CN101255362A - 用于气化固态和液态载能体的飞流反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于气化固态和液态载能体的飞流反应器，该反应器以粉状或液态燃料进行工作，其中，在反应器轴线之外设有多个气化燃烧器，并且，气化反应器的中心线拥有不与反应器轴线平行的倾斜位置，所述倾斜位置可达直至90°度的各种角度。其中，所述中心线不必非要与反应器轴线相交；更确切地说可以让所述中心线以预定的距离经过反应器轴线。这种设置方式显著地减少了不期望的、难以利用的粉状细渣的排出，同时也带来了反应器直径在一定构造形式下的可减小性。

Description

用于气化固态和液态载能体的飞流反应器
技术领域
本发明涉及具有不同燃烧器设置的用于进行飞流气化的反应器。固态和液态载能体被理解为：可以是固体燃料、例如不同煤化度的煤以及不同用处的焦炭，也可以是可燃的、具有确定的固体含量和灰分的液体，还可以是水-煤悬浮物或油-煤悬浮物，即所谓的浆料。
背景技术
在制气技术中，对固态、液态、以及气态燃料进行自热式飞流气化已久为人知。燃料与含氧气化剂的比例如下选择，即，出于合成气质量的原因让更多的碳化合物完全分解成合成气成分、例如CO和H2，并且让无机组分作为熔化的渣子排出(参见J.Carl，P.Fritz所著的NOELL-KONVERSIONSVERFAHREN，EF-Verlag für Energie-undUmwelttechnik GmbH 1996，第33页和第73页)。
根据该技术引入的各种系统可以将气化气体和熔化的无机成分例如渣子分离或者将它们一起从气化装置的反应室排出，这一点在DE19718131.7A1中有所提及。
为了限制气化系统的反应室的内部轮廓而设置了耐火外罩或引入了冷却系统，这一点在DE 4446803 A1中有所公开。气化燃烧器被设置在气化反应器的头部、即上部，流动方向向下，气化气体和渣子通过气化室底部的中心开口排出。这种气化反应器例如在DE 41 09 231 C2和中国西北化工研究院专利200 4200 4200 7和2004 100 73361中有所公开。这种反应器通过内插冷却管的耐火外罩对气化室进行限界，它的气化燃烧器以相同的方式设置在反应器头部处。所述气化气体和熔为渣子的灰分共同居中地离开气化室并通过居中的导管导入水池，热的原料气体和渣子在该水池中得到冷却。经冷却的原料气体从水池升起并通过管路导走。渣子被收集在水池中并周期性地通过闸门得到释放并从气化系统中排出。
对现有技术的评估：
通过内插冷却管的冷却耐火墙对气化室进行限界会导致由气化室内和墙中冷却管区域内的温度之间的温度差引起过大的热力学应力。这一点会导致开裂以及迅速的损毁并由此导致更低的可用性。此外，对于传统的构造形式而言，不期望的、以难以利用的渣粉为形式从气化室排出的细渣的量会增大。原料气体和液态渣子的导出通过导管中的冷却导致沉积，沉积会导致所述导管被完全阻塞。由此一来，原料气体和渣子不再从气化室导出并且不得不中断气化过程。因此使得可用性受到损害，被固化的硬渣必须在困难的条件下从导管中去除。
发明内容
按照发明，这些缺点通过权利要求1所述的方案得以克服。
按照发明，在反应器轴线(中心轴线)之外设置多个气化燃烧器，其中，气化燃烧器的中心线拥有不与反应器轴线平行的倾斜位置，所述倾斜位置可达直至90°度的各种角度，其中，气化介质相对于垂直的中心轴线基本水平地导入气化室中。其中，所述中心线不必非要与反应器轴线相交；更确切地说可以让所述中心线以预定的距离经过反应器轴线。
这种设置显著地减少了不期望的、难以利用的粉状细渣的排出。
根据现有技术的中心管受制于沉积问题以及由此带来的有限的可用性，这种现有技术的中心管的功能性在本发明中通过在自由空间中的急冷取代。其中，急冷室没有可于其上形成沉积的内置组件。所需的冷却水通过以规则距离围绕急冷室在高压外套区域中设置的喷嘴引入。
在本发明的一种特别构造中，气化燃烧器如下设置，即，它的中心线在原料气体-和渣子出口上边缘之上与反应器轴线相交，尤其交于一点。就此而言可以在一定的构造形式下减小反应器的直径。
在本发明的另一种特别构造中，气化燃烧器如下设置，即，在垂直于反应器轴线的平面上的投影中，各气化反应器的中心线与在反应器轴线和气化燃烧器进入气化室的进入位置之间的半径形成在大于零度和16度之间的角度。该实施例优选用于以近似90°度角设置气化燃烧器的设置方式，即相对于垂直的中心轴线基本水平。
