将气化剂喷入充电粒子气化室的方法和装置的制作方法

专利名称：将气化剂喷入充电粒子气化室的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及借助于气化剂喷嘴将气化剂喷入固定床汽化器、旋涡流汽化器或悬浮流汽化器的充电粒子(partikelbeladen)气化室的方法和装置。
背景技术：
借助于气化剂喷嘴(VM喷嘴)喷入固定床汽化器、旋涡流汽化器或悬浮流汽化器的充电粒子气化室的气化剂(VM)通常包括蒸汽/氧气混合物(VM混合物)。除纯的蒸汽/氧气混合物外还采用其他的VM混合物，例如利用空气、CO2和其他的要利用的气体的混合物。VM喷嘴设计成既是外部冷却的又是未冷却的进料喷嘴。从众多的气化方法中以下选出英国气体/Lurgi-熔渣浴气化方法(British Gas/Lurgi-Schlackebad-vergasungsverfahren，以下简称BGL汽化器)，其中对其喷入实情的复杂性可以特别清楚地加以描述。
将混合比为约1kg蒸汽/Nm3氧气的蒸汽/氧气混合物喷入BGL汽化器中。VM喷嘴相对于水平线向下倾斜。由VM喷嘴喷出的VM射束指向BGL汽化器的底部的熔渣浴的表面。VM混合物按规定的操作在紧邻喷嘴口的前面与处于反应室中的炼焦煤碳粒子和其他的可氧化的成分起反应并通过燃烧反应释放热量。此时通常在构成的BGL汽化器的风口中出现达2000℃以上的温度。熔渣在该温度下呈现为低粘性液体。
伸入BGL汽化器的反应室内的喷嘴头为了避免粘附熔渣和防止金属氧化强烈地受冷却。VM喷嘴的外形构成紧凑的和表面节省的、以便保持VM喷嘴中对于熔渣的反应表面和受热尽可能地小。
VM喷嘴设计成进料喷嘴。为了使熔渣或含碳的成分决不会通过圆柱形喷嘴口进入VM喷嘴并妨碍或堵塞喷嘴出口，以尽可能高的速度从喷嘴口喷出VM。在BGL汽化器的额定载荷下VM的射出速度约为60-180m/s。VM的射出速度越高，粒子回吸入VM喷嘴内的危险越大。喷嘴口堵住并最终堵塞VM出口。从度量技术上来说由小的燃烧强度和返回喷嘴的VM量方面可以断定喷嘴受到干扰。在相当大程度上堵住的或甚至堵塞的所谓“黑色的(Schwarz)”喷嘴由于安全原因必须关闭。这导致能量损失直到BGL汽化器的过早的关闭。经验表明，常常多个喷嘴同时或短时连续地变成“黑色的”，必须将其关闭并从而在短时间内迫使BGL汽化器关闭。为了保持VM喷嘴的功能，必须使BGL汽化器冷却并卸料。其后果是包括显著的生产损失和维护费用的长的停工时间。在实际操作中，特别是在不稳定的工作状态下和在重新起动过程中由于熔渣和含碳的材料进入VM喷嘴中总是再次导致BGL汽化器的关闭。
对于BGL汽化器操作的一个基本的安全准则是确保VM从VM喷嘴中不受干扰的正常的喷出。这只通过VM喷嘴在紧邻喷嘴出口处的喷嘴内轮廓的绝对清洁就可以确保之。不受干扰的喷口一般伴随着在喷嘴前面的不受干扰和均匀的火焰形成。不受干扰的自由的射束形成是最好的保证。使喷出的氧气直接在喷嘴的前面起反应，而不被转移并且不在BGL汽化器的较冷区域内不起反应或到达陶瓷的衬壁。对此至今没有解决方法。
在BGL汽化器中气化多相的废料混合物时提高的VM喷嘴故障率证明是特别严重的，其气化状态和熔渣流状态以特别强的不均匀性为特征。作为原因应该提到由于强的灰分含量变化和灰分含量性质变化引起的极快变化的熔渣粘度和极快变换的熔渣浴高度；由于一般高挥发性的废料的高的和变化的VM/焦煤比引起的喷嘴前面的很高和很强的变化的温度；喷嘴前面的风口中的强的压力脉动。
对实例BGL汽化器所述的VM喷入充电粒子气化室存在的问题也以类似的方式和方法存在于其他的气化方法中，例如HTW旋涡流气化中。为了作为补救措施，其中采用昂贵的并限制生产灵活性的双材料喷嘴。同样也不能以充分的程度降低受干扰性。

