RU2663433C1

RU2663433C1 - Method for processing solid fuel with production of combustible gas and reactor for its implementation

Info

Publication number: RU2663433C1
Application number: RU2017123336A
Authority: RU
Inventors: Андрей Яковлевич Баянкин; Леонид Витальевич Зюбин; Андрей Владимирович Солдатов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Современные пиролизные технологии" (ООО "СПТ")
Priority date: 2017-07-03
Filing date: 2017-07-03
Publication date: 2018-08-06

Abstract

FIELD: technological processes.SUBSTANCE: invention relates to processing of condensed fuels, in particular to a method for producing a combustible gas from a solid fuel and a reactor for carrying out such a method, and can be used for processing various solid fuels. Method comprises charging fuel to the upper sub-reactor, which is made in the form of a multi-core furnace with at least five backstones, feeding oxygen-containing gas to the upper sub-reactor in an amount insufficient to completely oxidize the fuel, initiation of fuel in an oxygen-containing gas in the upper part of the combustion reactor, movement of fuel from the overlying backstones to the underlying ones, direction of a gas flow along the fuel path from the upper to the lower backstone, unloading the solid residue from the lower backstone, removing the gaseous products in the form of combustible gas and directing them to the consumer. In this case, a cooling zone of the solid residue is made in the lower backstone by feeding the oxygen-containing gas to the lower part. And in one of the intermediate backstones not higher than the third from above and not lower than the third from below, a gas-tight shutter is made, and the flow of hot gas from the backstone located immediately below the gas-tight shutter, are directed to the upper backstone and at the same time the selection of gaseous products in the form of a combustible gas is produced from a backstone located above the gas-tight shutter.EFFECT: invention ensures obtaining of combustible gases in a single process with high energy efficiency.8 cl, 2 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к области переработки конденсированных топлив с получением горючего газа и может быть использовано для переработки различных твердых топлив, преимущественно разного рода горючих отходов, в том числе канализационного ила или шламов, с одновременной выработкой энергии.The invention relates to the field of processing condensed fuels to produce combustible gas and can be used for the processing of various solid fuels, mainly various kinds of combustible waste, including sewage sludge or sludge, while generating energy.

Известно достаточно большое число способов газификации различных твердых топлив в вертикальных многоподовых печах. Во всех этих способах топливо (уголь, сланец, биотопливо, изношенные шины и др.) загружают в реактор через шлюзовую камеру, подают в реактор кислородсодержащий газ (воздух, кислород, парокислородную смесь), а получаемый при неполном сгорании топлива горючий газ выводят из реактора. В некоторых процессах из реактора выгружают ококсованный твердый материал (например, древесный уголь), являющийся целевым продуктом. Существенным ограничением возможности последующего использования получаемого горючего продукт-газа является наличие в нем пиролизных смол, которые образуют отложения, приводящие к закупорке газоходов подачи продукт-газа, делают невозможным использование продукт-газа в двигателях внутреннего сгорания (газопоршневых моторах или газовых турбинах). Так, в патенте США US 4100032 (МПК² С10 В 49/00, опубл. 1977-07-25) описан процесс получения ококсованного лигнита и горючего газа при проведении окислительного пиролиза в реакторе типа вертикальной многоподовой печи. Лигнит загружается на верхний под, откуда карбонизуемый материал последовательно пересыпается на нижележащие поды под действием перегребателей с гребками, закрепленных на центральном валу. Температура в печи после первоначального разогрева инициирующей горелкой поддерживается за счет подачи воздуха на горение на одном или нескольких подах. Поток горячих пиролизных газов направляют с нижележащих подов на вышележащие и выводят из печи с верхнего пода. Горячий ококсованный материал выгружают с нижнего пода в дополнительный охладитель, где его охлаждают за счет теплоотвода через стенку камеры охладителя с тем, чтобы исключить воспламенение ококсованного материала на воздухе. Для того, чтобы не допустить отложения пиролизных смол на верхних подах и в магистралях, подают достаточно воздуха для полного их сгорания.A fairly large number of methods for the gasification of various solid fuels in vertical multi-hearth furnaces are known. In all these methods, fuel (coal, shale, biofuel, worn tires, etc.) is loaded into the reactor through the lock chamber, oxygen-containing gas (air, oxygen, vapor-oxygen mixture) is fed into the reactor, and the combustible gas obtained from incomplete combustion of fuel is removed from the reactor . In some processes, carbonized solid material (e.g., charcoal), which is the target product, is discharged from the reactor. A significant limitation on the possibility of subsequent use of the resulting combustible product gas is the presence of pyrolysis resins in it, which form deposits leading to blockage of the product gas supply ducts, making it impossible to use the product gas in internal combustion engines (gas reciprocating engines or gas turbines). So, in US patent US 4100032 (IPC ² C10 B 49/00, publ. 1977-07-25) describes the process of producing coked lignite and combustible gas during oxidative pyrolysis in a reactor such as a vertical multi-deck furnace. Lignite is loaded onto the upper beneath, from which the carbonizable material is subsequently poured onto the underlying hearths under the action of rebars with strokes fixed on the central shaft. The temperature in the furnace after the initial heating by the initiating burner is maintained by supplying combustion air on one or more hearths. The flow of hot pyrolysis gases is directed from the underlying hearths to the overlying ones and removed from the furnace from the upper hearth. Hot coked material is discharged from the bottom hearth into an additional cooler, where it is cooled by heat removal through the wall of the cooler chamber in order to prevent ignition of the coked material in air. In order to prevent the deposition of pyrolysis resins on the upper hearths and in the mains, enough air is supplied to completely burn them.

