Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Процессы газификации и горения твердого топлива. Учебное пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

08.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 45 / 95 6 7 8 9 > Следующая >>>

Рис. 4.5. Схема газогенератора Винклера новой конструкции: 1 – подвод

инертного газа; 2 – бункер для пылевидного топлива; 3 – свеча; 4 – пусковой

генератор; 5 – основной газогенератор; 6 – выход газа из генератора; 7 –

кожух генератора; 8 – футеровка генератора; 9 – брус; 10 – вал шнека; 11 –

привод шнека; 12 – зольный карман; 13 – привод бруса; 14 – шнековый питатель; 15 – цепной привод шнека; 16 – охлаждаемый вал шнекового

питателя; 17 – трубопровод для подачи водяного пара; 18 – трубопровод

для подачи кислорода или воздуха; 19 – дутьевая решетка; 20 – фурменное

кольцо для подачи вторичного дутья; 21 – шнек для выгрузки золы

Производительность одного агрегата 20000–25000 нм3/ч парокислородного газа. Схема процесса представлена на рис. 4.6.

Преимущества способа определяются менее жесткими требованиями к исходному углю (в частности, можно газифицировать высокозольные и спекающиеся угли, хотя и с меньшей производительностью), а также большей гибкостью выработки заданного количества синтез-газа. Недостатки способа проистекают прежде всего из-за ограничений, обусловленных невысокой температурой газификации при атмосферном и слегка повышенном давлении, а также из-за наличия пыли в получаемом газе, который поэтому приходится очищать [8]. К недостаткам данного метода также следует отнести сравнительно высокие расходные показатели и пониженное качество генераторного газа при работе на воздушном дутье [9].

Рис. 4.6. Схема газификации по способу Winkler: 1 – сырьевой бункер;

2 – газогенератор; 3 – котел-утилизатор; 4 – подогреватель;

5 – мультициклон; 6 – конденсатор-холодильник; 7 – дезинтегратор;

8 – каплеуловитель; 9 – отстойник; 10 – емкость для подсушенной пыли

4. Способы газификации пылевидного топлива. В способе

Koppers – Totzek уголь или другие (твердые или жидкие) углеродсодержащие топлива газифицируют кислородом и водяным паром (прямоток) при атмосферном давлении.

Способ Koppers – Totzek предъявляет мало требований к физическим и химическим свойствам загружаемого топлива. Нужно, чтобы оно было измельчено до частиц менее 0,1 мм, причем в зависимости от вида топлива к нему добавляют определенное количество более крупной фракции. По экономическим причинам желательно, чтобы содержание золы в топливе было ниже 40 %, а остаточная влажность не превышала 6–8 % (для бурых углей) или 1–2 % (для каменных). Сушку и измельчение угля осуществляют в одну операцию. Для сушки используют горячий дымовой газ, получаемый при сжигании угля (этот газ используют и для транспортирования подсушенной угольной мелочи в сборник). Отделение от угольной пыли более крупных частиц происходит в циклоне; оставшуюся в газе пыль выделяют в электрофильтре.

Газогенератор представляет собой горизонтальную камеру (рис. 4.7), футерованную высокотермостойким материалом [8]. Форсунки для подачи исходных веществ (так называемые головки газификации) размещены в расположенных друг против друга торцевых поверхностях реакционной камеры.

Рис. 4.7. Газогенератор Koppers – Totzek: 1, 3 – бункеры-дозаторы;

2 – газогенератор; 4 – система удаления шлака

Пылевидный уголь потоком азота подают в расходные бункеры газогенератора. Оттуда его забирают, тщательно перемешивают с кислородом и вводят смесь в реакционную камеру. Соотношение кислорода, угольной пыли и водяного пара выбирают таким, чтобы была достигнута требуемая температура. Особенность этого процесса – отделение большей части золы в жидком виде. Температура газификации составляет (в зависимости от температуры плавления золы) от 1500 до 1600 ℃. При таком способе газификации достигается высокая степень превращения углерода. Образование газа с очень высоким содержанием СО свидетельствует о том, что топливо в пылевидном потоке прежде всего взаимодействует с кислородом. Добавка водяного пара при газификации составляет на 1 м3 кислорода ~ 0,05 кг в случае бурых углей и 0,5 кг для каменных.

