CN104955923A - 气化气生成系统 - Google Patents

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Abstract

气化气生成系统(100)具备：燃烧炉(110)，其加热流动介质；气化炉(140)，通过燃烧炉(110)加热的流动介质被导入其中，用流动介质具有的热使气化原料气化而生成气化气；以及冷却机构(160)，其冷却在气化炉(140)和燃烧炉(110)之间流通的流动介质。另外，流动介质在燃烧炉(110)和气化炉(140)之间循环，流动介质和气化原料的残渣从气化炉(140)被导入燃烧炉中，燃烧炉(110)使残渣燃烧而加热流动介质。

Description

气化气生成系统
技术领域
本发明涉及使气化原料气化而生成气化气的气化气生成系统。本申请基于2013年3月21日在日本申请的日本特愿2013-57509号而主张优先权，并将其内容引用于此。
背景技术
近年来，正在开发着代替石油，令煤炭或生物质、轮胎碎片等气化原料气化而生成气化气的技术。由此生成的气化气被利用在发电系统或、氢气的制造、合成燃料(合成石油)的制造、化学肥料(尿素)等化学制品的制造等中。在成为气化气的原料的气化原料内，特别地煤炭的可采年数为150年左右，是石油的可采年数的3倍以上，另外，由于煤炭与石油相比而储藏地没有不均匀，所以其作为能持续长期稳定供给的自然资源而被期待着。
作为气化煤炭等气化原料的技术，开发着在通过800℃左右的水蒸气而流动介质形成流动层的气化炉内将气化原料气化的技术(水蒸气气化)(例如，专利文献1)。
在专利文献1中，使用具备燃烧炉和气化炉的装置，将在燃烧炉加热的流动介质导入至气化炉中，并在气化炉中将气化原料气化之后，流动介质从气化炉向燃烧炉导入。如此，在专利文献1的技术中，流动媒体在燃烧炉和气化炉之间循环。另外，在专利文献1的技术中，气化之后的气化原料的残渣(木炭)与流动介质一起导入至燃烧炉，在燃烧炉中使残渣燃烧而加热流动介质。
另外，关于专利文献2至专利文献5也记载着使用流动介质的气化炉。
[现有技术文献]
[专利文献]
专利文献1：日本特许第3933105号公报
专利文献2：日本特开2005-41959号公报
专利文献3：日本特开平7-35322号公报
专利文献4：日本特开2003-176486号公报
专利文献5：日本特开2013-46893号公报。
发明内容
[发明要解决的问题]
在上述的专利文献1中记载的、流动介质循环的气化气生成系统中，燃烧炉的燃料是气化原料的残渣。因此，在燃烧炉中的流动介质的加热量是通过使残渣燃烧而得到的发热量与来自燃烧炉的放热量的差值。
导入燃烧炉的残渣的量依赖于在气化炉中要求的气化气的生成量，并且来自燃烧炉的放热量依赖于燃烧炉的大小(容积)。如果具体地说明，那么燃烧炉越小，即，气化气生成系统的规模越小，那么相对于燃烧炉的容积的表面积(比表面积)变大，因而来自燃烧炉的放热量变大，燃烧炉越大，则比表面积变小，因而来自燃烧炉的放热量变小。
在此，在使气化气的生成量增加的目的下，如果扩大气化气生成系统的规模，那么导入的残渣的量增加，并且来自燃烧炉的放热量变小，因而在燃烧炉中的流动介质的加热量变得过大(燃烧炉过热)。因此，可能流动介质熔融，不作为流动介质起作用。另外，如果流动介质的温度上升过高，那么有必要的是提高燃烧炉与连接燃烧炉和气化炉的配管等的耐热强度，成本变高。
本发明鉴于这样的问题，目的是提供在气化气生成系统中，可不使气化气的生成量降低而防止燃烧炉的过热的气化气生成系统。
[用于解决问题的方案]
