Горелка для хорошо коксующихся углей и газификатор - RU2442818C2
Код документа: RU2442818C2
Чертежи
Описание
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Настоящее изобретение относится к горелке для хорошо коксующихся углей при газификаторе твердого топлива или подобном устройстве в составе электростанции комбинированного цикла с внутрицикловой газификацией, а также к самому газификатору.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Традиционно так называемые электростанции комбинированного цикла с внутрицикловой газификацией (КЦВГ) разрабатывают и внедряют с целью повысить эффективность угольных электростанций. Такая электростанция содержит газотурбинный генератор, работающий на газообразном топливе, полученном газификацией угля, а также паротурбинный генератор, работающий на паре, полученном в бойлере-теплообменнике за счет отбора тепла у горячих отходящих газов газотурбогенератора.
[0003] В такой КЦВГ-системе пылевидное твердое топливо впрыскивают в газификатор из горелки, в которую его подают потоком азота, двуокиси углерода, воздуха или иного подобного пропеллента. При этом газификатор работает под высоким давлением, что отражается на конструкции системы и протекании реакций внутри нее.
А именно, газификатор сконструирован как сосуд высокого давления, а горелка, которая заходит внутрь сквозь его стенку, подает твердое топливо (угольную пыль, нефтяной кокс или подобное) и газифицирующий агент (воздух, кислород, водяной пар или подобный) через ту же трубу.
[0004] На фиг.10 показана в разрезе горелка традиционной конструкции. В такой конструкции горелка 12' для хорошо коксующихся углей (далее просто «горелка») проходит сквозь наружную стенку 11 газификатора 10, который сконструирован как сосуд высокого давления. Горелка 12 конструктивно представляет собой двойную коаксиальную трубу с каналом 13 твердого топлива в центре и окружающим его каналом 14 газифицирующего агента.
Канал 13 твердого топлива соединен линией 16 подачи топлива с устройством 15 подачи топлива, которое под высоким давлением подает размолотый в пыль уголь. При этом в устройство 15 подачи топлива подают пропеллент, расход которого регулируют посредством устройства управления расходом (не показано). Таким образом, по каналу 13 подачи твердого топлива с пропеллентом поступает твердое топливо, причем расход топлива регулирует устройство 15 подачи топлива, а расход пропеллента - устройство управления расходом. Так пылевидное твердое топливо с потоком пропеллента поступает в газификатор 10.
[0005] К каналу 14 подачи газифицирующего агента в газификатор 10 подключена линия 17 подачи газифицирующего агента, причем расход агента регулирует устройство управления расходом (не показано).
Итак, твердое топливо, пропеллент и газифицирующий агент поступают в газификатор 10, где твердое топливо подвергается соответствующей обработке, отдает газ и поступает для дальнейшей обработки в устройство очистки газа.
[0006] Другая традиционная технология - аппарат дутьевого типа для газификации пылевидных углеродных материалов, таких как уголь. В таком аппарате задействованы пропеллент (например, азот) для подачи пылевидного топлива и окисляющий агент (например, кислород или воздух), и при этом газификация сырья происходит при температуре не ниже температуры плавления золы. Далее известная технология предусматривает наличие неподалеку от выходного отверстия линии подачи сопла, через которое вдувают азот, диоксид углерода или инертный газ в сторону выходного отверстия, таким образом, чтобы этот газ перемешался с потоком газифицируемого сырья. Это сопло сдувает шлак, прилипающий к выходной части линии подачи, и, как считается, способен полностью исключить прилипание каких-либо веществ к выходной части горелки (см. например цитируемый документ 1).
[0007] Кроме того, была раскрыта технология, согласно которой в аппарат для сжигания пылевидного топлива в смеси с воздухом через вспомогательное сопло вдувают поток сжатого воздуха, отобранного из тракта подготовки топливовоздушной смеси, либо из атмосферы, за счет чего предотвращают эрозию сопла топливовоздушной смеси, а также прилипание и отложения топлива (как раскрыто в цитируемом документе 2).
Цитируемый документ 1: японская заявка, находящаяся на экспертизе, публикация № Hei 08-003361 (см. фиг.1).
Цитируемый документ 2: публикация японского патента №3790489.
