CN104968767B - 用于输送燃料到气化反应器中的装置 - Google Patents

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Abstract

在一种用于将燃料输送到气化反应器（1）中的装置中，其包括：散装物容器（2）；输送管（3），散装物容器的排出部（21）通入该输送管中并且该输送管能够与气化反应器（1）的侧面的进料口（12）联接；和布置在输送管（3）中的机械的输送机构，所述输送机构（4）由能够液压地驱动的、在输送管（19）的柱形的第一区段中可移动地引导的压力活塞（10）形成，其中所述输送管（3）为了在轴向的第二区段（20）中构造压缩锥体（11）而具有沿着燃料的输送方向连续地减小的内横截面。

Description

用于输送燃料到气化反应器中的装置
技术领域
本发明涉及一种用于输送燃料到气化反应器(Vergasungsreaktor)中的装置，该装置包括:散装物容器(Schüttgutbehälter);输送管,散装物容器的排出部通入该输送管中，并且该输送管能够与气化反应器的侧面的进料口（Aufgabeöffnung）联接;和布置在输送管中的机械的输送机构。
此外本发明涉及一种气化设备，该气化设备包括用于容纳固定的（stationär）床的气化区域和用于容纳流化床的燃烧区域，其中气化区域和燃烧区域分别通过如隘口或虹吸管的闸形的机构互相连接用于实现在两个位置处的底料(Bettmaterial)的循环，其中气化区域具有用于燃料的进料的进料口、排气部（Gasabfuhr）和用于注射尤其水蒸气或CO2的喷嘴底部，并且燃烧区域具有空气输入部（Luftzufuhr）用于流化（Fluidisierung）从气化区域进入燃烧区域中的底料。
背景技术
该类型的气化设备从专利文献 AT 405937 B中已知。能够使用这样的气化设备来利用异质的、生物的燃料和合成材料并且由此获得带有高热值的尽可能无氮的燃气或者合成气，其适用于发电或者适用于合成有机的产品。在此这样进行，使得燃料被引入构造为固定的流化床的气化区域中，该气化区域通过水蒸气和/或CO2流化，并且使燃料通过与流化气体或者说气化媒质(水蒸气和/或CO2)的反应并借助于底料的热量在气体密封（Luftabschluss）的情况下脱气且部分气化。在此上升的生产气体被排放出（abziehen）并且冷却的底料与未气化的剩余燃料通过闸形的装置、例如隘口到达燃烧区域中。在燃烧区域中带有剩余燃料的底料通过空气在形成快速循环的流化床的情况下流化并且烧掉剩余燃料。在旋风中分离燃烧废气之后底料通过闸形的装置、例如虹吸管被供给到气化区域的固定的流化床（Wirbelschicht）上。
通过应用尤其基于镍和/或铌的催化作用的底料可以改良在脱气和气化时形成的气体，其方式是相比于能够燃烧的组成部分以及水蒸气实际上存在仅仅更多的CO、CO2和H2或者产生带有高热值的富含甲烷的气体。此外气化温度能够从大约800°C下降到650°C。
在AT 405937 B中描述的气化设备适用于气化含碳的材料，尤其适用于气化异质的或者生物的燃料，例如生物质、煤、合成材料或者预分类的垃圾，其中产生包括CO、CO2、H2以及可能CH4和较高的碳氢化合物的混合气体。如果在存在镍或铌催化剂时发生完整的气化，则碳氢化合物、例如CH4也转化为CO和H2。通过避免空气的进入实际上可以制造具有高热值的无氮的生产气体。
通常借助于机械的输送机构实现了将多数作为散装物存在的燃料输入气化反应器中。输送机构必须在这里适应许多特定的、通过气化反应器给定的要求。例如输送机构由于在气化反应器中占主导的直到800°C的温度而经受高的热负荷，从而要注意输送机构的充分冷却。此外，输送机构应该确保气体密封，从而不妨碍气化过程。此外，应该由结构而引起地（konstruktionsbedingt）保证低的磨损和与此相关的小的维护成本。最终当输送机构允许燃料的较好的定量给料（Dosierung）时是值得期待的。
在AT 405937 B的主题中实现了借助于螺旋输送机（Förderschnecke）输送到气化区域的固定的床中或输送到气化区域的固定的床上。然而这具有许多缺点，即螺旋输送机很难能被冷却并且该螺旋输送机由于波动的螺杆的填充度（Füllgrad）不能确保完整的气体密封。此外螺旋输送机易出故障，这由于气化反应器在每次故障时为修理而必须关闭是不利的。
发明内容
因此任务在于提供一种用于气化反应器的输送机构，利用该输送机构能够将所有类型的生物燃料连续地运送并且带入（einschleusen）气化室中。尤其该机构应该以相同的方式适用于输送不同比重和不同成分的燃料。此外应该避免上面结合螺旋输送机所描述的缺点。