本发明的第一方式涉及的气化气生成系统具备：燃烧炉，其加热流动介质；气化炉，通过燃烧炉加热的流动介质被导入其中，用流动介质具有的热使气化原料气化而生成气化气；以及冷却机构，其冷却在气化炉和燃烧炉之间流通的流动介质。另外，流动介质在燃烧炉和气化炉之间循环，流动介质和气化原料的残渣从气化炉被导入燃烧炉中，燃烧炉使残渣燃烧而加热流动介质。
另外，在本发明的第二方式涉及的气化气生成系统中，在上述的第一方式中，冷却机构设置在气化炉的下游侧，冷却流通燃烧炉的上游侧的流动介质。
另外，本发明的第三方式涉及的气化气生成系统是，在上述第一或第二方式中，具备：温度测定部，其测定燃烧炉的入口的流动介质的温度；以及控制部，其基于通过温度测定部测定的温度，以将流动介质冷却至预定的温度范围的方式控制冷却机构。
另外，本发明的第四方式涉及的气化气生成系统是，在上述第一至第三方式中，具备环封，其设置在气化炉和燃烧炉之间，防止在气化炉生成的气化气的向燃烧炉的流出和从燃烧炉向气化炉的气体的流入中的任意一方或双方，冷却机构在环封内冷却流动介质。
另外，在本发明的第五方式涉及的气化气生成系统中，在上述第一至第四方式中，冷却机构通过将水和流动介质热交换，从而冷却流动介质并生成水蒸气。而且，冷却机构具备将生成的水蒸气导入至气化炉的导入部，在气化炉中气化原料通过水蒸气被气化。
[发明的效果]
根据本发明，在气化气生成系统中，可以不使气化气的生成量降低，而防止燃烧炉的过热。
附图说明
图1是用于说明气化气生成系统的具体的构成的图。
图2是用于说明冷却机构的具体的构成的图。
具体实施方式
在下面参考附图，并详细地说明本发明的适合的实施方式。在涉及的实施方式中示出的尺寸、材料、其他具体的数值等不过是用于使发明的理解变得容易的例示，除非特别地说明的情况，否则不限定本发明。此外，在本说明书和附图中，关于具有实质相同的功能、构成的要素，通过附有相同的符号而省略重复说明，并且另外与本发明无直接关系的要素省略图示。
(气化气生成系统100)
图1是用于说明气化气生成系统100的具体的构成的图。如在图1中所示，气化气生成系统100包含以下部件而构成：燃烧炉110、介质分离器(旋风分离器)120、环封(loop seal)130、气化炉140、环封150、冷却机构160、温度测定部170、以及控制部180。此外，图1中用实线的箭头示出流动介质、气化原料、气化气、水、水蒸气、燃烧排气等物质的流动，并用虚线的箭头示出信号的流动。
在本实施方式中，气化气生成系统100是循环流动层式气化系统，作为整体，使颗粒直径为300μm左右的硅沙(石英沙)等沙构成的流动介质作为热介质而循环。具体地，首先，流动介质在燃烧炉110加热至900℃到1000℃左右，和燃烧排气一起导入至介质分离器120。在介质分离器120中，燃烧排气和高温的流动介质被分离，分离后的燃烧排气在未图示的热交换器(例如、锅炉)被热回收。
另一方面，在介质分离器120分离的高温的流动介质经由环封130而导入至气化炉140。环封130是在内部形成流动层，担当防止从介质分离器120向气化炉140的燃烧排气的流入和从气化炉140向介质分离器120的气化气的流出的作用，在后面有详细地叙述。
经由环封130而从介质分离器120导入至气化炉140的流动介质通过从水蒸气分配部142导入的气化剂(在此为水蒸气)而流动，并且经由环封150回到燃烧炉110。
如此，在本实施方式涉及的气化气生成系统100中，流动介质通过以燃烧炉110、介质分离器120、环封130、气化炉140、环封150这个顺序移动，并再次导入燃烧炉110，从而循环这些。
