CN101809125B - 负载热气的处理方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于处理负载热气、特别是来自在飞流中的粉尘形和/或液体的含灰分用料的部分氧化中飞流气化器的热的压力气化气体的方法和设备。

Description

负载热气的处理方法和设备
技术领域
本发明涉及用于处理负载热气的方法和设备，优选与通过在飞流(Flugstrom)中基本上为粉尘形和/或液体的用料、特别是含灰分用料的部分氧化而产生含CO和H2的气体相关联，其中所述负载热气，特别是含有炉渣和固体的负载热气，被从反应室输送至所连接的冷却/急冷容器中，将固体和气体分离，和从冷却/急冷容器中排出气体。本发明也涉及本发明设备的用途。 
背景技术
对于将负载有液体炉渣的热气从反应室排入位于下面的冷却室中，DD 145860、DD 299893、EP 127878和DE 3151483中提出将该负载的气体物流通过经冷却的浸入管直接引入水浴中。这种功能原理在实践中经证明不是成功的，因为仅仅实现了短的无故障的运行时间，和修理以及维护的花费是相当大的。 
在公开文本DE 2556370和DE2660612中提出借助喷淋管将热气物流喷淋。然而，该应用导致炉渣附着，以及导致对材料的高的热负荷，和要求非常高的技术-经济支出。 
此外，DD 280975中已知一种方法，其中利用喷淋急冷将冷却水通过彼此上下重叠布置的喷嘴环以径向分量(Komponenten)喷入气体射流中和以共轴分量喷入气体射流，以实现水蒸汽饱和和洗出固体级分。使用这些设备/方法实现的几个星期的运行时间和要求的大量清洁花费不符合对经济运行的要求。 
从现有技术中另外已知，将负载有液体炉渣和固体的热气体物流在用循环的合成气(如EP 89 201 293.1中所述)，或通过从1200-1900℃部分急冷至700-1100℃的温度水平(如DE 10 2005 042 640 A1中 所建议)而部分地直接冷却后，并随后用冷却管组(Registern)间接地将它们进一步冷却至150-400℃并同时产生蒸汽。虽然这些方法可以在运行时间开始时实现高的整体效率，但是它们在高投资成本之外还具有的另外的缺点是，由于灰分和烟灰的沉积降低了气化设施的可利用性，增大了维护花费，因此附加获得蒸汽的优点远不能补偿所产生的缺点。 
发明内容
因此，本发明的目的是提供用于处理负载热气的方法和设备，通过所述方法和设备将负载热气从反应室输送至所连接的冷却室，使得固体与气体的分离以及从冷却/急冷容器中的气体排出可能以长的寿命和低的清洁花费在不复杂的可简单制造的设计下实现。 
在本发明意义下，所谓负载热气应理解为含有在冷却时转变成液体至固体状态的成分的热的气体。负载热气的非穷举的实例是包含炉渣和固体的气体，所述气体在通过在飞流中基本上为粉尘形和/或液体的用料、特别是含灰分用料的部分氧化而产生含CO和H2的气体期间获得。 
本发明设备具有带有气体入口和气体排出口的冷却和/或急冷容器，在所述容器中基本上形成第一急冷室(瞬时急冷室或预急冷室)和第二急冷室(主急冷室)，并且所述容器可以优选直接布置在气化反应器下部的炉渣-气体出口处。在上部中，在冷却和/或急冷容器的气体入口的区域中，形成优选基本是圆柱形的单独的瞬时急冷室，在所述室中发生预急冷，和所述室的直径为负载热气的入口内径的约1.05-5倍，其长度(热气流动方向上)是负载热气的入口内径的约0.5-5倍。本文中，负载热气的入口优选是气化反应器的反应室的气体-炉渣出口，其中气体适当地垂直向下流入设备中。瞬时急冷室有利地配有成膜装置，由此瞬时急冷室的内壁用膜、特别是急冷液体形成的膜、优选用水膜保护以免受热量和结壳影响。水膜通过水膜形成设备优选在瞬时急冷室上缘产生，和在瞬时急冷室的下缘离开瞬时急冷室，由此 滴下的水输送至主急冷室的气体室中，所述主急冷室的下部有利地用水填充。在下部区域中、有利地是瞬时急冷室的下三分之一区域中，布置有一个或多个喷嘴环，所述喷嘴环的设计方式使得每10,000m3的标准状态下干的(i.N.tr.)粗气(热气)可利用至多约30个喷嘴、优选1-30个喷嘴。优选地，在此每个喷嘴环具有至少4个单个的喷嘴。喷嘴的射流方向以与水平方向成向下，优选-5至30度的角度指向负载热气物流(粗气-炉渣物流)的轴。 
通过这些喷嘴，对负载有炉渣颗粒的热粗气物流以每10,000m3标准状态下干的粗气至多约50m3、优选5-50m3的急冷液体量，特别是水量，和喷嘴出口速率为至多约30m/s、优选2-30m/s进行加载，其中液滴分布可通过相应的喷嘴设计调节为至多约3,000μm、优选100-3,000μm的范围。 
瞬时急冷室的外部边界既可以设计为圆柱型，又可以设计为截锥型，其下缘具有较大的直径。 
本发明设备在冷却和/或急冷容器下部区域中配有至少一个粗气出口(用于经急冷的热气的出口)。 
在研究中发现，采用本发明的教导在没有对于炉渣排放的负面后果的条件下获得粗气-炉渣物流的突然冷却并获得对于后续使固体颗粒与粗气分离的最佳条件。 
在优选实施方案中，本发明设备配有位于瞬时急冷室之后和/或之下的至少一个喷嘴环，用于额外地进一步处理主急冷室上部中的二级涡流。附加喷嘴环的设计方式使得可以每1000m3标准状态下干的粗气至多约10m3、优选1-10m3的急冷液体量、优选水量，和至多约30m/s，优选1-10m/s的喷嘴出口速率进行处理。优选每个附加喷嘴环在此具有至少4个单个的喷嘴。喷嘴的设计方式在此使得从喷嘴排出的急冷液体的液滴分布在至多约500μm、优选50-500μm的范围内。通过附加的喷嘴环，冷却和急冷容器的内表面适当地完全被(水)膜覆盖。 
有利地，本发明设备具有基本上在主急冷室的轴中布置的粗气出口，所述出口为使固体和液体颗粒分离而优选配有锥形气体出口装置， 所述锥形气体出口装置的锥尖朝上。因此实现，通过在水表面偏转入主急冷室下部中，将固体和液体颗粒的主要部分分离，所述主急冷室下部有利地持续填充有急冷液体、优选水，和由此在向下离开反应器的气体物流周围形成同心的二级涡流，和由此获得对于气体纯化所不可缺少的固体颗粒与急冷液体之间充分接触的最佳条件。 
锥形气体出口装置上部在此优选配有喷淋设备，使得在锥形气体出口装置表面上形成闭合的(水)膜，和将仍没有最后冷却的较大固体颗粒特别是炉渣颗粒转化成固态，和急冷液体，有利地是水，与炉渣颗粒一起在锥形气体出口装置下缘离开锥形气体出口装置，从而到达主急冷容器下部(下部区域)中的急冷液体收集室。 
在进一步优选的实施方案中，本发明设备包括上述锥形气体出口装置的替代装置，其具有中心的粗气出口，至少一个粗气排出口，其相对于外壳基本上水平地并在主急冷容器的急冷液体收集室的液体表面上方布置，优选2-5个单独的粗气排出口。所述至少一个粗气排出口和/或每个单个的粗气出口在此在主急冷室中适当地配有导流板，所述导流板在相应的气体出口上方布置，所述导流板保证，每种情况下向单个的粗气出口中流出的粗气在离开主急冷室时的流动速率相同。导流板有利地是锥形片断，所述锥形片断的上端固定在主急冷室外壳上，和向下倾斜布置使得从每种情况下的导流板的下部偏转缘直至单个气体出口的中部的气体流动的流线总是具有相同的长度，从而结果是在主急冷室中保证了旋转对称的气体导引。 
有利地，侧向布置的粗气出口配有保证沿流动方向加载急冷液体、优选水的的装置，使得排出口在整个周长上带有(水)膜。以这种方式，大大避免了固体颗粒的附着和所形成的盐的沉积。 
根据本发明，在离开冷却和急冷容器之后，在所有气体出口中有利地每一个中都布置文氏管洗涤器，用于粗气的精细清洁。 
本发明设备优选的使用方式使得紧邻在下方布置的冷却和急冷容器的上部中的气化反应器的炉渣-气体出口布置有单独的圆柱形瞬时急冷室，其中发生预急冷，和通过另外的喷嘴系统，将急冷和冷却容 器中的方向向上、形成有二级涡流和仍然负载有固体颗粒的气体物流、冷却和急冷容器内壁、来自冷却和急冷容器的粗气出口物流以及用于粗气抽出的冷却和急冷容器中的内装部件，用水加载。 
本发明设备优选用于处理来自飞流气化器的热的压力气化气体。 
