CN104560206B - 具有气流床气化反应器用的导管的组合式急冷及洗涤系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有用于气流床气化反应器的导管的组合式急冷及洗涤系统。本发明展示出用于在气流床气化之后处理热的粗制气和液态熔渣的三级急冷及洗涤系统。在最初的第一级中直接在反应器出口处的导管端部处喷入适量的冷却及洗涤水，从而使熔渣不再附着在中央管的管壁上并且一氧化碳与水蒸汽转化成氢气的转化反应能够一直进行到接近平衡。在构造为鼓泡塔的次级急冷及洗涤级中继续进行冷却并且在水浴中分离粗粉尘和熔渣并且将其从工艺流程中排出。在第三急冷及洗涤级中通过强力喷淋进行剩余的处理，其中通过一级或者多级喷嘴环洗涤气体主要是为了分离细小熔渣及部分细小粉尘。所有三个急冷及洗涤级均能将粗制气冷却到由设备压力所决定的水蒸汽露点。

Description

具有气流床气化反应器用的导管的组合式急冷及洗涤系统
技术领域
本发明涉及一种气流床气化装置中粉尘分离度高的多级粗制气洗涤系统，所述气流床气化装置用于借助含有游离氧的气化剂将含灰的燃料转化成氢气含量高的粗制气。
此外，本发明还涉及在对气流床气化设备的粗制气进行净化时用于处理循环水的装置中的方法步骤，其中燃烧粉尘借助氧气和像水蒸汽或二氧化碳一样的缓和剂在温度为1200～1900℃并且压力高达10MPa的条件下转化成富含CO和H2的粗制气。所谓燃烧粉尘指的是不同煤化程度的磨成细粉的煤、由生物质组成的粉尘、像焦炭一样的在热学方面经过预处理的产物、通过“烘焙(Torrefaction)”形成的烘干制品以及源自社区和工业的余料废料的高热值的馏出物。燃烧粉尘能够作为气体-固体-悬浮物或者液体-固体-悬浮物被供应给气化装置。气化反应器能够配有冷却罩或者耐火内衬，如专利文献DE 4446803和EP0677567所展示的那样。在此，根据技术上引入的不同系统能够分离出粗制气和熔融液态的熔渣或者从气化装置的反应室中共同排出粗制气和熔融液态的熔渣，如在DE 19718131中所述那样。
背景技术
由于被磨成细小粉尘的燃料颗粒和气化室中的短的反应时间，气流床气化会导致粗制气中提高的粉尘含量。根据燃料的反应能力，这种飞灰由炭黑、未转化的燃料颗粒以及细小的熔渣及灰分颗粒构成。其大小在直径大于0.5mm的粗颗粒和直径小于0.1μm的细颗粒之间变化。粗制气中颗粒的可分离性取决于直径，但也取决于其成分。原则上能够区分炭黑和灰分或熔渣颗粒，其中炭黑颗粒通常较小并且难以从粗制气中分离。熔渣颗粒具有较高的密度并且因此有较好的可分离性，但是相对来说硬度较高因此有侵蚀作用。这会使得分离器和粗制气输送管道中的磨损加剧并且可能会引起危及安全的泄漏和使用寿命缩短。
为了去除源自燃料的粉尘，传统上使用不同的洗涤系统，例如专利DE 10 2005041 930以及在“Die Veredlung von Kohle(煤炭精炼)”，DGMK，Hamburg，Dezember 2008，Schingnitzd的“GSP-Verfahren”一章中所述那样。气化粗制气与燃料灰分所构成的熔渣在1200～1900℃的温度下一起离开气化室并且在后置的急冷室中通过喷入过量水得以冷却并且除去了熔渣和少量夹带的粉尘，其中所述急冷室能够设计成自由空间急冷室或者配备有输送粗制气的中央管。例如在DE 10 2007 042543就公开了一种自由空间急冷系统，其中离开气化室的粗制气被水喷淋并且在下部在穹顶结构之下被抽出。DE 10 2006 031816示出一种全球没有内装构件的空着的急冷室，其中在一个或者多个平面中喷入适量的急冷水使得粗制气冷却下来并且饱含水蒸汽并且所述过量的急冷水在底部单独地或者与分离出来的熔渣一起被抽出。专利DE 199 52 754、DD 145 860、DD 265 051阐述了配有中央管的变体方案，其中在DE 199 52 754中中央管以文丘里管的形式构造，在DD 145 860中粗制气在中央管的端部处以气提泵的形式受到附加洗涤，在DD 265 051中在中央管的端部处用于分配流出的粗制气的元件负责使其均匀流出。