为了解决该任务，本发明在用于开头提到的类型的气化反应器的输送机构中基本规定，输送机构由能够液压地驱动的、在输送管的柱形的第一区段中可移动地引导的压力活塞（Presskolben）形成，并且输送管为了在轴向的第二区段中构造压缩锥体而具有沿着燃料的输送方向连续地减小的内横截面。优选压缩锥体位于沿着输送方向看第二输送管区段的最后三分之一中。因此根据本发明提出液压输送，其具有在较高的可用性的情况下较小的维护成本的优点并且此外允许均匀的定量给料。液压的驱动器可实现施加较大的、沿着输送方向作用的力，使得燃料例如在AT 405937 B中示出的类型的气化反应器的情况中能够移动到燃料床的表面中，由此保证在流化床中的较好的混合并且避免在气化室中的波动。在这里相应于进给（Vorschub）连续地以不变的速度输送燃料。然后压力活塞的回程以较快的速度执行，从而在没有大的中断的情况下实现下一个输送循环。
利用根据本发明的液压的输送机构可以输送不同的特性的燃料，尤其木片、各种不同的垃圾部分、煤、来自农业的另外的生物材料或者来自纸张工业的糊状的能够燃烧的废料。
此外，利用根据本发明的液压的输送机构以简单的方式实现对气化室的气体密封，该气体密封尤其通过在压缩锥体中实现的燃料的压缩而加强。气体密封对于气化过程的质量是基本要素。压缩锥体是气化单元的重要的组成部分，因为其通过减小开口横截面对压缩压力进行调节或者说由此减小不同的燃料的空气间隙。由此压缩压力对于在气化反应器中制造的气体的纯度和质量也是决定性的。通过对燃料的强烈压缩在输送管内部产生燃料栓塞（Brennstoffpfropfen），该燃料栓塞是出色的和可靠的气体密封。
在这里有利的是，燃料栓塞尽可能布置在气化反应器附件，也就是说气体密封尽可能直接地在气化反应器的进料口的区域中实现。由此实现了在气化反应器中的辐射热没有到达燃料输送的区域中，并且由此导致输送机构的过度的热负荷且因此提高冷却耗费。因此根据本发明的输送装置的优选的改进方案规定，具有压缩锥体的输送管第二区段与气化反应器的进料口联接。优选地压缩锥体在这里直接过渡到进料口中。
不同的燃料能够要求不同的压缩度。所以当由压缩锥体提供的压缩度能够与相应的燃料匹配时，是特别有利的。为了该目的优选的改进方案规定，具有压缩锥体的输送管第二区段构造为单独的、能够更换的管件。因此，为了运行输送机构，能够保持储存有多个能够更换的管件，它们分别具有带有其他的压缩度的压缩锥体，并且根据使用的燃料能够装配具有相应适当的压缩度的管件。
当能够更换的管件或者压缩锥体直接地通入气化反应器中时，当具有压缩锥体的输送管第二区段在中间连接成形件的情况下能够与气化反应器的进料口联接时，是有利的。这样的成形件具有保护压缩锥体的前侧免受太高的热负荷的任务。这尤其是在锥体处于气化反应器的流化床的高度中时是有利的，在该处预计850 - 950°C的高的辐射温度。此外成形件具有在压缩锥体(其根据压缩锥体的圆锥角具有不同的开口直径)和气化反应器的进料口之间建立过渡的任务。因此成形件相应属于每个不同的锥体。将燃料从压缩锥体通过成形件输送到气化反应器中，其中该成形件可具有沿着输送方向扩大的内直径，从而实现在气化反应器的进料口的内直径上的连续过渡。
为了简化能够更换的管件的安装和拆卸，优选的改进方案规定，形成输送管第一区段的管件和能够更换的第二管件通过形成输送管的中间区段的配件互相连接。在更换压缩锥体的情况下除去配件，从而能够将压缩锥体从其端部位置中拉出。以特别有利的方式，配件能够沿着径向方向从输送管中拆卸。
因为输送装置直接通入气化反应器中，在气化反应器中直到850 - 950°C的温度占主导，有利的是，至少在相邻于气化反应器的区域中冷却输送装置，由此没有在开始在输送管中气化燃料。因此本发明根据优选的构造规定，输送管在相邻于气化反应器的进料口的端部区段中由冷却装置的冷却罩所围绕。冷却罩具有至少一个冷却液体进口和冷却液体出口，并且能够以冷却液体、例如水流过。优选地冷却水出口温度应该不超过60°C，因为要不然可能在燃料中的塑料部分开始熔化。
冷却罩在这里优选地围绕至少构造有压缩锥体的输送管区段。优选地冷却罩与输送管区段形成单元。
冷却液体温度是用于作用到输送管和布置在其中的燃料上的热负荷的指标，并且因此能够以简单的方式考虑用于控制目的。在此优选地这样改进本发明，使得冷却液体进口和冷却液体出口与冷却罩联接，其中温度探测器设置用于测量从冷却罩通过冷却液体出口排放出的冷却液体的出口温度，其测量值输入控制装置，该控制装置与冷却液体循环泵的驱动器共同作用，从而依赖于测量的冷却液体温度在连续的运行中控制流量。也能够例如这样进行该控制，使得在起动运行中和在最大的循环泵功率的情况下依赖于温度测量值更快地或者更慢地继续该压力活塞的进给运动。
