CN1039437A - 从碎屑状含碳物中生产产品煤气的设备 - Google Patents

Abstract

从碎屑状含碳物，特别是从细颗粒状至粉尘状煤中采用高压气化方法制取产品煤气的设备。其包括：一个包含筒道的直立式气化及辐射冷却器。一个直立式对流冷却器和位于它们头部之间的被冷却的连接导管，筒道设计成使产品煤气的流出为等速的流动通道，筒道中没有直接和/或间接地输入外加冷却剂的装置。等速流动用来作为冷却产品煤气的辐射冷却器，并设计成仅通过辐射冷却就能使被一起带走的炉渣颗粒得到足够的固化。

Description

本发明按其分类涉及的是生产产品煤气的设备。该设备采用高压气化方法，从碎屑状含碳物，特别是从细颗粒至粉尘状的煤中制取产品煤气。该设备有一个气流由下向上流通的直立式气化及辐射冷却器一个由上向下流通的直立式对流冷却器和一个位于气化及辐射冷却器头部和对流冷却器头部之间的被冷却的连接导管。气化及辐射冷却器有一个由管子形成的，水平剖面呈圆形的筒道，一个位于底部的液态炉渣排出口和一个在上部的缩成喷嘴状的连接导管接头，气化及辐射冷却器用于将产品煤气冷却到使其中被它带走的液态炉渣颗粒有足够的固化程度。对流冷却器装有一个底部排出口，用于排放产品煤气和被带走的炉渣颗粒。所得到的产品煤气为荒煤气。之后尚需净化，产品煤气主要由一氧化碳和氢组成，它例如可用做生产碳氢化合物的合成气，还特别可用作燃气及蒸汽轮机发电厂燃气透平的可燃气，也可用作冶金中的还原气体。有关高压气化特别是煤碳高压气化的物理学和化学方面的一般原理，载于专业文献，产品煤气结束气化阶段时，其温度为1300℃至1700℃。当然，针对生产过程中所涉及的流量的输入，传送及输出，要设置相应的装置。

在已知的此类作为本发明出发点的设备（EP0115094）中，其筒道在连接气化阶段处设有一个直接输入外加冷却剂（如水蒸汽、经过冷却的产品煤气等）的骤冷装置，产品煤气在该处冷却到使被带走的炉渣颗粒得到足够的固化，使其不能再粘结。在辐射冷却部分间接地输入外加冷却剂，亦即设有蒸汽过热器的调节器，产品煤气只有经过此阶段后才能进入连接导管，对这些已知措施的公开评论为：此类装置在工作中出现的问题，一方面具有气体动力学性质，因而受空气动力学定律的制约，但另一方面又具有热交换技术方面的特征，因而又受热力学定律的制约。此外，还有与反应动力学有关的化学关系，空气动力学方面和热力学方面均被其自身边界条件所控制。化学关系不允许被破坏。在上述已知的结构形式中，物理的现象学复杂，其工作几乎无法优化，具难以适应不同的工作条件，因此不得不遭受由于 损失导致破坏性的效率降低。此外，难以保证产品煤气在从气化阶段至离开对流冷却器的流动途中对被一起带走的炉渣颗粒的携带效果。

本发明的任务是：进一步改善此类设备，使之能在显著提高效率和减少 损失的情况下进行工作。

为解决此项任务，本发明规定：筒道应设计成使产品煤气等速流动的通道。筒道中没有设置直接和/或间接地输入外加冷却剂的装置。等速流动通道作为冷却产品煤气的辐射冷却器，设计成仅经过辐射冷却即可使被带走的炉渣颗粒得到足够的固化。在本发明范围内，术语“等速流动通道”指的是，此通道保证通过流动截面的产品煤气平均流动速度，沿等速流动通道的全长保持足够的恒定，并在任何情况下都不会下降到有害地影响对炉渣颗粒的携带能力，从而避免了炉渣颗粒在旋涡区烧结。如在蒸汽锅炉中常见的那样，等速流动通道是由管子构成的，并具有尽可能平滑的流动通道内壁。