Раскрытие изобретения
[0008] Согласно вышеописанной традиционной технологии, показанной на фиг.10A и фиг.10B, высокое давление в газификаторе 10 приводит к тому, что расстояние между транспортируемыми в потоке газа частицами твердого топлива мало. То есть, транспортируемое в потоке газа по каналу 13 твердое топливо имеет очень высокий коэффициент заполнения объема.
При этом в горелке 12, устроенной как двойная коаксиальная труба из канала 13 подачи твердого топлива и канала 14 подачи газифицирующего агента, имеет место значительный перенос тепла от горячего агента к холодному топливу.
[0009] По этой причине частицы твердого топлива, подогреваемые теплом газифицирующего агента, плавятся и увеличиваются в размерах. Если уголь при этом хорошо коксующийся, может возникнуть проблема, связанная с тем, что расплавленные и раздувшиеся частицы агломерируют - в результате чего имеет место неполное сгорание, либо с тем, что расплавленные и раздувшиеся частицы топлива прилипают к внутренней стенке канала 13 подачи твердого топлива, вызывая закупорку горелки 12. Такие проблемы возникают не только в горелках для таких видов топлива, как угольная пыль и нефтяной кокс, но также в горелках газификаторов для других видов хорошо коксующегося топлива, таких как отходы нефтепереработки или пластмассы.
[0010] То есть, применительно к горелкам при газификаторах для хорошо коксующегося твердого топлива требуется решение проблем, которые могут быть вызваны нагревом частиц твердого топлива - до расплавления и увеличения в размерах - обусловленного переносом тепла внутри горелки, выполненной в виде двойной коаксиальной трубы с каналами для твердого топлива и газифицирующего агента.
Настоящее изобретение предложено ввиду вышеуказанных обстоятельств и имеет своей задачей предложить горелку для хорошо коксующихся углей, в которой каналы твердого топлива и газифицирующего агента сведены в двойную трубу, но при этом снижен или исключен нагрев частиц твердого топлива и их последующее расплавление и разбухание за счет теплопереноса внутри горелки, что позволяет обеспечить стабильную работу газификатора.
[0011] Вышеописанные проблемы решаются в рамках настоящего изобретения следующим образом.
В горелке для сжигания хорошо коксующихся углей согласно настоящему изобретению, проходящей сквозь стенку газификатора для измельченного твердого топлива, канал подачи твердого топлива посредством пропеллента и канал подачи газифицирующего агента выполнены в виде двойной трубы, и при этом предусмотрены средства для распознавания закупорки канала твердого топлива, по сигналу которых в заданной ситуации принимают меры к снижению температуры твердого топлива.
[0012] При такой горелке для хорошо коксующихся углей оборудованы средства распознавания закупорки, распознающие закупорку в канале твердого топлива, и при распознавании закупорки с заранее заданными параметрами принимают меры для охлаждения твердого топлива. Соответственно, становится возможным понижать температуру твердого топлива соразмерно развитию закупорки в канале твердого топлива, таким образом предотвращая или подавляя обусловленное нагревом расплавление и набухание частиц хорошо коксующегося твердого топлива.
[0013] В рамках настоящего изобретения желательно, чтобы процесс охлаждения предусматривал выдачу управляющего сигнала на увеличение подачи пропеллента, в потоке которого подают топливо. Это уменьшает время прохождения твердого топлива и пропеллента по каналу твердого топлива, что позволяет уменьшить количество тепла, отбираемого твердым топливом у горячего газифицирующего агента.
[0014] В рамках настоящего изобретения желательно, чтобы процесс охлаждения предусматривал выдачу управляющего сигнала на понижение температуры газифицирующего агента. Такое понижение температуры приводит к уменьшению разности температур между более горячим газифицирующим агентом и потоком твердого топлива и пропеллента в канале твердого топлива. Соответственно, это позволяет уменьшить количество тепла, отбираемого твердым топливом у горячего газифицирующего агента.
