устройство дополнительно содержнт камеру в форме стакайа, укрепленную под пористой пластиной и подсоединен-ную к соплу для подачи угля иэ резервуара в реактор.На чертеже приведена схема устройства для подачи порошкообразного угля в реактор для сжигания.На схеме показан флюидиэирующий резервуар 1 и реактор 2 для сжигания с циклоном 3 для отделения золы и сажи из продуктового газа.7 644392 8В резервуаре 1 для флюидизации П р и м е р 1, В вертикальный цика некотором расстоянии от дна 4 уста- линдрический Флюидиэирующий резервуарновлена подиаметру резервуара гори- диаметром 150 мм устанавливают пластизонтальная пористая пластйна 5" она ну из спекшегося металла в горизон" делит резервуар на первую камеру 6 тальном положении близ дна резервуара.для Флюидизации порошкообразного В центре этой пластины имеется цилинугля и вторую камеру 7 для подвода дрическая камера диаметром 10 мм,и распределения ФлюидиэирующеГо газа 5 глубиной 21 мм. В этой камере по однойпо всему диаметру резервуара 1 через линии параллельно спекшейся пластинепористую пластину 5. В крышке 8 реэер- на глубине 13 мм противоположно повуара 1 имеется входной патрубок 9 диаметру установлены патрубок для вы для подачй угольного порошка, Й дни- хода несущегогаза и сопло диаметромШе 4 резервуара 1 имеется входной )0 5 мм. Соплосоединено соединительнойпатрубок 10 для подачи Флюидизирующего муфтой длиной 10 мм к линии диаметромгаза. В крышке 8 резервуара 1 имеется 3,9 мм, диаметр которой на расстояниивыходной патрубок 11 дл выхода флюи,7 мм уменьшается до 2,5 мм. В простдиэирующего газа. - " ранстве над пластиной с помощью азота,Непосредственно под пористой "йлас- ) подаваемого под спекшуюся пластину,тиной 5 имеется камера 12 с открытым флюидизируется порошкообразный уголь,верхом. В боковой стенке этой камеры 15 по весу которого имеет размерустановлейо сопло 13, которое подклю- частиц более 90 мм. Подача газа-носичено к трубе 14, устгйовленной -под теля в количестве 800 л/ч при перепаи рисовой пластиной 5. 1 руба 14 про- де давления в трубе длиной 4,7 м сходит через "стенку резервуара 1 в 2,1 атм до 1 атм абс. создает потоко20точке 15 и ведет к гоРелке 16," йахо" Флюидизированного порошкообразногодящейся в донной части реактора 2 . угля в количестве 2,2 кг/ч при плотдля сжигания, Напротив сойла 13 в ности потока 2,7 кг угля/м газа (апрекамере 12 установлена труба 17 для делены в конце трубы) ." подачи инертного газа-носителя, 6 Если устанавливают трубу, длинойРеактор 2 для сжигания представ мм, диаметром 5 ьМ, то расход несуляет собой веРтикальную сравнмгель- щего газа составляет 100 л/ч, давлено длинную реакционную камеру 18 с ние в этойтрубе составляет с 2,0 атмогнеупорной Футеровкой 19 и охлаждаю абс, до 1,0 атм абс., при этом полущей зоной 20 в верхней части реак чают поток флюидйзированного углятора 2. Горелка 16 снабжена такжЕ 155 кг/ч при плотности 130 кг/м газапатрубком 21 для подачи воздуха. (определены в конце трубы).Охлаждающая зона 20 расположена между П р и м е р 2. В этом примере при реактором 2 и циклоном 3, она снабже- меняют цилиндрический бункер диаметна патрубком 22 Для подачи йара низ-ром 3 м с коническим днищем под угломкого давления, В циклоне 3 имеется 60 ) наименьшийдиаметр днища 0,5.м.Опатрубок 23 для вйхода газа,камераБ этом днище установлена горизонталь 24 для сбора золы;"соединенйая с ная пластина из спекшегося металла,выгружйым устройством 25.которая отделяет бункер от цйлиндриУстройствб работает следующим 40 ческого резеРвуара, расположенного подобразом. ., , Плат тиной.В этот резервуар подают Флюидизирующий газ. В центре пластины,имеетсяцилиндрическая камера диаметПорошкообраэный Уголь подают в Ре- б й 125 причемзервуар 1 через патрубок 9, где онф ю диэируется с помощью флюидизирук, й ой р вупверхний край этой камеры выступаетна 25 мм над"пластиной. это камещего газа, подаваемого через патрубок 25а тиной. это каме 10, и образуется флюидизированный 45 ре на глубине мм под верх м кслой 26, Из камерь 1 12, которая соеди- диаметрально противоположно установнена с Флюидизированнйм слоем лены патрубок для выхода несущегогаза диаметром 10 мм и сопло диаметпереносятся в реактор 2 в токе инерт- . ром 55 мм. К ним присоединены тру оного газа. В реакторе 2 флюидизирован-. , ные коаксиалъноные частицы угля из горелки 16 смешидлино м,диамваются с воздухом для горения и вовремя Реакции перемещаются вместе с Над пластиной иэ спекшегося металним вверх."