用于固體燃料的固定床壓力氣化的裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及具有提高的效率以及固體燃料的擴(kuò)寬的應(yīng)用范圍的、用于固體燃料的固定床壓力氣化的裝置。為此，借助于固定床壓力式氣化器實(shí)施該方法，該固定床壓力式氣化器具有：粗顆粒的固體燃料的輸入部件和氣體吸收部件，所述輸入部件和氣體吸收部件兩個(gè)都位于固定床壓力式氣化器的頂部；位于固定床壓力式氣化器底部的旋轉(zhuǎn)爐篦和排渣部件；用于第一氣化劑的可調(diào)節(jié)的輸入部件，該第一氣化劑借助于固定床壓力式氣化器的旋轉(zhuǎn)爐篦進(jìn)行非成渣的氣化，其中可設(shè)定蒸汽-氧氣-比例的臨界最小值；旋轉(zhuǎn)爐篦上方的固定床填料；除使用旋轉(zhuǎn)爐篦輸入的第一氣化劑外，還通過至少一個(gè)延伸至固定床填料的上部區(qū)域中的氣化劑噴嘴注射用于成渣的氣化的第二氣化劑。
【專利說明】用于固體燃料的固定床壓力氣化的裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種具有提高的效率以及固體燃料的擴(kuò)寬的應(yīng)用范圍的、用于固體燃料的固定床壓力氣化的方法和裝置。根據(jù)本實(shí)用新型的方法和裝置允許了具有較高微粒份額的炭的氣化和/或額外地微粒的和粉末狀的燃料的氣化。
[0002]

【背景技術(shù)】
[0003]粗粒的固體燃料,也就是說粒徑大于約5mm和小于約10mm的粗粒的炭和/或含炭的固體燃料的氣化優(yōu)選在固定床中根據(jù)固定床壓力氣化FDV工藝(也已知為Fixed BedDry Bottom Gasificat1n)進(jìn)行。燃料借助于壓力閘過頂?shù)剌斎牍潭ù矇毫κ綒饣髦?。在固定床壓力式氣化器的高度上延伸的固定?其實(shí)是移動(dòng)床)中，自上而下以理想類型的方式形成了如下區(qū)域:干燥區(qū)、熱解區(qū)、氣化區(qū)、氧化區(qū)和灰分區(qū)?；曳衷跉饣鞯撞客ㄟ^旋轉(zhuǎn)爐篦排出，該旋轉(zhuǎn)爐篦同時(shí)用于輸入氣化劑。原料氣體排出部位于固定床壓力式氣化器的頂部。
[0004]氣化劑基本上由工程氧氣和蒸汽組成。后者被過量供給，以便把氧化區(qū)中最大溫度限制在對(duì)固定床壓力氣化來說重要的熔渣溫度值之下或附近并進(jìn)而避免形成大的干擾運(yùn)行的灰分聚合體或避免成渣(非成渣氣化)。在氣化劑中蒸汽和氧氣的量比例是用于控制過程的最重要的參量之一。其通常以蒸汽-氧氣-比例(DSV)，優(yōu)選以單位每立方米(1.N.)氧氣(體積比100% )多少千克蒸汽說明。根據(jù)熔渣溫度的大小要求最小值在約4kg/m3(高熔度灰分)和約9kg/m3(低熔度灰分)之間。盡管蒸汽剩余量提高了氣體流動(dòng)速度以及和原料氣體一起通過原料氣體排出被排出的微粒的參量，然而并不有助于提高反應(yīng)轉(zhuǎn)化。雖然蒸汽-氧氣-比例的值與熔渣溫度適應(yīng)且保持為盡可能小(在“成渣極限”上用于所謂的“熱”運(yùn)行方式的蒸汽-氧氣-比例的臨界最小值)，但是主要導(dǎo)致了在最大功率、填料的可通流性和除塵方面明顯的限制，也參見J.Schmalfeld:Die Verredlung undUmwandlung von Kohle, DGMK(2008),第 311 頁。
[0005]由此導(dǎo)致的固定床壓力氣化的常見缺點(diǎn)在于，待氣化的固體燃料僅允許包含小份額的粒徑小于約5mm的精細(xì)燃料以及尤其是粒徑小于約Imm的粉塵狀燃料。否則出現(xiàn)微粒材料在固定床中具體的聚積，導(dǎo)致固定床的不規(guī)則的、通道類型的流經(jīng)，以及高的除塵量、不完全的炭材料轉(zhuǎn)化為灰分或成渣。在以不同方式使用燒結(jié)的硬煤或壓制成煤磚的褐煤時(shí)這些負(fù)面作用增強(qiáng)。
[0006]此外，對(duì)流原理的常見的缺點(diǎn)還有固定床壓力氣化的低的原料氣體排出溫度。氨、不可冷凝的較大的烴、酚以及焦油一它們和排出的粉塵一起在水中被分離(焦油-冷凝氨水-粉塵-混合物)一通常是不期望的副產(chǎn)品。原料氣體排出溫度基于使用燃料對(duì)應(yīng)于過程的總熱量平衡出現(xiàn)。除了氣體和固體燃料(例如降低的填料)之間有針對(duì)性地布置的、不完全的熱交換的特殊情況之外，不會(huì)主動(dòng)提高原料氣體排出溫度。
[0007]為了遵守待氣化的粗粒的燃料的要求的粒度范圍，必須對(duì)輸送的原煤進(jìn)行預(yù)加工。尤其在氣化之前篩分和/或洗滌硬煤，以便分離微粒(coal fines)、降低灰分含量以及提高待氣化的固體燃料的質(zhì)量。通常，小于5_的微粒份額占未篩分的輸送的炭的50%以內(nèi)。因?yàn)榉蛛x的炭微粒不能容易地用于在固定床壓力氣化時(shí)產(chǎn)生合成氣，所以尋找相應(yīng)的解決方案。
