CN102834179A - 通过干燥和冲击粉碎来生产细粒燃料的设备和方法 - Google Patents

Abstract

用于通过干燥和粉碎特别是从固体的、糊状的或水性能量原料来生产细粒燃料的设备和方法，包括具有一个转子和多个冲击元件的一个冲击反应器、一个靠近该冲击反应器转子轴的一个迷宫式密封件、一个用于将该热干燥气体通过该迷宫式密封件进料到该冲击反应器中的装置、在该冲击反应器底部的至少一个附加的热干燥气体进料装置、在该反应器顶部上的一个固体的或糊状的能量原料进料装置、至少一个用于排放包含经粉碎的且经干燥的能量原料颗粒的气体流的装置、以及一个用于分离和排放从该冲击反应器排放的气体流中经粉碎且经干燥的能量原料颗粒的装置。

Description

通过干燥和冲击粉碎来生产细粒燃料的设备和方法

本发明涉及在一种材料冲击反应器中的热预处理和机械预处理，这些材料也可以具有糊状或粘性的稠度并且它们在下文中被称为固体的或糊状的能量原料，它们并且包括例如生物发生的以及其他高反应性的燃料、化石燃料以及残余物。糊状物是指所有包含固体与液体组分的混合物的材料，例如是污水污泥以及是或者基于水的或基于溶剂的工业残余物或含能量的液体，如油状物质或润滑剂。

对于开发再生能源的用途以及再利用废物和残余物方面存在一种普遍的驱动力，其中特别集中在能量或材料的使用上。例如，在现有的燃烧设备中的混烧或者为了那个目的而特别地计划和设计的设备中的单一燃烧，适于上述原料的能量回收。相比之下，材料的使用是通过热气化的方式得以实现的。以这种方式生产的合成气体代表了用于下游化学合成加工（例如像，费托合成，甲醇或氨的合成）的原料。

其中该燃烧技术和该气化技术两者，所涉及的特定成本意味着设备容量要尽可能的大。这就意味着很多时候要使用夹带流法（entrained-flow process）。该夹带流法的一个特点是这些燃料必须被粉碎以产生一种颗粒大小，可被气动地传送以便使粉尘燃烧器工作。例如，对于煤而言，典型的颗粒大小是在＜100微米的范围之内。

其他燃料（如活性生物质）的颗粒大小，根据多个加工参数可以是相当地更大的；降低它们的含湿量也是有利的在诸如生物质、生物发生的残余物和废物的能量原料的情况下，由于其通常坚韧的纤维结构，这样的基于常规的现有技术的预处理是能量和设备密集型的。

例如，关于生物质干燥的现有技术在Kaltschmitt等人的“Energie aus Biomasse”，ISBN 978-3-540-85094-6，2009，第814ff页中进行了描述。与这些经典的自然干燥和通风方法并排的是，进料和翻转干燥器（feed-and-turn dryer），带式干燥器和旋转干燥器被列出作为将待干燥的物品输送在其中的专门干燥装置。多个所述装置中的是没有经粉碎的颗粒。

自煤加工的领域并且自矿物加工也知道了可以同时进行干燥和粉碎的加工范围。这些包括，除了其他之外的，垂直的辊式磨碎机，风轮式磨碎机，球磨机。但是，已知使用这些组合的磨碎干燥系统以粉碎生物质只是在条件上有可能的，或者根本不可能的，这是由于纤维的和坚韧的结构，并且，根据目前的经验证据，它们不会以任何方式来生产一种如往往被需要的粉状产品。相反，例如，必须用剪切磨碎机或者锤式磨碎机。前一类的剪切磨碎机的要求多个锋利的切削刀具和一个对应的小裂缝以促进切削加工的进行。这意味着存在一个极其高程度的磨损，并且同时存在对杂质的高敏感性。第二类的锤式磨碎机的特征是对于机械粉碎要求较高程度的施力。

因此，本发明的目的是提供一种就设备而言在技术上简化的设备以及一种节约能量的方法，该方法允许干燥和粉碎在一个单一的容器中进行，其中将固体或糊状的能量原料进行充分预处理以允许它们经历夹带流气化而不需要进一步的步骤。