[0015] В рамках настоящего изобретения желательно, чтобы процесс охлаждения предусматривал выдачу управляющего сигнала на увеличение подачи пропеллента, а совместно с ним - управляющего сигнала на понижение температуры газифицирующего агента. Это уменьшает время прохождения твердого топлива и пропеллента по каналу твердого топлива, а также температуру газифицирующего агента и разность температур между более горячим газифицирующим агентом и потоком твердого топлива и пропеллента в канале твердого топлива, в результате чего можно еще эффективнее уменьшить количество тепла, отбираемого твердым топливом у горячего газифицирующего агента.
[0016] В рамках настоящего изобретения желательно, чтобы средства распознавания закупорки измеряли разность давлений между входным патрубком канала твердого топлива и подходящей точкой, расположенной ниже его по потоку, и распознавали как закупорку такую ситуацию, когда коэффициент падения напора, вычисляемый из разности давлений, достигает или превышает наперед заданную величину. Это позволяет с уверенностью распознавать закупорку в канале твердого топлива на основании коэффициента падения напора, вычисляемого из давления в газификаторе и разности давлений, которая изменяется в зависимости от расходов твердого топлива и пропеллента.
[0017] В рамках настоящего изобретения желательно, чтобы средства распознавания закупорки распознавали как закупорку такую ситуацию, когда коэффициент падения напора - вычисляемый из соотношения первой разности давлений, измеряемой между входным патрубком горелки и подходящей точкой ниже по потоку, и второй разности давлений, измеряемой на произвольном участке линии подачи твердого топлива, подведенной к каналу твердого топлива - достигает или превышает наперед заданную величину. Это позволяет уверенно распознавать закупорку канала твердого топлива исходя из коэффициента падения напора, вычисляемого из давления в канале газификации и разности давлений, которая не зависит от расходов твердого топлива и пропеллента.
[0018] В рамках настоящего изобретения желательно, чтобы процесс охлаждения предусматривал средства контроля верхнего предела, которые измеряют температуру внутренней поверхности канала твердого топлива, причем эту температуру поддерживают такой, чтобы она не превышала некоторой величины, задаваемой исходя из коксующих характеристик угля. Это позволяет эксплуатировать систему при наибольшей температуре, не приводящей к закупорке канала.
[0019] Газификатор согласно настоящему изобретению представляет собой сосуд высокого давления, в который твердое топливо, такое как пылевидный хорошо коксующийся уголь, подают в потоке газообразного пропеллента и в котором это топливо проходит газификацию при высоком давлении совместно с газифицирующим агентом, причем газификатор содержит горелку для хорошо коксующегося угля по любому из п.п.1-7 формулы изобретения.
[0020] Такой газификатор содержит вышеописанную горелку для хорошо коксующегося угля, а потому способен понижать температуру твердого топлива, которая могла бы вызвать закупорку канала твердого топлива горелки, соразмерно развитию закупорки в канале, тем предотвращая или подавляя обусловленное нагревом расплавление и разбухание частиц хорошо коксующегося твердого топлива.
[0021] Согласно настоящему изобретению горелка для хорошо коксующегося твердого топлива при газификаторе для хорошо коксующегося твердого топлива позволяет предотвратить или подавить расплавление и разбухание частиц твердого топлива, обусловленное их нагревом за счет теплообмена между каналами твердого топлива, и газифицирующего агента в горелке, сконструированной в виде двойной трубы. То есть, возможно предотвратить агломерацию расплавленных и разбухших соседних частиц хорошо коксующегося твердого топлива, что влечет за собой неполное сгорание, а также прилипание таких частиц к внутренней поверхности канала твердого топлива, что приводит к закупорке. Это позволяет стабильную эксплуатацию горелки для хорошо коксующегося твердого топлива и газификатора. Кроме того, становится возможным расширить ассортимент хорошо коксующихся твердых топлив, применимых с такой горелкой и газификатором.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0022]
Фиг.1 схематически показывает компоновку горелки для хорошо коксующегося угля и газификатора согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.2 показывает блок-схему электростанции комбинированного цикла с внутрицикловой газификацией (КЦВГ).
Фиг.3 показывает блок-схему примерного алгоритма управления устройством распознавания закупорки согласно первому варианту осуществления.
Фиг.4 схематически показывает компоновку горелки для хорошо коксующегося угля и газификатора согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.5 схематически показывает компоновку горелки для хорошо коксующегося угля и газификатора согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.6 схематически показывает компоновку горелки для хорошо коксующегося угля и газификатора, модифицированную по отношению к третьему варианту с фиг.5.