[0008]根據(jù)EP10792A1由微粒的燃料形成小球，小球被非燒結(jié)的包裹層包圍。GB1435089A描述了細(xì)煤/灰分/浙青-混合料的制造，所述混合料在擠出機(jī)中加工為擠出物并從擠出機(jī)直接被壓入大氣運(yùn)行的固定床壓力式氣化器的無煤氣空間中。也建議把膨潤土作為用于炭微粒的成球輔助工具(US4，773，919B1)?；蛘?，US4, 146，369B1規(guī)定，固定床壓力式氣化器向上擴(kuò)展了流化床氣化器以及其上擴(kuò)展了飛流氣化器(Flugstromvergaser),其中應(yīng)該能使用微粒的和粉塵狀的燃料。也建議了用于加工微粒的和粉塵狀的燃料的流化床氣化器和飛流氣化器的單獨(dú)的布置，例如在W01980/00974 Al中在飛流氣化器中對(duì)之前制造的燃料_/烴_/水-漿的氣化。
[0009]DD 219 597 Al公開了一種用于炭的非成渣氣化的方法，其中氣化劑輸入劃分為初級(jí)輸入和次級(jí)輸入。氣化劑的主要部分在可自由選擇的、與氣化物質(zhì)一致的填料高度上與爐篦分離地用于初級(jí)氣化以及為次級(jí)氣化設(shè)置的氣化份額按已知方式通過爐篦輸入，其中DSV應(yīng)該能向下調(diào)節(jié)直至專有的蒸汽供給?？傊诖松婕鞍殡S著形成微?；曳值臍饣姆浅稍\(yùn)行方式。根據(jù)該建議，氣化器必須以高的DSV運(yùn)行，以便不超過熔渣溫度。原因在于避免氣化器的成渣?？傊?，微小的灰分組成部分應(yīng)該迅速地被輸送至低于氣化劑出口的區(qū)域中，以便避免灰分輸送至上部反應(yīng)器段以及伴隨著生產(chǎn)氣的排渣?？梢源_定的是，該建議未考慮環(huán)境保護(hù)的基本要求、效率以及運(yùn)行安全性。在氣化器的非成渣運(yùn)行方式中氣化劑的大部分直至完全輸入填料的較高的區(qū)域中強(qiáng)制性地導(dǎo)致了填料的燒穿(通道裂口)和未完全轉(zhuǎn)化的氧氣和原料氣體的混合，從而會(huì)出現(xiàn)伴隨著災(zāi)難性后果的爆燃或爆炸。不能實(shí)施該建議的其它原因在于，烴轉(zhuǎn)化的不完全性一也就是通過旋轉(zhuǎn)爐篦排出的灰分的高的炭含量，以及阻止灰分的存儲(chǔ)能力。
[0010]根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的非成渣固定床氣化的另一個(gè)方法技術(shù)上的局限涉及在炭的燒結(jié)能力方面的燃料范圍。盡管能夠氣化具有較強(qiáng)燒結(jié)特性的硬煤，然而這要求在固定床壓力式氣化器的上部部分中機(jī)械的攪拌器，由此整體使過程更復(fù)雜、更易受干擾和花費(fèi)更高。
[0011]目前為止，沒有成功地找到用于取消攪拌器的工藝技術(shù)上較有利的方案。利用精細(xì)燃料的其它建議的方案在技術(shù)上花費(fèi)大且經(jīng)濟(jì)上不能承受。它們不能在實(shí)踐中實(shí)施。細(xì)煤必須供給其它應(yīng)用(通常是燃燒)而非氣化。此外，通常細(xì)煤的大部分在經(jīng)濟(jì)上不能使用且必須以料堆的形式存儲(chǔ)。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0012]因此，本實(shí)用新型的目的在于，研究一種用于利用相關(guān)設(shè)備進(jìn)行固定床壓力氣化的方法，所述設(shè)備借助于相對(duì)于目前為止已知的固定床壓力式氣化器在方法技術(shù)和設(shè)備技術(shù)方面微小的改動(dòng)實(shí)現(xiàn)了，提高固定床壓力式氣化器的效率、降低蒸汽使用量、擴(kuò)展關(guān)于結(jié)塊的炭(煤炭)和具有較高微粒份額的炭的燃料的使用范圍和/或額外地氣化微粒的和粉塵狀的燃料。
[0013]根據(jù)本實(shí)用新型，該任務(wù)通過一種方法實(shí)現(xiàn)，所述方法用于利用含氧氣和蒸汽的氣化劑借助于固定床壓力式氣化器進(jìn)行粗粒的固體燃料的固定床壓力氣化，所述固定床壓力式氣化器具有:粗粒的固體燃料的輸入(供應(yīng))部件和氣體吸收(提取)部件，所述輸入部件和氣體吸收部件兩個(gè)都位于固定床壓力式氣化器的頂部上；位于固定床壓力式氣化器底部上的旋轉(zhuǎn)爐篦(爐排，格柵)和排渣部件；用于第一氣化劑(氣化介質(zhì))的可調(diào)節(jié)的輸入部件，所述第一氣化劑用于借助于固定床壓力式氣化器的旋轉(zhuǎn)爐篦進(jìn)行非成渣的氣化，其中可以設(shè)定用于蒸汽-氧氣-比例(蒸汽與氧氣的比例)的臨界最小值；旋轉(zhuǎn)爐篦上方的固定床填料(料堆)，
[0014]-其中附加于通過旋轉(zhuǎn)爐篦輸入的第一氣化劑并且獨(dú)立于(不依賴于)該第一氣化劑地，通過至少一個(gè)延伸至固定床填料的上部區(qū)域中的氣化劑噴嘴注射用于成渣氣化的第二氣化劑，以及
