Способ эксплуатации установок по газификации пылевидного топлива

Союз Советник кСоциапистическмкРеспублик Оп ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ц 981348 ФЩ(51)М. Кл,(22) Заявлено 07.05,79 (21) 7770562/23-26 (23) Прототип (32) 31,.05.78 С 01 д 3/00 3 Ьеударстюный комнтет фР ао делвее нзобретеннй и открытнй(72) Автори изобретения дприятиетут Фрейберг" анное пр тоФфинст Инос(Г 4) СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ УСТАНОВ ПО ГАЗИФИКАЦИИ ПЫЛЕВИДНОГО ТОПЛИВАческ ется ного Инос Гелер Петер, Яике Пе Кулбродт Клаус, Лука Шингнитц МанФредБергер Фрид 1Изобретение касается способа эксплуатации установок по газификации пылевидного топлива, в частности для повышения безопасности установок в аварийных случаях.В технике для получения из твер 5 дого топлива синтез-газа, газа-восстановителя, отопительного газа и газа для коммунального хозяйства целесообразным решением является газиФи -о кация топлива в пылевидном состоянии путем частичного окисления. В процессе газиФикации пылевидное топливо реагирует с дутьем, содержащим свободный кислород при нормальном давлении или при повышенном давлении в интервале температур от 1200 до 1600 С, с преимущественным образоваонием СО и Н. Процесс газипикации осуществляется в пустой реакционной ,го камере, причем средняя продолжительность пребывания топлива или получаемого из него газа в горячей реакционнойкамере достигает порядка 0,5 ФШвей гель .ХЭ.нс-Ъхим, . х и Кени Дитер 210 с. Дутье представляет собой смесь технического кислорода и водяного пара, причем доля технического кислорода колеблется в пределах 60-953 в зависимости от топлива и назначения получаемого газа. Управление процессом, в частности поддержание оптимальных температур в реакционной камере, осуществляется путем регулирования отношения технического кислорода к пылевидномутопливу, причем отклонение от заданной величины весового отношения кислорода к топливу на 10 может привести к изменениям температуры в реакционной камере на 200 К.При эксплуатации установки .по газификации в случае нарушения топливоподачи, в особенности при уменьшении расхода пылевидного топлива, температуры в реакционной камере повышается до таких значений, при которых техниая безопасность установки нарушаВ случае, если расход пылевидтоплива уменьшается до такой степени, что отношение кислорода к топ" ливу превышает необходимую для полного сгорания стехиометрическую величину, или если подача пылевидного топлива прекращается полностью, то избыточный кислород в течение нескольких секунд может взаимодействовать с полученннм в процессе газификации газом СО и Н, находящимся в горячей реакционной камере. Если подача кислоро в да не будет надежно отключена, то температура в реакционной камере начнет уменьшаться, но возникает опасность, состоящая в том, что за несколько секунд .непрореагировавший свободный кислород из горячей реакционной камеры поступит в подключенные узлы охлаждения и обработки полученного газа, что приведет к образованию там взрывчатых смесей кислорода 2 О и получаемого горючего водородсодержащего газа и вызовет опасные взрывы.В целях предотвращения таких .сложных ситуаций установки по газификации пылевидного топлива оборудованы автоматическими устройствами аварийного отключения, которые надежно отключают подачу кислорода и переводят установку на безопасный режим,в частности при заниженном расходе пыле- видного топлива по сравнению с заданным расходом, при завышенном расходе кислорода по сравнению с заданным расходом и при выходе температуры в ре-, акционной камере за заданные пределы,3 т,е, в сторону завышения и занижения, Устройство автоматического аварийного отключения неизбежно поражено мертвым временем, зависящим от мертвого времени учета измеренных данных и46 от продолжительности закрытия запорных средств для кислородного потока. В случае мощных установок эта продолжительность закрытия может составлятЪ несколько секунд и существенно влия.Хь на общее мертвое время. Несмотря 4 ф на продолжительность закрытия и в случае внезапного прекращения подачи пылевидного топлива защита от поступления ислорода в узлы охлаждения достигается тогда, когда отношение подава- фо емого за единицу времени количества кислорода к количеству СО и Н, находящемуся в нормальном состоянии в реакторе, является достаточно малым и обеспечивается удовлетворительная 55 рециркуляция в самом реакторе, однако такое Решение приводит к низкой удельной производительности реактора,8 4и следовательно к слишком большим размерам реактора.