TWI461522B - 用於煤的氣化反應器之連續燃料供應系統 - Google Patents

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Description

用於煤的氣化反應器之連續燃料供應系統
本發明係關於一種在壓力氣化法中向一加壓饋料槽中以受控連續方式供應細粒狀至經粉碎燃料材料之方法，其中細粉狀或經粉碎(＜0.5mm)的諸如煤、石油焦、生物廢料或燃料的燃料材料係藉由在高於爐渣熔點之溫度於高壓下與含氧氣化劑反應而轉變成具有低微粒負荷(＜50kg/m3 ；無流化床)之懸浮液。
在壓力氣化法之過程中，含碳燃料材料係藉助於含氧氣體而轉化，其中該含氧氣體以低於化學計量之比率供應，從而獲得含有一氧化碳之產物氣體。若反應氣體含有水蒸汽，則產物氣體具有合成氣體特徵且大部分含有氫氣。為在低於化學計量之條件下達成儘可能完全的轉化，燃料材料必須以細粉狀狀態饋入反應器中。反應通常在高壓下發生。
由於氣化反應僅在連續操作一段延長時間時才能經濟地操作，因此每時間單位所供應之細粉狀燃料材料之量應儘可能恆定以確保無故障操作。燃料材料至所需壓力位準之傳遞及燃料材料在壓力下之供應為煤氣化反應中仍有待解決之問題。為此，煤的氣化設備始終包括用以確保向反應器無故障供應燃料之設備裝備。該裝備通常由重力流操作之專用配料槽與閉鎖料斗總成組成。
使用配料槽並非始終為完全消除裝載反應器時發生之壓力變化的方式。此可能在碳的氣化反應期間壓力導致變化，而壓力變化將暫時改變合成氣體之組成。特別是，從壓力栓不連續地填充配料槽會產生壓力變化，此變化對用作供配料槽與燃燒器之間的輸送用之驅動力的壓力差具有不利作用。
當向煤氣化反應器供應燃料材料時所進行之以重力流引入燃料材料亦為可能的誤差來源。由於細粉狀燃料材料視其品質及乾燥程度而定可能會阻塞或堵塞，因此輸送有時僅將分批進行或意外地週期性中斷。另外，基於重力流之閉鎖料斗系統常常需要複雜的設計方案，此係由於之間有待達成輸送之槽必須排列於彼此頂部。
根據現有技術之燃料饋料系統為支出密集型的且操作上並非始終可靠。在大容量設備之狀況下，碾磨單元與氣化單元的空間分離涉及關於細粉狀燃料材料自碾磨單元傳送至燃料饋料系統的大量額外支出。這使得必須提供額外的裝備(輸送容器或氣動泵、過濾器、饋料系統上方之緩衝罐)。另外，管道鋪設、儀錶化及建造工作衍生大量支出，建造工作係因為在氣化單元的最高高度處之緩衝罐的暴露位置而尤其導致大量支出。此外，已證實根據重力流原理操作之閉鎖料斗系統操作上並不充分可靠。額外裝備不管怎樣皆會增加故障風險。
除此通常已知之事實以外，閉鎖料斗的重力饋料原理涉及特定功能性風險。儘管存在許多極不同方法，但已證實足夠小心地進行容器加壓法以保持散裝材料之內應力足夠低係極為困難。在許多狀況下，散裝材料被局部壓實至一定程度，以使得隨後完全不會引發或僅以不足程度引發至饋料槽的重力流。因此，饋料槽之固體材料存貨減少，這常常引起輸出受到限制或甚至可能引起氣化單元故障。
若歸因於設備之高容量的尺寸過大遭遇到與構造的限制且若氣化單元要針對高於已操作多年之單元壓力(一般為2.5MPa)的壓力(一般為4MPa)進行設計的話，則問題就會加劇。
若達成所需的重力流，則從閉鎖料斗至饋料槽中之閉鎖料斗重力饋料將產生極高傳遞質量流率，且因此實現相當短的傳遞期。閉鎖料斗饋料期間的固體傳遞將使饋料槽中填料水平面升高。填料水平面接著將因向燃燒器供應之燃料量而再次連續降低，且因下一個閉鎖料斗傳遞操作而再次升高。以此方式，饋料槽經受暫時改變之條件，此甚至可能影響來自饋料槽的穩定運送。保持壓力條件、填料水平面及偶入(dropping-in)材料以脈衝方式饋入散裝填料中(例如)儘可能關於時間為恆定的係顯然更加有利。
本發明藉由一種配料槽而解決這些問題，該配料槽在壓力下含有細粉狀燃料材料，且根據本發明具有幾乎恆定之燃料填料水平面。根據本發明，藉由從至少兩個閉鎖料斗經由至少一個聯合使用之適於密集流輸送之連續供應管線來連續供應固體材料，係確保饋料槽中幾乎恆定之填料水平面。由於連續供應管線並非由重力操作，因此更有可能將饋料槽及供應閉鎖料斗安裝於不同測地高度處，且另外安裝成彼此距離較大，如可例如於不同建築物中一般。
已知用於燃料材料之配料裝置，其將燃料材料經由一具有上游閉鎖料斗系統之配料槽饋入反應器中。US 5143521 A描述將燃料材料饋入饋料槽中之系統，該饋料槽儲存加壓燃料材料且由一閉鎖料斗系統連續供應有細粉狀燃料材料。該等閉鎖料斗係由管線連接且交替加壓。可經由膨脹式渦輪、文氏管(Venturi tube)及壓縮機之系統使用一個閉鎖料斗之膨脹氣體的壓力，以加壓另一個閉鎖料斗。以此方式，有可能在大氣壓條件下將細粉狀煤之壓力調整至適於煤氣化之位準。氮氣係用作加壓氣體。