[0015]-其中以0.5-4kg/m3的蒸汽-氧氣-比例和20_120m/S的氣體排出速度注射第二氣化劑。
[0016]根據(jù)本實(shí)用新型，附加于并且獨(dú)立于通過旋轉(zhuǎn)爐篦輸入的用于非成渣氣化的第一氣化劑向固定床壓力式氣化器輸入用于成渣氣化的第二氣化劑，其中第二氣化劑借助于延伸至固定床填料的上部區(qū)域中的氣化劑噴嘴注射至固定床填料的上部區(qū)域中。借助于第一氣化劑在固定床的整個(gè)填料上伴隨著理想類型的區(qū)域(第一干燥區(qū)、第一熱解區(qū)、第一氣化區(qū)、第一氧化區(qū)、第一爐渣區(qū))的形成進(jìn)行第一非成渣氣化，以及借助于第二氣化劑進(jìn)行伴隨著局部湍流(渦流)區(qū)的形成(溝道形成)進(jìn)行第二成渣氣化。
[0017]在“成渣極限”上用于所謂的“熱”運(yùn)行的第一氣化劑的蒸汽-氧氣-比例(以單位每立方米(1.N.)氧氣(體積比百分?jǐn)?shù))多少千克蒸汽說明)的臨界最小值與使用的固體燃料的熔渣特性匹配。簡(jiǎn)單而言，該匹配如此進(jìn)行，即進(jìn)行盡可能限定的灰分粒化(灰分的軟化和燒結(jié))，而不出現(xiàn)阻礙排放的成渣和大的渣團(tuán)的形成(參見J.Schmalfeld =DieVerredlung und Umwandlung von Kohle, DGMK(2008),第 311 頁)。
[0018]有利地，第二氣化劑注射至在氣化期間形成的第一氣化區(qū)的上半部中，也就是說在氣化期間形成的第一熱解區(qū)的下方。尤其有利的是，第二氣化劑注射到一高度區(qū)域中，該高度區(qū)域包括在熱解區(qū)下方、在第一氣化區(qū)的上半部中小于Im的豎直延展。尤其有利的是，第二氣化劑注射到固定床壓力式氣化器的一高度區(qū)域中，該高度區(qū)域最大從旋轉(zhuǎn)爐篦的尖端上方Im延伸至固定床填料的表面下方0.5m,優(yōu)選從旋轉(zhuǎn)爐篤的尖端上方2m延伸直至固定床填料的表面下方Im。
[0019]根據(jù)本實(shí)用新型的方法的一個(gè)有利的設(shè)計(jì)方案，第二氣化劑的注射的氧氣的量占總輸入氧氣量的O至50%。
[0020]以20-120m/s的氣體排出速度注射第二氣化劑導(dǎo)致在氣化劑噴嘴的出口之前在固定床填料中形成形式為空腔的湍流溝道，在該區(qū)域中炭利用氧氣燃燒(第二燃燒區(qū))。噴嘴前的湍流區(qū)被焦炭填料包圍，第一非成渣氣化的多余蒸汽以及必要時(shí)第二成渣氣化的蒸汽在溫度降低的情況下與焦炭反應(yīng)(第二氣化區(qū))。
[0021]通過注射具有值為0.5kg/m3(1.N.)至4kg/m3,優(yōu)選0.5_3kg/m3的蒸汽-氧氣-比例的第二氣化劑實(shí)現(xiàn)了，立即熔化或者燒結(jié)在至少一個(gè)延伸至固定床填料的上部區(qū)域中的氣化劑噴嘴之前釋放的灰分并積聚在焦炭填料中湍流區(qū)的邊緣處(第二成渣區(qū))。熔化的或燒結(jié)的灰分在環(huán)繞的較冷的焦炭填料中迅速冷卻，并硬化且其熱量發(fā)散至環(huán)境中以增強(qiáng)吸熱的第二氣化過程。在利用第二氣化劑進(jìn)行氣化時(shí)不發(fā)生形成經(jīng)典的、層狀區(qū)。
[0022]例如，借助于具有0.5蒸汽-氧氣-比例的第二氣化劑在延伸至固定床填料中的氣化劑噴嘴之前達(dá)到約2000°C的平均最大溫度，這對(duì)氣化灰分熔化點(diǎn)在1500-1700°C的炭是有利的。如果第二氣化劑的蒸汽-氧氣-比例為3.0，則在延伸至固定床填料中的氣化劑噴嘴之前達(dá)到約1800°C的平均最大溫度。這對(duì)氣化灰分熔化點(diǎn)在1300-1500°C的炭是有利的。
[0023]有利地，在第一熱解區(qū)下方借助于第二氣化劑執(zhí)行氣化。在此確保了，脫氣的焦炭可供使用(與炭相比更好的冷氣效率)以及在環(huán)繞的較冷的焦炭填料中形成的爐渣或燒結(jié)物迅速固化。另一方面，如下文所述，延伸至固定床填料中的、具有約800-1100°C的氣化劑噴嘴的環(huán)境中的環(huán)境溫度如此之高，使得硬化的爐渣仍未達(dá)到高強(qiáng)度。附著在氣化劑噴嘴上的爐洛被向下運(yùn)動(dòng)的填料剝離并繼續(xù)運(yùn)走。
[0024]在第一氣化區(qū)中焦炭填料的溫度方面需要注意如下方面:由于吸熱的氣化反應(yīng)(首先不考慮第二氣化過程)，焦炭填料的溫度在所謂的動(dòng)力學(xué)的反應(yīng)終溫度的值近似恒定時(shí)仍擺動(dòng)。該值主要基于焦炭相對(duì)于水蒸氣的反應(yīng)能力自動(dòng)地獲得。在此，反應(yīng)終溫度的范圍從在高反應(yīng)的燃料(例如軟質(zhì)褐煤)時(shí)的約800°C跨越至在低反應(yīng)的燃料(例如不易碎的含浙青的硬煤)時(shí)的約1100°C。因此，該溫度位于大多數(shù)燃料的灰分熔化點(diǎn)的溫度范圍(約1200-1500°C )之下。