发明内容
由现有技术的缺点出发，本发明的目的在于，确保在所有的工作状态下将VM稳定地和不中断地输入充电粒子气化室并且即使采用极其多相的填料也可在喷嘴前面形成不受干扰的、均匀的和强烈的火焰，并且避免VM喷嘴的堵住、堵住的VM喷嘴的关闭并从而最终避免汽化器的过早关闭。
为达到这个目的，建议将VM这样输入气化室，即VM的关于等温等压条件的流速(VM等速)在VM输入管中VM从喷嘴出口射出以前短时内(输入部分)具有一最小值，并且VM在紧接着的最后的喷嘴部分直到紧邻VM从喷嘴出口射出(加速部分)连续地加速和在喷嘴出口后面集中于一个焦点，以及在液态熔渣粒子或熔渣浴出现于反应室的情况下在最后的喷嘴部分中朝相对于水平线的流动方向位于最低的VM流线向下倾斜或尽多水平定向。
在VM从喷嘴出口射出以前短时内在输入部分中保持最小VM等速用来在任何情况下防止物料进入VM喷嘴的内部。通常在部分负荷下该最小VM等速应保持为15至20m/s。
此外，本发明基于这样的见解，在恶劣的和不平稳的工作条件下VM流在加速部分本身中的加速可以完全而可靠地避免干扰物质进入VM喷嘴直至达到最高的VM-相等-射出速度。VM流特别紧贴加速部分的内轮廓直到紧邻在喷嘴出口处VM射出VM喷嘴，从而没有物料能达到喷嘴内壁，即使喷嘴浸入熔渣浴中也是如此。VM等速在加速部分中被提高20％至200％，优选为50％-100％，其中加速长度为输入部分的直径的0.5至3倍。按照本发明的VM等速的加速可使在任何工作状态下防止固体物质进入VM喷嘴并从而防上堵住或堵塞VM喷嘴。
通过VM在紧邻直到喷嘴出口的加速部分中的加速可以达到VM射束聚焦于喷嘴出口前面几毫米的一射束焦点(焦点)上并从而达到相对于喷嘴出口处的负压较小的负压。加速部分的圆锥角由于这个原因优选规定在5°至20°的范围内。从外面到达喷嘴出口的熔渣和含碳的成分被远离喷嘴出口推至焦点并从这里再随VM射束一起进入气化室的内部。借此很有效地对付在喷嘴出口处外面的沉积物的形成。通过提高VM射出速度、VM喷嘴前面的负压和延长负压范围，增加进入VM射束的碳并从而增加碳在VM喷嘴前面的变换。
此外，VM喷嘴在加速部分中的缩面率(Einschnuernung)在液态熔渣或熔渣浴出现于气化室的情况下这样来限定，即朝相对于水平线的流动方向位于最低的VM流线相对于水平线向下倾斜0°至30°，优选5°至15°或至多水平定向。按照本发明该角度限制确保在VM喷嘴浸入熔渣浴中时没有熔渣可粘附在喷嘴内部。此外，即使在停工期间也没有任何物料沉积于VM喷嘴中。
本发明对于气化难处理的气化材料得到基本上有利的结果，如以下对实例BGL汽化器所描述的。VM喷嘴首次保持在持续工作中无堵住现象。可以无困难地控制低的到高的VM通过能力。BGL汽化器的短时操作可用性和功率不再受VM喷嘴的堵住问题的限制。即使在复杂的工作状态下也可以控制起动和运行的过程。VM射出速度的提高和射束聚焦导致在风口中比较适度的气化过程，并导致关于在喷嘴前面的不受干扰和均匀的火焰形成的较高的可靠性。避免了危险的射束转向、未反应的VM进入较冷的区域直到墙壁的损坏或其他不受控的反应。


以下借助于一个实施例更详细地说明本发明，唯一的附图示出VM喷嘴前端的剖面。
具体实施例方式
该实施例描述VM向大型工业用的BGL汽化器的输送以便气化极其多相的废料。通过总的用6标记的VM喷嘴输入BGL汽化器的VM混合物包含6000Nm3/h氧和5700kg/h蒸汽。VM喷嘴构成为具有圆形喷嘴横截面的进料喷嘴。附图示意地示出VM喷嘴1前端的剖面。包裹VM输入管2的冷却套因为简单未一起示出。
