專利名稱:對(duì)細(xì)小燃料高壓制取的煤氣進(jìn)行冷卻的方法
本發(fā)明涉及一種對(duì)細(xì)小燃料高壓制取的煤氣進(jìn)行冷卻的方法。為此，本發(fā)明使用了一個(gè)氣化反應(yīng)器，一個(gè)容器--主要指對(duì)流腔，以及一個(gè)冷卻裝置。--細(xì)小燃料指從細(xì)小顆粒狀直至粉塵狀的燃料。在這里主要是指煤。通過(guò)燃燒器將能量輸給氣化反應(yīng)器，同時(shí)也將大部分的細(xì)小燃料一起帶進(jìn)去。正如生產(chǎn)成分確定的有用氣體一樣，氣化反應(yīng)器應(yīng)按熱力學(xué)的要求進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制。通過(guò)對(duì)粗煤氣的激冷或冷卻仿佛凍結(jié)了不利的反應(yīng)。為此將輸入冷卻氣體。氣體的概念在這里也代表蒸汽。本發(fā)明在這方面也采用了通常的規(guī)定。相應(yīng)的制取煤氣的設(shè)備有氣化反應(yīng)器和對(duì)流腔的壁；高溫液體冷卻--例如沸水冷卻的結(jié)構(gòu)件，各種各樣平行管道的管壁或是其它的管壁。對(duì)流腔內(nèi)配有對(duì)流受熱面，顯然，經(jīng)過(guò)管道內(nèi)和在對(duì)流腔中獲得的熱量將被傳走利用。
以往人們所熟悉的方法--也是本發(fā)明的出發(fā)點(diǎn)(參照如EP0115094)，是采用兩個(gè)并列放置的尖塔形的，氣化設(shè)備，完成各自不同的工藝流程，且建造昂貴。另一方面還要經(jīng)常從安全考慮，不允許在制取煤氣過(guò)程中由于爐渣和/或灰燼的堆積造成不利影響。盡管如此，我們必須經(jīng)常容忍這種有害的縷狀生成物的存在。
與此相比，本發(fā)明的任務(wù)在于提供一種高壓制取煤氣的方法。此方法工藝流程簡(jiǎn)單，安全性高，并且只需一個(gè)簡(jiǎn)單堅(jiān)固的氣化設(shè)備。
為了達(dá)到這一目標(biāo)，本發(fā)明提供一種用細(xì)小燃料高壓制取煤氣的方法，其工藝步驟如下a)在根據(jù)高壓氣化的壓力設(shè)計(jì)的壓力罐內(nèi)同心地設(shè)置一個(gè)氣化反應(yīng)器，一個(gè)冷卻管和一個(gè)對(duì)流腔，b)將從氣化反應(yīng)器出來(lái)的沿軸向向上流動(dòng)的粗煤氣向上引入向上連接的由對(duì)流腔環(huán)繞著的冷卻管中，c)引入冷卻氣體，d)粗煤氣與冷卻氣體的混合氣流(以下仍稱之為粗煤氣體)被位于冷卻管上方，與其軸向旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的回轉(zhuǎn)傘轉(zhuǎn)向180°，并形成一個(gè)空心圓柱式的氣流，e)將空心圓柱式氣流引入一個(gè)同心地環(huán)繞在冷卻管外面的空心圓柱式的對(duì)流腔內(nèi)，f)借助一個(gè)粗煤氣出口在對(duì)流腔出口處將粗煤氣抽出對(duì)流腔，為此，粗煤氣的氣流速度應(yīng)該達(dá)到使混在氣流中的爐渣和灰燼物質(zhì)經(jīng)180°轉(zhuǎn)向后被帶進(jìn)空心圓柱式的對(duì)流腔內(nèi)，并在這里冷卻直至失去其粘結(jié)性。在粗煤氣出口處的氣流速度應(yīng)該達(dá)到能分送爐渣和灰燼物質(zhì)。本發(fā)明在高壓煤氣制取法中利用細(xì)小燃料的想法來(lái)源于這樣的認(rèn)識(shí)，即借助一個(gè)軸向?qū)ΨQ的回轉(zhuǎn)傘，通過(guò)使混合氣流或粗煤氣流產(chǎn)生類似蘑菇狀的180°轉(zhuǎn)向，而恢復(fù)空心圓柱式粗煤氣流的流動(dòng)現(xiàn)象，這種流動(dòng)現(xiàn)象是由180°轉(zhuǎn)向所形成的旋轉(zhuǎn)分量而形成。