CN102099625B - 气化设备中的流化床气化炉的床高控制装置 - Google Patents

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Abstract

将由介质分离装置(8)分离的流化介质供给至气化炉(2)，并且，投入原料，将流化介质从与气化炉(2)向其上下方向隔开间隔而连接的流化介质抽出口(40a，40b，40c)的任一个抽出并向燃烧炉(5)引导，由此，控制气化炉(2)的流化介质的床高并控制滞留时间。

Description

气化设备中的流化床气化炉的床高控制装置
技术领域
本发明涉及气化设备中的流化床气化炉的床高控制方法及装置。
背景技术
一直以来，一直在开发将煤炭、生物质、轮胎碎片等原料用作燃料而生成气化气体的气化设备。
图1显示正在进行开发的气化设备的一个示例，该气化设备具有具备以下部件的构成：气化炉2，利用蒸气来形成流化介质(硅砂、石灰石等)的流化床1，进行所投入的原料(煤炭、生物质、轮胎碎片等)的气化，生成气化气体和可燃性固体部分；燃烧炉5，由该气化炉2生成的可燃性固体部分与流化介质一起被从导入管3导入燃烧炉5，而且，利用空气或氧气等流化用气体来形成流化床4，进行前述可燃性固体部分的燃烧；热旋风分离器等介质分离装置8，将流化介质从自该燃烧炉5经由排气管6而导入的燃烧排气分离，将该分离的流化介质经由下降管7而供给至前述气化炉2；热旋风分离器等介质分离装置9，将流化介质从由前述气化炉2生成的气化气体分离；以及回收容器10，回收由该介质分离装置9分离的流化介质。
此外，在图1中，11是用于将向前述气化炉2的底部导入的蒸气向流化床1内均等地吹入的分散板，12是用于将向前述燃烧炉5的底部导入的流化用气体向流化床4内均等地吹入的分散板。
在如前所述的气化设备中，在通常运转时，在气化炉2中，利用蒸气来形成流化床1，如果将煤炭、生物质、轮胎碎片等原料投入流化床1，那么，该原料进行水蒸气气化而气化，生成气化气体和可燃性固体部分，由前述气化炉2生成的可燃性固体部分与流化介质一起从导入管3向利用前述流化用气体来形成流化床4的燃烧炉5导入，进行该可燃性固体部分的燃烧，来自该燃烧炉5的燃烧排气经由排气管6而向热旋风分离器等介质分离装置8导入，在该介质分离装置8中，将流化介质从前述燃烧排气分离，该分离的流化介质经由下降管7而返回至前述气化炉2并循环。
在此，在前述燃烧炉5中伴随着可燃性固体部分的燃烧而变得高温的流化介质与燃烧排气一起通过排气管6而由前述介质分离装置8分离，经由前述下降管7而供给至气化炉2，由此，保持气化炉2的高温，并且，通过原料的热分解而生成的气体或残渣原料与蒸气反应，由此，发生水煤气气化反应C+H2O= H2+CO或氢气转换反应CO+H2O=H2+CO2，生成H2或CO等可燃性的气化气体。
由前述气化炉2生成的气化气体由热旋风分离器等介质分离装置9分离流化介质，由该介质分离装置9分离的流化介质回收至回收容器10。
顺便说一下，在前述气化设备的通常运转中的热不足时，即在前述气化炉2中未得到用于原料的气化的足够的热的情况下，在图1中，如假想线所示，将与向前述气化炉2供给的原料相同的煤炭、生物质、轮胎碎片等燃料辅助性地向前述燃烧炉5投入而进行燃烧，补充不足的热。另外，在到达前述气化设备的通常运转的前阶段的循环预热运转时，不进行向前述气化炉2的原料的投入，在图1中，如假想线所示，前述煤炭、生物质、轮胎碎片等燃料作为预热用而向前述燃烧炉5投入并进行燃烧，伴随着该燃烧炉5中的燃料的燃烧而变得高温的流化介质与燃烧排气一起通过排气管6而由前述介质分离装置8分离，经由前述下降管7而供给至气化炉2，由此，进行气化设备的循环预热。
可是，如前所述的气化设备中的气化炉2的温度通过高温的流化介质的循环量来控制。即，如果使该流化介质的循环量增加，则前述气化炉2的温度上升，如果使该流化介质的循环量减少，则前述气化炉2的温度下降。此外，通常能够通过调节向前述燃烧炉5的底部导入的流化用气体的流量而控制前述流化介质的循环量。
