TWI487782B - 氣化反應器 - Google Patents
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Description
本發明係一種用於製造如申請專利範圍第1項描述之含CO或H2
之原料氣體的氣化反應器。
例如本發明之專利申請人在WO2009/036985 A1即揭示此類的氣化反應器,另外在許多其他的專利中也揭示與此類氣化反應器有關的技術,例如US 4 474 584,尤其是如何將高溫的合成氣體冷卻的技術。屬於這方面的已知技術還包括DE 35 30 918 C3、DE 691 02878 T2及EP 0 046 600 B1。
本發明致力於解決此類反應器出現的問題,本發明之應用範圍並不限於此處提及之特定的氣化反應器,而是亦可應用於可能出現將在以下描述之類似問題的器具。
此類器具必須適於用來執行對分佈得很均勻之燃料進行高壓氣化/燃燒的方法,為此需要將反應器內的煤灰、分佈均勻之生質燃料、油、焦油等燃料部分氧化。另外也需要個別或一起將爐渣或飛灰及製造出的合成氣體/原料氣體排出。此外還必須能夠冷卻反應產物(氣體及爐渣/飛灰),例如視所使用的製造方法採用噴淋驟冷、吹氣驟冷、輻射驟冷、對流加熱面等冷卻方式,最後還必須考慮從壓力罐中將反應產物束流引出的方式。
本發明的目的是形成一具有錐形區域的冷卻屏以在壓力罐內排出氣體及/或爐渣,同時避免在冷卻屏及壓力罐之間的懸掛/連接(支撐負荷)出現微差膨脹。
為達到上述目的,本發明的作法是將隔膜的負荷直接或間接支撐在冷卻劑輸入管或混合物輸出管上,其中一種有利的作法是將冷卻劑輸入管及/或混合物輸出管定位在由燃燒器規定的中性平面上,並在該位置穿過壓力罐。
本發明解決的另外一個問題是在容器平面之法線上形成一個位於壓力罐及內部結構之間的固定點平面,這樣就可以平衡因極端溫差造成的膨脹,這是因為在固定點平面上完全沒有或是只有很小的微差膨脹。隔膜對壓力罐壁是完全氣密的。這種隔膜筐的底部及/或頂部設有適當的開口,以利於氣體、爐渣、水的流入及/或流出。
本發明的一個特色是在進行氣化及燃燒高壓煤粉之類的工作時,燃燒器可以穿過壓力罐及冷卻屏,而且不會出現膨脹的情況。
EP 0 616 022 B1處理一部分前面提及的問題。該專利描述的是氣化反應器及直接位於其後之對流式加熱面。該專利揭示一種外圍被一壓力罐圍繞的隔膜結構。負荷經由獨立的構件,從隔膜被傳遞到壓力罐。這些構件具有本身的熱循環,其作用是將構件加熱。這種結構的缺點是除了現有的熱循環外,還必須另外為隔膜設置熱循環,這樣不但會佔用更多的空間,而且會增加製造成本。
本發明是將隔膜的管子固定在一位於加熱面下方及/或上方的環形分配器上,其中該環形分配器係與冷卻劑輸入管及/或混合物輸出管連接。
原則上反應空間之隔膜構造可以有各種不同的設計方式,本發明之氣化反應器具有一隔膜筐,以及具有由冷卻管構成的上方錐形區及下方錐形區,該氣化反應器之特徵是錐形隔膜筐區具有彼此分開的冷卻水流入管及冷卻水流出管,其中構成垂直隔膜的一部分管子作為構成下方及/或上方錐形區之管子的承載元件。
這種構造方式的一個特殊處是,構成圓柱形隔膜的冷卻劑流通管至少有一部分同時是以支承方式承載下方隔膜筐區,或是以懸掛方式承載上方隔膜筐區。
根據本發明之一實施方式,構成承載元件的管子分別由各個環形分配器向通過各個隔膜筐區的下方或上方並回到隔膜內,這樣就可以從環形分配器的不同平面,將構成承載元件的管子引出,以便在任何時候都能夠以最理想的角位支撐所承載或懸掛的隔膜筐區的負荷。