Известен способ сжигания/газификации твердого топлива, фильтрационного осадка канализационного ила, наиболее близкий к заявляемому, описанный в патенте США US 5094177 (МПК⁵ F23G 5/0, опубл. 1992-03-10), где также предлагается проводить процесс в вертикальной многоподовой печи. Так же как и в US 4100032, твердое топливо загружается на верхний под, откуда последовательно пересыпается перегребателями с гребками на нижележащие поды. На верхнем поде устанавливается горелка, которая обеспечивает поддержание в печи высокой температуры. Температура в печи поддерживается также за счет подачи дополнительного воздуха на горение на одном или нескольких подах. Однако, в отличие от вышеупомянутого процесса, в процессе US 5094177 газовый поток в реакторе направляют спутно движению твердого материала, и отбор горючего газа производится с нижнего пода. Твердый остаток горения выгружается горячим с нижнего пода. Спутная организация потоков обеспечивает длительное время пребывания пиролизных газов при высокой температуре и, следовательно, полноту разложения пиролизных смол.A known method of burning / gasification of solid fuel, filter cake of sewage sludge, closest to the claimed, described in US patent US 5094177 (IPC ⁵ F23G 5/0, publ. 1992-03-10), where it is also proposed to carry out the process in a vertical multi-hearth furnace . As in US 4100032, solid fuel is loaded onto the upper underneath, from where it is successively poured with rowers with strokes to the underlying hearths. A burner is installed on the upper hearth, which ensures that the furnace maintains high temperature. The temperature in the furnace is also maintained by supplying additional combustion air on one or more hearths. However, unlike the aforementioned process, in US Pat. No. 5,094,177, the gas flow in the reactor is directed in-line with the movement of solid material, and the selection of combustible gas is performed from the bottom hearth. The solid combustion residue is discharged hot from the bottom hearth. The satellite organization of flows ensures a long residence time of pyrolysis gases at high temperature and, therefore, the completeness of decomposition of pyrolysis resins.

Однако описанный способ не свободен от недостатков. При необходимости обеспечить полное выгорание углерода из золы (как, например, при сжигании илового осадка, описанном в US 5094177) требуется подавать в реактор дополнительное количество воздуха, что приводит к потере калорийности получаемого газа. При выгрузке из реактора горячего твердого остатка теряется его физическое тепло, с другой стороны, требуется организация специальных устройств для охлаждения твердого остатка (в US 5094177 описывается устройство гидрозатвора).However, the described method is not free from disadvantages. If necessary, to ensure complete burnout of carbon from the ash (as, for example, when burning sludge, described in US 5094177), it is necessary to supply additional air to the reactor, which leads to a loss of calorific value of the produced gas. When a solid solid residue is unloaded from the reactor, its physical heat is lost, on the other hand, special devices for cooling the solid residue are required (US 5094177 describes a water trap device).

Из вышесказанного следует техническая задача, решаемая настоящим изобретением - получение при газификации и пиролизе твердого топлива горючего газа свободного от пиролизных смол, с высоким энергетическим выходом, т.е., при низком уровне теплопотерь и высокой калорийности получаемого горючего газа. Твердым топливом далее совокупно называются такие материалы как каменный и бурый уголь, биомасса, разного рода горючие отходы, в том числе отходы древесины и пластиков,, в том числе канализационный ил и шламы, их смеси и подобные им материалы. При переработке низкокалорийных и высокозольных топлив, таких как горючие отходы, в том числе канализационный ил и шламы, дополнительная задача, решаемая настоящим изобретением - обеспечение полноты выгорания коксового остатка пиролиза, чтобы использовать его топливный потенциал.From the foregoing, the technical problem to be solved by the present invention is to obtain, during gasification and pyrolysis of a solid fuel, a combustible gas free of pyrolysis resins, with a high energy yield, i.e., at a low level of heat loss and high calorific value of the resulting combustible gas. Solid fuels hereinafter collectively referred to as materials such as coal and brown coal, biomass, various kinds of combustible waste, including waste wood and plastics, including sewage sludge and sludge, mixtures thereof and similar materials. In the processing of low-calorie and high-ash fuels, such as combustible waste, including sewage sludge and sludge, an additional task solved by the present invention is to ensure complete burnup of the coke pyrolysis residue in order to use its fuel potential.

Поставленная задача решается в предлагаемом способе получения из твердого топлива горючего газа, включающем загрузку топлива в реактор, выполненный в виде многоподовой печи с числом подов не менее пяти. Твердое топливо загружают на верхний под через шлюзовой затвор. Организуют подачу в реактор кислородсодержащего газа (воздуха, кислорода или обогащенного кислородом воздуха), причем кислорода в составе кислородсодержащего газа подают в количестве, недостаточном для полного окисления топлива. В реакторе инициируют, например с использованием газовой горелки, горение топлива. Инициирующее устройство отключают после воспламенения топлива и выхода реактора на стационарный режим работы. Далее процесс проводят при подаче кислородсодержащего газа и обеспечивают в основном непрерывное перемещение топлива с вышележащих подов на нижележащие. Выгрузку твердого остатка производят с нижнего пода. Газообразные продукты в виде горючего газа выводят из реактора и направляют их потребителю, например для сжигания в энергопроизводящем устройстве. Новизна предлагаемого способа заключается в том, что кислородсодержащий газ подают на верхний под, инициируют горение на верхнем поде, при этом газовый поток с верхнего пода направляют на нижележащий под, и при этом, одновременно на нижнем поде организуют зону охлаждения твердого остатка посредством подачи на нижний под кислородсодержащего газа, возможно с добавлением водяного пара и/или воды в жидкой фазе, и при этом газовый поток с нижнего пода направляют на вышележащий под, организуют газонепроницаемый затвор на одном из промежуточных подов не выше третьего сверху и не ниже третьего снизу; отбор направляемых потребителю газообразных продуктов в виде горючего газа производят с пода, расположенного выше газонепроницаемого затвора, а горячие газ с пода, расположенного непосредственно ниже газонепроницаемого затвора, направляют на верхний под.The problem is solved in the proposed method for producing combustible gas from solid fuel, which includes loading fuel into a reactor made in the form of a multi-hearth furnace with at least five hearths. Solid fuel is loaded onto the top under the airlock. Organize the supply to the reactor of oxygen-containing gas (air, oxygen or oxygen-enriched air), and the oxygen in the composition of the oxygen-containing gas is supplied in an amount insufficient to completely oxidize the fuel. In the reactor initiate, for example using a gas burner, fuel combustion. The initiating device is turned off after ignition of the fuel and the reactor reaches a stationary mode of operation. Next, the process is carried out with the supply of oxygen-containing gas and provides mainly continuous movement of fuel from the overlying hearths to the underlying ones. The solid residue is discharged from the bottom hearth. Gaseous products in the form of combustible gas are removed from the reactor and sent to the consumer, for example, for combustion in an energy-producing device. The novelty of the proposed method lies in the fact that the oxygen-containing gas is fed to the upper hearth, initiate combustion on the upper hearth, while the gas flow from the upper hearth is directed to the underlying hearth, and at the same time, a solid residue cooling zone is organized by feeding to the lower hearth under an oxygen-containing gas, possibly with the addition of water vapor and / or water in the liquid phase, and while the gas flow from the lower hearth is directed to the overlying one, a gas-tight shutter is arranged on one of the intermediate hearths not higher than the third top and third bottom below; the selection of gaseous products directed to the consumer in the form of combustible gas is carried out from the hearth located above the gas-tight shutter, and hot gas from the hearth located directly below the gas-tight shutter is directed to the upper hearth.