[0025]尤其有利的是，在第二成渣氣化期間釋放的灰分立即熔化并抑制任意的通道形成，因?yàn)榻?jīng)過填料的氧氣的通道狀的“燒穿”由于立即形成爐渣而被禁止。最初形成的通道或來自第一氣化的通道同樣在形成爐渣的情況下被迅速“封閉”。因此，湍流區(qū)不能或僅以小幅度從氣化劑噴嘴向上離開，而是以大致相同的高度蜿蜒在氣化劑噴嘴之前和上方。因此，第二氣化劑對(duì)應(yīng)于氣化劑噴嘴的出口的布置而被局部限制且在高度上被限定。蜿蜒的氣體流動(dòng)和形成的爐渣穩(wěn)定了在環(huán)境中和在氣化劑噴嘴上方的固定床，從而盡管流動(dòng)速度較高仍保持固定床的規(guī)則的流經(jīng)。
[0026]第二成渣氣化導(dǎo)致了整個(gè)固定床的均勻的流經(jīng)。所用的粗粒的燃料的微粒份額可以增大，且不增大隨著原料氣體的灰塵排出。在頂部側(cè)輸入固定床壓力式氣化器的粗粒的固體燃料的小的粒徑可以從約5mm降低至約2mm。
[0027]基于用于成渣氣化的借助于第二氣化劑的氣化，除了粗粒燃料外還可以較大量的使用微粒的和粉塵狀的燃料(精細(xì)燃料)，其否則還必須供給其它應(yīng)用或存儲(chǔ)。為此，精細(xì)燃料以集中形式被送入湍流區(qū)中，其中添加的精細(xì)燃料的量最多大到保證化學(xué)計(jì)算上湍流區(qū)中盡可能的氣化。
[0028]第二成渣氣化的另一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)在于，尤其在灰分/爐渣顆粒變粗糙的情況下氣化湍流區(qū)中微粒的和粉塵狀的份額的燃料。冷卻的硬化的爐渣有助于在整個(gè)固定床中、尤其在第一灰分區(qū)中粒度的粗糙化，且進(jìn)而有助于在整個(gè)高度上固定床的“互鎖”穩(wěn)定。禁止或抑制了微粒和粉塵的局部的聚集，該聚集會(huì)導(dǎo)致填料的爆發(fā)式的流經(jīng)并且是高的粉塵排出量的主要原因之一。因此，第二氣化導(dǎo)致了整個(gè)固定床的均勻的流經(jīng)。所用的燃料的微粒份額可以增大，且隨著原料氣體的粉塵的排出量不增大。
[0029]干燥的至潮濕的、能自由流動(dòng)的精細(xì)燃料有利地借助于重力從上裝料至固定床填料中，近似豎直地在形成在氣化劑噴嘴之前的湍流區(qū)上。在重力裝料中，燃料由于其自重從在固定床壓力式氣化器上布置的壓力閘經(jīng)過計(jì)量機(jī)構(gòu)滑入氣化器中。然而，重力裝料或壓力裝料可以從一側(cè)直接至湍流區(qū)上方固定床中。干燥的、氣動(dòng)可輸送的精細(xì)燃料也借助于氣動(dòng)輸送通過氣化劑噴嘴或從一側(cè)直接吹入湍流區(qū)中。最后，泵入漿形式的精細(xì)燃料，更確切地說，或者通過氣化劑噴嘴或者大致豎直地在湍流區(qū)上從上至固定床填料上或中。
[0030]可選地，也可以使用填塞裝料，該裝料在固定床的上邊緣處、優(yōu)選在第一干燥區(qū)內(nèi)進(jìn)行。借助于顆粒壓機(jī)(壓塊機(jī))，優(yōu)選活塞式壓機(jī)在成形通道中壓縮、部分積聚或壓實(shí)微粒的和/或粉塵狀的燃料(精細(xì)燃料)，并直接壓入填料中。與GB1435089A的教導(dǎo)相反，壓實(shí)的精細(xì)燃料并不從上方落到固定床上，由此避免了在原料氣體中提高粉塵排出量后壓實(shí)的精細(xì)燃料分裂。同時(shí)，進(jìn)入的壓實(shí)的精細(xì)燃料的條向上通過粗粒的燃料覆蓋，從而防止直接吹出降解產(chǎn)物。該裝料系統(tǒng)的另一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)在于，盡可能混入在固定床壓力氣化時(shí)出現(xiàn)的焦油-油-固體燃料混合物作為積聚輔助手段以及能夠省去用于精細(xì)燃料的裝料的閘系統(tǒng)。通過在成形通道中出現(xiàn)的極高的直至150MPa的擠壓壓力，能實(shí)現(xiàn)處于壓力下的氣化空間和大氣壓下的環(huán)境之間的近似氣密的封閉，從而可以省略精細(xì)燃料的單獨(dú)的加壓系統(tǒng)(Bespannungssystem)。這種形式的精細(xì)燃料裝料獨(dú)立于第二氣化的運(yùn)行，并且也可以在第二氣化劑噴嘴未運(yùn)行時(shí)或停工時(shí)使用。
[0031]第二成渣氣化不僅在提高燃料的微粒和粉塵份額方面改進(jìn)了燃料容差，或?qū)崿F(xiàn)了精細(xì)燃料的額外的裝料，而且還在燒結(jié)的炭方面提高了燃料容差，所述燒結(jié)的炭在不使用攪拌器的情況下不能氣化。第二燃燒區(qū)以其迅速的溫度上升和高溫減小了炭的燒結(jié)傾向并且拆開了已經(jīng)形成的焦炭化合物。通過第二成渣氣化可以在許多情況下省略攪拌器的使用。
