專利名稱:含碳物質(zhì)進(jìn)行部分燃燒和氣化的方法及其裝置的制作方法
本發(fā)明涉及霧化含碳物質(zhì)進(jìn)行部分燃燒和氣化的方法，以及實施該方法所用的等離子發(fā)生器。據(jù)該方法，把氧化劑和所說的含碳物質(zhì)送入到氣化室中，同時送入由等離子發(fā)生器提供的熱能，從而發(fā)生燃燒和氣化反應(yīng)。
眾所周知，人們能使用氧氣噴咀去氣化含碳物質(zhì)，即把氧氣噴咀安裝在有中央氣體出口和出渣口的氣化室的中心。由此而來，就出現(xiàn)了連同噴咀設(shè)計一起的有關(guān)若干問題。氧氣噴射的速率決定了焰鋒的位置，為了防止出現(xiàn)回燃現(xiàn)象，必須使噴咀口和焰鋒之間保持一定的距離，這就大大地限制了其控制范圍。為了保護反應(yīng)室的內(nèi)壁，應(yīng)該不時在氧氣入口周圍噴入水蒸汽，以使氣流不產(chǎn)生較大的擾動。把碳粉用噴槍(吹管)注入到氧氣流中，并在噴咀里與氧氣混合。由于氣流的擾動很小，并且它的流率很高，因此混合情況非常差，從而需要化很長時間進(jìn)行混合，才能使碳顆粒中的水份汽化，并使顆粒本身受到充分的加熱。
此外，根據(jù)現(xiàn)有的已知方法，把氧化劑和燃料加熱到足以能開始進(jìn)行反應(yīng)的溫度，從而可以得到比較低的反應(yīng)速率，以上主要是由于熱的反應(yīng)產(chǎn)物的循環(huán)而實現(xiàn)的。
大家知道，我們可以用等離子發(fā)生器提供含碳燃料進(jìn)行燃燒和氣化時所需要的熱能，我們可以把粉狀的碳注入到被等離子發(fā)生器加熱過的載氣中。氧氣、CO2和/或水蒸汽可作為氧化劑注入到熱的載氣中，或者部分或全部地用作載氣。
本發(fā)明的目的，是為了得到以下特點的用于部分燃燒和氣化含碳物質(zhì)的方法。據(jù)該方法，能夠使氧化劑與碳載體迅速并且高效地混合，即只需要較短的混合時間，以及不需要考慮焰鋒位置的較寬的控制范圍，并向氧化劑和所用的燃料直接提供熱能，就能夠得到較高的反應(yīng)速率。
本發(fā)明的另一個目的，是制造用于實施本發(fā)明的方法所需的組合噴咀。
對照上面敘述的方法，根據(jù)本發(fā)明所采取的以下幾個步驟，就能達(dá)到上述的幾個目的。即在等離子發(fā)生器中生成熱的氣流，并把該熱氣流送入反應(yīng)室，同時借助于伴送氣體把粉末狀含碳物質(zhì)也同心地注入到熱氣流中，這種伴送氣體可以由氧化劑組成。例如，燃燒產(chǎn)物(O2、CO2、H2O)或者循環(huán)氣體。
在等離子發(fā)生器中，使等離子氣體產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動，因此，當(dāng)氣流離開等離子發(fā)生器時，在熱氣體同心方向上流動著的含碳物質(zhì)產(chǎn)生了強烈的擾動。與此同時，熱氣流立刻就把這混合物料加熱到反應(yīng)溫度。
氧化劑最好是由O2，CO2，水蒸汽，空氣或它們的混合氣所組成。而含碳物質(zhì)則可以是煤末，焦炭末，木炭粉，泥煤和/或木屑。
用于實施本發(fā)明的方法的等離子發(fā)生器，其特征是包括能產(chǎn)生電弧的圓柱形電極;把載氣送入等離子發(fā)生器的給氣管;使在等離子發(fā)生器中生產(chǎn)的熱氣流能產(chǎn)生切向速度的裝置;一個圍繞等離子發(fā)生器的外套管，使其至少在等離子發(fā)生器出口段的部位上，與等離子發(fā)生器的外壁形成一個環(huán)形空隙;一個能把帶碳物料送入該環(huán)形空隙的裝置;最好裝有一個與環(huán)形空隙入口側(cè)相接的高壓室，并在高壓室內(nèi)裝有一些用于輸送含碳物質(zhì)的噴槍，使該含碳物質(zhì)能通過噴槍以切向速度均勻分布地送入環(huán)形空隙中。
