(57) Реферат:

Нужная модель относится к теплоэнергетике и может быть применена в энергетических установках, работающих на жестком горючем с внедрением новейшей технологии сжигания в хим цикле с циркулирующими твердооксидными переносчиками кислорода, что дает возможность получения концентрированного потока углекислого газа (СО2) для его следующего захоронения либо утилизации. Достигаемым результатом полезной модели является уменьшение серьезных и эксплуатационных издержек. Согласно полезной модели установка дополнительно к окислительному и восстановительному реакторам и дожигателю содержит газификатор твердого горючего с линиями отвода синтез-газа и жестких товаров газификации, а сепарационное устройство выполнено двухступенчатым, включая поочередно расположенные сепаратор первой ступени с линией отвода более томных частиц, представляющих из себя, в основном» оксиды металлов, и сепаратор 2-ой ступени с линией отвода более легких частиц, представляющих из себя смесь частиц оксидов металла с золой, при этом линия отвода синтез-газа от газификатора соединена с восстановительным реактором, линия отвода жестких товаров газификации — с дожигателем, линия отвода частиц от сепаратора первой ступени — с восстановительным реактором, а линия отвода частиц от сепаратора 2-ой ступени — с газификатором. При всем этом дожигатель дополнительно может быть оснащен линией подвода кислорода.! доп. п. ф-лы, 1 ил.

Установка для сжигания твердого горючего в хим цикле с газификацией и при использовании циркулирующих частиц оксидов металла в качестве переносчиков кислорода.

Нужная модель относится к теплоэнергетике и может быть применена в энергетических установках, работающих на жестком горючем с внедрением новейшей технологии сжигания в хим цикле с циркулирующими твердооксидными переносчиками кислорода, что дает возможность получения концентрированного потока углекислого газа (СО2) для его следующего захоронения либо утилизации. Сущность этой технологии сводится к таковой организации процесса горения, когда переносчиком кислорода к горючему является не воздух, а оксид металла (внедрение незапятнанного кислорода сдерживается высочайшими затратами на его получение). При всем этом исключается необходимость сооружения дорогостоящих установок для улавливания CO2 из дымовых газов.

Известна установка для сжигания твердого горючего в хим цикле с сепарацией диоксида углерода при использовании циркулирующих частиц оксидов металла в качестве переносчиков кислорода, содержащая окислительный реактор циркулирующего кипящего слоя, восстановительный реактор циркулирующего кипящего слоя, дожигатель углеродсодержащих жестких частиц с внедрением в качестве окислителя части обозначенных оксидов металла и систему обеспечения циркуляции частиц оксидов металла меж обозначенными реакторами, включающую сепарационное устройство для отделения приобретенных в окислительном реакторе частиц оксидов металла от отходящих газов [1] — макет. Согласно [1] в восстановительном реакторе циркулирующего кипящего слоя предвидено конкретное сжигание твердого горючего. При всем этом тяжело обеспечить рациональные условия смешивания топливных частиц с окислителем, что приводит к необходимости существенного роста размеров и металлоемкости восстановительного реактора, по сопоставлению с его подобными чертами при сжигании газообразного горючего, также к повышению связанных с завышенным расходом горючего эксплуатационных издержек.

Достигаемым результатом полезной модели является уменьшение серьезных и эксплуатационных издержек.

Обозначенный итог обеспечивается тем, что установка для сжигания твердого горючего в хим цикле с сепарацией диоксида углерода при использовании циркулирующих частиц оксидов металла в качестве переносчиков кислорода, содержащая окислительный реактор циркулирующего кипящего слоя, восстановительный реактор циркулирующего кипящего слоя, дожигатель углеродсодержащих жестких частиц с внедрением в качестве окислителя части обозначенных оксидов металла, и систему обеспечения циркуляции частиц оксидов металла меж обозначенными реакторами, включающую сепарационное устройство для отделения приобретенных в окислительном реакторе частиц оксидов металла от отходящих газов, согласно полезной модели дополнительно содержит газификатор твердого горючего с линиями отвода синтез-газа и жестких товаров газификации, а сепарационное устройство выполнено двухступенчатым, включая поочередно расположенные сепаратор первой ступени с линией отвода более томных частиц, представляющих из себя, в главном, оксиды металла, и сепаратор 2-ой ступени с линией отвода более легких частиц, представляющих из себя смесь частиц оксидов металла с золой, при этом линия отвода синтез-газа от газификатора соединена с восстановительным реактором, линия отвода жестких товаров газификации — с дожигателем, линия отвода частиц от сепаратора первой ступени — с восстановительным реактором, а линия отвода частиц от сепаратора 2-ой ступени — с газификатором. При всем этом дожигатель дополнительно может быть обеспечен линией подвода кислорода.