[0032]也可以在第一熱解區(qū)或從第一熱解區(qū)至第一非成渣氣化區(qū)的過渡部的區(qū)域中執(zhí)行第二成渣氣化。在這種情況下，燃燒和氣化反應(yīng)的比例更強(qiáng)地沿燃燒反應(yīng)的方向在第二成渣氣化區(qū)中移動(dòng)。原料氣體出口溫度升高，向上離開固定床的較多的烴、酚以及焦油更強(qiáng)程度地?zé)崃鸦５诙稍鼩饣膮^(qū)域相關(guān)的校正通過調(diào)節(jié)固定床的定義的床高度實(shí)現(xiàn)。由此，可適應(yīng)原料氣體出口溫度和原料氣體的質(zhì)量(甲烷含量、不期望的副成分等)。
[0033]氣化劑噴嘴構(gòu)造為水冷的氣化劑-混合噴嘴(在氧氣和蒸汽作為第二氣化劑的情況下)或者為水冷的多部件噴嘴(在組合式精細(xì)燃料輸入的情況下)。該噴嘴既可以不彎曲(管狀噴嘴)，也可以彎曲(彎曲噴嘴)，其中在彎曲噴嘴中，彎曲的噴頭位于管狀的噴嘴桿上。
[0034]氣化劑噴嘴被引導(dǎo)經(jīng)過固定床壓力式氣化器的圓柱形的外殼或雙層外殼。不彎曲的氣化劑噴嘴在此徑向地(在圓弧上)和水平地對(duì)齊，或者與徑向和水平對(duì)齊相差〈45°的定位角可沿所有方向調(diào)節(jié)。優(yōu)選噴嘴徑向地和相對(duì)于水平線向下傾斜10-20°定向。這在避免固體燃料侵入噴嘴內(nèi)部中方面以及在形成湍流區(qū)方面被證明是有利的。在使用彎曲的氣化劑噴嘴的情況下，噴嘴桿近似水平地定向而噴頭與上述管噴嘴的定位角類似地定向。
[0035]第二成渣氣化在固定床壓力式氣化器的填料的上部區(qū)域中在受限的高度區(qū)域內(nèi)執(zhí)行。由此給出下部界限，即保證至位于下方的氧化區(qū)的足夠大的、豎直的最小距離。該距離>0.5m,優(yōu)選>lm。因此,至旋轉(zhuǎn)爐篤尖端的豎直的最小距離>lm,優(yōu)選>2m。需要能在形成在湍流區(qū)中的爐渣或燒結(jié)物到達(dá)氧化區(qū)中之前或到達(dá)旋轉(zhuǎn)爐篦的表面上之前使所述爐渣或燒結(jié)物硬化。另一方面，氣化劑噴嘴在氣化區(qū)中不承受過高的溫度(<1100°C)。高度區(qū)域的上部界限由這樣的事實(shí)得出，即，保證通過固定床的燃料填料足夠高地，>0.5m、優(yōu)選>lm覆蓋氣化劑噴嘴。從旋轉(zhuǎn)爐篦的尖端開始計(jì)算，在固定床填料高度為5m時(shí)，用于第二氣化的高度區(qū)域的豎直延展可以最大為3.5m，優(yōu)選最大為2m。氣化劑噴嘴可以在該高度上且在固定床壓力式氣化器的橫截面上分布。
[0036]另一有利的設(shè)計(jì)方案在于，為第二成渣氣化區(qū)選擇一盡可能短的高度區(qū)域，該高度區(qū)域在熱解區(qū)下方并在第一氣化區(qū)的上半部中具有<lm的豎直延展，從而第一非成渣氣化區(qū)在橫截面上均勻地向上延長(zhǎng)。
[0037]在固定床壓力式氣化器運(yùn)行期間，固定床填料的高度在最大高度和最小高度之間更換且差別大于Im的情況下，有利的是，可選地配備具有氣化劑噴嘴的固定床壓力式氣化器的兩個(gè)高度區(qū)域，下部高度區(qū)域用于固定床的最小高度而上部高度區(qū)域用于最大高度。在此，兩個(gè)高度區(qū)域的豎直的最小距離大于lm。隨后，在工藝技術(shù)方面選擇性地利用第二氣化劑加載兩個(gè)高度區(qū)域。
[0038]在高度區(qū)域中第二氣化劑有利地或者注射至平面的水平的平面中、高度區(qū)域中的豎直階梯狀的布置中，或者錐形的高度區(qū)域一其大致仿制了旋轉(zhuǎn)爐篦的蘑菇狀的輪廓或填料表面的輪廓一中。
[0039]高度區(qū)域中氣化劑噴嘴的噴嘴口優(yōu)選或者位于平面的水平的平面中、高度區(qū)域中的豎直階梯狀的布置中，或者錐形的高度區(qū)域一其大致仿制了旋轉(zhuǎn)爐篦的蘑菇狀的輪廓或填料表面的輪廓一中。
[0040]氣化劑噴嘴伸入固定床壓力式氣化器的氣化空間中至少1cm的自由長(zhǎng)度(自由噴嘴長(zhǎng)度)。壁附近的氣化劑噴嘴優(yōu)選伸入固定床壓力式氣化器的氣化空間中約20cm至Im深。在約3m以內(nèi)的較大的、自由的噴嘴長(zhǎng)度下，借助于拉緊裝置(拉桿)從上方保持氣化劑噴嘴。
[0041]為了局部地彼此分開地形成湍流區(qū)，氣化劑噴嘴的出口之間的側(cè)向水平距離不應(yīng)該小于50cm。出口的側(cè)向水平距離優(yōu)選為I至2m。彼此疊置的出口的豎直距離應(yīng)該為至少lm，然而優(yōu)選大于2m。
[0042]第二氣化劑以0.5_4kg/m3的蒸汽-氧氣-比例、優(yōu)選0.5_3kg/m3的蒸汽-氧氣-比例注射。雖然從工藝角度看不需要蒸汽，但少量混入蒸汽是有利的，從而在迅速停止氧氣時(shí)不間斷地將蒸汽作為沖刷氣體以供氣化劑噴嘴使用。除蒸汽外，還可以使用二氧化碳或其它惰性氣體作為沖刷氣體。