在起动和停止气化反应器时能够发生仍然没有燃料或者不再有燃料位于压缩锥体中，使得来自反应器的热气体渗入输送系统中并且在输送管中或者散装物容器中能够引起回火燃烧。为了避免这一点，优选的改进方案规定，输送管第一区段设有能够横向于输送方向移动的闸板。
另一安全性措施是在输送管处设置惰性气体接口。为了惰化气化单元，将惰性气体、例如氮气目标明确地引入设备中，由此在起动或停止运行时或者在故障情况中不能形成爆炸式的混合气。在严重的故障情况中基本上必要的是，附加地通过关闭闸板分离到气化单元的燃料输入。
为了降低压力活塞或者形成活塞的移动驱动器的液压缸的结构长度，优选地规定，压力活塞的端面构造在压力活塞的能够沿着输送方向伸出的部分处。压力活塞能够以该方式在需要时延长。例如借助于安置在压力活塞中的液压缸实现伸出。在常规运行中，也就是针对燃料的连续的输送，压力活塞在未延长的状态中运行。仅仅对于排空行程，其中应该将位于输送系统中的燃料尽可能地排出直到配件后面，压力活塞的结构长度通过能够伸出的前部的伸出而延长，例如延长了500 - 1000mm。此外，压力活塞由此在排空行程的情况下获得更好的引导稳定性。为了引入排空行程，压力活塞首先沿着输送方向经过其最大工作行程直到压力活塞到达散装物容器下方，从而完全地阻挡燃料送入输送管中。随后压力活塞的能够伸出的前部自动地伸出，从而除去仍然处于输送管中的燃料除了短的栓塞之外。在压力活塞的回程之后能够关闭闸板，从而引入设备的惰化或者说停止。
对于燃料的连续输送起决定作用的是，燃料在散装物容器中不凝聚并且倾向于搭桥(Brückenbildung)，因此防止燃料由于重力从散装物容器中脱出且由此排出到输送管中。基本上通过以下方式有利于排出，如其相应于优选的改进方案，散装物容器具有流出漏斗。燃料在这里应该处于切碎到大约4 - 5 cm 小块直径的尺寸中，由此通过压力活塞避免在散装物容器中搭桥以及在输送中堵塞。在较大的功率的设备中燃料碎料物（Brennstoff-Häcksel-Gut）能够相应于较大的输送组件但也调整到最大8 cm小块直径上。
此外，优选地通过以下方式避免在散装物容器中的堵塞，流出漏斗的沿着输送方向看前面的壁部与输送管轴线的法线成0 - 20°的角度，优选地5 - 15°的角度。因此提到的壁部相对陡峭地向下延伸，由此燃料不具有由于由压力活塞沿着输送方向施加的压力在壁部处堵住的可能性。此外，提到的散装物容器的位于更邻近于气化反应器的壁部的陡峭的实施方式导致散装物容器能够更邻近于气化反应器布置，从而能够减少输送路程。
此外，优选地能够规定，流出漏斗的沿着输送方向看后面的壁部与输送管轴线的法线成10 - 40°的角度、优选地20 - 35°的角度，对此该壁部也相对陡峭地构造。
然而如果要是在散装物容器的排出区域中出现堵塞，优选地能够通过以下方式消除堵塞，即在流出漏斗的排出口区域中设置了用于燃料的翻松机构，该翻松机构优选地包括多个在周向上分布的进气口。
当（如其相应于另一优选的改进方案）输送管的轴线向下倾斜地延伸时，其中从水平线起测量的倾斜角优选地为在5和30°之间，尽可能地防止来自气化室的底料直接被带入锥体的通入区域中或者进一步带入输送管中。此外由此实现，燃料始终目标明确地压入气化反应器的流化床中。
附图说明
接下来根据在附图中示意性地示出的实施例详细地解释本发明。其中：
图1示出了具有根据本发明的输送装置的气化反应器的截面视图；
图2示出了具有倾斜了15°的输送管的根据本发明的装置的截面视图；以及
图3示出了根据图2的构造在第二、能够更换的输送管区段和气化反应器之间的过渡区域中的详细视图。
具体实施方式
图1示出了气化反应器1，其与用于输送燃料的装置连接，该装置具有散装物容器2、输送管3以及布置在输送管3中的机械的输送机构4，散装物容器2的排出部通入该输送管中。气化反应器1尤其为如其在AT 405937 B中所描述的反应器。
气化反应器1包括用于容纳固定的床7的气化区域6和用于容纳流化床的燃烧区域(在附图中未示出)。气化反应器1和燃烧区域(在附图中未示出)在底部区域中通过闸形的机构8互相连接，其中气化区域具有排气部(在附图中未示出)和用于注射尤其水蒸气或者CO2的喷嘴底部9。
机械的输送机构4包括能够液压地驱动的、在输送管3的第一、柱形的区段19中可移动地引导的压力活塞10。压力活塞10能够在在附图中以10表示的退回的位置和以10'表示的前面的位置之间来回运动。此外输送管3在其第二、轴向的区段20中具有沿着燃料的输送方向用于构造压缩锥体11的连续地减小的内横截面。具有压缩锥体11的输送管区段5是能够更换的并且在中间连接成形件13的情况下与气化反应器1的进料口12联接。
