RU2087525C1 - Method of gasifying coals and electroarc plasma reactor for coal gasification - Google Patents
Method of gasifying coals and electroarc plasma reactor for coal gasification Download PDFInfo
- Publication number
- RU2087525C1 RU2087525C1 RU94011507A RU94011507A RU2087525C1 RU 2087525 C1 RU2087525 C1 RU 2087525C1 RU 94011507 A RU94011507 A RU 94011507A RU 94011507 A RU94011507 A RU 94011507A RU 2087525 C1 RU2087525 C1 RU 2087525C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coal
- reactor
- gasification
- flue gases
- chamber
- Prior art date
Links
Landscapes
- Industrial Gases (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к энергетике, а именно, к способам и устройствам для термической переработки углей и может быть использовано на тепловых электростанциях, в котельных для получения из низкосортного энергетического угля высококачественного синтез-газа, состоящего из водорода и оксида углерода. The invention relates to energy, and in particular, to methods and devices for the thermal processing of coal and can be used in thermal power plants, in boiler houses to produce high-quality synthesis gas consisting of hydrogen and carbon monoxide from low-grade thermal coal.
Известен процесс газификации угля в пылевидном потоке, который осуществляют в газификаторе Копперс-Тотцека. В камеру газификатора через форсунки вдувают пылевидный уголь (размер частиц ≈0,1 мкм) с паром и кислородом. Процесс газификации угля осуществляют с жидким шлакоудалением. Газогенератор представляет собой горизонтальную камеру с установленными на торцах друг против друга форсунками для подачи реагентов. Рекомендуется перерабатывать угли с содержанием золы меньше 40% и остаточной влажностью не больше 6-8% Образующийся газ удаляют сверху газогенератора, а жидкий шлак выпускают снизу. Состав получаемого газа (%): CO 57,2; H2 30,7; CO2 10,5; CH4 0,1; N2 1,2. Теплотворная способность газа Qв 11,2 МДж/м3. При парокислородной газификации пылевидного топлива достигается высокая степень превращения углерода, отсутствуют нежелательные продукты полукоксования угля и возможна переработка разнообразного сырья.The known process of gasification of coal in a pulverized stream, which is carried out in a Koppers-Totzeck gasifier. Pulverized coal (particle size ≈0.1 μm) with steam and oxygen is injected into the gasifier chamber through nozzles. The process of coal gasification is carried out with liquid slag removal. The gas generator is a horizontal chamber with nozzles for supplying reagents mounted at the ends of each other. It is recommended to process coal with an ash content of less than 40% and a residual moisture content of not more than 6-8%. The resulting gas is removed from the top of the gas generator, and liquid slag is released from below. The composition of the gas obtained (%): CO 57.2; H 2 30.7; CO 2 10.5; CH 4 0.1; N 2 1,2. The calorific value of gas Q is 11.2 MJ / m 3 . With vapor-oxygen gasification of pulverized fuel, a high degree of carbon conversion is achieved, there are no unwanted semi-coking products of coal, and various raw materials can be processed.
Однако для известного автотермического процесса газификации характерно значительное содержание в получаемом газе диоксида углерода, которое составляет ≈10% Это связано с компенсацией эндотермического эффекта реакции сжиганием части угля. Кроме того, известный процесс связан с необходимостью использования значительного количества кислорода, что существенно повышает стоимость синтез-газа. However, the well-known autothermal gasification process is characterized by a significant content of carbon dioxide in the resulting gas, which is ≈10%. This is due to the compensation of the endothermic effect of the reaction by burning part of the coal. In addition, the known process is associated with the need to use a significant amount of oxygen, which significantly increases the cost of synthesis gas.