本发明实现此目的是通过一种用于通过干燥和粉碎特别是从固体的，糊状的或水性能量原料来生产一种细粒燃料的设备，包括

□具有一个转子和多个冲击元件的一台冲击反应器，

□靠近该冲击反应器的转子轴的一个迷宫式密封件，

□用于使热干燥气体穿过该迷宫式密封件进料到该冲击反应器中的一个进料装置，

□在该冲击反应器的底部的至少一个附加的热干燥气体进料装置，

□在该冲击反应器的顶部的一个固体或糊状的能量原料进料装置，

□至少一个用于排出气体流的装置，该气体流包含经粉碎的、经干燥的能量原料颗粒，以及

□用于从该冲击反应器排出的气体流中分离并排出经粉碎的、经干燥的能量原料颗粒的一个装置。

本发明的特征在于不需要多个窄的裂缝和多个切削元件，该粉碎加工几乎不会对材料磨损有任何影响。

该装置的多个进一步的实施例提供了具有不同颗粒大小的不同断片可以从该冲击反应器中排放，其中多个偏转轮分级器（deflectorwheel classifier）或多个斜筛（side screen），或两者，被作为用于经粉碎的并经干燥的能量原料颗粒的排除装置来使用。以这种方式不同的颗粒断片可以通过不同的安排和筛孔尺寸被分开。

该装置的多个进一步的实施例涉及在该冲击反应器底部的热干燥气体进料装置，由此将引入大量的干燥气体。为此目的，设想了分布在其圆周上的多个孔。也可以设想的是这些孔在径向方向上发生倾斜，并且这些孔与这些冲击元件的圆周方向相切地来进行取向。在这样做时，可以使这些孔的出口方向与该冲击反应器转子的转动方向相同或相反地进行取向。从过程工程化的观点来看最有效的解决方案取决于待粉碎的材料特性、和该转子的几何安排、以及这些冲击元件、和该转子的工作模式（意味着例如每分钟转数）、和对这些流程所产生的影响的相互作用。

可替代地，热干燥气体可以通过被分布在周长上的多个狭缝形状的孔被添加到该冲击反应器的底部。在这样做时，这些狭缝也可以有一个径向的倾斜。这些狭缝也可以通过具有多个基板的一个重叠组件来形成。

该设备的一个进一步的实施例设想了具有一个气体回路的一个闭合回路的构型，另外包括

□至少一个补充的点火装置，

□在该闭合回路气体流中的至少一个增压装置，

□至少一个用于将稀释气体进料到该闭合回路气体流中的装置，

□至少一个用于将从该补充的点火装置的烟气中得到的废热连接到该闭合回路气体流的装置。

本发明的这个目的也是通过一种使用具有一个转子和多个冲击元件的冲击反应器通过干燥和冲击粉碎从固体的、糊状的或水性能量原料来生产细粒燃料的方法而实现的，

□将这些能量原料进料到该冲击反应器中该反应器的顶部，

□将热干燥气体进料到该冲击反应器底部连同通过在该冲击反应器的转子轴附近的迷宫式密封件的，

□在该冲击反应器中将这些能量原料进行粉碎和干燥，并且

□将来自该冲击反应器的包含在一种气体流中经粉碎的且经干燥的能量原料颗粒引到一个颗粒分离器中。

根据本发明的方法的多个进一步的实施方案被引发之处在于，通过常规方式传递这些固体的或糊状的能量原料，如果这些原料有粘黏倾向的话，那么会是成本密集的。因此多个进一步的实施例设想了该干燥气体的至少一部分与该能源原料一起，通过它的进料装置被进料到该反应器中。重要的是当干燥气体被引入该进料装置中它是足够冷却的。引入该干燥气体会使这些能量原料的外表面变干燥，特别是在多个固体能量原料的情况下，这导致改进的传递性并且大幅地降低了粘黏的倾向。该干燥气体既可以逆流又可以顺流被传送。

该方法的一个实施方案设想了将该进料装置间接地加热。由于该干燥效果，该干燥气体在它穿过该进料装置时冷却。加热抵消了这种冷却效果。这种热干燥气体还可被用于加热，在这样做时，使其自身冷却，并且然后被进料穿过该进料装置。

该干燥气体可以通过一个对该冲击反应器开放的螺旋输送器无障碍地进料至该冲击反应器中。当这样做时，如果这些能量原料和该干燥气体进给通过在顺流中的螺旋输送器，那么是有利的。一个星轮式进料器，它将该筒仓连接至该螺旋输料器上，可以防止逆流至该筒仓中。

所有关于干燥气体的进料方法也可被累积地使用。因此，可能的是将干燥气体通过该迷宫式密封件并且通过在该冲击反应器底部中的多个孔以及多个狭缝引入到该反应器中，从过程的观点来看，允许这些大部分不同的原料的反应，这是本发明的优点。

例如，DE 19600482A1描述了一种适合的冲击反应器。出乎意料地，这个容器能够处理生物质，如麦秆或绿色废物，以同样的方式它处理了所描述的塑料部分。为了改进有效性，使用诸如在专利申请DE 102005055620A1中描述的那些装置也可能是适宜的。