本发明由从属于本发明的认识出发，认为此种已知的结构形式：空气动力学关系和热力学的关系没有分开，它们彼此独立地相互影响。更确切地说，空气动力学关系和热力学关系构成了一个综合体，此综合体在工作时几乎无法用现代测量及调节技术手段予以公开、使之优化以及适应不同的工作条件。与此相反，在本发明中，空气动力学和热力学在相当大程度上是分开的。热力学方面不再有损于空气动力学，反之亦然。因此，可达到使工作最佳化的目的，并可借助于现代测量及调节技术手段来控制工作关系。反应动力学将不会受到破坏性的影响，相反会得到改善。现有已知的情况一般是，在一个从碎屑状含碳物中生产产品煤气的设备中，在辐射冷却阶段后设置骤冷装置（VGB电站技术59，1979年，565页，图3）。然而在此种已知的结构形式中，骤冷装置却位于一个起汽化器作用的装置的输入端。此装置的横截面，明显地大于辐射冷却阶段的筒道横截面，由此影响了工艺过程的稳定性，同时为了控制该区中炉尘的平衡，要求设置特殊装置。

根据在产品煤气进入连接导管的入口和气化阶段之间进行工作的温差，可将等速流动通道沿其全长设计成等截面的圆柱形。但也有另外一种可能性，使等速流动通道的横截面适应于经辐射冷却出现的体积减少。与此相关连，按本发明的一种结构形式的特征是：等速流动通道设计成为其断面为圆柱形的流动通道。它还作为辐射冷却器，用于把产品煤气冷却至在连接导管的入口约1000℃。在连接导管缩成喷嘴状的接头所在区域中安置了一个输入外加冷却剂的骤冷装置，以及设置了一个作为直接冷却段的与连接导管连接的零件用于将产品煤气冷却至约700℃。与此相关连，另一种按本发明的结构形式的特征是：等速流动通道的横截面沿流动方向根据因冷却引起的产品煤气体积减少的程度而缩小，但仍旧为圆形。等速流动通道作为辐射冷却器把产品煤气冷却至约700℃。以上介绍的结构形式中并不排除在连接导管的未端和/或在对流冷却器的始端安置骤冷装置。

根据本发明最佳结构形式，在两种情况下，流动通道均紧挨着气化阶段的燃烧室上方开始。在本发明范围内，等速流动通道可有径向屏片。此屏片按热力学原理参加辐射冷却，并不会由于空气动力学方面的原理而影响前面所确定的等速分布。在本发明范围内还可设一蒸汽过热器，这样还可以在本发明的范围内，间接输入外加冷却剂，然而本发明规定：在有蒸汽过热器的结构形式中，要将它安置在对流冷却器的上部。

在按本发明的设备中，原则上应把产品煤气的平均流动速度规定的使炉渣颗粒不会在流动途中的任何地方掉下来，在此要求的范围内，已经证实应使气化及辐射冷却器中的产品煤气流动速度小于1米/秒。为避免由于沉积而产生故障，建议在等速流动通道中设置除垢装置，它们固定在筒道的外面，出于同样的原因，对流冷却器也可装设除垢装置。此外，本发明还建议，连接导管不设补偿器，它无补偿地连接在气化及辐射冷却器和对流冷却器上。还建议，对流冷却器通过一个热膨胀补偿装置与底座连接。

完全取消在气化及辐射冷却器内的混合冷却（骤冷），可以将该处可供支配的温度差仅利用于生产蒸汽。因此，用已知的结构形式（EP0115094）相比较，本发明的设备 损失将减少约2%，当例如将本发明的设备与一个燃气/蒸汽轮机发电站结合起来便可使发电的净效率提高约2%。

以下借助附图所表示的仅有的一种实施例详细讲解本发明。概图中表示了：

图1.本发明设备的侧视图，

图2.根据图1所示设备的另一种结构形式，以及

图3.图2中AB方向的剖面图。

图中介绍的设备采用高压气化方法，从碎屑状含碳物，特别是从细颗粒至粉尘状的煤中制取产品煤气，其主要装备如下：

一个气流由下向上流动的直立式气化及辐射冷却器1。如图1和2中箭头所示。

一个产品煤气由上向下流通的直立式对流冷却器2，以及

一个位于气化及辐射冷却器1头部和对流冷却器2头部之间的被冷却的连接导管3。

气化及辐射冷却器1有一个水平剖面呈圆形的管子4形成的筒道一个位于底部的液态炉渣排出口5和一个位于上部缩成喷嘴状连接导管3的接头6。气化及辐射器用于将产品煤气冷却到使其中被它带走的液态炉渣颗粒有足够的固化程度。气化及辐射冷却器由制取煤气部分1a和辐射冷却部分1b组成。对流冷却器2配备有一个位于底部的排出口7，用于排放产品煤气和被带走的炉渣颗粒。在它后面装有一个旋风分离器8或过滤器。