Другое известное решение предусматривает разделение реакционной камеры,на несколько участков, эксплуатируемых в значительной мере независимодруг от друга, причем каждый участокимеет свою систему подачи топлива идутья, и в аварийном случае остающийся в одном из участков непрореагировавший кислород может взаимодействовать с газом, полученным в другихчастях реакционной камеры, что предотвращает поступление его в холодные,части установки, Это решение требуетсложного аппаратурного оформления.Цель изобретения - создание способа эксплуатации установок по газификации пылевидного топлива, которыйпредотвращает опасность поступлениякислорода в узлы охлаждения и обработки полученного газа при нарушенииподачи пылевидного топлива в реактор,в частности в случае внезапного прекращения этой подачи.В основе изобретения лежит задачасоздания способа эксплуатации установок по газификации пылевидного топли- .ва, пРедотвращающего опасность поступления кислорода в узлы охлаждения иобработки полученного газа при нарушении подачи пылевидного топлива вреактор, в частности при внезапномпрекращении этой подачи, с учетомконечной продолжительности закрытияавтоматически управляемых запорныхсредств для кислорода, позволяющеговысокие удельные нагрузки реакционнойкамеры и пригодного для установоквысокой производительности,Согласно изобретению, поставленная задача решается следующим образом.В дополнительном резервуаре хранитсятопливо хорошей сыпучести или текучести под давлением, превышающем рабочее давление реактора. При помощи трубопровода, отключенного в нормальном режиме работы посредством автоматически управляемых запорныхсредств, дополнительное топливо хорошей сыпучести при открывании запорных средств может подаваться в реакционную камеру вблизи места или местввода кислорода или кислород содержащего дутья.При нарушении подачи пылевидноготоплива в реакционную камеру одновременно со срабатыванием системы аварий-.ного отключения в реакционную камеру при автоматическом открывании запорных средств вводится за счет существующей разности давления хранимое в резервуаре дополнительное топливо хорошей сыпучести или текучести.5Поступающие в реактор дополнительное топливо хорошей сыпучести вследствие имеющихся в реакционной камере высоких температур взаимодействует с кислородом, поступающим в реакционную 10 камеру до обеспечения полного срабатывания автоматического отключения, и таким образом предотвращает поступление кислорода.в узлы охлаждения.Согласно изобретению, давление и объем резервуара, а также гидравлическое сопротивление части, соединяющей резервуар и реакционную камеру, согласуются друг с другом таким образом, что количество дополнительного топлива хорошей сыпучести, поступающего в реакционную камеру в течение промежутка времени от включения системы аварийного отключения до полного прекращения подачи кислорода в реактор, превышает количество топлива, стехиометрически необходимого для полного связывания поступающего кислорода. Не предъявляются дополнительные требования к количеству этого дополнительного топлива.В решении, согласно изобретению, в зависимости от вида дополнительного топлива хорошей сыпучести или давления в резервуаре 4 ожно использовать35 трубопроводы, соединяющие резервуари реакционную камеру с такими сечениями, при которых продолжительность открывания запорных средств в соединительном трубопроводе является неболь 40 шой по сравнению с продолжительностью закрывания запорных средств в трубопроводе подачи кислорода. В соответствии с пропускной способностью . общепринятых запорных вентилей и име.45 ющимся во время срабатывания системы аварийного отключения максимальным значением разности давлений между резервуаром и реакционной камерой, при незначительном "запуске" запорного вентиля двигается большой - по отно 50 шению к максимальному расходу - расход дополнительного .топлива между тем, как поступление кислорода значительно уменьшается незадолго до достижения крайнего положения запорной арматуры для подачи кислорода.