<<
>>

Технология газификации

Процесс осуществляется в рабочей камере реактора, представляю­щей собой единый объем, который функционально можно разделить на три зоны:

1. Подфурменная зона слабоперемешиваемого шлака, в которую поступает образующийся при газификации угля шлак и капли метал­ла, формирующие металлическую ванну на подине.

Вывод металла и шлака из реактора осуществляется из соответствующих слоев в этой зоне. Угольные частицы не могут попасть в эту зону из-за того, что их плотность существенно ниже плотности шлака и, соответствен­но, исключается возможность потерь угля со шлаком. То есть, именно наличие этой области обеспечивает полную газификацию угольных частиц в расплаве. Скорость движения шлака здесь невелика. Это по­зволяет подину и стены этой области выполнить из огнеупорных ма­териалов

В этой области происходят реакции взаимодействия металла со шлаком как на границе металлическая ванна - шлаковая ванна, так и на границе оседающих капель металла. При содержании в шлаке оксидов железа менее 3 %, в основном это реакции распределения между металлом и шлаком серы, марганца, кремния и других при­месей.

При более высоких концентрациях оксидов железа в шлаке воз­можно обезуглероживание капель металла и металла на подине. Эта реакция сопровождается выделением СО, что приводит к улучшению перемешивания, увеличению потока оксидов железа к ванне металла и ускорению его обезуглероживания. При содержании оксидов железа более 8 % этот процесс может происходить с нарастающей скоростью и приводить к вспениванию ванны.

2. Зона интенсивно перемешиваемого шлака. В продольных стенах реактора в этой области установлены фурмы, через которые расплав продувается кислородсодержащим дутьем. В этой области происхо­дят все основные физико-химические превращения: нагрев угольных частиц, удаление из них влаги и летучих компонентов, газификация ококсованных частиц угля, растворение флюса, восстановление окси­
дов железа из шлака углеродом угольных частиц Скорость движения шлака в этой области значительна и составляет порядка 1 м/с. Поэто­му стены реактора в этой области выполнены из водоохлаждаемых элементов (кессонов), на которых образуется гарнисаж из шлака

Важнейшей частью зоны интенсивно перемешиваемого шлака яв­ляются барботажные столбы.

Барботажные столбы представляют собой восходящие газо­жидкостные потоки, генерируемые действием продувочных фурм. В основании барботажного столба находится газовое тело В нем происходит первичный нагрев дутья, его термическое расширение; начинается реагирование вовлеченных в газожидкостную струю ча­стиц угля с кислородом дутья. Сплошное газовое тело располагается практически горизонтально и распространяется в шлаковом распла­ве, при указанных интенсивностях продувки, на длину около 0,5 м. Как показано выше, состав газовой фазы в конце газового тела свиде­тельствует о прогреве дутья на этом участке до 800-1000 °С и начале химического взаимодействия по реакции Ств + 02 = СО, (в избытке кислорода), сопровождающемся ростом содержания С02 в газовой фазе. Основное термическое расширение газа происходит в конце горизонтального участка и несколько выше его. Вследствие этого величина горизонтальной составляющей импульса струи уменьша­ется и струя претерпевает достаточно резкий излом вверх, формируя собственно барботажный столб.

В газовом теле и в нижней части барботажного столба в газовой фазе высока концентрация кислорода. В то же время на нижних го­ризонтах барботируемой шлаковой ванны содержание замешанных в шлак угольных частиц незначительно. Их содержание в нижней ча­сти барботажных столбов должно быть еще меньше, поскольку при струйной продувке жидкостей содержание твердой дисперсной при­меси в области прохождения струи приблизительно на порядок ниже, чем в остальном объеме. В этих условиях горение угольных частиц в нижней части барботажного столба, как и в газовом теле, должно про­исходить в избытке кислорода (горение до С02)

По мере поднятия газожидкостной смеси в барботажном столбе в более насыщенные углем горизонты шлаковой ванны содержание угольных частиц в газовой фазе возрастает. На определенном участке столба кислород в газовой фазе практически исчезает и получает раз­витие реакция конверсии С02 углеродом угля Таким образом, кис­лород полностью расходуется на сжигание угля преимущественно в нижней части барботажных столбов, т. е. эта область является источ­ником наибольшего тепловыделения при поднятии в шлаке струи реа­гирующего газа. Выше нее, в части барботажного столба, где преиму­щественно развита реакция конверсии С02, газ и шлак охлаждаются При этом, по расчетам при нормальном для технологии количестве угля в шлаке уже к моменту поступления газа в верхнюю часть барбо­тажного столба, находящуюся в обогащенном углем поверхностном слое шлаковой ванны, газовая фаза либо уже практически инертна по отношению к углю, т. к. содержит в основном СО, Н2, N2, либо суще­ственно обогащена этими газами.

Над поверхностью шлакового расплава формируется брызговой слой с чрезвычайно развитой поверхностью «газ-шлак». Это обеспе­чивает передачу в ванну необходимого тепла из зоны дожигания.

Рассмотрим ситуацию в шлаковой ванне при относительно низком содержании в ней угольных частиц

Если содержание угля в шлаке снижается, граница исчезновения кислорода в газовой фазе барботажного столба поднимается выше, как и граница завершения конверсии СО,. Поэтому возможны ре­жимы, когда в зоне поверхностного слоя конверсия С02 будет про­текать не полно и из шлаковой ванны будет выделяться газ, содержа­щий диоксид углерода, и даже кислород. При этом тепловыделение в объеме шлаковой ванны увеличится (горение угля идет до СО,, а не до СО). Однако из-за увеличения объемов шлаковой ванны, в которых преобладают окислительные по отношению к железу усло­вия, восстановление железа прекращается или сильно замедляется, что может привести к росту его содержания в шлаке до величин, при которых может идти обезуглероживание ванны металла и неконтро­лируемое вспенивание шлака.

Ококсованные угольные частицы примерно в три раза легче шла­ка. Поэтому, даже при самых больших, допустимых по технологии, интенсивностях барботажа в шлаковой ванне наблюдается значитель­ный градиент содержания угля по высоте ванны. При этом наиболь­шая концентрация угля отмечается в тонком поверхностном слое шла­ка. При избыточной загрузке угля его содержание в поверхностном слое резко увеличивается. Фактически в поверхностном слое образу­ется динамически устойчивый «угольный» слой, плавающий на по­верхности шлаковой ванны по периферии областей выхода из ванны газа барботажных столбов (в самих этих областях шлаковый расплав обеднен углем). В этих условиях резко уменьшается интенсивность образования брызг и всплесков шлака из поверхностного слоя, в зна­чительной мере гасится волновое движение расплава. Соответствен­но, снижается интенсивность теплообмена между зоной дожигания и шлаковой ванной.

В насыщенном углем поверхностном слое шлаковой ванны значи­тельно возрастает эффективная вязкость шлакоугольной суспензии. Изменяется структура циркуляции шлака

Влияния повышения количества угля в шлаке или вязкости шлака сходны. При повышенной вязкости шлака или большом содержании угля в шлаке интенсифицируется коалесценция пузырей в барботаж­ных столбах, большая диссипация кинетической энергии приводит к локализации движения шлака в основном у границ барботажных столбов. Шлаковая ванна приближается к состоянию пробоя При очень низкой вязкости шлака, которая наблюдалась при значительном содержании в нем оксидов марганца, также имелись признаки работы продувочных фурм в режиме пробоя.

При пробое высота шлаковой ванны резко уменьшается (т. к. сни­жается газонасыщение расплава) и, соответственно, поверхность шлака отдаляется от факела дожигания; ослабевает брызго- и волноо­бразование, возрастает вероятность выхода из ванны непрореагиро­вавшего кислорода дутья.

Уголь по поверхности ванны распределен неравномерно В зонах прохода газа барботажных столбов содержание угля, по крайней мере, на порядок ниже, чем в окружающем пространстве. Действием по­токов шлака, выходящего из «султанов» барботажных столбов, уголь оттесняется на периферию ванны - к боковым стенкам, а также со­средоточивается в межфурменном пространстве, преимущественно, вдоль осевой линии реактора. У боковых стенок содержание угля в поверхностном слое может быть максимальным. Здесь наиболее ве­роятно появление сплошного угольного слоя.

3. Зона выше шлакового расплава Фактически эта часть реактора- газификатора является нижней частью котла, однако, функционально принадлежит газификатору. В этой зоне находится значительное ко­личество брызг шлака. Брызги шлака вместе с наплесками образуют на стенах непрерывно стекающую шлаковую пленку. В стенах рас­положены фурмы для частичного дожигания газов, выделяющихся из шлаковой ванны. Эти фурмы предназначены для поддержания и регулирования температуры шлаковой ванны и используются по мере необходимости. В связи с тем, что стены в этой части реактора под­вергаются интенсивному воздействию факела дожигания и стекаю­щей по стенам пленки шлака, они также выполнены из охлаждаемых элементов, на которых образуется шлаковый гарнисаж

Условно можно следующим образом описать процессы, происхо­дящие в различных зонах реакционного пространства:




19.4.

Подготовка к ЕГЭ/ОГЭ
<< | >>
Источник: Баласанов А.В., Лехерзак В.Е., Роменец В.А., Усачев А.Б.. Газификация угля в шлаковом расплаве / под ред Усачева А. Б. - М "Институт Стальпроект", 2008 - 288 с. 2008

Еще по теме Технология газификации:

  1. 1.1. Роль шлакоугольной суспензии в современных процессах жидкофазного восстановления
  2. Монография посвящена разработанному в России новому процессу газификации угля в шлаковом (оксидном) расплаве Окончание «газовой паузы» и большие эколо­гические преимущества делают этот процесс весьма перспективным для угольной электроэнергетики
  3. СОДЕРЖАНИЕ
  4. ПРЕДИСЛОВИЕ
  5. Глава 1. Технологические принципы нового процесса газификации угля
  6. Глава 2. Опытная установка на Новолипецком металлургическом комбинате
  7. Математическая модель формирования шлакоугольной суспензии в реакторе
  8. Глава 6. Газификация угля в барботажных столбах
  9. Глава 8. Поведение железа
  10. ЧАСТЬ III ФИЗИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ШЛАКОУГОЛЬНОЙ СУСПЕНЗИИ
  11. Глава 12. Исследование гидродинамики шлакоугольной суспензии на физической модели
  12. Рекомендации по совершенствованию гидродинамического режима шлаковой ванны
  13. Глава 13. Поведение серы при газификации угля
  14. ЧАСТЬ V ТЕХНОЛОГИЯ ПРОЦЕССА ГАЗИФИКАЦИИ
  15. Глава 19. Технология процесса газификации
  16. Формирование ванны расплава в реакторе