一种用于在流化床气化器中气化固体燃料的设备和方法与流程

本发明的各方面涉及一种用于在流化床气化器中气化固体燃料的方法，其中所述流化床气化器包括具有湍流流化床区域的容器。本发明的各方面还涉及一种用于气化固体燃料的设备，其中所述设备包括流化床气化器，所述流化床气化器包括具有湍流流化床区域的容器、与所述湍流流化床区域流体连通的旋风分离器、以及流体连接到所述旋风分离器的回流支路管道。所述回流支路管道也流体连接到所述湍流流化床区域。

背景技术：

1、通常，流化床气化器进行固体燃料(例如生物质)的气化，并生成或产生产物气体，该产物气体可能经由发电厂的产物气体处理设备被提供给发电厂的燃烧室，例如燃气轮机发电厂的燃烧室。产物气体也可称为燃料气体。通常，燃烧室产生烟道气，该烟道气被提供给发电厂的燃气轮机。燃气涡轮机又可以机械地连接到发电机，发电机产生电力。由于固体燃料颗粒可以与产物气体一起离开流化床气化器，因此在流化床气化器的下游提供旋风分离器。旋风分离器的目的是从离开流化床气化器的气流中捕获固体燃料颗粒。旋风分离器可以连接到回流支路管道。回流支路管道的目的是将固体燃料颗粒返回到流化床气化器。

技术实现思路

1、本发明的发明人已经发现，流化床气化器中固体燃料的气化过程不够有效，并且可以被进一步改进。

2、本发明的实施例的目的是提供一种用于减少或解决传统解决方案的缺点和问题的解决方案。

3、根据本发明的第一方面，通过一种在流化床气化器中气化固体燃料的方法来实现上述及进一步的目的，其中流化床气化器包括具有第一端部和第二端部的容器，其中

4、所述容器具有位于其第一端部和其第二端部之间的纵向延伸部，其中所述第二端部位于所述第一端部上方的水平位置，其中，所述容器包含在湍流流化床区域中的湍流流化床，所述湍流流化床包括固体燃料的固体燃料颗粒，所述固体燃料颗粒添加有气化介质，其中

5、旋风分离器与所述湍流流化床区域流体连通，用于从所述湍流流化床接收产物气体和固体燃料颗粒的气-固混合物，并且其中

6、回流支路管道，所述回流支路管道具有第一端部和第二端部，所述回流支路管道通过其第一端部流体连接到旋风分离器，并通过其第二端部流体连接到所述湍流流化床区域，其中，所述回流支路管道在其第一端部和其第二端部之间具有纵向延伸部，其中，所述回流支路管道的所述第一端部位于所述回流支路管道的第二端部上方的水平位置，其中所述方法包括：

7、使所述第一固体物质粒子和所述第二固体物质粒子进入所述湍流流化床中，其中所述第一固体物质粒子中的每一个的粒子重量大于所述第二固体物质粒子中的每一个的粒子重量；

8、将至少大部分第一固体物质粒子保持在所述湍流流化床中；

9、在所述旋风分离器中接收包括在气-固混合物中的至少大部分第二固体物质粒子；

10、在所述回流支路管道中，收集从所述旋风分离器中的所述气-固混合物中分离的至少大部分固体燃料颗粒，以及收集从所述旋风分离器中的所述气-固混合物中分离的至少大部分第二固体物质粒子；和

11、将至少大部分第二固体物质粒子和至少大部分固体燃料颗粒从所述回流支路管道供给到所述容器的所述湍流流化床中。

12、一般来说，应防止从容器中逸出的固体燃料颗粒在燃气轮机发电厂中进一步向下游移动。

13、根据第一方面的方法的优点在于，第一固体物质粒子有助于以有效的方式在所述容器中的所述湍流流化床中混合固体燃料，从而使得固体燃料在所述流化床气化器中的气化得到改善。通过根据第一方面的方法，在所述回流支路管道中形成颗粒床，该颗粒床包括从所述容器中逸出的固体燃料颗粒和离开所述容器的第二固体物质粒子。