VM混合物3以260℃的温度输入VM输入管2。在风口4的气体室内充满25巴(a)的压力和2100℃的平均温度。喷嘴的内部轮廓按照本发明的方式包括两部分，即成圆柱形构成的输入部分5和成圆锥形向喷嘴出口6逐渐缩小的加速部分7，后者构成为焊入的套。加速部分7开始的位置用过渡部9标记。过渡部9表示直径从25到24mm的跳跃式减小。VM混合物3以104m/s的VM等速(300℃，25(a))流过输入部分6。从过渡部9开始VM等速在加速部分7中连续地加速直到从喷嘴出口6中射出，其中喷嘴出口6的直径为19mm。VM射束10以179m/s的VM等速从喷嘴出口6射出。加速部分的长度为23.8mm，由此圆锥角限定为6°。在喷嘴出口6的前面VM射束10还经过几个毫米的距离继续加速并且在焦点11处达到最高的VM等速和最小的静压力。
VM喷嘴1的轴线相对于水平线12向下倾斜20°。位于最低的VM流线13相对于水平线12具有向下倾斜的角14°。
对于上述的喷嘴实施方式在大型工业气化设备中的实现实际上达到了本发明的目的。在全部所述的方面相对于现有技术均取得了本发明的优点。
附图标记表1气化剂喷嘴 2气化剂输入管3气化剂混合物 4气体室5输入部分 6喷嘴出口7加速部分 9过渡部10气化剂射束11焦点12水平线13气化剂流线
权利要求
1.用于借助于VM喷嘴将VM喷入固定床汽化器、旋涡流汽化器或悬浮流汽化器的充电粒子气化室的方法，VM喷嘴构成为进料喷嘴，其特征在于，VM喷嘴(1)中的VM等速在输入部分(5)中不低于一最小值，并且在紧接着的加速部分(7)中VM连续地加速和在从喷嘴出口(6)射出以后集中于焦点(11)。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，在液态熔渣粒子或熔渣浴出现于气化室的情况下在加速部分(7)中，朝相对于水平线(12)的流动方向看，位于最低的VM流线(13)向下倾斜或至多水平定位。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在输入部分(5)中调整一最小VM等速为从15至20m/s。
4.按照权利要求1至3之一项所述的方法，其特征在于，VM等速在加速部分(7)中连续地提高20％至200％，优选为50％至100％。
5.按照权利要求1至4之一项所述的方法，其特征在于，位于最低的VM流线(13)相对于水平线(12)向下倾斜0°至30°，优选为5°至10°。
6.用于实施按照权利要求1至5之一项所述方法的装置，其特征在于，VM喷嘴(1)包括一具有输入部分(5)的管形输入管(2)，它转入一圆锥形的加速部分(7)，其中加速部分(7)的长度为输入部分(5)的内径的0.5至3倍。
7.按照权利要求6所述的用于实施方法的装置，其特征在于，加速部分(7)开始处的直径小于或等于输入部分(5)的直径。
8.按照权利要求6或7所述的用于实施方法的装置，其特征在于，加速部分(7)的圆锥角规定在5°和20°之间的范围内。
全文摘要
本发明涉及借助于气化剂喷嘴向固定床汽化器、旋涡流汽化器或悬浮流汽化器的充电粒子气化室喷射气化剂。本发明的目的是，确保在全部的工作状态下将气化剂稳定地和不中断地输入充电粒子气化室，同时形成不受干扰的、均匀的和强烈的火焰。本发明的目的这样来达到，即在气化剂喷嘴中的气化剂等速在输入部分中不低于一最小值并且气化剂在紧接着的加速部分中连续加速和在从喷嘴出口射出以后集中于一焦点。装置描述喷嘴的有关的构造。
文档编号C10J3/20GK1482215SQ0311985
公开日2004年3月17日 申请日期2003年3月4日 优先权日2002年9月13日
发明者贝恩德·迈尔, 贝恩德 迈尔, 德 斯科多, 赖因哈德·斯科多,特纳, 奥斯曼·特纳 申请人:再用原料利用中心施瓦茨彭伯有限公司, 卢吉能源和废料处理有限公司