在本发明中干燥与粉碎同时发生的事实，产生了协同效果，两个过程都可以从这种协同效果中获益。由于本发明中的这种同时处理，在已经进料了粗颗粒时发生了快速干燥，并且由于这些颗粒的进一步加热，一种从外到内的干燥也从该颗粒的外侧到内侧发生了。而在类似的现有技术的方法中，在干燥过程中颗粒的尺寸保持不变（例如，用于生物质的转筒式干燥器或带式干燥器），在此情况下由于冲击作用而同时发生了粉碎，已经被部分干燥的外部颗粒层优选地在与这些冲击元件相接触时被撞掉。因此，尚未被完全干燥的剩余颗粒内芯被再次暴露并且使其随之减小的尺寸再次经受到全部的热传递。

通过连续的粉碎和同步的加热相当大地降低了总的干燥时间。一方面，本发明相当大地减少了对于常规处理链的技术设备的需求并且同时还减少了要求的特定的时间需求。

本发明通过图1和图2中的示例在下文进行了更为详细地说明。Fig.图1所示为一个闭合回路工作内的设备；图2所示为该冲击反应器的转子轴区域的细节部分。

生物质2通过星轮式进料器3和螺旋输送器4从进料罐1输送到冲击反应器5中。在这里，通过转子7将其粉碎。在该冲击反应器5的底部，通过一个迷宫式密封件来加入加干燥气体8a并且通过在底部中的多个孔来加入加干燥气体8b。将经粉碎的且经干燥的颗粒11从该冲击反应器5中与气体流9一起通过一个分级器6（优选一个电动机驱动的旋转分级器）排出，并引导至颗粒分离器10（在此显示为一个过滤分离器）。进一步的排放也通过侧出口6a发生，该排放的气体9a也传递至该颗粒分离器10。

在此的一个优点是，分级器6的使用允许将正在同气体流9一起排出的颗粒的尺寸进行调整。还可能有利的是免除了电动机驱动的旋转分级器而使用多个筛网或多个穿孔板，它们允许对气体流9中所含的固体颗粒的尺寸进行控制。

取决于预处理过的燃料的预期用途，经干燥的颗粒11的目标颗粒尺寸由气化或燃烧设备的不同要求所限定。例如，这些是关于反应性与颗粒尺寸、流动特征等等相互作用的要求，因此不同的颗粒尺寸和颗粒尺寸分布可能对于不同的原料是有利的。因此，不同的预分离方法如分级器或筛网也是可行的。取决于所希望的颗粒尺寸，还可能可行的是使用或者一个惯性分离器或旋流分离器作为该颗粒分离器10。

在颗粒分离器10中，经干燥的颗粒11被分离出并且通过星轮式进料器12被排出到进料罐13中。颗粒分离器10优选通过氮气14进行除尘。取决于本发明中另外的方法步骤的整合，除尘可以使用其他惰性气体或者通过二氧化碳、空气、或通过耗尽了氧的空气来发生。

从该颗粒分离器10中所得到的再利用气体15，是清洁的并且仅含有少量的灰尘并且可以被排出至烟囱16。一个流部分17是预先分流的并且通过风扇18与热气体混合，该热气体是从空气20中得到并且烟气21是来自点火装置19。与稀释的气体23抵消的干燥气体22被再循环回到该冲击反应器5。

在那里它被分开并且作为干燥气体8a通过一个迷宫式密封件，并且如上所描述的并且作为干燥气体8b通过在该冲击反应器5的底部的多个孔，以及也作为干燥气体8c进入该螺旋输送器4，通过该螺旋输送器它到达该冲击反应器5。当这样做时，该螺旋输送器4被间接地借助热流体通过一条热流体返回线24和一个热流体入口25进行加热。

此外，图2示出了冲击反应器5在转子轴34附近的部分的详细视图，经该转子轴，转子7由一个未示出的电动机来驱动。如从图2中可以看出，在转子轴34的顶部有一个转子连接件35，其中一个环形通道或凹槽36被插入到底部中，该底部具有例如一个矩形的截面。一个环形凸起37（它优选被定位在冲击反应器5的基板38上）从底部向上延伸向上进入该环形通道36中。凸起37具有的宽度小于通道36的宽度，并且它的顶部没有完全延伸到该通道的底部，因此在凸起37的外表面与通道36的内表面之间产生了具有迷宫式通路33a的一个迷宫式密封件33，穿过该迷宫式密封件，干燥气体（8a+8b）的整个量值或一部分量（8a）、或其他气体被引入该冲击反应器5的内部。该迷宫式通路可以例如具有在2mm至20mm范围内的宽度。根据本发明的未示出的一个实施方案，为了改进密封效果，该迷宫式密封件33还可以在径向上具有两个或更多个凸起37，这些凸起延伸进入多个形状与这些凸起的形状匹配的附属通道36中。