在本发明的又一种特别构造中，气化燃烧器以及点火和导焰燃烧器被设置在共同的燃烧器法兰上。该实施例优选用于以近似零度的锐角设置气化燃烧器的设置方式，即基本平行于垂直的中心轴线。
在本发明的另一种特别构造中，气化燃烧器被设置在单独的燃烧器法兰上。该实施例优选用于以近似90°度角设置气化燃烧器的设置方式，即相对于垂直的中心轴线基本水平。
附图说明
下面借助附图在理解所需的范围内对作为实施例的本发明加以阐述。其中：
图1是在居中的燃烧器法兰上的多个燃烧器设置，
图2是具有各单个法兰的多个燃烧器设置，
图3是根据图3的具有各单个法兰的多燃烧器设置，以及
图4是中心线与反应器轴线间隔开的气化燃烧器设置。
在附图中，相同的标记表示相同的元件。
具体实施方式
例1：
根据图1的在居中的燃烧器法兰上的多个燃烧器设置：
在飞流反应器(或称为夹带气流反应器)(Flugstromreaktor)中，300t/h的煤粉3利用作为气化剂2的氧气和蒸气转化成原料合成气。气化温度为1450℃，气化压力为40巴。在反应器的头部设有点火和导焰燃烧器13以及三个以120°度的间隔对称地布置的气化燃烧器1。煤粉3作为煤粉-输送气体的悬浮物被气动式地输送给气化燃烧器1，转化(转变)在气化室5内进行，气化室5的轮廓通过冷却罩4限定，其中，该冷却罩利用气密焊接并被冷却水流过的管道形成。也就是说，气化气体和液态渣子共同离开气化室5并通过原料气体和渣子出口6进入急冷室12，为了冷却原料气体和渣子，通过冷却喷嘴7将水喷入急冷室12中。急冷室12没有内置组件或其他能够导致粉尘或渣子沉积的面。渣子11在水池8中沉积并通过排渣装置9排出。经急冷的原料气体以饱和水蒸气的方式通过原料气体排出装置10离开急冷室12并进入后续的净化级。气化燃烧器1以及点火和导焰燃烧器13通过燃烧器固定单元14导入气化室5中。所述点火和导焰燃烧器13沿着反应器轴线垂直地设置，气化燃烧器1可以平行于该反应器轴线设置或者与其成如下角度设置，即，它们的中心线在原料气体和渣子出口6的反应器轴线上交汇。根据优选的角度范围，该角度在气化燃烧器的中心线和通过气化燃烧器的进入气化室的进入位置的平行线之间相对于反应器轴线偏差5至30度。
例2：
根据图2的具有单个法兰的多燃烧器设置：
这种设置在原理上符合例1。如果反应器轴线与气化燃烧器1轴线之间的角度超过确定的值，那么在燃烧器法兰14上的设置方式在结构上不再富有意义，因为该角度过大。在这种情况下给气化燃烧器1设置单个法兰。通过该措施生成下述可能性，即，可以随意安置气化燃烧器1而不存在选择反应器与气化燃烧器轴线之间角度的限制。
例3：
根据图3和4的具有单个法兰的多燃烧器设置：
该例示出了气化燃烧器1关于反应器轴线成90°度角的设置方式，其中，气化燃烧器1垂直于点火和导焰燃烧器13安装。气化燃烧器1以组对的方式彼此对立地安装，从而使得气化火焰偏转到向下的沿着反应器轴线方向的流动方向上。气化燃烧器1优选以组对的方式、即2个、4个或者6个的方式设置。还存在下述可能性，即，可以把点火和导焰燃烧器13集成到一个或多个气化燃烧器1中。
气化燃烧器1可以被加载粉状或液态燃料，其中，液态燃料也可以理解为由液体、例如水或油，和粉状碎化的燃料或无机添加剂组成的悬浮物。
还可以让气化燃烧器的轴线以相对于反应器轴线具有确定距离的方式引导，这一点如图4所示。就此而言按照下述方式对气化燃烧器进行设置，即，在垂直于反应器轴线的平面投影中，气化燃烧器的中心线与在反应器轴线和气化燃烧器进入气化室的进入位置之间的半径形成0与30度之间的角度16。气化燃烧器1的轴线不在反应器轴线17上交汇，而是形成可达30°的角度16。该角度的优选范围为3至25度。就此而言，以组对方式对立安置的气化燃烧器以优选的方式对气化火焰彼此进行了限制。
此外还可以把点火和导焰燃烧器13集成到一个和多个粉末燃烧器(气化燃烧器1)中。这种实施例省去了用于点火和导焰燃烧器的特别法兰。
本发明的一个特别的实施例通过一种用来对粉状和液态燃料进行飞流气化的方法给出，其中，液态燃料是指油、或含有固体的油、以及由水或油与磨成细粉的燃料或无机添加剂组成的悬浮物，在压力处于环境压力与80巴之间并且气化温度处于1200与1900℃之间且具有含有游离氧的气化剂，所述方法包括：