本发明也涉及用于处理负载热气的方法，所述负载热气优选是源自(飞流)气化反应器的粗气-炉渣物流，其中在第一步中以每10,000m3标准状态下干的粗气至多约50m3、优选5-50m3的量，并且喷嘴出口速率为至多约30m/s、优选2-30m/s，将急冷液体喷淋入负载热气中，其中调节急冷液体的液滴分布为至多约3,000μm、优选100-3,000μm的范围，和随后在另外的步骤中以每1000m3标准状态下干的粗气至多约10m3、优选1-10m3的量，和喷嘴出口速率为至多约30m/s、优选1-10m/s，将急冷液体喷淋入，其中调节从喷嘴排出的急冷液体的液滴分布为至多约500μm、优选50-500μm的范围。 
有利地，在此每10,000m3标准状态下干的粗气(未负载的热气)使用至多约30个喷嘴、特别是1-30个喷嘴，其中适当地使用至少4个单个的喷嘴。 
特别优选地，在本发明设备中实施本发明的方法。 
附图说明
利用图1和2，通过以下实施例说明本发明。其中： 
图1：显示了结合了中心粗气抽出口的本发明设备，和 
图2：显示了结合了多个侧向布置的粗气出口的本发明设备。 
具体实施方式
实施例涉及本发明在具有整合的急冷系统的煤粉尘压力气化器中的使用。气化器效率是标准状态下80,000m3/h，干基。 
将紧邻在气化反应器之下布置的冷却和急冷容器13划分成瞬时急冷室1和主急冷室2。气体入口14(在此：是气化器的的炉渣排放主 体)的直径为600mm和高度为1000mm。在直径为800mm的圆柱形瞬时急冷室1的内侧的上侧，通过供水设施3经过水环室加载40m3/h的水，使得在瞬时急冷室内侧上形成向下流出的闭合的水膜4。气体物流的实际急冷通过经3个喷嘴环5的各30m3/h而发生，所述喷嘴环5各自配有8个单个的喷嘴。瞬时急冷室的外壳具有对应于单个喷嘴的各自的位置的开口，以保证液滴尺寸为0.5-3mm和流动速率为15m/s的液体射流6进入粗气物流中。 
将由气体出口装置8的布置产生的二级涡流11采用主急冷容器的圆顶中布置的32个喷嘴12而用60m3/h的水喷淋，采用的喷淋方式使得通过调节喷淋方向和液滴尺寸为100-300μm，在水滴与在粗气中还没有分离除去的细颗粒之间形成充分接触，和完全润湿冷却和急冷容器2的内壁。 
通过容器轴中布置的粗气排出管7从主急冷室排出粗气，所述粗气排出管7上布置有对于使固体-液体颗粒从粗气中分离所需的锥形气体出口装置8。通过在捕集设备尖端的具有供水管线10的喷嘴系统9供应用于使捕集设备上侧润湿所需的20m3/h量的水。 
本发明根据图2的替代解决方案在下部的容器区域中配有多个气体出口15，所述气体出口15位于水位16上方，为分离出固体-水颗粒而在单个的粗气出口上方配有锥形导流板17。设计单个导流板的下端18的几何结构，使得从导流板下缘18的每个位置气体流动的流线直至各自的粗气抽出口的中部19具有相同长度，其结果是保证了在主急冷室2中旋转对称的气体导引。
附图标记列表：
1    瞬时急冷室 
2    主急冷室 
3    供水设施 
4    水膜 
5    喷嘴环 
6    液体射流 
7    粗气排出管 
8    气体出口装置 
9    喷嘴系统 
10   供水管线 
11   二级涡流 
12   喷嘴 
13   冷却和急冷容器 
14   气体入口 
15   气体出口 
16   水位 
17   导流板 
18   单个导流板的下端18 
19   粗气排出管7或气体出口15的中部 

Claims (27)

1.用于处理负载热气的设备，所述设备包括具有气体入口(14)和粗气排出管(7)或气体出口(15)的冷却和/或急冷容器(13)，所述容器中形成第一急冷室(1)和第二急冷室(2)，其中
第一急冷室(1)布置在冷却和/或急冷容器(13)的上部，在气体入口(14)的区域中，并且第一急冷室(1)的直径为气体入口(14)内径的1.05-5倍且长度为气体入口(14)内径的0.5-5倍，