DE 102005047583 A1描述在壓力下向一煤氣化反應器配料且饋送粉碎燃料材料之方法及設施。為確保燃料材料至煤氣化反應器之饋料經過一段給定時間是恆定的，將燃料係在中間儲存於一配料槽中，在該配料槽之下部中，藉由饋入氣體而在槽底部上方產生一密集流化床，經過該流化床，粉碎燃料材料係經由燃燒器而被連續供應至一加壓氣化反應器。此處，向燃燒器的實際饋入係藉由所謂高速輸送來實施，其中供應到燃燒器下游之饋料管線的輔助氣體係用於產生壓力差，燃料材料接著係藉此壓力差被傳輸至燃燒器。從兩個栓將燃料材料供應到配料槽，該等栓藉助於重力及一星式饋料器將燃料材料傳輸至配料槽中。然而，這容易故障且需要高程結構。碾磨裝置的使用未提及。
本發明描述用於將含碳燃料材料研成粉末、藉助於合適氣體對燃料加壓、將燃料分散並運送至饋料槽且將其饋入反應器中的整合式方法。在所謂連續供應管線中，藉由密集流輸送來實施燃料的傳輸、分散及饋入反應器中。以此方式，反應器之完整燃料供應鏈可在沒有重力流下進行。氣化反應器的出口溫度較佳地是高於1200℃與2000℃之間的範圍內的爐渣熔點，且壓力較佳的是介於0.3MPa與8MPa之間。
在此背景之下，密集流輸送表示氣動輸送，其並不會將燃料材料微粒當做個別微粒傳輸，而是以填充管道整個橫截面積的密集密封材料或填料形式的密集流傳輸。密集流輸送之流率一般介於4m/s與5m/s之間，其中儘管氣流之固體負荷高，但仍達成高傳輸體積。密集流輸送之特徵在於平緩傳輸材料及特別是幾乎不易於因黏附或濕輸送材料而故障。本發明的氣動式密集流輸送法較佳以至少100kg/m3 之固體密度及在至少0.5巴(bar)之差力壓下進行。
特別技術方案係針對向一已冷卻的反應器(15)供應細粉狀燃料材料，用於藉助於含氧氣化劑在壓力下氣化之方法，其中：
‧氣化器出口溫度高於介於1200℃與2000℃之間的範圍內之爐渣熔點且壓力介於0.3MPa與8MPa之間，
‧且該細粉狀燃料材料經由一栓系統加壓至高於氣化器壓力之壓力位準，傳遞至至少一個饋料槽且自彼處以密集流經由至少一個燃料管線配料至一或數個氣化器之一或多個氣化燃燒器中，且
‧從至少兩個閉鎖料斗到至少一個饋料槽之傳遞係藉由使用一氣動連續供應管線以至少100kg/m3 之固體材料密度及至少0.5巴之差力壓聯合、同時或連續地進行。
在該方法之具體實例中，藉著至少一個連接裝置及至少一個一體化元件來控制從閉鎖料斗至饋料槽之傳遞，且藉助於個別連接裝置或藉助於具有傳遞連接裝置之額外一體化元件來實施自一體化元件至饋料槽之傳遞。
傳遞連接裝置以例示性方式設計為適於密集流輸送之連續供應管線。藉由在閉鎖料斗下游安裝一體化元件，將燃料材料係從閉鎖料斗經由許多連續供應管線而被輸送至饋料槽，管線數目小於閉鎖料斗數目。亦有可能引導來自閉鎖料斗出口之固體材料不是直接、而是經由連接元件進入一體化元件中，使得其首先經由管線傳入一體化元件中且接著傳入連續供應管線中。此處，一體化元件之數目小於閉鎖料斗之數目，且可與連續供應管線之數目相同。一體化元件儘可能接近出口噴嘴而提供，且儘可能與其對稱排列以確保平穩固體流。
在該方法之較佳具體實例中，將燃料材料藉助於研磨機或合適碾磨裝置處理成細粉狀形式。為此目的，燃料材料可以用任何形式獲得。有可能運送已呈細粉狀之燃料材料。在該狀況下，技術方案僅針對燃料材料加壓及傳輸至反應器中。然而，碾磨法通常為本發明方法之不可或缺的部分，若碾磨裝置以局部接近反應器排列則尤其如此。在本發明之較佳具體實例中，煤研磨及乾燥(CMD)單元為煤氣化設備之不可或缺的部分。
為執行傳遞功能，將閉鎖料斗以氣體加壓。舉例而言，可使用經再循環之處理氣體。亦有可能使用惰性氣體。以惰性氣體(例如，氮氣、二氧化碳)或藉助於處理氣體或再循環氣體來有利地進行加壓。為以有利方式配置傳遞過程，在由所供應之氣體對閉鎖料斗加壓之前，進行閉鎖料斗之相互部分加壓。為保持處理條件儘可能恆定，將閉鎖料斗交替加壓及減壓。
在該方法之另一具體實例中，碾磨迴路經惰性氣體覆蓋且為以惰性氣體覆蓋碾磨迴路，使用來自閉鎖料斗之膨脹氣體。將閉鎖料斗以規律的時間間隔減壓，用於進行傳遞過程，其中所排放之氣體可再循環至碾磨裝置。此將使過程在操作上可靠且將設備操作成本保持於合理程度以下。另外，將碾磨迴路之氣體除塵。為此目的，使用一粉塵分離器，其亦可用於將來自閉鎖料斗之膨脹氣體除塵。加壓或膨脹氣體可藉助於一基本上處於過程任何位置之粉塵分離器除塵。
接著較佳將細粉狀燃料材料饋入一饋料槽中。以此方式，有可能根據可用性來儲存燃料材料，且可能暫時地緩衝原料流。因此有可能調整瓶頸狀態，其藉由日後再填充而受到補償。
為進行本發明之方法，可藉由研磨或碾磨而分成小微粒的所有固體含碳燃料材料皆可使用。此等材料尤其可為所有種類之碳，其中硬煤、褐煤及基本上所有碳化種類之煤皆適合。諸如木材、生物燃料及其他諸如塑膠廢物及石油焦的燃料材料或其混合物之生物燃料材料亦適合作燃料材料。為進行本發明之方法，應僅可能將燃料材料壓碎成適合於密集流輸送之細粉狀形式。
