CN1064303A - 用烟尘再循环法气化细颗粒至粉尘状燃料的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明方法将从产生的部分氧化粗煤气中干分 离的烟尘在共同的供料容器入口处，在特别设计的混 合装置中和燃料混合，然后把生成的混合物导入气化 反应器。在此情况下，把输入供料容器的输送气体调 节到使其体积只够满足供料容器中保持压力和把燃 料—烟尘混合物从供料容器送入气化反应器的需要， 不仅在供料容器中，而且在从供料容器通到气化反应 器的喷嘴中都不发生燃料—烟尘混合物类似流化床 或沸腾床的松散。

Description

本发明涉及把细颗粒至粉尘状的燃料在一个提高了压力的气化反应器中、在高于炉渣熔点的温度下进行气化的一种方法和设备，其中，和产生的部份氧化粗煤气一起由气化反应器中排出的烟尘被从气流中干燥分离出来，紧接着和要气化的燃料一起被送进一个共同的供料容器中，然后将生成的燃料-烟尘混合物送入气化反应器。

在用氧和/或空气，以及必要时还用蒸汽气化含灰分的燃料时，如果使用高于熔渣熔点的气化温度，虽然绝大部份和燃料一起进入气化反应器中的灰分作为熔渣出现，并能以液体状态从气化反应器中排出，但小部份灰分和气化时产生的部份氧化粗煤气一起作为烟尘离开气化反应器。实践经验证明：假如使用优选的和受控制的气化条件，则和部份氧化粗煤气一起带出的烟尘量几乎是不变的，也就是说，只要含灰分量在约8%（重量）至40%（重量）之间，带出的烟尘量与所使用的燃料的含灰分量无关。在继续处理或继续加工部份氧化粗煤气之前，必须以合适方式将烟尘从气流中分离出来。这可通过干分离，例如用一台旋风式过滤器来实现。为了利用烟尘中的碳含量和将此烟尘转化成可以储存的、水溶性的、从而不污染环境的熔渣，已知的办法是将已分离的烟尘送回到气化反应器中。

为实施这种工作方式，在EP-BI-0109109中说明了一种方法，用这种方法将已分离的烟尘和燃料一起间歇地送到一个供料容器或一个流化容器中，该供料容器或流化容器的内部装有混合装置，并具有分开的燃料入口和烟尘入口以及获得的混合物的出口。在此情况下预先规定：通过送入一种气体（可以是氮气或冷却的产品气体）将燃料和烟尘转化成流化状态，借此得到两种组分的均匀混合物。然后把生成的流化了的燃料-烟尘混合物从供料容器转移到气化反应器中。

但这种工作方式由于以下原因不是没有缺点的：

为调节流化状态或调节流化床或沸腾床，需要相当大量气体。如果为此使用氮气，则此氮气和燃料-粉尘混合物一起到达气化反应器中，并在那里导致气化条件变坏以及降低产品质量。如果为流化而使用返回的产品气体，这意味着影响生产效率，从而降低气化设备的经济效益。此外，已证明：在相似于流化床或沸腾床的状态下使用气动输送时，不能很均匀地从供料容器输送出燃料-烟尘混合物，也不能以高输送气流密度把燃料-烟尘混合物输送到气化反应器中，而这正是为无可指摘地进行气化，尤其是用烟尘气流气化时所必需的。此外，为在供料容器中维持一个流化庆或沸腾床，调节床层高度恒定是流化床或沸腾床正常运转的先决条件。但此条件可以和实践中提出的要求不一致，即当来自串连设备的燃料供给发生短时干扰或波动时仍需保证气化反应器的燃料供给维持不变。这项要求只能通过供料容器中可变的、适合当时情况的料位来承担。已知工作方式的其它缺点，其中明显的是要间歇地将粉尘和燃料输入供料容器中。因此要将两种成份的混合比调节到恒定和严格规定的程度是不可能或极为困难的。

因此，本发明的基本任务是对开头所述类型的方法加以改进，避免上述缺点。同时也应对实施本发明方法用的供料容器作如下改进：对燃料和烟尘的混合，不需要带活动部份，例如带搅拌器的混合设备，以及不需要附加的气体。