通過(guò)這種奇妙的方式，可以避免產(chǎn)生熱力學(xué)上的有害縷狀生成物。粗煤氣氣流在其通過(guò)對(duì)流腔路程中產(chǎn)生的渦流分量誘導(dǎo)產(chǎn)生一個(gè)很均勻的各向同性的紊流譜，這將改善熱傳導(dǎo)，粗煤氣的氣流速度可以很容易地確定，即應(yīng)該達(dá)到使混合在氣流中的爐渣和灰燼顆粒經(jīng)過(guò)180°轉(zhuǎn)向后被帶進(jìn)空心圓柱式的對(duì)流腔內(nèi)，而且是非常均勻地分布。這樣確定的冷卻管內(nèi)的氣流速度同時(shí)還使上述的渦流和紊流現(xiàn)象非常明顯、均勻地出現(xiàn)。對(duì)流腔高度可以成比例減小，但要達(dá)到能使?fàn)t渣和灰燼顆粒在經(jīng)過(guò)冷卻管和對(duì)流腔途中冷卻，直至失去粘結(jié)性的要求。當(dāng)然也能很容易地確定粗煤氣出口的氣流速度，使混合的爐渣和灰燼顆粒從易于出現(xiàn)沉積的地方排出。本發(fā)明的方法允許在采用此方法的高壓制取煤氣設(shè)備中不使用耐火爐襯。采用一般的除垢錘就行了。
上述發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和效果是十分明顯的，當(dāng)對(duì)流腔中轉(zhuǎn)向后的粗煤氣通過(guò)同心式對(duì)流受熱面后，它在粗煤氣排出裝置入口處的溫度已被降至400-200℃。另外，采用本發(fā)明方法，可以使冷氣均勻、規(guī)則地分布，以此來(lái)抑制縷狀沉淀物的形成及熱力學(xué)上不利影響的產(chǎn)生。也就是說(shuō)，借助煤氣反應(yīng)器和冷氣管之間的一個(gè)環(huán)狀冷氣進(jìn)入間隙，使冷氣是環(huán)形均勻分布的方式和與粗煤氣呈交叉的方式進(jìn)入到冷氣管中。特別是將冷氣經(jīng)過(guò)一個(gè)無(wú)結(jié)構(gòu)的冷氣進(jìn)入間隙被送入冷卻管中。
根據(jù)本發(fā)明的方法，同心式對(duì)流受熱面環(huán)繞包圍著冷卻管。本發(fā)明為對(duì)流受熱面提供了一個(gè)環(huán)形空間，環(huán)形空間內(nèi)裝有環(huán)形柱板，這樣可以毫不困難地容納一個(gè)比較大的對(duì)流受熱面。采用中心集中對(duì)流受熱面的塔式容器則只能產(chǎn)生較少的熱力學(xué)有效區(qū)域，與此相比，本發(fā)明中的這些地區(qū)已被用來(lái)安置冷卻管道。按本發(fā)明原理制成的設(shè)備或裝置在實(shí)踐中使用，證明其具有極高的功效和生產(chǎn)率；并堅(jiān)固。本發(fā)明中的熱交換以及隨之而來(lái)的粗煤氣的冷卻是非常強(qiáng)烈的，因?yàn)椴粌H冷卻管壁，而且作為冷卻氣體用的對(duì)流受熱面都受到兩邊環(huán)流和進(jìn)氣沖擊作用。冷卻下來(lái)的粗煤氣出口應(yīng)能輸送爐渣和灰燼顆粒，使之從不沉積在粗煤氣出口中。對(duì)此，根據(jù)本發(fā)明的原則，對(duì)流腔出口的管道氣流應(yīng)該在管道氣體出口中壓成一個(gè)渦流，氣流速度以及管道氣體出口處的渦流應(yīng)能分送混合的爐渣和灰燼顆粒。
下面將借助于一個(gè)實(shí)施例圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳盡的解釋，更確切的說(shuō)是借助于一個(gè)按本發(fā)明方法安裝好的煤氣制造裝置進(jìn)行圖示說(shuō)明。
圖1制取煤氣裝置的主視，圖2圖1A部位的比例放大圖，圖3圖1B部位的比例放大圖，放大比例與圖2相同，圖4圖1C部位的比例放大圖，放大比例與圖2相同，圖5圖3D部位的較大比例的放大圖，圖6圖5中E-E位置的截面圖，圖7圖1中F部分的較大比例的放大圖。