Известен способ плазменной газификации экибастузских углей и плазменный реактор для его осуществления. По этому способу в камеру реактора подают измельченный уголь и газифицирующий агент. В качестве газифицирующего агента используют водяной пар, кислород или воздух. В реакционной камере производят нагрев пылегазовой смеси в потоке низкотемпературной плазмы и осуществляют газификацию угля. Среднемассовая температура процесса 1500-3000 К. Газообразные и твердые продукты газификации по теплоизолированным трубам подаются в горелки котла на сжигание. Как показали расчеты, теплота сгорания синтез-газа на единицу массы газовой фазы при температуре 1800 К составляет для воздуха 6,5 МДж/кг, для кислорода 13 МДж/кг, а для водяного пара 19 МДж/кг, а затраты электроэнергии на единицу массы условного топлива в тех же условиях и тепловом КПД газификатора, равном 0,8, равны соответственно 2,55; 2,0 и 2,75 квт.ч/кг. То есть, продукты паровой газификации по теплоте сгорания в три раза превосходят продукты воздушной газификации, тогда как затраты электроэнергии на единицу массы условного топлива в этом случае увеличиваются лишь на 10% На этом основании сделан вывод о перспективности применения в качестве газифицирующего агента водяного пара по сравнению с другими окислителями. A known method of plasma gasification of Ekibastuz coal and a plasma reactor for its implementation. In this method, crushed coal and a gasification agent are fed into the reactor chamber. Water vapor, oxygen or air are used as the gasification agent. In the reaction chamber, the dust-gas mixture is heated in a low-temperature plasma stream and coal is gasified. The mass-average temperature of the process is 1500-3000 K. Gaseous and solid gasification products are fed through heat-insulated pipes to the burners of the boiler for combustion. According to calculations, the heat of combustion of synthesis gas per unit mass of the gas phase at a temperature of 1800 K is 6.5 MJ / kg for air, 13 MJ / kg for oxygen, and 19 MJ / kg for water vapor, and the cost of electricity per unit mass equivalent fuel under the same conditions and thermal efficiency of the gasifier, equal to 0.8, respectively equal to 2.55; 2.0 and 2.75 kWh / kg. That is, the products of steam gasification in terms of calorific value are three times higher than the products of air gasification, while the cost of electricity per unit mass of standard fuel in this case increases by only 10%. Based on this, it is concluded that water vapor can be used as a gasification agent compared to with other oxidizing agents.
Однако при использовании в качестве газифицирующего агента водяного пара, а тем более кислорода, являющихся в настоящее время очень дорогостоящими реагентами, существенно повышается стоимость получаемого синтез-газа и снижается экономичность процесса. However, when using water vapor, and even more so oxygen, which are currently very expensive reagents, as a gasification agent, the cost of the resulting synthesis gas increases significantly and the efficiency of the process decreases.
Для реализации данного процесса разработан плазменный реактор постоянного тока с противотоком твердой и газовой фазы. Он содержит вертикальную цилиндрическую камеру, футерованную огнеупорным материалом. Камера реактора водоохлаждаемая и изготовлена из стали, а снаружи охвачена электромагнитной катушкой. В нижней части реактора на дне шлакосборника установлен стержневой графитовый электрод, а сверху реактора расположены эжекторы для подачи угля в камеру тремя струями. Электрическая дуга горит со стержневого электрода на кольцевой электрод, вмонтированный в стенку реактора. Разряд находится в постоянном магнитном поле, создаваемом электромагнитной катушкой и под действием силы Лоренца вращается по кольцевому электроду. Кольцевой электрод в зоне горения дуги выполнен с расширением к низу, что облегчает удаление шлака со стенки. Газификация угля происходит в противотоке пара, нагретого до высокой температуры. Ожидаемая расчетная производительность плазменного газификатора составляет около 2,6 т.у.т/час по синтез-газу, а электрическая мощность плазменного газификатора около 7,5 МВт. При тепловом КПД газификатора, равном 0,8, затраты электроэнергии на процесс достигают 2,9 квтч/т.у. т. To implement this process, a direct current plasma reactor with a counterflow of solid and gas phases has been developed. It contains a vertical cylindrical chamber lined with refractory material. The reactor chamber is water-cooled and made of steel, and is externally covered by an electromagnetic coil. A rod graphite electrode is installed at the bottom of the reactor at the bottom of the slag collector, and ejectors for feeding coal into the chamber with three jets are located on top of the reactor. An electric arc burns from the rod electrode to a ring electrode mounted in the wall of the reactor. The discharge is in a constant magnetic field created by an electromagnetic coil and, under the action of the Lorentz force, rotates along a ring electrode. The ring electrode in the zone of arc burning is made with expansion to the bottom, which facilitates the removal of slag from the wall. Coal gasification takes place in a countercurrent of steam heated to a high temperature. The expected design capacity of the plasma gasifier is about 2.6 tons of fuel equivalent per hour for synthesis gas, and the electric power of the plasma gasifier is about 7.5 MW. With a thermal efficiency of the gasifier equal to 0.8, the energy consumption for the process reaches 2.9 kWh / t. t
Однако в данном плазменном реакторе пылегазовая смесь поступает неравномерно по сечению камеры тремя струями. Следует отметить, что неравномерный ввод измельченных и газообразных реагентов является отличительной особенностью всех известных плазменных реакторов, предназначенных для переработки дисперсных материалов. Это приводит к неравномерному нагреву реагентов, что существенно снижает степень извлечения целевых продуктов. К тому же, применения в качестве газифицирующих агентов водяного пара и кислорода, интенсивно реагирующих с футеровкой камеры и графитовыми электродами, приводит к их быстрому износу. Снижению срока службы реактора способствует форма кольцевого электрода, которая имеет сужение в верхней части и расширение в нижней части. При этом из-за силы гравитации шлак быстрее стекает с кольцевого электрода и оголяет его поверхность, что ускоряет эрозию электрода в агрессивной среде. However, in this plasma reactor, the dust-gas mixture enters unevenly over the chamber section with three jets. It should be noted that the uneven input of ground and gaseous reagents is a distinctive feature of all known plasma reactors designed for the processing of dispersed materials. This leads to uneven heating of the reagents, which significantly reduces the degree of extraction of the target products. In addition, the use of water vapor and oxygen as gasification agents, which intensively react with the lining of the chamber and graphite electrodes, leads to their rapid wear. Reducing the life of the reactor contributes to the shape of the ring electrode, which has a narrowing in the upper part and an extension in the lower part. At the same time, due to the force of gravity, the slag drains faster from the ring electrode and exposes its surface, which accelerates the erosion of the electrode in an aggressive environment.