筒道设计成使产品煤气的流动为等速的流动通道9。筒道中没有直接和/或间接地输入外加冷却剂的装置。等速流动通道9用来作为冷却产品煤气的辐射冷却器，并设计成仅通过辐射冷却即可使被一起带走的炉渣颗粒得到足够的固化。

图1实线所示的结构形式清楚地表明，等速流动通道9的断面设计为圆柱形流动通道，它作为辐射冷却器将产品煤气冷却到使其温度在进入连接导管3时约为1000℃。此温度已标入图1中用实线表示的结构形式中。在连接导管3缩成喷嘴状的接头6所在区和/或就在其接头中，可见一用于直接输入外加冷却剂的骤冷装置10。另外，安置一个连接导管3的连接件11作为直接冷却地段。把产品煤气冷却至约700℃。在图1中用占划线表示的结构形式没有骤冷装置10。沿流动方向的等速流动通道9的横断面。随着产品煤气因冷却使体积减少的程度而缩小。在附图中横断面是按直接缩小的并作了夸张的表示。严格地说横断面的减小按一种指数函数。这个用点划线表示的等速流动通道9设计为把产品煤气冷却至约700℃的辐射冷却器，在图1中同样也已标注。在这两种情况下，等速流动通道9直接在煤气发生炉13的燃烧室12的上方开始。在图3中可见此燃烧室的详细情况。图3表示沿图2AB方向的剖面。根据图2的结构形式，等速流动通道还具有径向屏片14。屏片14按热力学原理参与辐射冷却。在图3中还可以看到此屏片。此外，在此实施例中，总是设有一个蒸汽过热器15，蒸汽过热器位于对流冷却器2的上部。

在此项发明的设备中，产品煤气的流动速度原则上是随意的，但应尽量选择慢速，使只有极细小的颗粒状炉渣才有可能被气体带走。所以应把等速流动通道9设计为使产品煤气的流动速度小于1米/秒。因为连接导管3的横断面小得多，这样保证可以将炉渣颗粒从气化及辐射冷却器1送入对流冷却器2。

在图1和图2中均表示了除垢装置16。它们固定在构成等速流动通道9的筒道外面。在对流冷却器2上也可看到除垢装置。在图1和图2的结构形式中，连接导管不设补偿器，它无补偿地同气化及辐射冷却器1以及对流冷却器2连接。对流冷却器2通过一个起热力学和水力学作用的补偿装置17与底座18连接。就所介绍的设备及其作用原理详细说明如下：

通过燃烧室12的烧嘴19，将磨细的尤其是75%小于0.09mm的燃料，同含氧的气化剂（氧气至空气）相混合，再加上过程蒸汽，然后送入煤气发生炉13。在煤气发生炉内，燃料通过部分氧化转变为其主要成份为CO和H₂的煤气。煤气发生炉13由等速流动通道9的管壁结构下部，亦即一个前置的装置构成，并配备了有确定导热系数的防腐蚀衬里。辐射冷却器1b及对流冷却器2形成一个生产高压蒸汽的冷却系统。与此相反，制取煤气部分1a可包括一种工作温度低于高压蒸汽的冷却介质。从出口5出来的液态炉渣在水槽20内固化。炉渣进入破碎机21，并被破碎至粒度小于25mm。破碎后的炉渣从系统中排出。水槽20的液面高度通过加入或放出炉渣冷却水来保持。管壁结构以下列方式装在一个圆柱形的承压外罩22内，即由冷却系统的系统压力确定对承压外罩22加载的温度。煤气发生炉13和等速流动通道9有其各自的冷却系统。煤气发生炉13内的热煤气带走从粘稠状至液态的炉渣颗粒。并离开煤气发生炉13并向上流动。在等速流动通道9内，荒煤气和被带走的颗粒冷却到使这些被带走的颗粒实际上成为固体，所以在进入直接冷却地段11并在该地段中，不会出现颗粒的烧结作用，骤冷装置10的横断面平滑地过渡到所必须的混合横断面上，因此，速度也相应地提高。在紧接着的向上升的煤气通道内，气流对颗粒的携带能力朝着增加最大颗粒直径的方向。同样，在等速流动通道9内，流动横断面也设计成使煤气流对颗粒的携带能力朝着增加最大颗粒直径的方向。同承压外罩一样，连接导管3和对流冷却器2也是一种管壁机构。冷却了的产品煤气经排出口7离开对流冷却器2，去旋风分离器8内，炉渣颗粒被分离和排出。煤气经排出口23离开旋风分离器。

