TW201335356A - 流體化床氣化中的底部產生物之冷卻 - Google Patents

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Abstract

一種將流體化床氣化生質、褐煤、硬煤時產生的含灰量很高的底部產生物冷卻及降壓的方法，此方法能夠為底部產生物的冷卻及降壓提供一個經濟的解決方案，其特徵為先將以最高溫度1500℃及最大壓力40bar離開氣化床的底部產生物送至一個暫存室，然後從暫存室送到一個配備冷卻系統的高壓容器，然後再送入一個降壓系統。

Description

流體化床氣化中的底部產生物之冷卻
本發明涉及一種將流體化床氣化生質、褐煤、硬煤時產生的含灰量很高的底部產生物冷卻及降壓的方法。
由原本是在環境壓力下進行的Winkler流體化床氣化法進一步發展出來的高溫-Winkler-煤氣化法不只要能夠在複合式發電廠以高效率且低成本的方式發電，也需要能夠被應用在鐵直接還原及製造化學產物的合成氣體，以及用來氣化會產生含灰量很高之底部產生物的生質及硬煤。由於氣化過程中會出現高於1500℃的灰分流動溫度，因此這些燃料不再能夠應用於氣流氣化器。操作溫度低於灰分流動溫度的流體化床氣化則適於應用這些燃料(例如US 4 790 251的描述)，但缺點是會產生大量的底部產生物，必須將這些底部產生物排出氣化器並冷卻，也就是說，必須將承受高壓及高溫的底部產生物冷卻，例如以底部產生物冷卻螺旋蛇形管進行冷卻。
使用已知的方法在氣化床氣化時，富含固態 碳的氣化物質與氣態氣化劑(氧氣或空氣，蒸氣及二氧化碳)之間的熱自動補償氣化反應會在最高溫度1200℃及最高壓力30bar的條件下發生。氣化物質是經由配料葉輪閘門(轉數調節)送往氣化器，再經由螺旋給料器送入氣化器。富含氫氣及一氧化碳的粗煤氣從頂部離開氣化器。粗煤氣同時將灰塵帶走，這些灰塵除了含有氣化物質的灰分外，還含有未轉換的碳(約40%)。大約95%的灰塵會沉降在回流旋風集塵器中，並經由回流管線被送回氣化器的流體化床。
含有細微灰塵的粗煤氣朝粗煤氣冷卻器的方向離開回流旋風集塵器。幾乎不含碳的灰分會沉降到氣化器的底部，這種灰分被稱為底部產生物，接著經由底部產生物螺旋蛇形管送至灰分排出口。底部產生物進入螺旋蛇形管時的溫度最高可達900℃，經冷卻水冷卻至60℃後再從壓力室被束流引出。灰分含量較低時(最高不超過15%)，這種裝置可能還可以應付，但若使用灰分含量達50%的燃料，這種裝置就無法應付了。例如，煤用量為160t/h時，產生的分灰量為80t/h。
同樣的，由於物質流很高的關係，US 5 522 160提出的技術也無法應用於富含灰分的煤。
如果使用已知的階梯狀安置的蛇形冷卻管及分離器，則不論在技術上或經濟上都是不利的。
本發明的目的是對沉降的底部產生物冷卻及降壓提出經濟的解決方案。
為達到上述目的，本發明提出的解決方案是在本文開頭描述的方法中先將以最高溫度1500℃及最大壓力40bar離開氣化床的底部產生物送至一個暫存室，然後從暫存室送到一個配備冷卻系統的高壓容器，然後再送入一個降壓系統。
本發明的方法可以用較緊密的構造方式對底部產生物達到足夠的冷卻及降壓效果，以進入後續的處理步驟及/或被清除。
基本上降壓及冷卻是已知的處理方式。例如WO 2010/123477 A1提出一種連續的灰分降壓系統，US 2011/0193018 A1提出一種在環境壓力中操作的冷卻系統。
附屬申請專利項目的內容為本發明之方法的各種實施方式。從氣化器到暫存室，從暫存室到冷卻系統，以及從冷卻系統到降壓系統等系統轉換是由蛇形冷卻管、冷卻葉輪或此二者的組合來進行。
根據另一種實施方式，底部產生物冷卻系統是由被一個壓力容器環繞的流化床及位於壓力容器內的熱交換器及/或由流化床/熱交換器的組合所構成。
根據本發明，壓力容器之流化床中的熱交換器的種類可以有許多不同的選擇，尤其是可以根據底部產生物的種類決定要使用那一種熱交換器。例如可以是管式或板式熱交換器，可以利用重力輸送底部產生物，使其通過熱交換器表面，例如在階梯狀的流化床內。
根據另一種實施方式，在壓力容器內產生流 化床的冷卻氣體經由沉降灰塵的旋風集塵器通過一個外接的熱交換器循環流動，其中以一種已知的閘門系統進行降壓，此閘門系統亦可與其他的系統構件連接。
為達到本發明的目的，本發明還提出一種裝置，其特徵為具有一個處於壓力作用下的流化床氣化器，這個流化床氣化器具有底部產生物出口、一個暫存室及/或緩衝容器、一個配備底部產生物冷卻系統的壓力容器、以及一個設置在後面的降壓用的閘門系統。