14、通常地，每个第二固体物质粒子比每个固体燃料颗粒重。根据第一方面的方法的优点在于，通过第二固体物质粒子增加了所述回流支路管道中颗粒床的密度，因此，通过第二固体物质粒子使固体燃料颗粒能够被更加高效地供给到容器的湍流流化床中，甚至被供给到所述湍流流化床的底部。

15、根据第一方面的方法的优点在于，对将在所述旋风分离器中捕获的固体燃料颗粒返回所述流化床气化器进行了改进，并使该返回过程更有效。根据第一方面的方法的优点在于提供了所述湍流流化床在所述湍流流化床区域中的混合的改进。根据第一方面的方法的优点在于改进了所述流化床气化器中固体燃料的气化过程。

16、根据第一方面的方法的优点在于，相对于常规解决方案，所述流化床气化器和/或所述流化床气化器的所述容器可以被制造得更紧凑或具有更小的尺寸。例如，可以从根本上降低所述流化床气化器和/或所述流化床气化器的所述容器的高度，从而占用更少的空间。

17、根据第一方面的方法的优点在于对于将固体燃料供给到所述流化床气化器的所述容器作出了改进。例如，作为根据第一方面的方法的结果，不必减少供料器(例如供料螺杆)的直径以补偿所述流化床气化器的所述容器的较低高度。

18、根据依照第一方面的方法的有利实施例，所述湍流流化床区域中的所述湍流流化床的高度在1米和10米之间。该实施例的优点在于改进了所述流化床气化器中固体燃料的气化过程。然而，所述湍流流化床区域可以具有不同的高度。

19、根据依照第一方面的方法的另一有利实施例，每个第一固体物质粒子的粒子重量至少是每个第二固体物质粒子的粒子重量的4倍。该实施例的优点在于，对将在所述旋风分离器中捕获的固体燃料颗粒返回所述流化床气化器作出了进一步改进，并使该返回过程更有效。该实施例的优点在于进一步改进了所述流化床气化器中固体燃料的气化过程。

20、根据依照第一方面的方法的另一有利实施例，每个第一固体物质粒子的粒子重量至少是每个第二固体物质粒子的粒子重量的8倍。该实施例的优点在于，对将在所述旋风分离器中捕获的固体燃料颗粒返回所述流化床气化器作出了进一步改进了，并使该返回过程更有效。该实施例的优点在于进一步改进了所述流化床气化器中固体燃料的气化过程。

21、根据依照第一方面的方法的又一有利实施例，每个第一固体物质粒子的粒径大于每个第二固体物质粒子的粒径。该实施例的优点在于，对将在所述旋风分离器中捕获的固体燃料颗粒返回所述流化床气化器作出了进一步改进，并使该返回过程更有效。该实施例的优点在于进一步改进了所述流化床气化器中固体燃料的气化过程。

22、根据依照第一方面的方法的又一有利实施例，每个第一固体物质粒子的粒径至少是每个第二固体物质粒子的粒径的1.5倍。该实施例的优点在于，对将在所述旋风分离器中捕获的固体燃料颗粒返回所述流化床气化器作出了进一步改进，这涉及所述湍流流化床在所述湍流流化床区域中的混合的改进。该实施例的优点在于进一步改进了所述流化床气化器中固体燃料的气化过程。

23、根据依照第一方面的方法的有利实施例，每个第一固体物质粒子的粒径比每个第二固体物质粒子粒径至少大3倍。该实施例的优点在于，对将在所述旋风分离器中捕获的固体燃料颗粒返回所述流化床气化器作出了进一步改进，这涉及所述湍流流化床在所述湍流流化床区域中的混合的改进。该实施例的优点在于进一步改进了所述流化床气化器中固体燃料的气化过程。

