CN102105567A - 用于起动用粉状燃料工作的气化反应器的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于起动具有多个燃烧器的气化反应器的方法。在此，每个燃烧器通过为它配设的密流输送管(51，52，53，54)从配料容器(1)中填装粉状燃料并通过气体输送管(62，63)填装可燃气体，其中，在燃烧器点燃时刻之前制备好包含粉状燃料和可燃气体的混合燃料，第一个燃烧器用包含粉状燃料和可燃气体的第一种组合物加以填装用来进行点燃，第二个燃烧器用包含粉状燃料和可燃气体的第二种组合物加以填装用来进行点燃，在接着第一个燃烧器的点燃继而点燃第二个燃烧器之后，根据供给第二个燃烧器用以点燃的燃料量，对所述第一种组合物进行调节，从而使得气化反应器的多个燃烧器中的每一燃烧器的起动都是在燃料装载量的供给经过调节的情况下实现的。本发明还涉及一种用于实施本发明方法的气化反应器(7)。

Description

用于起动用粉状燃料工作的气化反应器的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种用于起动用粉状燃料工作的气化反应器的方法和设备。

背景技术

已知的是，具有高的单位功率特别是200MW以上的气化反应器配备有许多个用来供给气化介质和燃料的燃烧器，不管是利用气态、固态还是液态燃料。这里，载荷变化主要是通过接通或关断设置在气化反应器顶部设置的单个燃烧器并且在限定的范围内借助于在气化反应器和用于粉状燃料输入的配料容器之间可变的压差调节以变化的燃料供给进行。

燃烧器上粉状燃料的输出速度应该不低于3至5米/秒的最小值，以避免火焰回冲(回火)。因此在大功率气化反应器起动时，在点燃时释放出相当多的气体量，它们在下游的处理阶段中不可能一下就用掉，因此必须排入大气烧掉。

在DE 33 124 49 A1和DD 22 36 13 A3中介绍了用来改善气化反应器调节性能的方法和设备，它们实现这样的目标，即借助于用于粉状燃料的密流输送()的载体气流的振动运动首先在小负荷范围内实现物料流的均匀状态。在此，应该将具有0.5至10s^-1脉冲频率的部分控制气流供给主密流。这种解决方案要求很高的技术费用，但对于气化反应器的调节性能只能实现有限的好处。

在DE 10 2005 048 488 A1中介绍了一种用于大功率飞流气化器的方法和设备，其中通过计量配料系统输入含水量低于10％重量百分比和颗粒大小小于200μm的粉状燃料。它们通过输送管给多个气化燃烧器输送粉状燃料，各气化燃烧器对称地设置在气化反应器的顶部并包含氧气供给线。这里，借助于点火及控制燃烧器用反应器顶部内的氧气来点燃多个煤粉燃烧器。在此，结合规定的氧特性值和一调节机构进行供给的粉状燃料和氧气的量的测定。用这种方法在起动时形成的大量气体也必须通过火焰系统在大气中燃烧，以消除载荷波动。

在DE 10 2005 047 583 A1中介绍了一种在飞流气化器中用来可调节地供给粉状燃料的方法和设备。此方法与迄今为止已知的解决方案相比的主要区别在于，向紧靠用于粉状燃料的配料容器附近的配料管输入辅助气体并通过由此形成的在配料容器和燃烧器之间的压差变化即使在低功率时也对粉状燃料流进行控制。由于许多粉状燃料具备非常不同的流动特性，即使是这种方法，也只是有限制地适合于大功率气化反应器的载荷控制。

由现有技术至今尚未得知能够实现以下述方式起动粉状燃料的气化反应器的设备，即，不会由于在起动时猛然释放的气体量而产生压力冲击。

发明内容

从这种背景技术出发，本发明的目的是，提供一种用于起动气化反应器的方法和设备，它避免由于在起动时猛然释放的气体量而在气化反应器下游的过程阶段内产生压力冲击，并使得烧掉过程不再需要。这个目的通过具有独立权利要求1特征的方法和具有独立权利要求12特征的设备得以实现。一些发展设计描述于从属权利要求中。

