专利名称：气化含碳的燃料、残余物和废料的设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及按第一和第二项权利要求所述用于气化含碳的燃料、残余物和废料的设备。
燃料和废料指的是那些含或不含灰分的物质，如褐煤或烟煤及其焦炭、水/煤悬浮液，但也指油、焦油和淤渣以及来自化学和木材分解过程的残余物或废料，例如来自电厂的黑碱液以及来自垃圾和再循环经济的固体和液态部分如废油、含PCB的油、塑料和生活垃圾部分或它们的再生制品，来自汽车、电缆和电子产品下脚料处理的易还原物以及被污染的含水的溶液和气体。本发明不仅可使用于飞粉流气化器(Flugstromvergaser)，而且可使用于其他气化系统，如固定床气化器或流化床气化器或它们的组合。
在气化技术方面多年来已知固体、液态和气态燃料的自热式飞粉流气化。在这里，燃料与含氧的气化剂之比选择为，考虑到合成气的质量能将较高原子价的碳化合物完全裂解为合成气成分如CO和H2，以及无机成分熔融地排出(J.Carl，P.Fritz，NOELL-KONVERSIONSVERFAHREN，EF-Verlag für Energie-und Umwelttechnik GmbH，Berlin，1996，S.33und S.73)。
按照在工程中采用的不同系统，气化的气体和熔融的无机组分，例如熔渣，分开或共同地从气化设备的反应室排出(DE19718131.7)。
气化设备反应室的内部界壁或设有耐火衬里或采用冷却系统(DE4446803A1)。
设有耐火衬里的气化系统的优点是热损失较少，并因而使所供燃料的能量有效地转换。显然它们只能用于无灰分的燃料，因为在飞粉流气化时在反应室内表面上流过的液态熔渣熔解耐火衬里，所以至昂贵地更换新衬里前只允许很有限的工作时间(Reisezeiten)。
为了在使用含灰分的燃料时克服此缺点，创造了一些按薄膜壁原理的冷却系统。通过冷却，在属于反应室的表面上起先形成了一个固体的渣层，它的厚度逐渐增大，直至在气化室内继续产生的液态熔渣在此壁处流过并例如与气化气体一起从反应室流出。这些系统有非常可靠和经久的长的工作时间。这种系统的严重缺点在于，约达供入能量的5％传给了冷却的护罩。
不同的燃料和废料，例如重金属或低灰分的油、焦油或焦油-油-固体淤渣，对于在冷却式反应器壁的情况下形成足以起保护作用的渣层而言含有过少的灰分，从而导致附加的能量损失，另一方面对于有耐火衬里的反应器为避免耐火层熔化或溶解以及至更换新衬里之前达到足够长的工作时间而言含灰量又过高。
另一个缺点是反应器壁的结构复杂，在生产和运行时可能导致巨大的困难或产生严重的问题。例如在J.Carl，P.FritzNOELL-KONVERSIONSVERFAHREN(EF-Verlag für Energie-und UmwelttechnikGmbH，Berlin，1996，S.33 und S.73)中说明的飞粉流气化器的反应器壁由无压力的水套、承压外套和冷却护罩组成，承压外套内侧通过焦油环氧树脂混合物防腐并用轻质耐火混凝土衬里，冷却护罩如在锅炉结构中常见的薄膜壁那样由气密焊接流过水的冷却管构成，它们用销子定位并覆盖薄的SiC层。在冷却护罩与用耐火混凝土覆盖的承压外套之间存在一个冷却护罩间隙，为了避免倒流和形成冷凝物必须用干燥的无氧气体冲洗。
从此先有技术出发，本发明的目的是创造一种设备，它能在简单和可靠工作的条件下使用各种含灰分的燃料和废料。
此目的通过权利要求1和2的特征达到。
在其余的权利要求中包含按本发明的设备的另一种设计。
按本发明的设备适用于气化各种含灰分的燃料、废料和残余物，以及适用于联合气化含碳氢化合物的气体、液体和固体。
按本发明规定，气化过程用的反应室轮廓以耐火衬里或由凝固的渣层为界。通过强烈冷却，在用耐火材料衬里的情况下保护了耐火材料或使液态熔渣凝固，从而形成一个隔热层。冷却借助于充水的冷却间隙达到，其中，工作状态可调整为沸点以上或之下。
下面借助
图1和2表示的两种实施例进一步说明本发明。
