CN104818052A - 对来自气流式气化过程的原始气体进行冷却和清洗 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了一种用于三级冷却和清洗系统的装置，所述装置用于处理在气流式气化过程之后的热原始气体和液态熔渣。在此，首先在第一级中通过由在自由腔中的环状和/或壁式喷嘴喷入水来冷却和预清洗原始气体和熔渣。此后，在作为第三冷却和清洗级地在环状腔中再次实现深度喷注之前，原始气体和熔渣连同剩余水一起输送给作为第二级的水浴池。

Description

对来自气流式气化过程的原始气体进行冷却和清洗
技术领域
本发明涉及一种用于冷却和清洁气流式气化设备的原始气体的组合的急冷系统和清洗系统的装置，在所述装置中具有氧气和比如水蒸气的减速剂（Moderator）但是也具有二氧化碳的粉末状燃料在1200℃至1900℃之间的温度和高达10MPa的压力下转变成富含CO和H2的原始气体。
背景技术
粉末状燃料可以理解为不同渗碳程度的精细研磨的煤炭、生物粉尘、像焦炭那样的热预处理的产物、通过“烘焙（Torrefaction）”的烘干产物以及来自市政和商业的余料和废料的高热值的馏分（Fraktion）。粉末状燃料能够作为气体-固体悬浮物或者作为液体-固体悬浮物供给气化。正如专利文献DE 4446803和EP 0677567示出的那样，气化反应器能够设有冷却罩或者耐火的外壳。正如在文献DE 19718131中描述的那样，原始气体和熔融的熔渣在此根据不同的在所述技术领域中采用的系统能够被分开或者一起从气化装置的反应腔中被排出。
气流式气化过程由于细尘地研磨的燃料颗粒和较短的反应时间在气化腔中引起在原始气体中升高的粉尘组分。该烟道粉尘根据燃料的反应能力由炭黑、未转变的燃料颗粒以及精细的熔渣和粉尘颗粒组成。尺寸在具有直径大于0.5mm的粗糙颗粒和具有直径最大至0.1μm的精细颗粒之间变化。颗粒从原始气体的可分离性与该直径、但是也与其组成有关。基本上，在炭黑和粉尘或者说熔渣颗粒之间能够区分，其中炭黑颗粒通常更小和更难从原始气体分离。熔渣颗粒有较高的密度并且进而较好的可分离性，但是与此相对地具有较高的硬度和进而腐蚀作用。这导致在分离器和引导原始气体的管路中加剧的磨损并且能够引起安全相关的泄漏和寿命限制。为了去除由燃料产生的粉尘而使用不同的清洗系统。
在专利文献DE 10 2005 041 930中和在“煤炭精制”DGMK，汉堡，2008年12月，Schingnitz，“GSP方法”的章节中描述了目前的背景技术。然后，气化原始气体与由燃料灰在1200℃至1900℃的温度时形成的熔渣一起离开气化腔并且在随后的急冷腔中通过喷入过剩水冷却并且清除所述熔渣和以少量夹带的粉尘，其中所述急冷腔能够构成为自由急冷腔或者配备引导原始气体的中心管。例如在文献DE 10 2007 042543中公开了自由腔急冷系统，其中用水喷洒离开气化腔的原始气体并且在底部中在顶盖结构下方抽出。文献DE 10 2006 031816示出了完全没有装备的自由急冷腔，其中在一个或者多个层面上急冷水以这种量注入，从而原始气体被冷却并且以水蒸气饱和并且过剩的急冷水在底部中单独地或者与分离的熔渣一起抽出。专利文献DE 199 52 754、DD145 860和DD 265 051示出了具有中心管的变形方案，在文献DE 199 52 754中中心管以文氏管的形式构造，在文献DD145 860中原始气体在中心管的端部上经历以大型泵的形式的附加的清洗，在文献DD 265 051中在中心管的端部上用于分配流出的原始气体的元件应该负责均匀的流出。文献CN 101003754-B描述了具有中心管的浸浴急冷装置，在所述中心管中来自气化反应器的热原始气体与同样热的熔渣一起向下引入到水浸浴中并且作为气体-水悬浮物在构造为双管的导管的环状间隙中向上流动。气体-水分离发生在导管的上端部上。在环状间隙中向上涌流的气体-水悬浮物应该保护内部中心管避免过热。