一种实施形式涉及一种用于起动气化反应器的方法。在此，用以填装和点燃第一个燃烧器的、包含粉状燃料和可燃气体的第一种组合物根据在包含粉状燃料和可燃气体的下一组合物中的燃料量进行调节，在点燃了第一个燃烧器之后该下一组合物被供送给第二个燃烧器以便进行点燃。

在另一种实施形式中，这个方法步骤也可以用其他燃烧器类似地进行，使得先前点燃的一个燃烧器的燃料组分在另一个燃烧器点燃后根据供给下一个点燃的燃烧器的燃料量来进行调节。因此气化反应器的起动是在燃料装载量的供给经过调节的情况下进行的。

本发明的方法由于具备该调节可能性而提供了这样的优点，即避免了由于释放的气体(该气体在其他情况下不能被利用并且必须被烧掉，就此而言对于下游处理阶段是有害的)而产生压力冲击。此外，随着避免在气化反应器内的压力波动，可以确保针对相应燃烧器的来自配料容器的均匀得多的粉状燃料流量，这是因为，气化反应器和配料容器之间的压力差促使粉状燃烧输入气化反应器中。

用来实施本发明方法的设备的一种实施形式描述了这样一种具有多个燃烧器和一个用于粉状燃料的配料容器的气化反应器，该配料容器通过多个密流输送管与相应的燃烧器相连接。其中，在每个密流输送管内设置有一个用于调节粉状燃料量的粉状燃料流调节机构。此外该设备对于每个密流输送管具有至少一个用于调节可燃气体量的可燃气体混合装置。

优选实施形式涉及到用于可燃气体的混合装置的结构设置，以及粉状燃料流调节机构与混合装置操作耦联，用于针对包含粉状燃料和可燃气体的总燃料装载量来调节燃料组分。

与现有技术相比，本发明的主要优点在本发明的方法方面首先是由输送给气化反应器的粉状燃料和可燃气体形式的燃料量在功率为200MW至1500MW并配备多个主燃烧器的反应器起动时其组分的可调节性得到，因此在气化反应器起动时产生的气体量不是在一次压力冲击中猛然释放出来，而是通过依次点燃燃烧器以及燃料组分的适配逐步加大。通过避免在这种大型气化反应器起动时突然释放出的气体量形成的压力冲击，而避免了对于下游处理阶段的不利影响，同时有利地使较均匀的粉状燃料流从配料容器中输送到相应的燃烧器内。从而不必将在起动阶段突然释放出来的大量气体烧掉，这一点在现有技术的设备中却是必需的。

上述的和其他的优点通过参照附图的以下说明来加以解释。

附图说明

在说明书中参考附图用来进行辅助说明。附图仅仅是本发明实施形式的示意性表示。

图1示出本发明设备的示意图。

图2示出本发明方法的流程图。

具体实施方式

为了说明有关术语概念的含义，如其在本发明中所应该理解的那样，下面定义一些如下的术语概念。

气化反应器的“起动”应理解为通过点燃燃烧器使其开始运行。如果气化反应器的所有燃烧器都燃烧，那么该起动便结束，而气化反应器在正常运行中工作。

“燃料装载量”的概念是涉及燃料的质量流量或体积流量，燃料可以是由气化反应器转化的气体、液体和/或固体燃料。气化反应器的燃烧器在点燃时在燃烧器出口处必须以一种“最小输出速度”运行，它是在3至5米/秒的范围内，以避免火焰回冲(回火)。

在一种气化反应器中，由所采用的燃料获得包含一氧化碳和氢气的“合成气体”，并且在下游处理阶段中进一步利用所产生的合成气体，例如在甲醇-、Oxo-、或费托合成(Fischer-Tropsch-Synthese)中。所产生的氢气还得到单独的应用，在按哈伯-博施(Haber-Bosch)法用氮气合成氨时作为能量载体或还原剂或氢化剂。

用于起动具有两个或多个燃烧器的气化反应器的本发明的方法包括：在燃烧器点燃时刻之前制备包含粉状燃料和可燃气体的混合燃料，其中每个燃烧器通过为它配设的密流输送管从配料容器中填装粉状燃料并通过气体输送管填装可燃气体。这里所采用的可燃气体不是用于在配料容器和气化反应器之间的压力平衡意义上的辅助气体(其多为惰性气体)，而是具有燃烧值的可燃气体。优选采用含60％以上甲烷的天然气作为可燃气体，也可以采用其他烷属烃，如乙烷、丙烷和丁烷及其混合物，合适的可燃气体是本领域技术人员所公知的。