根据专利DE 10 2007 042 543所述的解决方案的缺点在于，自由空间通过用于排出粗制气的直径较大的管道和作为用于所夹带的熔渣和粉尘的沉积面的穹顶结构提供，这根据经验会引起堵塞。DE 10 2006 031816要求热的粗制气从气化室中均匀流出，否则可能会存在承压容器壁热过载的危险。DE 199 52 754所述的文丘里管结构可能会引起气化室中不期望的压力波动，所述压力波动由于其作用时间很短而几乎无法通过调节技术予以消除。如专利DD 256 051和DD 224 045所述的安装于急冷及洗涤室中的构件，就特定类型的煤和灰分而言，可能会由于尤其超细粉尘成分的凝结硬化特性而引起硬如水泥的生长物，这些生长物同样会导致堵塞和压力损失增大。
发明内容
本发明的任务在于提供用于气流床气化反应器的急冷及洗涤系统用于冷却热的气化气体和夹带的液态熔渣，其中不仅应将热的粗制气冷却到由工艺压力所决定的水蒸汽饱和温度并且同时还应分离熔渣和粉尘。此外，一氧化碳与水蒸汽之间进行的转化反应使得粗制气中氢气含量提高。
该任务通过具有第一权利要求所述特征的组合式粗制气洗涤系统来解决，其中从属权利要求给出了本发明的有利的实施方式。
通过本发明形成用于气流床气化反应器并且具有初级、次级和第三级的组合式急冷及洗涤系统。一方面通过急冷系统中多个前后连接的级实现高的颗粒分离度并且另一方面实现了将粗制气冷却到由设备压力所决定的水蒸汽露点，这能够实现粗制气中高的氢气含量。
按照本发明，温度为1200～1900℃的热的气化粗制气在高达10MPa的压力下经过多级冷却及洗涤系统。通过共同的水冷式气渣排出装置3、随后连接的同样水冷式的导管4以及位于急冷室中央的中央管5将粗制气从气化室1供应给水浴9。在导管的端部处在第一冷却级中将适量的水喷入到气渣流中，从而低于800～1000℃的熔渣软化温度。如此选择其他级中被水喷淋的中央管的直径，使得速度不超过20m/s。中央管浸入到作为第二冷却及净化级的水浴中，粗制气细致地分布在水浴中并且在其上方的自由的环状间隙中向上流动并且同时进一步去除粗大的粉尘及熔渣微粒。此外，所述没有内装构件的环形空间在多个级中通过作为第三净化级的喷嘴环喷淋。如此设计环形空间的尺寸，使得粗制气的流动速度不超过0.5m/s。被冷却到饱和温度的粗制气从上方离开急冷装置并且被送往下一个处理级以产生能够应用的纯净气或者说净煤气。压力罩能够通过内罩被保护以抵抗过热、磨损和腐蚀，其中用水连续喷淋中间空间，该水在内罩的内侧作为水膜向下流动。内罩连同其水膜有助于进一步冷却和净化粗制气。分离出的熔渣与粗粉尘一起在下方从急冷装置排出。通过有调节地排出过量水16将环形空间中的水位保持在所期望的水平。中央管5能够构造为双壁的中央管24，所述中央管形成环形通道，在上端将冷却水25输入到所述环形通道中。冷却水25通过环状间隙在下端流出到水浴9中。冷却水25用于冷却中央管24，由此也会冷却从其旁边流过的粗制气。
附图说明
下面根据三个附图按三种实施例来阐述本发明。其中：
图1示出具有中央管和被水作用的内罩的急冷系统；
图2示出具有中央管和导流装置的急冷系统；并且