[0043]從第二至第一氧氣的量比例可以在寬的界限內(nèi)變化。對(duì)單個(gè)氣化劑噴嘴來說，整體輸入的氧氣的5-20重量％作為第二氧氣被注射。當(dāng)應(yīng)該利用氣化劑噴嘴使用較大量的精細(xì)燃料時(shí)，上部值也可以被超過。當(dāng)在固定床壓力式氣化器的整個(gè)橫截面上形成第二氣化區(qū)的情況下以及設(shè)計(jì)了精細(xì)燃料的額外的氣化的情況下，可以注射整體輸入的氧氣的50重量％以內(nèi)作為第二氧氣。使用燃料的灰分含量越低，則能利用越高份額的第二氧氣。
[0044]在湍流區(qū)中在單個(gè)氣化劑噴嘴之前形成的爐渣塊或燒結(jié)物塊的大小受這樣的事實(shí)限制，即，各個(gè)氣化劑噴嘴的氧氣負(fù)荷在最小負(fù)荷和最高負(fù)荷之間變化。在此，可以通過如下方式使第二氣化劑的總氧氣量保持恒定:改變各個(gè)噴嘴之間的負(fù)荷分布，或者也可以隨時(shí)間改變總氧氣量。
[0045]對(duì)應(yīng)于除了第一氧氣(用于非成渣氣化)外注射的第二氧氣(用于成渣氣化)的量比例，近似成比例地提高固定床壓力式氣化器的熱功率。在此，是否提高燃料通過量或者是否引入額外的精細(xì)燃料是不重要的。與粗粒燃料一起或者作為粗粒燃料的附加，可氣化更大量的微粒的和精細(xì)燃料。燃料范圍也可以沿?zé)Y(jié)程度更強(qiáng)的硬煤的方向擴(kuò)展，且不需要使用攪拌器。同時(shí)降低了專門的蒸汽使用且基于固定床填料的改進(jìn)的流經(jīng)條件還提高了熱氣化器功率的功率極限。
[0046]根據(jù)本實(shí)用新型，該目的通過用于利用含氧氣和蒸汽的氣化劑來氣化粗粒的固體燃料的固定床壓力式氣化器實(shí)現(xiàn)，所述固定床壓力式氣化器具有:粗粒的固體燃料的輸入部件和原料氣體吸收部件，所述輸入部件和原料氣體吸收部件兩個(gè)都位于固定床壓力式氣化器的頂部上；位于固定床壓力式氣化器的底部上的旋轉(zhuǎn)爐篦和排渣部件；用于第一氣化劑的可調(diào)節(jié)的輸入部件，所述第一氣化劑用于借助于固定床壓力式氣化器的旋轉(zhuǎn)爐篦進(jìn)行非成渣的氣化，其中可以設(shè)定用于蒸汽-氧氣-比例的臨界最小值；在旋轉(zhuǎn)爐篦上方的固定床填料，其中固定床壓力式氣化器在固定床填料的上部區(qū)域的高度上具有至少一個(gè)延伸至所述上部區(qū)域中的氣化劑噴嘴，所述氣化劑噴嘴相對(duì)于用于非成渣氣化的第一氣化劑額外地且獨(dú)立地輸入第二氣化劑，其中所述至少一個(gè)氣化劑噴嘴構(gòu)造成，允許以0.5-4kg/m3,優(yōu)選0.5-3kg/m3的蒸汽-氧氣-比例注射第二氣化劑。
[0047]按照根據(jù)本實(shí)用新型的固定床壓力式氣化器的有利的設(shè)計(jì)方案，如此構(gòu)造所述至少一個(gè)氣化劑噴嘴，使得第二氣化劑的注射的氧氣的量占總輸入氧氣量的0-50%。
[0048]有利地，固定床壓力式氣化器具有多個(gè)布置在一個(gè)或兩個(gè)平面中的用于第二氣化劑的氣化劑噴嘴。
[0049]根據(jù)有利的設(shè)計(jì)方案，固定床壓力式氣化器具有至少一個(gè)用于微粒的和/或粉塵狀的燃料的裝料部(精細(xì)燃料裝料部)。該精細(xì)燃料裝料部構(gòu)造為用于通過壓塊(制塊)被壓實(shí)的精細(xì)燃料的填塞裝料部或重力裝料部。
[0050]根據(jù)固定床壓力式氣化器的有利設(shè)計(jì)方案，氣化劑噴嘴構(gòu)造為水冷的氣化劑混合噴嘴(在氧氣和蒸汽作為第二氣化劑的情況下)或者為水冷的多部件噴嘴(在組合式精細(xì)燃料輸入的情況下)。氣化劑噴嘴優(yōu)選伸入固定床壓力式氣化器的氣化空間中至少1cm的自由長(zhǎng)度(自由噴嘴長(zhǎng)度)。
[0051]按照本實(shí)用新型的有利的設(shè)計(jì)方案，一個(gè)高度區(qū)域中氣化劑噴嘴的噴嘴口或者位于平面的水平的平面中、高度區(qū)域中的豎直階梯狀的布置中，或者錐形的高度區(qū)域一其大致再現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)爐篦的蘑菇狀的輪廓或填料表面的輪廓一中。
[0052]第二成渣氣化的設(shè)備技術(shù)上的設(shè)計(jì)方案是簡(jiǎn)單的、耐用的且僅要求對(duì)已知的和經(jīng)考驗(yàn)的固定床壓力式氣化器的小幅度的裝置技術(shù)上的適應(yīng)。這涉及用于氣化劑噴嘴的通過接頭(Durchfuehrungsstutze),且在需要時(shí),涉及用于精細(xì)燃料的輸入接頭。被證明特別有利的是，可以在固定床壓力氣化的現(xiàn)有的設(shè)備中逐段地(從氣化劑噴嘴開始)直至完全地(利用完整的一套氣化劑噴嘴)建立、再裝備和運(yùn)行第二成渣氣化，或者按照要求部分地運(yùn)行或停止運(yùn)行或返回裝備(zurueckruesten)第二成洛氣化。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0053]根據(jù)附圖進(jìn)一步說明本實(shí)用新型的實(shí)施例。附圖示出:
[0054]圖1是固定床壓力式氣化器的原理圖；
[0055]圖2是剖面A-A的俯視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0056]圖1示出固定床壓力式氣化器，圖2示出平面A-A的剖視俯視圖。
[0057]用于粗粒固體燃料的裝料部(入口)2以及原料氣體出口 30位于固定床壓力式氣化器的頂部。在固定床壓力式氣化器I的底部布置了用于輸入非成渣氣化用的第一氣化劑6的旋轉(zhuǎn)爐篦5以及排渣部件31。
[0058]燃料裝料部2在固定床壓力式氣化器的上部部分中通入懸式豎井28。在用于粗粒燃料的燃料裝料部2旁邊，在固定床壓力式氣化器I的頂部處布置了用于精細(xì)燃料的裝料部21。精細(xì)燃料裝料部21通入固定在懸式豎井28中的豎管22中，其中豎管22比懸式豎井28更長(zhǎng)且借助于導(dǎo)流板24終止在固定床壓力式氣化器I的反應(yīng)室中。精細(xì)燃料裝料部21能借助于氮?dú)?7惰性化。
[0059]固定床壓力式氣化器I的凈內(nèi)直徑為4m,固定床3的填料高度一從旋轉(zhuǎn)爐篤5的尖端4開始計(jì)算一平均為6m。它通過懸式豎井28限制以用于燃料分布。固定床3的填料從下向上理想類型地分別為5層:第一灰分區(qū)14、第一氧化區(qū)15、第一氣化區(qū)16、第一熱解區(qū)17和第一干燥區(qū)18。
[0060]在旋轉(zhuǎn)爐篦5的尖端4之上3m的高度處，均勻分布地在固定床壓力式氣化器I的外殼9上布置了總共10個(gè)接頭7，以用于輸入成渣氣化用的第二氣化劑8。
[0061]在旋轉(zhuǎn)爐篦5的尖端4上方、在第一氣化區(qū)16的上部平面中并且在第一熱解區(qū)17上方，該容器外殼包括輸入接頭7。
[0062]第一非成渣氣化區(qū)16的上部平面中的輸入接頭7配備了用于輸入成渣氣化用的第二氣化劑8的、延伸至氣化區(qū)中的氣化劑噴嘴12。
[0063]接頭7在剖面A-A中順時(shí)針標(biāo)號(hào)為/I/至/10/。這些接頭被引導(dǎo)經(jīng)過外部的承壓容器壁10和內(nèi)部的鋼殼11。10個(gè)接頭中的總共6個(gè)配備了氣化劑噴嘴12。氣化劑噴嘴12構(gòu)造為管狀噴嘴，在徑向上對(duì)齊且相對(duì)于水平線向下傾斜15°。它們伸入固定床3的填料中50cm。氣化劑噴嘴12的口部13終止在第一非成渣氣化區(qū)16的上部區(qū)域中。
[0064]通入第一干燥區(qū)18中的接頭7與顆粒壓機(jī)32 —起布置，以用于輸入壓實(shí)的或成塊的精細(xì)燃料21。
[0065]如此構(gòu)造的固定床壓力式氣化器以如下方式運(yùn)行:
[0066]在固定床壓力式氣化器I中，在約30bar的總壓力下以58t/h氣化非成渣粗粒硬煤2，所述硬煤具有約35重量％ (干燥的)的灰分含量、約5重量％ (干燥的)的水含量、約1400°C的灰分熔點(diǎn)和約5-100mm的粒度。硬煤2從上方裝入固定床壓力式氣化器I中。原料氣體29通過原料氣體出口 30離開固定床壓力式氣化器1，而灰分31借助于旋轉(zhuǎn)爐篦5從下方排出。通過旋轉(zhuǎn)爐篦5輸入第一氣化劑6。第一氣化劑的第一氧氣的量為12000Nm3/h (基于純氧)，蒸汽-氧氣-比例平均為4.5kg/m3。
[0067]第二氣化劑8的第二氧氣的量總共為3200Nm3/h (基于純氧)，蒸汽-氧氣-比例平均為0.8kg/m3。
[0068]標(biāo)號(hào)為/3/、/4/、/8/和/9/的氣化劑噴嘴12以600m3/h (1.N.)的氧氣加載，而標(biāo)號(hào)為/I/和/6/的氣化劑噴嘴12以400m3/h(1.N.)的氧氣加載。第二氣化劑以70m/s (氣化劑噴嘴12:標(biāo)號(hào)/3/、/4/、/8/和/9/)和50m/s (氣化劑噴嘴12:標(biāo)號(hào)/I/和/6/)的流動(dòng)速度流動(dòng)。在口部13之前形成了湍流(渦流)區(qū)19。在相鄰的氣化劑噴嘴12:標(biāo)號(hào)/3/和/4/以及標(biāo)號(hào)/8/和/9/之前，形成了湍流區(qū)19的兩個(gè)較大的、相關(guān)聯(lián)的區(qū)域20。
[0069]在相鄰的氣化劑噴嘴12:標(biāo)號(hào)/3/和/4/以及標(biāo)號(hào)/8/和/9/的相關(guān)聯(lián)的區(qū)域20上方，大致在中間借助于重力通過豎管22或借助于顆粒壓機(jī)32通過填塞裝料部裝入精細(xì)燃料21。