按照本发明，包含粉状燃料和可燃气体的第一种组合物(用它填装第一个燃烧器来进行点燃)，在点燃了第二个燃烧器之后(该第二个燃烧器的点燃是接着第一个燃烧器的点燃后继发生的，并且该第二个燃烧器用包含粉状燃料和可燃气体的第二种组合物填装来进行点燃)，根据供给第二个燃烧器用来点燃的燃料量来进行调节，使得气化反应器的多个燃烧器中的每一燃烧器的起动都是在燃料装载量的供给经过调节的情况下实现的。此外如果需要的话，可以改变在可燃气体和粉状燃料的混合物中的可燃气体含量或者可调节地调整混合物组分，以减小粉状燃料的运送量。

如果气化反应器具有两个以上的燃烧器，那么按照本发明的方法，填装第三种或其他包含粉状燃料和可燃气体的组合物的第三个或其他燃烧器是接着第二个燃烧器的点燃继而被点燃，此后，根据供送给相应的在前那个燃烧器用以点燃的燃料量来调节供送给其他燃烧器的第二种或者第三种或其他的组合物。

在此，单个燃烧器在一种低载荷区域内点燃，也就是说，用于单个燃烧器的最小的可能燃料装载量为单个燃烧器在最大输出速度时通过最大燃料装载量确定的最大负荷的1％至30％。因此在气化反应器的第一个燃烧器点燃时释放出尽可能少的可产生的合成气体量，方式是：在点燃第二或第三个燃烧器或者其他燃烧器时通过调节由点燃下一个燃烧器添加的燃料装载量补偿的燃料组分而退回到供送给在前点燃的那个燃烧器的燃料装载量，并逐步提高产生的合成气体量，从而促使以与现有技术相比非常小的步距几乎“无级地”逐步提高压力，使得在气化反应器的起动阶段便已经可以将产生的合成气体输送给下游的处理阶段。

在气化反应器中产生的合成气体量直接用供给的燃料装载量加以校正。因此用于气化反应器起动所需要的最小燃料装载量决定了所产生的在气化反应器起动时释放出来的合成气体量。

可燃气体分别通过至少一个在配料容器和气化反应器的相应燃烧器之间的混合装置被供给到相应的密流输送管中，它配设于燃烧器。

或者作为选择，可燃气体也可以分别平行于密流输送管通过一可燃气体输送管引入混合装置，并从那里以混合状态引入燃烧器，其中，通过密流输送管和可燃气体输送管共同地平行输送所带来的优点在于，有可利用的调节单元，因为管道相互紧靠在一起。

在本发明的方法中，在密流输送管内的粉状燃料装载量通过煤粉流调节装置，例如节流器、闸门或阀，进行调节，它与用于可燃气体的混合装置操作连接。因此通过一控制和调节单元相互关联并根据前一个点燃的燃烧器调整用于一个燃烧器的粉状燃料量和可燃气体量。该调节可以直接与单个燃烧器的点燃时刻联系。有利地，用来确定在气化器内形成的气体量和/或其组成成分的相应测量仪器可以设置在气化反应器下游连接在后面的处理阶段之前，并向控制和调节单元发送测得的测量值。控制和调节单元将测量值与相应的设定值比较并且在不相符合时使用于燃烧器的粉状燃料量和可燃气体流匹配。本领域技术人员知道，同样也可以进行粉状燃料量和可燃气体流的人工调整。

用这样的方式，可以使在气化反应器起动时产生的合成气体量的增加在第一个燃烧器和其他燃烧器点燃后在最佳地最小化的阶段内通过下述方法逐步进行，即，通过用于燃烧器的粉状燃料量和可燃气体流的调节/控制使先前点燃的燃烧器的混合燃料在其他燃烧器点燃后在流量和/或组分方面相适配。

本发明的用于起动的方法特别适用于大型气化反应器。所说“大型气化反应器”的概念是指具有200MW以上的功率的气化器，例如400MW的气化反应器。具有500MW的气化器也有技术应用。本发明的方法在理论上也可以用于具有1000MW和1500MW功率的气化反应器。