根据专利文献DE 10 2007 042 543的方案具有以下缺点，即通过较大直径的管路的自由腔对于原始气体排出并且顶盖结构对于夹带的熔渣和粉尘出现沉积面，这按照本发明导致堵塞。文献DE 10 2006 031816要求热原始气体从气化腔中均匀地流出，因为否则可能存在承压的容器壁的热过载的风险。根据文献DE 199 52 754的文氏管的布置能够导致在气化腔中不期望的压力波动，所述压力波动由于其较短的有效时间在控制技术上几乎无法补偿。像在专利文献DD 256 051和DD 224 045中那样，进入到急冷和清洗腔中的装备能够通过特别是精细粉尘部分的火山灰特性在一定的煤炭和灰分类型中导致耐受水泥的冲洗，所述冲洗同样导致堵塞和压力损失的升高。该风险同样在根据文献CN 101003754-B的方案中存在。如果在中心管的内管和外管之间的间隙阻塞，则热原始气体在未冷却的内管中向下流动，这能够导致其热破坏并且通过过热附加地危害急冷腔的压力罩。
发明内容
本发明的任务是提供一种用于冷却热的气化气体和夹带的液态熔渣的装置，其中一方面应当实现热原始气体冷却直至由过程压力决定的饱和水蒸气温度；同时另一方面应当实现熔渣和粉尘的分离；并且另外应当实现在原始气体中较高的氢含量。
该任务通过具有权利要求1所述的特征的装置得到解决。从属权利要求描述了本发明的有利的设计方案。
按照本发明，多个彼此依次相连接的冷却和清洗级彼此组合。热的气化气体连同由燃料灰形成的液态熔渣一起离开气化反应器经过特别的流出装置并且到达作为第一级的自由急冷腔中。通过由直接在流出装置上的喷嘴环13喷入冷却和清洗水到热的气流中已经实现冷却直至取决于过程压力的饱和温度和第一次除尘。在此如此计量喷注的水量，即充分地润湿随后的装置。所述自由急冷腔向下通过漏斗状的插入件9封闭，所述部件将预冷却的原始气体和熔渣经由管状延续部分引导到作为第二操作级的水浴池7中。当粗糙的熔渣颗粒向下分离时，在水浴池中除去精细粉尘，由原始气体作为吹洗柱穿流过所述水浴池。离开吹洗柱的原始气体在离开冷却和清洗装置之前再次通过喷嘴环5施加清洗水作为第三级，以便拦截尽可能多的精细粉尘含量。通过所述三个串联相接的冷却和清洗级和在此在以水冷却原始气体时在一氧化碳和水蒸气之间进行的转化反应达到在原始气体中较高的氢含量。冷却和清洗的水蒸气饱和的原始气体接下来输送给其他外部处理级。
为了防止压力罩3过热，特别在自由急冷腔的区域中能够设置内部水罩10。此外能够通过导环17引导在吹洗柱中的原始气体。
附图说明
以下根据两张附图对本发明的一种实施例进行阐述。在此附图示出：
图1是根据本发明的技术方案的冷却和清洗系统，其中该图示出了旋转对称的系统的剖面，并且
图2是具有用于吹洗柱级2的附加的导向装置17的冷却和清洗系统。
在所述附图中，相同的附图标记表示相同的元件。
具体实施方式
在根据图1的具有通过冷却罩12约束反应腔的气化反应器1中，在净功率500MW时68t/h的煤粉在加入含氧气化剂和水蒸气下借助自加热部分氧化在4.2MPa的工作压力下转变成原始气体和液态熔渣。所述产生的湿润的145000m3 i.N./h的原始气体量和由燃料灰产生的4.7Mg/h的液态熔渣11与原始气体一起在温度1400℃至1800℃时通过气体和熔渣卸料口16流入构造为自由急冷腔2的冷却和清洗系统的第一级中。冷却和清洗水直接在气体和熔渣卸料口16之后通过喷嘴环13喷入到原始气体和熔渣流11中，以便将原始气体冷却到由压力规定的饱和温度并且可靠地加湿随后的装置。附加于喷嘴环13地能够通过引导穿过压力罩3的喷嘴15供给另外的冷却和清洗水。输入口13和15能够分别单独或者共同运行。预冷却的原始气体、熔渣和剩余水通过漏斗9导入到水浴池7中，其中所述熔渣沉淀并且通过卸料口8向下去除。漏斗9浸入到水浴池7中，原始气体导入到水浴池7中并且向上涌流地形成气体清洗水悬浮液，类似于具有较高清洗效果的吹洗柱作为冷却和清洗过程的第二清洗级。在离开水浴池7之后，原始气体在位于水浴池之上的自由腔中通过喷嘴环5继续施加清洗水作为第三清洗级，以便将其他灰尘颗粒从原始气体中去除。所述冷却和清洗的原始气体通过排气口6以4.1MPa的压力和225℃的温度离开三级冷却和清洗系统并且输送给其他操作。为了保护压力罩3以内罩4形成水罩10，通过输入口14对所述水罩施加纯净水，所述纯净水在内罩4的上端部上涌入到自由急冷腔2中。
在根据图2 的一种特别的实施方式中，通过内环17如此引导在水浴池7中的吹洗柱（Blasensäule），从而原始气体在喷嘴环5之前必须再次发生回转。
利用按照本发明的装置也能够实施一种方法，因此