图3示出具有水冷式中央管作为双层罩的急冷系统。
附图中相同的附图标记均表示相同的元件。
具体实施方式
在按图1所示的气化反应器1中，通过冷却罩2形成反应室的边界，其中在500MW68t/h的总功率下煤粉在添加含氧的气化剂和蒸汽的情况下借助自热的部分氧化在4.1Mpa的运行压力下转变为粗制气和液态熔渣。所产出的产量为145000m3i.N./h的潮湿的粗制气以及4.7Mg/h的由燃料灰组成的液态熔渣在1700℃的温度下共同穿过气渣排出口3和导管4流入急冷及洗涤装置6的中央管5中。在导管4的下端处布置着初级的第一冷却及洗涤级，通过导管4的端部处并且直接在作为喷淋装置8的中央管5的顶部处的喷水装置7予以表示。所喷入的水量经过如此得以确定，使得粗制气和液态熔渣一直被冷却到800～1000℃的熔渣软化温度以下。该温度范围同时借助灰分的催化效果能够实现足够高的转化反应的反应速度，使得粗制气中的氢气含量在所述条件下能提高6.4Vol％。中央管5引导部分冷却的粗制气和已经固结的熔渣进入水浴9中，其中粗制气以鼓泡塔10的形式上升并且聚集在环状间隙11中。熔渣和粗粉尘聚集在水浴9的下部并且通过排渣口12由系统中排出。鼓泡塔10构成第二冷却及洗涤系统。在环状间隙11中上升的粗制气通过一个或者多个上下叠置的喷嘴环13和14最终被冷却到与压力对应的200～220℃的饱和温度并且在该第三冷却及洗涤级中已经去除了部分更细小的粉尘和熔渣份额。所述经过冷却和洗涤的粗制气通过粗制气排出口15从急冷及洗涤装置6输送到其他系统中以产生净煤气。过量的急冷水通过16从水浴9中有调节地排出，以便能够保持要求的水位。所述过量水会被净化并且重新循环送回给急冷及洗涤装置6。为了保护压力罩17不受侵蚀和腐蚀安装有内罩18，其中所产生的环状间隙19通过输入机构20供应不含固体物质的冷凝水或者供给水。该水作为水膜21在内罩18的内侧流下并且被收集在水浴9中。
在初始条件与按照图1的实施例中相同的情况下，图2示出修改的次级冷却及洗涤级。如前所述，粗制气和液态熔渣首先在初级冷却及洗涤级中在导管4的下端处被强力喷淋并且被导向中央管5的下端。在中央管5和压力罩17之间如此布置下方的导管22，使得流出的粗制气在构造为鼓泡塔的中间空间中向上流动并且形成次级冷却及洗涤级。所述下方的导管22相对于中央管5向下偏置，从而将粗制气导向鼓泡塔23。所述下方的导管22保护压力罩17不会由于粗制气中夹带的熔渣微粒而受到侵蚀。所述粗制气在鼓泡塔23的压力流动之后进入环状间隙11中，这里作为第三急冷及净化级再次通过一个或者多个喷嘴环用水进行强力喷淋。粗制气及熔渣排出系统与以上所述的一样保持不变，同样也调节水浴9的水位。
在初始条件与按照图1的实施例中相同的情况下，图3示出双层壁的中央管24。为了抵抗过度加热，将中央管构造成双层壁并且在所形成的环状间隙中用水进行冷却。水从上方进入中央管24的环状间隙并且在下端流出到水浴9中。按照图3的急冷及洗涤系统还能够配备有内罩18或者内导管22(两者在图中均未示出)。
本发明还涉及一种对粗制气和液态熔渣进行处理的方法，所述处理在温度为1200～1900℃并且压力高达10MPa的气流床气化过程中进行，其中热的粗制气和液态熔渣从利用冷却罩(2)形成边界的气化反应器(1)通过气渣排出口(3)和水冷式导管(4)输送到三级急冷及洗涤装置(6)中，其中作为初级洗涤级，在所述导管(4)的下端处和中央管(5)的始端处强力喷淋水，该水将所夹带的液态熔渣至少冷却到800～1000℃之间的软化温度以下，并且一氧化碳与水蒸汽转化成氢气的转化反应由于高反应速度和灰分的催化