24、根据依照第一方面的方法的另一有利实施例，每个第一固体物质粒子的粒径在150μm和300μm之间，并且每个第二固体物质粒子的粒径在50μm和100μm之间。该实施例的优点在于，对将在所述旋风分离器中捕获的固体燃料颗粒返回所述流化床气化器作出了改进，并该处理过程更有效。该实施例的优点在于进一步改进了所述流化床气化器中固体燃料的气化过程。

25、根据依照第一方面的方法的另一有利实施例，每个第一固体物质粒子的粒径在300μm和700μm之间，并且每个第二固体物质粒子的粒径在50μm和250μm之间。该实施例的优点在于，对将在所述旋风分离器中捕获的固体燃料颗粒返回所述流化床气化器作出了改进，并使该返回过程更有效。该实施例的优点在于进一步改进了所述流化床气化器中固体燃料的气化过程。

26、根据依照第一方面的方法的又一有利实施例，每个第一固体物质粒子的粒径在400μm和1000μm之间，并且每个第二固体物质粒子的粒径在50μm和250μm之间。该实施例的优点在于，对将在所述旋风分离器中捕获的固体燃料颗粒返回所述流化床气化器作出了进一步改进，并使该返回过程更有效。该实施例的优点在于进一步改进了所述流化床气化器中固体燃料的气化过程。

27、根据依照第一方面的方法的又一有利实施例，每个第一固体物质粒子的颗粒密度等于每个第二固体物质粒子的颗粒密度。该实施例的优点在于，对在旋风分离器中捕获的固体燃料颗粒返回流化床气化器作出了进一步改进，这涉及所述湍流流化床在所述湍流流化床区域中的混合的改进。该实施例的优点在于进一步改进了所述流化床气化器中固体燃料的气化过程。

28、根据依照第一方面的方法的另一有利实施例，每个第一固体物质粒子的颗粒密度大于每个第二固体物质粒子的颗粒密度。该实施例的优点在于，对将在所述旋风分离器中捕获的固体燃料颗粒返回所述流化床气化器作出了进一步改进，这涉及所述湍流流化床在所述湍流流化床区域中的混合的改进。该实施例的优点在于进一步改进了所述流化床气化器中固体燃料的气化过程。

29、根据依照第一方面的方法的又一有利实施例，每个第一固体物质粒子的颗粒密度至少是每个第二固体物质粒子的颗粒密度的1.2倍。该实施例的优点在于，对将在所述旋风分离器中捕获的固体燃料颗粒返回所述流化床气化器作出了进一步改进，这涉及所述湍流流化床在所述湍流流化床区域中的混合的改进。该实施例的优点在于进一步改进了所述流化床气化器中固体燃料的气化过程。

30、根据依照第一方面的方法的又一有利实施例，所述容器的所述湍流流化床区域的横截面积在0.05m2和7m2之间。该实施例的优点在于进一步改进了所述流化床气化器中固体燃料的气化过程。

31、根据依照第一方面的方法的有利实施例，对所述容器、所述旋风分离器和所述回流支路管道施加压力，并且其中所述容器中的所述湍流流化床的压力为至少10巴。该实施例的优点在于进一步改进了所述流化床气化器中固体燃料的气化。

32、根据依照第一方面的方法的另一有利实施例，对所述容器、所述旋风分离器和所述回流支路管道施加压力，并且其中所述容器中的所述湍流流化床的压力为至少20巴。该实施例的优点在于进一步改进了所述流化床气化器中固体燃料的气化。

33、根据依照第一方面的方法的另一有利实施例，该方法的特征在于至少借助于重力将至少大部分第二固体物质粒子和至少大部分固体燃料颗粒从所述回流支路管道供给到所述容器的所述湍流流化床中。该实施例的优点在于对将在所述旋风分离器中捕获的固体燃料颗粒返回所述流化床气化器作出了进一步改进。该实施例的优点在于进一步改进了所述流化床气化器中固体燃料的气化过程。

34、根据依照第一方面的方法的又一有利实施例，所述湍流流化床具有顶部和底部，所述顶部位于所述底部的上方的水平位置，其中所述方法的特征在于将至少大部分第二固体物质粒子和至少大部分固体燃料颗粒从所述回流支路管道供给到所述湍流流化床的所述底部。该实施例的优点在于，对将在所述旋风分离器中捕获的固体燃料颗粒返回所述流化床气化器作出了进一步改进，这涉及所述湍流流化床在所述湍流流化床区域中的混合的改进。该实施例的优点在于进一步改进了所述流化床气化器中固体燃料的气化过程。

35、根据依照第一方面的方法的又一有利实施例，所述流化床气化器的所述容器、所述旋风分离器和所述回流支路管道共同形成内部系统，其中外部系统流体连接到所述内部系统，并且其中通过使第一固体物质粒子和第二固体物质粒子从所述外部系统进入到位于所述内部系统的所述湍流流化床区域中的所述湍流流化床来执行使第一固体物质粒子和第二实体物质粒子进入到所述湍流流化床。该实施例的优点在于，对将在所述旋风分离器中捕获的固体燃料颗粒返回所述流化床气化器作出了进一步改进，这涉及所述湍流流化床在所述湍流流化床区域中的混合的改进。该实施例的优点在于进一步改进了所述流化床气化器中固体燃料的气化过程。

36、根据依照第一方面的方法的有利实施例，所述流化床气化器的所述容器、所述旋风分离器和所述回流支路管道共同形成内部系统，其中外部系统流体连接到所述内部系统，其中，所述方法的特征在于，在所述内部系统的外部产生第二固体物质粒子。该实施例的优点在于，对将在所述旋风分离器中捕获的固体燃料颗粒返回所述流化床气化器作出了进一步改进，这涉及所述湍流流化床在所述湍流流化床区域中的混合的改进。该实施例的优点在于进一步改进了所述流化床气化器中固体燃料的气化过程。

37、根据依照第一方面的方法的另一有利实施例，所述容器包括位于所述湍流流化床区域中的第一入口和位于所述湍流流化床区域中的第二入口，其中所述回流支路管道的所述第二端部与所述第二入口流体连接，其中使第一固体物质粒子和第二固体物质粒子进入到所述湍流流化床中是通过使第一固体物质粒子经由所述第一入口进入到所述湍流流化床中以及使第二固体物质粒子经由所述第二入口从所述回流支路管道进入到所述湍流流化床中来执行的。该实施例的优点在于，对将在所述旋风分离器中捕获的固体燃料颗粒返回所述流化床气化器作出了进一步改进，这涉及所述湍流流化床在所述湍流流化床区域中的混合的改进。该实施例的优点在于进一步改进了所述流化床气化器中固体燃料的气化过程。

38、根据本发明的第二方面，通过一种用于气化固体燃料的设备来实现上述目的及进一步的目的，其中所述设备包括：

39、流化床气化器，其中在所述流化床气化器中进行固体燃料的气化，其中所述流化床气化器包括容器，其中所述容器具有第一端部和第二端部，其中所述容器在其第一端部与其第二端部之间具有纵向延伸部，其中所述容器的所述第二端部被配置为在所述设备被安装完毕时，位于所述容器的所述第一端部的上方的水平位置，其中所述容器具有湍流流化床区域并且被配置为包含所述湍流流化床区域中的湍流流化床，所述湍流流化床包括固体燃料的固体燃料颗粒，固体燃料颗粒添加有气化介质，

40、旋风分离器，所述旋风分离器与所述湍流流化床区域流体连通，并且配置成从所述容器的所述湍流流化床接收产物气体和固体燃料颗粒的气-固混合物，以及

41、回流支路管道，所述回流支路管道具有第一端部和第二端部，其中所述回流支路管道具有在其第一端部与其第二端部之间的纵向延伸部，其中，当所述设备被安装完毕时，所述回流支路管道的所述第一端部被配置成位于所述回流支部管道的所述第二端部的上方的水平位置，其中，所述回流支路管道通过所述回流支路管道的所述第一端部流体连接到所述旋风分离器，其中，所述回流支路管道通过所述回流支路管道的所述第二端部流体连接到所述湍流流化床区域，其中所述设备被配置为：