按照本发明，为完成此任务用的方法的特征在于：气动定量输送的燃料和烟尘的物料流在共同的供料容器入口处进行混合;把输入供料容器的输送气的体积流量调节到使此体积流量只够满足在供料容器中保持压力以及把燃料-烟尘混合物从供料容器输送到气化反应器中的需要;不仅在供料容器中而且在通到气化反应器的输送管道中都不发生燃料-烟尘混合物的类似流化床或类似沸腾床的松散。

这就是说，在实施本发明方法时，在供料容器中放弃了部份地与固体燃料流相反的、使燃料-烟尘混合物均一化并像流化床或沸腾床似地松动的气流。

对实施本发明方法来说，如果从部份氧化粗煤气气流中分离出来的烟尘具有高达15%（重量）至40%（重量）之间的碳含量，这是有好处的。因为已证明：提高了碳含量的烟尘的特点是特别容易用气流输送。

通过在气化时把O₂/C的比例降低到使得和燃料一起输入气化反应器中的碳的转化率保持在95%和97%之间的范围内，就能达到烟尘中如此高的碳含量。在此情况下，未反应的（气化的）碳几乎全部进入烟尘中，因此导致相应提高烟尘中的碳含量。但因本发明方法中把烟尘全部送回到气化反应器中，所以这种工作方式不影响本发明方法的经济效益。

本发明方法以及适合于其实施的供料容器的其它详细情况，应根据图示作如下说明：以下表示：

图1  实施本发明方法的设备流程图。

图2  本发明的供料容器上部剖面图，该供料容器在其入口处带有所谓混合装置。

图1中表示的流程只表示出为说明本发明方法所必需的设备部份，不包括所有的辅助装置，尤其是测量装置和调节装置，在此情况下，来自流程图中未表示出的预加工设备的细颗粒至粉尘状的燃料，经过管道1到达处于常压下的贮料槽2，由此贮料槽经过管道3排出，并在重力影响下进入泄流容器4。管道3在其下部有分支，因此三个在图中表示的泄流容器4中的每一个都和贮料槽2连接。用已知的方法在时间上交错地使泄流容器装满燃料和排空，因此总的看来，保证了给供料容器5连续输送燃料。泄流容器4的加料过程在常压下进行。然后经过管道6送入一种输送气体，使当时加满了燃料的泄流容器4处于压力下。在把燃料从泄流容器4输入供料容器5所需压差的范围内进行升压。进行升压之后，燃料从当时加满了料的泄流容器4经过排出管道7到达连点8，来自各个泄流容器4的管道7在连接点8汇合到通向供料容器5的管道9。通过压差输送，燃料经过此管道到达供料容器5。在这里测量由泄流容器流出的燃料的料流，并通过改变泄流容器4和供料容器5之间的压差，将流入供料容器5中的燃料量调节到使此燃料量和从供料容器5排入气化反应器16中的燃料量相符。在时间上连续流动的燃料的测量值在这里也用作经过管道25输入供料容器5的烟尘料流的主导参量。

但也可和图中表示的不一样，把供料容器5安装在泄流容器的下面，因而物料的输送就可在重力影响下进行。完全排空之后，每次都使泄流容器4降压，加料过程可重新开始。在贮料槽2的出口处以及泄流容器4的出口处可分别经过管道10和管道11各吹入附加的输送气体，以免在这些容器出口处出现燃料架桥现象。但吹入的气体量无论如何要计量到避免这些容器中的燃料象流化床或沸腾床一样的松散。当然也可能和图中表示的不一样，不用三个泄流容器4，而只用两个或用三个以上泄流容器4。这首先取决于要输送的燃料量，以及取决于这些容器的尺寸。但泄流容器4的数量原则上至少总数为二个，以便有可能交替地加料和排空。

燃料和被分离过的烟尘一起由供料容器5经过管道12到达分配器13。管道14（它通向气化反应器16的喷嘴15）从分配器13岔开。这时再调节供料容器5和气化反应器6之间的压差，经管道12和14按已知方法藉助于压差输送来实现燃料-烟尘混合物的输送。这样一种使用压差输送的供料系统和输送系统，例如在DE-OS3810404中作了详细说明。