因此，在3米/秒的最小输出速度时这种具有例如400MW功率的大型气化反应器的低功率区为40吨/小时的燃料装载量。这相当于这种气化反应器可以实现的最大燃料装载量亦即65吨/小时的约60％，对此可用8米/秒的最大输出速度达到。

如果这种反应器按现有技术用最大装载量的60％，亦即40吨/小时的燃料装载量起动，这意味着立即释放60000Nm³/h的合成气体量。而采用本发明的用于起动的方法，其中单个燃烧器在其最多为单个燃烧器最大装载量的30％的低载荷区内用例如配备3台单个燃烧器的400MW气化反应器在第一个燃烧器点燃时最多仅仅释放20000Nm³/h的合成气体。然后随着类似地释放20000Nm³/h合成气体的第二个燃烧器的点燃，合成气体量逐步增加到40000Nm³/h，随着第三个燃烧器的点燃相应地增加到60000Nm³/h，如果每台单个燃烧器用最小装料运行的话，这便相当于60000Nm³/h的气化反应器的最小装载量。现在可以通过改变燃料装载量的组分，使总装载量提高到直至额定功率。相应于所述的具有三个燃烧器的400MW气化反应器的例子，合成气体量的逐步增加还可以通过这样的方法减小，即，采用四个或更多燃烧器，使得每个燃烧器释放的合成气体量相当于气化反应器最小负荷的1/4或一小部分。从而可以接近于达到气化反应器“几乎无级的”起动。

在本发明方法的一种实施形式中，组合物的粉状燃料量根据供给的可燃气体量进行调节，亦即借助于粉状燃料流调节装置根据供给的可燃气体量调整粉状燃料流量。或者，也可以考虑倒过来的方法，即，根据供给的粉状燃料流量提高或节制可燃气体供给量。这里，粉状燃料的流动速度可以在3至5米/秒的范围内。

在此，粉状燃料可以包括固体燃料的粉末，如石煤、褐煤，它们的焦炭、石油焦，以及泥炭焦的或生物质焦炭，或者其混合物，本领域技术人员还知道其他合适的粉状燃料。

用来实施本发明方法的设备包括一具有多个燃烧器的气化反应器，以及带有粉状燃料供给线的配料容器和多个密流输送管。其中，各密流输送管分别通向气化反应器的一个其所属的燃料器。在每个密流输送管内设置有一个用于调节粉状燃料流的粉状燃料流调节装置和至少一个用于调节可燃气体量的可燃气体混合装置。

在此，该设备可以具有一个在所属密流输送管内在配料容器和相应的燃烧器之间的用于可燃气体的混合装置，其中，粉状燃料流调节装置包括一个用来测量粉状燃料流的流量调节器；或者作为另一选择，用于可燃气体的混合装置也可以直接设置在燃烧器的供给口上，可燃气体输送管有利地平行于密流输送管延伸，从而粉状燃料流通过粉状燃料流调节装置进行的调节得以简化，它可以简单地是一闸门或节流器。不需要附加的流量调节器。

在每个密流输送管内的粉状燃料流调节装置和用于可燃气体的混合装置相互操作耦联，从而实现对于在气化反应器内包含粉状燃料和可燃气体的总燃料装载量的调节。

图1表示本发明设备的一个示意图。在此，有一粉状燃料供给线2通入配料容器1。密流输送管51至54从配料容器1的入流底部4一直延伸到一多通道燃烧器7的各个燃烧器(未单独画出)。一个通向入流底部4的气体输入管61用来引入流化气体。气体输送管62和63分别经由一混合装置9通入密流输送管51。密流输送系统51至54分别设计得一样，然而在图1中为了一目了然起见仅仅完整表示密流输送管51连同混合装置9和粉状燃料流调节装置8。与密流输送管51相应地，其他密流输送管也具有粉状燃料流调节机构和混合装置。粉状燃料流调节装置8与一个附加的反馈耦联到密流输送管51内的流量调节器10′连接。如果可燃气体输送管63通入平行于密流输送管51延伸的用虚线表示的通向配设于密流输送管51的燃烧器的供给口的可燃气体输送管67，便取消用于粉状燃料流调节装置8的附加流量调节器10(虚线箭头表示了这一点)。