Такая организация процесса позволяет, во-первых, обеспечить полное протекание пиролиза твердого топлива, поскольку обеспечивается его длительное пребывание в контакте с потоком горячих продуктов горения. В то же время происходит полное разложение и частичное окисление смол, выделяемых топливом при пиролизе. Водяной пар, выделяемый из топлива при сушке и пиролизе и при частичном окислении пиролизных смол и газов, при высокой температуре реагирует с ококсованным топливом и образует водород, что повышает калорийность получаемого горючего газа. Эти достоинства, присущие процессу со спутными потоками пиролизуемого топлива и газа, удается совместить с достоинствами, присущими противоточным процессам - возможностью провести охлаждение твердого остатка непосредственно в реакторе, причем физическое тепло твердого остатка передается получаемому горючему газу. Также, что присуще противоточным процессам, обеспечивается достаточное время пребывания коксового остатка в потоке кислородсодержащего газа и, следовательно, полнота выгорания углерода. Подача горячего газа с пода, расположенного ниже газонепроницаемого затвора, на верхний под обеспечивает устойчивое инициирование пиролиза и горения топлива на верхнем поде.Such an organization of the process allows, firstly, to ensure the complete course of the pyrolysis of solid fuel, as long as it is in contact with the flow of hot combustion products. At the same time, complete decomposition and partial oxidation of the resins released by the fuel during pyrolysis occurs. Water vapor released from the fuel during drying and pyrolysis and during partial oxidation of pyrolysis resins and gases at high temperature reacts with coked fuel and forms hydrogen, which increases the calorific value of the resulting combustible gas. It is possible to combine these advantages inherent in the process with satellite flows of pyrolyzable fuel and gas with the advantages inherent in countercurrent processes - the ability to cool the solid residue directly in the reactor, and the physical heat of the solid residue is transferred to the resulting combustible gas. Also, which is inherent in countercurrent processes, a sufficient residence time of the coke residue in the stream of oxygen-containing gas and, therefore, the completeness of carbon burnout is ensured. The supply of hot gas from the hearth located below the gas-tight shutter to the upper hearth provides stable initiation of pyrolysis and fuel combustion on the upper hearth.

Технический результат при осуществлении предлагаемого способа заключается в получении в едином процессе горючего газа, существенно свободного от пиролизных смол, с высокой энергетической эффективностью и, при необходимости, твердого остатка свободного от горючих составляющих.The technical result in the implementation of the proposed method is to obtain in a single process a combustible gas substantially free of pyrolysis resins, with high energy efficiency and, if necessary, a solid residue free of combustible components.

Возможно также добиться улучшения в рамках предлагаемого метода, например, в тех случаях, когда требуется перерабатывать медленно прогревающийся материал. Для поддержания высокой температуры на подах ниже верхнего дополнительно подают кислородсодержащий газ на по крайней мере один под, расположенный ниже верхнего, но выше пода, с которого производят отбор горючего газа - газообразных продуктов, направляемых потребителю. При этом предпочтительно подачу кислородсодержащего газа регулируют таким образом, что температуру по крайней мере на одном из подов, расположенном выше пода, с которого производят отбор направляемых потребителю газообразных продуктов, поддерживают выше 800°С, поскольку при температуре ниже этого значения не обеспечивается реакция водяного пара с пиролизными смолами и коксовым остатком. При этом температуру в реакторе поддерживают ниже, чем максимальное значение температуры работоспособности конструкционных материалов реактора.It is also possible to achieve improvement in the framework of the proposed method, for example, in those cases when it is required to process slowly warming material. To maintain a high temperature on the hearths below the top, an oxygen-containing gas is additionally supplied to at least one underneath, located below the top but above the hearth, from which combustible gas is taken - gaseous products sent to the consumer. In this case, it is preferable that the supply of oxygen-containing gas is controlled in such a way that the temperature of at least one of the hearths located above the hearth from which the gaseous products sent to the consumer are selected is maintained above 800 ° C, because at a temperature below this value the water vapor reaction is not ensured with pyrolysis resins and coke residue. The temperature in the reactor is maintained lower than the maximum value of the working temperature of the structural materials of the reactor.

При реализации вышеописанного процесса предпочтительно температуру на нижнем поде поддерживают не выше 100°С посредством регулирования подачи на нижний под воздуха. При этом значении температуры осуществляется достаточно полная рекуперация тепла твердого остатка.When implementing the above process, it is preferable that the temperature on the lower hearth is maintained at not higher than 100 ° C. by controlling the supply to the lower hearth. At this temperature value, a sufficiently complete heat recovery of the solid residue is carried out.

Для реализации предложенного способа можно использовать реакторы в виде многоподовых печей известной конструкции, однако для реализации предлагаемого процесса требуются определенные конструктивные изменения реактора по сравнению с известными конструкциями.To implement the proposed method, you can use reactors in the form of multi-hearth furnaces of known design, however, to implement the proposed process requires certain structural changes of the reactor compared with known designs.