42、使第一固体物质粒子和第二固体物质粒子进入到所述湍流流化床中，其中每个第一固体物质粒子的粒子重量大于每个第二固体物质粒子的粒子重量，

43、将至少大部分第一固体物质粒子保持在所述湍流流化床中，

44、在所述旋风分离器中接收包括在所述气-固混合物中的至少大部分第二固体物质粒子，

45、在所述回流支路管道中，收集从所述旋风分离器中的所述气-固混合物中分离的至少大部分固体燃料颗粒，并且收集从所述旋风分离器中的所述气-固混合物中分离的至少大部分第二固体物质粒子，以及

46、将至少大部分第二固体物质粒子和至少大部分固体燃料颗粒从所述回流支路管道供给到位于所述容器的所述湍流流化床区域中的所述湍流流化床中。

47、根据第二方面的设备及其实施例的潜在技术效果对应于与根据第一方面的方法及其实施例相关的技术效果。

48、根据依照第二方面的设备的有利实施例，当所述设备被安装完毕时，所述湍流流化床区域的高度在1米和10米之间。

49、根据依照第二方面的设备的另一有利实施例，所述设备被配置为使第一固体物质粒子和第二固体物质粒子进入到位于所述容器的所述湍流流化床区域中的所述湍流流化床中，每个第一固体物质粒子的粒子重量至少是每个第二固体物质粒子的粒子重量的4倍。

50、根据依照第二方面的设备的另一有利实施例，所述设备被配置为使第一固体物质粒子和第二固体物质粒子进入到位于所述容器的所述湍流流化床区域中的所述湍流流化床中，每个第一固体物质粒子的粒子重量至少是每个第二固体物质粒子的粒子重量的8倍。

51、根据依照第二方面的设备的又一有利实施例，所述设备被配置为使第一固体物质粒子和第二固体物质粒子进入到位于所述容器的所述湍流流化床区域中的所述湍流流化床中，每个第一固体物质粒子的粒径大于每个第二固体物质粒子的粒径。

52、根据依照第二方面的设备的又一有利实施例，所述设备被配置为使第一固体物质粒子和第二固体物质粒子进入到位于所述容器的所述湍流流化床区域中的所述湍流流化床中，每个第一固体物质粒子的粒径比每个第二固体物质粒子的粒径至少大1.5倍。

53、根据依照第二方面的设备的有利实施例，所述设备被配置为使第一固体物质粒子和第二固体物质粒子进入到位于所述容器的所述湍流流化床区域中的所述湍流流化床中，每个第一固体物质粒子的粒径比每个第二固体物质粒子的粒径至少大3倍。

54、根据依照第二方面的设备的另一有利实施例，所述设备被配置为使第一固体物质粒子和第二固体物质粒子进入到位于所述容器的所述湍流流化床区域中的所述湍流流化床中，每个第一固体物质粒子的粒径在150μm和300μm之间，并且每个第二固体物质粒子的粒径在50μm和100μm之间。

55、根据依照第二方面的设备的另一有利实施例，所述设备被配置为使第一固体物质粒子和第二固体物质粒子进入到位于所述容器的所述湍流流化床区域中的所述湍流流化床中，每个第一固体物质粒子的粒径在300μm和700μm之间，并且每个第二固体物质粒子的粒径在50μm和250μm之间。

56、根据依照第二方面的设备的又一有利实施例，所述设备被配置为使第一固体物质粒子和第二固体物质粒子进入到位于所述容器的所述湍流流化床区域中的所述湍流流化床中，每个第一固体物质粒子的粒径在400μm和1000μm之间，并且每个第二固体物质粒子的粒径在50μm和250μm之间。

