книги из ГПНТБ / Иоффе, Вениамин Борисович. Основы производства водорода

вторичное кислородное дутье. Вторичное дутье имеет также целью компенсировать затраты тепла на эндотермические реак­ ции образования водяного газа. При вводе вторичного дутья температура газа над слоем топлива повышается, что создает благоприяные условия для реакции водяного пара и СОг с уно­ симым топливом. Доля вторичного кислорода в разных конструк­ циях газогенераторов различна и находится обычно в пределах

10-33% .

Поскольку в этом процессе и топливо и газифицирующий реагент движутся в прямотоке, температура газа на выходе мало отличается от температуры в зоне газификации.

Получаемый газ характеризуется относительно высоким со­ держанием СО2 (~ 20—24%). Вместе с тем, даже при газифика­ ции битуминозных топлив (бурый уголь) в газе отсутствуют выс­ шие углеводороды, а метан находится в сравнительно небольших количествах (~ 1—2%). Указанное объясняется мелким зерне­ нием топлива и хорошим его перемешиванием с газифицирующими реагентами, а также тем, что сразу же после попадания в газогенератор частички топлива оказываются в зоне высоких температур, при которых летучие вещества топлива разла­

с топливом получение водяного газа в «кипящем» слое является весьма интенсивным процессом с высокой производительностью газогенератора. Так, при работе на буром угле производитель­ ность больших газогенераторов Винклера (диаметром 5,5 м) достигает 60000 нм3 водяного газа в час.

Газогенератор для газификации топлива в «кипящем» слое (рис. 16) представляет собой вертикальную цилиндрическую шахту х), имеющую в нижней своей части конфигурацию усечен­ ного конуса. Шахта футерована огнеупорным кирпичом 5 и за­ ключена в металлический кожух 6. Топливо из бункера 1 подается в газогенератор непрерывно и равномерно при помощи шнеков 2, * устанавливаемых с одной стороны генератора. В нижней части шахты размещается колосниковая решетка 8 со стальным скребком 7, охлаждаемым водой. Скребок, вращающийся при помощи привода 9, убирает золу с колосниковой решетки и сбрасывает ее при помощи шнека 3 в зольный бункер 10, от­ куда зола периодически удаляется 2)* .

») В целях уменьшения уноса пыли и увеличения объема реакционного пространства верхняя часть шахты газогенераторов Винклера (преимуще­ ственно старой конструкции) бывает расширенной.

2) Некоторые конструкции газогенераторов не имеют колосниковой ре­ шетки. В этом случае зола удаляется непосредственно из суженной части шахты газогенератора через специальное устройство.

Рис. 16. Схема газогенератора с «кипящим» слоем топ­ лива:

Большая часть парокислородной смеси (первичное дутье) подается под колосниковую решетку, а меньшая (вторичное дутье) — на расстоянии ~ 1,8—2 м, от максимального уровня топлива. Высота слоя топлива поддерживается в зависимости от сопротивления слоя. Обычно она Находится в пределах 1,2— 1,5 м.

Принципиальная схема газификации топлива в «кипящем» слое и первичной очистки полученного газа представлена на рис. 17.

т'у производится в токе инертного газа

Рис. 17. Принципиальная схема очистки газа, получаемого в газогенерато­ рах с «кипящим» слоем топлива:

слородная смесь подводится к газогенератору по линии 5. Зола

•отводится из нижней части шахты газогенератора при помощи шнека 4.

Эффективность проведения данного процесса в большой сте­ пени зависит от доли использования уноса и степени регенерации тепла. Поэтому в схеме обработки газа предусмотрены устрой­ ства для улавливания пыли и регенерации тепла. Выходящий из газогенератора водяной газ, имеющий температуру около 850° С, направляется в котел-утилизатор 7, в котором тепло

утилизатора 7 и экономайзера 8 газ при температуре около 300° С поступает в мультициклоны 9, где осаждается основная часть пыли, находящейся в газе. Осажденная пыль удаляется из муль­ тициклонов при помощи шнековых устройств 10. После мульти­ циклонов в газе остается еще обычно около 20% начального со­ держания пыли. За мультициклонами установлен гидрозатвор 11, назначение которого состоит в отключении газогенераторной системы от последующей аппаратуры. Кроме того, при прохожде­ нии через слой воды (60—100 мм) в гидрозатворе газ дополни­ тельно охлаждается и очищается от пыли.

После гидрозатвора газ попадает в скруббер 12, где за счет впрыскивания воды в полое пространство аппарата происходит дальнейшая очистка газа от пыли и окончательное охлаждение газа до 30—35° С.

Для тонкой очистки от пыли до содержания 0,01—0,02 е/нм3 после скруббера обычно устанавливается дезинтегратор типа

давлением 18—20 атм, который передается соседним потребите­ лям.

Вода из гидрозатвора, скруббера, дезинтегратора и каплеотделителя направляется в отстойники и затем в градирни. После осветления и охлаждения вода вновь подается на установку.