Наиболее близким к предлагаемому способу газификации является способ сжигания низкосортных углей. В этом способе с целью исключения примесей окислителей в конечном продукте используется аллотермический процесс с применением плазменного нагрева. Для обеспечения оптимального отношения водорода к оксиду углерода (H2: CO) в получаемом восстановительном газе в качестве окислителя применяется водяной пар. Весь перерабатываемый мелкодисперсный уголь вместе с окислителем подают в плазменный реактор с совмещенной зоной выделения и поглощения тепла. Ввод измельченного материала в реакционную зону осуществляют по патрубкам в виде струи.Closest to the proposed method of gasification is a method of burning low-grade coal. In this method, in order to eliminate impurities of oxidizing agents in the final product, an allothermic process using plasma heating is used. To ensure the optimum ratio of hydrogen to carbon monoxide (H 2 : CO), steam is used as the oxidizing agent in the resulting reducing gas. All processed fine coal together with the oxidizing agent is fed into a plasma reactor with a combined zone of heat generation and absorption. The introduction of the crushed material into the reaction zone is carried out by nozzles in the form of a jet.
Однако применение водяного пара в качестве газифицирующего агента заметно удорожает стоимость получаемого синтез-газа, а неравномерная подача угольной пыли по сечению реакционного канала (в виде струи) снижает степень газификации угля, которая не превышает 91-93%
Наиболее близким к предлагаемому плазменному реактору является аппарат для газификации углей, представляющий вертикальный водоохлаждаемый цилиндр, футерованный графитом. Через верхнюю крышку введены стержневые графитовые электроды. Снаружи камера реактора охвачена электромагнитной катушкой - соленоидом, питаемый постоянным током от независимого источника. В камере реактора между стенкой и стержневыми графитовыми электродами горит трехфазная электрическая дуга переменного тока в постоянном магнитном поле. Измельченный уголь и водяной пар, подаваемые в камеру реактора сплошной струей через крышку, подхватываются плазменными струями расширяющихся столбов и, интенсивно нагреваясь, отбрасываются на стенку камеры. При движении частиц угля в объеме камеры реактора происходит газификация топлива. Шлак стекает в шлакосборник, а образующийся синтез-газ удаляется на дальнейшую обработку. Известный аппарат обеспечивает степень газификации угля 91,1-93,5 степень перевода серы в газовую фазу 90,8-96,7 Получаемый газ состоит из CO и H2 на 95,6-95,8
Применение водяного пара в качестве газифицирующего агента существенно ускоряет эрозию графитовой футеровки камеры и износ графитовых стержневых электродов, что сокращает ресурс реактора и повышает расход графитовых дорогостоящих электродов. Снижению ресурса аппарата также способствует наличие гладких стенок реактора, что приводит к беспрепятственному стеканию расплава по стенке и ее оголению.However, the use of water vapor as a gasification agent significantly increases the cost of the resulting synthesis gas, and the uneven supply of coal dust over the cross section of the reaction channel (in the form of a jet) reduces the degree of coal gasification, which does not exceed 91-93%
Closest to the proposed plasma reactor is a apparatus for gasification of coal, representing a vertical water-cooled cylinder lined with graphite. Through the top cover, rod graphite electrodes are introduced. Outside, the reactor chamber is surrounded by an electromagnetic coil - a solenoid, fed by direct current from an independent source. In the reactor chamber between the wall and the rod graphite electrodes, a three-phase AC electric arc in a constant magnetic field burns. The crushed coal and water vapor supplied to the reactor chamber by a continuous jet through the lid are picked up by the plasma jets of expanding columns and, being intensely heated, are thrown onto the chamber wall. When coal particles move in the volume of the reactor chamber, gasification of the fuel occurs. Slag flows into the slag collector, and the resulting synthesis gas is removed for further processing. The known apparatus provides a degree of gasification of coal 91.1-93.5; a degree of conversion of sulfur to the gas phase 90.8-96.7. The produced gas consists of CO and H 2 95.6-95.8
The use of water vapor as a gasifying agent significantly accelerates the erosion of the graphite lining of the chamber and the wear of graphite rod electrodes, which reduces the life of the reactor and increases the consumption of expensive graphite electrodes. The presence of smooth reactor walls also contributes to a reduction in the resource of the apparatus, which leads to unimpeded runoff of the melt along the wall and its exposure.