在磨碎過程及在饋料槽中儲存之後，將固體材料傳至閉鎖料斗系統，在該閉鎖料斗系統中以所供應之氣體對固體材料加壓，以進行氣化反應。在本發明之較佳具體實例中，饋料槽處於大氣壓下。藉著重力能有利地進行固體材料向閉鎖料斗中之輸送。
為進行本發明之方法，閉鎖料斗系統由至少兩個閉鎖料斗組成。以此方式，有可能以串聯方式連接排放操作，且確保幾乎連續之材料流。在有利具體實例中，閉鎖料斗係被個別地加壓。
在本發明方法之具體實例中，使用兩個閉鎖料斗以確保連續材料流。設備之投資成本因此較低。在本發明之另一具體實例中，亦可能使用三個或三個以上閉鎖料斗。此在高設備產量之狀況下尤其受推薦。
有可能使用複數個閉鎖料斗及複數個一體化元件。原則上，本發明之設施可由任何數目之閉鎖料斗及一體化元件組成。閉鎖料斗數目由設備產量決定。一體化元件數目由閉鎖料斗數目及連續供應管線數目決定。理論上任何數目之不同排列皆為可能的。基本上亦可視需要將閉鎖料斗與一體化元件互相連接。為此，可使用任何數目之連接裝置。較佳的連接裝置為管線。亦可能為例如軟管或凸緣。亦可視需要選擇空間的互相連接模式。
在對槽加壓之後，將所含有之燃料材料以配料的量排出，及接著使槽中之壓力膨脹。在本發明之有利具體實例中，使用膨脹氣體對循環中的下一閉鎖料斗部分地加壓。為了改良功效，此可藉由將膨脹氣體直接引入待加壓之槽中來實施。
為降低膨脹氣體之粉塵負荷，有利地將膨脹氣體引入粉塵分離器中，該粉塵分離器亦用於將來自儲存槽或來自碾磨過程之氣體除塵。原則上，亦有可能藉助於若干獨立粉塵分離器從氣體清除固體材料粉塵。為保持低投資成本，僅使用一個粉塵分離器為有利的。
將來自閉鎖料斗的材料流係經由至少一個一體化元件及連續供應管線送至饋料槽。為利用本發明的優點，閉鎖料斗係以達成至饋料槽是幾乎連續之燃料材料流的方式相繼清空。以此方式，可向氣化反應器之後續饋料槽供應具有適合於氣化反應之壓力的連續材料流，其中饋料槽之填料水平面保持幾乎恆定。可根據方法之有利具體實例來調整饋料槽中燃料材料之填料水平面，使得其經過一段給定時間變化不超過±30%。若本發明之方法係由專業人員進行，則有可能容易地將饋料槽之填料水平面在經過一段延長時間的變化保持於不超過±10%之範圍內。
亦可藉由調整閉鎖料斗與饋料槽之間的壓力差來控制來自閉鎖料斗之細粉狀燃料材料的連續供應，保持饋料槽之填料水平面恆定。進入閉鎖料斗之自由空間中的氣體入口或出口會影響閉鎖料斗與饋料槽之間的壓力差且被用作固體材料傳輸之控制參數。
為進行該方法，細粉狀燃料材料較佳具有小於0.5mm之粒度。此係以碾磨及磨碎處理而達成。可藉由在緊鄰排放噴嘴處向閉鎖料斗中添加氣體而促進固體材料從閉鎖料斗排放。藉由向連續供應管線中或向一體化元件中或向兩者中添加氣體，有可以利地調整連續供應管線中之密度。在此點處添加氣體亦可用來淨化連續供應管線或一體化元件。亦可向介於閉鎖料斗與一體化元件之間的連接元件供應氣體。
在本發明之有利具體實例中，在閉鎖料斗排放時所供應的輸送氣體體積係被回收於饋料槽中，且藉助於一注入器使其返回至閉鎖料斗中。返回之輸送氣體與注入器之推進劑氣體係共同地被當做用於放空閉鎖料斗的置換氣體使用，且因此亦用於在輸送過程中維持閉鎖料斗壓力。
為符合某些要求，有利的是，兩個或兩個以上閉鎖料斗將固體材料同時或暫時同時排放至輸送管線中。可藉著閉鎖料斗之間的氣體連接管線來有利地達成饋料斗之間的氣體平衡。
本發明之方法亦可包括作為本發明之煤氣化方法之後續方法的方法。本發明之方法中亦包括反應器的常規操作所需之方法步驟。此等步驟可為(例如)清潔步驟。此等步驟亦可為諸如供應用於鬆散填料之氣體的支持方法步驟。亦可能為量測諸如填料位準、流率、壓力或溫度之參數的方法步驟。本發明尤其亦描述一種進行此方法之設施。本發明之設施可包括根據本發明之方法操作一煤氣化設備所需的所有設備單元。
技術方案亦針對用於向一供固體燃料材料氣化用之反應器供應固體燃料材料之設施，其包含：
‧一碾磨裝置，
‧一粉塵分離器，
‧一儲存槽，
‧至少兩個閉鎖料斗，
‧至少一個用於密集流輸送的連接裝置，
‧一饋料槽，
‧一氣化反應器，其中：
‧該碾磨裝置係藉助於連接裝置而連接至一儲存容器，其中一粉塵分離器安裝於該碾磨裝置與該儲存槽之間，且
‧該儲存容器係經由適於重力流或密集流輸送之連接裝置而連接至該等閉鎖料斗，且
‧該等閉鎖料斗係藉助於共同使用之適於作密集流輸送之連續供應管線的連接裝置而連接至一饋料槽，且此饋料槽係經由其他燃料材料管線而連接至該氣化反應器。
從閉鎖料斗系統至饋料槽之密集流輸送允許將饋料槽安裝在與閉鎖料斗系統相同或不同的測地高度處。在目前已知之重力閉鎖料斗系統的狀況下，將閉鎖料斗安裝於饋料槽上方為必不可少的。藉由此措施，有可能使總體設備之構造高度降至相當大的程度。亦有可能將閉鎖料斗系統及饋料槽及反應器定位於分開的建築物中。本發明亦涉及針對各別單元可選擇較低構造高度之優點。各種設備組件可視需要加以排列，使得可以靈活方式進行設備的空間布局。