而且，一般而言，投入前述气化炉2的原料的气化率(碳转换率)大大地受到该气化炉2内的流化介质的温度和留在该气化炉2内的流化介质的滞留时间的影响。
因此，在根据接收气化气体的一侧的要求而例如想要使碳转换率下降而使所产生的气化气体量减少时，一个方法是使前述流化介质的循环量减少而使气化炉2的温度下降，另一方面，在想要使碳转换率上升而使所产生的气化气体量增加时，一个方法是使前述流化介质的循环量增加而使气化炉2的温度上升。
此外，不同于如前所述的气化炉，作为显示变更流化介质向循环流化床的燃烧炉的返回位置而保持燃烧状态的稳定性的循环流化床燃烧装置的文献，例如，存在着专利文献1。
另外，作为显示通过控制流化介质的循环量而根据负荷使气化炉温度一定的生物质燃料气化装置的文献，例如，存在着专利文献2。
专利文献1：日本特开2002-98308号公报，
专利文献2：日本特开昭63-120825号公报。
发明内容
然而，如前所述，在根据接收气化气体的一侧的要求而例如想要使碳转换率下降而使所产生的气化气体量减少时，使前述流化介质的循环量减少而使气化炉2的温度下降，在这种情况下，只要不将流化介质向系统外抽出，气化炉2内的流化介质的容积就一定，因而留在气化炉2内的流化介质的滞留时间增加，因此，结果，也存在着碳转换率不大变化的可能性。
这样，在现有的构造中，分别各自地改变前述气化炉2内的流化介质的温度和留在该气化炉2内的流化介质的滞留时间变得困难。
另外，在如前所述的气化设备中，使用多种多样的原料的要求也变高，但该原料的气化特性(例如，热分解特性、水蒸气气化反应速度)取决于原料的种类而改变，因而气化率取决于原料的种类而变化，有可能不能进行稳定的运转。例如，在使用像生物质那样容易气化的原料的情况下，在气化炉2中，原料的气化达到超过必要的程度，运送至燃烧炉5的成为热源的炭的量减少，热平衡被破坏，存在着燃烧炉5中的助燃成为必要或运转变得不稳定的可能性。
本发明鉴于这样的实际情况，想要提供这样的气化设备中的流化床气化炉的床高控制方法及装置：在流化介质循环于气化炉和燃烧炉之间的气化设备中，能够控制气化炉内的流化介质的床高，能够将留在该气化炉内的流化介质的滞留时间与气化炉内的流化介质的温度分别地调节，能够根据要求而使投入气化炉的原料的气化率、即碳转换率变化，并且，即使对于气化特性不同的原料，也能够使气化率为目标值，能够进行稳定的运转。
本发明涉及一种气化设备中的流化床气化炉的床高控制方法，气化设备具备气化炉、燃烧炉以及介质分离装置，气化炉利用蒸气来形成流化介质的流化床，进行所投入的原料的气化，生成气化气体和可燃性固体部分，由该气化炉生成的可燃性固体部分与流化介质一起被导入燃烧炉，而且，利用流化用气体来形成流化床，进行所述可燃性固体部分的燃烧，介质分离装置将流化介质从自该燃烧炉导入的燃烧排气分离，将该分离的流化介质供给至所述气化炉，其中，
对所述气化炉供给由介质分离装置分离的流化介质，并且，投入原料，将流化介质从相对于所述气化炉而向其上下方向隔开间隔而连接的多个流化介质抽出口的任一个抽出并向所述燃烧炉引导，由此，控制所述气化炉的流化介质的床高并控制滞留时间。
另一方面，本发明涉及一种气化设备中的流化床气化炉的床高控制装置，气化设备具备气化炉、燃烧炉以及介质分离装置，气化炉利用蒸气来形成流化介质的流化床，进行所投入的原料的气化，生成气化气体和可燃性固体部分，由该气化炉生成的可燃性固体部分与流化介质一起被导入燃烧炉，而且，该燃烧炉利用流化用气体来形成流化床，进行所述可燃性固体部分的燃烧，介质分离装置从自该燃烧炉导入的燃烧排气中分离出流化介质，并且将该分离的流化介质供给至所述气化炉，其中，气化设备中的流化床气化炉的床高控制装置具备：
多个流化介质抽出口，相对于所述气化炉在其上下方向上隔开所需要的间隔而连接；和
流化介质抽出切换装置，将所述气化炉内的流化介质引导至该多个流化介质抽出口的任一个并抽出；
所述流化介质抽出切换装置由以下部件构成：
流下管部，从所述各流化介质抽出口的前端垂下；
水平密封部，从该各流下管部的下端水平地延伸；
垂直密封部，使该各水平密封部的前端汇合而以立起的方式延伸，而且，其上端连接至将流化介质向所述燃烧炉导入的导入管；
