专利名称：进料装置及进料方法
技术领域：
本发明涉及一种气化系统，尤其涉及向气化系统中的气化炉联合注入液体燃料和 固体燃料的进料装置及进料方法。
背景技术：
气化炉通常用于将燃料和氧化剂流的混合物转化为氢气和一氧化碳，该氢气和 一氧化碳通常称作“合成气”。合成气具有多种工业应用。例如，在整体煤气化联合循环 (Integrated Gasification Combined Cycle, IGCC)工厂内，合成气用于产生电力；在化学 品工厂内，合成气用于生产化学品。根据给料的形式不同，气化炉一般分为两种类型干粉 进料气化炉和液体进料气化炉。这两种气化炉各有优缺点。然而，近年来，干粉进料气化炉 因其优异的性能和燃料适应性较强受到关注。在气化系统中，进料装置用来向气化炉中注入燃料。传统进料装置一般包括两个 管道第一管道和第二管道。第一管道用来气力输送固体燃料如煤粉或者液体燃料如水煤 浆。而第二管道用来输送氧化剂流以将固体燃料或者液体燃料分散进入该煤气化炉。在气化过程中，飞灰(含有细小颗粒)伴随合成气产生，且含有未反应的碳。在合 成气洗涤过程中，混在合成气中的细小颗粒在洗涤单元中被水捕获。为了利用这些未反应 的碳，期望能够回收利用这些细小颗粒。然而，这些细小颗粒从洗涤单元出来与废水混在一 起形成的液体流(以下称作“回收炉渣浆”)。回收炉渣浆是液体很难与固体燃料如煤粉直 接混合在一起。因此，如果使用传统的输送固体燃料的进料装置回收利用这些未反应的碳，固体 燃料与回收炉渣浆混合困难。而且，两者直接混合会降低固体燃料的流动性和气化炉中燃 料浓度的均勻度，进而导致较低的气化性能。有鉴于此，需要提供一种改进的可联合注入回收炉渣浆和固体燃料的进料装置以 提高的气化性能。
发明内容
为解决上述问题，本发明的一个实施例提供了一种进料装置。该进料装置包括主 体部、第一元件和第二元件。主体部设有用于输送液体燃料的第一管道。第一元件围绕所 述主体部形成用于气力输送固体燃料的第二管道。第二元件围绕所述第一元件形成用于输 送流体的第三管道。其中所述液体燃料与所述固体燃料混合之前被雾化。本发明的实施例还提供了一种进料方法。该进料方法包括通过第一管道输送液 体燃料；通过围绕第一管道的第二管道输送固体燃料；通过围绕第二管道的第三管道输送 流体；以及在与所述固体燃料混合之前，雾化所述液体燃料形成雾化液体燃料。
通过结合附图对于本发明的实施例进行描述，以期更好地理解本发明，在附图中图1为应用本发明进料装置一个实施例的气化系统的示意图；图2为图1所示进料装置的立体示意图，其中端部被部分切除；图3为沿图1中3-3线所得剖面示意图；图4为本发明进料装置另一实施例的立体示意图，其中侧部被部分切除；图5为沿图4中5-5线所得剖面示意图。
具体实施例方式本发明提供的进料装置和进料方法可以应用到IGCC发电系统或者如煤化工的其 他多联产应用的各种气化系统中。图1提供了一个气化系统10，其包括本发明进料装置12 的一个实施例。该气化系统10还包括气化炉14、两个或者更多个供应源16、冷却器18以 及洗涤塔20。该两个或者更多个供应源16提供包括通过该进料装置12注入该气化炉14的液 体燃料和固体燃料的各种燃料或者氧化剂流。各种燃料与氧化剂流在气化炉14中发生反 应产生高温的粗合成气23。然后，粗合成气23流入冷却器18以降低温度。在冷却过程中， 粗合成气23中的固体大颗粒变成粗炉渣22，随后排出冷却器18。为了获得纯净合成气M，在气化炉14中生成的粗合成气23在冷却器18中冷却 后进入洗涤塔20进行净化。水观输入洗涤塔20用于清洗粗合成气23。