燃料材料從閉鎖料斗至饋料槽的傳遞係經由至少一個連接裝置及至少一個一體化元件實施，且從一體化元件至饋料槽的傳遞係經由密集流輸送之個別連續供應管線來實施。自閉鎖料斗至饋料槽的傳遞可經由具有傳遞連接裝置之其他一體化元件來實施。
視該方法之具體實例而定，使用兩個或兩個以上閉鎖料斗對燃料材料加壓。對於具有高燃料材料處理能力之設備或若閉鎖料斗系統要被加壓至較高壓力，則這是特別推薦的。閉鎖料斗之入口側連接至一饋料槽，該饋料槽藉助於密集流輸送與重力輸送二者將燃料材料輸送至閉鎖料斗中。為此目的，可在儲存槽與閉鎖料斗之間的合適位置安裝一星式饋料器或一材料歧管。亦有可能在儲存槽與閉鎖料斗之間安裝中間容器、球形容器或氣體饋入裝置。
煤氣化設備的燃料材料供應系統亦可包括任何所需類型的碾磨裝置或研磨機。研磨機繼而亦可包括其他磨碎裝置，諸如木材用撕碎機或煤用壓碎機。亦可向研磨機或壓碎機供應氣體或將其以惰性氣體覆蓋。在本發明設施之較佳具體實例中，閉鎖料斗係空間地整合至碾磨單元中且以來自於至少一個細粉狀燃料儲存容器的重力流加以填充。
為進行本發明之方法，閉鎖料斗系統由兩個或兩個以上可從外部加壓的閉鎖料斗組成。將閉鎖料斗系統連接至一上游儲存槽，該儲存槽藉由重力輸送向閉鎖料斗系統供應細粉狀燃料材料。固體材料之輸送或傳輸受到引入氣體的有利影響，使得可將影響固體材料輸送或傳輸之氣體引入裝置安裝於閉鎖料斗系統、密集流輸送管線或饋料槽的任何適當位置中。
閉鎖料斗可為任何所需設計。它們可以圓柱體或球體形式提供。較佳地，它們具備有一向下排放的錐管，該錐管之角度由散裝材料之特性決定，用以抵消成拱作用且確保均均勻的材料流。為此原因，在理想狀況下中，錐管朝向底部逐漸變細。燃料材料因此在以重力方向上向下退出離開。儲存槽以及下游饋料槽亦為此種較佳設計。閉鎖料斗配備有入口閥，經由該等入口閥可對該等閉鎖料斗加壓。閉鎖料斗裝備有用以控制固體材料流、減壓及加壓或進行壓力補償的現有此項技術之噴嘴、關斷閥閉及控制閥。
在本發明之有利具體實例中，膨脹之氣體可再循環至碾磨裝置及/或燃料儲存槽。為了在氣體從系統排放或再循環以供設備使用之前使氣體與粉塵分離，管線較佳繞線經由粉塵分離器。例如，該等粉塵分離器分離粉塵且將其傳至適當處置點或將其再循環至儲存槽。理論上有可能在閉鎖料斗系統、密集流輸送管線、燃料管線或膨脹管線的任何位置安裝可使氣流與固體材料或粉塵分離之裝置。因此，向閉鎖料斗的氣體側連接處提供饋料槽是有優點的。
管線可在任何所需位置設有氣體引入裝置。舉例而言，此等裝置可為所謂「增壓器(booster)」。然而，特別是很容易結塊、堵塞或成拱之固體材料的排放裝置可包括可使固體材料鬆散之額外氣體引入裝置。閉鎖料斗亦可在任何所需位置設有氣體引入裝置。
在這種狀況下，閉鎖料斗之材料排放處配備有一連接元件，來自閉鎖料斗之材料流經由該連接元件傳至一體化元件。由於燃料在自閉鎖料斗至饋料槽的整個輸送過程中處於高於氣化反應器壓力之壓力位準下，因此此等元件應針對高壓設計。為確保材料流受到控制，有利地是安裝閉鎖料斗使得它們相對於一體化元件對稱排列，使得閉鎖料斗與一體化元件之間的連接元件較佳具有相同長度。
一體化元件可為任何所需類型。較佳地，此等一體化元件為呈現混合型元件功能之裝置。此等一體化裝置可為(例如)歧管或Y形歧管，但亦可為所謂「管集箱(pipe header)」。EP 340 419 B1中提供合適一體化元件之實例；此處所述之元件功能相反且用作一體化元件。連接裝置亦可為任何所需類型。較佳所用連接裝置為管。亦可能為軟管或凸緣。
亦可有利地向連接裝置或一體化元件供應用於材料分散之氣體。若提供複數個一體化元件，則它們可分別地被供應氣體。為此目的，一體化元件較佳地設有氣體引入裝置。在本發明之具體實例中，饋料槽亦設有氣體注入裝置或氣體引入裝置。
在本發明之具體實例中，向饋料槽供應固體材料之管線通常在固體材料填料水平面上方結束，且視散裝材料之特性而定，該管線亦可在固體材料水平面下方進入饋料槽。由於若方法有利地進行，則固體材料水平面僅經受略微變化，因此此管線可在饋料槽之較低或中央高度位置處。若固體材料顯示良好氣體保持特性，而此係降低輸送至燃燒器所需之額外氣體量，則以此方式有可能在饋料槽中達成低容積密度。
本發明之設施可在任何所需位置設有固體燃料供應系統操作所需之設備裝備。此裝備可為泵，但亦可為加熱或冷卻裝置。亦包括閥或關斷裝置。理論上，此等裝備可安裝於任何位置。亦可能整合注入器。此處，可使用(例如)所謂「增壓器」(氣體注入器)，但亦可能使用氣體噴射泵。最後，本發明之設施亦包括氣體及固體材料用的溫度計或流量感應器、壓力感應器、位準計或其他量測裝置。