Известно устройство многоподовой печи, описанное в патенте US 4013023. (МПК² F23G 5/12, опубл. 1977-03-22) - включающее выполненный из огнеупорного материала вертикальный цилиндрический реактор, подразделяемый горизонтальными подами на ряд подовых пространств, последовательно сообщающихся между собой посредством отверстий в подах, обеспечивающими поступление газов с пода на под, а также пересыпание сыпучих материалов с вышележащего пода на нижележащий. Многоподовая печь снабжена загрузочным устройством и устройством вывода газообразных продуктов на верхнем поде, устройством подачи кислородсодержащего газа и устройством выгрузки твердого остатка горения в нижней части - на нижнем поде, приводом вращения и вертикальным валом, к которому прикреплены перегребатели с гребками, обеспечивающими пересыпание сыпучего материала с вышележащих подов на нижележащие, а также оснащена датчиками температуры в печи.A multi-hearth furnace device is known, described in patent US 4013023. (IPC ² F23G 5/12, publ. 1977-03-22) - comprising a vertical cylindrical reactor made of refractory material, subdivided by horizontal hearths into a series of hearth spaces, sequentially interconnected by means of holes in the hearths, ensuring the flow of gases from the hearth to the hearth, as well as pouring bulk materials from the overlying hearth to the underlying. The multi-hearth furnace is equipped with a loading device and a device for outputting gaseous products on the upper hearth, a device for supplying oxygen-containing gas and a device for unloading the solid residue of combustion in the lower part - on the lower hearth, with a rotation drive and a vertical shaft, to which are attached rakes with rakes, which allow for pouring loose material from overlying hearths on the underlying ones, and is also equipped with temperature sensors in the oven.

Известно также устройство многоподовой печи, описанное в патенте US 2117487 (J.R. Lewers, 17.05.1937). В частности, в этом патенте описано устройство для сжигания канализационного ила, в виде многоподовой печи, подразделенной на верхнюю и нижнюю половину газоплотным затвором, и представляющей из себя по существу два реактора, выполненных с общим валом вращения гребков. Канализационный ил загружается на верхний под многоподовой печи (в верхний реактор), где проводится сушка ила на подах, выполненных полыми. Высушенный ил из верхнего реактора поступает в нижний реактор через газоплотный затвор, причем последний выполнен в виде доменного конуса, снабженного дополнительным приводом, позволяющим выгружать высушенный ил из верхней половины многоподовой печи в нижнюю по мере его накопления. Газы, выделяющиеся в верхней половине многоподовой печи при сушке и нагревании ила поступают по специальному газоходу вместе с предварительно подогретым в теплообменнике воздухом на нижний под. В нижней половине многоподовой печи (в нижнем реакторе) производится сжигание высушенного осадка в противотоке воздуха, причем горячий дымовой газ частично направляется в полые поды верхнего реактора для его обогрева, а частично - в теплообменник для подогрева воздуха.A multi-hearth furnace device is also known, described in US Pat. No. 2,117,487 (J.R. Lewers, 05.17.1937). In particular, this patent describes a device for burning sewage sludge, in the form of a multi-hearth furnace, divided into an upper and lower half by a gas tight shutter, and consisting essentially of two reactors made with a common shaft for rotating the strokes. Sludge is loaded onto the top under a multi-hearth furnace (in the upper reactor), where the sludge is dried on hollow hearths. The dried sludge from the upper reactor enters the lower reactor through a gas tight shutter, the latter being made in the form of a blast furnace cone equipped with an additional drive, which allows the dried sludge to be unloaded from the upper half of the multi-deck furnace to the lower one as it accumulates. The gases emitted in the upper half of the multi-deck furnace during drying and heating of the sludge are supplied through a special duct along with the air preheated in the heat exchanger to the lower bottom. In the lower half of the multi-hearth furnace (in the lower reactor), the dried sediment is burned in countercurrent air, and hot flue gas is partially sent to the hollow hearths of the upper reactor to heat it, and partially to the heat exchanger to heat the air.

Известно также устройство многоподовой печи, описанное в патенте US 2128472 (W. Raisch, 30.08.1938). В частности, в этом патенте описано устройство для сжигания канализационного ила, включающее два реактора, выполненных каждый в виде многоподовой печи, с общим валом вращения перегребателей с гребками, причем канализационный ил загружается в верхний реактор, где проводится сушка ила на подах, выполненных полыми. Высушенный ил из верхнего реактора поступает в нижний реактор через газоплотный затвор, выполненный в виде шлюзовой камеры с верхней и нижней створками. Газы, выделяющиеся в верхнем реакторе при сушке и нагревании ила поступают по специальному газоходу вместе с предварительно подогретым в теплообменнике воздухом на нижний под нижнего реактора. В нижнем реакторе производится сжигание высушенного осадка в противотоке воздуха, причем дымовой газ направляется в полые поды верхнего реактора для его обогрева.A multi-hearth furnace device is also known as described in US Pat. No. 2,128,472 (W. Raisch, 08/30/1938). In particular, this patent describes a device for burning sewage sludge, comprising two reactors, each made in the form of a multi-hearth furnace, with a common shaft of rotation of the mines with strokes, the sewer sludge being loaded into the upper reactor, where the sludge is dried on hollow hearths. The dried sludge from the upper reactor enters the lower reactor through a gas tight shutter made in the form of a lock chamber with upper and lower shutters. The gases emitted in the upper reactor during drying and heating of the sludge are supplied through a special duct along with the air preheated in the heat exchanger to the lower one under the lower reactor. In the lower reactor, the dried sludge is burned in counter-current air, and the flue gas is sent to the hollow hearths of the upper reactor to heat it.

Для реализации предлагаемого способа пиролиза и газификации конденсированного топлива предлагается реактор, выполненный в виде вертикальной многоподовой печи с числом подов не менее пяти, например, типа описанного в патенте US 4013023. Реактор (многоподовая печь) включает выполненный из огнеупорного материала вертикальный цилиндрический корпус, подразделяемый горизонтальными подами на ряд подовых пространств, последовательно сообщающихся между собой посредством отверстий в подах, обеспечивающими поступление газов с пода на под, а также пересыпание сыпучих материалов с вышележащего пода на нижележащий. Многоподовая печь снабжена загрузочным устройством на верхнем поде, устройством подачи кислородсодержащего газа и устройством выгрузки твердого остатка горения в нижней части газогенератора - на нижнем поде, приводом вращения и вертикальным валом, к которому прикреплены перегребатели с гребками, осуществляющие при вращении оси перемещение сыпучего материала на подах и, таким образом, обеспечивающие пересыпание сыпучего материала с вышележащих подов на нижележащие, а также датчиками температуры в печи.To implement the proposed method for the pyrolysis and gasification of condensed fuel, a reactor is made in the form of a vertical multi-hearth furnace with at least five hearths, for example, of the type described in US Pat. No. 4,013,023. The reactor (multi-hearth furnace) includes a vertical cylindrical body made of refractory material, divided by horizontal pods for a number of hearth spaces, successively communicating with each other through holes in the pods, providing gas from the hearth to the hearth, and pouring bulk materials from the overlying hearth to the underlying. The multi-hearth furnace is equipped with a loading device on the upper hearth, an oxygen-containing gas supply device and a solid combustion residue discharge device in the lower part of the gas generator - on the lower hearth, a rotation drive and a vertical shaft, to which are attached rake arms that carry out the movement of bulk material on the hearths when the axis rotates and, thus, ensuring the pouring of bulk material from the overlying hearths to the underlying ones, as well as temperature sensors in the furnace.