根據本發明的另一實施方式,如果隔膜是由同時構成上方及下方錐形區的連續管子構成,則在環形室內的隔膜管上設置角撐,該等角撐係支撐在冷卻劑輸入管或混合物輸出管上,另外也可以將隔膜及上方及下方錐形區設計成都是由相同的冷卻劑管構成,其中各相應的管子段係以相互逐區移動或推動的方式設置,以形成各個隔膜筐區,這樣就可以很簡單的方法形成理想的隔膜筐區。
第1圖中的氣化反應器1具有一個壓力罐2,壓力罐2內有一個與壓力罐2之內壁間隔一段距離的由上往下設置並被隔膜3圍繞住的反應空間4。冷卻劑輸入管5會對隔膜施加負荷。隔膜3經由一下方錐形區6轉變成一變窄的通道,該通道構成過渡區8的一部分,其中在變窄的過渡通道7內設有渦流式制動器9。在供液態灰分流動之過渡區8內之過渡通道7的尾端設有一與第一滴落邊10相距一段距離的滴落邊10a。
過渡區8連接一個驟冷空間或驟冷通道11,之後是一置於水池13中的爐渣收集容器12。
以下將詳細說明將隔膜3圍繞住之反應空間4的構造。
根據第2圖的實施例,隔膜3是由供冷卻劑流過且僅以虛線繪出的管子所構成,這些管子同時形成上方及下方錐形區3a及3b,其中冷卻劑是經由冷卻劑輸入管5輸入,混合物輸出管14受到來自上方及下方環形分配器15及16的負荷。
第2圖僅以示意方式顯示可能穿過壓力罐2之內壁及隔膜3的元件,例如燃燒器17。這些元件定義的平面(18)在第2圖中是以虛線繪出。
冷卻劑輸入管5及/或混合物輸出管14的入口及/或出口應穿過平面18,或是應將壓力罐內壁2設置在盡可能靠近平面18的位置,第2圖中的”x”顯示壓力罐內壁的設置位置。
第3圖的實施例與第2圖略有不同。在第3圖的實施例中,下方及上方錐形區3'及3”是由分開的冷卻管系統構成,這些冷卻管系統係以氣密方式與隔膜3連接,並擁有本身的冷卻劑輸入管及冷卻劑輸出管(但並未在第3圖中詳細繪出)。
在第3圖的實施例中,下方錐形區3’被若干冷卻管支撐住,例如這些冷卻管在下方錐形區3’的下方交替彎成彎角形而從隔膜3向外彎出,並回到下方環形分配器15,以支撐下方錐形區3’,這些管子就是第3圖中的冷卻管3a。
上述構造亦可適用於下方錐形區3”,但是此部分並未在第3圖中詳細繪出。
如第4-7圖顯示的各種變化方式,本發明的一個特殊處是直接使用冷卻劑輸入管5或混合物輸出管14,以支撐隔膜3的負荷。
第4圖顯示一種由3個部分組成的隔膜筐,這3個部分包括圓柱形區3及本身擁有管子的下方錐形區3’及上方錐形區3”,其中下方及上方錐形區均以氣密方式與圓柱形隔膜連接。
為了支撐下方錐形區3’,構成圓柱形隔膜3的管子有一部分是彎成角形從平面向外彎出,並伸入下方環形分配器15,其中垂直之隔膜3的大部分管子是以沒有彎折的方式進入這個環形分配器。環形分配器15本身被複數個冷卻劑輸入管5支撐住,因而整個結構也是這樣被支撐住。
冷卻劑輸入管5及/或混合物輸出管14的入口及/或出口應位於第4圖中以虛線繪出的中性平面18或附近,以避免或平衡微差膨脹。
第5圖顯示一種略加改變的實施例。在第5圖的實方例中,具有上方及下方錐形區的隔膜筐是由連續的冷卻管構成。隔膜筐(尤其是圓柱形隔膜3)的上方區域具有角撐19,其中混合物輸出管14具有相應的支座20,角撐19支撐在支座20上,以便將整個隔膜筐支撐住。
第6圖顯示另外一種略加改變的實施例。在第6圖的實施例中,角撐19a是支撐在支座20a上,而支座20a則是被定位在相應的冷卻劑輸入管5上,以便將整個隔膜筐支撐住。