风箱，能够经由分散板而对所述各水平密封部和垂直密封部送给流化用气体；
流化用气体供给线，连接至该各风箱；以及
流化用气体切换阀，设在该各流化用气体供给线的途中。
依照本发明的气化设备中的流化床气化炉的床高控制方法及装置，得到如以下的作用。
在根据接收气化气体的一侧的要求而例如想要使碳转换率下降而使所产生的气化气体量减少时，使所述流化介质的循环量减少而使气化炉的温度下降，在这种情况下，只要不将流化介质向系统外抽出，气化炉内的流化介质的容积就一定，但在这种情况下，对气化炉供给由介质分离装置分离的流化介质，并且，投入原料，将流化介质从流化介质抽出口抽出，此时，该流化介质的抽出位置更低，这样，如果选择流化介质抽出口，那么，容积(截面积×床高)因气化炉内的流化介质的床高变低而缩小，避免留在气化炉内的流化介质的滞留时间增加，能够使碳转换率下降。
另外，在使用容易气化的原料的情况下，对气化炉供给由介质分离装置分离的流化介质，并且，投入原料，将流化介质从流化介质抽出口抽出，此时，该流化介质的抽出位置更低，这样，如果选择流化介质抽出口，那么，容积(截面积×床高)因气化炉内的流化介质的床高变低而缩小，留在气化炉内的流化介质的滞留时间减少，能够实现目标的气化率，避免在气化炉中原料的气化达到超过必要的程度，运送至燃烧炉的成为热源的炭的量不减少，不破坏热平衡地保持，稳定地进行运转。
相反，在使用难以气化的原料的情况下，对气化炉供给由介质分离装置分离的流化介质，并且，投入原料，将流化介质从流化介质抽出口抽出，此时，该流化介质的抽出位置更高，这样，如果选择流化介质抽出口，那么，气化炉内的流化介质的容积(截面积×床高)因床高变高而增加，确保留在气化炉内的流化介质的滞留时间，能够实现目标的气化率，在气化炉中，原料的气化达到适当的程度，运送至燃烧炉的成为热源的炭的量成为适量，不破坏热平衡地保持，稳定地进行运转。
另外，使流化介质的循环量不变化而一定，对所述气化炉供给由介质分离装置分离的流化介质，并且，投入原料，选择流化介质抽出口的任一个，由此，也能够保持温度一定地改变滞留时间。
依照本发明的气化设备中的流化床气化炉的床高控制方法和装置，能够起到这样的优异的效果：在流化介质循环于气化炉和燃烧炉之间的气化设备中，能够控制气化炉内的流化介质的床高，能够将留在该气化炉内的流化介质的滞留时间与气化炉内的流化介质的温度分别地调节，能够根据要求而使投入气化炉的原料的气化率、即碳转换率变化，并且，即使对于气化特性不同的原料，也能够使气化率为目标值，能够进行稳定的运转。
附图说明
图1是显示正在进行开发的具备气化炉和燃烧炉的气化设备的一个示例的整体概要构成图；
图2是显示本发明的实施例的整体概要构成图；
图3是显示本发明的实施例的主要部分放大平面图；
图4是显示本发明的实施例中的流化介质抽出切换装置的侧截面图，是图3的IV-IV向视相当图。
附图标记说明：
1：流化床，2：气化炉。3：导入管，4：流化床，5：燃烧炉，7：下降管，8：介质分离装置，40a：流化介质抽出口，40b：流化介质抽出口，40c：流化介质抽出口，41：流化介质抽出切换装置，42a：流下管部，42b：流下管部，42c：流下管部，43a：水平密封部，43b：水平密封部，43c：水平密封部，44：垂直密封部，45a：分散板，45b：分散板，45c：分散板，46a：风箱，46b：风箱，46c：风箱，47a：流化用气体供给线，47b：流化用气体供给线，47c：流化用气体供给线，48a：流化用气体切换阀，48b：流化用气体切换阀，48c：流化用气体切换阀。
具体实施方式
以下，参照附图，说明本发明的实施例。
图2~图4是本发明的实施例，在图中，标记与图1相同的符号的部分表示同一物品，基本的构成与图1所示的现有的构成相同，本实施例的特征在于，如图2~图4所示，相对于气化炉2而在其上下方向隔开间隔而向下倾斜连接有多个流化介质抽出口40a,40b,40c，设有将前述气化炉2内的流化介质引导至该多个流化介质抽出口40a,40b,40c的任一个并向燃烧炉5的导入管3引导的流化介质抽出切换装置41。