На чертеже приведена принципная схема установки согласно полезной модели. Установка содержит окислительный (воздушный) реактор 1 циркулирующего кипящего слоя, восстановительный реактор 2 циркулирующего кипящего слоя, дожигатель 3 углеродсодержащих жестких частиц, газификатор 4 твердого горючего с топливным бункером 5, линией 6 отвода синтез-газа и линией 7 отвода жестких товаров газификации. Установка содержит также сепарационное устройство, которое выполнено двухступенчатым, включая поочередно расположенные сепаратор 8 первой ступени с линией 9 отвода

более томных частиц, представляющих из себя, в главном, оксиды металла (железа), и соединенный линией 10 с сепаратор 11 2-ой ступени с линией 12 отвода более легких частиц, представляющих из себя смесь частиц оксидов железа с золой. При всем этом линия 6 отвода синтез-газа от газификатора 4 соединена с восстановительным реактором 2, линия 7 отвода жестких товаров газификации — с дожигателем 3, линия 9 отвода частиц от сепаратора 8 первой ступени — с восстановительным реактором 2, а линия 12 отвода частиц от сепаратора 11 2-ой ступени — с газификатором 4. Дожигатель 3 обеспечен линией 13 подвода кислорода. Система обеспечения циркуляции частиц оксидов железа меж реакторами 1 и 2 включает линию 14 отвода от окислительного реактора 1 товаров реакции окисления к сепаратору 8, линию 9 отвода от него жестких частиц к восстановительному реактору 2, линию 15 отвода от последнего восстановленных частиц оксидов железа к газификатору 4, линию 7 отвода из последнего жестких товаров газификации, включая частички отчасти восстановленных частиц оксидов железа, к дожигателю 3 и линию 16 отвода восстановленных частиц оксидов железа к окислительному реактору 1.

Установка согласно полезной модели работает последующим образом. Перед запуском установки в реакторы 1, 2 и в газификатор 4, также в полосы 9 и 12 отвода жестких частиц из сепараторов 8 и 11 загружается определенное количество оксидов железа — переносчиков кислорода. В окислительный реактор 1 подается за ранее нагретый, к примеру, от электронагревателя (на чертеже не показан) воздух. В газификатор 4 подается пар от стороннего источника, а в дожигатель 3 — пар либо СО2 . Делается разогрев реакторов 1 и 2 и системы циркуляции жарким воздухом. Устанавливается режим циркуляции оксидов железа. При достижении данной температуры (более 700°С) в газификатор 4 из бункера 5 подают жесткое горючее. При всем этом в газификаторе 4 и реакторах 1, 2 происходят последующие главные реакции:

Газификатор:

3Fe+4Н2O=Fe 3O4+4Н2;

С+Н2O=СО+Н2;

СО+Н2O=Н2+СO 2;

Fe3O4 +С=CO+Fе3О3+Fe;

Fе2О3+С=2FeO+СО;

FeO+С=СО+Fe.

Восстановительный реактор:

Fе 2O3+СО=2Fe+2СO2 ;

Fе2O3+Н 2=2Fе+2Н2O;

Окислительный реактор:

4Fе3O4+O 2=6Fе2O3

Дожигатель:

С+O2=СO 2

При относительно маленьком времени пребывания переносчиков кислорода в реакторах 1,2 и газификаторе 4 обозначенные реакции происходят не на сто процентов. Потому из окислительного реактора 1 в сепаратор 8 первой ступени поступает смесь разных оксидов, в большей степени в виде Fе2O 3, азот воздуха, водяные пары и маленькое количество кислорода (излишек воздуха в окислительном реакторе =1,2); из восстановительного реактора 2 по газовой фазе выходит СO2 с парами воды, а по жесткой фазе — в большей степени Fe и оксиды в виде FeO; из газификатора 4 в восстановительный реактор 2 поступают продукты газификации в виде СО и Н2, также пары воды и унос маленьких частиц непрореагировавшего углерода и оксидов железа, а в дожигатель 3 отводится в главном Fе3 O4 в консистенции с другими оксидами, недогоревший углерод горючего и зола; из дожигателя в окислительный реактор 1 поступает смесь Fе2O4 и Fе2O3, отводится — зола и СO2. В газификаторе 4 реакции происходят с отводом тепла (эндотермические), и температура в нем поддерживается на уровне 500-700°С, в главном, за счет циркуляции по полосы 12 жестких частиц с высочайшей температурой. Частички по этой полосы поступают из сепаратора 11 2-ой ступени. Они представляют собой более маленькие частички оксидов железа (обычно, с большей обскурантистской способностью) и маленькую золу горючего. В восстановительном реакторе 2 происходит восстановление оксидов железа продуктами газификации (в главном СO 2 и Н2); эти реакции слабо эндотермические либо экзотермические, другими словами выделения либо поглощения тепла