Фиг.7 схематически показывает компоновку горелки для хорошо коксующегося угля и газификатора согласно четвертому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.8 схематически показывает компоновку горелки для хорошо коксующегося угля и газификатора, модифицированную по отношению к четвертому варианту с фиг 7.
Фиг.9 схематически показывает компоновку горелки для хорошо коксующегося угля и газификатора согласно пятому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.10A схематически показывает традиционную компоновку горелки для хорошо коксующегося угля и газификатора.
Фиг.10B показывает вид со стороны стрелок A-A на фиг.10A.
Номера позиций
[0023]
10: Газификатор
11: Стенка газификатора
12: Горелка для хорошо коксующегося угля
13: Канал твердого топлива
14: Канал газифицирующего агента
20, 20A до 20F: Устройство распознавания закупорки
30: Устройство регулирования температуры
40: Датчик температуры
НАИЛУЧШИЙ СПОСОБ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0024] Ниже описаны варианты осуществления горелки для хорошо коксующегося угля согласно настоящему изобретению со ссылками на прилагаемые чертежи.
Фиг.2 показывает блок-схему электростанции комбинированного цикла с внутрицикловой газификацией. Такая электростанция вырабатывает электричество за счет сжигания газа, получаемого газификацией угля или иного твердого топлива. Основные элементы КЦВГ-электростанции: сухой измельчитель 1, который сушит и размалывает твердое топливо, такое как уголь, в пылевидную форму, устройство 2 подачи топлива под давлением, которое производит подачу твердого топлива в потоке газообразного пропеллента, блок 3 газификатора, в который подают твердое топливо в потоке пропеллента и газифицирующий агент, и который превращает твердое топливо в угольный газ, устройство 4 очистки газа, которое удаляет всевозможные примеси из угольного газа, производимого блоком 3 газификатора, очищая угольный газ, а также блок 5 генераторов из газотурбинного и паротурбинного генераторов.
[0025] Газотурбинный генератор работает за счет сжигания очищенного угольного газа в газовой турбине, вал которой вращает генератор, вырабатывающий электричество.
Паротурбинный генератор приводится во вращение валом паровой турбины, которая работает за счет энергии пара, вырабатываемого отъемом тепла у отработавших в газовой турбине горячих продуктов сгорания в бойлере-теплообменнике.
[0026] Первый вариант осуществления
Как видно на фиг.1, блок 3 газификатора вышеописанной КЦВГ-электростанции оборудован газификатором 10, сконструированным как сосуд высокого давления. Горелка 12 для хорошо коксующегося угля (далее «горелка) присоединена к газификатору 10 таким образом, что проходит сквозь его стенку 11, которая образует сосуд высокого давления.
Горелка 12 сконструирована в виде двойной трубы из канала 13 твердого топлива в центре и канала 14 газифицирующего агента вокруг.
[0027] Канал 13 твердого топлива подает измельченное хорошо коксующееся твердое топливо в газификатор 10. Канал 13 присоединен к устройству 15 подачи топлива под давлением линией 16 подачи топлива.
Устройство 15 подачи топлива под давлением снабжают измельченным твердым топливом, и устройство подает требуемое количество топлива в газификатор 10 в потоке газообразного пропеллента. Пропеллент поступает в устройство 15 подачи топлива под давлением от устройства 17 управления расходом по линии 19 подачи пропеллента. В качестве пропеллента в данном случае можно применять азот, двуокись углерода, воздух и подобные газы.
[0028] Канал 14 газифицирующего агента присоединен к источнику газифицирующего агента (не показан) линией 18 подачи газифицирующего агента. Канал 14 подает требуемое количество горячего газифицирующего агента в газификатор 10. В качестве газифицирующего агента в данном случае можно применять воздух, кислород, пар и подобные газы.
Таким образом, в горелке 12 газотранспортный канал 13 твердого топлива, заведенный сквозь стенку 11 в газификатор 10 для измельченного хорошо коксующегося твердого топлива, и канал 14 для подачи в газификатор газифицирующего агента выполнены в виде двойной трубы.