Задача, решаемая в предлагаемом изобретении, заключается в повышении эффективности процесса газификации угля и увеличении ресурса работы плазменного реактора. The problem to be solved in the present invention is to increase the efficiency of the coal gasification process and increase the life of the plasma reactor.
Для достижения обеспечиваемого изобретением технического результата в способе газификации угля, предусматривающем ввод измельченного угля с газифицирующим агентом в камеру реактора, генерирование потока низкотемпературной плазмы в камере с использованием плазменного газа и нагрев угольной аэросмеси в потоке низкотемпературной плазмы, согласно изобретению, перед вводом измельченного угля с газифицирующим агентом в камеру осуществляют разделение потока угольной аэросмеси на основной и стабилизирующий потоки, а в качестве газифицирующего агента и плазмообразующего газа используют дымовые газы, при этом разделенные потоки смеси угля и дымовых газов подают равномерно по сечению камеры реактора, для чего в каналах для ввода реагентов поддерживают постоянным отношение расхода смеси и дымовых газов к площади сечения канала, а также тормозят стекание расплава по стенке реактора. In order to achieve the technical result provided by the invention in a method for coal gasification, comprising introducing crushed coal with a gasifying agent into the reactor chamber, generating a low-temperature plasma stream in the chamber using plasma gas and heating the coal air mixture in the low-temperature plasma stream according to the invention, before introducing the crushed coal with gasifying agent in the chamber separates the flow of coal mixtures into the main and stabilizing flows, and as gasification flue gases are used, while the separated flows of the mixture of coal and flue gases are fed uniformly over the reactor chamber cross section, for which the ratio of the flow rate of the mixture and flue gases to the channel cross-sectional area is kept constant in the reagent inlet channels, and the melt runoff is inhibited along the wall of the reactor.
Достижение обеспечиваемого изобретением технического результата стало возможным благодаря электродуговому плазменному реактору для газификации углей, содержащему камеру с электромагнитной катушкой, стержневые электроды и патрубки для ввода реагентов и вывода продуктов реакции. Согласно изобретению патрубки для ввода реагентов выполнены в виде размещенных на крышке реактора концентрических каналов сечений, причем каждый канал снабжен вертикальной трубкой для ввода угля и тангенциальным патрубком для подачи дымовых газов, а на внутренней стенке реактора выполнен кольцевой паз, равный высоте электромагнитной катушки. The achievement of the technical result provided by the invention was made possible thanks to the electric arc plasma reactor for coal gasification, containing a chamber with an electromagnetic coil, rod electrodes and nozzles for introducing reagents and outputting reaction products. According to the invention, the nozzles for introducing reagents are made in the form of concentric cross-section channels placed on the reactor cover, each channel having a vertical tube for introducing coal and a tangential nozzle for supplying flue gases, and an annular groove equal to the height of the electromagnetic coil is made on the inner wall of the reactor.
Именно заявляемая совокупность конструктивных признаков обеспечивает согласно способу осуществление процесса газификации угля с использованием в качестве газифицирующего агента дымовых газов, равномерное разделение смеси угля с дымовыми газами по сечению камеры реактора и торможение слоя расплава по стенке реактора. Это позволяет сделать вывод о том, что заявляемые изобретения связаны между собой настолько, что образуют единый изобретательский замысел, и могут быть использованы лишь совместно. It is the claimed combination of structural features that according to the method ensures the implementation of the process of gasification of coal using flue gases as a gasification agent, uniform separation of the coal mixture with flue gases along the cross section of the reactor chamber and braking of the melt layer along the reactor wall. This allows us to conclude that the claimed invention are so interconnected that they form a single inventive concept, and can only be used together.
Дымовые газы тепловых электростанций при избытке воздуха в уходящих газах αв= 1,4 имеют следующий состав (об.) CO2 16; N2 68,5; H2O 9,6; O2 5,9. Применение при газификации угля в качестве газифицирующего агента дымовых газов со значительным содержанием диоксида углерода и паров воды обеспечивает получение высококалорийного синтез-газа, состоящего из оксида углерода и водорода:
C + CO2 2CO;
C + H2O CO + H2
Дымовые газы, как газифицирующий агент, являются значительно более дешевыми реагентами, чем кислород и водяной пар. По сравнению с газифицирующим агентом воздухом использование дымовых газов способствует получению горючего газа с более высокой теплотой сгорания. Совокупность указанных положительных факторов значительно повышает экономическую эффективность процесса газификации углей.The flue gases of thermal power plants with an excess of air in the exhaust gases α in = 1,4 have the following composition (vol.) CO 2 16; N 2 68.5; H 2 O 9.6; O 2 5.9. The use of coal in gasification as a gasifying agent of flue gases with a significant content of carbon dioxide and water vapor provides a high-calorific synthesis gas consisting of carbon monoxide and hydrogen:
C + CO 2 2CO;
C + H 2 O CO + H 2
Flue gases, as a gasification agent, are significantly cheaper reagents than oxygen and water vapor. Compared with a gasifying agent, air, the use of flue gases contributes to the production of combustible gas with a higher calorific value. The combination of these positive factors significantly increases the economic efficiency of the coal gasification process.
В отличие от известных способов газификации углей в предложенном изобретении впервые обеспечивается равномерный ввод измельченных и газообразных реагентов по сечению камеры реактора. Это достигается путем разделения смеси угля и дымовых газов и их вводом через расположенные на крышке реактора концентрические каналы сечения. Число концентрических каналов может быть два и более и их количество зависит от диаметра камеры реактора и его производительности. В общем случае при увеличении числа каналов сечений повышается равномерность ввода реагентов в реакционную зону. Возможны два варианта осуществления способа, когда при проектировании реактора в него можно заложить постоянные от сечения к сечению расходы аэросмеси Ga и площади концентрических каналов-сечений:
Ga const S const,
либо различные от сечения к сечению G a и S:
Ga var S var.In contrast to the known methods for coal gasification, the proposed invention for the first time provides uniform input of crushed and gaseous reagents over the cross section of the reactor chamber. This is achieved by separating the mixture of coal and flue gases and introducing them through concentric section channels located on the reactor lid. The number of concentric channels can be two or more and their number depends on the diameter of the reactor chamber and its productivity. In the general case, with an increase in the number of cross-section channels, the uniformity of the input of reactants into the reaction zone increases. Two variants of the method are possible when, during the design of the reactor, it is possible to lay in it constant from section to section air mixture flows G a and the area of concentric channels-sections:
G a const S const,
or different from section to section G a and S:
G a var S var.
Очень важно, что в каждом из указанных сечений поддерживают постоянными отношение расхода смеси угля и дымовых газов к площади концентрического канала-сечения
W Ga/S const.It is very important that in each of these sections the ratio of the flow rate of the mixture of coal and flue gases to the area of the concentric channel-section is kept constant
WG a / S const.
Выполнение указанного требования обеспечивает равномерное поступление угля и дымовых газов в высокотемпературную зону и исключает вероятность перегрева, либо недогрева части реагентов. При равномерном прогреве пылегазовой смеси достигается высокая степень газификации угля. The fulfillment of this requirement ensures a uniform flow of coal and flue gases into the high-temperature zone and eliminates the possibility of overheating or underheating of some of the reagents. With uniform heating of the dust-gas mixture, a high degree of coal gasification is achieved.
В заявляемом способе и устройстве предлагается использовать в качестве газифицирующего агента и плазмообразующего газа дымовые газы вместо кислорода, водяного пара, воздуха и т.д. Подача в камеру плазменного реактора в таком значительном количестве дымовых газов с высоким содержанием диоксида углерода (16%) и пониженным содержанием паров воды и кислорода (5,9) намного снижает эрозию электродов даже по сравнению с прототипом, не говоря уже об аналогах, где в качестве газифицирующего агента используется кислород, водяной пар, воздух и т.д. In the claimed method and device, it is proposed to use flue gases instead of oxygen, water vapor, air, etc. as a gasification agent and a plasma-forming gas. The supply to the chamber of the plasma reactor in such a significant amount of flue gases with a high content of carbon dioxide (16%) and a low content of water vapor and oxygen (5.9) significantly reduces the erosion of the electrodes even compared to the prototype, not to mention the analogues, where The gasification agent used is oxygen, water vapor, air, etc.