圖中說(shuō)明的煤氣發(fā)生器是指用細(xì)小燃料高壓制取可用煤氣的裝置，它是根據(jù)本發(fā)明的方法加以確定和建造的。在圖1中，裝置中未被畫出的中間部分的長(zhǎng)度與下部分的長(zhǎng)度基本相等。
煤氣發(fā)生器的基本構(gòu)造是由一個(gè)氣化反應(yīng)器1，一個(gè)輸送從氣化反應(yīng)器流出的粗煤氣的冷卻管道2，和一個(gè)對(duì)流腔3組成，對(duì)流腔內(nèi)裝有一個(gè)吸收粗煤氣余熱的對(duì)流受熱面4。顯然，對(duì)流受熱面4采用與其目的相符的同心圓柱形排列方式。如前所述，上述設(shè)備是由相互平行的焊接好的管壁組成。
從圖1可見，氣化反應(yīng)器1，冷卻管道2和具有腔壁5的對(duì)流腔3都被安置在一個(gè)壓力罐6內(nèi)。對(duì)流腔3同心地環(huán)繞著冷卻管2。氣化反應(yīng)器1與冷卻管道2同軸地設(shè)置于其下面。腔壁5由相應(yīng)的管壁組成。從圖1的上半部和圖2可見，在冷卻管道2以及腔壁5上的成束的對(duì)流受熱面4的懸置裝置。以同樣的方式在煤氣發(fā)生器的高度上分別還設(shè)有對(duì)流受熱面7束。
在腔壁5內(nèi)，冷卻管道2的上部安有一個(gè)轉(zhuǎn)向裝置7，它將從冷卻管道2流出的粗煤氣輸入到對(duì)流腔3內(nèi)。圖2對(duì)此做了專門的說(shuō)明。尤其如圖3所示，在氣化反應(yīng)器1和對(duì)流腔3之間的區(qū)域中安置了一個(gè)粗煤氣出口8，用它將腔壁5和壓力罐6中的粗煤氣排除。借助于圖3中所示的導(dǎo)向葉片8a，使從對(duì)流腔流出的粗煤氣形成如圖所示的轉(zhuǎn)向。設(shè)計(jì)應(yīng)使排出的粗煤氣將爐渣和灰燼顆粒一起帶走，而不在該區(qū)造成有害的沉積物。只要冷卻的粗煤氣帶著爐渣顆粒一起跑掉，就不可能發(fā)生粘結(jié)。從圖4可見，在壓力罐6下部的氣化反應(yīng)器1放在固定點(diǎn)9上。
對(duì)流受熱面4由冷卻管道2和腔壁5支撐，冷卻管道2和腔壁5以其下部，于粗煤氣出口8之上設(shè)置于卸載部件10之上，部件10帶有粗煤氣通道11，并被放置在壓力罐6的固定點(diǎn)上。在圖3、5和6中部明確指示出這個(gè)固定點(diǎn)12。
從圖4，可進(jìn)一步看到，在氣化反應(yīng)器1和冷卻管道2之間有一個(gè)環(huán)形冷氣進(jìn)入間隙13。該間隙將冷卻管道2和氣化反應(yīng)器1分開。如此布置其結(jié)構(gòu)從而在卸載部件10下面的冷卻管道區(qū)域和固定支撐9上面的氣化反應(yīng)器1之間允許產(chǎn)生不同的、壓力罐條件所允許的熱膨脹。因此還要作為熱膨脹補(bǔ)償間隙來(lái)確定冷氣進(jìn)入間隙13的尺寸。
在實(shí)施例中和本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施形式中，壓力罐6也是作為固定氣化反應(yīng)器1，冷卻管道2及帶有腔壁5的對(duì)流腔3的支承結(jié)構(gòu)，起靜止和穩(wěn)定設(shè)備的作用。前面已提及的轉(zhuǎn)向裝置7為帽狀碰撞轉(zhuǎn)向裝置。粗煤氣出口8有一個(gè)裝置14，用于分送爐渣和/或灰燼顆粒，下面還將對(duì)其予以特殊的說(shuō)明。
從圖4還可以清楚地看出，氣化反應(yīng)器1的下部如何被放置在壓力罐6上的固定托架15上。
對(duì)流受熱面4的一邊與支承十字頭16固定。十字頭16與腔壁5和冷卻管2之間為松配合，以使腔壁和冷卻管可以實(shí)現(xiàn)不同的熱膨脹。最簡(jiǎn)單的方法是十字頭為鋼梁，無(wú)約束地靜放在兩個(gè)支撐上。
