专利名称:对细小燃料高压制取的煤气进行冷却的方法
本发明涉及一种对细小燃料高压制取的煤气进行冷却的方法。为此，本发明使用了一个气化反应器，一个容器--主要指对流腔，以及一个冷却装置。--细小燃料指从细小颗粒状直至粉尘状的燃料。在这里主要是指煤。通过燃烧器将能量输给气化反应器，同时也将大部分的细小燃料一起带进去。正如生产成分确定的有用气体一样，气化反应器应按热力学的要求进行调节和控制。通过对粗煤气的激冷或冷却仿佛冻结了不利的反应。为此将输入冷却气体。气体的概念在这里也代表蒸汽。本发明在这方面也采用了通常的规定。相应的制取煤气的设备有气化反应器和对流腔的壁；高温液体冷却--例如沸水冷却的结构件，各种各样平行管道的管壁或是其它的管壁。对流腔内配有对流受热面，显然，经过管道内和在对流腔中获得的热量将被传走利用。
以往人们所熟悉的方法--也是本发明的出发点(参照如EP0115094)，是采用两个并列放置的尖塔形的，气化设备，完成各自不同的工艺流程，且建造昂贵。另一方面还要经常从安全考虑，不允许在制取煤气过程中由于炉渣和/或灰烬的堆积造成不利影响。尽管如此，我们必须经常容忍这种有害的缕状生成物的存在。
与此相比，本发明的任务在于提供一种高压制取煤气的方法。此方法工艺流程简单，安全性高，并且只需一个简单坚固的气化设备。
为了达到这一目标，本发明提供一种用细小燃料高压制取煤气的方法，其工艺步骤如下a)在根据高压气化的压力设计的压力罐内同心地设置一个气化反应器，一个冷却管和一个对流腔，b)将从气化反应器出来的沿轴向向上流动的粗煤气向上引入向上连接的由对流腔环绕着的冷却管中，c)引入冷却气体，d)粗煤气与冷却气体的混合气流(以下仍称之为粗煤气体)被位于冷却管上方，与其轴向旋转对称的回转伞转向180°，并形成一个空心圆柱式的气流，e)将空心圆柱式气流引入一个同心地环绕在冷却管外面的空心圆柱式的对流腔内，f)借助一个粗煤气出口在对流腔出口处将粗煤气抽出对流腔，为此，粗煤气的气流速度应该达到使混在气流中的炉渣和灰烬物质经180°转向后被带进空心圆柱式的对流腔内，并在这里冷却直至失去其粘结性。在粗煤气出口处的气流速度应该达到能分送炉渣和灰烬物质。本发明在高压煤气制取法中利用细小燃料的想法来源于这样的认识，即借助一个轴向对称的回转伞，通过使混合气流或粗煤气流产生类似蘑菇状的180°转向，而恢复空心圆柱式粗煤气流的流动现象，这种流动现象是由180°转向所形成的旋转分量而形成。通过这种奇妙的方式，可以避免产生热力学上的有害缕状生成物。粗煤气气流在其通过对流腔路程中产生的涡流分量诱导产生一个很均匀的各向同性的紊流谱，这将改善热传导，粗煤气的气流速度可以很容易地确定，即应该达到使混合在气流中的炉渣和灰烬颗粒经过180°转向后被带进空心圆柱式的对流腔内，而且是非常均匀地分布。这样确定的冷却管内的气流速度同时还使上述的涡流和紊流现象非常明显、均匀地出现。对流腔高度可以成比例减小，但要达到能使炉渣和灰烬颗粒在经过冷却管和对流腔途中冷却，直至失去粘结性的要求。当然也能很容易地确定粗煤气出口的气流速度，使混合的炉渣和灰烬颗粒从易于出现沉积的地方排出。本发明的方法允许在采用此方法的高压制取煤气设备中不使用耐火炉衬。采用一般的除垢锤就行了。
上述发明的优点和效果是十分明显的，当对流腔中转向后的粗煤气通过同心式对流受热面后，它在粗煤气排出装置入口处的温度已被降至400-200℃。另外，采用本发明方法，可以使冷气均匀、规则地分布，以此来抑制缕状沉淀物的形成及热力学上不利影响的产生。也就是说，借助煤气反应器和冷气管之间的一个环状冷气进入间隙，使冷气是环形均匀分布的方式和与粗煤气呈交叉的方式进入到冷气管中。特别是将冷气经过一个无结构的冷气进入间隙被送入冷却管中。
根据本发明的方法，同心式对流受热面环绕包围着冷却管。本发明为对流受热面提供了一个环形空间，环形空间内装有环形柱板，这样可以毫不困难地容纳一个比较大的对流受热面。采用中心集中对流受热面的塔式容器则只能产生较少的热力学有效区域，与此相比，本发明中的这些地区已被用来安置冷却管道。按本发明原理制成的设备或装置在实践中使用，证明其具有极高的功效和生产率；并坚固。本发明中的热交换以及随之而来的粗煤气的冷却是非常强烈的，因为不仅冷却管壁，而且作为冷却气体用的对流受热面都受到两边环流和进气冲击作用。冷却下来的粗煤气出口应能输送炉渣和灰烬颗粒，使之从不沉积在粗煤气出口中。对此，根据本发明的原则，对流腔出口的管道气流应该在管道气体出口中压成一个涡流，气流速度以及管道气体出口处的涡流应能分送混合的炉渣和灰烬颗粒。