混在粗合成气23 中的飞尘细小颗粒被水观捕获形成回收炉渣浆26。然后，回收炉渣浆沈排出洗涤塔20。进料装置12的结构设置使得液体燃料可以较好地与固体燃料混合。回收炉渣浆 26作为一种液体燃料能够利用进料装置12进行重复利用，以此提高整体能源效率。以下将 叙述进料装置12和本发明的其他实施例的详细结构。参考图2所示，进料装置12包括设有第一管道38的中心主体部32、第一元件34 以及作为进料装置12外壳的第二元件36。参考图2和图3所示，第一管道38延伸穿过中心主体部32的上下表面，用于输送 液体燃料44。第一管道38 —般调整至与进料装置12有相同的纵轴55。第一元件34与中 心主体部32同心且与中心主体部32形成用于气力输送固体燃料46的第二管道40。第二 元件36与第一元件34同心且与第一元件34形成用于输送流体48的第三管道42。在一个 实施例中，中心主体部32、第一元件34以及第二元件36均为环形横截面。但是，本发明不 限于此种形状，进料装置12各部件的形状可以根据实际要求或者设计选择进行变化。第一管道38包括顶部55和底部56，如图3最佳显示。在一个实施例中，底部56 的直径小于顶部阳以获得液体燃料44较高的雾化率。第二管道40设有围绕第一管道38 的流出端52。进料装置12设有低于流出端52的另一流出端M，流体48在流出端M内与 固体燃料46混合。流出端M向内收缩加快了固体燃料46与流体48形成的混合物的流率。第一管道38朝向流出端M延伸且产生足够的压差使得输送的液体燃料44在与 固体燃料46混合之前被雾化。在一些实施例中，第一管道38的尺寸随着多种因素变化，例 如，第一管道38的直径和液体燃料44的组成成分。在一个实施例中，第一管道38朝向流 出端M延伸且与流出端M的底表面对齐。这样液体燃料44和固体燃料46分开输送，避 免了因两者直接混合可能产生的消极影响。
在一些应用中，在第一管道38具有足够长度足以产生将液体燃料44雾化的压差 的情况下，第一管道38可以延伸终止于流出端M内。雾化液体燃料(未标示)在流出端 54较好地与固体燃料46混合，避免了液体燃料44和固体燃料46直接混合对固体燃料46 流动性的消极影响。有效的流动性提高了气化炉14的燃料浓度，进而提高了气化性能。图3示意的显示了进料装置12和气化炉14之间的连接(参考图1)。喷洒在气化 炉14中的燃料分布大致分为三个区域58、60和62。使用传统干法(固体燃料)进料装置， 燃料分布出现骤降现象，即是区域60的固体燃料浓度低于区域58和62。燃料分布均勻度 可以影响气化炉14中的碳化转化率。碳化转化率是指燃料中的碳在气化过程中转化为合 成气的百分比。碳化转化率是用于衡量气化性能的参数之一。在一个实施例中，第一管道 38设置在进料装置12的正中心，这样从第一管道38流出的雾化液体燃料大部分分布在区 域60，其有效地提高了气化炉14中的燃料浓度的均勻度。相应地，碳化转化率以及整体气 化效率得到了提高。如前面简要所叙述的，在一些实施例中，液体燃料44为回收炉渣浆沈(参考图1)。 回收炉渣浆26含有未反应的碳，一旦这些未反应的碳重新引入气化炉内重复利用将提高 气化炉的整体能源效率。在另外的实施例中，液体燃料44包括回收炉渣浆沈和添加剂。这 些添加剂用来调整液体燃料包括回收炉渣浆26中细小颗粒的熔点以提供一个选择固体燃 料的合理范围，最后提高燃料的适应性。在其他另外的实施例中，液体燃料44除了回收炉 渣浆沈和添加剂，还包括控制进料装置12温度的缓和剂，例如，水流。在一些其他实施例 中，液体燃料44为水煤浆、水煤浆与添加剂的两者组合或者是水煤浆、添加剂和缓和剂三 者组合。