與裝置有關的附屬申請專利項目的內容為裝置的各種實施方式。壓力容器可以具有一個為底部產生物產生流化床的裝置，且此壓力容器具有熱交換器及產生流化床之氣體的循環管線。
1‧‧‧裝置
2‧‧‧流化床氣化器
3,13,20,31‧‧‧箭頭
4‧‧‧氣體出口
5,24‧‧‧旋風集塵氣
6,26‧‧‧回流管線
7‧‧‧底部產生物
8‧‧‧蛇形管
9‧‧‧螺旋輸送器
10‧‧‧緩衝容器
11,11c,11d‧‧‧葉輪
12,12a-12d‧‧‧壓力容器
14‧‧‧流化床
15‧‧‧出口
16,16a-16d‧‧‧套管
17‧‧‧閘門系統
18‧‧‧出口箭頭
19‧‧‧蛇形冷卻管
21‧‧‧堤防
22‧‧‧管式熱交換器
23‧‧‧管線
25‧‧‧葉輪
27‧‧‧熱交換器
28‧‧‧泵
29‧‧‧構造物
30‧‧‧熱交換蛇形管
第1圖：本發明之裝置的一個簡單的系統電路圖。
第2圖：流化床內一個配備冷卻系統的壓力容器的實施例。
第3圖：如第2圖之壓力容器的一個變化的實施例。
第4圖：一個具有階梯式流化床的壓力容器。
第5圖：一個具有冷卻系統及利用重力輸送底部產生物的壓力容器。
以下配合圖式進一步說明本發明的特徵、細節及優點。
將流化床氣化生質時產生的底部產生物冷卻 及降壓的裝置1的特徵是在壓力作用下的流化床氣化器2，箭頭3標示待氣化的物質的輸送，氣體出口4連接至旋風集塵器5，回流管線6將灰塵從旋風集塵器5送回氣化器2。圖中許多小點代表底部產生物7。
底部產生物7被以蛇形管8冷卻的螺旋輸送機9輸送到暫存室或緩衝容器10，然後從該處以一定的節奏經由葉輪11被送入壓力容器12。
從箭頭13的位置將冷卻氣體注入壓力容器12，以便在流化床14中將底部產生物冷卻。產生流化床的氣體從出口15流出壓力容器12，並在冷卻後如第2圖所示循環回流至壓力容器12。
冷卻的底部產生物7從套管16離開壓力容器12，並進入閘門系統17接受降壓處理，然後再沿著出口箭頭18離開。從第1圖還可以看出，在流化床14中還設有一個冷卻裝置19。
第2圖顯示一個壓力容器12a，箭頭20標示底部產生物被送入壓力容器12a的位置。底部產生物7在此處被流入的氣體13a吹送到流化床，底部產物在此被冷卻並能夠從堤防21上方流出，然後經由套管16a離開壓力容器12a。在這個實施例中，在流化床14a中有設置管式熱交換器22，其作用是使位於流化床中的底部產生物7散熱。
流化床氣體經由管線23流入旋風集塵器24，其中灰塵經由葉輪25回流至壓力容器12a。基本上不含灰塵的被加熱的流化床氣體經由回流管線26被熱 交換器27冷卻，並被泵28再度送回壓力容器。
第3圖顯示一種略加變化的實施例，其中與前面之實施例作用相同的元件以相同的元件符號標示，但是加上一個字母“b”。
將底部產生物20b送入壓力容器12b，其中底部產生物7的流化床14b使底部產生物能夠通過壓力容器12b，也就是在第3圖中從左向右通過壓力容器12b，其中底部產生物7必須溢流過堤防或類似的構造物29，其中位於逆流方向的熱交換蛇形管30將底部產生物冷卻。
第4圖顯示另一種略加變化的實施例，其中與前面之實施例作用相同的元件以相同的元件符號標示，但是加上一個字母“c”。
本實施例的壓力容器12c具有集中式的構造物，其作用是作為從套管20c進入的底部產生物7的障礙物，使底部產生物必須如第3圖中彎曲的箭頭所示，以潛流或溢流的方式流過這些構造物。產生流化床的氣體是從13c流入，再從23c流出，其中從不同區段流出的氣體(如壓力容器頂部的小箭頭所示)可以具有不同的溫度。如第4圖所示，可以利用泵28c送入冷媒，使其流經環形堤防或環形構造物。
第5圖顯示另一種略加變化的實施例，其中與前面之實施例作用相同的元件以相同的元件符號標示，但是加上一個字母“d”。
在第5圖的實施例中，底部產生物7經由套 管20d進入壓力容器12d，因重力作用的關係(如箭頭31所示)，底部產生物7無需其他輸送裝置的協助就會沿著重力方向流過壓力容器12d，並從卸料管16d離開壓力容器12d。
在壓力容器12d內設有一個有適當的冷媒流過的板式或管式熱交換器30d，。
本發明並不受上述實施例的任何限制，而是可以在不改變本發明之核心部分的情況下有許多不同的變化方式。例如可以在壓力容器內設置不同的熱交換器，例如管式或板式熱交換器，而且熱交換器也可以有不同的運轉參數，例如熱交換劑的溫度。
1‧‧‧裝置
2‧‧‧流化床氣化器
3‧‧‧箭頭
4‧‧‧氣體出口
5‧‧‧旋風集塵氣
6‧‧‧回流管線
7‧‧‧底部產生物
8‧‧‧蛇形管
9‧‧‧螺旋輸送器
10‧‧‧緩衝容器
11‧‧‧葉輪
12‧‧‧壓力容器
13‧‧‧箭頭
14‧‧‧流化床
15‧‧‧出口
16‧‧‧套管
17‧‧‧閘門系統
18‧‧‧出口箭頭
19‧‧‧蛇形冷卻管