Принцип прямоточной газификации при высокой температуре на выходе очень хорош для получения синтез-газа, так как при такой организации процесса все органические вещества угля превращаются

в термодинамически стабильные соединения (СО2, СО, Н2, Н2О), поэтому при охлаждении газа не выделяются конденсируемые вещества (смола, масло, бензол, фенолы).

Схема процесса Koppers – Totzek показана на рис. 4.8 [8]. Потребление кислорода составляет 0,39–0,45 м3 на 1 м3 смеси СО + Н2. КПД, определенный как отношение теплоты сгорания газа, полученного из угля, к теплоте сгорания угля, доходит до 65–72 %. С учетом производства пара КПД повышается до 78–82 %.

Рис. 4.8. Схема газификации угольной пыли по способу Koppers – Totzek:

1 – бункер для исходного угля; 2 – мельница (с сортировкой); 3 – циклонные

сепараторы; 4 – бункер для угольной пыли; 5 – генератор топливного газа;

6 – фильтр для пара; 7 – система бункеров; 8 – котел-утилизатор; 9 –

газогенератор; 10 – устройство для выгрузки золы; 11 – водяной скруббер;

12 – центробежный насос; 13 – холодильник; 14 – быстродействующий

затвор для газа; 15 – газодувка сырого газа; 16 – газгольдер сырого газа;

17 – электрофильтр; 18 – отстойник; 19 – градирня

Состав сырого газа на выходе из газогенератора Koppers – Totzek, перерабатывающего угольную пыль, обычно бывает таким, % об.:

– СО – 57,2;

– Н2 – 30,7;

– СО2 – 10,5;

– СН4 – 0,1;

– N2 – 1,2;

– H2S+COS – 0,3 (при переработке угля, содержащего, %, влаги – 1, С – 70, Н – 5, S – 0,8, N – 1,2 и О – 12).

Теплота сгорания газа Qв = 11,2 кДж/м3.

Серьезным недостатком всех автотермических процессов газификации является то, что в них часть дорогостоящего сырья нужно сжигать для сообщения тепла, необходимого для газификации, производства водяного пара и выработки другой необходимой энергии [8].

4.3.2. Аллотермические процессы

Поводом для развития аллотермических процессов газификации послужили прежде всего особые требования к газу для синтезов Фишера – Тропша: получение обогащенного водородом синтез- газа с соотношением CO:H2 до 1:2.

При аллотермических методах тепло вводится с посторонним теплоносителем; при этом достигается дополнительный эффект – снижение выхода диоксида углерода (а потому уменьшение объема отмываемого газа), и можно отказаться от кислорода как газифицирующего агента (следовательно, и от дорогостоящей кислородной установки).

Аллотермические процессы можно различать по способу подвода тепла:

а) по способу передачи внешнего тепла (процессы с газообраз- ным или твердым теплоносителем и процессы с передачей тепла через твердую стенку);

б) по способу получения аллотермического тепла (процессы с ядерным теплом, электрической энергией, другими видами энергии);

в) автотермические процессы, которые можно отнести к алло- термическим вследствие того, что в них сжигание топлива проводится не в зоне газификации, а в отдельной ступени.

1. Способы с газообразным теплоносителем. Принцип всех

технических вариантов заключается в циркуляции и перегреве части получаемого газа в регенераторе.

Способ Koppers с циркуляцией газа применяется для газификации предварительно брикетированного бурого угля. Достоинством

метода является высокая производительность, которая явилась следствием не только применения упрочненных брикетов, но и использования измененного метода работы. При выработке 1200 м3 газа (Qн =

= 4609 кДж/м3) на 1 т брикетов производительность составила ~ 32000 м3/ч на один агрегат. На рис. 4.9 показана поточная схема

способа Koppers.