·在气化室5头部处的共同的燃烧器法兰14上的设置点火和导焰燃烧器13以及多个气化燃烧器1，
·在反应器轴线上设置点火和导焰燃烧器13和平行于反应器轴线或与其成如下的角度的设置气化燃烧器1，即，气化燃烧器的轴线以原料气体和渣子出口6的上边缘的高度在反应器轴线上交汇，
·在自由气化室5内的燃料转化，其中气化室5通过冷却罩4限定，冷却罩4利用气密焊接并被冷却水流过的管道形成，
·将原料气体和液态渣子6排入急冷室12，急冷室12没有内置组件并作为自由空间式急冷室构成，和将急冷水过剩地通过喷嘴7注入，
·使含有水蒸气的原料气体冷却并饱和并且导入后续的处理级，以及
·将冷却的渣子11和过剩水8收集在急冷室12的贮槽中并周期性地导入卸料闸。
本发明的另一个特别的实施例通过一种用来对粉状和液态燃料进行飞流式气化的方法给出，其中，液态燃料是指油、或含有固体的油、以及由水或油与磨成细粉的燃料或无机添加剂组成的悬浮物，在压力处于环境压力与80巴之间并且气化温度处于1200与1900℃之间且具有含有游离氧的气化剂，所述方法包括：
·用各单个燃烧器法兰15在反应器头部区域中设置点火和导焰燃烧器13以及多个气化燃烧器1，
·在反应器轴线上设置点火和导焰燃烧器13和如下地设置气化燃烧器1，即，气化燃烧器的轴线在高于原料气体和渣子出口6的上边缘处交汇在反应器轴线上并且与反应器轴线最大成90°度角。
·使燃料在自由气化室5内转化，其中，气化室5通过冷却罩4限定，冷却罩4利用气密焊接并被冷却水流过的管道形成，
·将原料气体和液态渣子6排入急冷室12，急冷室12构造成没有内置组件的自由空间式急冷室，并且急冷水过剩地通过喷嘴7注入，
·使得含有水蒸气的原料气体冷却并饱和并且导入后续的处理级，以及
·经冷却的渣子11和过剩水8被收集在急冷室12的贮槽中并被周期性地导入卸料闸。
附图标记
1.气化燃烧器
2.气化剂
3.燃料
4.冷却罩
5.气化室
6.原料气体和渣子出口
7.冷却喷嘴
8.水池
9.排渣装置
10.原料气体冷却排出装置
11.沉积的渣子
12.急冷室
13.点火和导焰燃烧器
14.共同的燃烧器法兰
15.单个燃烧器法兰
16.反应器和气化反应器轴线之间的角度
17.虚设的反应器轴线

Claims (7)

1. 用于飞流气化以便以粉状或液态燃料进行工作的反应器，其中液态燃料是指油或含有固体的油以及由水或油与磨成细粉的燃料或无机添加剂组成的悬浮物在环境压力与80巴之间的压力、1200℃与1900℃之间的气化温度下以及具有含游离氧的气化剂，所述反应器包括：
·气化室(5)，
·设置在所述气化室上方区域内的气化燃烧器(1)，
·通过原料气体和渣子出口(6)与气化室连接的急冷室(12)，
·多个关于反应器轴线基本旋转对称地设置的气化燃烧器，
其特征在于：
·气化燃烧器的基准平面(BE)这样设置，使得所述反应器轴线处于其内，并且基准平面和反应器轴线的垂直线通过所述气化燃烧器进入所述气化室的进入位置，和
·所述气化燃烧器的中心线(ML)在所述气化室内以及在所述气化燃烧器进入所述气化室的进入位置的高度和原料气体和渣子出口的上边缘之间与所述基准平面相交。
2. 按权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述气化燃烧器这样设置，使得它的中心线与所述反应器轴线在所述原料气体和渣子出口的上边缘的上方相交，尤其交于一点。
3. 按前述权利要求之一所述的反应器，其特征在于，所述气化燃烧器这样设置，使得在垂直于所述反应器轴线的平面上的投影中，所述气化反应器的中心线与在所述反应器轴线和所述气化燃烧器进入气化室的进入位置之间的半径形成在0和16度之间的角度。
4. 按前述权利要求之一所述的反应器，其特征在于，在所述反应器轴线上设置点火和导焰燃烧器(13)。
5.按 前述权利要求之一所述的反应器，其特征在于，在至少一个气化燃烧器中设置点火和导焰燃烧器。
6. 按前述权利要求之一所述的反应器，其特征在于，所述气化燃烧器以及点火和导焰燃烧器被设置在共同的燃烧器法兰(14)中。
7. 按前述权利要求1至5之一所述的反应器，其特征在于，气化燃烧器被设置在单独的燃烧器法兰中。
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