在一些实施例中，在输送过程中，固体燃料46由二氧化碳、惰性气体、氮气或者其 他合适的气体用来运载。在另外的实施例中，固体燃料46为煤粉、生物燃料粉、石油焦、油 页岩、城市垃圾或者这几种物质的任一组合。在一个实施例中，流体48为氧化剂流。该氧化剂流可以是氧气、空气、二氧化碳、 蒸汽或者这几种物质的任一组合。参阅图2和图3中所示，在一个实施例中，为了进一步混合固体燃料46和流体48， 第三管道42设有使流体48具有漩流的数个漩涡叶片64。在一个实施例中，漩涡叶片64在 流出端52周围自第一元件34的外表面延伸出且终止于第二元件36的内表面。在一些实 施例中，漩涡叶片64仅与第二元件36的内表面连接。在其他实施例中，漩涡叶片64仅与 第一元件34的外表面连接。在其他另外的实施例中，一部分漩涡叶片64与第一元件34的 外表面，而其他部分的漩涡叶片64与第二元件36的内表面连接。另外，可以采取任何允许 流体48漩涡流动的装置来保持漩涡叶片64在合适的位置上。尽管漩涡流动被认为是有益于混合目的，但是，在一些实施例中，如果流体48具 有足够的能量用于混合，漩涡叶片64或者其他涡流装置可以不设置。图4和图5显示了本发明另外一实施例进料装置66。进料装置66包括中心主体 部68、第一元件70、第二元件72、第三元件74以及第一、第二和第三流出端94、96和104(参 阅图幻。参阅图4和图5所示，中心主体部68设有第一管道76，其延伸穿过中心主体部68 的上下表面且用于输送液体燃料84。第一管道76位于进料装置66的正中心。第一元件 70与中心主体部68同心且与中心主体部68形成输送雾化气体86的第二管道86。在一些实施例中，雾化气体86为氧化剂流。该氧化剂流可以是氧气、空气、二氧化碳、蒸汽或者这 几种物质的任一组合。雾化气体86提供在这里是为了将液体燃料84雾化。第二元件72与第一元件70同心且与第一元件70形成气力输送固体燃料88的第 三管道80。在一些实施例中，固体燃料88由二氧化碳、惰性气体、氮气或者其他合适的气体 用来运载。在其他另一实施例中，固体燃料88为煤粉、生物燃料粉、石油焦、油页岩、城市垃 圾或者这几种物质的任一组合。第三元件74与第二元件72同心且与第二元件72形成输送流体90的第四管道 82。在一些实施例中，流体90为另一氧化剂流。该另一氧化剂流可以是氧气、空气、二氧化 碳、蒸汽或者这几种物质的任一组合。尽管中心主体部68、第一元件70、第二元件72以及第三元件74均为环形横截面， 但是，本发明不限于此种形状。在一些实施例中，进料装置66的各部件的形状可以根据实 际要求或者设计选择进行变化。参阅图4和图5所示，第一管道76设有圆柱形的流出端(未标示)。第一元件70 在其一端向内收缩使得第一流出端94呈锥形。第二流出端96为圆柱形。第三流出端104 与第一流出端94具有相似的结构，呈锥形。第一管道76的流出端以及第一、第二、第三流 出端94、96和104沿液体燃料84的流动方向层叠排列。在向气化炉(未图示)注入液体燃料84和固体燃料88的操作过程中，液体燃料 84由第一管道76输送，固体燃料由第三管道80输送。雾化气体86由第二管道78输送， 且在第一流出端94将液体燃料84雾化形成雾化液体燃料92。然后，雾化液体燃料92流 入第二流出端96，且在第二流出端96与固体燃料88混合形成混合燃料100。接下来，流体 90在第三流出端104分散混合燃料100形成分散燃料102，其最后被注入气化炉内。使用进料装置66，液体燃料84转化为雾化液体燃料92后可与固体燃料88较好地 混合在一起，这样提高了气化炉中燃料分布浓度的均勻度。相应地，气化过程中的碳化转化 率也得到了提高。另外，正如前面所述，第一管道76位于进料装置66的正中心，这种设计 进一步使得气化炉中燃料分布浓度的均勻度得到提高。在一些实施例中，液体燃料84为回收炉渣浆沈(参阅图1)。由于回收炉渣浆沈 一般比固体燃料88的数量小，所以第一管道76的半径设置在第三管道80和进料装置66 之间最大距离的七分之一到十分之一范围内。使用进料装置66重复利用回收炉渣浆沈，可 以大大提高气化炉的整体能源效率。在另一实施例中，液体燃料84为水煤浆。在其他另外 实施例中，液体燃料84除了回收炉渣浆沈或者水煤浆，还包括添加剂、缓和剂或者添加剂 和缓和剂的混合物。在一个实施例中，第四管道82设有使流体90沿某一流动方向漩涡流动的数个漩 涡叶片98。漩涡叶片98的排布决定漩涡流动的流动方向。但是，本发明并不限于任何流动 方向。在图5和图4所示的实施例中，漩涡叶片98形成于第二流出端96附近，从第二元件 72的外表面延伸，终止于第三元件74的内表面。在一些实施例中，漩涡叶片98仅与第二元件72的外表面连接。在另外的实施例 中，漩涡叶片98仅与第三元件74的内表面连接。在其他另外的实施例中，一部分漩涡叶片 98与第二元件72的外表面，而其他部分的漩涡叶片98与第三元件74的内表面连接。在一些实施例中，第二管道78也设置了数个漩涡叶片(未图示)。这些漩涡叶片使雾化气体86漩涡流动，提高了对液体燃料84的雾化率。第二管道78内的漩涡叶片采用 与漩涡叶片98相同的排布，即第二管道78内的漩涡叶片从中心主体部68的外表面延伸， 终止于第一元件70的内表面。 在一些实施例中，第二管道78内的漩涡叶片仅与中心主体部68的外表面连接。在 另外的实施例中，第二管道78内的漩涡叶片与第一元件70的内表面连接。在其他另外的 实施例中，一部分第二管道78内的漩涡叶片与中心主体部68的外表面，而其他部分的第二 管道78内的漩涡叶片与第一元件70的内表面连接。第二管道78内的漩涡叶片可以设置成使得雾化气体86沿任何流动方向漩涡流 动。在一些实施例中，雾化气体86与流体90的漩涡流动的流动方向相同。在其他实施例 中，雾化气体86与流体90的漩涡流动的流动方向正交。尽管漩涡流动被认为是有益于混合目的，但是，在一些实施例中，雾化气体86与 流体90具有足够的能量用于雾化或者混合，第二管道76第三管道可以不设置漩涡叶片。本发明提供了另外一种实施例联合注入液体燃料和固体燃料的进料方法。该进 料方法可以使用上述任何实施例所描述的进料装置。该进料方法包括通过第一管道输送液体燃料；通过围绕第一管道的第二管道输 送固体燃料；通过围绕第二管道的第三管道输送流体；在液体燃料与固体燃料混合之前雾 化该液体燃料。在一些实施例中，第一管道用于实现在液体燃料与固体燃料混合之前雾化该液体 燃料的步骤。第一管道设置成沿进料装置的纵轴延伸，以产生可以将液体燃料雾化的压差。 雾化后的液体燃料可以与固体燃料很好地混合在一起。这样可以气化炉中燃料分布的均勻 度可以满足实际的需要。在另外的实施例中，第一管道延伸出第二管道且与进料装置出口的地面面对齐， 这样，液体燃料和固体燃料分开输送，避免了两者直接混合可能产生的消极影响。在其他另外的实施例中，该进料方法还包括通过位于第一管道和第二管道之间的 第四管道输送雾化气体。该雾化气体用于实现在液体燃料与固体燃料混合之前雾化该液体 燃料的步骤，以形成雾化液体燃料。该进料方法还包括混合雾化液体燃料和固体燃料形成 混合燃料以及使用流体分散该混合燃料。