另外，在气化炉140的下方设有水蒸气分配部142，从未图示的水蒸气供给源供给的水蒸气经由水蒸气分配部142而从气化炉140的底面导入至气化炉140内。如此，通过将水蒸气导入至从介质分离器120导入的高温的流动介质，从而在气化炉140内形成流动层(气泡流动层)。
在气化炉140中，导入煤炭或生物质、轮胎碎片等气化原料(固体原料)，导入的气化原料通过流动介质具有的800℃到900℃左右的热而气化，由此生成气化气(合成气)。
在这样的流动介质循环燃烧炉110和气化炉140的气化气生成系统100中，在气化炉140中气化原料气化之后残留的残渣被导入至燃烧炉110。因此，从气化炉140导入至燃烧炉110的残渣成为在燃烧炉110中的燃料(热源)，在燃烧炉110中，通过使残渣燃烧从而产生热，通过该热加热流动介质。即，在燃烧炉110中的流动介质的加热量是通过使残渣燃烧而得到的发热量与来自燃烧炉110的放热量的差值。
在此，导入燃烧炉110的残渣的量依赖于在气化炉140中要求的气化气的生成量，并且来自燃烧炉110的放热量依赖于燃烧炉110的大小(容积)。例如，在气化炉140中的气化原料的处理量为5t/日左右的、相对较小的气化气生成系统100中，由于燃烧炉110的比表面积大而放热量大，从而仅用残渣，在气化炉140可能不能加热流动介质至要求的温度(800℃到900℃)。该情况下，在燃烧炉110中，除残渣之外，导入其他燃料(辅助燃料)。
另外，例如，在气化炉140中的气化原料的处理量为50t/日左右的气化气生成系统100中，由于仅用残渣，在气化炉140能将流动介质加热至要求的温度，从而没有必要将辅助燃料导入至燃烧炉110。
另一方面，例如，在气化炉140中的气化原料的处理量为500t至2000t/日左右的、相对较大的气化气生成系统100中，由于燃烧炉110的比表面积小而放热量小，从而存在即使仅使残渣燃烧，在气化炉140也将流动介质过热至超过要求的温度。
如果流动介质过热，那么流动介质可能熔融。另外，有必要的是提高燃烧炉110与连接燃烧炉110和气化炉140的环封150和配管等的耐热强度，而气化气生成系统100本身的成本上升。该情况下，为了抑制燃烧炉110的过热，虽然也考虑减少从气化炉140向燃烧炉110导入的残渣的量，即，减少导入至气化炉140的气化原料的量，但是可能不能确保要求的气化气的生成量。
因此，在本实施方式涉及的气化气生成系统100中，通过冷却机构160防止流动介质的过热。冷却机构包括流通管162和泵164而构成，在本实施方式中冷却流通在气化炉140和燃烧炉110之间的环封150的流动介质。
图2是用于说明本实施方式涉及的冷却机构160的具体的构成的图，如在图2中所示，本实施方式的环封150在下部设有水蒸气分配部152，从未图示的水蒸气供给源供给的水蒸气经由水蒸气分配部152从设置在环封150的上部的主体154的底面导入至主体154内。
如此，通过经由环封150的入口150a而将水蒸气导入至从气化炉140导入的流动介质和残渣，从而在环封150(主体154)内形成流动层(气泡流动层)。而且，如果通过来自气化炉140的进一步的流动介质和残渣的导入而流动层的竖直方向的位置变高，那么流动介质和残渣溢出环封150的出口150b而向燃烧炉110导入。
通过具备环封150的构成，能防止在气化炉140生成的气化气的向燃烧炉110的流出和从燃烧炉110向气化炉140的气体的流出。此外，因为环封130的构成与环封150的构成实质地相等，所以省略重复说明。
构成冷却机构160的流通管162是一端连接至泵(导入部)164，并且另一端连接至水蒸气分配部142(参考图1)。另外，流通管162的一部分162a配置在环封150的主体154内。