将气化反应器16中的气化条件调节到使产生的烟尘具有碳含量在15%（重量）至40%（重量）之间。使此烟尘和产生的部份氧化粗煤气一起从气化反应器16经过管道17排出，到达旋风分离过滤器18，在此旋风分离过滤器内把烟尘从气流中干分离出来。除去了烟尘的部份氧化粗煤气由旋风分离过滤器18经过管道19逸出并可输送去继续使用或继续加工。已被分离的烟尘在重力影响下由旋风分离过滤器18经过管道20到达位于下面的泄流容器21中。因为此容器周期性地加满来自旋风分离过滤器18中的烟尘并排空到计量容器23中，所以在排空过程开始前必须经过管道22输入气体，将泄流容器21置于与计量容器23中的压力相适应的压力下。完全排空之后，使泄流容器21降压并借此再使泄流容器21达到旋风分离过滤器18中存在的压力。降压时放出的气体在此情况下经过管道40和管道28回到管道17中，在此管道中将此气体与要净化的粗煤气气流合并。计量容器23处在对供料容器5的恒定的或几乎恒定的压差下，并连续经过管道25将物料排放到此供料容器中。管道25在这里在供料容器5入口处的混合装置26中与管道9相会。因为应该十分均匀和有控制地排放出计量容器23中的物料，所以必须根据床层动力学的原理把计量容器23设计成对理论上可能的烟尘品质范围（即粒度，堆密度、温度和湿度）均适用的物料流动容器（M

ssenfluβbeh lter）。因为计量容器23中的烟尘散积物还含有大量潮湿的部份氧化粗煤气，为避免烟尘中的水份冷凝，或者可以把计量容器23加热，或者经过管道41给计量容器23提供加了热的输送气体。此外，还必须给计量容器23配备称量装置27以及所属的测量仪表，以便可以测定此容器连续排料时的平均物料流量以及周期性再加料时所需的烟尘量。在此情况下，烟尘物流量可这样调节，使计量容器23和供料容器5之间的压差按比例地适应于由泄流容器4送入供料容器5的燃料物流量。物料流量的测定和调节的详细情况下不是本发明的对象，因此，这里不必作进一步说明。

图中供料容器5只有一个混合装置26。事实上在实践中当然也可以有好几个混合装置。通过已在图2中作了更详细说明的混合装置16的设计安排，燃料和烟尘在供料容器5的入口处就已受到如此强烈和均匀的混合，以致在供料容器5的内部不再需要其它混合装置。将需要的输送气体和燃料物流及烟尘物流一起经过管道9和25输送到供料容器5中。为了避免在供料容器5出口处的架桥现象，可经过管道29将其它气体导入此供料容器中。此外，借此还可将燃料-烟尘混合物的床层平均密度降低到均匀输送此混合物至气化反应器16所需要的最佳输送密度。经过管道9、25和29输送到供料容器5的气体体积流量，按本发明应这样计量：此气体体积流量仅够满足供料容器5中保持压力的需要以及满足把燃料-烟尘混合物输送到气化反应器16中的需要;不仅在供料容器5中，而且在通向气化反应器16的管道12和14中都不发生燃料-烟尘混合物象流化床或沸腾床一样的松散。在这种情况下，用相当高的输送密度进行工作，此输送密度比用来将烟尘从计量容器23输送到供料容器5中的输送密度高得多。当人们为了输送燃料，在管道6中通常用供料容器4中的燃料堆密度的60～90%进行工作时，最好这样调节管道12和14中的燃料-烟尘混合物的输送密度：使这种输送密度约低于纯燃料输送密度范围的10～20%。在此情况下，将燃料-烟尘混合物从供料容器5经过管道12排出。并紧接着按上述方式到达气化反应器16中。在气化时产生的液体炉渣由气化反应器16经过管道30向下流出。作为上述系统的输送气体，按已知方法可使用惰性气体，例如氮气，或含碳氢化合物的气体，例如由得到的部份氧化粗煤气中产生的合成气体。只有在气化反应器16的操作压力变化不定时，才连接管道42以及管道28，用以来平衡供料容器5中压力的迅速变化，或者在发生操作故障时用来从供料容器5中导出有可能多余的气体。