Новизна конструкции печи, заключается в том, что многоподовая печь снабжена расположенными на верхнем поде устройством подачи кислородсодержащего газа и воспламенительным устройством, дополнительно многоподовая печь снабжена на поде не выше третьего сверху и не ниже третьего снизу газонепроницаемым затвором -устройством, позволяющим перемещать сыпучий материал на нижележащий под, но при этом существенно газоплотным, и при этом устройство вывода газообразных продуктов расположено на поде непосредственно над газонепроницаемым затвором, причем многоподовая печь снабжена газоходом, соединяющим подовое пространство пода непосредственно под газонепроницаемым затвором с подовым пространством верхнего пода.The novelty of the furnace design is that the multi-hearth furnace is equipped with an oxygen-containing gas supply device and an igniter located on the upper hearth, and the multi-hearth furnace is equipped with a gas-tight shutter no higher than the third from the top and not lower than the third from the bottom, allowing the bulk material to be moved to the underlying under, but at the same time substantially gas tight, and at the same time the device for the output of gaseous products is located on the hearth directly above the gas tight shutter ohms, and multiple hearth furnace provided with a gas duct connecting the hearth space directly below the hearth to hearth gate gastight space of the upper hearth.

Можно достичь дальнейшего усовершенствования предложенной выше многоподовой печи, если выполнить пространство пода, на котором расположено устройство вывода газообразных продуктов (т.е. расстояние до вышележащего пода), с высотой, не менее чем двукратно превышающей высоту подового пространства остальных подов. Это увеличение высоты подового пространства способствует уменьшению скорости газового потока и как следствие - уменьшению запыленности получаемого горючего газа.You can achieve further improvement of the multi-hearth furnace proposed above, if you perform the hearth space on which there is a device for outputting gaseous products (i.e. the distance to the overlying hearth) with a height not less than twice the height of the hearth of the remaining hearths. This increase in the height of the hearth helps to reduce the speed of the gas flow and, as a consequence, to reduce the dust content of the resulting combustible gas.

Дополнительного усовершенствования предложенной выше многоподовой печи можно достичь, если выполнить ее с дополнительными вводами кислородсодержащего газа на одном или нескольких подах, расположенных ниже верхнего, но выше пода, где расположено устройство вывода газообразных продуктов. Такое устройство печи позволяет обеспечить регулирование температуры по подам и, таким образом, обеспечить высокую эффективность процесса.An additional improvement of the multi-hearth furnace proposed above can be achieved if it is performed with additional oxygen-containing gas inlets on one or several hearths located below the upper but above the hearth, where the gaseous products outlet device is located. Such an arrangement of the furnace makes it possible to control the temperature in the hearths and, thus, to ensure high efficiency of the process.

Газонепроницаемый затвор - газоплотное устройство, позволяющее перемещать сыпучий материал на нижележащий под - предпочтительно выполняется в виде вертикального секторного затвора типа затвора, описанного в патенте ЕР 0794915 В1 (A. Wormser; 03.05.2000; МПК⁷: B65G 53/46, B65G 53/16): Вертикальный секторный затвор выполнен в виде устройства, включающего верхнюю крышку, в которой имеется загрузочное отверстие, нижнюю крышку, в которой имеется разгрузочное отверстие, наружный корпус и перегородки числом N не менее трех, закрепленные на валу вращения перегребателей с гребками. При этом загрузочное отверстие и разгрузочное отверстие расположены по окружности смещенными на угол ϕ≥2π/N от края одного до ближайшего края другого. Такое взаимное расположение отверстий обеспечивает то, что при вращении вала 14 ококсованное топливо, провалившееся в загрузочное отверстие 18, перемещается перегородками 20 к разгрузочному отверстию 19, откуда попадает на под 8; при этом перегородки 20 препятствуют перетеканию газов между верхней и нижней половинами реактора - с пода 8 на под 7.A gas tight shutter - a gas tight device that allows bulk material to be moved to the underlying underneath - is preferably in the form of a vertical sector shutter of the type of shutter described in patent EP 0794915 B1 (A. Wormser; 05/05/2000; IPC ⁷ : B65G 53/46, B65G 53 / 16): The vertical sector shutter is made in the form of a device including a top cover in which there is a loading hole, a bottom cover in which there is a discharge hole, an outer casing and partitions with a number N of at least three, fixed to the shaft of rotation of the rebound with strokes. In this case, the loading hole and the discharge hole are circumferentially offset by an angle ϕ≥2π / N from the edge of one to the nearest edge of the other. This mutual arrangement of the holes ensures that when the shaft 14 is rotated, the coked fuel that has fallen into the loading hole 18 is moved by partitions 20 to the discharge hole 19, from where it falls under 8; while the partitions 20 prevent the flow of gases between the upper and lower halves of the reactor - from hearth 8 to under 7.

На Фиг. 1 представлена принципиальная схема возможной реализации процесса в реакторе типа многоподовой печи и показаны основные элементы соответствующего реактора. Фиг. 2 схематически показывает устройство вертикального секторного затвора, обеспечивающего пересыпание сыпучего материала при сохранении газоплотности.In FIG. 1 is a schematic diagram of a possible implementation of the process in a multi-hearth furnace type reactor and the main elements of the corresponding reactor are shown. FIG. 2 schematically shows a vertical sector shutter device for pouring bulk material while maintaining gas tightness.