來自閉鎖料斗及來自饋料槽之密集流輸送的設計類型允許在低高度處構造整個設備構造。由於輸送與重力無關，因此設備裝備可安裝於任何所需位置。藉由此系統，空間需求可降至相當大的程度。若干閉鎖料斗及上游儲存槽以及恆定水平面之饋料槽的系統允許達成經給定時期、甚至歷時延長之時段燃料至饋料槽的無故障且極恆定輸送。此有助於設備可靠性且確保恆定的高產物品質。
本發明之設施係藉助於兩個圖式更詳細地說明，具體實例並不限於此等圖式。
圖1展示一煤氣化設備之處理流程，該設備配備有一根據本發明用於供應燃料材料之設施。燃料材料1被供應且引入研磨機或合適碾磨裝置2中。接著將細粉狀燃料材料經由粉塵分離器3及燃料管線3a傳至儲存槽4中，而燃料係在中間被儲存於該儲存槽處。隨後將燃料供應至閉鎖料斗5。所呈現之實施例展示閉鎖料斗中之兩者5a、5b。閉鎖料斗5用以藉由供應氣體而對燃料分批加壓。為此目的，閉鎖料斗5在至填料中之填料引入裝置6'a及氣體引入裝置6'b上方具備氣體引入裝置6a、6b。在閉鎖料斗5之間存在補償管線7，其在需要之狀況下可打開。用於減壓之膨脹管線8離開閉鎖料斗5，經由該膨脹管線8，膨脹氣體可完全或僅部分用於覆蓋碾磨裝置2。然而，膨脹氣體亦可用於以惰性氣體覆蓋儲存槽4。為將藉助於鼓風機8b再循環的碾磨裝置2之再循環氣體8c調整至足夠溫度，管線可具備熱交換器8d或另一種用於供熱之合適裝置。在閉鎖料斗5a、5b下游，將細粉狀燃料材料經由合適之連接裝置9a、9b排放且傳至一體化元件10。可經由氣體管線11向一體化元件10供應氣體。接著將細粉狀材料經由連續供應管線12送至饋料槽13。
在圖1所示之例示性變型中，兩個閉鎖料斗5a、5b使用經由一體化元件10之連續供應管線12。這係藉著以閉鎖料斗5a、5b將固體材料經由一體化元件10交替地饋入密集流輸送連續供應管線12中之方式而有利地達成。為了使從一個閉鎖料斗5a切換至另一個閉鎖料斗5b的間歇時間最小化及確保幾乎不中斷地輸送固體材料，將閉鎖料斗5a、5b兩者以時間上重疊之方式耦接至一體化元件10為有利的。在這方面有幫助的是經由幾乎已放空之閉鎖料斗5a與仍填滿之另一個閉鎖料斗5b之間的補償管線7進行壓力補償。顯然，亦有可能且有利的是以兩個以上閉鎖料斗5實施所述程序。若有兩個以上閉鎖料斗5，則亦有可能使用才剛剛清空且現在應減壓以裝載來自大氣壓儲存槽4之固體材料的閉鎖料斗5之膨脹氣體，用於對仍處於大氣壓條件下之閉鎖料斗5部分加壓。連接裝置9a、9b具備兩個閥(圖中未示)，一者接近料斗排放處，一者接近一體化元件10。在閉鎖料斗5已清空至最低水平面且由接近一體化元件10之閥自一體化元件10關斷之後，推薦在第二閥關閉之前由連接裝置9a、9b處之氣體注入9'a、9'b淨化或吹淨。
在理想狀況下，恆定的填料水平面13a在饋料槽13中佔優勢。饋料槽13之壓力可由氣體補償過程以過量氣體21或饋入氣體22保持恆定。從饋料槽13處，將固體材料經由燃料管線14a、14b送至具有一或多個燃燒器16a、16b之煤氣化反應器15。在此狀況下，將用於供應固體燃料之整個設施定位於獨立的設備單元，碾磨單元建築物17a中。將煤氣化反應器15及饋料槽13定位於另一建築物，氣體產生單元建築物17b中。
針對加壓氣體之需求適度增加而獲得已提及之本發明優點，該等優點尤其涉及裝備條目數、構造高度及因此投資成本大量降低以及設備可靠性增加。此係由於用於連續供應管線12中固體材料之密集流輸送的部分氣體(其已用於使固體材料密度降至饋料槽13中佔優勢之值以下的值)因其為過量氣體而不可用作煤氣化反應器15之饋入氣體，參見圖2。若無額外裝置可用，則此部分有待作為過量氣體21不加使用而移除。同時，閉鎖料斗5(其為主動傳遞料斗)中常常需要該氣體量作為固體材料排放量之置換。因此其本身建議藉由使來自饋料槽13之過量氣體21作為再循環氣體20再循環至閉鎖料斗且將其用於部分取代置換所消耗之氣體而減少對氣體的需求。這可由一鼓風機或另一用於增加壓力之裝置來實施。由於同時處於高系統壓力下之饋料槽13與閉鎖料斗5之間有待克服的低壓力差，注入器18本身尤其視為一氣體噴射泵。另外，該泵亦能夠輸送含粉塵氣體，無需粉塵分離。推進劑氣體用作用於達成置換目的之加壓氣體，在顯著較高壓力下可使用該加壓氣體。注入器18之壓力側切換至當前主動閉鎖料斗。在典型操作條件下，再循環氣體部分佔置換氣體量約25%。同時，推進劑氣體23之供應壓力比閉鎖料斗壓力高約10巴，而再循環氣體20之壓力僅比閉鎖料斗壓力高約1-2巴。此等數值關係使得對於專業人員來說，注入器系統18在指定條件下完全可操作是顯而易見的。
用以下方式將氣體再循環整合至饋料槽13之壓力控制系統中：基於過量氣體21是要在恆定操作條件下從饋料槽13移除的考慮，藉由使注入器18吸出所釋放量之氣體且將其饋入閉鎖料斗5中來避免饋料槽13中壓力增加。若饋料槽13中之壓力繼續上升，則過多壓力量係以過量氣體21的形式加以移除。若需要的話，則此氣體亦可有益地用於(例如)取代在各種位置饋入氣化反應器中之淨化氣體。尤其在再循環氣體20及過量氣體21之管線中之閥是關閉的情況下的啟動程序期間，萬一饋料槽13需要不可能由過量氣體21達成的壓力增加，不足量由新鮮饋入氣體22補償。