從圖5和6可看出卸載部件10的細(xì)部結(jié)構(gòu)。它是由內(nèi)環(huán)17，外環(huán)18和輻條16做成一個(gè)剛性的金屬部件。輻條之間的空間形成粗煤氣通道11。所述部件17，18，19均為單獨(dú)部件，例如鍛造件。卸載部件10是由被加熱了的支架與壓力罐6中的承載部件相連接，或者由一個(gè)被加熱的鐵框架20與腔壁5相連接。從圖5中可知，卸載部件10同時(shí)，還作為沸水的輸送裝置，用于輸送沸水，冷卻輸送管，輸送管在冷卻管2的管壁內(nèi)。為此采用了輸送管或通道21。沸水經(jīng)冷卻管道2的上方的管道22排出，管道22與輸送管相通并可以進(jìn)行熱膨脹變形。除去卸載部件10上及其中的管道之外，冷卻管道2與腔壁5之間的所有管道連接的設(shè)計(jì)與安裝都充分考慮到了管道的彈性熱膨脹變形。
氣化反應(yīng)器1與壓力罐6的壁之間形成一個(gè)環(huán)形腔23，輸入的冷卻氣體經(jīng)環(huán)形腔23被引向冷氣進(jìn)入間隙13。此外環(huán)形腔23還與一個(gè)壓力平衡室24相連，平衡室24在腔壁5和壓力罐6之間是無(wú)約束的。
在本實(shí)施例中制成的這個(gè)冷氣進(jìn)入間隙13是會(huì)帶來(lái)很大的好處。它介于氣化反應(yīng)器1的一個(gè)圓錐收縮的出口部件25和一個(gè)與之相應(yīng)的冷卻管2的圍裙26之間。出口部件25在氣化反應(yīng)器的一側(cè)沒(méi)有加耐火襯，而是由光滑的金屬組成，角度大約為60°。所有出口部件25向下的排列面都不需要有耐火襯。如圖7所示，氣化反應(yīng)器1的出口部件25要配備一個(gè)清潔環(huán)27，該環(huán)可定期地用振動(dòng)裝置移動(dòng)。
為了確保由間隙進(jìn)入的冷氣流方向一致，在氣化反應(yīng)器1和壓力罐6之間的環(huán)形壁要用一個(gè)擋板28隔開。擋板以下的等壓平衡借助氣化反應(yīng)器1底部的出料口來(lái)建立。
經(jīng)過(guò)對(duì)圖1至圖7的觀察可知，應(yīng)執(zhí)行如下的方法壓力罐6內(nèi)同心地設(shè)置一個(gè)氣化反應(yīng)器1，一個(gè)冷卻管2和一個(gè)對(duì)流腔3，壓力罐6用于承受高壓氣化的壓力。從氣化反應(yīng)器1出來(lái)的沿軸向向上流動(dòng)的粗煤氣被向上引入向上連接的冷卻管2內(nèi)。輸入冷卻氣體。粗煤氣與冷卻氣體的混合氣流--以下統(tǒng)稱為粗煤氣，被位于冷卻管2上方，與其軸線旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的回轉(zhuǎn)傘型回轉(zhuǎn)裝置7轉(zhuǎn)向180°，并形成一個(gè)空心圓柱式的氣流?？招膱A柱式氣流流進(jìn)一個(gè)環(huán)繞在冷卻管2外面與之共軸的空心圓柱式的對(duì)流腔3內(nèi)。借助一個(gè)粗煤氣出口8，在對(duì)流腔3的出口處將粗煤氣抽出對(duì)流腔3。首先，粗煤氣的氣流速度應(yīng)達(dá)到能使混在氣體中的爐渣和灰燼顆粒經(jīng)180°轉(zhuǎn)向后被帶進(jìn)空心圓柱式的對(duì)流腔3內(nèi)，并在這里冷卻直至失去它們的粘結(jié)性。在粗煤氣出口8處的氣流應(yīng)該達(dá)到能分送爐渣和灰燼物質(zhì)。本實(shí)施例表明在對(duì)流腔3中的轉(zhuǎn)向后的粗煤氣流過(guò)同心的對(duì)流受熱面4進(jìn)行冷卻，使其在進(jìn)入粗煤氣出口8處時(shí)的溫度，被降至400至200℃。借助于氣化反應(yīng)器1和冷卻管2之間的一個(gè)環(huán)狀冷卻氣體進(jìn)口間隙13，使冷氣呈環(huán)形均勻分布的方式和與粗煤氣呈交叉的方式進(jìn)入到冷氣管2中。從對(duì)流腔3流出的粗煤氣應(yīng)在管道出口8處被壓成一個(gè)渦流，氣流速度以及管道出口8處的渦流應(yīng)能分送混合的爐渣和灰燼顆粒。