[0029] При этом вышеописанная горелка 12 содержит устройство 20 распознавания закупорки, которое служит в качестве средств распознавания закупорки в канале 13 твердого топлива. Устройство 20 распознавания закупорки измеряет разность Ра между входным патрубком канала 13 твердого топлива и давлением внутри газификатора 10, который выбран в качестве подходящей точки ниже входного патрубка по потоку. Когда коэффициент потери напора, вычисляемый из разности Pa давлений достигает или превышает наперед заданную величину, устройство 20 расценивает это как закупорку в канале 13 твердого топлива. Как показано ниже на примере, измеряют давление P1 на входном патрубке канала 13 твердого топлива и давление P2 внутри газификатора 10, а из них вычисляют разность Pa давлений. Отметим, что для вычисления разности Pa давлений можно использовать давление P3 на выходе горелки вместо давления P2 внутри газификатора 10.
[0030] Когда устройство 20 распознавания закупорки обнаруживает закупорку с заранее заданными параметрами, принимают меры к охлаждению твердого топлива. Этот процесс предусматривает уменьшение времени прохождения твердого топлива и пропеллента по каналу 13 посредством выдачи управляющего сигнала на увеличение количества подаваемого для транспортировки топлива пропеллента. При этом за счет повышения скорости потока твердого топлива в канале 13 двойной коаксиальной горелки 12 сокращается время, в течение которого происходит отъем тепла холодным твердым топливом у горячего газифицирующего агента. Соответственно, уменьшается количество тепла, отнимаемого твердым топливом у газифицирующего агента. Это позволяет предотвратить нагрев твердого топлива окружающим его горячим газифицирующим агентом и тем самым не допустить или устранить разогрев частиц твердого топлива до такой температуры, при которой они плавятся и разбухают.
[0031] Ниже на основе блок-схемы с фиг.3 описан примерный алгоритм управления в устройстве 20 распознавания закупорки.
Процедура управления начинается на первом шаге S1, после чего переходит к следующему шагу S2, на котором определяют, следует ли продолжать работу. Если ответ положительный и газификатор 10 продолжает работать, переходят к следующему шагу S3, на котором измеряют разность Pa давлений. Разность Pa давлений в данном случае получают измерением давления P1 на входном патрубке канала 13 твердого топлива и давления P2 внутри газификатора 10. Если же на шаге S2 получен отрицательный ответ и работа газификатора 10 будет остановлена, процедура переходит к следующему шагу S8, на котором управляющий алгоритм завершается.
[0032] Из разности Pa давлений, измеренной на шаге S3, на следующем шаге S4 вычисляют коэффициент λ потери напора. При транспортировке частиц твердого топлива в потоке газа разность Pa давлений зависит от давления внутри газификатора 10, расходов твердого топлива и пропеллента. Соответственно, чтобы уверенно распознать закупорку в канале твердого топлива, желательно проводить анализ на основе коэффициента λ потери напора, вычисляемого из разности Pa давлений. Коэффициент λ потери напора представляет собой величину из известного уравнения для расчета падения давления в потоке двухфазовой смеси газа и твердых частиц. А поскольку вышеописанная разность Pa давлений эквивалентна падению давления, можно вычислять фактический коэффициент λ потери напора в горелке 12 по известному уравнению для расчета падения давления и измеренной разности Pa давлений.
[0033] На следующем шаге S5 по коэффициенту λ потери напора, вычисленному на шаге S4, определяют, достиг ли этот коэффициент по меньшей мере заданной величины. Если результат положительный и коэффициент λ потери напора достиг или превысил заданную величину, можно полагать, что в двухфазовом потоке газа и твердых частиц в канале 13 твердого топлива имеет место падение давления, достигающее или превышающее заданную величину. То есть, можно полагать, что сложилась такая ситуация, при которой растет падение давления в потоке фазовой смеси газа и твердых частиц, в том числе, например, ситуация, при которой твердое топливо налипает на внутреннюю поверхность канала 13, уменьшая площадь его поперечного сечения. Соответственно, процедура переходит к следующему шагу S6, на котором выдается команда на увеличение подачи пропеллента. Если же на шаге S5 получен отрицательный ответ и коэффициент λ потери напора не достиг наперед заданной величины, считается, что система работает штатно и процедура переходит к вышеописанному шагу S2, после чего описанный алгоритм циклически повторяется.