[0070]在豎管22的下部出口 23處存在導(dǎo)流板24，該導(dǎo)流板下方形成了固定床3的填料中的空腔25，精細(xì)燃料21能自由地流入所述空腔中。豎管22在懸式豎井28處被支架26支承。出口 23至氣化劑噴嘴12的垂直距離為2m。豎管22被少量的氮?dú)?7惰性化。
[0071]精細(xì)燃料21來源于相同的硬煤2。精細(xì)燃料21的粒度為0_2mm，灰分含量為40重量％ (干燥的)、水含量為5重量％ (干燥的)。精細(xì)燃料21以5.5t/h輸入兩個(gè)豎管。
[0072]固定床壓力式氣化器I的熱效率在該例子中通過使用根據(jù)本實(shí)用新型的方案而提高了約25%。此外，第一次以顯著的規(guī)模實(shí)現(xiàn)了精細(xì)燃料的共同氣化。
[0073]附圖標(biāo)記列表
[0074]I固定床壓力式氣化器
[0075]2氣化劑的裝料部
[0076]3固定床
[0077]4 尖端
[0078]5旋轉(zhuǎn)爐篦
[0079]6第一氣化劑
[0080]7 接頭
[0081]8第二氣化劑
[0082]9容器壁
[0083]10承壓容器壁
[0084]11內(nèi)部鋼殼
[0085]12氣化劑噴嘴
[0086]13氣化劑噴嘴的口部
[0087]14第一灰分區(qū)
[0088]15第一氧化區(qū)
[0089]16第一氣化區(qū)
[0090]17第一熱解區(qū)
[0091]18第一干燥區(qū)
[0092]19湍流區(qū)
[0093]20相關(guān)聯(lián)的區(qū)域
[0094]21精細(xì)燃料
[0095]22 豎管
[0096]23 出口
[0097]24導(dǎo)流板
[0098]25 空腔
[0099]26 支架
[0100]27 氮?dú)?br> [0101]28懸式豎井
[0102]29原料氣體
[0103]30原料氣體出口
[0104]31灰分
[0105]32顆粒壓機(jī)
[0106]33成球輔助工具。
【權(quán)利要求】
1.用于利用含氧氣和蒸汽的氣化劑氣化粗粒的固體燃料的固定床壓力式氣化器，該固定床壓力式氣化器具有:粗粒的固體燃料的輸入部件和原料氣體吸收部件，該輸入部件和原料氣體吸收部件兩個(gè)都位于固定床壓力式氣化器的頂部處；位于固定床壓力式氣化器底部處的旋轉(zhuǎn)爐篦和排渣部件；用于第一氣化劑的可調(diào)節(jié)的輸入部件，所述第一氣化劑用于借助于固定床壓力式氣化器的旋轉(zhuǎn)爐篦進(jìn)行非成渣的氣化，其中，能設(shè)定用于蒸汽-氧氣-比例的臨界最小值；旋轉(zhuǎn)爐篦上方的固定床填料，其特征在于， -該固定床壓力式氣化器在固定床填料的上部區(qū)域的高度處具有伸入所述上部區(qū)域中的至少一個(gè)氣化劑噴嘴，所述氣化劑噴嘴用于輸入成渣氣化用的第二氣化劑， -所述至少一個(gè)氣化劑噴嘴構(gòu)造成允許以0.5-4kg/m3的蒸汽-氧氣-比例和20-120m/S的氣體排出速度進(jìn)行附加且獨(dú)立的第二氣化劑的注射。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固定床壓力式氣化器，其特征在于，該固定床壓力式氣化器具有布置在一個(gè)或兩個(gè)平面中的數(shù)個(gè)氣化劑噴嘴。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的固定床壓力式氣化器，其特征在于，該固定床壓力式氣化器包括用于微粒的和/或粉塵狀的燃料的至少一個(gè)裝料部，即精細(xì)燃料裝料部。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的固定床壓力式氣化器，其特征在于，該精細(xì)燃料裝料部構(gòu)造成為重力裝料部或構(gòu)造成為用于通過壓塊被壓實(shí)的精細(xì)燃料的填塞裝料部。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的固定床壓力式氣化器，其特征在于，氣化劑噴嘴構(gòu)造為水冷的氣化劑-混合噴嘴或者構(gòu)造為水冷的多部件噴嘴。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的固定床壓力式氣化器，其特征在于，氣化劑噴嘴以至少1cm的自由長(zhǎng)度伸入固定床壓力式氣化器的氣化空間中。
【文檔編號(hào)】C10J3/42GK204111704SQ201390000256
【公開日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2013年2月13日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月13日
【發(fā)明者】B·邁爾, M·格雷布納 申請(qǐng)人:喬治洛德方法研究和開發(fā)液化空氣有限公司