由冷却装置的冷却罩15围绕的能够更换的输送管区段5借助于凸缘连接与配件14联接。冷却罩15具有冷却液体进口16和冷却液体出口17。冷却液体出口17与热交换器26连接，其中在经过冷却罩之后加热的冷却液体被冷却，接着该冷却液体通过冷却介质进口16重新输入冷却装置。
为了实现更换输送管区段5，必须首先除去配件14，为此配件14到两个邻接的输送管区段的凸缘连接松开，并且配件14横向于输送管轴线从管的延伸部（Rohrverlauf）除去。由此产生的自由空间允许紧接与此将具有压缩锥体11的输送管区段5水平地逆着输送方向从其安装位置拉出并且通过新的输送管区段5进行更换。该更换用于装入带有压缩锥体11的彼此间不同的压缩度的管。
输送管第一区段19设有能够横向于输送机构移动的闸板18。当在气化反应器1的起动和停止的时间点仍然没有燃料位于压缩锥体11中或者不再有燃料位于压缩锥体11中时，通过操纵能够移动的闸板18能够避免输送管3或者散装物容器2中的回火燃烧。此外输送管具有惰性气体接口28，从而在需要时将惰性气体带入输送管的内部。
散装物容器2具有漏斗的形状，也就是说朝散装物容器2的排出口21呈锥形逐渐尖细的形状。在这里散装物容器2的沿着输送方向看前面的壁部29示出了相比于沿着输送方向看后面的壁部30更大的倾斜角，从而避免燃料在散装物容器2的前面的壁部29处阻塞。没有详细地示出的翻松机构27处于流出漏斗的排出口21的区域中，该翻松机构包括例如多个在周向上分布的、供给有空气的空气喷嘴。为了将燃料输入设备中，输送带23与散装物容器2的送入区域22连接。附加地根据本发明的装置设有清洁井筒24，其在需要时能够接入输送管3的第一区段19中。
压力活塞10容纳能够伸出的部分25，其在设备关闭时用于将燃料从输送管3输送出来。为此压力活塞首先行进到位置10'中并且然后压力活塞10的能够伸出的部分25伸出。
在起动设备时压力活塞10的进给运动能够依赖于在气化反应器中的温度上升进行控制。在气化反应器的加热阶段期间，相应于借助于温度探测器31测量的冷却液体温度的上升对燃料进行跟踪，从而将其保持恒定。在此连续地监测冷却罩的冷却液体出口温度。在加热阶段中不允许高的冷却液体出口温度的情况下，压力活塞10能够慢慢地推入附加的材料，从而保护压缩锥体的内部区域免受来自气化区域的过高的热辐射，该热辐射通过燃料在进料口12处前面气化而引起。此外在升高的温度中提高冷却液体泵33的循环量。压力活塞10的速度能够相应于在气化反应器中的温度升高同样得到提高，使得在气化区域中达到大约850°C的最终温度的情况下，相应于设备的设计，为了气化而向反应器提供所需量的燃料。对于依赖温度的控制，温度探测器31与控制装置32连接，在该温度探测器中产生用于冷却液体泵33的控制信号。为了传递控制信号到泵机组，设置了控制导线34。
图2部分地示出了根据图1的装置的改型的构造，其具有输送管3的向下倾斜的轴线。倾斜的输送管轴线与水平线成15°的角度。
如源于根据图3的详细图示，输送管的具有压缩锥体11的、能够更换的管件5在中间连接成形件13的情况下与气化反应器1的进料口12联接。

Claims (24)

1.用于输送燃料到气化反应器中的装置，包括：散装物容器；输送管，所述散装物容器的排出部通入所述输送管中并且所述输送管能够与所述气化反应器的侧面的进料口联接；和布置在所述输送管中的机械的输送机构，其特征在于，所述输送机构由能够液压地驱动的、在所述输送管(3)的柱形的第一区段(19)中可移动地引导的压力活塞(10)形成，并且所述输送管(3)为了在轴向的第二区段(20)中构造压缩锥体(11)而具有沿着所述燃料的输送方向连续地减小的内横截面，其中具有所述压缩锥体(11)的输送管第二区段(20)构造为单独的、能够更换的管件(5)。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，具有所述压缩锥体(11)的输送管第二区段(20)与所述气化反应器(1)的进料口(12)联接。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，具有所述压缩锥体(11)的输送管第二区段(20)在中间连接成形件(13)的情况中能够与所述气化反应器(1)的进料口(12)联接。
4.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，形成输送管第一区段(19)的管件和能够更换的第二管件(5)通过形成所述输送管的中间区段的配件(14)互相连接。
5.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述压力活塞(10)在沿着输送方向经过其最大工作行程之后完全地阻挡燃料送入所述输送管(3)中。