供入和输出配料容器1的粉状燃料量的测量通过一称量系统3进行。在气体输送管62、63以及在流化气体管61、氧气管64和水蒸汽管65内的气体量的测量和调节通过流量调节器10进行。在密流输送管51至54内的粉状燃料流量的调节分别通过一粉状燃料流调节机构8进行。通过至少一个混合装置9将可燃气体从输送管道62或63掺入相应的密流输送管51至54。此外，可以通过一输送管62或63借助于混合装置9掺入惰性气体。也可以考虑在一输送管内将可燃气体和惰性气体掺在一起。此外，可以通过通向入流底部的流化气体管61供给可燃气体，从而将配料容器1中的粉状燃料转变成流态。另一种选择是，将惰性气体用作流化气体。从多通道燃烧器7出发，有一合成气体输送管68通向一下游处理阶段11。

在配备4个燃烧器的气化反应器(图中未示出)起动时产生的合成气体量的逐步增加在最优地最小化的阶段内通过粉状燃料和可燃气体装载量的调节/控制通过这样的方式进行，即，在第一个燃烧器点燃后与第二、第三和第四个燃烧器的接通相关联的粉状燃料装载量的增加是与在先前投入运行的燃烧器的混合燃料的第一、第二和第三种组合物的改变相联系地进行。这里，既可以利用粉状燃料量也可以利用输入密流输送管的可燃气体量进行调节。

通过在图2中的示意图来表示本发明的方法。其中，首先制备带有包含粉状燃料和可燃气体的第一种组合物的混合燃料，它在燃烧器最大装载量最多30％的燃烧器低载荷区内在带有多个燃烧器的气化反应器的第一个燃烧器处被点燃。在第一个燃烧器点燃后，则进行第二个燃烧器在其低载荷区内的点燃，第二个燃烧器填装包含粉状燃料和可燃气体的混合燃料的第二种组合物。这时第二个燃烧器的点燃自动触发调节/控制装置，以改变混合燃料的第一种组合物，使得由于第二个燃烧器的点燃而增加的燃料装载量通过改变第一种组合物加以收纳。例如，可以减小在第一种组合物中的可燃气体份额，使得第一次点燃的装载量的增加可以与第二次点燃相适配。

第三或其他“第n个”燃烧器的点燃类似地进行。通过第三个燃烧器在其低载荷区内的点燃自动地又再填装包含粉状燃料和可燃气体的混合燃料的第三种组合物，对先前点燃的第二个燃烧器的混合燃料的第二种组合物的改变进行调节/控制。这样也促成填装包含粉状燃料和可燃气体的混合燃料的“第n种”组合物的“第n个”燃烧器在其低载荷区内的点燃，从而受调节地改变先前点燃的第(n-1)个燃烧器的第(n-1)种组合物。

附图标记一览表

1    配料容器

2    粉状燃料供给

3    称量系统

4    入流底部

51   密流输送管1

52   密流输送管2

53   密流输送管3

54   密流输送管4

61   流化气体管

62   气体输送管1(可燃气体，惰性气体)

63   气体输送管2(可燃气体，惰性气体)

64   氧气管

65   水蒸汽管

66   压力加载气体管

67   可燃气体输送管

68   合成气体输送管

7    多通道燃烧器

8    粉状燃料流调节装置

9    混合装置

10   流量调节器

10′ 粉状燃料流调节装置的流量调节器

11   下游处理阶段

Claims (15)

1.用于起动具有多个燃烧器的气化反应器(7)的方法，其特征为：

每个燃烧器通过为它配设的密流输送管(51，52，53，54)从配料容器(1)填装粉状燃料并且通过气体输送管(62，63)填装可燃气体，其中，在燃烧器点燃时刻之前，制备一种包含粉状燃料和可燃气体的混合燃料，

其中，第一个燃烧器用包含粉状燃料和可燃气体的第一种组合物加以填装用来进行点燃，第二个燃烧器用包含粉状燃料和可燃气体的第二种组合物加以填装用来进行点燃，在接着第一个燃烧器的点燃继而点燃第二个燃烧器之后，根据供给第二个燃烧器用以点燃的燃料量，对所述第一种组合物进行调节，从而使得气化反应器(7)的多个燃烧器中的每一燃烧器的起动都是在燃料装载量的供给经过调节的情况下实现的。