[0034] Если на шаге S6 подана команда на увеличение подачи пропеллента, процедура переходит к следующему шагу S7, на котором увеличивают подачу пропеллента. А именно, когда устройство 17 управления подачей получает команду на увеличение подачи пропеллента, выполняется операция по увеличению подачи пропеллента в устройство 17 подачи топлива под давлением.
В результате возрастает подача пропеллента для транспортировки топлива в канале 13 твердого топлива, а также скорость потока твердого топлива и пропеллента в канале, в силу чего уменьшается время прохождения твердого топлива по каналу 13. То есть, сокращается время, в течение которого холодное топливо в канале 13 отбирает тепло у окружающего его горячего газифицирующего агента, что позволяет предотвратить или устранить нагрев твердого топлива.
[0035] После того, как предприняты указанные выше меры к увеличению подачи пропеллента, процедура возвращается к шагу S2 и описанный алгоритм управления циклически повторяется.
Когда устройство 20 распознавания закупорки обнаруживает закупорку в канале 13 твердого топлива, с целью понижения температуры топлива увеличивают подачу пропеллента, а с ней и скорость потока. Это позволяет снижать нагрев твердого топлива, который мог бы привести к закупорке канала, соразмерно развитию закупорки в канале 13 твердого топлива. Таким образом, можно исключить или устранить разогрев частиц хорошо коксующегося твердого топлива до температуры, превышающей наперед заданную температуру, зависящую от сорта твердого топлива, при которой можно исключить или устранить обусловленное расплавлением и разбуханием частиц их прилипание к стенкам канала или агломерацию.
[0036] Второй вариант осуществления
Ниже на основе фиг.4 описан второй вариант осуществления настоящего изобретения. Элементы, совпадающие с таковыми в вышеописанном варианте осуществления, обозначены на фиг.4 теми же номерами позиций, а их подробное описание опускается.
В данном варианте осуществления при обнаружении закупорки устройство 20А распознавания закупорки предпринимает другие действия для понижения температуры. То есть, вместо увеличения подачи пропеллента в вышеописанном варианте осуществления осуществляют процесс, в котором выдается управляющий сигнал на понижение температуры газифицирующего агента.
[0037] Ниже особо описан процесс регулирования температуры, посредством которого понижают температуру газифицирующего агента. Для осуществления такого регулирования на линии 18 подачи газифицирующего агента предусмотрено устройство 30 регулирования температуры.
Устройство 30 регулирования температуры предназначено получать команду на понижение температуры газифицирующего агента, подаваемую устройством 20А распознавания закупорки, и регулировать оконечную температуру газифицирующего агента, поступающего в канал 14 газифицирующего агента горелки 12, посредством, например, настройки долей в смеси двух агентов различной температуры.
[0038] При обнаружении закупорки в канале 13 твердого топлива, в том же порядке, как и в вышеописанном варианте осуществления, за счет указанного регулирования посредством устройства 20A распознавания закупорки и устройства 30 регулирования температуры понижают температуру газифицирующего агента с целью понижения температуры твердого топлива. Это позволяет уменьшать нагрев твердого топлива, который мог бы повлечь закупорку канала, соразмерно развитию закупорки в канале 13 твердого топлива. Таким образом, можно исключить или устранить нагрев частиц твердого топлива до температуры, превышающей наперед заданную исходя из сорта твердого топлива, тем самым исключая или устраняя прилипание частиц к стенкам канала или их агломерацию, обусловленную расплавлением и разбуханием.
[0039] Третий вариант осуществления
Ниже на основе фиг.5 описан третий вариант осуществления настоящего изобретения. Элементы, совпадающие с таковыми в вышеописанных вариантах осуществления, обозначены на фиг.5 теми же номерами позиций, а их подробное описание опускается.
В данном варианте осуществления для обнаружения закупорки использованы иные средства распознавания закупорки. То есть, вместо коэффициента λ потери напора, вычисляемого из разности Pa давлений, как в вышеописанных вариантах, о закупорке в канале судят по коэффициенту λ' потери напора, вычисляемому из отношения разностей давления.