另外，也可以采用別的設(shè)計，即安置一個有外導(dǎo)向物的內(nèi)保護管，該導(dǎo)向物可以是刮片形式。該裝置能夠使經(jīng)過的物料，產(chǎn)生一個與等離子氣體方向相反的旋轉(zhuǎn)運動。在這種情況下，用于輸送粉末狀物料的環(huán)形空隙是由所說的外套管和所說的內(nèi)保護管形成的。這種設(shè)計不僅能加快混合速度，而且也有助于減少對等離子發(fā)生器的磨損。
有關(guān)本發(fā)明的種種優(yōu)點和特點，將在下文參照附圖詳細(xì)說明。
圖1據(jù)本發(fā)明的等離子發(fā)生器。
圖2據(jù)圖1的另外設(shè)計的等離子發(fā)生器。
圖3據(jù)圖2的略有些改進(jìn)的等離子發(fā)生器。
圖1中展示了本發(fā)明的噴咀，噴咀上有標(biāo)1的等離子發(fā)生器，該等離子發(fā)生器是一個帶有能在其間產(chǎn)生電弧的圓柱形電極的一般型式發(fā)生器。載氣是通過輸氣管2送入等離子發(fā)生器中，并在流過電弧時受到加熱。載氣在等離子發(fā)生器中，除了得到一個軸向速度外，還得到一個切向速度，以致使等離子氣體在離開等離子發(fā)生器時能強烈地旋轉(zhuǎn)。
在等離子發(fā)生器前段部位裝有外套管4，它是在圖中5所示的位置上，固定焊接在等離子發(fā)生器上。在實施例中，外套管是用法蘭6固定在燃燒室或氣化室上。這表明通過把外套管固定在爐壁上，使得人們在拆卸和替換等離子發(fā)生器時變得更為便利。在這種情況下，外套管最好用水加以冷卻，因為在安裝的過程中，是把這外套管穿過燃燒室的爐壁稍微伸進(jìn)入室內(nèi)，因此，外套管實際上也是起吹風(fēng)管咀的作用。
干燥的粉末燃料經(jīng)過輸料管7送入由等離子發(fā)生器和外套管之間形成的環(huán)形空隙8中，根據(jù)實施例的說明，高壓室9是安置于環(huán)形空隙的入口側(cè)上，輸料管7的噴管口是插入到高壓室內(nèi)，以這種插入方式使得物料能在環(huán)形空隙中更加均勻地分布。
圖2顯示了據(jù)圖1的另外設(shè)計的等離子發(fā)生器。把一個被外套管4包圍的內(nèi)保護管10安裝在等離子發(fā)生器的空端。在內(nèi)保護管的外側(cè)固定了刮片形式的導(dǎo)向器11-14。它的作用是使送入的粉末狀物質(zhì)能形成一個旋轉(zhuǎn)運動，該旋轉(zhuǎn)方向與生成的等離子氣體的旋轉(zhuǎn)方向正好相反，由此形成更好和更快的物料混合，而且也起了保護等離子發(fā)生器防止磨損的作用。
圖3顯示了據(jù)圖2的另外一個等離子發(fā)生器，圖上標(biāo)號為15的外套管是用水冷卻的，由圖上標(biāo)號16向夾套17送入冷卻水。在實施例中，這個用水冷卻的外套管是以擴展噴口型式代替慣用的噴口。
這種安裝形式的過程及其作用將在下文中詳述。
載氣，最好是一種含有一部分氧化劑的載氣，在等離子發(fā)生器中受到加熱，然后，作為一個核心溫度很高的旋轉(zhuǎn)的等離子氣體離開等離子發(fā)生器。這種等離子氣體，能使經(jīng)過環(huán)形空隙8送入的粉末狀含碳物質(zhì)產(chǎn)生一個強烈的擾動，并且借助于氧化劑點燃粉末狀含碳物質(zhì)，所使用的氧化劑最好是水蒸汽，氧氣，空氣或它們的混合氣。與使用油噴咀的情況相反，在那種噴咀中燃燒情況是受到焰鋒影響，其中焰鋒的位置是取決于氣流的噴射條件。而高溫的等離子氣體能不受到其他條件的約束，保證穩(wěn)定的燃燒，這就使等離子發(fā)生器有非常寬的控制范圍，更快起燃和由此而來的更高的總的反應(yīng)速率。
