专利名称：固定床煤气化炉的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种固定床煤气化炉(fixed bed coal gasifier)以及操作固定床煤气化炉的方法。
背景技术：
诸如固定床干底式气化炉等固定床煤气化炉作为移动床气化炉或者移动床干灰气化炉也是公知的。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供一种固定床煤气化炉，包括常态下竖立(直立)的柱形壁，其限定出煤气化室，在煤气化室中固定煤床(煤层)形式的煤可以气化，以产生合成气体以及煤床下方炉灰床(炉灰层)中的炉灰；煤锁，其位于煤气化室上方，煤锁具有与煤气化室连通并且大致位于中央的卸煤口以及用于封闭卸煤口的可移动式封闭件，该封闭件可以在封闭位置和开启位置之间移动，在封闭位置，封闭件封闭卸煤口，在开启位置，封闭件开放或打开卸煤口，从而使得煤可以在重力作用下从煤锁经卸煤口而进入煤气化室；静态煤分配装置，其位于煤气化室内部，所述静态煤分配装置包括中空的煤分配器，其具有与卸煤口隔开的敞开上端，并且从其上端向其敞开下端朝下向外扩张，而在煤分配器的上端与卸煤口之间除了可能有的封闭件以外没有设置任何静态煤分配器具；裙部，其从煤分配器的内部向下悬挂，使得在裙部与煤分配器之间限定出气体收集区，气体收集区的顶部为封闭的，气体收集区的底部与煤气化室连通；以及至少一个出气口，其位于煤分配器中，所述出气口与气体收集区连通，于是在煤分配器与柱形壁之间限定出第一煤通道，而沿着裙部设有第二煤通道；气体抽取管道，其从煤分配装置的出气口引出；炉灰排放出口，其在低位由腔室引出；以及可旋转炉篦，其位于炉灰排放出口的上方，所述可旋转炉篦包括至少一个向上突伸的指状物或扰动件，当可旋转炉篦旋转时，该指状物或扰动件用于扰动在使用中形成于可旋转炉篦上方以及周围的炉灰床。
通常，气化炉包括与炉灰排放出口连通的炉灰锁。
煤锁的封闭件可以在处于上位的封闭位置和处于下位的开启位置之间移位。这样，当封闭件处于其下部开启位置时，煤分配器的敞开的上端可以与煤锁的封闭件之间存在足够的间隙，使得煤可以经过煤锁的封闭件与煤分配器的上端之间。
可旋转炉篦通常具有竖直尺寸(维度)和径向的方向，并且可以围绕炉灰排放出口的竖直轴线旋转，可旋转炉篦的下周边低于可旋转炉篦的顶端或上端。指状物通常与可旋转炉篦的旋转轴线分隔，并且优选的是向上突伸到与可旋转炉篦的顶端或上端大致同高或者稍低处。
可旋转炉篦可以具有朝上向内渐缩的外表面。当看其竖直横截面时，该朝上向内渐缩的外表面可以为交错的或阶梯形的，从而限定彼此在竖直方向和径向上隔开的阶梯层。优选的是，所述指状物位于最下、最外的阶梯层上，其高度处于与最上、最内的阶梯层大致相等的水平上。
可旋转炉篦的朝上向内渐缩的外表面可以由可旋转炉篦部件限定。气化炉于是可以包括所述可旋转炉篦部件(在下面称为唯一的可旋转炉篦部件)，其位于煤气化室中，排灰通道的第一环形部分设置在煤气化室的壁与可旋转炉篦部件之间，该炉篦部件可以围绕排灰通道的竖直轴线旋转，该炉篦部件适于在炉篦部件旋转时在排灰通道的第一环形部分中进行煤渣碾压；静态支撑件，其位于排灰通道的第一环形部分的下端，该静态支撑件提供或限定出集灰面；以及至少一个主刮刀，其适于在炉篦部件旋转时沿着排灰通道向内或向外推动支撑件的集灰面上的炉灰，而排灰通道与煤气化室的底板相邻。
另外，可旋转炉篦的朝上向内渐缩的外表面可以由可旋转的第一炉篦部件限定。气化炉于是可以包括所述可旋转的第一炉篦部件，其位于煤气化室中，第一排灰通道的第一环形部分设置在煤气化室的壁与可旋转的第一炉篦部件之间，该第一炉篦部件可以围绕第一排灰通道的竖直轴线旋转，该第一炉篦部件适于在第一炉篦部件旋转时在第一排灰通道的第一环形部分中进行煤渣碾压；静态支撑件，其位于第一排灰通道的第一环形部分的下端，该静态支撑件提供或限定出集灰面；至少一个主刮刀，其适于在第一炉篦部件旋转时沿着第一排灰通道的第二部分向内或向外推动支撑件的集灰面上的炉灰，而第一排灰通道与煤气化室的底板相邻；以及位于中央的静态第二炉篦部件，第二排灰通道设置在第一炉篦部件与第二炉篦部件之间并且位于底板附近，第一炉篦部件可以围绕第二炉篦部件旋转，第一炉篦部件和第二炉篦部件适于在第一炉篦部件旋转时在第二排灰通道的第一环形部分中进行煤渣碾压。
气化炉可以为与Lurgi(商标名称)干灰移动床气化炉类似的低温干灰移动床气化炉，其中排灰装置为安装为可以在炉灰排放出口上方旋转的圆形(在俯视图中看时)炉篦的形式，其中炉灰排放出口为环形。
当在俯视图中看时，第二排灰通道(如果存在)也至少部分为环形的，并且其至少一部分在第一排灰通道的至少一部分内部位于中央。与第二排灰通道的各部分一样，第一排灰通道的该部分可以位于不同的水平面上。另外，第一排灰通道的至少一部分可以位于与第二排灰通道的至少一部分不同的水平面上。
静态支撑件于是提供朝上的集灰面，并且可以从壁径向向内突出。所述至少一个外犁部或主犁部(或刮刀)于是从唯一的或者第一排灰部件或炉篦部件突出，并且适于在唯一的或者第一排灰部件或炉篦部件旋转时使炉灰沿着集灰面向内。
第二排灰通道(如果存在)可以包括大致环形的第一部分、从第一部分的下端径向向外延伸的第二部分以及与第二部分连通的第三环形部分。中央的静态第二排灰部件或炉篦部件(如果存在)可以包括中央立柱以及至少一个静态内部或辅助犁部，该犁部从立柱向外伸入第二排灰通道的第二部分中。当不存在第二炉篦部件时，气化炉仍然可以包括中央立柱，但是通常情况下该中央立柱更短。