在本实施例的情况下，如图3和图4所示，前述流化介质抽出切换装置41具有这样的构成：使流下管部42a,42b,42c从前述各流化介质抽出口40a,40b,40c的前端垂下，水平密封部43a,43b,43c从该各流下管部42a,42b,42c的下端水平地延伸，使该各水平密封部43a,43b,43c的前端汇合而以立起的方式延伸有一个垂直密封部44，该垂直密封部44的上端连接至将流化介质向前述燃烧炉5导入的导入管3，设有能够经由分散板45a,45b,45c而对前述各水平密封部43a,43b,43c和垂直密封部44送给流化用气体的风箱46a,46b,46c，流化用气体供给线47a,47b,47c连接至该各风箱46a,46b,46c，在该流化用气体供给线47a,47b,47c的途中设有流化用气体切换阀48a,48b,48c，进行该流化用气体切换阀48a,48b,48c的开度控制，将流化用气体送给至期望的风箱46a,46b,46c，由此，使对应的水平密封部43a,43b,43c和垂直密封部44内的流化介质流化，能够将前述气化炉2内的流化介质从前述流化介质抽出口40a,40b,40c的任一个抽出并经由导入管3而向前述燃烧炉5引导。此外，在前述各分散板45a,45b,45c，突出设置有能够喷出流化用气体的多个喷出管嘴49a,49b,49c。
接着，说明上述实施例的作用。
在根据接收气化气体的一侧的要求而例如想要使碳转换率下降而使所产生的气化气体量减少时，使前述流化介质的循环量减少而使气化炉2的温度下降，在这种情况下，只要不将流化介质向系统外抽出，气化炉2内的流化介质的容积就一定，但在这种情况下，将由介质分离装置8分离的流化介质从下降管7对气化炉2供给，并且，投入原料，将流化介质从流化介质抽出口40a,40b,40c的任一个抽出，此时，该流化介质的抽出位置更低。即，如果仅打开流化用气体切换阀48a，关闭流化用气体切换阀48b,48c，将流化用气体送给至风箱46a，由此，使对应的水平密封部43a和垂直密封部44内的流化介质流化，那么，成为将气化炉2内的流化介质从流化介质抽出口40a抽出的形态，气化炉2内的流化介质的床高成为H1。这样，如果选择流化介质抽出口40a，那么，容积(截面积×床高)因气化炉2内的流化介质的床高变低而缩小，避免留在气化炉2内的流化介质的滞留时间增加，能够使碳转换率下降。
另外，在使用容易气化的原料(例如，生物质)的情况下，将由介质分离装置8分离的流化介质从下降管7对气化炉2供给，并且，投入原料，将流化介质从流化介质抽出口40a,40b,40c的任一个抽出，此时，该流化介质的抽出位置更低，这样，如果选择流化介质抽出口40a，那么，容积(截面积×床高)因气化炉2内的流化介质的床高变低而缩小，留在气化炉2内的流化介质的滞留时间减少，能够实现目标的气化率，避免在气化炉2中原料的气化达到超过必要的程度，运送至燃烧炉5的成为热源的炭的量不减少，不破坏热平衡地保持，稳定地进行运转。
相反，在使用难以气化的原料(例如，次烟煤)的情况下，将由介质分离装置8分离的流化介质从下降管7对气化炉2供给，并且，投入原料，将流化介质从流化介质抽出口40a,40b,40c的任一个抽出，此时，该流化介质的抽出位置更高。即，如果仅打开流化用气体切换阀48c，关闭流化用气体切换阀48a,48b，将流化用气体送给至风箱46c，由此，使对应的水平密封部43c和垂直密封部44内的流化介质流化，那么，成为将气化炉2内的流化介质从流化介质抽出口40c抽出的形态，气化炉2内的流化介质的床高成为H3。这样，如果选择流化介质抽出口40c，那么，气化炉2内的流化介质的容积(截面积×床高)因床高变高而增加，确保留在气化炉2内的流化介质的滞留时间，能够实现目标的气化率，在气化炉2中，原料的气化达到适当的程度，运送至燃烧炉5的成为热源的炭的量成为适量，不破坏热平衡地保持，稳定地进行运转。
