CN1051581A - 细粒状至粉尘状燃料的气化方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是对细粒状至粉尘状的燃料气化 的方法和装置，采用该方法时，呈飞尘云团状的燃料 中加入氧气和/或空气以及水蒸汽在温度高于渣熔 点、压力至60巴的条件下在一个气化反应器中进行 气化。气化反应器的气化烧嘴(3，4，5，6)均匀地分布 在反应器周面上的两个或多个平面上，并且相对于上 下平面上的烧嘴错开布置，所有气化烧嘴在相同条件 下工作。

Description

本发明涉及的是将呈悬浮粉尘云团状的细粒状至粉尘状燃料进行自供热直流气化（部分氧化）的方法和实施该方法的装置即气化反应器。采用本发明的方法时借助于其中装有两个或多个烧嘴的气化反应器，在加入氧气和/或空气以及水蒸汽，并且在温度在渣熔点以上，压力至60巴的情况下对燃料进行气化。

人们知道的上述这种气化方法已有很多，许多设备制造公司都提供名称不同的气化方法，例如，称为“考培斯-托采刻-方法”（Koppers-Trotzek-方法）的常压气化方法和称为“普仁费罗-方法”（Prenflo-方法）的超压气化方法，这些方法已经应用于许多大型技术设备中。

这些方法可用于生产合成气和煤气，这种合成气和煤气则可用于电厂以及用于生产石油气化气或还原气。这种方法的其它细节请见有关文献，例如“Hydrocarbon  Processing”，1984年4月第94和95页。但这种方法在实际应用于大型技术设备中产生如下问题：提高所要求的气化反应器的通过能力，总是必须提高所使用的气化器烧嘴的数目，由此必须相应增大气化反应器的直径，因为在高的生产能力下，一方面要释放出大量的热量，另一方面反应器的单位表面热负荷不会高出某一定的限值。虽然人们可以通过增大反应器直径来相应减小单位面积热负荷，但在实际中很快就达到了压力设备结构尺寸的极限值。此外，增大反应器的直径必然大大提高投资成本，大直径气化反应器的可运输性不佳，这是它的另一个严重的缺陷。因此，至今人们认为。由于上述结构条件，气化反应器的生产能力的提高不可能超出某一极限值。

因此，本发明的任务是，进一步发展开头所述类型的方法，它解决了在提高气化反应器的生产能力时出现的上述那些缺陷。

解决本发明任务的方法的特征在于，气化过程同时在气化反应器的两个或多个平面内进行，而且气化反应器的所有气化烧嘴在相同的条件下工作。

气化反应器中的气化过程在两个上下平面内进行，虽然原则上是公知的，但是至今在各个平面上维持的条件始终是不同的，这些方法所要达到的目的也与本发明不同。例如，DE-OS3534105公开了一种生产合成气的方法，其中至少使用了两种不同的燃料，其中供给上平面的气化烧嘴的是煤，而供给下平面的气化烧嘴的则是油。在DE-OS3617773公开的方法中，下平面的气化烧嘴按高的氧/碳化工作，而且朝着下方，以便留出出渣口。而上平面的气化烧嘴则按低的氧/碳比工作，由此达到尽可能低的气体出口温度。在文献“Hitachi Review”（日立评述）第34卷（1985）№2第82页中描述的气化反应器实际上也按照相同的原理工作，其中在下平面中，煤与许多氧气反应，完全生成CO₂和H₂O，而在上平面中只有极少的氧气参加反应，其中形成具有反应能力的焦油，然后焦油在向下运动中在气化反应器中继续反应。

与上述方法相比，本发明的方法根本区别在于，气化烧嘴在所有平面上都是在相同的条件下工作的。也就是说，采用相同的燃料进行工作，并且所有气化反应器的气化的反应条件是相同的。当然，由于加工条件的限制，各单个气化烧嘴之间存在微小的差别是可能的。

通过应用本发明的方法，一方面提高了气化反应器的生产能力，而且避免了不希望的反应器尺寸的增大，尤其是其直径的增大。另一方面，也可以在反应器的生产能力保持相同的情况下，相应地减小气化反应器的尺寸。