可旋转的第一炉篦部件和中央的静态第二炉篦部件于是共同构成炉篦。
可以设置多个围绕唯一的或第一炉篦部件的旋转轴线交错或隔开的主犁部或外犁部。同样，可以设置多个围绕立柱(当作为第二炉篦部件的一部分存在时)交错或隔开的静止辅助犁部或内犁部。
中央立柱可以包括沿着其长度延伸的气化剂通道，该通道的下端在立柱的下端处敞开并且借助于管道与气化剂源连接。气化剂通道具有一个或多个气化剂出口。当气化炉包括所述第二炉篦部件时，中央立柱可以包括至少一个气化剂出口，其位于伸入煤气化室中的立柱的上端处或附近，所述出口与第二排灰通道的第一部分连通；以及另外的至少一个气化剂出口，其在立柱的端部之间位于立柱中，这些另外的出口与第一排灰通道连通。然而，优选的是，在立柱的上端处或附近没有气化剂出口。
唯一的或第一炉篦部件可以包括中空支撑结构，其可以围绕立柱旋转，立柱中的另外的气化剂出口或全部气化剂出口与唯一的或第一炉篦部件的中空内部连通；外遮蔽装置，其遮盖支撑结构的至少一部分；以及至少一个气化剂出口，其位于外遮蔽装置中或附近，用于在唯一的或第一炉篦部件围绕立柱旋转时将气化剂从支撑结构的内部排出到煤气化室中。唯一的或第一炉篦部件的外遮蔽装置的外表面可以从外犁部朝上向内渐缩。外表面与水平面形成的角度可以大于煤灰的休止角。
具体地说，在竖直横截面中看，唯一的或第一炉篦部件的外表面可以为交错的或阶梯形的，各阶梯或层包括以邻靠或重叠关系周向布置并且朝上向内倾斜的多个外遮蔽板。遮蔽板的不同层于是共同构成外遮蔽装置。周向的气化剂口或出口于是可以设置在各阶梯或层中，使得气化剂从各阶梯或层的外遮蔽板的下边缘下方通过。
可旋转炉篦可以包括四个周向气化剂出口，这些气化剂出口沿竖直方向和径向间隔开，划分为最高的径向最内侧气化剂出口到最低的径向最外侧气化剂出口，其中包括第二高的出口和第三高的出口。
气化剂出口的尺寸被设置为适于以如下比例在常规供给压力下排放气化剂最低的径向最外侧气化剂出口30％至50％第三高的出口20％至40％第二高的出口10％至30％最高的径向最内侧气化剂出口5％至15％碾碎肋可以设置在立柱和第一炉篦部件的限定第二排灰通道的第一环形部分的一部分上，而在碾碎肋之间进行第二排灰通道的第一环形部分中的煤渣碾压。
煤锁的卸煤口可以为圆形的，因此，煤锁的封闭件在俯视图中可以为圆形的。于是，封闭件通常唯一为盘状形式。
中空的煤分配器可以具有基本上为截头圆锥形的形状，并且可以为端部敞开的，使得煤分配器具有圆形的较小开口和圆形的较大开口。较小开口于是构成煤分配器的上端，较大开口构成煤分配器的下端。煤分配器的开口可以与煤锁的卸煤口对齐。煤分配器的锥角使得阻止桥接，并且有助于煤的质量流经过煤分配器。于是，通常情况下，煤分配器的至少主要部分与水平面的倾斜角为约60°。
在本发明的一个实施例中，煤分配器的较小开口的直径可以大于煤锁的卸煤口的直径。裙部的上端于是可以位于煤分配器的较小开口附近。煤分配器的较小开口的直径与较大开口的直径的比例典型地为1∶2。
然而，在本发明的另一个实施例中，煤分配器的较小开口的直径可以与煤锁的卸煤口的直径大致相同。裙部的上端于是可以大致位于煤分配器的上端与下端之间的中途。煤分配器的较小开口的直径与较大开口的直径的比例典型地为1∶6。
裙部可以为基本圆柱形。裙部的下端部分可以从煤分配器的下端突出，使得裙部的下端位于比煤分配器的下端更低的水平上。
气化炉可以包括围绕另一裙部或第一裙部并与其隔开的第二裙部。第二裙部的上端可以从煤分配器的内部悬挂，其下端可以位于比煤分配器的下端更低的水平上。第二裙部可以朝下向内渐缩，使得其为倒置的、端部敞开的、中空的截头圆锥形状。
气化炉可以包括朝向内部并且周向间隔开的多个煤分配肋，煤分配肋大致在煤分配器的下端的水平上位于柱形壁上，并且适于将煤背离壁的内表面分配。各肋可以包括背离壁朝下倾斜的上部煤偏转面，在使用中该偏转面用于将煤背离壁的内表面向下分配。
煤分配器和裙部的高度使得它们的下端在使用中位于壁煤气化室中的正常煤床水平面更低的位置。
煤分配装置可以安装在柱形壁上。壁可以包括间隔开的外壳和内壳，使得在外壳和内壳之间限定腔室，该腔室通常容纳有水，使得内壳和填充有水的腔室构成沿着外壳内部的水套。
根据本发明的第二方面，提供一种操作根据本发明第一方面的固定床煤气化炉的方法，该方法包括将煤通过煤锁供入煤气化室中，并且借助于所述煤分配装置在煤气化室内分配煤，以形成固定煤床(煤层)；将气化剂供入煤气化室中；使煤气化室中的煤气化，以产生合成气体和煤床下方炉灰床中的炉灰；以及旋转所述可旋转炉篦，以通过排灰出口排出炉灰，并且采用所述至少一个指状物或扰动件扰动炉灰床。
可旋转炉篦可以包括如前所述的第一炉篦部件，或者唯一的炉篦部件，更具体地说，第一炉篦部件或唯一的炉篦部件具有在竖直横截面中交错的或阶梯形的外表面，周向的气化剂出口设置在至少一些阶梯或层中，通常设置在每一阶梯或层中，气化剂出口于是沿竖直方向和径向隔开。该方法可以包括将气化剂通过周向的气化剂出口供入煤气化室中，这些气化剂出口优选地位于每一阶梯或层中，包括位于底部径向最外部的阶梯或层上的底部径向最外侧气化剂出口。气化剂被与气化剂出口的径向位置成比例地供入。其中径向最外侧气化剂出口可以供入最多的气化剂，径向最内侧气化剂出口可以供入最少的气化剂。
通常，不通过中央立柱的所述上端供入气化剂。
可旋转炉篦可以包括四个周向气化剂出口，这些气化剂出口沿竖直方向和径向间隔开，划分为最高的径向最内侧气化剂出口到最低的径向最外侧气化剂出口，其中包括第二高的出口和第三高的出口。可以按照如下比例通过出口供入气化剂