泵164响应后述的控制部180的控制指令而将水导入至流通管162。如果通过泵164将水导入至流通管162，那么在水通过环封150时，流动介质和残渣与水作出热交换，流动介质和残渣冷却，并且水被加热而成为水蒸气。
通过具备冷却机构160的构成，可不改变残渣的量，即，不使气化气的生成量(气化原料的导入量)降低，而冷却(提取热)流动介质。
可是，由于气化反应是吸热反应，因而即使过热的流动介质被导入至气化炉140，在气化炉140中流动介质也被冷却。因此，即使过热的流动介质被导入至气化炉140，也并不那么成为问题。但是，由于燃烧反应是放热反应，从而如果过热的流动介质被导入至燃烧炉110，则在燃烧炉110中流动介质进一步地过热。因此，如果过热的流动介质被导入至燃烧炉110，那么可能在燃烧炉110中流动介质熔融。
因此，在本实施方式中冷却机构160冷却流通气化炉140和燃烧炉110之间(在气化炉140的下游侧、燃烧炉110的上游侧)的流动介质。由此，能冷却导入至燃烧炉110的流动介质，并可以回避燃烧炉110过热而流动介质溶融的情形。
另外，环封150由于有在内部形成流动层的必要，因而确保一定程度的体积。其结果，能相对大地采用流通管162的设置体积。因此，通过冷却机构160在环封150内冷却流动介质，从而可以有效地冷却流动介质。
另外，在本实施方式中，在配置于环封150的流通管162的一部分162a中生成的水蒸气经由水蒸气分配部142而导入至气化炉140。即，通过驱动泵164，在流通管162的一部分162a中生成的水蒸气被导入至气化炉140。
由此，能削减用于生成气化原料的气化需要的水蒸气的能量。
温度测定部170例如用热电偶构成，测定燃烧炉110的入口的流动介质的温度。
控制部180用包含CPU(中央处理装置)的半导体集成电路构成，读取用于使ROM至CPU自身动作的程序和参数等，与作为工作区域的RAM和其他的电子电路协同动作而管理和控制气化气生成系统100全体。在本实施方式中，控制部180基于温度测定部170测定的流动介质的温度，以将冷却介质冷却至预定的温度范围的方式控制泵164(冷却机构160)的驱动量。
通过具备温度测定部170和控制部180的构成，能将导入至燃烧炉110的流动介质的温度维持在预定的温度范围。因此，通过将在燃烧炉110中加热之后的流动介质的温度设定在作为流动介质不溶融的温度且作为气化炉140中要求的温度的温度范围内，从而可以防止流动介质的过热，并将气化炉140中的流动介质的温度维持在适合气化的温度。此外，在燃烧炉110中的流动介质的加热量是基于气化原料的导入量(气化气的要求量)，将导入燃烧炉110的残渣量导出，并将通过燃烧导出的量的残渣而得到的发热量导出，能基于该发热量和燃烧炉110的放热量而导出。
如以上所说明的那样，根据本实施方式涉及的气化气生成系统100，可以不降低气化气的生成量，而防止燃烧炉110的过热。
上面，虽然参考附图并说明了本发明的合适的实施方式，但是本方面当然不限于涉及的实施方式。如果是本领域的技术人员，应了解的是在权利要求书中记载的范畴中，能想到各种变型例或修改例是明显的，当然它们也属于本发明的技术范围内。
例如，在上述的实施方式中，虽然冷却机构160设置在气化炉140的下游侧、冷却流通设置在燃烧炉110的上游侧的环封150内的流动介质，但是如果冷却流通气化炉140和燃烧炉110之间的流动介质，那么在流动介质的冷却位置上没有限定。例如，也可以冷却流通连接气化炉140和环封150的配管、或连接环封150和燃烧炉110的配管的流动介质。另外，在气化炉140和燃烧炉110之间，也可以设置热交换器。