作用一直进行到接近平衡，其中布置有中央管(5)，其将粗制气和熔渣输送到水浴中，其中粗制气和熔渣被分离并且粗制气在作为次级急冷及洗涤级的鼓泡塔中上升，其中水浴(9)的高度通过排出过量水的调节方式被调整到规定的水平，其中粗制气和洗涤水在鼓泡塔的上端分离，其中所述粗制气在环形空间(11)中借助一个或者多个作为第三急冷及洗涤级的喷嘴环被喷淋从而分离出细小熔渣并且得以冷却，直至达到由工艺压力所决定的水蒸汽露点温度，并且其中经过冷却和洗涤的粗制气在急冷及洗涤系统(6)的上端(15)处被抽出并且被输送给其他处理级以产生净煤气。

Claims (10)

1.气流床气化装置中粉尘分离度高的粗制气洗涤系统，所述气流床气化装置用于借助含有游离氧的气化剂将含灰的燃料转化成氢气含量高的粗制气，其中
-在气化反应器（1）中将燃料在温度为1200～1900°C并且工艺压力高达10 MPa的情况下转变为粗制气和液态熔渣，
-通过气渣排出口（3）将所述粗制气和液态熔渣输送到布置于所述气化反应器（1）下方的急冷装置（6）中，
-在所述急冷装置（6）中将与所述气渣排出口（3）连接的中央管（5）浸入到位于所述急冷装置的下端处的水浴（9）中，
-在所述中央管（5）的上端处将水（7、8）喷入到所述粗制气及熔渣的流中，
-在所述中央管（5）的下端处所述熔渣被分离到所述水浴（9）中并且所述粗制气在所述中央管（5）之外的鼓泡塔（23）中向上升起，
-所述粗制气经由布置于所述急冷装置的上方区域中的粗制气出口（15）离开所述急冷装置，
-在所述水浴（9）的表面与所述粗制气出口（15）之间的路径上通过至少一个喷嘴环（13、14）用水喷淋所述粗制气，
-所述中央管（5）的下端被导管（22）同心地包围，
其中，所述中央管（5）双层壁地构造成环形通道，并且从上方输入所述环形通道的冷却水（25）在所述水浴（9）中环状间隙处流出。
2.根据权利要求1所述的粗制气洗涤系统，其特征在于，所述导管（22）的下端布置得低于所述中央管（5）的下端并且留有通往熔渣排出口（12）的间隙。
3.根据上述权利要求中任一项所述的粗制气洗涤系统，其特征在于，所述导管（22）的上端越过所述水浴（9）的表面向外伸出。
4.根据权利要求1或2所述的粗制气洗涤系统，其特征在于，在所述中央管（5）与所述导管（22）之间的环形空间中形成所述鼓泡塔（23）。
5.根据权利要求1或2所述的粗制气洗涤系统，其特征在于，所述中央管（5）通过导管（4）与所述气渣排出口（3）连接并且将水（7）喷入到所述导管的中央中。
6.根据权利要求1或2所述的粗制气洗涤系统，其特征在于，所述中央管（5）通过导管（4）与所述气渣排出口（3）连接并且将用于所述导管的冷却水在所述导管的下端处喷入到热的粗制气及熔渣的流中。
7.根据权利要求1或2所述的粗制气洗涤系统，其特征在于，在所述急冷装置的压力罩（17）与内罩（18）之间如此形成环状间隙（19），使得从下方输入的水（20）在环状间隙中上升、越过所述内罩的顶边溢出并且在所述内罩的内侧上作为水膜（21）下流。
8. 根据权利要求1或2所述的粗制气洗涤系统，其特征在于，所述粗制气在中央管（5）中的速度低于20 m/s。
9. 根据权利要求4所述的粗制气洗涤系统，其特征在于，所述粗制气在构造为自由空间的环形空间（11）中具有小于0.5 m/s的平均流动速度。
10.根据权利要求1或2所述的粗制气洗涤系统，其特征在于，在所述急冷装置中将所述粗制气一直冷却到由工艺压力所决定的水蒸汽饱和温度。
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