В способе в качестве дополнительного топлива хорошей сыпучести предпочтительно используется горючий, повозможности высококалорийный, газ из собственного производства или другого происхождения, например природный газ, В качестве топлива хорошей сыпучести можно использовать жидкое топливо, причем необходимое давление в резервуаре обеспечивается давлением пара жидкого топлива или буйером по" средством инертных или горючих газов. При использовании жидкого топлива рекомендуется применение топлива, обладающего хорошей жидкотекучестью притемпературе окружающей среды и лишенного склонности к образованию смол или других твердых осадков. Весьманебольшая по сравнению с объемом производства установки потребность в та"ком дополнительном топливе оправдывает экономичность использования вы" сококачественного и дорогостоящего топлива для этой цели. При применениисредних или тяжелых отопительных масел в качестве топлива хорошей сыпучести установку необходимо снабдитьотоплениемВ качестве дополнительного топлива хорошей сыпучести можно использовать и пылевидное твердое топливо хорошей текучести, причем в качестве резервуара для дополнительного топлива применяется сосуд, давление в котором вследствие использования инертного или горючего газа превышает рабочее давление в реакторе. Указанный сосуд предпочтительно расположен выше входного отверстия реактора. Конструкция и принцип такого сосуда известны из области пневмотранспорта.Используемое для этой целя пыле- видное топливо может быть идентичными используемым в качестве рабочеготоплива пылевидным топливом, Однако,в целях достижения улучшенной теку"чести оно может являться и Фракцией,полученной из основного топлива дополнительныммероприятием обогащения,как например, просеиванием или воздушной сепарацией, или оно может быть получено по отдельному процессу обогащения, особенно пригодному для достижения хорошей текучести.Для использования изобретения не важно, в каком виде и какими средст" вами пылевидное топливо подводится к горелке или к горелкам реактора газификации при нормальном режиме экс- плуатации, Целесообразным является использование изобретения в том слу348 7 . 981чае, когда одновременно с пылевиднымтопливом в реактор газификации подаются и другие текучие топлива, взаимодействующие с содержащим свободный,кислород дутьем с образованием газа,содержащего СО и Н.Изобретение может быть использовано, в частности и в том случае, когдапылевидное топливо подается в реакторгазификации в виде взвеси в жидком 1 отопливе, например в отопительноммасле или смоле.На фиг, 1 показана схема осуществления способа, в котором в качестведополнительного топлива хорошей сыпучести используется горючий газ; нафиг. 2 - схема осуществления способа,в котором в качестве дополнительногопылевидного топлива хорошей текучестииспользуется буроугольная пыль,доП р и м е р 1. Реактор, для газификации пылевидного топлива 1 при рабо",чем давлении 2,5 МПа рассчитан на выработку 50000 нмз сырого газа в час.Пылевидное топливо в виде плотной 23взвеси в инертном газе-носителе,тех-нический кислород и водяной пар вводятся в реакционную камеру через гореяку 2, расположенную в верхней части реактора, причем перемешивание трех зопотоков осуществляется непосредствен"но после выхода из горелки внутри реакционной камеры. Потребность в техническом кислороде составляет14000 нм в ч; это соответствует ко 3личеству чистого кислорода 13400 нмзв ч или 3,7 нм в сек при чистоте технического кислорода в размере 961Реактор оснащен автоматической системой аварийного отключения 3,40 Мертвое время от момента нарушенияв подаче топлива (занижение нижнегопредельного значения ), показываемогоустройством замера количества пыли 4,до начала процессов отключения состав 45ляет 7 сек. Через следующие 5 сек подача кислорода полностью прекращается вентилем 5, Во время первой стадиимертвого времени в реактор, поступают26 нмз кислорода, во время второй,стадии, обусловленной продолжительностью закрывания запорного вентиля длякислорода, поступает 15 нмкислородав среднем 801 нормального расхода).Установка в соответствии с изобретением оборудована напорным резервуаром 6, в котором под давлением 3,2 МПахранится метан ( природный газ),. 8Напорный резервуар при помощитрубопровода соединен с входным патрубком горелки для водяного пара 2.При срабатывании аварийного отключения посредством системы автоматического аварийного отключения 3 открывается вентиль 7, и природный газ из.