[0040] А именно, служащее в качестве средств распознавания закупорки устройство 20B распознавания закупорки расценивает как закупорку такую ситуацию, когда коэффициент λ' потери напора - вычисляемый из отношения первой разности Pa давлений, измеряемой как разность давления P1 на входном патрубке горелки и давления P2 внутри газификатора 10, расположенного ниже патрубка по потоку, к второй разности Pb давлений, измеряемой на произвольном отрезке линии 16 подачи топлива, подведенной к каналу 13 твердого топлива - достиг или превысил наперед заданную величину. Как показано на примере, измеряют два давления P4 и P5 в двух неподвижных точках, расположенных в подходящих местах линии 16 подачи топлива, а из этих давлений вычисляют вторую разность Pb давлений. То есть, вторая разность Pb давлений приблизительно соответствует падению давления в двухфазовом потоке газа и твердых частиц, проследовавшем по отрезку заданной длины линии 16 подачи топлива.
[0041] Соответственно, отношение первой разности Pa давлений и второй разности Pb давлений не зависит от давления в газификаторе 10, расходов твердого топлива и пропеллента, а потому можно уверенно распознавать закупорку в канале 13 твердого топлива на основании коэффициента λ' потери напора, вычисляемого из данного отношения. То есть, если критерием закупорки принять достижение коэффициентом λ' потери напора по меньшей мере заданной величины и считать закупоркой с заданными параметрами такую ситуацию, когда коэффициент λ' достиг или превысил заданную величину, можно еще более уверенно распознавать закупорку в канале 13 твердого топлива.
[0042] Как показано на фиг.5, при обнаружении закупорки с заданными параметрами для понижения температуры прибегают к увеличению подачи пропеллента. Однако для понижения температуры при обнаружении закупорки также можно прибегнуть к понижению температуры газифицирующего агента устройством 20C распознавания закупорки, как показано в модификации на фиг.6.
[0043] Четвертый вариант осуществления
Ниже на основе фиг.7 описан четвертый вариант осуществления настоящего изобретения. Элементы, совпадающие с таковыми в вышеописанных вариантах осуществления, обозначены на фиг.7 теми же номерами позиций, а их подробное описание опускается.
В данном варианте осуществления при обнаружении закупорки в канале 13 твердого топлива устройство 20D распознавания закупорки принимает меры к понижению температуры, которые предусматривают выдачу управляющего сигнала на увеличение подачи пропеллента для транспортировки в потоке газа и совместно с ним - управляющего сигнала на понижение температуры газифицирующего агента. Это позволяет еще более эффективно уменьшить количество тепла, отбираемое твердым топливом у горячего газифицирующего агента за счет сокращения времени прохождения твердого топлива и пропеллента по каналу 13 твердого топлива за счет увеличения подачи пропеллента, при одновременном понижении температуры газифицирующего агента, а с ней и разности температур по отношению к твердому топливу и пропелленту, движущимся в канале 13 твердого топлива.
[0044] В показанной на фиг.8 модификации устройство 20Е распознавания закупорки вместо коэффициента λ потери напора, вычисляемого из разности Pa давлений, использует для распознавания закупорки в канале 13 твердого топлива коэффициент λ' потери напора, вычисляемый из отношения разностей давлений. Таким образом, сочетая сокращение времени прохождения твердого топлива и пропеллента по каналу 13 твердого топлива за счет увеличения подачи пропеллента с понижением температуры газифицирующего агента, а с ней и разности температур по отношению к твердому топливу и пропелленту в канале 13, можно еще более эффективно уменьшить количество тепла, отбираемого твердым топливом у горячего газифицирующего агента. Кроме того, используя в качестве критерия достижение коэффициентом λ' потери напора по меньшей мере заданной величины, можно еще более уверенно распознавать закупорку в канале 13 твердого топлива.
[0045] Пятый вариант осуществления
Ниже на основе фиг.9 описан пятый вариант осуществления настоящего изобретения. Элементы, совпадающие с таковыми в вышеописанных вариантах осуществления, обозначены на фиг.9 теми же номерами позиций, а их подробное описание опускается.
Устройство 20F распознавания закупорки в данном варианте осуществления оборудовано датчиком 40 температуры, который измеряет температуру Т внутренней поверхности канала 13 твердого топлива и служит в качестве средств контроля верхнего предела, которые следят за тем, чтобы температура Т внутренней поверхности не превышала некоторой величины, задаваемой исходя из коксующих характеристик твердого топлива, в период принятия мер к снижению температуры. Желательно, чтобы датчик 40 температуры измерял температуру внутренней поверхности канала 13 возле его выхода, где имеет место наибольшая температура, а измеренная температура Т подавалась на вход устройства 20F распознавания закупорки.
[0046] При этом в устройство 20F распознавания закупорки заранее введены измеренные значения температуры плавления, текучести, застывания и подобных превращений, описывающие коксующие характеристики подаваемого твердого топлива. Исходя из этих величин, устройство 20F распознавания закупорки вычисляет верхний предел температуры, отвечающий коксующим свойствам подаваемого угля.
Таким образом, если меры к понижению температуры, предусматривающие увеличение подачи пропеллента, понижение температуры газифицирующего агента, либо сочетание перечисленных мер, предпринимать таким образом, чтобы фактическая температура Т внутренней поверхности не превышала заданного верхнего предела, можно добиться эффективной эксплуатации системы при такой максимальной температуре, при которой не возникают закупорки в канале. То есть, контролируя при газификации твердого топлива температуру Т внутренней поверхности таким образом, чтобы она не превышала заданный верхний предел, можно одновременно исключить закупорки в горелке 12, обусловленные расплавлением и разбуханием частиц твердого топлива, и добиться высокой эффективности эксплуатации.
[0047] Далее, если при этом принимать меры к снижению температуры, используя отношение разностей Pa и Pb давлений или разность Pa давлений, можно избежать, к примеру, падения эффективности эксплуатации газификатора 10, обусловленного слишком низкой заданной температурой, либо закупорки канала, обусловленной слишком высокой заданной температурой, даже при переходе на новое твердое топливо с иными коксующими характеристиками.
[0048] Согласно настоящему изобретению, горелка 12 для хорошо коксующегося твердого топлива, применяемая в газификаторе 10 для хорошо коксующегося твердого топлива, позволяет исключить или устранить расплавление и разбухание частиц твердого топлива, вызванное их нагревом за счет теплообмена в горелке, сконструированной в виде коаксиальной двойной трубы из канала 13 твердого топлива и канала 14 газифицирующего агента. Это позволяет исключить агломерацию расплавленных и разбухших за счет нагрева соседних частиц хорошо коксующегося твердого топлива, что повлекло бы неполное сгорание, а также прилипание таких частиц к внутренней поверхности канала 13 твердого топлива, что повлекло бы закупорку горелки. Это, в свою очередь, обеспечивает стабильную эксплуатацию горелки 12 для хорошо коксующегося угля и газификатора 10. Это также позволяет расширить ассортимент хорошо коксующихся твердых топлив, подаваемых в горелку 12 и газификатор 10.
[0049] В вышеописанных вариантах осуществления в качестве хорошо коксующегося твердого топлива указывался уголь, однако выбор топлива не ограничивается пылевидным углем, нефтяным коксом и подобными веществами. Настоящее изобретение также применимо к горелкам и газификаторам для других видов хорошо коксующегося твердого топлива, включая, например, отходы нефтепереработки и пластмассы.
Подразумевается, что настоящее изобретение не ограничивается вышеописанными вариантами осуществления, но может подвергаться изменениям без выхода за рамки настоящего изобретения.
Реферат
Изобретение относится к области газификации твердого топлива. Процесс газификации твердого топлива проводят в газификаторе 10, оборудованном горелкой 12. В газификатор 10 поступает твердое топливо в потоке газа по каналу 13, а газифицирующий агент - по каналу 14. Горелка 12 также содержит устройство 20 распознавания закупорки в канале 13 твердого топлива. Когда коэффициент падения напора, вычисляемый из разности давлений, достигает или превышает заранее заданную величину, твердое топливо охлаждают. Изобретение позволяет снизить нагрев частиц твердого топлива и их последующее расплавление и разбухание внутри горелки, обеспечить стабильную работу газификатора. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 11 ил.