Claims (8)

  1. 一種將流體化床氣化生質、褐煤、硬煤時產生的含灰量很高的底部產生物冷卻及降壓的方法，其特徵為：先將以最高溫度1500℃及最大壓力40bar離開該氣化床的底部產生物送至一暫存室，然後從該暫存室送到一配備冷卻系統的高壓容器，然後再送入一降壓系統。
  2. 如申請專利範圍第1項的方法，其中，從氣化器到該暫存室，從該暫存室到該冷卻系統，以及從該冷卻系統到該降壓系統等系統轉換是由蛇形冷卻管、冷卻葉輪或此二者的組合來進行。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項的方法，其中，底部產生物冷卻系統是由被一壓力容器環繞的流化床及位於壓力容器內的熱交換器及/或由流化床/熱交換器的組合所構成。
  4. 如申請專利範圍第1項的方法，其中，該冷卻系統是由位於壓力容器內的管式或板式熱交換器構成，係利用重力輸送底部產生物，使其通過熱交換器表面。
  5. 如前述申請專利範圍中任一項的方法，其中，在壓力容器內產生流化床的冷卻氣體經由沉降灰塵的旋風集塵器通過一外接的熱交換器循環流動。
  6. 如前述申請專利範圍中任一項的方法，其中，以一種已知的閘門系統進行降壓。
  7. 一種用於執行將流化床氣化生質、褐煤、硬煤時產生的含灰量很高的底部產生物冷卻及降壓的方法之裝置，其特徵為：具有一處於壓力作用下的流化床氣化 器(2)，流化床氣化器(2)具有底部產生物出口(9)、一緩衝容器(10)、一配備底部產生物(7)之冷卻系統(19)的壓力容器(12)、以及一設置在後面的降壓用的閘門系統(17)。
  8. 如申請專利範圍第7項的裝置，其中，壓力容器(12)具有一為底部產生物(7)產生流化床(14)的裝置(13a、28)，且此壓力容器(12)具有熱交換器(22)及產生流化床(14)之氣體的循環管線(23、26)。
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