На уменьшение эрозии электродов, а, следовательно, повышение ресурса плазменного реактора нацелена и другая новая операция предлагаемого технического решения торможение стекания расплава по стенке реактора путем выполнения на стенке камеры кольцевого паза равного высоте электромагнитной катушки. Расплав на стенку отбрасывается, как уже отмечалось, плазменными струями расширяющихся дуговых столбов. В известных плазменных реакторах для переработки измельченных материалов расплав беспрепятственно стекает по гладкой стенке и оголяет ее. При этом подаваемые в высокотемпературную зону высокореакционные окислители (кислород, водяной пар, воздух и т. д.) интенсивно реагируют со стенкой камеры и резко усиливают ее эрозию. В заявляемом же изобретении кольцевой паз на стенке реактора заполняется расплавом, который тормозится нижней кромкой паза. В данных условиях электрическая дуга со стержневого электрода угля горит не на оголенную стенку, как в известных аппаратах, а на своеобразную "ванну расплава" на стенке, что существенно уменьшает эрозию кольцевого электрода. Ширину кольцевого паза рекомендуется брать равной высоте электромагнитной катушки, поскольку именно в этой области на стенке реактора перемещаются опорные пятна дуги, вызывающие интенсивную эрозию электрода. Another new operation of the proposed technical solution is aimed at reducing erosion of the electrodes, and, consequently, increasing the life of the plasma reactor, the inhibition of melt runoff along the reactor wall by making an annular groove equal to the height of the electromagnetic coil on the chamber wall. The melt on the wall is discarded, as already noted, by the plasma jets of expanding arc columns. In known plasma reactors for the processing of crushed materials, the melt flows freely along a smooth wall and exposes it. At the same time, highly reactive oxidizing agents (oxygen, water vapor, air, etc.) supplied to the high-temperature zone intensively react with the chamber wall and sharply increase its erosion. In the claimed invention, the annular groove on the wall of the reactor is filled with a melt, which is inhibited by the lower edge of the groove. Under these conditions, the electric arc from the rod electrode of the coal burns not on the exposed wall, as in the known apparatuses, but on a kind of “molten bath” on the wall, which significantly reduces the erosion of the ring electrode. The width of the annular groove is recommended to be taken equal to the height of the electromagnetic coil, since it is in this area on the wall of the reactor that the supporting spots of the arc move, causing intense erosion of the electrode.
Таким образом, за счет применения в значительном количестве дымовых газов с повышенным содержанием CO2, а также торможением слоя расплава на стенке реактора и защиты поверхности кольцевого электрода удается резко повысить ресурс работы плазменного реактора. В прелагаемом изобретении ресурс работы плазменного реактора может достигать десяти тысяч часов, так как он определяется только сроком службы кольцевого электрода, поскольку в качестве стержневых электродов в нем применяют непрерывно наращиваемые графитовые электроды с практически безграничным ресурсом.Thus, due to the use of a significant amount of flue gases with a high content of CO 2 , as well as inhibition of the melt layer on the wall of the reactor and protection of the surface of the ring electrode, it is possible to sharply increase the life of the plasma reactor. In the proposed invention, the life of a plasma reactor can reach ten thousand hours, since it is determined only by the life of the ring electrode, since continuously growing graphite electrodes with practically unlimited resource are used as rod electrodes in it.
Тщательный анализ патентной и научно-технической литературы показал, что из уровня техники не известны технические решения, содержащие совокупность признаков, сходных или эквиавлентных заявляемым. Это позволяет сделать вывод о соответствии предложения критериям "новизна" и "изобретательский уровень". A thorough analysis of patent and scientific and technical literature showed that the technical solutions are not known from the prior art, containing a combination of features similar or equivalent to the claimed ones. This allows us to conclude that the proposal meets the criteria of "novelty" and "inventive step".
Сущность изобретения поясняется чертежом, где схематично изображен предлагаемый электродуговой плазменный реактор для газификации углей в разрезе, без вспомогательного оборудования. The invention is illustrated in the drawing, which schematically shows the proposed electric arc plasma reactor for coal gasification in section, without auxiliary equipment.
Реактор содержит камеру 1, охваченную снаружи электромагнитной катушкой 2. На крышке реактора установлен стержневой графитовый электрод 3. Количество электродов может быть один, два и три. Питание реактора может осуществляться как постоянным, так и переменным током. The reactor contains a chamber 1, covered externally by an electromagnetic coil 2. A rod graphite electrode 3 is mounted on the reactor lid. The number of electrodes can be one, two and three. The reactor can be powered by either direct or alternating current.
Новыми элементами реактора являются патрубки 4 для ввода реагентов. Они выполнены в виде размещенных на крышке реактора концентрических каналов-сечений. Каждый канал снабжен вертикальной трубкой 5 для ввода угля и тангенциальным патрубком 6 для подачи дымовых газов. На стенке 7 реактора выполнен кольцевой паз 8, равный высоте электромагнитной катушки 2. New elements of the reactor are pipes 4 for introducing reagents. They are made in the form of concentric channels-sections placed on the reactor cover. Each channel is equipped with a vertical pipe 5 for introducing coal and a tangential pipe 6 for supplying flue gases. An annular groove 8 is made on the wall of the reactor 7, which is equal to the height of the electromagnetic coil 2.
Между стержневым электродом 3 и расплавом в кольцевом пазу 8 горит электрическая дуга 9. Струйные течения плазмы в дуге 9 приводят к возникновению в объеме камеры реактора замкнутых циркуляций 10. Between the rod electrode 3 and the melt in the annular groove 8, an electric arc 9 burns. The stream of plasma in the arc 9 leads to the occurrence of closed circulations 10 in the volume of the reactor chamber.
Предлагаемый способ газификации углей осуществляют следующим образом. The proposed method of gasification of coal is as follows.