此外，在使用气化的容易程度为中等程度的原料(例如，褐煤)的情况下，将由介质分离装置8分离的流化介质从下降管7对气化炉2供给，并且，投入原料，将流化介质从流化介质抽出口40a,40b,40c的任一个抽出，此时，该流化介质的抽出位置为中间。即，如果仅打开流化用气体切换阀48b，关闭流化用气体切换阀48a,48c，将流化用气体送给至风箱46b，由此，使对应的水平密封部43b和垂直密封部44内的流化介质流化，那么，成为将气化炉2内的流化介质从流化介质抽出口40b抽出的形态，气化炉2内的流化介质的床高成为H2。这样，如果选择流化介质抽出口40b，那么，气化炉2内的流化介质的容积(截面积×床高)变化为与床高H2相称的量，留在气化炉2内的流化介质的滞留时间成为与前述床高H2相对应的时间，能够实现目标的气化率，避免在气化炉2中原料的气化达到超过必要的程度或相反气化不充分，运送至燃烧炉5的成为热源的炭的量也成为适量，仍然不破坏热平衡地保持，稳定地进行运转。
另外，使流化介质的循环量不变化而一定，将由介质分离装置8分离的流化介质从下降管7对前述气化炉2供给，并且，投入原料，选择流化介质抽出口40a,40b,40c的任一个，由此，也能够保持温度一定地改变滞留时间。
这样，在本实施例的构造中，能够不在将高温的流化介质从气化炉2抽出并向燃烧炉5引导的系统设置可动机构部分等地进行流化介质从期望的流化介质抽出口40a,40b,40c的稳定的抽出，能够分别各自地改变前述气化炉2内的流化介质的温度和留在该气化炉2内的流化介质的滞留时间。
这样，在流化介质循环于气化炉2和燃烧炉5之间的气化设备中，能够控制气化炉2内的流化介质的床高，能够将留在该气化炉2内的流化介质的滞留时间与气化炉2内的流化介质的温度分别地调节，能够根据要求而使投入气化炉2的原料的气化率、即碳转换率变化，并且，即使对于气化特性不同的原料，也能够使气化率为目标值，能够进行稳定的运转。
顺便说一下，在专利文献1的图1中，公开了变更流化介质向循环流化床的燃烧炉的返回位置而保持燃烧状态的稳定性的循环流化床燃烧装置，但这毕竟对象是燃烧炉，完全不同于改变床高而控制滞留时间的气化炉2，而且，虽然通过改变向回料系统的空气量而进行流化介质的分配，但是下降管本身被分开成三个，认为流化介质的稳定的分配是困难的。
另外，专利文献2所记载的气化炉只不过是通过控制流化介质的循环量而根据负荷使气化炉温度一定，完全不同于使流化介质的抽出位置变化的本申请的气化炉2。
此外，除了前述专利文献1、2所记载的装置以外，在日本专利第2995692号公报和日本特开平1-217106号公报中还公开了流化床的床高控制装置，但这些公报所公开的床高控制装置毕竟只不过是仅能够适用于流化介质不循环的燃烧炉等的装置，不能适用于流化介质循环于气化炉2和燃烧炉5之间的气化设备。
此外，本发明的气化设备中的流化床气化炉的床高控制方法及装置不只限定于上述的实施例，流化介质抽出口的个数不限于三个，也能够是二个或四个以上等，此外，当然，在不脱离本发明的要旨的范围内，能够添加各种变更。

Claims (1)

1.一种气化设备中的流化床气化炉的床高控制装置，所述气化设备具备气化炉、燃烧炉以及介质分离装置，所述气化炉利用蒸气来形成流化介质的流化床，进行所投入的原料的气化，生成气化气体和可燃性固体部分，由所述气化炉生成的可燃性固体部分与流化介质一起被导入所述燃烧炉，而且，所述燃烧炉利用流化用气体来形成流化床，进行所述可燃性固体部分的燃烧，所述介质分离装置从自所述燃烧炉导入的燃烧排气中分离出流化介质，并且将该分离的流化介质供给至所述气化炉，其中，所述气化设备中的流化床气化炉的床高控制装置具备：
多个流化介质抽出口，相对于所述气化炉在其上下方向上隔开所需要的间隔而连接；和
流化介质抽出切换装置，将所述气化炉内的流化介质引导至所述多个流化介质抽出口的任一个并抽出；
所述流化介质抽出切换装置由以下部件构成：
流下管部，从所述各流化介质抽出口的前端垂下；
水平密封部，从所述各流下管部的下端水平地延伸；
垂直密封部，使所述各水平密封部的前端汇合而以立起的方式延伸，而且，其上端连接至将流化介质向所述燃烧炉导入的导入管；
风箱，能够经由分散板而对所述各水平密封部和垂直密封部送给流化用气体；
流化用气体供给线，连接至所述各风箱；以及
流化用气体切换阀，设在所述各流化用气体供给线的途中。
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