另外，在上述的实施方式中，虽然以冷却机构160冷却流通气化炉140和燃烧炉110之间的流动介质的构成举例而进行了说明，但是除了在气化炉140和燃烧炉110之间以外，也可冷却流通于介质分离器120和气化炉140之间(设置在介质分离器120的下游侧，气化炉140的上游侧，例如，环封130)的流动介质。由此，可以将气化炉140内的流动介质的温度维持在期望的温度范围中。
另外，在上述的实施方式中，说明了包含流通管162和泵164而构成的冷却机构160。但是，冷却机构160通过将水和流动介质热交换而能冷却流动介质并生成水蒸气即可，例如，泵164也能用不需要的自然循环锅炉(鼓筒式锅炉)构成。
[产业上的可利用性]
本发明能利用在使气化原料气化而生成气化气的气化气生成系统中。
符号说明
100  气化气生成系统
110  燃烧炉
140  气化炉
150  环封
160  冷却机构
162  流通管
164  泵(导入部)
170  温度测定部
180  控制部。

Claims (9)

1. 一种气化气生成系统，具备：
燃烧炉，其加热流动介质；
气化炉，通过所述燃烧炉加热的流动介质被导入其中，用该流动介质具有的热使气化原料气化而生成气化气；以及
冷却机构，其冷却在所述气化炉和所述燃烧炉之间流通的流动介质，
所述流动介质在所述燃烧炉和所述气化炉之间循环，并且
所述流动介质和所述气化原料的残渣从所述气化炉被导入所述燃烧炉中，所述燃烧炉使所述残渣燃烧而加热所述流动介质。
2. 根据权利要求1所述的气化气生成系统，其特征在于，所述冷却机构设置在所述气化炉的下游侧，冷却流通所述燃烧炉的上游侧的流动介质。
3. 根据权利要求1所述的气化气生成系统，其特征在于，具备：
温度测定部，其测定所述燃烧炉的入口的流动介质的温度；以及
控制部，其基于通过所述温度测定部测定的温度，以将所述流动介质冷却至预定的温度范围的方式控制所述冷却机构。
4. 根据权利要求2所述的气化气生成系统，其特征在于，具备：
温度测定部，其测定所述燃烧炉的入口的流动介质的温度；以及
控制部，其基于通过所述温度测定部测定的温度，以将所述流动介质冷却至预定的温度范围的方式控制所述冷却机构。
5. 根据权利要求1所述的气化气生成系统，其特征在于，具备环封，其设置在所述气化炉和所述燃烧炉之间，防止在所述气化炉生成的气化气的向所述燃烧炉的流出和从所述燃烧炉向所述气化炉的气体的流入中的任意一方或双方，
所述冷却机构在所述环封内冷却流动介质。
6. 根据权利要求2所述的气化气生成系统，其特征在于，具备环封，其设置在所述气化炉和所述燃烧炉之间，防止在所述气化炉生成的气化气的向所述燃烧炉的流出和从所述燃烧炉向所述气化炉的气体的流入中的任意一方或双方，
所述冷却机构在所述环封内冷却流动介质。
7. 根据权利要求3所述的气化气生成系统，其特征在于，具备环封，其设置在所述气化炉和所述燃烧炉之间，防止在所述气化炉生成的气化气的向所述燃烧炉的流出和从所述燃烧炉向所述气化炉的气体的流入中的任意一方或双方，
所述冷却机构在所述环封内冷却流动介质。
8. 根据权利要求4所述的气化气生成系统，其特征在于，具备环封，其设置在所述气化炉和所述燃烧炉之间，防止在所述气化炉生成的气化气的向所述燃烧炉的流出和从所述燃烧炉向所述气化炉的气体的流入中的任意一方或双方，
所述冷却机构在所述环封内冷却流动介质。
9. 根据权利要求1至8中的任一项所述的气化气生成系统，其特征在于，所述冷却机构通过将水和所述流动介质热交换，从而冷却所述流动介质并生成水蒸气，而且，所述冷却机构具备将通过所述冷却机构生成的水蒸气导入至所述气化炉的导入部，在所述气化炉中所述气化原料通过水蒸气被气化。
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