在实施本发明方法的气化反应器中，气化烧嘴均匀地分布在反应器周面上的各个平面上，并且相对于上平面和下平面的气化烧嘴是错开布置的。

如果每个平面上安装两个气化烧嘴，那么相对于上平面和下平面最好错开90°度。每个平面上安装三个气化烧嘴时，则错开角最好为60°度。

气化反应器中平面的个数（自然为两个以上）首先要按所要求的生产能力和整个设备的空间条件来确定。这里应该考虑到的是，随着平面个数的增加。气化反应器的高度也增加。

气化烧嘴在各个平面上的布置情况在附图中作了清楚地说明，附图中以极简化的示意图示出了带有四个气化烧嘴的气化反应器，这些气化烧嘴装在两个平面上。

图1为纵剖面图，图2为沿图1中A-A′线高度上的横剖面图。

在图1所示的气化反应器中，反应室由标号1标出。一般地，反应室1的内侧面上铺有耐火壁衬，此外还有一个冷却外壳，这两部分在图中都没有示出。四个气化烧嘴成对地在两个平面上相对布置，在附图中只示出了烧嘴伸入反应室1的孔口部分，其中位于下平面上的是气化烧嘴3和4，位于上平面上的是气化烧嘴5和6。如图2所示，气化烧嘴5和6相对于其下面的气化烧嘴3和4错开90°度。产生的部分氧化的粗煤气经管道2向上引出气化反应器，而产生的熔融状渣粒则经出口7从气化反应器下部排除。

本发明的方法的有效性通过以下的对比试验得以证明。这里是从一个这样的气化反应器开始的，该反应器的生产能力定为每小时50，000kg煤，并有4个气化烧嘴，这些烧嘴以相同的间距布置在反应器周面的一个平面上。当反应器直径为3.5m、有效高度为3.5m时，其有效换热面积为57.7m²，释放的热量为65×10⁶Kcal/h。按照公式

f= (Q释放)/(F有效)

其中f＝单位面积热负荷

Q_释放＝释放的热量（与气化量成正比）

F_有效＝有效换热面积

由此得出单位面积热负荷为1.127×10⁶Kcal/m²。

相反，按照本发明，气化烧嘴布置在两个平面上，每个平面上设有2个气化烧嘴，如附图中所示的那样，它们相互错开90°度布置，这样在气化反应器的两个高度上产生以下的情况：

在下平面上，单位面积热负荷下降到0.676×10⁶Kcal/m²，上平面上的单位面积热负荷下降到0.844×10⁶Kcal/m²。也就是说，通过增加有效的换热面积，可使单位面积热负荷下降25%至40%。

如果在相同的高度间隔的第三个平面上再装上另外一对烧嘴，那么气化反应器的生产能力就上升，并且在6个气化烧嘴的情况下，其释放的热量也增加50%，而新的第三平面上的单位面积热负荷只有0.844×10⁶Kcal/m²。该值与通常的情况相比，即6个气化烧嘴位于同一平面时的情况相比要小50%。

上述数字清楚地表明，应用本发明的方法和装置，一方面可以提高气化反应器的生产能力，而不必增大气化反应器的直径和换热面积热负荷，另一方面，在相同的生产能力的条件下，采用本发明可以有效地减小单位面积热负荷。

Claims (4)

1、对细粒状至粉尘状的燃料进行自供热直流气化的方法，呈飞尘云团状的燃料中加入氧气和/或空气以及水蒸汽，在温度为高于渣熔点、压力至60巴的条件下通过其中装有两个或多个气化烧嘴的气化反应器进行气化(部分氧化)，其特征在于，气化过程在气化反应器的两个或多个平面内同时进行，此时，气化反应器的所有气化烧嘴都在相同的条件下工作。

2、实施权利要求1所述方法的气化反应器，其特征在于，气化烧嘴（3，4，5，6）均匀地分布在反应器周面上的两个或多个平面上，并且各个平面上的烧嘴相对其上方的平面和下方的平面上的烧嘴错开布置。

3、按照权利要求2的气化反应器，其特征在于，当每个平面上布置两个气化烧嘴时，该平面上的气化烧嘴相对于上方平面或下方平面上的气化烧嘴错开90°度。

4、按照权利要求2的气化反应器，其特征在于，当每个平面上布置三个气化烧嘴时，该平面上的气化烧嘴相对于上方平面或下方平面上的气化烧嘴错开60度。