專利名稱：聯(lián)合碳質(zhì)燃料的干燥和氣化的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將具有高含濕量的顆粒固體碳質(zhì)燃料轉(zhuǎn)化成供燃燒的煤氣的方法和裝置。更確切地說(shuō)，本發(fā)明提供了氣化濕顆粒固體碳質(zhì)燃料(不包括在干燥段之前加入水)的改進(jìn)的方法和裝置，并且，在其中，該燃料的干燥與產(chǎn)物煤氣的冷卻相互聯(lián)合起來(lái)進(jìn)行。本發(fā)明主要適合于將濕煤轉(zhuǎn)化成煤氣，為了方便起見(jiàn)，關(guān)于該申請(qǐng)，將在下文描述本發(fā)明。然而，當(dāng)然本發(fā)明也適合于轉(zhuǎn)化其他類型的顆粒固體碳質(zhì)燃料成為煤氣。
已知的是，通過(guò)各種方法可以將煤轉(zhuǎn)化成為煤氣。這些轉(zhuǎn)化方法一般在升溫下發(fā)生，溫度通常在900℃和1500℃之間，其取決于所使用的轉(zhuǎn)化方法。這些方法主要包括將煤部分燃燒，以便產(chǎn)生一氧化碳而不產(chǎn)生二氧化碳。在化學(xué)結(jié)構(gòu)上在煤中含有的烴和氫也產(chǎn)生某些氫氣和甲烷。這些方法通常包括加入蒸汽并通過(guò)碳和水之間的反應(yīng)結(jié)果產(chǎn)生了附加氫氣。
在產(chǎn)物煤氣可被凈化之前或它的流量通過(guò)閥門可被控制之前必須將其冷卻。用于冷卻該煤氣的大多數(shù)方法是使用蒸汽發(fā)生器和過(guò)熱器，在其中，熱氣體通過(guò)上部管子被冷卻，管中水沸騰以產(chǎn)生蒸汽。
大多數(shù)的已知?dú)饣椒ㄐ枰┙o具有含濕量通常低于10至20%(其量取決于該方法)的煤。鼓氧氣化爐可接受具有較高濕量的燃料。當(dāng)具有高含濕量的煤被氣化時(shí)，首先必須干燥所說(shuō)的煤，以便將濕含量減少到適合的程度。
在轉(zhuǎn)化高含濕量的煤成為煤氣的已知方法中，首先將煤干燥，在蒸汽流化床干燥方法中，用熱蒸汽干燥煤，減少濕含量。該方法在大氣壓下操作，使用原煤，該原煤在送入干燥器的床層之前被粉碎。通過(guò)在底部引入的鼓泡的熱蒸汽使煤床層達(dá)到流態(tài)化，以保持該床層中的顆粒進(jìn)行恒定運(yùn)動(dòng)。許多根管子被安置在該床層區(qū)域內(nèi)的層間，熱蒸汽通過(guò)這些管子，以便加熱和干燥所說(shuō)的煤。干燥的煤被冷卻和貯存。然后，將煤從貯存器輸送至氣化爐，其位于該裝置的另一處。
該氣化爐具有一床層，用空氣或富氧空氣使其流態(tài)化，也與煤進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，以產(chǎn)生產(chǎn)物煤氣。以這樣方式來(lái)操作，以致使大多數(shù)反應(yīng)發(fā)生在流化床中，盡管細(xì)煤顆粒和細(xì)灰分通過(guò)氣流被帶到該氣化爐的頂部，在此可另外引入空氣以完成氣化過(guò)程。當(dāng)離開(kāi)氣化爐時(shí)，煤氣的溫度約為1000℃，因此，需要高溫耐火旋風(fēng)分離器以除去返回至氣化爐的碳顆粒。
然后，將產(chǎn)物煤氣冷卻，使其溫度冷至0℃至450℃，以便凈化和除硫。
其他氣化方法也是已知的，但這些方法都基本上相似，其相似程度是，在操作過(guò)程中，在氣化之前煤首先被干燥和貯存，在凈化之前冷卻產(chǎn)物煤氣。
蒸汽流化床干燥方法需要蒸汽，以便形成流態(tài)化并干燥煤。這可通過(guò)常規(guī)的鍋爐或蒸氣再壓縮的方法來(lái)達(dá)到，使之在干燥過(guò)程中除去水分。這兩種方法都需要消耗能量或進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)化。
在燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)力站中，使用蒸汽葉輪機(jī)，其是靠熱回收蒸汽發(fā)生器而產(chǎn)生的蒸汽來(lái)開(kāi)動(dòng)的，所供給的用于干燥的蒸汽可來(lái)自熱回收蒸汽發(fā)生器或來(lái)自蒸汽葉輪機(jī)的廢蒸汽。然而，這減少了通過(guò)蒸汽葉輪的用于發(fā)電的蒸汽。
使用蒸氣再壓縮需要壓縮機(jī)用于提高蒸汽壓力和溫度，這些壓縮機(jī)需要輸入大功率電能。為蒸汽流化床干燥器(SFBD)而產(chǎn)生蒸汽的這兩種方法都降低了動(dòng)力站的凈電力輸出功率，因此，降低了它的總功率。
對(duì)于動(dòng)力站產(chǎn)生的電比如說(shuō)400MW電容量，完全使用加工煤的常壓蒸汽流化床干燥器(SFBD)是很大的，大大增加了動(dòng)力站的基本投資，因此增加了生產(chǎn)電的費(fèi)用。