下面将借助于一个实施例图对本发明进行详尽的解释，更确切的说是借助于一个按本发明方法安装好的煤气制造装置进行图示说明。
图1制取煤气装置的主视，图2图1A部位的比例放大图，图3图1B部位的比例放大图，放大比例与图2相同，图4图1C部位的比例放大图，放大比例与图2相同，图5图3D部位的较大比例的放大图，图6图5中E-E位置的截面图，图7图1中F部分的较大比例的放大图。
图中说明的煤气发生器是指用细小燃料高压制取可用煤气的装置，它是根据本发明的方法加以确定和建造的。在图1中，装置中未被画出的中间部分的长度与下部分的长度基本相等。
煤气发生器的基本构造是由一个气化反应器1，一个输送从气化反应器流出的粗煤气的冷却管道2，和一个对流腔3组成，对流腔内装有一个吸收粗煤气余热的对流受热面4。显然，对流受热面4采用与其目的相符的同心圆柱形排列方式。如前所述，上述设备是由相互平行的焊接好的管壁组成。
从图1可见，气化反应器1，冷却管道2和具有腔壁5的对流腔3都被安置在一个压力罐6内。对流腔3同心地环绕着冷却管2。气化反应器1与冷却管道2同轴地设置于其下面。腔壁5由相应的管壁组成。从图1的上半部和图2可见，在冷却管道2以及腔壁5上的成束的对流受热面4的悬置装置。以同样的方式在煤气发生器的高度上分别还设有对流受热面7束。
在腔壁5内，冷却管道2的上部安有一个转向装置7，它将从冷却管道2流出的粗煤气输入到对流腔3内。图2对此做了专门的说明。尤其如图3所示，在气化反应器1和对流腔3之间的区域中安置了一个粗煤气出口8，用它将腔壁5和压力罐6中的粗煤气排除。借助于图3中所示的导向叶片8a，使从对流腔流出的粗煤气形成如图所示的转向。设计应使排出的粗煤气将炉渣和灰烬颗粒一起带走，而不在该区造成有害的沉积物。只要冷却的粗煤气带着炉渣颗粒一起跑掉，就不可能发生粘结。从图4可见，在压力罐6下部的气化反应器1放在固定点9上。
对流受热面4由冷却管道2和腔壁5支撑，冷却管道2和腔壁5以其下部，于粗煤气出口8之上设置于卸载部件10之上，部件10带有粗煤气通道11，并被放置在压力罐6的固定点上。在图3、5和6中部明确指示出这个固定点12。
从图4，可进一步看到，在气化反应器1和冷却管道2之间有一个环形冷气进入间隙13。该间隙将冷却管道2和气化反应器1分开。如此布置其结构从而在卸载部件10下面的冷却管道区域和固定支撑9上面的气化反应器1之间允许产生不同的、压力罐条件所允许的热膨胀。因此还要作为热膨胀补偿间隙来确定冷气进入间隙13的尺寸。
在实施例中和本发明优选实施形式中，压力罐6也是作为固定气化反应器1，冷却管道2及带有腔壁5的对流腔3的支承结构，起静止和稳定设备的作用。前面已提及的转向装置7为帽状碰撞转向装置。粗煤气出口8有一个装置14，用于分送炉渣和/或灰烬颗粒，下面还将对其予以特殊的说明。
从图4还可以清楚地看出，气化反应器1的下部如何被放置在压力罐6上的固定托架15上。
对流受热面4的一边与支承十字头16固定。十字头16与腔壁5和冷却管2之间为松配合，以使腔壁和冷却管可以实现不同的热膨胀。最简单的方法是十字头为钢梁，无约束地静放在两个支撑上。
从图5和6可看出卸载部件10的细部结构。它是由内环17，外环18和辐条16做成一个刚性的金属部件。辐条之间的空间形成粗煤气通道11。所述部件17，18，19均为单独部件，例如锻造件。卸载部件10是由被加热了的支架与压力罐6中的承载部件相连接，或者由一个被加热的铁框架20与腔壁5相连接。从图5中可知，卸载部件10同时，还作为沸水的输送装置，用于输送沸水，冷却输送管，输送管在冷却管2的管壁内。为此采用了输送管或通道21。沸水经冷却管道2的上方的管道22排出，管道22与输送管相通并可以进行热膨胀变形。除去卸载部件10上及其中的管道之外，冷却管道2与腔壁5之间的所有管道连接的设计与安装都充分考虑到了管道的弹性热膨胀变形。
气化反应器1与压力罐6的壁之间形成一个环形腔23，输入的冷却气体经环形腔23被引向冷气进入间隙13。此外环形腔23还与一个压力平衡室24相连，平衡室24在腔壁5和压力罐6之间是无约束的。