用作注入器18之推進劑氣體23的加壓氣體由閉鎖料斗5之壓力控制器來補償控制。視節流閥在推進劑氣體管線中之位置而定，推進劑氣體之量在介於置換所需氣體量之70%與100%之間的範圍內。閉鎖料斗壓力之設定值經由來自饋料槽13之水平面(或自其重量)之級聯(圖中未示)決定。關於水平面，提供固定的設定值(例如，50%)。若超過此設定值，則閉鎖料斗5與饋料槽13之間由控制器級聯控制的壓力差值係降低，使得隨後饋入之固體質量流減少，且若水平面降至設定值以下，則反之控制器係會操作。
圖3至圖8以實施例展示具有各種數目之閉鎖料斗5及一體化元件10的配置。此等閉鎖料斗5及一體化元件10係由管線以不同方式連接。
圖3展示本發明包括三個閉鎖料斗5及一個一體化元件10之設施，其中各閉鎖料斗5係經由連接裝置9而連接至一體化元件10，且一體化元件10係經由連續供應管線12而連接至饋料槽13。可經由氣體管線11向一體化元件10供應氣體。
圖4展示本發明包括三個閉鎖料斗5及兩個一體化元件10之設施，其中兩個閉鎖料斗5係經由連接裝置9a、9b而連接至第一一體化元件10a，且第一一體化元件10a係經由另一連接裝置而連接至第二一體化元件10b，且第三閉鎖料斗5係經由連接裝置9c而直接連接至第二一體化元件10b，且第二一體化元件10b係經由連續供應管線12而連接至饋料槽13。
圖5展示本發明包括四個閉鎖料斗5及三個一體化元件10之設施，其中兩個閉鎖料斗5係各自經由連接裝置9a-9d而各自連接至一個一體化元件10，此等一體化元件10係經由其他連接元件9e、9f而連接至第三一體化元件10c，且第三一體化元件10c係經由連續供應管線12而連接至饋料槽13。
圖6展示本發明包括六個閉鎖料斗5及兩個一體化元件10之設施，其中三個閉鎖料斗5係各自經由連接裝置9而各自連接至一個一體化元件10，此等一體化元件10係經由獨立連續供應管線12a、12b而連接至饋料槽13。
圖7展示本發明包括八個閉鎖料斗5及兩個一體化元件10之設施，其中四個閉鎖料斗5係各自經由連接裝置9a、9b而各自連接至一個一體化元件10，此等一體化元件10係經由獨立連續供應管線12而連接至饋料槽13。
圖8展示本發明包括八個閉鎖料斗5及三個一體化元件10之設施，其中四個閉鎖料斗5係經由連接裝置9而各自連接至一個一體化元件10a、10b，此等一體化元件10a、10b係經由其他連接元件9而連接至第三一體化元件10c，且第三一體化元件10b係經由連續供應管線12而連接至饋料槽13。
1．．．燃料材料
2．．．碾磨裝置
3．．．粉塵分離器
3a．．．燃料管線
4．．．儲存槽
5、5a、5b．．．閉鎖料斗
6、6a、6b．．．氣體引入裝置
6'a、6'b．．．氣體引入裝置
7．．．補償管線
8．．．膨脹管線
8a．．．膨脹氣體管線
8b．．．鼓風機
8c．．．再循環氣體
8d．．．熱交換器
9a-9f．．．連接裝置
9'a、9'b．．．氣體注入
10、10a-10c．．．一體化元件
11．．．氣體管線
12、12a、12b．．．連續供應管線
13．．．饋料槽
13a．．．填料水平面
14a、14b．．．燃料管線
15．．．煤氣化反應器
16a、16b．．．燃燒器
17a．．．碾磨單元建築物
17b．．．氣體產生單元建築物
18．．．注入器
19．．．氣體
20．．．再循環氣體
21．．．過量氣體
22．．．饋入氣體
23．．．推進劑氣體
PC．．．壓力控制器
Δp．．．作為控制參數之壓力
圖1展示一煤氣化設備之處理流程，該設備配備有一根據本發明用於供應燃料材料之設施。
圖2顯示出在圖1中煤氣化設備之氣體產生單元的建築物。
圖3展示本發明包括三個閉鎖料斗5及一個一體化元件10之設施。
圖4展示本發明包括三個閉鎖料斗5及兩個一體化元件10之設施。
圖5展示本發明包括四個閉鎖料斗5及三個一體化元件10之設施。
圖6展示本發明包括六個閉鎖料斗5及兩個一體化元件10之設施。
圖7展示本發明包括八個閉鎖料斗5及兩個一體化元件10之設施。
圖8展示本發明包括八個閉鎖料斗5及三個一體化元件10之設施。
1．．．燃料材料
2．．．碾磨裝置
3．．．粉塵分離器
3a．．．燃料管線
4．．．儲存槽
5、5a、5b．．．閉鎖料斗
6a、6b．．．氣體引入裝置
6'a、6'b．．．氣體引入裝置
7．．．補償管線
8．．．膨脹管線
8a．．．膨脹氣體管線
8b．．．鼓風機
8c．．．再循環氣體
8d．．．熱交換器
9a、9b．．．連接裝置
9'a、9'b．．．氣體注入
10．．．一體化元件
11．．．氣體管線
12．．．連續供應管線
13．．．饋料槽
13a．．．填料水平面
14a、14b．．．燃料管線
15．．．煤氣化反應器