2.按权利要求1所述的方法，其特征为：第三个或其他燃烧器用第三种或其他包含粉状燃料和可燃气体的组合物加以填装用来进行点燃，在接着第二个或其他燃烧器的点燃继而点燃第三个或其他燃烧器之后，根据供给相应在前的那个燃烧器用以点燃的燃料量，对第二种或者供给其他燃烧器的第三种或其他组合物进行调节。

3.按权利要求1或2所述的方法，其特征为：可燃气体(62，63)经由至少一个安置在配料容器(1)和相应燃烧器之间的混合装置(9)被供给到相应的密流输送管(51，52，53，54)中。

4.按权利要求1或2所述的方法，其特征为：可燃气体(62、63)经由至少一个平行于密流输送管(51，52，53，54)的混合装置(9)通过可燃气体输送管(67)被直接送往燃烧器的供给口。

5.按权利要求1至4之至少一项所述的方法，其特征为：使一个粉状燃料流调节装置(8)与用于可燃气体的混合装置(9)操作连接，所述粉状燃料流调节装置对密流输送管(51，52，53，54)内的燃料装载量进行调节。

6.按权利要求1至5之至少一项所述的方法，其特征为：依次点燃所述多个燃烧器中的所有各个燃烧器，其中，在单个燃烧器点燃时粉状燃料装载量是在单个燃烧器最大装载量的最多40％、尤其是1至30％的范围内。

7.按权利要求6所述的方法，其特征为：由于各个燃烧器是以单个燃烧器最大装载量的最多40％优选最多30％范围内的粉状燃料装载量起动，通过调节包含粉状燃料和可燃气体的用于单个燃烧器的组合物使得在气化反应器内产生的气体量逐步增加。

8.按上述权利要求之至少一项所述的方法，其特征为：气化反应器(7)被填装选自以下一组原料的粉状燃料，即该组原料包括：固体燃料的特别是石煤、褐煤的粉末，褐煤或石煤焦炭的粉末，石油焦的粉末，泥炭焦的或生物质焦炭的粉末。

9.按上述权利要求之至少一项所述的方法，其特征为：气化反应器提供在200MW至1500MW范围内尤其是在200MW至500MW范围内的功率。

10.按上述权利要求之至少一项所述的方法，其特征为：粉状燃料的流动速度在2至4米/秒范围内。

11.按上述权利要求之至少一项所述的方法，其特征为：采用具有50％以上体积百分比特别是具有60％以上体积百分比的甲烷含量的天然气作为可燃气体。

12.用于实施按权利要求1至11之至少一项所述的方法的气化反应器(7)，包括：

-具有多个燃烧器的气化反应器(7)，该气化反应器还具有至少一个配料容器(1)和多个用于粉状燃料供给(2)的密流输送管(51，52，53，54)，这些密流输送管分别配置于所述气化反应器(7)的燃烧器之一，其特征为：

-在所述密流输送管(51，52，53，54)内或上设置有一个用于调节粉状燃料流量的与密流输送管(51，52，53，54)操作连接的粉状燃料流调节装置(8)，以及

-在燃烧器的上游或者在燃烧器上设置有至少一个用于可燃气体(62，63)的混合装置(9)。

13.按权利要求12所述的设备，其特征为：所述用于可燃气体的混合装置(9)设置在其所属的密流输送管(51，52，53，54)内或者燃烧器的供给口处。

14.按权利要求12所述的设备，其特征为：与密流输送管(51，52，53，54)分开地并且在密流输送管附近、特别是平行于密流输送管地设置一个用于将可燃气体供给到混合装置(9)中的可燃气体输送管(67)。

15.按权利要求12至14之至少一项所述的设备，其特征为：设置在每个密流输送管(51，52，53，54)内的粉状燃料流调节装置(8)和配置于每个燃烧器的用于可燃气体(62，63)的混合装置(9)相互操作耦联，其中，对在气化反应器内包含粉状燃料和可燃气体的总燃料装载量进行调节。

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