Через определенноевРемя - ла с помощью азота под давлениемпребывания в течение которого про 20 атм абс, Флюидизируется порошкоФ- оисходит газификация частиц угля, горя- образный уголь, 1 э по весу которогочая реакционная смесь попадает в зону Имеет частицы размером более 90 мм.эохлаждения 20, где при смешении с во - При расходе газа-носителя в 56 м /ч"дяным паром происходит охлаждейие, 3 а- и перепаде давления в трубе длинойтем в циклоне 3 происходит очистка 0 12 м в 2 атмполучили расход порошко 60йрбдукгойого газа от смолы и сажи. образного угля в 9,7 т/ч при плотносНиже приводятся примеры для иллюс:т ти 580 кг угля/м газа (определенырации изобретения. 65 на входе в линию),6443 Формула изобретения 20 П р и м е р 3. Регулирование потока порошкообразного угля иэ резервуара в реактор в установке из примера 2, в которой сопло присоединенок трубе длиной 6 и, диаметром 35 мм,осуществляли регулированием так называемой установочной точки контроляпотока газа-носителя с помощью иэмерения расхода порошкообраэного угляПри желаемом расходе порошкообраэного угля в 20 т/ч при перепаде давления 5 атм в трубу между резервуароми реактором, колебания этого перепада 10в 4,5-5,5 атм можно компенсироватьизменением расхода газа-носителя от37 до 243 мэ/ч,Количество порошкообраэного угляв газе-носителе при этом колебалось 15от 497 до 660 кг/мб. В то же времядавление в резервуаре составляло20 атм. 1. Способ подачи порошкообраэного угля в реактор для сжигания, заключающийся в том, что порошок угля псевдоожижают в резервуаре с помощью псевдоожижающего газа, выводят его из резервуара с помощью потока газа- носителя в виде дисперсии в газе-носи" теле и подают дисперсию угля и газа- ф носителя в реакто 1 для сжигания, о т л и ч а ю щ и й с я тем,.что, с целью повышения количества подавае мого в реактор угля при обеспечении вйсокой концентрации угля в газо угольной дисперсии, порошкообразный угольвыводят иэ резервуара через, по крайней мере, одну Форсунку в направлении, перпендикулярном или почти перпендикулярном к направлению 92 10подачи псевдоожижающего газа, и гаэноситель подают по оси Форсунки внаправлении, совпадающем или почти совпадающем с направлением выхода порошкообразного. угля через Форсунку.2. Способ по п,1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что скорость газовогопотока в форсунке поддерживают 350 м/с,3. Способ по п.2, о т л и ч а ющ и й с я тем, что скорость поддерживают от 10 до 30 м/с.4. Способ по пп.1-3, о т л и ч а ю,щ и й с я тем, что между резервуароми реактором для сжигания поддерживаютпостоянный перепад давления, которыйпревышает создающиеся в реакторе коле"бания давления,5. Устройство для осуществленияспособа по пп;1 - 4, содержащеерезервуар, имеющий пористую пластинуи патрубки для ввода угля и псевдоожижающего газа и средство подачиугля иэ резервуара в реактор длясжигания со средством для подводагаза-йосителя, о т л и ч а ю щ е ес я тем," что средство для подачиугля из резервуара в реактор выполнено в виде, по крайней мере, одногосопла, установленного под норйстойпластиной параллельно или почти парал"лельно пластине, и средство для подводагаза=носителя выполнено в видетрубы, расположенной по оси сопла.б. Устройство по п,5, о т л и ч а ющ е е с я тем что оно содержит каме"ру в Форме стакана, укрепленную подпрристой пластиной и подсоединеннуюк соплу для подачи угля из резервуарав реактор.Источники инФормации, принятые вовнимание при экспертизе1. Патент Франции 9 1519210,кл, В б 5 Й 53/00, 19 б 8.644392 Составитель Р.Горяиноваедактор О. Степина ТехредК, Бабурка Корректор Н. петрик илиал ППП 1 Патент, г.ужгород, ул. Проектная,Заказ 8055/56 Тираж 608 цЯИИЙИ Государственн по делам изобрете 113035, Москва, Ж, РПодписноего комитета СССРий и открытийушская наб., д.4/5