图1在实施例中表示了气化反应器。在反应室1内进行燃料、残余物和废料与含氧的氧化剂转变为H2和富CO的荒煤气。气化媒介物的输入通过固定在燃烧器法兰2上的专用燃烧器实现。气化的荒煤气必要时与液态熔渣一起经设有特殊装置的口8离开反应室1并进入在下游所设的冷却、洗涤和处理系统中。承压外套3包封住气化反应器，它承受反应室1与外界大气之间的压力差。为了它的热防护设一冷却间隙5，冷却间隙内充水并可在取决于总压的沸点以上或之下工作。为防止在有损伤的情况下气化气体进入冷却间隙5，它的压力始终保持为高于反应室1内的压力。冷却间隙5对内以冷却壁4为界。在冷却间隙5内产生的热水或蒸汽通过接管9排出。冷却壁4可加有薄的牢固地结合在其表面上的薄陶瓷护层6。冷却间隙5内的温度取决于工艺压力可在50和350℃之间。在气化无灰分或灰分极低的装填料时合乎目的的是，为限制带入冷却间隙5内的热量，冷却壁4砌有耐火隔热的砖砌体作为耐火衬里7。在使用含灰分的燃料、残余物和废料时，可取消耐火砖砌体7。在反应室1内形成的液态熔渣在冷却壁4及其护层6冷的表面处被冷却，使它凝固并以此方式构成一个渣层10作为耐火衬里，渣层10朝反应室1的方向增长，直至温度达到渣的熔点。之后继续产生的熔渣作为渣片溢流并与热的荒煤气一起经口8排出。
图2表示作为范例的冷却壁4的设计。在这里它由气密地焊接的半管的壁构成，它们用销子定位并填塞(bestampfen)薄的碳化硅层。在面朝反应室1的一侧有陶瓷衬里如同渣层10，如在例1中说明的那样，它由人工施加或通过自身熔融的灰分自动形成。用例如波纹薄板制的冷却壁的其他形状取决于加工技术可以为梯形、三角形或矩形。陶瓷护层6的安置和固定可如图2所示借助于机械式固定装置实现，但也可通过化学地结合或例如通过火焰喷射热涂。
此外易于理解，在例2中表示的有关具有部分3、4、5、6、和7的反应室1界壁的设计，不仅可使用于热负荷高的飞粉流气化反应器，而且可使用于其他气化系统，如固定床气化器或流化床气化器或它们的组合。
符号表1 反应室2 燃烧器法兰3 承压外套4 冷却壁5 冷却间隙6 冷却壁的陶瓷护层7 反应器的耐火衬里8 气体和渣排出体排出口9 蒸汽或热水接头的接管10 渣层
权利要求
1.气化设备，用于借助于含氧的氧化剂在温度高于无机组份的熔点的情况下在一个设计为飞粉流反应器的反应室内压力在环境压力与80bar之间最好在环境压力与30bar之间气化含碳和含灰分的燃料、残余物和废料，其中，反应室轮廓以一冷却式反应器壁为界，反应器壁从外向里的结构如下—承压外套(3)—冷却壁(4)—在承压外套(3)与冷却壁(4)之间的水冷式冷却间隙(5)—冷却壁(4)的陶瓷护层(6)—渣层(10)以及，在承压外套(3)与冷却壁(4)之间的冷却间隙(5)按这样的方式调整压力和温度，即，它可在冷却水的沸点以下或以上工作，在这种情况下在冷却间隙内的压力高于气化室内的压力。
2.气化设备，用于借助于含氧的氧化剂在温度高于850℃的情况下在一个设计为飞粉流反应器的反应室内压力在环境压力与80bar之间最好在环境压力与30bar之间气化含碳的无灰分的燃料、残余物和废料，其中，反应室轮廓以一冷却的反应器壁为界，反应器壁从外向里的结构如下—承压外套(3)—冷却壁(4)—在承压外套(3)与冷却壁(4)之间的水冷式冷却间隙(5)—冷却壁(4)的陶瓷护层(6)—耐火衬里(7)以及，在承压外套(3)与冷却壁(4)之间的冷却间隙(5)充填压力水可在冷却水的沸点以下或以上工作，在这种情况下冷却间隙(5)内的压力高于气化室(1)内的压力。
3.按照权利要求1和2所述的设备，其中，冷却壁(4)由气密地焊接的半管组成，它们用销子定位并覆盖高热导率的陶瓷物质薄层。
4.按照权利要求1和2所述的设备，其中，陶瓷物质薄层通过火焰喷射涂敷在冷却壁(4)上。
5.按照权利要求1至4所述的设备，其中，冷却壁(4)的几何形状可以为梯形、三角形、矩形、波纹形或平滑形。
全文摘要
本发明涉及一种用于气化含碳和含灰分的燃料、残余物和废料的设备,它们借助于含氧的氧化剂在温度高于无机组分熔点的情况下在一个设计为飞粉流反应器的反应室内压力在环境压力与80巴之间最好在环境压力与30巴之间气化,其中,反应室轮廓以一冷却式反应器壁为界,反应器壁从外向里的结构如下:承压外套3,冷却壁4,在承压外套3与冷却壁4之间的水冷式冷却间隙5,冷却壁4的陶瓷护层6,渣层10;以及,在承压外套与冷却壁4之间的冷却间隙5压力和温度调整为,使之可在冷却水沸点以下或之上工作,在这种情况下在冷却间隙5内的压力高于气化室1内的压力。
文档编号F28F9/00GK1264418SQ98806776
公开日2000年8月23日 申请日期1998年7月16日 优先权日1998年7月1日
发明者拉尔夫·多纳, 迪亚特玛·德根科尔伯, 曼弗雷德·施尼茨 申请人:诺埃尔－Krc动力及环境技术有限公司