Вначале производят разделение измельченного угля и вводят его по вертикальным трубкам 5 в концентрические каналы-сечения 4. По тангенциальным патрубкам 6 подают дымовые газы от рециркуляционного дымососа. Смесь угля и дымовых газов вводят равномерно по сечению камеры реактора 1. Для этого в каждом из указанных сечений 4 поддерживают постоянным отношение расхода смеси угля и дымовых газов к площади сечения. Между стержневым электродом 3 и стенкой камеры реактора 7 зажигают электрическую дугу 9 и включают электромагнитную катушку 2. Под действием силы Лоренца дуговые столбы 9 начинают вращаться в межэлектрическом промежутке. При вращении дуги 9 из-за разности диаметра стержневого электрода 3 и кольцевого паза 8, а также разности аэродинамического сопротивления в местах привязки дуги 9 электрический разряд расширяется по направлению к стенке 7. При расширении дугового столба 9 в нем возникают высокоскоростные плазменные струи (струи Меккера) от места сужения в сторону расширения. Эти плазменные струи подхватывают частицы угля, а также дымовые газы и интенсивно нагревая их отбрасывают на стенку 7. В процессе движения реагентов в объеме реактора происходит газификация топлива. Замкнутые циркуляции 10 интенсифицируют тепломассообмен в реакционной зоне. Расплав высаживается в кольцевом пазу 8 на стенке 7 реактора и заполняет его. При этом дуга 9 горит между стержневым электродом 3 и "ванной расплава" в кольцевом пазу 8, что повышает ресурс работы реактора. При газификации угля образуется синтез-газ, состоящий из оксида углерода и водорода, который удаляется через нижнее отверстие в реакторе. Здесь же выпускается шлак в шлакосборник (на рисунке не показан). First, the crushed coal is separated and introduced through vertical pipes 5 into concentric cross-section channels 4. Flue gases from a recirculation smoke exhauster are supplied through tangential pipes 6. The mixture of coal and flue gases is introduced uniformly over the cross section of the chamber of the reactor 1. For this, in each of these sections 4, the ratio of the flow rate of the mixture of coal and flue gases to the cross-sectional area is kept constant. Between the rod electrode 3 and the chamber wall of the reactor 7, an electric arc 9 is ignited and an electromagnetic coil 2 is turned on. Under the action of the Lorentz force, the arc columns 9 begin to rotate in the interelectrical gap. When the arc 9 is rotated, due to the difference in the diameter of the rod electrode 3 and the annular groove 8, as well as the difference in aerodynamic drag at the points of attachment of the arc 9, the electric discharge expands towards the wall 7. When the arc column 9 expands, high-speed plasma jets arise in it (Mecker jets ) from the point of narrowing towards expansion. These plasma jets pick up coal particles, as well as flue gases, and intensively heat them and throw them onto wall 7. During the movement of the reagents in the reactor volume, gasification of the fuel occurs. Closed circuits 10 intensify heat and mass transfer in the reaction zone. The melt is deposited in an annular groove 8 on the wall 7 of the reactor and fills it. In this case, the arc 9 burns between the rod electrode 3 and the "molten bath" in the annular groove 8, which increases the life of the reactor. During coal gasification, synthesis gas is formed consisting of carbon monoxide and hydrogen, which is removed through the bottom opening in the reactor. Slag is also produced here in a slag collector (not shown in the figure).
При проектировании электродугового плазменного реактора для газификации углей, зная его производительность и теплотехнические характеристики газифицируемого угля, можно обычными инженерными методами рассчитать основные параметры процесса и аппарата: мощность реактора, его ток и напряжение, расходы угля и газифицирующего агента, число трубок для ввода угля и их диаметр, число патрубков дымовых газов и их сечение, геометрические размеры камеры реактора и т.д. When designing an electric arc plasma reactor for coal gasification, knowing its performance and thermal characteristics of gasified coal, it is possible to calculate the basic parameters of the process and apparatus using conventional engineering methods: reactor power, its current and voltage, coal and gasification agent flow rates, the number of pipes for coal input and their diameter, number of flue gas nozzles and their cross-section, geometric dimensions of the reactor chamber, etc.
Пример. Example.
В электродуговом плазменном реакторе газифицировали уголь Холбольджинского месторождения (Республика Бурятия). Характеристика угля: низшая теплотворная способность на рабочую массу Q
Технико-экономическая эффективность заявляемого способа газификации углей и электродугового плазменного реактора для его осуществления состоит в следующем. The technical and economic effectiveness of the proposed method for gasification of coal and an electric arc plasma reactor for its implementation is as follows.
1. На 7-8 увеличивается степень газификации угля за счет равномерного ввода двухфазного потока в высокотемпературную реакционную зону. 1. The degree of coal gasification increases by 7–8 due to the uniform introduction of a two-phase flow into the high-temperature reaction zone.
2. На порядок повышается ресурс плазменного реактора вследствие защиты стенок реактора слоем расплава и увеличения объема дымовых газов, содержащих CO2.2. The resource of the plasma reactor increases by an order of magnitude due to the protection of the walls of the reactor with a melt layer and an increase in the volume of flue gases containing CO 2 .