熱的等離子氣體也能降低進(jìn)行完全燃燒或氣化反應(yīng)所需的過氧量，采用了熱等離子氣體以后，能產(chǎn)生很高的，大大高于常規(guī)噴咀所產(chǎn)生的火焰溫度。這種高溫度能大大降低了燃燒或氣化后生成的氣體中的一些不需要組分。例如，未燃燒掉或未氣化掉的碳，醇類，酚類，甲烷，焦油和重碳?xì)浠衔?，等等?br>然而，另一個具有決定性意義的優(yōu)點是不是經(jīng)過燃燒，而是由等離子發(fā)生器提供的過量熱能。這種過量熱能有利于人們能夠更加自如地控制反應(yīng)產(chǎn)物的組分，同時減少了煙灰沉積的危險。
勘誤表
權(quán)利要求
1.噴霧狀含碳物質(zhì)進(jìn)行部分燃燒和氣化的方法，其特征是氧化劑和所說的含碳物質(zhì)以及等離子發(fā)生器所提供的熱能同時送入反應(yīng)室，在等離子發(fā)生器中形成的一股含有氧化劑的熱氣流送入該氣化室；借助于伴送氣體的粉沫狀含碳物質(zhì)在熱氣流周圍同心地送入到反應(yīng)室。
2.由權(quán)利要求
1的方法，其中的氧化劑是O2，CO2，水蒸汽，空氣或是含有一個或更多上述組分的混合氣體。
3.由權(quán)利要求
1或2的方法，其中的氧化劑是作為含碳物質(zhì)的伴送氣體。
4.由權(quán)利要求
1-3中任何一個方法，其中氧化劑是部分或全部地在等離子發(fā)生器受熱生成了所說的熱氣流。
5.由權(quán)利要求
1-4中任何一個方法，其中所說的含碳物質(zhì)是煤沫，焦沫，木炭粉，泥煤或木屑。
6.用以噴霧狀含碳物質(zhì)進(jìn)行部分燃燒和氣化的裝置，其特征是通過該裝置氧化劑和所說的含碳物質(zhì)，以及等離子發(fā)生器所提供的熱能同時送入反應(yīng)室;為實施權(quán)利要求
1中的方法，其中等離子發(fā)生器包括能在其間產(chǎn)生電弧的園柱型電極，用以將載氣送入等離子發(fā)生器的輸氣管;一個能使在等離子發(fā)生器中生成的熱氣流產(chǎn)生一個切向速度的裝置;一個圍繞等離子發(fā)生器的外套管，使其至少在等離子發(fā)生器出口段的部位上，與等離子發(fā)生器的外壁形成一個環(huán)形空隙;以及用以向環(huán)形空隙送入帶碳物料的輸料管。
7.由權(quán)利要求
6的裝置，其中高壓室是接在環(huán)形空隙入口側(cè)上，以使送入的帶碳物料均勻分布。
8.由權(quán)利要求
7的裝置，其中使含碳物質(zhì)能以切線向送入到所說的高壓室。
9.由權(quán)利要求
6的裝置，其中一個有傾斜斜刮片式導(dǎo)向器的內(nèi)保護管，用于產(chǎn)生氣流的旋轉(zhuǎn)運動和保護等離子發(fā)生器避免磨損。
10.由權(quán)利要求
6-9中任何一個裝置，其中的外套管是用水冷卻。
11.由權(quán)利要求
10的裝置，其中用水冷卻的外套管是擴展噴口型式。
專利摘要
本發(fā)明是涉及噴霧狀含碳物質(zhì)進(jìn)行部分燃燒和氣化的方法及其裝置，其中在等離子發(fā)生器1中生成含有氧化劑的熱等離子氣流，然后將該氣流送入反應(yīng)室了，粉沫狀含碳物質(zhì)借助于伴送氣體，在該熱氣流周圍同心地送入反應(yīng)室。
文檔編號F23D11/24GK85101700SQ85101700
公開日1987年1月31日 申請日期1985年4月1日
發(fā)明者桑頓, 哈馬爾斯各格 申請人:Skf鋼鐵工程公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan