专利名称：气化炉及其进料系统的制作方法
技术领域：
本发明是关于一种气化炉及其进料系统，尤指一种通过不同耐火材的施作 机构与进料燃烧器结合运送粉煤与输送气体的高温气化炉及其进料系统。
背景技术：
近年来由于全球同时面临环保与能源问题，以致于各国政府及工业界皆非
常重视有关于髙能源效率及低污染的净煤技术(clean coal technology)的研 发。如何提升煤炭的使用效率以及降低煤炭污染为目前使用净煤技术发展的首 要课题。在各种净煤技术中，以气化技术(gasification technique)最受瞩 目，可利用^1各各种燃料如煤炭、石油焦、生质能及废弃物等作为进料，且生产 的合成气(syngas)可多元化应用，如产生电力、当作燃料与转化成化学品等， 因此各国均积极发展气化技术。
煤炭气化是指煤在特定的设备内，在一定温度及压力下，使煤中有机质与 氧化剂(如蒸汽/空气或氧气等)发生一系列化学反应，将固体煤转化为含有 C0、 H2、 CH4等可燃气体和C02、 N2等非可燃气体的过程。煤炭气化时，必须 具备三个条件，即气化炉、氧化剂以及供给热量，三者缺一不可。气化过程发 生的反应包括煤的热解、气化和燃烧反应。煤的热解是指煤从固相变为气、固、 液三相产物的过程。煤的气化和燃烧反应则包括两种反应类型，即非均相气一 固反应和均相的气相反应，至于氧化剂的选择主要在于氧气与空气两种，氧气 将有利于合成气热值的提升，但相对需要提供制氧设备的成本，相反的空气则 不需提供制气设备，但所获得的合成气热值则相对较低。
目前相关的气化炉可约略区分为四种型式，选择的重要考虑参数包括进料 量、操作压力、操作温度、产出合成气成份…，其中高压气化有利于节省设计 炉体的体积，降低建构成本与后端出口合成气高压输送利用，至于气化炉操作温度则取决于后端出口合成气的成份比例，主要由所需制造的产品来决定合成
气成份， 一般炉内温度在1000 1500。C之间，而为了保持气化炉的温度，气化 炉内部通常使用三层型式的耐火泥(或耐火砖)。请参阅图7，其为显示公知高 温气化炉的剖面图，三层耐火泥分别具有不同的特性与功用，最内层耐火泥为 耐高温层21，该耐高温层21的特色为可承受的温度上限是介于1600 1700°C 左右的高温，且能够持续保持气化炉心反应区24的高温以利气化进行。最外层 与气化炉壁25相连接的耐火泥为绝热层23，最主要是要阻断热传导效应以保 护气化炉壁25的材料， 一般容许温度上限是介于1000 1200°C。至于中间层 的耐火泥则为保温层22，让气化炉内的高温得以保持， 一般容许的温度上限是 介于1200 1400。C。
至于进料燃烧器26主要的工作在于将燃料(粉煤、水煤浆、石油焦)、氧 气(空气)与蒸汽同时送入气化炉中进行燃烧-气化反应，是气化技术中一个相 当重要的关键技术之一，为了能够在进料前将燃料与氧气提前混合完成， 一般 会采用所谓的内外管式的预混进料燃烧器26做为进料系统。进料燃烧器26的 外管27用于输送气体(通常为氧气或空气)，进料燃烧器26的内管28用于输 送燃料-粉煤，而外管27的气体与内管28的燃料-粉煤在进料燃烧器26的渐縮 段29预先混合后，再喷进到气化炉心反应区24内进行气化反应。
因为煤炭气化一般都是在高温高压的剧烈环境下进行的，故在操作上必须 相当谨慎，得避免在进料燃烧器26出口端出现因为外在因素而发生熔断及内在 发生燃料堵塞状况，进而发生高温回火现象，此时可能在同时具有燃料(煤炭)、 氧化剂(氧气)与高温环境三种条件下，直接在进料燃烧器26内部进行燃烧反 应，通过高温而直接侵蚀进料燃烧器26周围较耐低温的保温层22或是绝热层 23的耐火泥，由于燃料与氧化剂仍然持续进料，且炉温并无明显变化，所以相 当不易察觉，最后可能因气化炉壁25无法承受高温，而造成极大的危险性。故 公知的气化炉的进料系统仍存有缺失而有待改进。
目前进料系统的改良设计，大多是朝向增进燃烧效率的需求上，例如中国专利公告号第l， 407， 274号与美国专利公告号第7， 021， 222号。中国专利 公告号第l， 407， 274号「煤粉直流燃烧器」，是着眼于喷头与喷嘴的改良，在 出口端加装档板，喷头带有钝体或船体，使粉煤在出口的分布改变，形成有利 的稳定火源，以达到低负荷及高效率的燃烧特点。该篇中国专利案与本发明在 机构概念上具有差异性，本发明是针对提升安全性的诉求，并且证明在提升安 全性的改良下，并不影响到其燃烧效率，因此设计重点是在整个进料系统，包 含内管外管分别输送不同的物料、出料口端的特殊设计与进料燃烧器周边的耐 高温材料。
美国专利公告号第7， 021， 222号「Coal-burning boiler' s Ignition Burned,其为了增加燃烧的经济效益，在燃烧口端引入空气的冷空气圆柱 (cooling air cylinder)以及扩大通道的效应，提升粉煤燃烧的效率。该篇 专利主要技术是在引入空气以提升燃烧效率。
发明内容
本发明的目的在提供一种高温气化炉及其进料系统，在燃烧进料器的周围 包覆一耐高温材料，所以即使产生因外在或内在因素而导致的高温回火现象， 也不致于侵蚀进料燃烧器周边的保温层与绝热层的耐火泥，故包覆于燃烧进料 器的耐高温材料具有保护进料燃烧器周边的保温层与绝热层的耐火泥的作用。
本发明的另一目的在提供一种高温气化炉及其进料系统，该燃烧进料器为 非预混式的燃烧进料器，燃烧进料器的内管输送燃料与第一气体，燃烧进料器 的外管输送第二气体，可降低燃烧进料器出口端的熔断与堵塞的现象；且内管 输送燃料与第一气体和外管输送第二气体，可避免燃料与第二气体在燃烧进料 器内接触的机会；而外管输送第二气体更可以持续对燃料进料器的前端进行冷 却降温。
本发明的上述目的可通过如下技术方案来实现， 一种高温气化炉，具有一 进料燃烧器，该进料燃烧器的出料口连通一气化炉心反应区，而该进料燃烧器的进料口连通该气化炉的外界，该进料燃烧器从该气化炉的外界分别依序通过 该气化炉壁、绝热层、保温层及耐高温层，而到达该气化炉心反应区，其中该 进料燃烧器的周围包覆一耐高温材料，该耐高温材料自该气化炉壁起分别依序 通过该绝热层而延伸至该保温层。
本发明还提出了一种高温气化炉，具有一进料燃烧器，该进料燃烧器的出 料口连通一气化炉心反应区，而该进料燃烧器的进料口连通该气化炉的外界， 该进料燃烧器从该气化炉的外界分别依序通过该气化炉壁、绝热层、保温层及 耐高温层，而到达该气化炉心反应区，其中该进料燃烧器的周围包覆一耐高温 材料，该耐高温材料自该气化炉壁起分别依序通过该绝热层、该保温层而延伸 至该耐高温层。
本发明还提出了一种高温气化炉，具有一进料燃烧器，该进料燃烧器的出 料口连通一气化炉心反应区，而该进料燃烧器的进料口连通该气化炉的外界， 该气化炉包括有一气化炉壁、 一绝热层、 一保温层及一耐高温层，该绝热层介 于该气化炉壁与该保温层之间，该保温层介于该绝热层与该耐高温层之间，该 耐高温层介于该保温层与该气化炉心反应区之间，其中该气化炉具有一孔槽， 使该孔槽位于该绝热层与该保温层间，而该孔槽内设有一耐高温材料以包覆该 进料燃烧器。
本发明又提出了 一种高温气化炉的进料系统，该进料系统具有一进料燃烧 器，该进料燃烧器被包覆有一耐高温材料，使该耐高温材料位于一气化炉的绝 热层与保温层间。
在本发明的较佳实施方式中，该进料燃烧器具有一内管与一外管，该内管 输送一燃料与一第一气体，该外管输送一第二气体。
在本发明的较佳实施方式中，该燃料包含粉煤、水煤浆或石油焦。 在本发明的较佳实施方式中，该第二气体为氧气或空气。 在本发明的较佳实施方式中，该内管的出料口处形成一縮口。 在本发明的较佳实施方式中，该耐高温材料为环状结构。在本发明的较佳实施方式中，该耐高温材料被一圆管状管体包覆。 在本发明的较佳实施方式中，该孔槽更进一步延伸位于该耐高温层。 在本发明的较佳实施方式中，该孔槽具有一穿孔，该穿孔供该进料燃烧器
设置并使该进料燃烧器的出料口连通至该气化炉心反应区。
在本发明的较佳实施方式中，该第一气体为具有燃烧性质的气体或不具有
燃烧性质的气体。
在本发明的较佳实施方式中，该具有燃烧性质的气体为氧气或空气。 在本发明的较佳实施方式中，该第二气体为具有燃烧性质的气体。 因此，本发明高温气化炉的优点包括下列几点
一、 包覆于该燃烧进料器的耐高温材料具有保护进料燃烧器周边的保温层 与绝热层的耐火泥的作用。
二、 由于该燃烧进料器为非预混式的燃烧进料器，该燃烧进料器的外管输 送第二气体，该燃烧进料器的内管输送燃料与第一气体，可降低该燃烧进料器 出料口的熔断与堵塞的现象，且该外管输送第二气体更可以持续对该燃料进料 器的前端进行冷却降温作用。
三、 通过不同的耐火材施作机构与进料燃烧器结合运送粉煤与输送气体的 方式变化，使得进料系统能适用于高温与高压下的气化炉操作条件，并有效防 止气化过程中不稳定及温度变化所产生的剧烈变动性，提升整体操作的安全性 与运转时间，且对于气化效率也有所提升。
四、 本发明的粉煤入口与输送气体是使用简单的分离通道，其燃烧进料器 是采用未预混式的设计方式，并且改良燃烧进料器周边的耐火材机构，不但提 升气化效率，而且也增加气化过程的安全性。
图1是显示本发明高温气化炉第一实施例的剖面图。 图2是显示进料燃烧器的剖面图。图3是显示图2的C部的放大图。
图4是显示图2沿A-A线的剖面图。
图5是显示图2沿B-B线的剖面图。
图6是显示本发明高温气化炉第二实施例的剖面图。
图7是显示公知高温气化炉的剖面图。
附图标记说明
1、 31—-高温气化炉
2- --进料燃烧器
3- --气化炉体
4- -出料口
5- --气化炉心反应区
6- -气化炉壁
7- —绝热层
8- 保温层
9- 一耐高温层
10- -孔槽
11- -耐高温材料
12- --内管
13- --外管
14- --圆管状管体
15- -穿孔
16- -缩口
17- —圆孔
具体实施例方式
虽然本发明将参阅含有本发明较佳实施例的附图予以充分描述，但在此描述之前应了解本领域技术人员可修改本文中所描述的发明，同时获致本发明的 功效。因此，须了解以下的描述对本领域技术人员而言为一广泛的揭示，且其 内容不在于限制本发明。
请参阅图1，显示本发明高温气化炉1第一实施例的剖面图。在此一实施
例中，本发明高温气化炉1包含一进料燃烧器2与一气化炉体3,该进料燃烧 器2的出料口 4连通一气化炉心反应区5，而该进料燃烧器2的进料口 (图未 示)连通该气化炉3的外界，该气化炉体3包括有一气化炉壁6、 一绝热层7、 一保温层8及一耐高温层9，该绝热层7介于该气化炉壁6与该保温层8之间， 该保温层8介于该绝热层7与该耐高温层9之间，^耐高温层9介于该保温层 8与该气化炉心反应区5之间。其中，本发明所述的"高温"约为1800 1600 。C，"中温"约为1600 1400。C，"低温"约为1400 120CTC。