使用這種蒸汽流化床干燥器的方法所建議采用的裝置包括在氣化前的干燥煤的中間貯罐，這導(dǎo)致增加了煤氣生產(chǎn)裝置的基本投資。貯存干燥的煤是危險(xiǎn)的，因?yàn)榭赡芤鹱匀肌?br> 在過(guò)濾前需要冷卻產(chǎn)物煤氣而引起為冷卻煤氣所使用的熱交換器的另外的基本投資。由于未過(guò)濾的煤氣易于使熱交換器堵塞，這又需要經(jīng)常清洗熱交換器，因此便增加了該裝置的操作費(fèi)用。
在最新的專利文獻(xiàn)中描述了某些方法，在這些方法中使用氣化爐的產(chǎn)物煤氣，以便除去來(lái)自進(jìn)料燃料中的水分。
在干燥和氣化具有結(jié)合水的煤的方法[描述在USP4166802(Texaco Inc.)中]中，其聲稱可使用來(lái)自氣化區(qū)的熱煤氣來(lái)加熱由煤與水混合形成的淤漿，結(jié)果改變了煤的結(jié)構(gòu)，同時(shí)將水從煤顆粒中部分地除去。該干燥方法在很高壓力(約90巴)下操作，該壓力足以使水保持在液相的淤漿中。淤漿加熱后，某些水分從淤漿中分離出來(lái)，以便產(chǎn)生降低含濕量的淤漿。這種減少水分的淤漿構(gòu)成了送至高壓氧吹氣化爐的進(jìn)料。該方法在比標(biāo)準(zhǔn)的燃?xì)廨啓C(jī)所需的壓力高得多的壓力下操作。高壓將導(dǎo)致高的基本投資。因?yàn)樗椭翚饣癄t的高含濕量的燃料，則需要氧吹氣化爐生產(chǎn)滿意的產(chǎn)品氣。該氧氣裝置也增加了基本投資。水熱過(guò)程產(chǎn)生了很大的有機(jī)物質(zhì)污染的水物流，處理這種水將會(huì)增加該方法的投資。
在另一方法[描述在USP 4302353(Unde GmbH)中]中，為了處理污泥，在自氣化爐中由污泥產(chǎn)生的熱煤氣通過(guò)進(jìn)料的污水，以便將其干燥使之達(dá)到足以氣化的程度，所得煤氣在通過(guò)燃燒處理之前被凈化。該方法的缺點(diǎn)是在進(jìn)料污泥中的所有水分仍保留在產(chǎn)物煤氣中，因此形成了具有很低熱值的煤氣，其不適合于在燃?xì)廨啓C(jī)中燃燒。
在日本專利號(hào)JO3039394(Ebara Seisakusho KK)所描述的方法中，來(lái)自氣化爐的熱產(chǎn)物煤氣通過(guò)為氣化爐所使用的含有原料的大貯罐，以便除去來(lái)自產(chǎn)物煤氣中的碳和焦油，同時(shí)干燥了原料并冷卻了煤氣。該方法描述了關(guān)于氣化木材切下物和鋸屑，但它指出，這種方法也適用于通常用于氣化的其他含碳物質(zhì)如泥煤、焦炭和煤。該方法可認(rèn)為是產(chǎn)物煤氣通過(guò)在貯罐中的原料的固定床，這取決于為氣體通過(guò)的空間通道。這種方法不能處理易碎和易斷裂成小顆粒的燃料，因?yàn)樵陬w粒間沒(méi)有足夠的區(qū)域使氣體通過(guò)。與上述的兩種方法一樣，這種方法導(dǎo)致了在產(chǎn)物煤氣中具有過(guò)量的水分，因此，形成了具有很低熱值的煤氣，其不適合于在燃?xì)廨啓C(jī)中燃燒。
在用于氣化具有含濕量為50-60%(重量)的褐煤的方法(描述在德意志民主共和國(guó)專利號(hào)209648中)中，使用固定床氣化爐。所說(shuō)的煤與水混合，以保持塊煤的尺寸為5mm至60mm，這是為保持在氣化爐中通過(guò)煤床層的氣體通道所必須的。煤首先在貯罐中被預(yù)熱至90℃，然后用加壓(通入蒸汽的壓力)的方法，使其預(yù)干燥達(dá)含濕量為50%。然后，將其輸送至氣化爐。在此煤以向下的形式通過(guò)，而熱產(chǎn)物煤氣以向上形式通過(guò)該床層，以完成干燥過(guò)程。這種方法不適合用于易碎燃料(例如Victorian褐煤)，其斷裂成尺寸小于5mm的顆粒。該方法也使用氧氣和蒸汽作為氣化介質(zhì)，因?yàn)榭諝獯禋饣癄t總是形成具有很低熱值的煤氣，其不適合于在燃?xì)廨啓C(jī)中燃燒。該方法同樣存在缺點(diǎn)，即需要用于預(yù)熱煤的貯罐，并需要比標(biāo)準(zhǔn)的氣化爐大的氣化爐，以便為干燥進(jìn)料的煤提供足夠的停留時(shí)間，這兩種方法都引起了基本投資的增加。
本發(fā)明的目的是提供用于氣化具有高含濕量的顆粒固定碳質(zhì)燃料的方法和裝置，其克服或至少減少一種或多種上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)。
因此，本發(fā)明提供了用于氣化具有高含濕量的顆粒固定碳質(zhì)燃料的方法，所說(shuō)的方法包括在不向所說(shuō)的燃料中加入水的情況下，將該燃料輸入到一個(gè)或多個(gè)加壓干燥器中;
在所說(shuō)的干燥器中降低了所說(shuō)燃料的含濕量，使其達(dá)到適合于氣化的程度，使用的方法是，熱產(chǎn)物煤氣通過(guò)該干燥器或每個(gè)干燥器，使燃料的顆粒夾帶在煤氣氣流中，因此冷卻和增濕了該煤氣;
從所說(shuō)的燃料中分離所說(shuō)的冷卻的和增濕的煤氣;將降低含濕量的燃料從該干燥器或每個(gè)干燥器輸送至氣化爐中;
在所說(shuō)的氣化爐中氣化所說(shuō)的燃料，以便產(chǎn)生所說(shuō)的熱產(chǎn)物煤氣;和引入至少部分所說(shuō)的熱產(chǎn)物煤氣至該干燥器或每個(gè)干燥器中。
本發(fā)明也提供了用于氣化具有高含濕量的顆粒固體碳質(zhì)燃料的裝置，所說(shuō)的裝置包括用于氣化所說(shuō)的燃料以產(chǎn)生熱產(chǎn)物煤氣的氣化爐;
用于降低所說(shuō)燃料的含濕量，使其達(dá)到適合于氣化程度的一個(gè)或多個(gè)加壓干燥器，并且至少將部分煤氣通過(guò)所說(shuō)的干燥器，使所說(shuō)的燃料顆粒夾帶在煤氣氣流中，以冷卻和增濕至少部分所說(shuō)的熱產(chǎn)物煤氣;
在不向燃料中加入水的情況下，將所說(shuō)的燃料輸入到該干燥器或每個(gè)干燥器的設(shè)備;
用于將至少部分所說(shuō)的熱產(chǎn)物煤氣從所說(shuō)的氣化爐引入到該干燥器或每個(gè)干燥器中的設(shè)備;
用于將所說(shuō)的冷卻和增濕的煤氣從該批燃料中或每批燃料中分離出來(lái)的設(shè)備;和用于將所說(shuō)的降低含濕量的燃料從該干燥器或每個(gè)干燥器輸入到所說(shuō)的氣化爐中的設(shè)備。
在另外的實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了用于從具有高含濕量的顆粒固體碳質(zhì)燃料產(chǎn)生電力的聯(lián)合方法，所說(shuō)的方法包括在不向所說(shuō)的燃料中加入水的情況下，將所說(shuō)的燃料輸入到一個(gè)或多個(gè)加壓干燥器中;
在所說(shuō)的干燥器中，降低所說(shuō)燃料的含濕量，使其達(dá)到適合于氣化的程度，使用的方法是，熱產(chǎn)物煤氣通過(guò)該干燥器或每個(gè)干燥器，使燃料顆粒夾帶在煤氣氣流中，因此冷卻和增濕了所說(shuō)的煤氣;
從所說(shuō)的燃料中分離出所說(shuō)的冷卻的和增濕的煤氣;
將所說(shuō)的冷卻的和增濕的煤氣任意通過(guò)煤氣凈化系統(tǒng)和/或冷凝器而引入到燃?xì)廨啓C(jī)中，以便產(chǎn)生動(dòng)力;
將所說(shuō)的降低了含濕量的燃料從該干燥器或每個(gè)干燥器中輸入到氣化爐中;
在所說(shuō)的氣化爐中氣化所說(shuō)的燃料，以產(chǎn)生所說(shuō)的熱產(chǎn)物煤氣;和將所說(shuō)的熱產(chǎn)物煤氣引入到該干燥器或每個(gè)干燥器中。
本文中所使用的“氣化”一詞指的是將固體碳質(zhì)燃料轉(zhuǎn)化成用于燃燒的煤氣。該碳質(zhì)燃料可以是任何固體碳基燃料如煤、泥煤、廢木、生物物質(zhì)、甘蔗渣、鋸屑等。
某些碳質(zhì)物質(zhì)需要進(jìn)行預(yù)處理，例如粉碎篩選、預(yù)干燥等，以便產(chǎn)生具有流動(dòng)特性的顆粒，其適合用于將該顆粒輸送到加壓干燥器使用的特定方法，并且需要足夠小的顆粒，以便能夠使他們夾帶在煤氣流中而通過(guò)干燥器。雖然在該方法中所使用的顆粒的大小取決于多種因素，包括該物質(zhì)的密度、該物質(zhì)結(jié)塊的可能性、通過(guò)干燥器的熱煤氣的壓力，湍流度和速度等，仍然已發(fā)現(xiàn)，具有最大粒度約為6mm顆粒是特別適合于本方法的。
適用于本發(fā)明方法的碳質(zhì)燃料具有高含濕量。本發(fā)明所表示的“高含濕量”指的是比在該氣化方法中可使用的最大含濕量高的含濕量。大多數(shù)的氣化方法需要具有含濕量一般低于10至20%的固體進(jìn)料煤，其取決于該方法的吹氧氣化爐可接受較高含濕量進(jìn)料的程度。因此，所表示的“高含濕量”通常指的是具有高于10或20%的含濕量的燃料。該方法特別適用于氣化具有高于50%含濕量的原煤。
在一個(gè)或多個(gè)夾帶氣流干燥器中降低了碳質(zhì)燃料的含濕量，所說(shuō)的干燥在加壓下操作，最好其壓力與氣化爐操作的壓力相似。干燥方法是，燃料顆粒被輸送到熱煤氣氣流中，并與熱煤氣氣流一道被帶走，隨著它們的運(yùn)行而得到干燥，然后將其送到分離器例如旋風(fēng)分離器。在夾帶氣流中仍然可以是濕的原煤顆?？扇我庠诹６确旨?jí)器中進(jìn)行分離，并為進(jìn)一步干燥而進(jìn)行再循環(huán)。所設(shè)想的其他干燥方法是，將兩種基本操作原理即夾帶氣流方法和流化床方法(在此原料的床層被干燥)相結(jié)合，該方法是通過(guò)熱煤氣使之達(dá)到流態(tài)化，但在此煤氣氣流在床層上方夾帶較大部分的原料，以便以?shī)A帶氣流的方式而進(jìn)行干燥，并且為了進(jìn)一步干燥，在上方如此夾帶的原料可進(jìn)行再循環(huán)。
與該氣化爐結(jié)合可以使用一個(gè)或多個(gè)干燥器。所需干燥器的實(shí)際數(shù)量將取決于多種因素，其包括燃料的含濕量、氣化爐的大小等，但一般1-6個(gè)干燥器足夠了。
將濕燃料輸送到干燥器的方法同樣取決于夾帶氣流干燥器的類型。在優(yōu)選的方法中，通過(guò)密封進(jìn)料斗系統(tǒng)將燃料裝入到該干燥器或每個(gè)干燥器中，在所說(shuō)的密封進(jìn)料斗系統(tǒng)中，壓力提高到干燥器的操作壓力。燃料需要預(yù)處理，以保證在通過(guò)密封進(jìn)料斗時(shí)燃料進(jìn)行流動(dòng)。當(dāng)達(dá)到所說(shuō)的壓力時(shí)，可使用螺旋輸送系統(tǒng)，燃料輸送到干燥器。
在本發(fā)明的方法和裝置中，氣化爐和氣化方法可以是任何以前已知的設(shè)備和方法。氣吹氣化爐是優(yōu)選的，因?yàn)樗鼈儽苊饬朔蛛x氧氣裝置的高基本投資。特別適合的氣化爐是高溫溫克勒型的氣吹流化床氣化爐，然而，與其他這種類型的實(shí)例不同，上方夾帶的碳可以與氣化產(chǎn)物煤氣一起入干燥器，而不是將其分離并返至氣化爐。其他氣化爐例如使用夾帶氣流系統(tǒng)操作的那些氣化爐也可以使用，而流化床氣化爐是特別適合的。但是因?yàn)檫@些氣化爐通常在高溫下操作，在產(chǎn)物煤氣進(jìn)入干燥器之前，它們可能需要再次進(jìn)行冷卻。
氣化方法主要包括將碳、氧和水轉(zhuǎn)化成為氫氣和一氧化碳，雖然在該方法中也產(chǎn)生其他氣體并發(fā)生其他反應(yīng)。在大多數(shù)的氣化方法中，用于該方法的熱量是通過(guò)將含氧氣體泵送到氣化爐而引起燃料的部分燃燒來(lái)產(chǎn)生的。含氧氣體可以是直接來(lái)自大氣的空氣、富氣空氣、純氧等。在氣化爐的下游處，該空氣泵可以與燃?xì)廨啓C(jī)或蒸汽葉機(jī)結(jié)合起來(lái)。
可以用空氣來(lái)噴射一些蒸汽或水，以控制氣化爐的操作溫度。在該氣化爐中產(chǎn)生的至少部分煤氣被輸送到干燥器中，在此使其與濕燃料接觸。優(yōu)選的是，將氣化爐中產(chǎn)生的全部熱煤氣輸送到干燥器中，引入干燥器中的煤氣的溫度可控制的方法是，通過(guò)冷卻煤氣的側(cè)線餾分并將其與主要煤氣氣流再混合，然后引入干燥器，通過(guò)熱交換器冷卻全部煤氣氣流，通過(guò)加入水蒸汽或水或通過(guò)再循環(huán)和通過(guò)將離開(kāi)干燥器的部分冷卻煤氣與引入干燥器的熱煤氣相混合。對(duì)于該方法的總熱效率來(lái)說(shuō)，干燥器的出口溫度的控制是需要的，并且是為了使干燥器的出口溫度與控制凈化等下游所需要的溫度相適應(yīng)。在干燥期間，溫度的控制也是必須的，這是為了避免燃料的大量的熱解和釋放焦油。所限定的溫度取決于使用的碳質(zhì)燃料的性質(zhì)。
特別方便的是，該干燥器或每個(gè)干燥器在與氣化爐相似的壓力下操作，因?yàn)檫@避免了在合成氣體進(jìn)入干燥器之前需要將其壓縮或降壓。實(shí)際上，由于在氣體輸送管線中的壓力損失，干燥器中的壓力通常將是稍低于氣化爐中的壓力。優(yōu)選的是，該干燥器或每個(gè)干燥(以及氣化爐)在15和40大氣壓之間的壓力下操作。對(duì)于聯(lián)合方法而言，其中，離開(kāi)干燥器的冷卻的和增濕的煤氣輸送到燃?xì)廨啓C(jī)中，同樣方便的是，使干燥器中的壓力與燃?xì)廨啓C(jī)中所需要的壓力相適應(yīng)。
燃料的含濕量和煤氣的溫度都隨著熱煤氣通過(guò)干燥器而降低。起干燥器和冷卻器雙重作用的該干燥器或每個(gè)干燥器可部分或全部省去所需的分離冷卻器。
在夾帶氣流干燥器中，干燥的燃料用冷卻的煤氣帶出干燥器。使用任何適合的分離設(shè)備如旋風(fēng)分離器可將干燥的燃料從冷卻的煤氣中分離出來(lái)。如果碳質(zhì)原料的顆粒性質(zhì)需要的話，可混入返至干燥器的分粒和再循環(huán)的較大煤顆粒。然后，干燥燃料可以從分離器直接送到氣化爐，而冷卻的煤氣被輸送到氣體燃燒設(shè)備(其可為燃?xì)廨啓C(jī)或其他燃燒器)的下游處。干燥煤克服反向壓力梯度從分離器輸送到氣化爐可通過(guò)任何適合的設(shè)備例如重力進(jìn)料管、空氣噴咀、回轉(zhuǎn)伐、螺旋輸送器、密封進(jìn)料斗等或這些設(shè)備的結(jié)合來(lái)進(jìn)行。
離開(kāi)分離器的冷卻煤氣最好通過(guò)氣體凈化系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括分離器例如另一旋風(fēng)分離器，以便除去任何煤顆粒，該氣體凈化系統(tǒng)也可另外包括過(guò)濾器例如陶瓷隔板顆粒固體過(guò)濾器或靜電除塵器，以便除去細(xì)小顆粒包括遺留下的煤和凝聚蠟、焦油和堿金屬鹽。