Для успешного проведения процесса и соблюдения мер по тех­ нике безопасности большое значение имеет соответствующая организация гидравлического режима.

Во избежание местных перегревов и шлакования золы необхо­ димо, чтобы парокислородная смесь, поступающая в газогенера­ тор, была равномерной по составу. В связи с этим смешение кис­ лорода и пара лучше производить на расстоянии 10—15 м от газо­ генератора.

Скорости подачи дутья должны быть строго определенными. При недостаточной скорости подачи первичного дутья слой то­ плива будет оставаться плотным и возможны проскоки непро­ реагировавшего кислорода через слой топлива, что может быть причиной аварий и взрывов. При слишком большой скорости

*) Иногда между газогенератором и котлом-утилизатором устанавливается пылеуловитель.

*) На схеме дезинтегратор и каплеотделитель не показаны. ’

тировавшего топлива с газом и трудность полной утилизации уносимого тепла, что определяет относительно низкий к. п. д. процесса *); б) необходимость предварительной подсушки топлива, что влечет за собой существенный дополнительный расход тепла; в) значительный расход дорогостоящего кислорода; г) необхо­ димость применения топлив с высокой реакционной способностью (бурых углей и буроугольного полукокса) *2).

Тем не менее, в связи с высокой интенсивностью процесса и возможностью применения низкосортных видов топлива данный способ используется для получения водяного газа на ряде круп­ ных промышленных установок.

Процесс газификации твердых топлив во взвешенном слое по способу Коппёрса — Тотцека

Из внедренных в промышленность способов, позволяющих успешно газифицировать многие низкосортные топлива, можно назвать процесс Копперса — Тотцека. Процесс ведется во взве­ шенном состоянии с применением кислорода.

Принцип способа заключается в том, что в реакционную камеру вдувается гомогенная смесь топливной пыли, высококон­ центрированного кислорода и водяного пара. За счет частичного сжигания пыли в струе кислорода развиваются высокие темпера* туры (до 1600° С), при которых происходит перегонка топлива

сразложением углеводородов и взаимодействием углерода топлива

сокислителями.

Вкачестве сырья в данном случае может быть использовано различное топливо: коксовая мелочь, каменный уголь, бурый уголь, торф и даже жидкое горючее. При этом спекаемость топли­ ва, значительная зольность, низкая точка плавления золы и вы­ сокое содержание летучих не препятствуют проведению процесса газификации.

При совместном подводе топлива и дутья процесс газифика­ ции идет в прямотоке, в условиях которого физическое тепло уходящих горячих газов не может быть использовано для пред­ варительного подогрева и сушки влажного топлива (как это имеет место при противоточной газификации). Поэтому влажность то­ плива на входе в газогенератор во избежание больших потерь тепла на испарение воды не должна, как правило, превышать 7%.

*) Следует также отметить, что большое содержание пыли в газе затруд­ няет утилизацию тепла в котлах-утилизаторах, так как трубки последних

всвязи с абразивным действием пыли, часто выходят из строя.

2)При использовании малоактивного сырья процесс должен вестись при более высоких температурах, что связано с увеличенным расходом кисло­ рода. В некоторых случаях (при низкой температуре плавления золы) при­ менение в этом процессе малоактивных топлив вообще неприемлемо.

Газогенератор Копперса — Тотцека для газификации пыле­ видного топлива во взвешенном слое состоит из трех основных частей: камеры газификации, экранированного газохода и системы золоудаления.

Камера газификации 1 представляет собой горизонтальную цилиндрическую шахту, футерованную огнеупорным кирпичом и заключенную в металлический кожух (рис. 18). Смесь топлива, кислорода и пара вдувается в горелки газификационных головок 6', установленные в торцах камеры. Торцы камеры имеют форму

Сырой газ к котлу -утилизатору

Рис. 18. Узел газификации пылевид­ ного топлива по Копиерсу — Тотцеку (газогенератор горизонтального типа с экранированным газоходом):

1 — камера газификации; 2 — экранированный газоход; 3 — вольная чаша; 4 — во­ ронка для пыли; 5 — привод; 6 — газификационная головка; 7 — привод; 8 — смеси­

тель.

усеченного конуса. Коническая форма создает благоприятные условия для контакта реакционной смеси с нагретой футеровкой камеры, в результате чего пылекислородная смесь при вводе

еев камеру немедленно воспламеняется.

Реакция образования водяного газа заканчивается в экрани­

рованном газоходе, устанавливаемом вертикально непосред­ ственно над камерой газификации. Экранированный газоход выпол­ няется в виде двух концентрических труб. В пространстве между трубами находится вода, которой передается тепло горячих газов.

Большая часть золы топлива уносится вместе с газовым по­ током. Меньшая часть золы в основном в виде шлака попадает в конус, примыкающий снизу к цилиндрической части камеры