-将1200℃至1800℃热的并且处于高达10MPa的压力下的具有液态熔渣的原始气体由以冷却罩12限定的气化反应器1通过原始气体和熔渣卸料口16运送到三级冷却和清洗装置中；
-在作为第一冷却和清洗级的自由急冷腔2中注入冷却和清洗水；
-经过预冷却的原始气体和熔渣由自由急冷腔2通过漏斗9导入到作为第二冷却和清洗级的水浴池7中，在所述水浴池中原始气体与水浴池7上升地形成类似于吹洗柱的气体-水悬浮液；
-所述原始气体在离开吹洗柱之后在位于其上的作为第三冷却和清洗级的自由腔中通过喷嘴环5经历再次深度自由腔清洗并且达到由过程压力决定的饱和水蒸气温度；并且
-经过冷却和清洗的原始气体通过排气口6输送给其他操作级用于产生纯净气体。
对于其中在急冷器中布置有内罩4的装置来说，在按照本发明的方法的改进方案中，持续地用水冲洗在压力罩3和内罩4之间的环状间隙10。
对于其中在急冷器中布置有内罩4并且其中在压力罩3和内罩4之间的环状间隙10被持续地用水冲洗的装置来说，离开作为水罩的环状间隙10的水在内罩4的内侧面上作为水膜滴下来。
对于其中在自由腔中布置有内环17的装置来说，在按照本发明的方法的改进方案中，在水浴池7中的吹洗柱通过内环17保持远离内罩4，其中原始气体在内环17的上端部上再次经历换向。
附图标记列表：
1 气化反应器
2 自由急冷腔
3 压力罩
4 内罩
5 喷嘴环
6 排气口
7 水浴池
8 熔渣卸料口
9 漏斗
10 作为水罩的环状间隙
11 原始气体、熔渣
12 冷却罩
13 喷嘴环
14 纯净水供给
15 在压力罩上的喷嘴
16 原始气体和熔渣卸料口
17 内环、内管、导向装置
18 内罩的上端部。

Claims (8)

1.用于处理热原始气体和液态熔渣（11）的装置，所述热原始气体和液态熔渣在以1200℃至1800℃的温度和高达10MPa的压力对粉末状燃料进行气流式气化的过程中产生，其中：
-气化反应器（1）和急冷器布置在压力罩（3）中；
-所述气化反应器（1）通过原始气体和熔渣卸料口（16）与所述急冷器相连接；
-水浴池（7）位于所述急冷器的底部中；
-在所述急冷器中邻接于所述原始气体和熔渣卸料口（16）地布置有自由急冷腔（2），所述自由急冷腔（2）具有用于注入冷却和清洗水的喷嘴（15）；
-在所述急冷器中邻接于所述自由急冷腔（2）地布置有漏斗（9），所述漏斗在其上端部上以所述急冷器的内壁密封，并且所述漏斗以其下端部浸入到所述水浴池（7）中；
-在漏斗（9）、水浴池和急冷器的内壁之间的腔室中形成环状通道；
-所述环状通道与原始气体排出口（6）相连接；
-在所述环状通道中布置有喷嘴环（5）以便注入冷却和清洗水。
2.按权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述急冷器中布置有内罩（4），其中在所述压力罩（3）和内罩（4）之间产生水罩（10），并且其中所述漏斗（9）在其上端部上以所述内罩（4）密封。
3.按上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述喷嘴（15）布置在所述急冷器的内壁上。
4.按上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述喷嘴（15）直接布置在所述压力罩（3）上。
5.按上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，在所述自由急冷腔（2）中布置有紧紧围绕所述原始气体和熔渣卸料口（16）的喷嘴环（13）以注入冷却和清洗水。
6.按上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，在所述自由急冷腔（2）中喷嘴环（13）直接布置在所述原始气体和熔渣卸料口（16）上。
7.按上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，在所述环状通道中在所述喷嘴环（5）的下方布置有内管（17），所述内管的下端部浸入到所述水浴池（7）中。
8.按上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，利用冷却罩（12）限定所述气流式气化器的气化反应器（1）。
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