第7圖顯示另外一種實施例,在這個實施例中,有冷卻劑流過的支撐元件21被設置在下方環形成配器5上,隔膜筐3的支座22就支撐在這些支撐元件上。
當然,以上描述之本發明的實施例還可以有各式各樣的變化,但這些變化都不會離開本發明的基本構想。例如也可以採用混合的支撐方式,其中一種可能的方式是一方面將下方隔膜筐區3’的支座支撐在彎出的冷卻劑管上,另一方面再搭配使用第4圖及第6圖的支座19及20。
1...氣化反應器
2...壓力罐/壓力罐內壁
3...隔膜/隔膜管
3’,3”,6...隔膜筐區/錐形區
3a...上方錐形區
3b...下方錐形區
4...反應器室
5...冷卻劑輸入管
7...過渡通道
8...過渡區
9...渦流式制動器
10...第一滴落邊
10a...滴落邊
11...驟冷通道
12...爐渣收集容器
13...水池
14...混合物輸出管
15,16...環形分配器
17...燃燒器
18...平面
19,19a...角撐
20,20,22...支座
21...支撐元件
以下配合圖式及實施例對本發明的細節、特徵及優點做進一步的說明。其中:
第1圖:本發明之氣化反應器的原理示意圖。
第2及第3圖:另一種具有不同之反應空間之氣化反應器的原理示意圖。
第4-7圖:具有不同之管子的反應空間的半剖面原理示意圖。
1...氣化反應器
2...壓力罐/壓力罐內壁
3...隔膜/隔膜管
3a...上方錐形區
3b...下方錐形區
4...反應器室
5...冷卻劑輸入管
12...爐渣收集容器
13...水池
14...混合物輸出管
15,16...環形分配器
17...燃燒器
18...平面
Claims (6)
- 一種製造含CO或H2 之原料氣體的氣化反應器(1),其製造方法是以高於灰分之熔化溫度,利用含氧氣體將含灰分的燃料氣化,此種氣化反應器具有一壓力罐(2)及一冷卻管構成之隔膜(3)形成的反應器(4),其中在壓力罐(2)的內壁及隔膜(3)之間形成一裝有燃燒器(17)之類的元件的環形室,該等元件大致上是在同一平面(18)上以水平方式穿過壓力罐壁及隔膜,其特徵為:將隔膜(3)的負荷直接或間接支撐在冷卻劑輸入管(5)或混合物輸出管(14)上。
- 如申請專利範圍第1項的氣化反應器,其中,隔膜(3)的管子係固定在一位於加熱面下方及/或上方的環形分配器(15,16)上,其中該環形分配器(15,16)係與冷卻劑輸入管(5)及/或混合物輸出管(14)連接。
- 如申請專利範圍第1項的氣化反應器,其中,氣化反應器具有一隔膜筐,以及由冷卻管構成的上方錐形區及下方錐形區,錐形隔膜筐區(3’,3”)具有彼此分開的冷卻水流入管及冷卻水流出管,其中構成垂直隔膜(3)的一部分管子(3a)是作為構成下方及/或上方錐形區(3’,3”)之管子的承載元件。
- 如申請專利範圍第3項的氣化反應器,其中,構成承載元件的管子(3,3a)分別由各個環形分配器(15,16)向通過各個隔膜筐區的下方或上方並回到隔膜內。
- 如申請專利範圍第1項的氣化反應器,其中,在環形室內的隔膜管(3)上設置角撐(19),該等角撐係在支座(20)支撐在冷卻劑輸入管(5)或混合物輸出管(14)上。
- 如申請專利範圍第1至5項中任一項的氣化反應器,其中,隔膜(3)及上方及下方錐形區(3a,3b)是由相同的冷卻劑管構成,其中各相應的管子段係以相互逐區移動或推動的方式設置,以形成各個隔膜筐區。
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