最低的径向最外侧气化剂出口30％至50％第三高的出口20％至40％第二高的出口10％至30％最高的径向最内侧气化剂出口5％至15％优选的是，按照如下比例通过出口供入气化剂最低的径向最外侧气化剂出口35％至45％第三高的出口25％至35％第二高的出口15％至25％最高的径向最内侧气化剂出口5％至15％
现在将参考示意性附图作为示例描述本发明。图中图1部分地示出根据本发明一个实施例的固定床煤气化炉的纵向或竖直剖视图；图2示出与图1类似的纵向或竖直剖视图，其中气化炉的气化室容纳有固定床煤；图3示出与图2所示气化炉类似的气化炉的一部分的放大图，但是该气化炉具有竖直延伸的裙部；图4示出通过图2和图3中IV-IV的剖视图；图5示出根据本发明另一实施例的固定床煤气化炉的纵向或竖直剖视图；图6示出图5所示煤分配肋之一的三维视图；图7示出图1或图5所示固定床煤气化炉的一部分的竖直剖视图，该气化炉包括炉篦；图8以局部剖切形式示出图7所示炉篦的三维视图，其中为了清晰起见省略了一些部分；和图9示出图1或图5所示固定床煤气化炉的一部分的竖直剖视图，该气化炉具有不同的炉篦。
具体实施例方式
参考图1至图4，附图标记300总体上表示根据本发明一个实施例的固定床Lurgi(商标)煤气化炉。
气化炉300包括总体上由附图标记312表示的竖立(直立)的圆柱形壁312。壁312包括外壳314以及与外壳314隔开的内壳316，从而使得腔室318限定于壳314、316之间。腔室318通常容纳有水。换句话说，壳316和充填腔室318的水构成沿着外壳314内部的水套。壁312限定总体上由附图标记320表示的煤气化室。
壁312在其上端借助于总体上由附图标记322表示的椭球形端头封闭。端头322也为双层结构，因此也具有外壳314、内壳316以及水腔318，水腔318如此成为壁312的腔室318的延伸部分。圆形凸缘连接件324设置在端头322的中央，并且限定出圆形开口。
凸缘连接件326在高位，即在气化炉300的上端附近设置在壁312中，并且提供出气通道328。
气化炉300还包括位于端头322上方的总体上由附图标记330表示的煤锁。图中仅仅部分地示出煤锁330，其包括与凸缘连接件324连接的下部凸缘连接件332。
煤锁330包括元件334，该元件限定出位于中央并且与煤气化室320连通的卸煤口336。圆形盘式封闭件338封闭卸煤口336。致动杆340从封闭件338向上突伸。借助于致动杆340，封闭件338可以从上部封闭位置(如图1中实线所示)移位至下部开启位置(如图1中虚线所示)，在上部封闭位置，封闭件338封闭卸煤口336；而在下部开启位置，打开卸煤口336，从而使得煤可以在重力作用下从煤锁330经过卸煤口336而进入煤气化室320。
气化炉300还包括位于煤气化室320内部的固定的或静态煤分配装置，该煤分配装置总体上由附图标记350表示。煤分配装置350包括基本上为截头圆锥形的、中空的、端部敞开的煤分配器，该分配器总体上由附图标记352表示。于是，煤分配器352具有朝向上方的，即位于煤分配器352的上端356处的较小开口，该较小开口总体上由附图标记354表示。煤分配器352还具有总体上由附图标记358表示的较大开口。于是，较大开口358设置在煤分配器的下端360处。
煤分配器352包括端部敞开的、中空的、截头圆锥形或截锥形的下段362，该下段362借助于周向隔开的螺纹连接件368连接在壁312的壳316上。煤分配器352还包括端部敞开的、中空的、截头圆锥形的中段364，其连接在下段362的上端部分；以及端部敞开的、中空的、截头圆锥形的上段366，其连接在中段364的上端部分。于是，上段366的上端提供煤分配器352的上端356，而下段362的下端提供煤分配器352的下端360。
煤分配装置350还包括围绕煤分配器352内部的圆柱形裙部370。裙部370的上端部分借助于凸缘连接件372大致在煤分配器352的上端356与下端360之间的中部与煤分配器352相连。裙部370的下端374突出超出煤分配器352的下端360。
煤分配装置350还包括围绕裙部370并且与裙部370隔开的第二裙部376。裙部376的上端378在下端360附近安装在煤分配器352的内部。裙部376的下端380位于比煤分配器352的下端360更低的水平上。裙部376朝下向内渐缩，从而使得其为倒置的、端部敞开的、中空的截头圆锥形状。
总体上由附图标记382表示的环形外部煤通道设置在煤分配器352与壁312的内壳316之间。总体上由附图标记384表示的中央煤通道由裙部370的内部提供。总体上由附图标记386表示的环形气体收集区限定于裙部370、376之间。于是，收集区386的顶部由煤分配器352的下段362封闭；然而，收集区386的底部与煤气化室320连通。总体上由附图标记388表示的出气口设置在煤分配器352中。管道390将出气口388与壁312中连接件326的出气通道328连接。
煤分配装置350的尺寸，例如煤分配器352的高度以及裙部370、376的高度使得煤分配器和裙部的下端通常位于煤气化室320中的煤床(coal bed)392内部。最低的煤床水平面由虚线394表示。
煤分配器352的下段362、中段364按照与水平面之间成大约60°的角度朝上向内渐缩。煤分配器352的上部开口354的直径典型地为约0.5米，而下部开口358的直径典型地为约3.4米。