16a、16b．．．燃燒器
17a．．．碾磨單元建築物
17b．．．氣體產生單元建築物
21．．．過量氣體
22．．．饋入氣體
Δp．．．作為控制參數之壓力

Claims (34)

  1. 一種用於向一供固體燃料材料氣化用之反應器供應固體燃料材料之設施，其包含：一碾磨裝置(2)，一粉塵分離器(3)，一儲存槽(4)，至少兩個閉鎖料斗(5)，一用於密集流輸送之連接裝置(12)，一饋料槽(13)，一氣化反應器(15)，其中：該碾磨裝置(2)係藉助於連接裝置而連接至一儲存容器(4)，其中一粉塵分離器(3)係安裝於該碾磨裝置(2)與該儲存槽(4)之間，其特徵在於：該儲存容器(4)係經由適於重力流或密集流輸送之連接裝置而連接至該等閉鎖料斗(5)，且該等閉鎖料斗(5)係藉助於共同使用之適於作密集流輸送之連續供應管線(12)的連接裝置(12)而連接至一饋料槽(13)，且此饋料槽係經由另外的燃料管線(14)而連接至該氣化反應器(15)，該閉鎖料斗系統(5)由兩個或兩個以上可自外部加壓之閉鎖料斗組成，以及一或多個氣體引入裝置可安裝於該閉鎖料斗系統(5)、該等密集流輸送管線、該等氣體側連接管線(20) 或該饋料槽(13)的任何位置，藉此有可能影響固體材料之輸送或傳輸。
  2. 如申請專利範圍第1項之設施，其特徵在於該燃料材料自閉鎖料斗(5)至積料槽(13)的傳遞係經由至少一個連接裝置(9)及至少一個一體化元件(10)來實施，且自一體化元件(10)至饋料槽(13)的傳遞係經由密集流輸送之個別連續供應管線(12)或經由具有傳遞連接裝置(9e、9f)之其他一體化元件(10)來實施。
  3. 如申請專利範圍第2項之設施，其特徵在於該設施包括三個閉鎖料斗(5)及一個一體化元件(10)，其中各閉鎖料斗(5)係經由一連接裝置(9)而連接至一體化元件(10)，且一體化元件(10)係經由另一連接裝置(12)而連接至饋料槽(13)。
  4. 如申請專利範圍第2項之設施，其特徵在於該設施包括三個閉鎖料斗(5)及兩個一體化元件(10)，其中兩個閉鎖料斗(5)係經由連接裝置(9a、9b)而連接至第一一體化元件(10a)，且該第一一體化元件(10a)係經由另一連接裝置(9c)而連接至第二一體化元件(10b)，且第三閉鎖料斗(5)係經由一連接裝置而直接連接至該第二一體化元件(10b)，且該第二一體化元件(10b)係經由另一連接裝置(12)而連接至饋料槽(13)。
  5. 如申請專利範圍第2項之設施，其特徵在於該設施包括四個閉鎖料斗(5)及三個一體化元件(10)，其中兩個閉鎖料斗(5)係各自經由連接裝置(9a-9d)而各自連接至 一個一體化元件(10)，此等一體化元件(10)係經由其他連接元件(9e、9f)而連接至第三一體化元件(10c)，且該第三一體化元件(10c)係經由另一連接裝置(12)而連接至饋料槽(13)。
  6. 如申請專利範圍第2項之設施，其特徵在於設施包括六個閉鎖料斗(5)及兩個一體化元件(10)，其中三個閉鎖料斗(5)係各自經由連接裝置(9)而各自連接至一個一體化元件(10)，此等一體化元件(10)係經由獨立連接裝置(12a、12b)而連接至饋料槽(13)。
  7. 如申請專利範圍第2項之設施，其特徵在於該設施包括八個閉鎖料斗(5)及兩個一體化元件(10)，其中四個閉鎖料斗(5)係各自經由連接裝置(9)而連接至一個一體化元件(10)，此等一體化元件(10)係經由獨立連接裝置(12)而連接至饋料槽(13)。
  8. 如申請專利範圍第2項之設施，其特徵在於該設施包括八個閉鎖料斗(5)及三個一體化元件(10)，其中四個閉鎖料斗(5)係各自經由連接裝置(9)而各自連接至一個一體化元件(10a、10b)，此等一體化元件(10a、10b)係經由其他連接裝置(9)而連接至第三一體化元件(10b)，且該第三一體化元件(10b)係經由另一連接裝置(12)而連接至饋料槽(13)。
  9. 如申請專利範圍第1項至第8項中任一項之設施，其特徵在於閉鎖料斗(5a、5b)空間上整合至碾磨單元(1)中且從至少一個儲存槽(4)裝載細粉狀燃料材料。
  10. 如申請專利範圍第1項之設施，其特徵在於該閉鎖料斗系統(5)連接至一下游儲存槽(4)，該儲存槽(4)藉由重力輸送向該閉鎖料斗系統供應細粉狀燃料材料。
  11. 如申請專利範圍第1項至第8項中任一項之設施，其特徵在於閉鎖料斗(5)之氣體側與饋料槽(13)係由至少一個連接管線(20)連接。
  12. 如申請專利範圍第1項之用於引入氣體之裝置，其特徵在於該等氣體引入裝置中之至少一者為一注入器(18)。
  13. 如申請專利範圍第1項至第8項中任一項之設施，其特徵在於可在該閉鎖料斗系統(5)、膨脹管線(7、8、8a)、再循環管線(20)或過量氣體管線(21)的任何位置，安裝能使氣流與固體材料或粉塵分離的裝置。