該氣體凈化系統(tǒng)可包括水洗滌系統(tǒng)和/或除硫工序?？梢允褂盟礈煜到y(tǒng)來(lái)代替陶瓷過(guò)濾器或類似陶瓷過(guò)濾器的設(shè)備。如果燃料含有大量的硫或氮，可需要這樣的系統(tǒng)。水洗滌系統(tǒng)也具有從產(chǎn)物煤氣中除去某些水蒸汽的作用。
在氣化爐中產(chǎn)生的沒(méi)有引入到干燥器的任何熱煤氣，可與離開(kāi)干燥器之后的冷卻煤氣再混合，最好在冷卻煤氣通過(guò)氣體凈化裝置之前。
因?yàn)楸景l(fā)明的方法不包括在碳質(zhì)原料進(jìn)入干燥器之前向其中加入水，所以該產(chǎn)物煤氣具有對(duì)于大多數(shù)工業(yè)應(yīng)用的足夠的高比能。然而如果需要提高產(chǎn)物煤氣的比能以滿足特殊的需要，這可用包括下述的一些方法來(lái)進(jìn)行。
可提高全部或部分冷卻的產(chǎn)物煤氣的比能的方法是將其通過(guò)冷凝器，在此它被進(jìn)一步冷卻，以便將某些水冷凝出來(lái)。如果用此方法僅冷卻部分煤氣，然后它可與剩余的產(chǎn)物煤氣再混合，因此提高了混合煤氣氣流的比能。
用冷凝法除水是比較容易的，并可實(shí)現(xiàn)提高煤氣的比能量。同時(shí)，水的冷凝將引起某些水洗滌該煤氣從而減少了包括氨的有害污染物。
避免需要從產(chǎn)物煤氣中除去水的另外可采用的方法是用來(lái)自空氣分離裝置的氧氣對(duì)氣化爐進(jìn)行空氣的部分濃縮，這會(huì)產(chǎn)生較高能量的煤氣，并且地某些情況下，可避免需要從產(chǎn)物煤氣中除去水。
產(chǎn)物煤氣可在燃?xì)廨啓C(jī)中燃燒，以便產(chǎn)物電力，并且保持在廢氣中的熱量可用來(lái)驅(qū)動(dòng)蒸汽葉輪機(jī)同樣可產(chǎn)生電力，它也可用于其他工業(yè)方法中。
參照說(shuō)明本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案的附圖將可方便地描述本發(fā)明。該實(shí)施方案是基于使用具有流動(dòng)特性的高含濕量的褐煤，其阻礙通過(guò)密封進(jìn)料斗系統(tǒng)的流動(dòng)。后者的特性需要使用預(yù)干燥器，以使煤達(dá)到所需要的狀態(tài)。預(yù)干燥煤的好處是，用這種方法可以除去結(jié)合在煤中的某些水分，以致使其不與最終產(chǎn)物煤氣相混合，于是提高了煤氣的比熱，結(jié)果形成了適合于在燃?xì)廨啓C(jī)中燃燒的氣體產(chǎn)物。本發(fā)明可存在其他實(shí)施方案，因此，不能認(rèn)為附圖的特性可代替本發(fā)明在前描述的一般特性。


圖1是本發(fā)明實(shí)施方案的圖解表示，其包括流化床氣化爐和夾帶氣流干燥器及預(yù)干燥器。
原煤(1)送到粉碎機(jī)(2)中，在此煤的顆粒大小減小到約6mm最高粒度，并在此與通過(guò)蒸汽管線(26)供給的具有溫度約400至500℃的過(guò)熱蒸汽混合。然后，煤和熱氣體通過(guò)一段夾帶氣流預(yù)熱器(3)，在此煤被部分干燥，以便使其繼之能夠通過(guò)密封進(jìn)料斗流動(dòng)。
離開(kāi)預(yù)干燥器(3)后，預(yù)干燥的煤和蒸汽在旋風(fēng)分離器(4)中分離。蒸汽在過(guò)濾器或靜電除塵器(5)中被凈化，在此除去細(xì)小的固體顆粒，然后，將其再循環(huán)返回到熱量回收蒸汽發(fā)生器(25)中，而由煤蒸發(fā)出的水而產(chǎn)生的過(guò)剩蒸汽通過(guò)管線(28)排出輸送至冷凝器(33)，在此加熱用于蒸汽循環(huán)的進(jìn)料水。預(yù)干燥的煤顆粒進(jìn)入串連的密封進(jìn)料斗(6)，以便產(chǎn)生壓力的改變，即由大氣壓區(qū)變?yōu)榧s25大氣壓區(qū)。在該密封進(jìn)料斗的底部，煤進(jìn)入螺旋輸送器(7)中，其將煤送入夾帶氣流干燥筒(8)的底部，該干燥筒被加壓至約25大氣壓。
煤被夾帶在來(lái)自氣化器(16)的熱產(chǎn)物煤氣的氣流中。煤氣通過(guò)氣體管線(9)被輸送到干燥筒的底部。進(jìn)入干燥筒時(shí)，煤氣具有的溫度約為750℃至1050℃。熱煤氣通過(guò)蒸發(fā)來(lái)自濕煤中的水分而在干燥器內(nèi)部被冷卻，通過(guò)出口管線(10)離開(kāi)干燥器的煤氣的溫度在200℃和250℃之間。干燥的煤和冷卻的煤氣在旋風(fēng)分離器(11)中被分離。干燥的煤顆粒通過(guò)管線(12)被送到氣化爐。通過(guò)出口管線(13)離開(kāi)旋風(fēng)分離器的煤氣可直接送入氣體凈化系統(tǒng)(14)，以便除去細(xì)小顆粒和有害氣體。