在壁312的壳316上在煤分配器352的下端360的水平上设置多个朝向内的周向隔开的煤分配肋，各个煤分配肋总体上由附图标记396表示。各个煤分配肋396具有背离壁312向下倾斜的上部煤偏转面398。
在使用中，如图2所示，煤气化室320于是将容纳煤的固定床392。煤将在位于煤床底部的火床(未示出)中燃烧，而炉灰收集在火床之下的炉灰层即炉灰床(未示出)中。煤的燃烧借助于气化剂(即，氧气和蒸汽的混合物)进行，该气化剂通过位于火床下方以及炉灰排放出口上方的旋转炉篦(后面将更详细地描述)中的出口或排出口进入煤气化室的底部。在气化剂经过煤床的过程中，气化剂于是与煤发生反应以形成向上经过煤床的原料气体，该原料气体收集在气体收集区386中，并且通过出气口388、管道390以及出气通道328离开气化炉。
为了将煤充填到煤气化室320中，当煤床的水平面，即煤气化室320中煤床的顶面大致位于线394的水平时，通过将封闭件338从其封闭位置移动到开启位置而打开煤锁330的卸煤口336。可以认识到，煤分配器352和裙部370、376的下端将位于煤床中。
如图1中箭头400所示，从煤锁330卸下的煤最初将自由掉落到外部煤通道382中，直到煤床的顶面位于与煤分配器352的上端356大致相同的水平上。然后，如箭头402所示，煤将进入中央煤通道384中。煤从通道382和384均匀地进入煤床中，也就是说，在煤经过这些通道进入煤床时，煤通道382、384中的煤水平面保持为大致相同。
参照图5和图6，附图标记200总体上表示根据本发明另一实施例的固定床Lurgi(商标)煤气化炉。
气化炉200的与气化炉300相同或相似的部件由相同的附图标记表示。
在气化炉200中，煤分配器352借助于水平延伸的圆柱形安装件或支撑管202安装在壁312上，而非通过连接件368安装。元件202于是从下段362中的周向隔开的孔延伸至与壁312的壳316连接的支架204。
在气化炉200中，煤分配器352的上端366已经被省去。于是煤分配器352的上端356为中段364的上端。
气化炉200的煤分配肋396在外形和结构上稍稍不同于气化炉300，然而，两者具有相同的功能。
本申请人知道，公知的固定床Lurgi气化炉具有圆柱形的或向内渐缩的，即端部敞开的中空的倒置截头圆锥形裙部，该裙部从气化炉的顶部或顶端悬垂，使得从煤锁卸下的煤沿着裙部的内部进入，从而分配到煤床中，而裙部的下端通常位于煤床中。在裙部与煤气化室的壁之间设置有环形的气体收集区，收集在该收集区中的原料气体经过出气口从收集区中抽取。这种裙部也称为“Bosman”裙部。
然而，在这些公知的气化炉中，从煤锁进入煤气化室的煤会分成粗粉和细粉。当在气化炉的正常负荷循环中将煤从煤锁卸入到煤气化室中时，会产生这一问题。
煤分成粗粉和细粉是出于下面的分离机理(a)当煤在封闭通道中从横截面积较小的区域流动到横截面积较大的区域时，由于煤流动时通过煤体自身进行的细粒过滤，会一定程度上出现分成粗粉和细粉；以及(b)当煤在敞开空间中(也就是说，不受封闭通道的限制)从横截面积较小的区域流动到横截面积较大的区域时，由于较大尺寸或最大尺寸的颗粒“滚动”到外部，会出现分成粗粉和细粉。
在气化炉的煤负荷循环的前半周期中(即在刚刚打开煤锁之后)会经历机理(b)，即煤的自由掉落，该机理通常与“紊流”所产生的煤粒尺寸良好的均匀分布相关联。煤负荷循环的后半周期与煤自煤锁的“缓慢”向下运动相关联，于是机理(a)起主要作用。
本申请人已经发现，采用Bosman裙部，富有粗颗粒的煤粉聚积在煤气化室的壁上，即聚积在如图2和图3所示的接近外径(接近水套)的区域404中；而富有细颗粒的煤粉聚积在与接近外径(接近水套)的区域404非常邻近的环形区域中。在该环形区域内部，存在其中粗煤粒(56-100mm)、中块煤粒(28-56mm)和细煤粒(5-28mm)的煤粒分布大致正常的中央区域。通常，接近外径的区域大约有0.25米的厚度。相信接近外径的区域中的富有粗颗粒的煤粉至少一定程度上是由于最大尺寸的煤粒“滚动”到煤气化区的外径部分的动作(即，由于机理(b))所导致的煤粒分离所产生的。
另外，已经发现，由于在煤床向下移动时通过较大的煤粒进行的“过滤”，即由于机理(a)，煤粒聚积在Bosman裙部的内表面上。这些细煤粒与裙部最下缘处的原料气体相接触，在这里，由于气体收集区的横截面积与煤气化室的横截面积相比缩小，因此原料气体的速度增大。于是，由原料气流携带的细煤粒不大可能从原料气体中分离，并因此由从气化炉中抽取的原料气体一起继续携带。
分离的粒径分布(“PSD”)导致优先气流路径，这已经由该通道现象导致的主气化炉不稳定性和“热点”所证实。换句话说，气化剂和原料气体趋于沿着以最小阻力通过煤床的向上延伸的路径或通道流动。此外，气体优先通过较粗的煤粒，这些煤粒提供通过煤床的阻力最小的路径，以至于在接近水套的区域中出现通道效应，结果在这里出现局部高热通量区。本申请人已经发现，这导致水套壁的过热以及随之产生的损坏；气化炉工作不良，诸如火床的过度波动、由气化炉高负荷时的温度不稳定所导致的频繁的负荷中断、以及气化炉对过细煤粒的高度敏感；由于过热而导致煤犁部损坏；等等。
本申请人已经发现，借助于本发明的煤分配装置350和煤分配肋396，在煤床的顶部可以实现均匀度高得多的煤粒PSD。具体地说，如图1所示，煤分配装置350同时将煤从环形通道或区域382以及中央通道或区域384分配到煤床中。煤分配装置350还使得向上运动的逆流原料气体能够通过环形区域386并且通过单个出气口388离开煤气化室320的横截面。于是，在与壁312隔开的环形区域中提取气体。