Рис. 4.9. Схема способа Koppers с циркуляцией газа: 1 – генератор

с вращающейся решеткой; 2, 16 – циклоны; 3 – скруббер- холодильник;

4 – газодувка генераторного газа; 5 – металлический рекуператор;

6 – топочная камера; 7 – регенерационная установка; 8 – регенератор;

9 – газодувка циркуляционного газа; 10 – смолоотделитель; 11 – верхний

бункер; 12 – газогенератор; 13 – маточный фильтр; 14 – зона охлаждения

коксового остатка; 15 – паровой котел низкого давления; 17 – скруббер

холодильник; 18 – дезинтегратор; 19 – концевой холодильник;

20 – газодувка для синтез-газа

Регенераторы, как и доменные воздухонагреватели (кауперы), снабжены шахтной топкой и отделены от газогенератора. Они обогреваются газом с низкой теплотой сгорания, получаемым из коксового остатка.

Газогенератор состоит из четырех камер, каждая из которых имеет площадь сечения 4 × 2 м и высоту 11 м. Буроугольные брикеты поступают сверху, проходят зону подсушки и полукоксования и попадают на установку получения газа. Газ полукоксования после отделения смолы и прохождения газодувок (в которых он дополнительно очищается от смолы) смешивают с технологическим паром и нагревают в газогенераторах еще на 250 ℃. При этом достигается расщепление всех высших углеводородов до метана. Часть полученного водяного газа отводят и используют как синтез-газ. Но сначала этот газ отдает значительное количество своего тепла для производства пара, а затем очищается. Остальной водяной газ подают в зону полукоксования, а потом выводят на циркуляцию в газогенератор.

Брикеты должны иметь определенные размеры и содержание влаги, чтобы выдерживать термическую обработку в процессе сушки и полукоксования и не разваливаться [8]. Поэтому для осуществления процесса применяют специальные технологические приемы, прежде всего добавляют остаточный синтез-газ, содержащий метан, перед регенераторами. Благодаря этой добавке облегчается полукоксование в шахте газогенератора. Кроме того, в отдельной камере осуществляют осторожную сушку брикетов инертным газом, циркулирующим по специальному трубопроводу, и в результате потребность в тепле снижается на ~ 3771 кДж/м3 (этот способ газификации получил название «переработка с добавлением остаточного газа»).

2. Способы с внешним подводом тепла. При этом варианте

аллотермической газификации производительность газогенератора определяется теплопередачей от нагретой среды к стенке газогенератора (она может быть металлической или керамической), теплопередачей в стенке и теплопередачей от стенки к газифицируемому сырью и газифицирующему агенту. Поэтому результаты способа и его КПД сильно зависят от вида загрузки, зернения угля, соотношения потоков и т. д. Способы с внешним подводом тепла предназначены для бурых углей: их легко газифицировать и для них необходимый перепад температур между теплоносителем и зоной газификации обеспечивается легче, чем в случае каменных углей. В настоящее

время данные способы распространения не получили из-за эрозии и коррозии оборудования, а также низкой теплопередачи используемых материалов аппаратов.

3. Способы с твердым теплоносителем. Тепло, необходимое

для эндотермической газификации, можно подводить извне (с помощью нагретых газов или твердого теплоносителя), путем непосредственного контакта или косвенным путем:

а) схема способа Coalcon (называемого также способом «зола- клинкер») представлена на рис. 4.10.

Рис. 4.10. Схема способа Coalcon по методу фирмы Battell-UCC:

1 – топка-регенератор; 2, 5 – циклоны; 3 – газовый скруббер;

4 – газогенератор; 6 – скруббер для очистки газа

Аппаратура состоит из двух реакционных агрегатов, работающих под давлением, – газогенератора, в котором осуществляется газификация угля перегретым паром в псевдоожиженном слое, и топки-регенератора, где кокс сгорает с воздухом тоже в псевдоожиженном слое. Теплоносителем являются гранулы золы, которые выводят из топки-регенератора и вводят в псевдоожиженный слой газогенератора. Уголь сушат и измельчают до частиц размером менее 0,4 мм и, если нужно, подвергают термообработке для уменьшения спекающейся способности. С помощью шлюзов, работающих под давлением, уголь подают в газогенератор пневматически – инертным

или рециркулирующим газом. Уголь вводят в верхнюю часть псевдоожиженного слоя на том же уровне, на который подают горячие гранулы золы.