干燥的煤從旋風(fēng)分離器(11)通過(guò)管線(12)進(jìn)入氣化爐(16)，在此發(fā)生煤的氣化。至氣化爐的煤的流量通過(guò)回轉(zhuǎn)伐(15)來(lái)控制。
氣化爐(16)是空氣吹流化床氣化爐。用通過(guò)與燃?xì)廨啓C(jī)的膨脹器(20)相結(jié)合的壓縮機(jī)(19)產(chǎn)生的加壓空氣使氣化爐床層流態(tài)化。來(lái)自大氣的空氣通過(guò)進(jìn)口管線(21)被吸入到壓縮機(jī)，并且加壓空氣通過(guò)管線(22)進(jìn)入氣化爐(16)。與管線(22)相連的二級(jí)壓縮機(jī)(17)使空氣達(dá)到所需的壓力?？諝庵械难鯕馀c煤進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，以便有助于產(chǎn)生產(chǎn)物煤氣。熱產(chǎn)物煤氣從氣化爐通過(guò)管線(9)進(jìn)入夾帶氣流干燥器。
產(chǎn)物煤氣的側(cè)線餾分(31)在熱交換器(32)中被冷卻，在該熱交換器中產(chǎn)生用于蒸汽工序的蒸汽，冷卻的氣體在管線(9)中與主要煤氣氣流再進(jìn)行混合。
來(lái)自氣化爐的碳和灰分用表示的物流(18)除去。
離開(kāi)氣體凈化系統(tǒng)(14)的煤氣具有的溫度為約200℃，壓力約24大氣壓，含濕量約32%(v/v)和比能約4.1MJ/kg(25℃下)。該比能足以達(dá)到現(xiàn)代燃?xì)廨啓C(jī)的最大輸出功率。
煤氣進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室(23)，在此煤氣進(jìn)行燃燒，以產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)膨脹器(20)所需要的熱氣體，通過(guò)發(fā)生器(29)產(chǎn)生電力。然后，燃?xì)廨啓C(jī)的廢氣通過(guò)管線(24)輸送到熱量回收蒸汽發(fā)生器(25)，以便產(chǎn)生用于蒸汽裝置(27)的蒸汽，所說(shuō)的蒸汽裝置通過(guò)發(fā)生器(30)進(jìn)一步產(chǎn)生電力。熱量回收蒸汽發(fā)生器(25)也產(chǎn)生用于預(yù)干燥器(3)的蒸汽。這種蒸汽沿著蒸汽管線(26)返回到預(yù)干燥器(3)和粉碎機(jī)(2)。
為了把本發(fā)明的方法與傳統(tǒng)的聯(lián)合氣化結(jié)合循環(huán)(IGCC)方法區(qū)別開(kāi)來(lái)，該新的結(jié)合方法已被稱為“聯(lián)合干燥氣化結(jié)合循環(huán)(IDGCC)方法”。已評(píng)價(jià)了該IDGCC方法的效率，并與由IGCC方法得到的結(jié)果進(jìn)行了比較。
表1高熱值煤流 燃?xì)? 蒸汽葉 產(chǎn)生的(HHV)產(chǎn)量 輪機(jī) 輪機(jī) 能量生基準(zhǔn)kg/秒 MW MW MW效率%申請(qǐng)IDGCC 91.1 235 138 339 37.1傳統(tǒng)IGCC 91.7 216 162 331 36.2(蒸汽再次壓縮蒸汽流化床干燥)可以看出，由相同的燃?xì)廨啓C(jī)并在相似的總轉(zhuǎn)化效率下，所說(shuō)的IDGCC系統(tǒng)產(chǎn)生了更多的電力，這是因?yàn)橥ㄟ^(guò)較高含濕量的可燃?xì)怏w增加了氣體的流量。兩種方法產(chǎn)生放入大氣的相似量的二氧化碳。本發(fā)明的方法比IGCC方法具有非常低的基本投資。
本方法能夠氣化顆粒固體碳質(zhì)原料，該原粒是濕的，但沒(méi)有游離水，所說(shuō)的原料為例如在現(xiàn)有開(kāi)采條件下的Victorian褐煤。本方法特別適合于氣化易碎的顆粒固體碳質(zhì)原料，其可減小到顆粒度為6mm和更小。
正如在前面本說(shuō)明書中所論述的在所說(shuō)的專利說(shuō)明書中被披露的那樣，使用在用于燃燒干燥的產(chǎn)物煤氣中的熱量的現(xiàn)有技術(shù)涉及了氣化原料，該原料每一種都已經(jīng)是以污泥(例如污水處理生成的污泥)的形式存在，其在氣化該原料之前需要形成淤漿，或者需要加入水，以便使煤保持適合于在固定床方法中氣化和/或干燥的塊煤尺寸的形式。本發(fā)明的方法在不向碳質(zhì)原料中加入水的情況下操作，于是，形成了在熱量的利用上更有效的方法，并產(chǎn)生了具有較高比能量的產(chǎn)物煤氣。因此，就動(dòng)力站來(lái)說(shuō)，每一給出的消耗的燃料量所產(chǎn)生的電能量是較多的。