已经发现，采用煤分配装置350，在煤分配装置350下方的煤床中可以获得更均匀的PSD。
此外，与Bosman裙部构造相比，在原料气体离开煤床的位置处与原料气体接触的细煤粒数量更少，从而导致在原料气流中携带更少的细煤粒。这是因为如下事实在原料气体与煤床分离的位置处或附近的层或区域中聚积的细煤粒更少。
此外，煤分配肋396以如下方式起作用迫使粗煤粒进入煤分配器352的下缘部分所提供的悬垂部分之下的区域中，而细煤粒从相邻肋之间进入接近水套的区域中，在区域在图2和图3中由附图标记404表示。因此，在接近水套的区域404中存在细煤粒的聚积。细煤粒对气流提供了更大的阻力，使得在接近水套的区域中发生的通道效应大大降低，从而导致内壳(水套)316上的热点形成大大减少。细煤粒还用作内壳316上的绝热层。由于肋396的形状和位置，这些肋不会妨碍或阻塞煤粒沿着通道或区域382通过。
通常，这些肋以130mm的间距安装在内壳316上。于是，对于4米内径的煤气化室320，可以设置总共93个这样的肋。内壳316上相邻肋之间的间距于是足够小，从而允许细煤粒(5-28mm)通过，同时不允许粗煤粒(58-100mm)通过。
另外，根据本发明的煤气化炉其特征在于，其没有所谓的Bosman裙部，在煤分配器352的上端356与煤锁封闭件338之间也没有任何静态煤分配器具。
借助于在公知的Lurgi气化炉以及根据本发明的Lurgi气化炉上进行的比较试验，根据本发明的气化炉具有如下优点，特别是与公知的Lurgi气化炉相比，这些优点包括-通道效应以及水套上的热点减少-平坦而厚度均匀的火床更稳定-由于煤床中的低压降区，优先流动路径的数量减少-通过水套的热通量减少，这一点已经被水套中的供给沸水消耗量的减少(即，水套蒸汽产生量减少)证实-由于过程不稳定而导致的负荷中断的次数减少-炉篦工作更稳定，可以良好地控制炉篦的工作
-煤锁温度更稳定，通常在140℃至180℃的范围内-原料气体携带的细煤粒减少-出气温度(通常在480℃至530℃)和炉灰温度(通常在290℃至330℃)更稳定并且更好控制-最大气化炉负荷可持续并且可以增大，对设备的不利影响最小-增强过程稳定性和反应区的有效反应另外，煤分配装置350和/或肋396可以提供如下优点中的一项或多项-能够处理气化炉的煤负荷以及复杂的热膨胀需要-一定程度地进行煤气化室内的高度调节-由于煤与煤分配装置350的全部金属表面接触，所以有效地冷却装置-由于图5所示出气口388与出气通道328的连接方式，可以实现有效的气体密封以及最小的热影响-上段366可去除，这使得可以容易地触及气化炉内部并且取出气化炉的炉篦部件-煤分配器352的各段的倾斜角确保沿着煤通道的煤量流动良好-在煤通道382、384或煤床中几乎不会或者完全不会出现煤粒阻塞或隔流-从煤锁330的卸煤口336到煤分配装置350下端的煤分离减少或者减至最少尽管已经证明，煤分配装置350和肋396在气化炉的纵向横截面上实现了比Bosman裙部均匀度高得多的煤粒径分布，但是已经发现，在气化炉的工作中仍然存在不可接受而范围广泛的不稳定性，包括气化炉的上部区域中的极度高热。对比例缩放模型进行的大量实验表明，当使用煤分配装置350时会形成不期望的粗料环形区域。通过对可旋转式炉篦进行修改，以提供向上突伸的指状物或扰动部分来扰动气化炉中的炉灰床，本发明已经成功地解决了该问题。下面将更详细地描述与煤分配装置350一起使用的可旋转式炉篦。
参考图7，气化炉300还包括向内渐缩的外底板20，其安装在壳314的下端；以及内底板22，其安装在壳316上。于是在底板20、22之间保持间隙318。在底板22安装在壳316上的区域中，设置有总体上由附图标记24表示的支撑件。支撑件24具有水平设置、周向延伸、径向向内突出的部分26，其提供水平集灰上表面28；以及部分30，其周向延伸并且位于部分26的内周与底板22的上端之间。
总体上由附图标记32表示的内部静止支撑结构从底板22向内突出，并且具有柱形件34，从气化剂的供应源引出的气化剂供给管路或管道35通过该柱形件34延伸。于是气化剂通常为氧气与蒸汽的混合物。支撑板36安装在支撑结构32和柱形件34上。
如前所述，气化炉300还包括总体上由附图标记40表示的炉篦(grate)，该炉篦在壳316所限定的煤气化室320的下端并且位于壳316内部。
炉篦40包括总体上由附图标记43表示的第一外部旋转炉篦部件以及总体上由附图标记44表示的第二内部静止炉篦部件。
静止炉篦部件44包括安装在支撑板36上的立柱46。立柱46具有中央气化剂通道48，该通道在立柱的下端处具有入口，该入口与气化剂供给管路35连通；然而，通道48的上端被文丘里管结构50封闭，以防止炉灰侵入通道48。结构50包括封闭通道48的上端以阻止炉灰侵入的端板52，并且可以设置有用于将气化剂从通道48排放到防护盖56之下的区域中的气化剂出口54，于是气化剂沿着防护盖56的下周边缘向外进入煤气化室320中，如箭头58所示。然而，优选的是，出口54为堵塞的。文丘里管57位于端板52之下，用于产生引流低压，并且用于吸取当出口54未堵塞时在内部静止炉篦部件44与外部旋转炉篦部件43之间泄漏的气化剂。
多个周向交错的内部静止煤犁部60从立柱46向外突出。碾碎肋62围绕立柱46的上部设置，即围绕立柱46的位于煤犁部60与端盖结构50之间的部分设置。
多个沿竖直方向和圆周方向间隔的气化剂通道64设置在煤犁部60下方的立柱46中。