Гранулы золы и угля разделяются в псевдоожиженном слое за счет разности плотностей. Более тяжелые гранулы золы собираются в нижней, суженной по сечению части газогенератора. В этом месте скорость потока такова, что твердые частицы еще приводятся в состояние псевдоожижения. Зона контактирования горячих гранул золы и непрореагировавшего угля простирается почти до места, в котором поперечное сечение начинает уменьшаться. Выше находится зона, в которой содержатся в основном частички кокса. В верхних зонах устанавливается скорость, заметно превышающая скорость, необходимую для образования псевдоожиженного слоя. Зола переходит в нижнюю часть газогенератора, где оставшийся в золе углерод газифицируют паром и выводят через центральный трубопровод, в котором с помощью распределительных пластин создается затвор для водяного пара. Основное количество золы возвращают на циркуляцию, а часть, соответствующую золе, вводимой с исходным углем, выводят из процесса.

Золу, необходимую для процесса, доставляют в регенератор пневматически. Одновременно с золой через центральную трубу в топку поступает кокс из верхней части газогенератора. В трубе с помощью распределительных пластин создается затвор для воздуха, подаваемого для сжигания кокса.

Сгорание происходит в нижней части псевдоожиженного слоя. В зоне горения требуется точное регулирование температуры, чтобы зола была пригодна для агломерации. Температуру нужно поддерживать в пределах (1100 ± 30)–(1150 ± 30) ℃ в зависимости от температуры плавления золы. Температура газификации на 100–150 ℃ ниже указанной.

Состав газа, % об., получаемого способом Coalcon:

– СО – до 39;

– Н2 – 57,9;

– СО2 – 6,6;

– СН4 – 4,0;

– N2 – 0,3.

Теплота сгорания газа Qв = 12,9 кДж/м3. Термический КПД составляет 86 %, степень газификации углерода – 96 %.

Преимущество процесса Coalcon состоит в том, что при сжигании кокса в регенераторе образуются дымовые газы, которые содержат немного летучей золы и поэтому их можно использовать непосредственно в турбодетандере. В регенераторе можно применять вместо оставшегося кокса исходный уголь;

б) способ «СО2-акцептор». При этом способе, в отличие от эн- дотермических реакций газификации водяным паром, потребность в тепле покрывается за счет взаимодействия твердого акцептора с диоксидом углерода:

CaO(доломит) + СО2 → СaCO3, ΔH = –176,8 кДж/моль.

Акцептор в отдельной ступени регенерируют, используя тепло, выделяемое при горении остаточного кокса с воздухом, и возвращают в процесс. В качестве сырья можно использовать только бурый уголь или очень реакционноспособный неспекающийся каменный, так как температура газификации ограничена величиной 850 ℃, то есть уровнем термической стабильности доломита [8].

Типичный состав сырого газа (смесь газов полукоксования и газификации) показан ниже, % об.:

– СО – 15,5;

– Н2 – 56,0;

– СО2 – 10,9;

– СnН2n – 0,1;

– СН4 – 14,1;

– N2 – 3,0;

– H2S, NH3 и др. – 0,4.

Теплота сгорания газа равна Qв = 14,8 МДж/м3.

4.4. Многоступенчатые процессы газификации

1. Способ Hygas разработан в США в 1970 г. Уголь здесь под-

вергают гидрогазификации водородсодержащим газом. Уголь измельчают до частиц размером 0,15–1,6 мм и одновременно сушат. Для спекающихся углей предусмотрена предварительная обработка: ~ 10 % исходного угля при атмосферном давлении и 350–400 ℃ сжигают с воздухом в псевдоожиженном слое, благодаря чему выделяются самые низкокипящие летучие компоненты и окисляется наружная поверхность угольных частиц. Благодаря этому снижается

<<< < Предыдущая 1 2 3 45 / 95 6 7 8 9 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]