使用本发明的联合注入液体燃料和固体燃料的进 料方法，液体燃料被雾化成雾化液体燃料，其可较好地与固体燃料混合，避免了液体燃料和 固体燃料直接混合可能产生消极影响，进而提高了气化性能。虽然结合特定的实施例对本发明进行了说明，但本领域的技术人员可以对本发明 作出许多修改和变型。例如，用于输送的管道并不必须是直的，也可以是倾斜的形状；各管 道之间并不必须是彼此同心的；不同管道的比率可以为了适应固体燃料和液体燃料的比率 进行变化。因此，要认识到，权利要求书意图覆盖在本发明真正构思范围内的所有这些修改 和变型。
权利要求
1.一种进料装置，包括主体部，其设有用于输送液体燃料的第一管道；第一元件，其围绕所述主体部形成用于气力输送固体燃料的第二管道；以及第二元件，其围绕所述第一元件形成用于输送流体的第三管道；其中所述液体燃料与所述固体燃料混合之前被雾化。
2.如权利要求1所述进料装置，其中所述液体燃料定义了一个流动方向；其中所述第 一管道沿所述流动方向延伸且产生将所述液体燃料雾化的压差。
3.如权利要求2所述的进料装置，其中所述进料装置设有具有底表面的出口；所述第 一管道延伸至与所述出口的底表面水平对齐。
4.如权利要求2所述的进料装置，其中所述第二元件设有一端向内倾斜形成流出端的 内表面；所述流体在所述流出端分散所述固体燃料。
5.如权利要求1所述的进料装置，还包括介于主体部和第一元件之间的第三元件；其 中所述第三元件协同主体部形成用于输送雾化气体的第四管道。
6.如权利要求5所述的进料装置，还包括沿进料装置纵轴堆叠的多于两个的流出端。
7.如权利要求6所述的进料装置，其中所述流出端包括第一流出端；所述雾化气体在 第一流出端雾化所述液体燃料形成雾化液体燃料。
8.如权利要求7所述的进料装置，其中所述流出端包括第二流出端；所述固体燃料在 第二流出端与雾化液体燃料混合形成混合气体。
9.如权利要求1所述的进料装置，其中所述液体燃料为回收炉渣浆、水煤浆、回收炉渣 浆与用于调整熔点的添加剂的组合或者水煤浆与所述添加剂的组合。
10.如权利要求1所述的进料装置，其中固体燃料为煤粉、生物燃料、石油焦、油页岩、 城市垃圾或者它们的任一组合。
11.一种进料方法，其包括通过第一管道输送液体燃料；通过围绕第一管道的第二管道输送固体燃料；通过围绕第二管道的第三管道输送流体；以及在与所述固体燃料混合之前，雾化所述液体燃料形成雾化液体燃料。
12.如权利要求11所述的进料方法，其中通过第一管道输送液体燃料的步骤是通过第 一管道引入回收炉渣浆。
13.如权利要求11所述的进料方法，其中在与所述固体燃料混合之前，雾化所述液体 燃料形成雾化液体燃料的步骤是利用第一管道实现。
14.如权利要求13所述的进料方法，其中第一管道延伸超出第二管道。
15.如权利要求13所述的进料方法，包括通过介入第一、第二管道之间的第四管道输 送雾化气体；其中所述雾化气体用于实现在与所述固体燃料混合之前，雾化所述液体燃料 形成雾化液体燃料的步骤。
全文摘要
本发明涉及一种进料装置及进料方法。其中该进料装置包括主体部、第一元件和第二元件。主体部设有用于输送液体燃料的第一管道。第一元件围绕所述主体部形成用于气力输送固体燃料的第二管道。第二元件围绕所述第一元件形成用于输送流体的第三管道。其中所述液体燃料与所述固体燃料混合之前被雾化。
文档编号C10J3/50GK102086415SQ20091025006
公开日2011年6月8日 申请日期2009年12月3日 优先权日2009年12月3日
发明者刘科, 崔哲, 王祥麒, 胡立舜, 赵香龙, 陈卫 申请人:通用电气公司