在本实施例中制成的这个冷气进入间隙13是会带来很大的好处。它介于气化反应器1的一个圆锥收缩的出口部件25和一个与之相应的冷却管2的围裙26之间。出口部件25在气化反应器的一侧没有加耐火衬，而是由光滑的金属组成，角度大约为60°。所有出口部件25向下的排列面都不需要有耐火衬。如图7所示，气化反应器1的出口部件25要配备一个清洁环27，该环可定期地用振动装置移动。
为了确保由间隙进入的冷气流方向一致，在气化反应器1和压力罐6之间的环形壁要用一个挡板28隔开。挡板以下的等压平衡借助气化反应器1底部的出料口来建立。
经过对图1至图7的观察可知，应执行如下的方法压力罐6内同心地设置一个气化反应器1，一个冷却管2和一个对流腔3，压力罐6用于承受高压气化的压力。从气化反应器1出来的沿轴向向上流动的粗煤气被向上引入向上连接的冷却管2内。输入冷却气体。粗煤气与冷却气体的混合气流--以下统称为粗煤气，被位于冷却管2上方，与其轴线旋转对称的回转伞型回转装置7转向180°，并形成一个空心圆柱式的气流。空心圆柱式气流流进一个环绕在冷却管2外面与之共轴的空心圆柱式的对流腔3内。借助一个粗煤气出口8，在对流腔3的出口处将粗煤气抽出对流腔3。首先，粗煤气的气流速度应达到能使混在气体中的炉渣和灰烬颗粒经180°转向后被带进空心圆柱式的对流腔3内，并在这里冷却直至失去它们的粘结性。在粗煤气出口8处的气流应该达到能分送炉渣和灰烬物质。本实施例表明在对流腔3中的转向后的粗煤气流过同心的对流受热面4进行冷却，使其在进入粗煤气出口8处时的温度，被降至400至200℃。借助于气化反应器1和冷却管2之间的一个环状冷却气体进口间隙13，使冷气呈环形均匀分布的方式和与粗煤气呈交叉的方式进入到冷气管2中。从对流腔3流出的粗煤气应在管道出口8处被压成一个涡流，气流速度以及管道出口8处的涡流应能分送混合的炉渣和灰烬颗粒。
权利要求
1.对细小燃料高压制取的煤气进行冷却的方法，包括a)在根据高压气化的压力设计的压力罐内同心地设置一个气化反应器，一个冷却管和一个对流腔，b)将从气化反应器出来的沿轴向向上流动的粗煤气向上引入向上连接的由对流腔环绕着的冷却管内，c)引入冷却气体，d)粗煤气与冷却气体的混合气流(以下仍称之为粗煤气)被位于冷却管上方，与其轴向旋转对称的回转伞转向180°，并形成一个空心圆柱式的气流，e)将空心圆柱式气流引入一个同心地环绕在冷却管外面的空心圆柱式的对流腔内，f)借助一个粗煤气出口在对流腔出口处将粗煤气抽出对流腔，其中，粗煤气的气流速度应达到能使混在气体中的炉渣和灰烬颗粒经180°转向后被带进空心圆柱式的对流腔内，并在这里冷却直至失去其粘结性，在粗煤气出口处的气流速度应该达到能分送炉渣和灰烬颗粒，在对流腔中的转向后的粗煤气流经同心式对流受热面，在进入粗煤气出口装置的入口处的温度被降至200℃至400℃，借助于气化反应和冷却管之间的一个环状冷却气体进口间隙，使冷气呈环形均匀分布的方式和与粗煤气呈交叉的方式进到冷气管中。
2.根据权利要求
1的方法，其特征在于，冷气经过一个内部无障碍的冷气进入间隙进入冷却管中。
3.根据权利要求
1或2的方法，其特征在于，从对流腔流出的粗煤气气流应在管道出口处被压成一个涡流，气流速度以及涡流应能分送混合的炉渣和灰烬。
专利摘要
用细小燃料高压制取煤气的方法。从气化反应器出来的沿轴向向上流动的粗煤气向上进入由对流腔环绕着的冷却管中。输入冷却气体。将粗煤与冷却气体的混合气流用回转伞转向180°，并形成一个空心圆柱式的气流。借助一个粗煤气出口使对流腔出口处的粗煤气排出对流腔。粗煤气的气流速度应该达到使混合在气流中的炉渣和灰烬颗粒经180°转向后被带进空心圆柱式的对流腔内。粗煤气排出装置内的气流速度应达到能分送混在气流中的炉渣和灰烬颗粒。
文档编号C10J3/46GKCN1041107SQ94102284
公开日1998年12月9日 申请日期1994年3月10日
发明者雷纳·达费尔德, 约翰尼斯·科沃尔, 埃伯哈德·库斯克, 汉斯·尼尔曼, 格哈特·威尔默, 乔基姆·沃尔夫 申请人:克鲁普科普斯有限公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan专利引用 (4),