57、根据依照第二方面的设备的又一有利实施例，所述设备被配置为使第一固体物质粒子和第二固体物质粒子进入到位于所述容器的所述湍流流化床区域中的所述湍流流化床中，每个第一固体物质粒子的颗粒密度等于每个第二固体物质粒子的颗粒密度。

58、根据依照第二方面的设备的另一有利实施例，所述设备被配置为使第一固体物质粒子和第二固体物质粒子进入到位于所述容器的所述湍流流化床区域中的所述湍流流化床中，每个第一固体物质粒子的颗粒密度大于每个第二固体物质粒子的颗粒密度。

59、根据依照第二方面的设备的又一有利实施例，所述设备被配置为使第一固体物质粒子和第二固体物质粒子进入到位于所述容器的所述湍流流化床区域中的所述湍流流化床中，每个第一固体物质粒子的密度比每个第二固体物质粒子的密度至少大1.2倍。

60、根据依照第二方面的设备的又一有利实施例，所述容器的所述湍流流化床区域的横截面积在0.05m2和7m2之间。

61、根据依照第二方面的设备的有利实施例，所述容器、所述旋风分离器和所述回流支路管道被配置为被加压，其中所述设备被配置为在其运行时，使得所述设备中的所述湍流流化床的压力为至少10巴。

62、根据依照第二方面的设备的另一有利实施例，所述容器、所述旋风分离器和所述回流支路管道被配置为被加压，其中所述设备被配置为当其运行时，使位于其中的所述湍流流化床的压力为至少20巴。

63、根据依照第二方面的设备的另一有利实施例，所述设备被配置为当其被安装完毕时至少通过重力将至少大部分第二固体物质粒子和至少大部分固体燃料颗粒从所述回流支路管道供给到位于所述容器的所述湍流流化床区域中的所述湍流流化床中。

64、根据依照第二方面的设备的又一有利实施例，所述湍流流化床区域具有第一部分和第二部分，其中，当所述设备被安装完毕时，所述第二部分位于所述第一部分的上方的水平位置，其中所述容器包括位于所述湍流流化床区域中的第一入口和位于所述湍流流化床区域的所述第一部分中的第二入口，其中所述设备被配置为使第一固体物质粒子经由所述第一入口进入所述湍流流化床，并且其中所述设备被配置经由所述第二入口将至少大部分第二固体物质粒子和至少大部分固体燃料颗粒从所述回流支路管道供给到位于所述湍流流化床区域中的所述湍流流化床中。

65、根据依照第二方面的设备的又一有利实施例，所述容器包括位于所述湍流流化床区域中的第一入口和位于所述湍流流化床区中的第二入口，其中所述回流支路管道的所述第二端部与所述第二入口流体连接，其中所述设备被配置为使第一固体物质粒子经由所述第一入口进入到所述湍流流化床中，并且其中所述设备被配置为使第二固体物质粒子经由所述第二入口进入到所述湍流流化床中。

66、根据依照第二方面的设备的有利实施例，所述设备包括内部系统，所述内部系统包括所述流化床气化器的所述容器、所述旋风分离器和所述回流支线管道，其中所述设备包括流体连接到所述内部系统的外部系统，并且其中所述设备被配置为使第一固体物质粒子和第二固体物质粒子从所述外部系统进入到位于所述内部系统的所述湍流流化床区域中的所述湍流流化床中。

67、根据依照第二方面的设备的另一有利实施例，所述设备包括内部系统，所述内部系统包括所述流化床气化器的所述容器、所述旋风分离器和所述回流支线管道，其中所述设备包括流体连接到所述内部系统的外部系统，并且其中所述设备被配置为在所述外部系统中以及在所述内部系统的外部产生所述第二固体物质粒子。

68、可以分别以各种可能的方式对所述方法和所述设备的上述实施例及特征进行组合，从而提供进一步的有利实施例。

69、从从属权利要求及实施例的详细描述中可以体现所述实施例的其他有利实施例及其优点。