6.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述输送管(3)在相邻于所述气化反应器(1)的进料口(12)的端部区段中由冷却装置的冷却罩(15)围绕。
7.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述输送管第一区段(19)设有能够横向于输送方向可移动的闸板(18)。
8.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述输送管(3)具有惰性气体接口(28)。
9.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述压力活塞(10)的端面构造在所述压力活塞(10)的能够沿着输送方向伸出的部分(25)处。
10.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述散装物容器(2)具有流出漏斗。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述流出漏斗的沿着输送方向看后面的壁部(30)与所述输送管轴线的法线成10 - 40°的角度。
12.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，在所述流出漏斗的排出口(21)的区域中设置了用于所述燃料的翻松机构(27)。
13.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述输送管(3)的轴线向下倾斜地延伸。
14.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，冷却液体进口(16)和冷却液体出口(17)与所述冷却罩(15)联接，其中温度探测器(31)设置用于测量从所述冷却罩(15)通过所述冷却液体出口(16)排放出的冷却液体的温度，其测量值输入控制装置(32)，所述控制装置与冷却液体泵(33)的驱动器共同作用，从而依赖于测量的冷却液体温度来控制每单位时间输送的冷却液体(17)。
15.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述配件(14)沿着径向方向能够从所述输送管(3)拆卸。
16.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述冷却罩(15)至少围绕构造有所述压缩锥体(11)的输送管区段。
17.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述流出漏斗的沿着输送方向看前面的壁部(29)与输送管轴线的法线成0 - 20°的角度。
18.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述流出漏斗的沿着输送方向看前面的壁部(29)与输送管轴线的法线成5 - 15°的角度。
19.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述流出漏斗的沿着输送方向看后面的壁部(30)与所述输送管轴线的法线成20 - 35°的角度。
20.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述翻松机构包括多个在周向上分布的进气口。
21.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，从水平线起测量的倾斜角为在5和30°之间。
22.气化设备(1)，包括用于容纳固定的床(7)的气化区域(6)和用于容纳流化床的燃烧区域，其中所述气化区域(6)和所述燃烧区域分别通过闸形的机构互相连接用于实现在两个位置处的底料的循环，其中所述气化区域具有用于燃料的进料的进料口(12)、排气部和用于注射水蒸气或CO2的喷嘴底部(9)，并且所述燃烧区域具有用于流化从所述气化区域(6)进入所述燃烧区域中的底料的空气输入部，其特征在于，根据权利要求1到14中任一项所述的输送装置(4)与所述进料口(12)联接。
23.根据权利要求22所述的气化设备，其特征在于，闸形的机构是隘口或虹吸管。
24.根据权利要求22所述的气化设备，其特征在于，布置所述输送装置(4)，从而将所述燃料输送到固定的床(7)中或固定的床(7)上。
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