權(quán)利要求
1.對(duì)細(xì)小燃料高壓制取的煤氣進(jìn)行冷卻的方法，包括a)在根據(jù)高壓氣化的壓力設(shè)計(jì)的壓力罐內(nèi)同心地設(shè)置一個(gè)氣化反應(yīng)器，一個(gè)冷卻管和一個(gè)對(duì)流腔，b)將從氣化反應(yīng)器出來(lái)的沿軸向向上流動(dòng)的粗煤氣向上引入向上連接的由對(duì)流腔環(huán)繞著的冷卻管內(nèi)，c)引入冷卻氣體，d)粗煤氣與冷卻氣體的混合氣流(以下仍稱之為粗煤氣)被位于冷卻管上方，與其軸向旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的回轉(zhuǎn)傘轉(zhuǎn)向180°，并形成一個(gè)空心圓柱式的氣流，e)將空心圓柱式氣流引入一個(gè)同心地環(huán)繞在冷卻管外面的空心圓柱式的對(duì)流腔內(nèi)，f)借助一個(gè)粗煤氣出口在對(duì)流腔出口處將粗煤氣抽出對(duì)流腔，其中，粗煤氣的氣流速度應(yīng)達(dá)到能使混在氣體中的爐渣和灰燼顆粒經(jīng)180°轉(zhuǎn)向后被帶進(jìn)空心圓柱式的對(duì)流腔內(nèi)，并在這里冷卻直至失去其粘結(jié)性，在粗煤氣出口處的氣流速度應(yīng)該達(dá)到能分送爐渣和灰燼顆粒，在對(duì)流腔中的轉(zhuǎn)向后的粗煤氣流經(jīng)同心式對(duì)流受熱面，在進(jìn)入粗煤氣出口裝置的入口處的溫度被降至200℃至400℃，借助于氣化反應(yīng)和冷卻管之間的一個(gè)環(huán)狀冷卻氣體進(jìn)口間隙，使冷氣呈環(huán)形均勻分布的方式和與粗煤氣呈交叉的方式進(jìn)到冷氣管中。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的方法，其特征在于，冷氣經(jīng)過(guò)一個(gè)內(nèi)部無(wú)障礙的冷氣進(jìn)入間隙進(jìn)入冷卻管中。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1或2的方法，其特征在于，從對(duì)流腔流出的粗煤氣氣流應(yīng)在管道出口處被壓成一個(gè)渦流，氣流速度以及渦流應(yīng)能分送混合的爐渣和灰燼。
專利摘要
用細(xì)小燃料高壓制取煤氣的方法。從氣化反應(yīng)器出來(lái)的沿軸向向上流動(dòng)的粗煤氣向上進(jìn)入由對(duì)流腔環(huán)繞著的冷卻管中。輸入冷卻氣體。將粗煤與冷卻氣體的混合氣流用回轉(zhuǎn)傘轉(zhuǎn)向180°，并形成一個(gè)空心圓柱式的氣流。借助一個(gè)粗煤氣出口使對(duì)流腔出口處的粗煤氣排出對(duì)流腔。粗煤氣的氣流速度應(yīng)該達(dá)到使混合在氣流中的爐渣和灰燼顆粒經(jīng)180°轉(zhuǎn)向后被帶進(jìn)空心圓柱式的對(duì)流腔內(nèi)。粗煤氣排出裝置內(nèi)的氣流速度應(yīng)達(dá)到能分送混在氣流中的爐渣和灰燼顆粒。
文檔編號(hào)C10J3/46GKCN1041107SQ94102284
公開日1998年12月9日 申請(qǐng)日期1994年3月10日
發(fā)明者雷納·達(dá)費(fèi)爾德, 約翰尼斯·科沃爾, 埃伯哈德·庫(kù)斯克, 漢斯·尼爾曼, 格哈特·威爾默, 喬基姆·沃爾夫 申請(qǐng)人:克魯普科普斯有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專利引用 (4),