способ получения генераторного газа из твердого топлива в слоевом газогенераторе, обеспечивающий при сжигании газа уменьшение выбросов оксидов азота

Формула изобретения

Способ получения из твердого топлива в слоевом газогенераторе генераторного газа, предназначенного для последующего сжигания, включающий загрузку газогенератора топливом, создание зоны высокотемпературного горения нижних слоев топлива с подачей в указанную зону газифицирующего агента, выведение из газогенератора образующегося генераторного газа, очистку его от механического уноса и оксидов серы, отличающийся тем, что в газифицирующий агент вводят аммиак в количестве, обеспечивающем в зоне горения образование оксидов азота, взаимодействующих в верхних слоях топлива вместе с оксидами азота продуктов горения с аммиаком, выделяющимся при термическом разложении топлива без доступа кислорода.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к теплоэнергетической, металлургической, химической и другим теплоиспользующим отраслям промышленности и может быть, в частности, использовано для получения генераторного газа из твердого углеродсодержащего топлива при внутрицикловой газификации углей в парогазовых энергетических установках (ПГУ).

Известен способ получения из твердого топлива в слоевом газогенераторе генераторного газа, предназначенного для последующего сжигания, включающий загрузку газогенератора топливом, создание зоны высокотемпературного горения нижних слоев топлива с подачей в указанную зону газифицирующего агента, выведение из газогенератора образующегося генераторного газа, очистку его от механического уноса и оксидов серы [1] - прототип. Газифицирующий агент подают в нижнюю часть слоя твердого топлива, где образуется высокотемпературная (1750-1900°С) зона горения и идут восстановительные реакции в газах, поднимающихся вверх навстречу опускному движению топлива. Термическое разложение топлива в данном противоточном процессе происходит без доступа кислорода, в результате чего в генераторном газе наряду с такими соединениями, как монооксид углерода (СО), метан (СН₄); водород (Н₂), углекислый газ (CO₂), вода, смолы и пр. образуется аммиак (NH ₃), присутствие которого нежелательно, так как при сжигании у потребителя генераторного газа до 30% его количества переходит в оксиды азота (NO_x). Для их уменьшения приходится применять меры по реконструкции существующих камер сгорания (КС), рассчитанных на сжигание природного газа.

Достигаемым результатом изобретения является уменьшение образования NO _x при сжигании генераторного газа за счет снижения содержания аммиака в генераторном газе без необходимости разработки специальной КС, приспособленной для сжигания генераторного газа.

Указанный результат обеспечивается тем, в способе получения из твердого топлива в слоевом газогенераторе генераторного газа, предназначенного для последующего сжигания, включающем загрузку газогенератора топливом, создание зоны высокотемпературного горения нижних слоев топлива с подачей в указанную зону газифицирующего агента, выведение из газогенератора образующегося генераторного газа, очистку его от механического уноса и оксидов серы, согласно изобретению в газифицирующий агент вводят аммиак в количестве, обеспечивающем в зоне горения образование оксидов азота, взаимодействующих в верхних слоях топлива вместе с оксидами азота продуктов горения с аммиаком, выделяющимся при термическом разложении топлива без доступа кислорода.

NO_x обычно содержится в продуктах горения в результате соединения кислорода с азотом воздуха и(или) топлива, но, как показали испытания, их количества недостаточно для существенного уменьшения содержания аммиака в генераторном газе. Поэтому для получения необходимого количества NO_x аммиак в заранее рассчитанном количестве вводят с газифицирующим агентом (например - воздухом) в зону высокотемпературного горения. При этом в условиях высоких температур, в основном, протекают следующие реакции взаимодействия аммиака с содержащимся в газифицирующем агенте кислородом:

4NH₃ +5O₂=4NO+6H₂O

4NH₃ +7O₂=4NO₂+6H₂O.

Наряду с этими реакциями возможно также взаимодействие аммиака с кислородом с получением воды и молекулярного азота. Это обстоятельство требует введения соответствующей поправки в расчет необходимого количества вводимого в газифицирующий агент аммиака. Образованные в результате указанных реакций оксиды азота вместе с оксидами азота продуктов горения взаимодействуют с аммиаком, выделяющимся в газогенераторе при термическом разложении верхних слоев топлива. При этом происходят следующие реакции:

NH₃ +NO=N₂+H₂O+H⁺

NH₃+NO₂=N₂+H₂O+ОН ^-

H⁺+OH^-=H₂ O.

В результате этих реакций содержащийся в генераторном газе аммиак преобразуется в молекулярный азот и воду. Как показали эксперименты, эмиссия NO_x при последующем сжигании такого генераторного газа уменьшается приблизительно в 2 раза.

На чертеже изображена принципиальная схема газогенераторной установки высокого давления для осуществления способа согласно изобретению. Установка содержит газогенератор 1 горнового типа со шлюзовым устройством 2 подачи твердого топлива, линией 3 подвода газифицирующего агента, линией 4 подачи в линию 3 аммиака, линией 5 вывода шлака из газогенератора 1 и линией 6 отвода из газогенератора 1 газогенераторного газа.

Предлагаемый способ испытан на экспериментальной газогенераторной установке, включающей газогенератор, систему очистки генераторного газа от механического уноса и оксидов серы и работающую на генераторном газе КС газотурбинного двигателя. Способ иллюстрируется следующим примером.

Пример. Дробленый уголь - антрацит загружали через шлюзовое устройство 2 в работающий под давлением 2,5 МПа газогенератор 1 горнового типа с расходом топлива 62 кг/час. Затем в зону горения с температурой около 1800°С газогенератора 1 по линии 3 подавался газифицирующий агент в виде воздушного дутья без присадки и с разными присадками аммиака, который подавался по линии 4 в линию 3 подачи дутья. Генераторный газ с температурой 750°С выводился из газогенератора 1 по линии 6 на очистку от механического уноса и оксидов серы. Затем генераторный газ сжигали в КС. При этом проводились измерения концентрации аммиака в генераторном газе и концентрации оксидов азота в отходящих газах после сжигания полученного генераторного газа в КС.

Результаты измерений приведены в таблице.

п/п	Вид измерения	Номера опытов
1	2	3	4	5
1	Расход аммиака, введенного в газифицирующий агент, м3/час при н.у.	0	0,58	0,92	1,2	1,4
2	Концентрация аммиака в генераторном газе, мг/нм3 при н.у.	400	212	98	97	95
3	Концентрация оксидов азота в продуктах сгорания генераторного газа, мг/нм3 при н.у.	12,5	5,9	5,1	5,0	5,5

Как видно из таблицы, при увеличении количества подаваемого в дутьевой воздух аммиака концентрация оксидов азота в продуктах сгорания генераторного газа в начале уменьшается, достигая определенного минимума, а затем начинает увеличиваться. Таким образом, опытным путем в каждом конкретном случае можно уточнить расчетное значение необходимого количества присадки аммиака в газифицирующий агент, обеспечивающее при таком способе максимально возможный уровень концентрации оксидов азота в продуктах сгорания генераторного газа.

Экспериментальные исследования и расчеты показали, что использование способа согласно изобретению в ПГУ на твердом топливе позволяет существенно уменьшить образование оксидов азота без необходимости разработки специальной КС, приспособленной для сжигания генераторного газа.

Источники информации

1. Исследование системы газификации углей с высокотемпературной очисткой генераторного газа / Ольховский Г.Г., Сучков С.И., Епихин А.Н., Крылов И.О., Сомов А.А., Гутник М.Н., Абросимов А.А. // Теплоэнергетика, 2006, № 7, с.67-73.