外部旋转炉篦部件43包括中空旋转支撑结构66，其借助于止推轴承68和轴颈轴承70、72安装在立柱46上。支撑结构66包括环形齿轮74，其与安装在变速箱(未示出)的输出轴上的小齿轮(未示出)啮合，而输出轴由用于驱动炉篦部件43以通常2至12rph的速度旋转的变速电机(未示出)驱动。设置有两组小齿轮、变速箱以及电机。
支撑结构66的内部与立柱46中的通道64连通。炉篦部件43的外表面为阶梯或阶段的锥形，从而提供四个分别总体上由附图标记76、78、80和82表示的“层”或阶梯层，其中层或部分76具有最大的直径，层或部分82具有最小的直径。阶梯或层76至82各自包括多个处于邻靠或重叠关系的周向布置的外遮蔽板84。各个层或阶梯中的遮蔽板84朝上向内倾斜。炉篦部件43的外表面与水平面的角度(由遮蔽板84所限定)在55°的范围内，即，大于炉灰的休止角(与水平面的角度约为35°)。“休止角”表示堆积的松散煤灰在斜面上保持稳定而没有颗粒向下滑动的最大倾斜角度。
层或部分76和78中的遮蔽板84安装在形成炉篦部件43的一部分的下部支撑圈83上，而层或部分80和82中的遮蔽板84安装在形成炉篦部件43的一部分的上部支撑圈85上。各支撑圈通常包括连接在一起的三个段。
周向延伸的气化剂出口设置在炉篦部件43中，使得气化剂可以在外遮蔽板84的每级或每一阶梯处的下边缘下方流动，如箭头86所示。遮蔽板的构造因此确保气化剂流动，并且防止炉灰侵入炉篦部件43。还可以在炉篦部件43的上端设置另一个周向气化剂出口88，使得气化剂还可以通过这里进行分配，如箭头90所示。然而，通常情况下这不是优选的。
另外，微量气化剂可以经由连接管路92从旋转支撑结构66与静止立柱46之间通过，并且通过文丘里管57和结构50排出。
支撑结构66包括就位于煤犁部60的下边缘下方的环形底板93，使得在使用中当底板在煤犁部下方旋转时煤犁部用作刮刀。
具有肋94的内碾碎圈95围绕支撑圈85的上部设置；而具有肋96的外碾碎圈98设置在支撑结构66上。
三个周向间隔的外犁部100连接在外部炉篦部件43上，并且布置为使得这些外犁部以有限的间隙在部分26的集灰面28上方通过。
第一排灰通道102限定在壳316、支撑件24以及炉篦部件43之间。第一排灰通道102包括第一环形部分104，其限定于炉篦部件43的遮蔽板84与壳316之间；以及第二部分106，其沿着表面28并且沿着耐磨板108从部分104的下端径向向内突出。
耐磨板108从部分26向内突出，并且设置有圈形部分110，该圈形部分110另外配备有碾碎肋112。
在碾碎肋62和碾碎肋94之间限定出第二排灰通道114的第一柱形部分116。通道114还具有总体上由附图标记118表示的第二部分，其从第一柱形部分116的下端径向向外延伸；以及总体上由附图标记120表示的第三环形部分，其与第二部分118连通。
在碾碎肋96和112之间限定出总体上由附图标记122表示的环形排灰通道，炉灰从通道102的第二部分106排入该环形排灰通道。通道114的第三环形部分120也将炉灰排入排灰通道122。
可以认识到，通道102、114和122位于底板22附近或靠近底板22，通过这些通道排出的炉灰掉入气化炉300的底板区域，并且通过设置在气化炉的下端的炉灰排放出口(未示出)排出。
炉篦40包括突出指状物或扰动件500(仅仅在图8中示出)，其安装在径向最外部、最下面的层或阶梯或阶梯层76上。指状物500的高度稍小于立柱46的高度。
在使用中，气化炉300如下工作通过煤锁300将煤分批供入气化炉的顶部，同时通过前述气化剂出口将前述气化剂连续地注入反应区的底部，从而使位于煤气化室320内部的缓慢移动的煤床中的煤气化。通过旋转炉篦部件43，导致外犁部100连续地旋转并且通过通道102排灰，从而将炉灰连续地从气化区的底部排出。同时，还通过通道114排灰。
通常，大约20％的炉灰通过通道114排出，大约80％的炉灰通过通道102排出。当炉篦部件43旋转时，在碾碎肋62和94之间、在遮蔽板84与壳316之间并且在碾碎肋96和112之间进行煤渣压碎，这一点在下面将更详细地描述。遮蔽板84还保护炉篦部件43免遭磨损和炉灰的高温。
“煤渣”是指熔融炉灰的固态块，需要将其压碎以使其能够从气化炉中排出。
通常，全部气化剂中0％的气化剂从端盖结构50下方进入煤气化室320，微量的气化剂沿着箭头90流动，大约10％的气化剂通过层或部分82中的外遮蔽板84的下边缘下方的周向出口，大约20％的气化剂通过层或部分80中的类似出口，大约30％的气化剂通过层或部分78中的类似出口，大约40％的气化剂通过层或部分76中的类似出口。气化剂还用于在通过旋转炉篦部件43时冷却炉篦部件，诸如外遮蔽板84等。
根据就位于气化剂出口以及排灰通道上方的环形横截面区域可以平衡通过通道102、114的排灰比例以及通过上述各种出口的气化剂比例。
当炉篦40旋转时，指状物500扰动炉灰床，具体地说，在炉篦40和/或壳316上挂扰，从而导致燃料床打开。炉灰和煤在燃料床的整个横截面中的均匀化导致蒸汽和氧气分布得到改善，因为减少了优先流动路径和热点而增强的气化炉稳定性，可以预期到，还可以导致气化炉的生产气体中具有更少的CO2。指状物500的使用出人意料地解决了气化炉的上部区域中的极度高热问题。相信这是因为指状物500使燃料床均匀化的效果。通过特别集中于煤床中流阻较高的区域来如前所述扰动这些区域中的气化剂，从而进一步增强使用指状物500的有利效果。因此，与公知气化炉的工作相比，这里将大量气化剂供入更接近外壳316的煤床中，以穿过接近水套的区域404中的外部细煤圈。