Claims (11)

1、从碎屑状含碳物，特别是从细颗粒状至粉尘状煤中采用高压气化方法生产产品煤气的设备，该设备由以下几部分组成：

一个气流由下向上流通的直立式气化及辐射冷却器，

一个气流由上向下流通的直立式对流冷却器，

一个位于气化及辐射冷却器头部和对流冷却器头部之间的被冷却的连接导管。

其中，气化及辐射冷却器有一个由管子构成的、水平剖面呈圆形的筒道。一个位于底部的液态炉渣排出口和一个位于上部缩成锥形的连接导管的接头，气化及辐射冷却器用于将产品煤气冷却到使被一起带走的炉渣颗粒有足够的固化程度，对流冷却器中设有一个下排出口用于排放产品煤气及被带走的炉渣颗粒，其特征是：筒道设计成使产品煤气的流动为等速的流动通道(9)，通道中没有设置直接和/或间接地输入外加冷却剂的装置；等速流动通道(9)作为冷却产品煤气的辐射冷却器，它被设计成仅经过辐射冷却就能使被一起带走的炉渣得到足够的固化。

2、根据权利要求1所述的设备，其特征是：等速流动通道（9）设计成作为断面呈圆柱形的流动通道，并设计成作为辐射冷却器，使产品煤气冷却到在其进入连接导管（3）时温度约为1000℃，在连接导管（3）缩成喷嘴状的接头所在区域中和/或就在其接头中设置骤冷装置（10），用于输入外加冷却剂，以及还设置一个连接导管（3）的连接件（11）作为直接冷却地段，用于将产品煤气冷却至约700℃。

3、根据权利要求1所述的设备，其特征是：等速流动通道（9）的横断面沿流动方向随着产品煤气因冷却引起的体积减少的程度而缩小，等速流动通道作为辐射冷却器设计成把产品煤气冷却至约700℃。

4、根据权利要求1-3中的一项的设备其特征为：等速流动通道（9）直接起始于煤气发生炉（13）的燃烧室（12）的上方。

5、根据权利要求1-4项中的一项的设备，其特征为：等速流动通道（9）有径向屏片（14），它们参与辐射冷却。

6、根据权利要求1-5项中的一项的设备，其特征为：在具有蒸汽过热器（15）的结构形式中，蒸汽过热器（15）位于对流冷却器（2）的上部。

7、根据权利要求1-6项中的一项的设备，其特征为：在等速流动通道（9）中的产品煤气流动速度规定为小于1米/秒。

8、根据权利要求1-7项中的一项的设备，其特征为：为等速流动通道（p）配备有除垢装置（16）它装在等速流动通道（9）的外部。

9、根据权利要求1-8项中的一项的设备，其特征为：对流冷却器（2）配备有除垢装置（16）。

10、根据权利要求1-9中的一项的设备，其特征为：气化及辐射冷却器（1）的制取煤气部分（1a）与辐射冷却部分（1b）的冷却系统是分开的，在这两个系统内的冷却介质工作压力和/或工作温度是不一样的。

11、根据权利要求1-10项中的一项的设备，其特征为：连接导管（3）中不设补偿器，它无补偿地同气化及辐射冷却器（1）和对流冷却器（2）连接在一起，对流冷却器通过一个热膨胀补偿装置（17），与其底座（18）相连接。

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