3. На несколько порядков уменьшается стоимость газифицирующего агента (дымовых газов) по сравнению с дорогостоящими реагентами кислородом, водяным паром и т.д. 3. The cost of a gasifying agent (flue gas) is reduced by several orders of magnitude compared to expensive reagents with oxygen, steam, etc.
Экономический эффект от использования предлагаемого технического решения может составить более миллиона рублей в год на одном промышленном газификаторе. Следовательно, можно заключить, что заявляемый способ и устройство отличаются высокой эффективностью и конкурентноспособностью. The economic effect of the use of the proposed technical solution can be more than a million rubles per year on one industrial gasifier. Therefore, we can conclude that the claimed method and device are highly efficient and competitive.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU94011507A RU2087525C1 (en) | 1994-04-05 | 1994-04-05 | Method of gasifying coals and electroarc plasma reactor for coal gasification |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU94011507A RU2087525C1 (en) | 1994-04-05 | 1994-04-05 | Method of gasifying coals and electroarc plasma reactor for coal gasification |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU94011507A RU94011507A (en) | 1995-12-20 |
| RU2087525C1 true RU2087525C1 (en) | 1997-08-20 |
Family
ID=20154268
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU94011507A RU2087525C1 (en) | 1994-04-05 | 1994-04-05 | Method of gasifying coals and electroarc plasma reactor for coal gasification |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2087525C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2479486C2 (en) * | 2011-04-29 | 2013-04-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Курганский государственный университет" | Method of producing graphite from air suspension of coal particles and apparatus for realising said method |
| RU2493099C2 (en) * | 2011-12-30 | 2013-09-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Курганский государственный университет" | Method of obtaining graphite and based on it composites from water suspension of particles of carbon-containing materials and device for its realisation |
| RU187838U1 (en) * | 2018-09-24 | 2019-03-19 | Александр Николаевич Банников | Plasma-chemical gas generator |
-
1994
- 1994-04-05 RU RU94011507A patent/RU2087525C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 1. Сборник научных трудов ЭНИН им. Г. М. Кржижановского, 1987, с. 71 - 81. 2. Авторское свидетельство СССР N 537459, кл. H 05 B 7/18, 1976. * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2479486C2 (en) * | 2011-04-29 | 2013-04-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Курганский государственный университет" | Method of producing graphite from air suspension of coal particles and apparatus for realising said method |
| RU2493099C2 (en) * | 2011-12-30 | 2013-09-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Курганский государственный университет" | Method of obtaining graphite and based on it composites from water suspension of particles of carbon-containing materials and device for its realisation |
| RU187838U1 (en) * | 2018-09-24 | 2019-03-19 | Александр Николаевич Банников | Plasma-chemical gas generator |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4472172A (en) | Arc gasification of coal | |
| US4181504A (en) | Method for the gasification of carbonaceous matter by plasma arc pyrolysis | |
| CA1232229A (en) | Method, and an arrangement, for producing synthetic gases | |
| FI74532C (en) | Procedure for waste disposal. | |
| CN100366710C (en) | Multi-nozzle coal water mixture or fine coal gasifying furnace and its industrial application | |
| JP2590051B2 (en) | High performance coal gasifier | |
| US4022591A (en) | Coal gasification apparatus | |
| CA1052102A (en) | Slag bath generator adapted to operate under pressure | |
| AU2008250931B8 (en) | A gas reformulation system comprising means to optimize the effectiveness of gas conversion | |
| WO2009093098A2 (en) | Injector system for making fuel gas | |
| US3864100A (en) | Method and apparatus for gasification of pulverized coal | |
| EP0050863A1 (en) | Process of and apparatus for gasifying coals | |
| SU986300A3 (en) | Method and apparatus for removing slag produced in gasifying solid carbonaceous fuel | |
| KR100641967B1 (en) | Method and apparatus for producing liquid pig iron or primary steel products | |
| NZ210165A (en) | Gasification of pulverulent carbonaceous starting material | |
| RU2087525C1 (en) | Method of gasifying coals and electroarc plasma reactor for coal gasification | |
| PL120466B1 (en) | Method of coal gasification and apparatus thereforlja | |
| WO2004044492A1 (en) | Method and device for integrated plasma-melt treatment of wastes | |
| US4680035A (en) | Two stage slagging gasifier | |
| EP0000442A1 (en) | Process and apparatus for the gasification of coal | |
| PL181536B1 (en) | Flammable gas generating method and apparatus | |
| WO2009042743A1 (en) | A method for producing fuel gas | |
| US2681852A (en) | Method for partial combustion of carbonaceous materials | |
| US1559622A (en) | Production of combustible gas | |
| RU2325423C2 (en) | Energy process plant for solid fuel thermal processing |