在其它因素中，通过控制炉灰排出的速度，朝向煤气化室320底部的炉灰床与煤床之间的界面(未示出)保持在期望的位置，该煤床于是位于界面上方。火床于是构成该界面。
理想地，为了获得良好的气化炉控制，火床应该大致位于经过气化区的水平线上，从而表示在煤气化室320的整个径向横截面上炉灰以均匀的质量流排出，即，炉灰以均匀的炉灰颗粒速度排出。换句话说，理想地，火床轮廓应该是稳定、平坦而平衡的。应该不存在火床的竖直移动或移位，即，火床应该位于气化炉内的固定位置中，火床厚度在整个气化区中应该是均一的。理想地，气化剂应该以质量流向上运动，即，在反应器的整个径向横截面上均匀分布，并且在整个横截面上具有均一的速度。
在采用炉篦40的情况下，火床轮廓是稳定而对称的，为展平的W形。换句话说，火床具有平衡的轮廓。火床水平面在受限的狭窄竖直带内移动，因此是稳定的，同时火床具有相对均一的厚度。当大约20％的炉灰通过通道114排出并且大约80％的炉灰通过通道102排出时，气化剂以近似质量流向上分配，而炉灰类似地以质量流向下进行排出。相信可以使用多达6个外犁部100，并且可以使用多达4个静止煤犁部60。此外，由外遮蔽板84提供的炉篦部件43的外表面与水平面成大约55°的角度，即，大于炉灰的休止角。这促使邻靠外遮蔽板84的炉灰朝向外围向下运动，以便由外力100排出，而不会产生滞留区。
在采用炉篦40的情况下，在煤犁部100、60的区域中向下和向内驱动炉灰的力相对较大，而将炉灰向上驱动经过煤犁部的力相对较小，从而导致煤犁部和外遮蔽板84的磨损更小。另外，磨损分布在全部遮蔽板上，由于20％的炉灰通过炉灰通道114并因此不通过外遮蔽板84，因此磨损的趋势更小。
相信在采用炉篦40的情况下，由于炉篦角度大于炉灰的休止角，实现了外围和中央的炉灰提取，并且实现了有效的一次碾压，其中煤渣被分级进行碾压。这适用于内部或中央碾碎圈95以及由外遮蔽板84的层76、78、80和82构成的外碾碎圈或碾压圈。另外，由于炉篦表面的标度与水平面通常成大约55°的角度，该角度大于炉灰的休止角(与水平面成大约35°的角度)，因此，在炉灰的休止角与炉篦表面的角度之间没有“死区”。碾碎圈如此有效地置于炉灰床的活性的或活的炉灰区中。即使存在的话，也只会出现很少的炉灰拱架和煤渣桥接，因此在理论排灰速度与实际排灰速度之间几乎不存在或完全不存在差异。在采用炉篦40的情况下，由于气化剂在运动的炉灰床中以分离度更低的质量流分配，而炉灰床被指状物500进行均匀化，因此气化剂分配基本上更均匀，于是火床的向上的速度分离更均一。
参考图9，图中示出具有炉篦600的气化炉300，该炉篦600在某些方面与图7和图8所示的炉篦40不同。炉篦600的很多特征与炉篦40的特征相同或相似，如果可能的话，使用相同的附图标记表示这些相同或相似的部件或特征。
炉篦600包括作为唯一可旋转炉篦部件的旋转炉篦部件602，而不包括形成炉篦40的一部分的第一外部旋转炉篦部件43。对于炉篦600，没有第二内部静止炉篦部件44。
在图9中，示出了小齿轮604和炉灰排放出口606。在图7和图8中没有示出这些特征。
由于没有设置第二内部静止炉篦部件44，图9所示的气化炉300只有一个排灰通道102，而没有第二排灰通道114。防护盖56没有封闭通道48。相反，出口54为敞开的，以允许气化剂经过管道35和通道48流入旋转炉篦部件602的中空内部，如箭头610所示。与炉篦40不一样，炉篦600没有位于立柱46中的气化剂通道64。
在使用中，炉篦部件602逆时针旋转。将煤分批供入气化炉300的顶部，并且通过位于前述外遮蔽板84的下边缘下方的气化剂出口将气化剂连续供入反应区的底部，从而使位于煤气化室320内部的缓慢移动的煤床中的煤气化。通过旋转炉篦部件602的旋转，导致外犁部100连续地旋转并且通过排灰通道102排灰，从而将炉灰连续地从气化区的底部排出。炉灰的流动由图9中的箭头608表示。当炉篦部件602旋转时，在遮蔽板84与壳316之间并且在碾碎肋96和112之间进行煤渣压碎。
通常，全部气化剂中大约10％的气化剂通过层或部分82中的外遮蔽板84的下边缘下方进入煤气化室320中，大约20％的气化剂通过层或部分80下方的出口，大约30％的气化剂通过层或部分78下方的出口，大约40％的气化剂通过层或部分76下方的出口。在炉篦部件602的旋转过程中，指状物500扰动炉灰床，从而导致如前所述改进气化炉的工作。
与采用炉篦40时一样，当炉篦600旋转时，指状物500扰动炉灰床，具体地说，在炉篦600和/或壳316上挂扰，从而导致燃料床打开。炉灰和煤在燃料床的整个横截面中的均匀化导致蒸汽和氧气分布得到改善，因为减少了优先流动路径和热点而增强的气化炉稳定性，可以预期到，还可以导致气化炉的生产气体中具有更少的CO2。指状物500的使用出人意料地解决了气化炉的上部区域中的极度高热问题。相信这是因为指状物500使燃料床均匀化的效果。通过特别集中于煤床中流阻较高的区域来如前所述扰动这些区域中的气化剂，从而进一步增强使用指状物500的有利效果。因此，与公知气化炉的工作相比，这里将大量气化剂供入更接近外壳316的煤床中，以穿过接近水套的区域404中的外部细煤圈。
权利要求