如果使用含灰分量约为8～40%（重量）的煤为燃料，在通常已知的反应条件下返回的物料含烟尘量几乎是恒定的。如果使用灰分量少的煤或灰分含量在3～15%（重量）之间波动的煤混合物，当然可出现返回物料含烟尘量的较大波动。在这种情况下，合适的是：在进入气化反应器16的喷嘴15之前分析测定燃料-烟尘混合物的灰分含量，以便在气化时可按需要来微调O₂/C的比例。为测定灰分含量需要的连续工作仪表可安装在例如管道12中。但若由分配器13通到喷嘴15的管道14比较短，由于在这种情况下测定需要的时间比输送时间长，当然就可取消安装这种测量仪表。因此可供选择的是，也可在供料容器5的流出喇叭口范围内安装一根取样管，把该取样管连接到用来分析测定燃料-烟尘混合物中的灰分含量的测量仪表上。为测定灰分含量需要的装置未画入图1所表示的流程图中。

图2表示在供料容器5入口处的混合装置26的剖面图。输送烟尘的管道25在这里垂直插入套管31中，并被安装成与套管31的中心轴同心，而且套管31的内径大于管道25的外径。套管的中间部分有一节水平方向的连接支管32，借助法兰33把输送燃料的管道9接到此连接支管上。管道25通过法兰34固定在套管31上，而套管又通过法兰35固定在供料容器5的入口接管36上。入口接管36具有和套管31一样的内径并终止于供料容器5中，紧挨其盖37下面。经过管道9输入的燃料以水平流动方向进入套管31，紧接着回转90度，因此在管道25和套管31的壁之间的空间内它与烟尘流动方向平行地从上往下流动。管道25终止于入口接管36中，在供料容器盖37上面，因此燃料和烟尘能够在入口接管36还余下的部分中混合起来。在入口接管36下面，于供料容器中安装了块折流板38，该折流板为适应供料容器5的断面而具有园形断面，因此从入口接管36流出的燃料-烟尘混合物获得了向所有方向的偏转。这种偏转还可通过在入口接管36的出口端固定一块漏斗形隔板39得到支持。上面所述的流动情况也可用图中的箭头来说明。通过本发明的设计，在供料容器5的入口处就已达到了燃料和烟尘的很好混合和均匀分布，以致在供料容器5内部不再需要其它混合装置。在图1中供料容器5具有可以看得出来的造型，因此可以不需要在图2中把它完全表示出来。

Claims (5)

1、把细颗粒至粉尘状的燃料在一个提高了压力的气化反应器中、在高于炉渣熔点的温度下进行气化的方法，其中把和产生的部份氧化粗煤气一起由气化反应器中排出的烟尘从气流中干分离出来，紧接着和要气化的燃料一起被送进一个共同的供料容器中，所产生的燃料-烟尘混合物再由此通向气化反应器，其特征在于：由气动定量加入的燃料和烟尘物料气流在共同的供料容器入口处进行混合；把输入供料容器的输送气体体积调节到使此气体体积只够满足在供料容器中保持压力以及把燃料-烟尘混合物从供料容器输送到气化反应器中的需要；不仅在供料容器中而且在从供料容器通到气化反应器喷嘴的管道中都不发生燃料-烟尘混合物的类似流化床或类似沸腾床的松散。

2、按权利要求1所述的方法，其特征在于：用等于燃料堆密度60～90%的输送密度将燃料输入供料容器;用低于纯燃料输送密度范围约10～20%的输送密度将燃料-烟尘混合物从供料容器输到喷嘴中。

3、按权利要求1和2所述的方法，其特征在于：把气化反应器中的气化反应条件调节到使产生的烟尘具有高达15～40%（重量）范围内的碳含量。

4、用以实施按权利要求1至3所述方法的供料容器，其特征在于：

a）套管（31）和供料容器的入口接管（36）连接。燃料输入管道（9）和烟尘输入管道（25）彼此成直角进入套管中;

b）管道（25）被安装成与套管（31）的中心轴垂直，管道（25）的外径小于套管（31）的内径;

c）套管（31）的内径和入口接管（36）的内径相等，而且管道（25）延伸至入口接管（36）中;

d）管道（9）通过连接管（32）和套管（31）水平连接;

e）在供料容器（5）中的入口接管（36）下面装一块折流板（38）。

5、按权利要求4所述的供料容器，其特征在于：有一块漏斗形隔板固定在入口接管（36）的出口处。

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