Данный ниже пример возможной реализации процесса подтверждает, но не исчерпывает предлагаемый способ переработки конденсированного топлива с получением горючего газа, свободного от пиролизных смол. Фиг. 1 и 2, иллюстрируют, но не ограничивают возможные реализации процесса, и схематически представляют предпочтительный конструктивный вариант предлагаемого реактора.The following example of a possible implementation of the process confirms, but does not exhaust, the proposed method for processing condensed fuel to produce combustible gas free of pyrolysis resins. FIG. 1 and 2, illustrate, but do not limit the possible implementation of the process, and schematically represent a preferred structural embodiment of the proposed reactor.

Процесс протекает следующим образом.The process proceeds as follows.

Твердое топливо, загружают в реактор 1, выполненный в виде многоподовой печи с числом подов, равным десяти, через затвор 2 на верхний под 3. Загруженные материалы в реакторе перемещаются с вышележащего пода 3 на нижележащий 4 и далее 5, 6, … по 12, с помощью перегребателей с гребками 13, закрепленных на непрерывно вращающемся валу 14. На верхнем поде 3 инициируют горение и затем поддерживают горение в верхней части реактора при подаче воздуха, нагнетаемого вентилятором 15. Воздух подают в количестве, недостаточном для полного окисления топлива. Топливо под действием высокой температуры нагревается и пиролизуется с выделением горючих газов и пиролизных смол и образованием ококсованного остатка, причем пиролизные смолы и горючие газы частично окисляются в токе воздуха, нагнетаемого вентилятором 15, и тем самым поддерживают высокую температуру. Несгоревшие пиролизные смолы под действием высокой температуры разлагаются и частично реагируют с водяным паром, образуя водород и окись углерода. Газовый поток в верхней части реактора направлен спутно движению твердого топлива - последовательно с пода 3 на 4, 5, 6, 7. Горючий газ - газообразные продукты, содержащие водород и окись углерода и практически свободные от пиролизных смол, выводят с пода 7 по газоходу 16. Кокс, образующийся при пиролизе топлива, частично расходуется при окислении воздухом и при реагировании с водяным паром.Solid fuel is loaded into the reactor 1, made in the form of a multi-hearth furnace with the number of hearths equal to ten, through the shutter 2 to the upper one under 3. The loaded materials in the reactor are transferred from the overlying hearth 3 to the underlying 4 and further 5, 6, ... 12, with the help of rebars with paddles 13 mounted on a continuously rotating shaft 14. On the upper hearth 3, combustion is initiated and then combustion is maintained in the upper part of the reactor when air is supplied by the fan 15. Air is supplied in an amount insufficient to completely oxidize the fuel. The fuel is heated and pyrolyzed under the influence of high temperature with the release of combustible gases and pyrolysis resins and the formation of a carbonized residue, moreover, the pyrolysis resins and combustible gases are partially oxidized in the stream of air pumped by the fan 15, and thereby maintain a high temperature. Unburned pyrolysis resins decompose under the influence of high temperature and partially react with water vapor, forming hydrogen and carbon monoxide. The gas stream in the upper part of the reactor is directed in parallel with the movement of solid fuel — sequentially from the hearth 3 to 4, 5, 6, 7. Combustible gas — gaseous products containing hydrogen and carbon monoxide and practically free of pyrolysis resins are removed from the hearth 7 through the gas duct 16 Coke formed during the pyrolysis of fuel is partially consumed during oxidation with air and in reaction with water vapor.

С пода 7 ококсованное топливо попадает в газонепроницаемый затвор 17, выполненный в виде секторного затвора, включающего загрузочное отверстие 18, разгрузочное отверстие 19, и не менее трех перегородок 20, закрепленных на валу 14. При вращении вала 14 ококсованное топливо, провалившееся в загрузочное отверстие 18, перемещается перегородками 20 к разгрузочному отверстию 19, откуда попадает на под 8. При этом перегородки 20 препятствуют перетеканию газов между верхней и нижней половинами реактора.From the hearth 7, the coked fuel enters the gas-tight shutter 17, made in the form of a sector shutter, including a loading hole 18, an unloading hole 19, and at least three baffles 20 fixed to the shaft 14. When the shaft 14 is rotated, the coked fuel that has failed in the loading hole 18 , moves by partitions 20 to the discharge opening 19, from where it falls under 8. Here, the partitions 20 prevent the flow of gases between the upper and lower halves of the reactor.

Для обеспечения дожигания остаточного углерода из ококсованного топлива и охлаждения золы на подах с 8 по 12 организуют зону охлаждения твердого материала, для чего с помощью вентилятора 21 подают на под 12 воздух. Дутье вентилятора 21 регулируют таким образом, чтобы обеспечить сгорание кокса и остывание зольного остатка на поде 12. При этом на вышележащих подах 8-11 продукты горения частично реагируют с нагретым ококсованным топливом, образуя водород и окись углерода. В нижней части реактора газовый поток направлен противотоком к движению твердого топлива - последовательно с пода 12 на 11, 10, 9, 8. Охлажденный твердый остаток по мере накопления выгружают с пода 12 через шлюзовой затвор 22.To ensure the afterburning of residual carbon from the coked fuel and cooling the ash on the hearths from 8 to 12, a cooling zone for solid material is organized, for which, using fan 21, air is supplied to under 12. The blast of the fan 21 is regulated so as to ensure the combustion of coke and the cooling of the ash residue on the hearth 12. In this case, on the overlying hearths 8-11, the combustion products partially react with the heated coked fuel, forming hydrogen and carbon monoxide. In the lower part of the reactor, the gas flow is directed countercurrent to the movement of solid fuel - sequentially from the hearth 12 to 11, 10, 9, 8. The cooled solid residue is discharged from the hearth 12 from the hearth 12 through the lock gate 22.