本干燥方法在一個(gè)或多個(gè)夾帶氣流干燥器中進(jìn)行，該方法在不加入水的情況下能夠干燥顆粒度較小的顆粒固體燃料，因此，與固定床或流化床干燥器相比，其是更便宜的。本干燥方法是與氣化方法相聯(lián)合的，它是利用產(chǎn)物煤氣的熱量來(lái)干燥進(jìn)料燃料，因此，干燥燃料和冷卻煤氣是在單一聯(lián)合步驟中進(jìn)行，這使得在凈化和最終使用煤氣之前省去了為冷卻產(chǎn)物煤氣所需要的分離熱交換器。
本干燥方法也在與實(shí)際使用的氣化爐有關(guān)的壓力下操作，這樣的壓力同樣適合于直接進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)。因此，這種方法不需要象使用水熱脫水方法那樣需要為升高壓力而采取的特殊措施。水熱干燥也產(chǎn)生必須進(jìn)行處理的污染的污水，而夾帶氣流干燥不產(chǎn)生這樣的污水。
最后，認(rèn)為在不違背本發(fā)明的精神或范圍的情況下，各種變換、改進(jìn)或增加的內(nèi)容都可引入前面所述的本發(fā)明的方法和裝置中。
權(quán)利要求
1.一種用于氣化具有高含濕量的顆粒固體碳質(zhì)燃料的方法，所說(shuō)的方法包括在不向燃料中加入水的情況下，將所說(shuō)的燃料輸入到一個(gè)或多個(gè)加壓干燥器中；在所說(shuō)的干燥器中，降低所說(shuō)燃料的含濕量，使其達(dá)到適合于氣化的程度，使用的方法是，熱產(chǎn)物煤氣通過(guò)該干燥器或每個(gè)干燥器，以致使燃料顆粒夾帶在煤氣氣流中，因此冷卻和增濕了所說(shuō)的煤氣；從所說(shuō)的燃料中分離出所說(shuō)的冷卻的和增濕的煤氣；將降低了含濕量的燃料從該干燥器或每個(gè)干燥器輸送到氣化爐中；在所說(shuō)的氣化爐中氣化所說(shuō)的燃料，以便產(chǎn)生熱產(chǎn)物煤氣；和引入至少部分所說(shuō)的熱產(chǎn)物煤氣至該干燥器或每個(gè)干燥器中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所說(shuō)的顆粒固體碳質(zhì)燃料具有最大顆粒度約6mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中使用密封進(jìn)料斗系統(tǒng)，以便將顆粒固體碳質(zhì)燃料輸入到該干燥器或每個(gè)干燥器中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3的任一方法，其中在該干燥器或每個(gè)干燥器中的壓力是這樣的，以致使離開(kāi)干燥器的冷卻和增濕的煤氣處在適合燃?xì)廨啓C(jī)操作的壓力下。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中在該干燥器或每個(gè)干燥器中的壓力為15至40大氣壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中在該干燥器或每個(gè)干燥器中的壓力為約25大氣壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6的任一方法，其中氣化爐在與該干燥器或每個(gè)干燥器相似的壓力下操作。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7的任一方法，其中顆粒固體碳質(zhì)燃料在預(yù)干燥器中進(jìn)行部分干燥。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中是在預(yù)干燥器中從顆粒的表面除去水分，以便有助于將燃料顆粒輸入至該干燥器或每個(gè)干燥器中。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9的方法，其中熱量是通過(guò)由干燥器的下游處所產(chǎn)生的蒸汽來(lái)供給預(yù)干燥器。
11.用于氣化具有高含濕量的顆粒固體碳質(zhì)燃料的裝置，所說(shuō)的裝置包括用于氣化所說(shuō)的燃料以產(chǎn)生熱產(chǎn)物煤氣的氣化爐;用于降低所說(shuō)燃料的含濕量，使其達(dá)到適合于氣化程度的一個(gè)或多個(gè)加壓干燥器，并且至少將部分煤氣通過(guò)該干燥器或每個(gè)干燥器，以致使所說(shuō)的燃料顆粒夾帶在煤氣氣流中，以冷卻和增濕至少部分所說(shuō)的熱產(chǎn)物煤氣;在不向燃料中加入水的情況下，用于將所說(shuō)的燃料輸入到該干燥器或每個(gè)干燥器中的設(shè)備;用于將至少部分所說(shuō)的熱產(chǎn)物煤氣從所說(shuō)的氣化爐引入到該干燥器或每個(gè)干燥器中的設(shè)備;用于將冷卻的和增濕的煤氣從所說(shuō)的燃料中分離出來(lái)的設(shè)備;和用于將所說(shuō)的降低含濕量的燃料從該干燥器或每個(gè)干燥器輸入到所說(shuō)的氣化爐中的設(shè)備。