резервуара б поступает в реактор 1до выравнивания давления. Емкостьрезервуара б составляет 6 м, такчто при аварийном, отключении в реактор поступает примерно 40 нм природного газа. Природный газ взаимодействует с поступающим свободным кислородом, причем для связывания кислорода требуется максимально 20,5 нм .До пуска установки по газификациив эксплуатацию в резервуаре 6 необходимо поднять давление при помощиприродного газа по заданной величинепосредством компрессора 8,П р и м е р 2. В данном примерев качестве дополнительного топливаиспользуется буроугольная пыль хорошей текучести,. Буроугольная пыль хранится в напорном резервуаре в количестве 130 г в резервуаре Ь, причемпутем подачи азота при помощи компрессора 8 азота в резервуаре поддерживается давление 3,2 МПа, Общаяемкость резервуара составляет 6 м ,из них примерно объем 0,25 м заполнен пылью. Напорный резервуар 6, располонен выше горелки 2 реактора 1 и припомощи трубопровода соединен с входным патрубком для угольной пыли горелки 2, При срабатывании аварийногоотключения посредством системы автоматического аварийного отключения 3открывается запорный орган 7, пригодный для пропускания угольной пыли, ахранимый в резервуаре Ь азот поступает в реактор 1 до выравнивания давления, причем находящаяся в резервуаре 6 пыль полностью поступает в реактор 1. Пыль взаимодействует с притекающим в реактор кислородом, причем для полного связывания кислорода стехиометрических требуется 40 кг пыли. До пуска установки в эксплуатацию следует обеспечить, чтобы резервуар 6, в котором- снацала имеется атмосферное давление, из бункера-хранилища 9 был заполнен необходимым количеством угольной пыли с последующим поднятием давленил до 3,2 МПа при помощи азота,18 10с другом так, чтобы количество топлива хорошей сыпуцести, переводимогов реакционную камеру за короткий промежуток времени от наступления приводящего к отключению нарушения дополного прекращения подвода свободного кислорода, превысило стехиометрически необходимое количество для пол"ного связывания свободного кислоро"да, притекающего в реакционную камеру за этот промежуток времени.2. Способ по и. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, цто в качестве топлива хорошей текучести используетеягорючий газ, преимущественно горючий газ с высокой теплотой сгорания,3. Способ по и. 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что в качестве таплива хорошей текучести используетсяжидкое топливо, причем давление врезервуаре создается собственным давлением пара жидкости или подачей горючей или инертной газообразнойсреды,4. Способ по и. 1, о т л и ч а ю-.щ и й с я тем, что в качестве топлива хорошей сыпучести используетсяпылевидное твердое топливо и давление в резервуаре создается подачейгорючей или инертной газообразнойсреды.Признано изобретением по результа"там экспертизы, осуществленной ведомством по изобретательству ГерманскойДемократической Республики,9813 Формула изобретения 1, Способ эксплуатации установок по газификации пылевидного топлива, в котором пылевидное топливо подается в реактор при помощи механических средств или в горючей или не горючей газообразнойили жидкой среде в виде взвеси и взаимодействует с содержащим свободный кислород дутьем с об е разованием горючего газа, содержащего СО и Н, о т л и ч а ю щ и й с я. тем, что, в дополнительном резервуаре хранится топливо хорошей сыпуцес" ти(или текучести )под давлением, пре З вышающим рабочее давление реактора газификации, и в случае нарушений подаци пылевидкого топлива хранимое в резервуаре топливо хорошей сыпучести или текучести за короткий проме" щ жуток времени переводится в реакционную камеру установки по газификации за счет имеющегося в резервуаре давления, ввод указанного топлива хорошей сыпучести или текучести в реакци- уз онную камеру осуществляется вблизи места или мест ввода содержащего свободный кислород дутья или содержащего свободный кислород потока дутья или содержащих свободный кислород зв потоков дутья, причем давление, объем резервуара и гидравлическое сопротивление соединительной части между резервуаром и реакционной камерой реактора газификации согласованы другРедактор Т. Заказ 9631/ Патент", г гор илиал Составитель Н. Стррйенова Техред О,НецеТираж 524НИИПП Государственного комипо делам изобретений и от035 Москва )(-35 Рауиская