  14. 一種向一經冷卻反應器(15)供應細粉狀燃料材料用於在壓力下在與含氧氣化劑反應中氣化之方法，其中：氣化器出口溫度高於介於1200℃與2000℃之間的範圍之爐渣熔點且壓力介於0.3MPa與8MPa之間，且該細粉狀燃料材料係經由一栓系統(5)加壓至高於該氣化器壓力之壓力位準、被傳遞至至少一個饋料槽(13)且自彼處以密集流經由至少一個燃料管線(14)配料至一或數個氣化器(15)之一或多個氣化燃燒器(16)中，且其特徵在於：自至少兩個閉鎖料斗(5a、5b)至至少一個饋料槽(13)的傳遞係藉由使用一氣動連續供應管線以至少100kg/m3 之 固體材料密度及至少0.5巴(bar)之差力壓共同、同時或連續地進行。
  15. 如申請專利範圍第14項之供應細粉狀燃料材料之方法，其特徵在於來自閉鎖料斗(5)之膨脹氣體(8)至少部分用於以惰性氣體覆蓋碾磨迴路。
  16. 如申請專利範圍第14項之供應細粉狀燃料材料之方法，其特徵在於碾磨單元之粉塵分離器(3)亦用於將來自閉鎖料斗(5)之膨脹氣體(8a)除塵。
  17. 如申請專利範圍第14項之供應細粉狀燃料材料之方法，其特徵在於由所供應之氣體(6a、6b)加壓之前進行閉鎖料斗(5a、5b)之相互部分加壓。
  18. 如申請專利範圍第14項之供應細粉狀燃料材料之方法，其特徵在於該燃料材料係經由多個連續供應管線(12)自閉鎖料斗(5)輸送至饋料槽(13)，該等連續供應管線之數目小於閉鎖料斗(5)之數目。
  19. 如申請專利範圍第14項至第18項中任一項之供應細粉狀燃料材料之方法，其特徵在於來自各閉鎖料斗(5)出口之固體材料係經由一連接元件(9a、9b)傳至一體化元件(10)，且接著傳至該連續供應管線(12)中，一體化元件之數目小於閉鎖料斗之數目且與連續供應管線之數目至少相同。
  20. 如申請專利範圍第14項至第18項中任一項之供應細粉狀燃料材料之方法，其特徵在於一體化元件(10)係設置成接近且較佳地對稱於閉鎖料斗(5)之出口噴嘴。
  21. 如申請專利範圍第14項至第18項中任一項之供應細粉狀燃料材料之方法，其特徵在於暫時地至少兩個閉鎖料斗(5)同時將固體材料排放到連續供應管線(12)中。
  22. 如申請專利範圍第14項之供應細粉狀燃料材料之方法，其特徵在於饋料槽(13)在空間上係整合至碾磨單元的建築物中。
  23. 如申請專利範圍第14項至第18項中任一項之供應細粉狀燃料材料之方法，其特徵在於閉鎖料斗(5)之測地安裝高度小於饋料槽(13)之安裝高度。
  24. 如申請專利範圍第14項之供應細粉狀燃料材料之方法，其特徵在於連續供應管線(12)在固體材料水平面下方進入饋料槽(13)。
  25. 如申請專利範圍第14項之供應細粉狀燃料材料之方法，其特徵在於該等固體細粉狀燃料材料之粒度小於0.5mm。
  26. 如申請專利範圍第14項之供應細粉狀燃料材料之方法，其特徵在於自閉鎖料斗(5)之連續供應係藉由調整閉鎖料斗與饋料槽之間的壓力差來控制，使得饋料槽(13)之填料水平面保持恆定。
  27. 如申請專利範圍第14項之供應細粉狀燃料材料之方法，其特徵在於進入該等閉鎖料斗之自由空間中之氣體入口或出口(6a、6b)影響閉鎖料斗(5)與饋料槽(13)之間的壓力差且用作固體材料傳輸之控制參數。
  28. 如申請專利範圍第14項之供應細粉狀燃料材料之 方法，其特徵在於固體材料之排放係藉由在緊鄰排放噴嘴處向該閉鎖料斗中添加氣體(6'a、6'b)來促成。
  29. 如申請專利範圍第14項之供應細粉狀燃料材料之方法，其特徵在於連續供應管線(12)中之密度係藉由向連續供應管線(12)及/或一體化元件(10)中添加氣體(11)來調整。
  30. 如申請專利範圍第14項之供應細粉狀燃料材料之方法，其特徵在於連續供應管線(12)可藉由向連續供應管線(12)本身及/或一體化元件(10)中添加氣體(9'a、9'b)來淨化。
  31. 如申請專利範圍第14項之供應細粉狀燃料材料之方法，其特徵在於介於閉鎖料斗(5)與一體化元件之間的連接元件(9a、9b)係供應有氣體(9'a、9'b)。
  32. 如申請專利範圍第14項之供應細粉狀燃料材料之方法，其特徵在於閉鎖料斗(5)之排放處所供應之輸送氣體體積(6'a、6'b)係被回收於饋料槽(13)中且藉助於一增壓器返回至閉鎖料斗(5)。
  33. 如申請專利範圍第14項之供應細粉狀燃料材料之方法，其特徵在於閉鎖料斗(5)之排放處所供應之輸送氣體體積(6'a、6'b)係被回收於饋料槽(13)中且藉助於一注入器返回至閉鎖料斗(5)。
  34. 如申請專利範圍第32項或第33項之供應細粉狀燃料材料之方法，其特徵在於用以控制閉鎖料斗(5)之壓力的推進劑氣體(23)係用於操作注入器(18)。
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