该气化炉体3更进一步具有一孔槽10，该孔槽10位于该绝热层7与该保 温层8间，其中该孔槽io内设有一耐高温材料11，该耐高温材料11可为一环
状结构并用以包覆该进料燃烧器2，且该耐高温材料11被一圆管状管体14所 包覆。该孔槽10具有一穿孔15，该穿孔15供该进料燃烧器2设置并使该进料 燃烧器2的出料口 4连通至该气化炉心反应区5。
请参阅图2，其是显示该进料燃烧器2的剖面图，并配合参阅图l。该进料 燃烧器2从该气化炉体3的外界分别依序通过该气化炉壁6、该绝热层7、该保 温层8及耐高温层9，而连通至该气化炉心反应区5。该进料燃烧器2具有一内 管12与一外管13，该内管12输送一燃料与一第一气体，该外管13输送一第 二气体。而该燃料可为粉煤、水煤浆或石油焦等；该第一气体可为具有燃烧性 质的气体，如氧气或空气，又该第一气体亦可为不具有燃烧性质的气体；该第 二气体为具有燃烧性质的气体，如氧气、空气。
请参阅图3，其是显示图2中C部的放大图；图4是显示图2沿A-A线的 剖面图；图5是显示图2沿B-B线的剖面图。该内管12的出料口处形成一縮口 16，而该縮口 16可使该内管12所输送的燃料与第一气体加速地往该气化炉心反应区5出料，以避免该内管12输送的燃料、第一气体与该外管13输送的第 二气体在该出料口 4提早混合。其中，该外管13的前端形成多个圆孔17，使 该外管13输送的第二气体可快速地自该外管13向该气化炉心反应区5排出， 同时亦可避免该内管12输送的燃料、第一气体与该外管13输送的气体在该出 料口 4提早混合。而该内管12具有縮口 16的设计与该外管13的圆孔17设计， 其用意皆在于使该燃料、该第一气体与该第二气体尽量别在该出料口 4就马上 混合，而是延后至该气化炉心反应区5才混合，如此即可避免造成因为外在因 素而发生熔断及内在发生燃料堵塞状况，进而发生的高温回火现象以烧毁该进 料燃烧器2。另，该外管13输送第二气体，例如氧气，更可以持续对该燃料 进料器2的前端进行冷却降温作用。
请参阅图6，其是显示本发明高温气化炉31的第二实施例的剖面图。本发 明高温气化炉31第二实施例相对于该高温气化炉1第一实施例的不同处在于 在第二实施例中，该进料燃烧器2的周围包覆着该耐高温材料11，而该耐高温 材料11是从该气化炉壁6起分别依序通过该绝热层7、该保温层8而延伸至该 耐高温层9。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，本领域 技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此， 本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
权利要求
1.一种气化炉，其具有一进料燃烧器与一气化炉，该进料燃烧器的出料口连通一气化炉心反应区，该进料燃烧器的进料口连通该气化炉的外界，该进料燃烧器从该气化炉的外界分别依序通过该气化炉壁、绝热层、保温层及耐高温层，而到达该气化炉心反应区，其特征在于该进料燃烧器的周围包覆一耐高温材料，该耐高温材料自该气化炉壁起分别依序通过该绝热层而延伸至该保温层。
2. 如权利要求1所述的气化炉，其特征在于，该进料燃烧器具有一内管与 一外管，该内管输送一燃料与一第一气体，该外管输送一第二气体。