Газообразные продукты из нижней части реактора в зависимости от соотношения скорости подачи топлива и расхода воздуха содержат водород и окись углерода и/или кислород и при этом имеют высокую температуру. Имеющие высокую температуру газы с пода 8 выводятся по газоходу 23 на под 3. Переток газа, имеющего сравнительно высокую температуру (ок. 800°С), с пода 8 на под 3 обеспечивают за счет давления, создаваемого вентилятором 21. Подача горячего газа на под 3 обеспечивает устойчивое протекание пиролиза и горения в верхней части реактора.Gaseous products from the lower part of the reactor, depending on the ratio of the fuel feed rate and air flow rate, contain hydrogen and carbon monoxide and / or oxygen and at the same time have a high temperature. High temperature gases from hearth 8 are discharged through the gas duct 23 to hearth 3. The gas flow, having a relatively high temperature (approx. 800 ° C), from hearth 8 to hearth 3 is provided by the pressure created by fan 21. Hot gas is supplied to the hearth 3 provides a steady flow of pyrolysis and combustion in the upper part of the reactor.

При необходимости ограничить температуру горения ококсованного топлива воздух в реактор подают совместно с водяным паром, при этом количество подаваемого водяного пара регулируют таким образом, чтобы углерод ококсованного топлива возможно полно прореагировал с воздухом, но при этом температура горения кокса не превышала опасной для конструкции реактора (ок. 1000°С). Твердый остаток при этом не содержит кокса, выгружается из реактора при низкой температуре (что облегчает обращение с ним), а калорийность коксового остатка преобразуется в калорийность газообразных продуктов и их физическое тепло.If it is necessary to limit the combustion temperature of coked fuel, air is supplied to the reactor together with water vapor, while the amount of water vapor supplied is regulated so that the carbon of coked fuel can possibly fully react with air, but at the same time, the combustion temperature of coke does not exceed the hazardous one for reactor design (approx . 1000 ° C). The solid residue in this case does not contain coke, is discharged from the reactor at a low temperature (which facilitates its handling), and the calorific value of the coke residue is converted to the calorific value of gaseous products and their physical heat.

Направляемый потребителю горючий газ, выводимый с пода 7 по газоходу 16, свободен от пиролизных смол и может быть эффективно использован как топливо.The combustible gas directed to the consumer, discharged from the hearth 7 through the gas duct 16, is free of pyrolysis resins and can be effectively used as fuel.

Пример.Example.

В реакторе, представленном на Фиг. 1, проводится переработка предварительно высушенного до остаточной влажности 10% осадка сточных вод (канализационного ила) с получением горючего газа. Осадок загружают через затвор 2 на верхний под 3 реактора 1 в количестве 500 кг/час. На верхнем поде 3 с помощью газовой горелки (на рисунке не показана) инициируют горение осадка, затем, после прогрева реактора, горелку отключают и вентилятором 15 подают на верхние поды 600 кг в час воздуха для поддержания горения на подах 3-5. Для обеспечения устойчивого воспламенения и горения свежезагруженного осадка на поде 3, на под 3 подают по газоходу 23 горячий газ с нижележащего пода 8. Переток газа, имеющего температуру около 800°С, с пода 8 на под 3 обеспечивают за счет более высокого давления в нижней половине реактора, создаваемого воздухом, который подают на под 12 вентилятором 21 с расходом 300 кг в час. Частично пиролизованный осадок с помощью перегребателей с гребками 13, закрепленных на валу 14, пересыпается с пода 3 на нижележащий под 4, и далее 5, 6, 7. Пиролизные смолы и горючие газы, выделяемые при пиролизе, частично окисляются в токе воздуха, подаваемого на поды 3-5 (сопло ввода воздуха на рисунке показано лишь на поде 4), и тем самым поддерживают высокую температуру, 800-900°С. Несгоревшие пиролизные смолы под действием высокой температуры разлагаются и частично реагируют с водяным паром, образуя водород и окись углерода. Газовый поток в верхней части реактора направлен спутно движению твердого топлива - последовательно с пода 3 на 4, 5, 6, 7. Газообразные продукты, содержащие водород и окись углерода и практически свободные от пиролизных смол, выводят с пода 7 по газоходу 16. Для того, чтобы обеспечить пиролиз и конверсию пиролизных смол с паром, на подах 4-7 поддерживают необходимую высокую температуру 850-900°С. Выход пиролизного газа составляет 1290 кг/час. Горючий газ выводится при температуре 700-800°С. Он практически свободен от пиролизных смол и содержит водород, окись углерода и небольшое количество метана.In the reactor of FIG. 1, the processing of pre-dried to a residual moisture content of 10% sewage sludge (sewage sludge) to produce combustible gas. The precipitate is loaded through the shutter 2 to the top under 3 of the reactor 1 in an amount of 500 kg / h. On the upper hearth 3, with the help of a gas burner (not shown in the figure), the combustion of the precipitate is initiated, then, after warming up the reactor, the burner is turned off and 600 kg of air are fed to the upper hearths with fan 15 to maintain combustion on the hearth 3-5. To ensure stable ignition and combustion of freshly loaded sludge on hearth 3, on hearth 3, hot gas from the underlying hearth 8 is fed through a gas duct 23. The gas flow having a temperature of about 800 ° C from hearth 8 to hearth 3 is provided due to the higher pressure in the bottom half of the reactor created by air, which is fed to under 12 fan 21 with a flow rate of 300 kg per hour. Partially pyrolyzed sludge with the help of rebars with paddles 13, mounted on the shaft 14, is poured from the hearth 3 to the underlying one under 4, and then 5, 6, 7. Pyrolysis resins and combustible gases released during pyrolysis are partially oxidized in a stream of air supplied to pods 3-5 (the air inlet nozzle in the figure is shown only on pod 4), and thereby maintain a high temperature, 800-900 ° C. Unburned pyrolysis resins decompose under the influence of high temperature and partially react with water vapor, forming hydrogen and carbon monoxide. The gas flow in the upper part of the reactor is directed in parallel with the movement of solid fuel - sequentially from the hearth 3 to 4, 5, 6, 7. Gaseous products containing hydrogen and carbon monoxide and practically free of pyrolysis resins are discharged from the hearth 7 through the gas duct 16. To do this in order to ensure pyrolysis and conversion of pyrolysis resins with steam, the required high temperature of 850-900 ° C is maintained on the hearths 4-7. The output of pyrolysis gas is 1290 kg / h. Combustible gas is discharged at a temperature of 700-800 ° C. It is practically free of pyrolysis resins and contains hydrogen, carbon monoxide and a small amount of methane.