1.一种固定床煤气化炉，包括通常竖立的柱形壁，其限定出煤气化室，其中，固定煤床形式的煤可以在煤气化室中气化，以产生合成气体以及煤床下方炉灰床中的炉灰；煤锁，其位于煤气化室上方，煤锁具有与煤气化室连通并且大致位于中央的卸煤口以及用于封闭卸煤口的可移动式封闭件，该封闭件可以在封闭位置和开启位置之间移动，在封闭位置，封闭件封闭卸煤口，在开启位置，封闭件开放或打开卸煤口，从而使得煤可以在重力作用下从煤锁经卸煤口而进入煤气化室；静态煤分配装置，其位于煤气化室内部，所述静态煤分配装置包括中空的煤分配器，其具有与卸煤口隔开的敞开上端，并且从其上端向其敞开下端朝下向外扩张，而在煤分配器的上端与卸煤口之间除了可能有的封闭件以外没有设置任何静态煤分配器具；裙部，其从煤分配器的内部向下悬挂，使得在裙部与煤分配器之间限定出气体收集区，气体收集区的顶部为封闭的，气体收集区的底部与煤气化室连通；以及至少一个出气口，其位于煤分配器中，所述出气口与气体收集区连通，于是在煤分配器与柱形壁之间限定出第一煤通道，而沿着裙部设有第二煤通道；气体抽取管道，其从煤分配装置的出气口引出；炉灰排放出口，其在低位由腔室引出；以及可旋转炉篦，其位于炉灰排放出口的上方，所述可旋转炉篦包括至少一个向上突伸的指状物或扰动件，当可旋转炉篦旋转时，该指状物或扰动件用于扰动在使用中形成于可旋转炉篦上方以及周围的炉灰床。
2.根据权利要求1所述的气化炉，其特征在于，可旋转炉篦具有竖直尺寸和径向方向，并且可以围绕炉灰排放出口的竖直轴线旋转，可旋转炉篦的下周边低于可旋转炉篦的顶端或上端，所述指状物与可旋转炉篦的旋转轴线分隔。
3.根据权利要求2所述的气化炉，其特征在于，所述指状物向上突伸到与可旋转炉篦的顶端或上端大致同高或者稍低处。
4.根据前面权利要求中任一项所述的气化炉，其特征在于，可旋转炉篦具有朝上向内渐缩的外表面，在竖直横截面中看，该外表面为交错的或阶梯形的，从而限定彼此在竖直方向和径向上隔开的阶梯层，所述指状物位于最下、最外的阶梯层上。
5.根据权利要求4所述的气化炉，其特征在于，可旋转炉篦的朝上向内渐缩的外表面由可旋转炉篦部件限定，气化炉于是包括所述可旋转炉篦部件，其位于煤气化室中，排灰通道的第一环形部分设置在煤气化室的壁与可旋转炉篦部件之间，该炉篦部件可以围绕排灰通道的竖直轴线旋转，该炉篦部件适于在炉篦部件旋转时在排灰通道的第一环形部分中进行煤渣碾压；静态支撑件，其位于排灰通道的第一环形部分的下端，该静态支撑件提供或限定出集灰面；以及至少一个主刮刀，其适于在炉篦部件旋转时沿着排灰通道向内或向外推动支撑件的集灰面上的炉灰，而排灰通道与煤气化室的底板相邻。
6.根据权利要求5所述的气化炉，其特征在于，所述可旋转炉篦包括四个周向气化剂出口，这些气化剂出口沿竖直方向和径向间隔开，划分为最高的径向最内侧气化剂出口到最低的径向最外侧气化剂出口，其中包括第二高的出口和第三高的出口。
7.根据权利要求6所述的气化炉，其特征在于，气化剂出口的尺寸被设置为适于以如下比例在常规供给压力下排放气化剂最低的径向最外侧气化剂出口30％至50％第三高的气化剂出口20％至40％第二高的气化剂出口10％至30％最高的径向最内侧气化剂出口5％至15％。
8.一种操作根据前面权利要求中任一项所述的固定床煤气化炉的方法，该方法包括将煤通过煤锁供入煤气化室中，并且借助于所述煤分配装置在煤气化室内分配煤，以形成固定煤床；将气化剂供入煤气化室中；使煤气化室中的煤气化，以产生合成气体和煤床下方炉灰床中的炉灰；以及旋转所述可旋转炉篦，以通过排灰出口排出炉灰，并且采用所述至少一个指状物或扰动件扰动炉灰床。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述可旋转炉篦包括炉篦部件，该炉篦部件具有在竖直横截面中交错的或阶梯形的外表面，周向的气化剂出口设置在至少一些阶梯或层中，气化剂出口于是沿竖直方向和径向隔开，该方法还包括将气化剂通过周向的气化剂出口供入煤气化室中，这些气化剂出口包括位于底部径向最外部的阶梯或层上的底部径向最外侧气化剂出口。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，气化剂被与气化剂出口的径向位置成比例地供入，其中径向最外侧气化剂出口供入最多的气化剂，径向最内侧气化剂出口供入最少的气化剂。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述可旋转炉篦包括四个周向气化剂出口，这些气化剂出口沿竖直方向和径向间隔开，划分为最高的径向最内侧气化剂出口到最低的径向最外侧气化剂出口，其中包括第二高的出口和第三高的出口。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，按照如下比例通过出口供入气化剂最低的径向最外侧气化剂出口30％至50％第三高的出口20％至40％第二高的出口10％至30％最高的径向最内侧气化剂出口5％至15％。
全文摘要
一种固定床煤气化炉(300)包括煤气化室，该煤气化室具有位于其上方的煤锁。位于煤气化室内部的静态煤分配装置包括朝下向外扩张的中空的煤分配器，裙部从煤分配器的内部向下悬挂，使得在裙部与煤分配器之间限定出气体收集区。气化炉(300)具有炉灰排放出口(606)以及位于出口(606)上方的可旋转炉箅(600)。可旋转炉箅(600)包括至少一个向上突伸的指状物或扰动件(500)，用于扰动在使用中形成于可旋转炉箅(600)上方以及周围的炉灰床。
文档编号C10J1/207GK101072851SQ200580041975
公开日2007年11月14日 申请日期2005年11月30日 优先权日2004年12月8日
发明者J·A·施塔德勒, E·G·范德文特尔, P·S·鲍曼 申请人:萨松卢尔吉技术有限公司