一个或多个喷嘴环(5)布置在第一急冷室(1)的下部区域中，喷嘴环(5)的设计方式使得每10000m3标准状态下干的热气可利用至多30个喷嘴，其中喷嘴的设计方式使得急冷液体以与水平方向成向下的角度，以每10000m3标准状态下干的粗气至多50m3的量，以喷嘴出口速率为至多30m/s和以液滴分布为至多3000μm排出。
2.权利要求1的设备，其中喷嘴的设计方式使得急冷液体以与水平方向成-5°至+30°的角度排出。
3.权利要求1的设备，其中喷嘴的设计方式使得急冷液体以液滴分布为100-3000μm排出。
4.权利要求1的设备，其中给第一急冷室(1)配置成膜装置，用于在第一急冷室(1)内壁上产生急冷液体膜。
5.权利要求1-4中任一项的设备，其中至少一个附加的喷嘴环(12)布置在第一急冷室(1)之后和/或之下，其中所述附加的喷嘴环(12)的设计方式使得急冷液体以每1000m3标准状态下干的粗气至多10m3量，和以喷嘴出口速率为至多30m/s，和以液滴分布为至多500μm的范围排出。
6.权利要求5的设备，其中所述附加的喷嘴环(12)的设计方式使得急冷液体以液滴分布为50-500μm的范围排出。
7.权利要求1-4中任一项的设备，其中所述喷嘴环(5)和所述附加的喷嘴环(12)各自具有至少4个单个的喷嘴。
8.权利要求1-4中任一项的设备，其中提供在第二急冷室(2)的轴中布置的粗气排出管(7)。
9.权利要求8的设备，其中所述粗气排出管(7)配有具有方向向上的锥尖的锥形的气体出口装置(8)。
10.权利要求9的设备，其中气体出口装置(8)在上部区域中配有用于在锥尖表面上形成膜的喷嘴系统(9)。
11.权利要求10的设备，其中气体出口装置的锥尖从内部向外部可通过至少一个开口加载液体。
12.权利要求11的设备，其中所述液体是水。
13.权利要求1-4中任一项的设备，其中提供至少一个气体出口(15)，所述气体出口(15)相对于冷却和/或急冷容器(13)的外壳水平地布置。
14.权利要求13的设备，其中提供2-5个侧向的所述气体出口(15)。
15.权利要求14的设备，其中所述气体出口(15)以旋转对称方式布置。
16.权利要求13的设备，其中所述气体出口(15)配有保证在流动方向上向所述气体出口加载急冷液体的装置。
17.权利要求16的设备，其中所述急冷液体是水。
18.权利要求13的设备，其中给所述气体出口(15)各自配置在第二急冷室(2)中布置的导流板(17)。
19.权利要求18的设备，其中导流板为锥形片断，所述锥形片断在第二急冷室(2)中向下倾斜布置，使得从各自导流板的下部偏转缘(18)直至单个所述气体出口(15)中部的气体流动的流线总是具有相同长度。
20.权利要求1-4中任一项的设备，其中在离开冷却和急冷容器(13)之后，给所有的粗气排出管(7)或气体出口(15)的中部(19)各配置一个文氏管洗涤器。
21.用于处理负载热气的方法，其中在第一步中以每10000m3标准状态下干的粗气至多50m3的量和喷嘴出口速率为至多30m/s，将急冷液体喷淋入负载热气中，其中调节急冷液体的液滴分布为至多3000μm的范围，和随后在另外的步骤中以每1000m3标准状态下干的粗气至多10m3的量和喷嘴出口速率为至多10m/s，将急冷液体喷淋入，其中调节从喷嘴排出的急冷液体的液滴分布为至多500μm的范围。
22.权利要求21的方法，其中在第一步中以每10000m3标准状态下干的粗气5-50m3的量将急冷液体喷淋入负载热气中。
23.权利要求21的方法，其中在第一步中调节急冷液体的液滴分布为100-3000μm的范围。
24.权利要求21的方法，其中在所述另外的步骤中调节从喷嘴排出的急冷液体的液滴分布为50-500μm的范围。
25.权利要求21-24中任一项的方法，其中每10000m3标准状态下干的粗气使用至多30个喷嘴。
26.权利要求25的方法，其中使用至少4个单个喷嘴。
27.权利要求21-24中任一项的方法，其特征在于它在权利要求5-20中任一项的设备中进行。
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