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的裝置，其包括1至6個(gè)加壓干燥器。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12的裝置，其中在該干燥器或每個(gè)干燥器中的壓力為15至40大氣壓。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的裝置，其在該干燥器或每個(gè)干燥器中的壓力為約25大氣壓。
15.根據(jù)權(quán)利要求11至14的任一裝置，其中干燥器和氣化爐在相似的壓力下操作。
16.根據(jù)權(quán)利要求11至15的任一裝置，其另外包括用于部分干燥顆粒固體碳質(zhì)原料的預(yù)干燥器，以便從顆粒的表面除去水分，因此有助于將原粒輸入到該干燥器或每個(gè)干燥器中。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的裝置，其中熱量是通過(guò)由干燥器的下游處所產(chǎn)生的蒸汽來(lái)供給預(yù)干燥器。
18.一種用于由具有高含濕量的顆粒固體碳質(zhì)燃料產(chǎn)生電力的聯(lián)合方法，所說(shuō)的方法包括在沒(méi)有向所說(shuō)的燃料中加入水的情況下，將所說(shuō)的燃料輸入到一個(gè)或多個(gè)加壓干燥器中;在所說(shuō)的干燥器中，降低所說(shuō)燃料的含濕量，使其達(dá)到適合于氣化的程度，使用的方法是，熱產(chǎn)物煤氣通過(guò)該干燥器或每個(gè)干燥器，以致使燃料的顆粒夾帶在煤氣氣流中，因此冷卻和增濕了所說(shuō)的煤氣;從所說(shuō)的燃料中分離出所說(shuō)的冷的和增濕的煤氣;將所說(shuō)的冷卻的和增濕的煤氣任意通過(guò)煤氣凈化系統(tǒng)和/或冷凝器而引入到燃?xì)廨啓C(jī)中，以便產(chǎn)生電力;將所說(shuō)的降低了含濕量的燃料從該干燥器或每個(gè)干燥器中輸入到氣化爐中;在所說(shuō)的氣化爐中氣化所說(shuō)的燃料，以產(chǎn)生所說(shuō)的熱產(chǎn)物煤氣;和將至少部分所說(shuō)的熱產(chǎn)物煤氣引入到該干燥器或每個(gè)干燥器中。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中顆粒固體碳質(zhì)原粒在預(yù)干燥器中進(jìn)行部分干燥，以便從顆粒的表面除去水分，因此，有助于將原料輸入到該干燥器或每個(gè)干燥器中。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中熱量是由干燥器的下游處而產(chǎn)生的蒸汽來(lái)供給預(yù)干燥器。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中來(lái)自燃?xì)廨啓C(jī)的廢氣被輸送到蒸汽發(fā)生器中，由此產(chǎn)生的部分蒸汽用來(lái)產(chǎn)生電力，一部分送至預(yù)干燥器。
22.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求18的方法，該方法實(shí)際上如上文所描述及參照附圖所說(shuō)明的實(shí)施方案。
23.根據(jù)權(quán)利要求11的裝置，該裝置實(shí)際上如上文所描述及參照附圖所說(shuō)明的實(shí)施方案。
全文摘要
用于氣化具高含濕量的顆粒碳質(zhì)燃料的方法和裝置，該方法包括不向燃料加入水，將燃料輸入到一個(gè)或多個(gè)加壓干燥器中；在干燥器中降低燃料的含濕量，使其達(dá)到適于氣化的程度，是借助于熱產(chǎn)物煤氣通過(guò)各該干燥器，使燃料顆粒夾帶在煤氣氣流中，冷卻和增濕該煤氣，從燃料中分離出冷卻和增濕的煤氣；將降低含濕量的燃料從各該干燥器輸送至氣化爐中；在氣化爐中氣化燃料，產(chǎn)生熱產(chǎn)物煤氣；引入至少部分熱產(chǎn)物煤氣至各該干燥器中。還涉及由顆粒碳質(zhì)燃料產(chǎn)生動(dòng)力特別是產(chǎn)生電力的聯(lián)合方法。
文檔編號(hào)C10J3/46GK1083851SQ9310633
公開(kāi)日1994年3月16日 申請(qǐng)日期1993年5月8日 優(yōu)先權(quán)日1992年5月8日
發(fā)明者T·R·約翰遜, D·M·威爾遜, A·坎皮西, B·安德遜, Q·H·段, G·E·普萊曾斯 申請(qǐng)人:維多利亞州電力委員會(huì)