通过迷宫式密封件33进料的干燥气体8a优选地沿着由箭头8a所示的进料路径、穿过在基板38下面的轴引导件39中所安排的一个或多个孔40而进料。这个路径首先在转子轴34（即，转子7的旋转中心）的方向上，然后基本上平行于转子轴或转子7的旋转轴在一个向上方向上、并且随后在基板38上面向后在相反的方向上穿过迷宫式通路33a而径向向外地远离该冲击反应器5的旋转中心延伸，这导致了干燥气体在反应器内部的特别有效的密封以及分布。这还可以通过在迷宫式通路33a的、在流动意义上的下游处使用一个或多个冲击板条41而进行进一步改进。

附加的干燥气体8b进料通过位于基板38中的一个或多个孔42。这些孔42可作为在圆周上的多个孔或者作为一个或多个狭缝。还想象得到的是提供多个倾斜的孔以便允许气体8b（从过程的观点来看）当流入该冲击反应器5中时具有一个有利的流向。

参考标号清单

1  进料罐

2  生物质

3  星轮式进料器

4  螺旋输送器

5  冲击反应器

6  分级器

6a 侧出口

7  转子

88、8a、8b、8c  热再利用气体/干燥气体

9  穿过分级器的气体流

9a 穿过侧出口的气体流

10 颗粒分离器

11 经干燥的颗粒

12 星轮式进料器

13 进料罐

14 后吹扫气体

15 经除尘的气体

16 废气

17 再利用气体

18 风扇

19 燃烧器

20 空气

21 燃料气体

22  气体

23  稀释气体

24  用于螺旋输送器的热流体

25  热流体返回线

33  迷宫式密封件

33  迷宫式通路

35  转子连接件

34  转子轴

36  通道

37  凸起

38  基板

39  轴安排

40  孔

41  冲击板条

42  孔

M   电动机

Claims (14)

1.通过干燥和粉碎特别地是从固体的、糊状的或水性能量原料来生产细粒燃料的设备，包括

具有一个转子和多个冲击元件的一台冲击反应器，

靠近该冲击反应器的转子轴的一个迷宫式密封件，

一个用于将热干燥气体穿过该迷宫式密封件进料到该冲击反应器中的装置，

在该冲击反应器底部中的至少一个附加的热干燥气体进料装置，

在该冲击反应器顶部上的一个固体或糊状能量原料进料装置，

至少一个用于排出气体流的装置，该气体流包含粉碎的且经干燥的能量原料颗粒，以及

一个用于从该冲击反应器排出的气体流中分离并排出经粉碎且经干燥的能量原料颗粒的装置。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，偏转轮分级器被设想作为用于经粉碎的并经干燥的能量原料颗粒的排出装置。

3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，多个斜筛被设想作为经粉碎的并经干燥的能量原料颗粒的排出装置。

4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，分布在该圆周上的多个孔被设想作为该冲击反应器底部的热干燥气体进料装置。

5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，这些孔是以一个径向方向倾斜的。

6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，这些孔是与这些冲击元件的圆周方向相切而进行定向的。

7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，分布在该圆周上的多个狭缝形状的孔被设想作为该冲击反应器底部中的热干燥气体的进料装置。

8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，这些狭缝具有一个径向的倾斜。

9.根据权利要求7或8之一所述的设备，其特征在于，通过具有多个基板的一个重叠组件形成了这些狭缝。

10.根据权利要求1至9中之一所述的设备，其特征为一种具有气体回路的闭合回路构型，还包括：

至少一个补充的点火装置，

在该闭合回路气体流中的至少一个增压装置，

至少一个用于将稀释气体进料到该闭合回路气体流中的装置，

至少一个用于将从该补充的点火装置的烟气中得到的废热连接到该闭合回路气流中的装置。

11.使用根据权利要求1所述的具有一个转子和多个冲击元件的一个冲击反应器通过干燥和冲击粉碎从固体的、糊状的或水性能量原料来生产细粒燃料的方法，

将所述能量原料进料到该冲击反应器中所述冲击反应器的顶部上，

将热干燥气体添加在该冲击反应器的底部连同通过在该冲击反应器的转子轴附近的一个迷宫式密封件，

在该冲击反应器中将这些能量原料进行粉碎和干燥，并且

将来自该冲击反应器的包含在一个气体流中的经粉碎和经干燥的能量原料颗粒引到一个颗粒分离器中。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，将该干燥气体的至少一部分与这些能源原料一起通过其进料装置而进料到该反应器中。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，将用于将该能量原料进料至该反应器中的装置间接地进行加热。

14.根据权利要求11至13所述的方法，其特征在于，设想了一种闭合回路操作，其中

至少一个补充的点火装置，将从该烟气中获得的能量直接或间接地用于加热该闭合回路气流，

将稀释气体进料到该闭合回路气体流中，该气体是一种惰性气体，如氮气或二氧化碳、或者一种具有减少的含氧量的气体、或空气、或所述气体的一种混合物

对该闭合回路气体流中的压力损失进行补偿，并且

将该加热过的闭合回路气体流再循环回到该冲击反应器。

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