практически не происходит с учетом сравнимо маленького времени пребывания частиц в реакторах. В реактор 2 поступают уловленные в сепараторе 8 первой ступени оксиды железа фактически без золы горючего, потому что размеры частиц золы и их плотность значительно меньше, чем оксидов железа. Циркуляция частиц оксидов железа по всему контуру обеспечивается подачей консистенции частиц оксидов, непрореагировавшего углерода и золы горючего по полосы 7 в дожигатель 3 и потом по полосы 16 в окислительный реактор 1. В дожигателе 3 методом подачи кислорода 13 углерод преобразуется в СO 2 с выделением тепла. Этот поток газа невелик, потому что толика непрореагировавшего углерода мала. Из дожигателя 3 отводится зола с частичками оксидов железа, при этом после остывания частички оксидов отделяются от золы и ворачиваются в цикл. В окислительный реактор 1 поступают частички оксидов по полосы 16 и воздух, в итоге чего происходит экзотермическая реакция с огромным выделением тепла, которое нужно отвести, к примеру, к кипящей воде огораживания окислительного реактора 1. Последний работает в режиме циркулирующего кипящего слоя с большой скоростью газов. Поток газов, выходящий из окислительного реактора, содержит в большей степени азот с парами воды и кислород при маленьком излишке воздуха, по сопоставлению со стехиометрическим соотношениям по реакциям окисления оксидов, также частички маленькой золы горючего и оксидов железа. Этот поток газов поступает в сепаратор 8 первой ступени, где отделяются в главном более большие частички оксидов, и дальше в сепаратор 11 2-ой ступени для отделения маленьких частиц оксидов и золы. После чего сепаратора очищенный газ может быть применен в цикле парогазовой установки либо поступать в котел-утилизатор. Таким макаром, происходит замкнутый цикл движения оксидов железа и разделение потоков газов на азот и СО2 с парами воды, которые просто отделяются при конденсации. В энергетических установках оба потока газов могут быть применены в отдельных газовых турбинах, после которых инсталлируются котлы-утилизаторы парогазовых установок со своими паровыми турбинами. Тепло, отведенное в окислительном реакторе 1, употребляется для производства пара, направляемого в паровые турбины. Отработанный в газовой турбине поток СО2 после остывания в котле-утилизаторе

и конденсации паров воды поступает на сжатие (вероятен привод от газовой турбины) с следующим захоронением. Установка работает под лишним давлением и содержит надлежащие затворы для предотвращения смешивания сжижающих агентов (воздух в окислительном реакторе 1, синтез-газ — в восстановительном реакторе 2, водяной пар — в газификаторе 4 и дожигателе 3) и получения незапятнанных поток углекислого газа. Более отлично применение данной установки при температурах в ее элементах 500-900°С и давлении 0,6-3 МПа.

Применение газификатора 4 позволяет обеспечить частичную газификацию и паровую конверсию твердого горючего с одновременным обогащением потока газов водородом в итоге реакций с оксидами железа. В итоге восстановительный реактор 2 работает как реактор на газообразном горючем, что, по сопоставлению с [1], делает лучшие условия смешивания и реагирования горючего с кислородом, обеспечивающие соответственное понижение размеров реактора и его металлоемкости, также уменьшает расход горючего за счет уменьшения его недожога. Поступление в восстановительный реактор 2 только оксидов железа без частиц золы горючего за счет двухступенчатой схемы сепарации частиц также содействует эффективности процесса реагирования (уменьшение потока инертного материала через реактор), что понижает эксплуатационные издержки. Дополнительный поток частиц оксидов железа из сепаратора 11 2-ой ступени содействует увеличению температурного уровня в газификаторе 4 с учетом протекающих в нем эндотермических реакций и выравниванию температур во всем контуре циркуляции. При всем этом маленькие частички золы не проходят через восстановительный реактор 2, а поступают в газификатор 4, в который также подводится весь поступающий с топливом поток золы. В итоге, по сопоставлению с [1], значительно уменьшаются как серьезные, так и эксплуатационные издержки.

Источники инфы:

1. Е. Lebas, Chemical Looping Combustion, ENCAP — CASTOR Workshop, Billund, 15 March, 2006.

1. Установка для сжигания твердого горючего в хим цикле с сепарацией диоксида углерода при использовании циркулирующих частиц оксидов металла в качестве переносчиков кислорода, содержащая окислительный реактор циркулирующего кипящего слоя, восстановительный реактор циркулирующего кипящего слоя, дожигатель углеродсодержащих жестких частиц с внедрением в качестве окислителя части обозначенных оксидов металла, и систему обеспечения циркуляции частиц оксидов меж обозначенными реакторами, включающую сепарационное устройство для отделения приобретенных в окислительном реакторе частиц оксидов металла от отходящих газов, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит газификатор твердого горючего с линиями отвода синтез-газа и жестких товаров газификации, а сепарационное устройство выполнено двухступенчатым, включая поочередно расположенные сепаратор первой ступени с линией отвода более томных частиц, представляющих из себя, в главном, оксиды металлов, и сепаратор 2-ой ступени с линией отвода более легких частиц, представляющих из себя смесь частиц оксидов металла с золой, при этом линия отвода синтез-газа от газификатора соединена с восстановительным реактором, линия отвода жестких товаров газификации — с дожигателем, линия отвода частиц от сепаратора первой ступени — с восстановительным реактором, а линия отвода частиц от сепаратора 2-ой ступени — с газификатором.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что дожигатель дополнительно обеспечен линией подвода кислорода.