3. 如权利要求2所述的气化炉，其特征在于，该燃料包含粉煤、水煤浆或石油焦。
4. 如权利要求2所述的气化炉，其特征在于，该第二气体为氧气或空气。
5. 如权利要求2所述的气化炉，其特征在于，该内管的出料口处形成一縮□。
6. 如权利要求1所述的气化炉，其特征在于，该耐高温材料为环状结构。
7. 如权利要求1所述的气化炉，其特征在于，该耐高温材料更延伸至该耐局温层。
8. —种气化炉，其具有一进料燃烧器与一气化炉，该进料燃烧器的出料口 连通一气化炉心反应区，该进料燃烧器的进料口连通该气化炉的外界，该气化 炉包括有一气化炉壁、 一绝热层、 一保温层及一耐高温层，该绝热层介于该气 化炉壁与该保温层之间，该保温层介于该绝热层与该耐高温层之间，该耐高温层介于该保温层与该气化炉心反应区之间，其特征在于该气化炉具有一孔槽， 使该孔槽位于该绝热层与该保温层间，其中该孔槽内设有一耐高温材料，该耐 高温材料包覆该进料燃烧器。
9. 如权利要求8所述的气化炉，其特征在于，该进料燃烧器具有一内管与 一外管，该内管输送一燃料与一第一气体，该外管输送一第二气体。
10. 如权利要求9所述的气化炉，其特征在于，该燃料包含粉煤、水煤浆或 石油焦。
11. 如权利要求9所述的气化炉，其特征在于，该第二气体为氧气或空气。
12. 如权利要求9所述的气化炉，其特征在于，该内管的出料口处形成一縮Hl。
13. 如权利要求8所述的气化炉，其特征在于，该耐高温材料为环状结构。
14. 如权利要求8所述的气化炉，其特征在于，该耐高温材料被一圆管状管 体包覆。
15. 如权利要求8所述的气化炉，其特征在于，该孔槽更进一步延伸位于该 耐高温层。
16. 如权利要求8所述的气化炉，其特征在于，该孔槽具有一穿孔，该穿孔 供该进料燃烧器设置并使该进料燃烧器的出料口连通至该气化炉心反应区。
17. —种气化炉的进料系统，该进料系统具有一进料燃烧器，其特征在于 该进料燃烧器被包覆有一耐高温材料，使该耐高温材料位于一气化炉之绝热层 与保温层间，其中该耐高温材料为一圆管状管体包覆。
18. 如权利要求17所述的气化炉的进料系统，其特征在于，该进料燃烧器具有一内管与一外管，该内管输送一燃料与一第一气体，该外管输送一第二气 体。
19. 如权利要求18所述的气化炉的进料系统，其特征在于，该燃料包含粉 煤、水煤浆或石油焦。
20. 如权利要求18所述的气化炉的进料系统，其特征在于，该第二气体为 氧气或空气。
21. 如权利要求18所述的气化炉的进料系统，其特征在于，该内管的出料 口处形成一縮口。
22. 如权利要求17所述的气化炉的进料系统，其特征在于，该耐高温材料 为环状结构。
全文摘要
本发明公开了一种气化炉及其进料系统，该气化炉具有一进料燃烧器与一气化炉，该进料燃烧器的出料口连通一气化炉心反应区，该进料燃烧器的进料口连通该气化炉的外界，该进料燃烧器从该气化炉的外界分别依序通过该气化炉壁、绝热层、保温层及耐高温层，而到达该气化炉心反应区，其特征在于该进料燃烧器的周围包覆一耐高温材料，该耐高温材料自该气化炉壁起分别依序通过该绝热层而延伸至该保温层。本发明能有效防止气化过程中不稳定及温度变化所产生的剧烈变动性，提升整体操作的安全性与运转时间，且对于气化效率也有所提升。
文档编号C10J3/48GK101492615SQ20081000395
公开日2009年7月29日 申请日期2008年1月23日 优先权日2008年1月23日
发明者徐恒文, 沈政宪, 许品超, 陈美燕 申请人:财团法人工业技术研究院