Ококсованный осадок, содержащий около 10% углерода в количестве 130 кг в час по мере вращения вала 14 через затвор 17 поступает на под 8.The carbonized precipitate containing about 10% carbon in an amount of 130 kg per hour as the shaft 14 rotates through the shutter 17 enters under 8.

На подах с 8 по 12 организуют зону догорания кокса и охлаждения твердого остатка, для чего с помощью вентилятора 21 подают на под 12 до 300 кг в час воздуха и на тот же под подают до 10 кг в час воды в жидкой фазе (форсунки ввода воды на рисунке не показаны).On the hearths 8 to 12, a coke burning and solid residue cooling zone is organized, for which, using fan 21, air is supplied at 12 to 300 kg per hour and up to 10 kg per hour of water in the liquid phase is supplied to the same supply (water injection nozzles not shown in the figure).

Испарение воды, подаваемой на поде 12, обеспечивает, наряду с подачей воздуха, остывание зольного остатка. При этом водяной пар и кислород воздуха на вышележащих подах 8-11 частично реагируют с нагретым ококсованным топливом, образуя водород и окись углерода. В нижней части реактора газовый поток направлен противотоком к движению твердого топлива - последовательно с пода 12 на 11, 10, 9, 8. Газообразные продукты из нижней части реактора также содержат водород и окись углерода и выводятся с пода 8 по газоходу 23 на под 3 в верхней части реактора.The evaporation of the water supplied to the hearth 12 provides, along with the air supply, cooling of the ash residue. In this case, water vapor and oxygen on the overlying hearths 8-11 partially react with the heated coked fuel, forming hydrogen and carbon monoxide. In the lower part of the reactor, the gas flow is directed countercurrent to the movement of solid fuel - sequentially from the hearth 12 to 11, 10, 9, 8. The gaseous products from the bottom of the reactor also contain hydrogen and carbon monoxide and are discharged from the hearth 8 through the gas duct 23 to under 3 in top of the reactor.

Охлажденный зольный остаток выгружают по мере накопления с пода 12 через шлюзовой затвор 22. Выход золы-шлака составляет 115 кг/час. Получаемый горючий газ выводится из реактора с пода 7 по газоходу 16 при температуре около 800°С; газ свободен от пиролизных смол, имеет калорийность около 4 МДж/кг и может быть эффективно использован как топливо. При сжигании горючего газа в паровом котле физическое тепло горючего газа также используется для генерации энергии.The cooled ash residue is discharged as it accumulates from the hearth 12 through the lock gate 22. The ash-slag yield is 115 kg / h. The resulting combustible gas is removed from the reactor from the hearth 7 through the gas duct 16 at a temperature of about 800 ° C; gas is free from pyrolysis resins, has a caloric value of about 4 MJ / kg and can be effectively used as fuel. When burning combustible gas in a steam boiler, the physical heat of the combustible gas is also used to generate energy.

Настоящее изобретение предлагает решение технической задачи - получения из твердого топлива в непрерывном процессе и с высокой энергетической эффективностью свободного от пиролизных смол горючего газа и, при необходимости, остатка свободного от горючих составляющих.The present invention provides a solution to the technical problem of obtaining from solid fuel in a continuous process and with high energy efficiency free of pyrolysis resins of combustible gas and, if necessary, the remainder free of combustible components.

Claims

1. A method of producing combustible gas from solid fuel, comprising loading fuel into a reactor made in the form of a multi-hearth furnace with a number of hearths of at least five, on the top underneath, supplying oxygen-containing gas to the reactor in an amount insufficient to completely oxidize the fuel, initiating combustion in the reactor fuel in an oxygen-containing gas, moving fuel from overlying to the underlying hearth, unloading solid residue from the bottom hearth and removing gaseous products in the form of combustible gas and sending them to the consumer, different the fact that the oxygen-containing gas is fed to the upper hearth, combustion is initiated on the upper hearth, while the gas flow from the upper hearth is directed to the underlying hearth, and on the lower hearth, a solid residue cooling zone is formed by supplying oxygen-containing gas and possibly water vapor to the lower hearth and / or water in a liquid phase; while the gas flow from the lower hearth is directed to the overlying one, a gas-tight shutter is arranged on one of the intermediate hearths not higher than the third from above and not lower than the third from the bottom, and the hot gas stream from the hearth located directly below the gas-tight shutter is directed to the upper under and the selection of gaseous products in the form of combustible gas is carried out from the hearth located above the gas-tight shutter.

2. The method according to p. 1, characterized in that it further supplies oxygen-containing gas to at least one underneath, located below the top, but above the bottom, from which gaseous products are sent to the consumer.

3. The method according to claim 1, characterized in that the temperature is maintained above 800 ° C in at least one of the hearths located above the hearth from which gaseous products sent to the consumer are selected.

4. The method according to p. 1, characterized in that the temperature on the lower hearth support is not higher than 100 ° C.

5. A reactor for carrying out the process described in paragraph 1, comprising a sealed enclosure equipped with thermal insulation, at least five mostly horizontal communicating hearths, a loading device on the upper and a discharge device on the lower hearth, an oxygen-containing gas supply device and an ignition device and an output device gaseous products, characterized in that the oxygen-containing gas supply device and the ignition device are located on the upper hearth, while the reactor is additionally equipped with a device the oxygen supply gas on the lower hearth, the gas-tight shutter on one of the intermediate hearths is not higher than the third from the top and not lower than the third from the bottom, as well as the gas duct connecting the hearth, the hearth below the gas-tight shutter with the hearth of the upper hearth, while the gaseous output device The product is located on the hearth directly above the gas tight shutter.

6. The reactor according to claim 5, characterized in that the height of the hearth of the hearth, on which the output device of gaseous products is located, is made with a height not less than twice the height of the hearth of the remaining hearths.

7. The reactor according to claim 5, characterized in that it is further provided with an oxygen-containing gas supply device at least on one hearth below the top but above the hearth on which the gaseous product outlet device is located.

8. The reactor according to claim 5, characterized in that the gas-tight shutter is made in the form of a vertical sector shutter, including a top cover in which there is a loading hole, a lower cover in which there is a discharge hole, an outer casing and rotators of the strikers mounted on the rotation shaft partitions with the number N of at least three, with the loading hole and the discharge opening located circumferentially offset from each other by an angle ϕ≥2π / N from the edge of one to the edge of the other.