專利名稱：氣化含碳的燃料、殘余物和廢料的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及按第一和第二項(xiàng)權(quán)利要求所述用于氣化含碳的燃料、殘余物和廢料的設(shè)備。
燃料和廢料指的是那些含或不含灰分的物質(zhì)，如褐煤或煙煤及其焦炭、水/煤懸浮液，但也指油、焦油和淤渣以及來自化學(xué)和木材分解過程的殘余物或廢料，例如來自電廠的黑堿液以及來自垃圾和再循環(huán)經(jīng)濟(jì)的固體和液態(tài)部分如廢油、含PCB的油、塑料和生活垃圾部分或它們的再生制品，來自汽車、電纜和電子產(chǎn)品下腳料處理的易還原物以及被污染的含水的溶液和氣體。本發(fā)明不僅可使用于飛粉流氣化器(Flugstromvergaser)，而且可使用于其他氣化系統(tǒng)，如固定床氣化器或流化床氣化器或它們的組合。
在氣化技術(shù)方面多年來已知固體、液態(tài)和氣態(tài)燃料的自熱式飛粉流氣化。在這里，燃料與含氧的氣化劑之比選擇為，考慮到合成氣的質(zhì)量能將較高原子價(jià)的碳化合物完全裂解為合成氣成分如CO和H2，以及無機(jī)成分熔融地排出(J.Carl，P.Fritz，NOELL-KONVERSIONSVERFAHREN，EF-Verlag für Energie-und Umwelttechnik GmbH，Berlin，1996，S.33und S.73)。
按照在工程中采用的不同系統(tǒng)，氣化的氣體和熔融的無機(jī)組分，例如熔渣，分開或共同地從氣化設(shè)備的反應(yīng)室排出(DE19718131.7)。
氣化設(shè)備反應(yīng)室的內(nèi)部界壁或設(shè)有耐火襯里或采用冷卻系統(tǒng)(DE4446803A1)。
設(shè)有耐火襯里的氣化系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是熱損失較少，并因而使所供燃料的能量有效地轉(zhuǎn)換。顯然它們只能用于無灰分的燃料，因?yàn)樵陲w粉流氣化時(shí)在反應(yīng)室內(nèi)表面上流過的液態(tài)熔渣熔解耐火襯里，所以至昂貴地更換新襯里前只允許很有限的工作時(shí)間(Reisezeiten)。
為了在使用含灰分的燃料時(shí)克服此缺點(diǎn)，創(chuàng)造了一些按薄膜壁原理的冷卻系統(tǒng)。通過冷卻，在屬于反應(yīng)室的表面上起先形成了一個(gè)固體的渣層，它的厚度逐漸增大，直至在氣化室內(nèi)繼續(xù)產(chǎn)生的液態(tài)熔渣在此壁處流過并例如與氣化氣體一起從反應(yīng)室流出。這些系統(tǒng)有非?？煽亢徒?jīng)久的長(zhǎng)的工作時(shí)間。這種系統(tǒng)的嚴(yán)重缺點(diǎn)在于，約達(dá)供入能量的5％傳給了冷卻的護(hù)罩。
不同的燃料和廢料，例如重金屬或低灰分的油、焦油或焦油-油-固體淤渣，對(duì)于在冷卻式反應(yīng)器壁的情況下形成足以起保護(hù)作用的渣層而言含有過少的灰分，從而導(dǎo)致附加的能量損失，另一方面對(duì)于有耐火襯里的反應(yīng)器為避免耐火層熔化或溶解以及至更換新襯里之前達(dá)到足夠長(zhǎng)的工作時(shí)間而言含灰量又過高。
另一個(gè)缺點(diǎn)是反應(yīng)器壁的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在生產(chǎn)和運(yùn)行時(shí)可能導(dǎo)致巨大的困難或產(chǎn)生嚴(yán)重的問題。例如在J.Carl，P.FritzNOELL-KONVERSIONSVERFAHREN(EF-Verlag für Energie-und UmwelttechnikGmbH，Berlin，1996，S.33 und S.73)中說明的飛粉流氣化器的反應(yīng)器壁由無壓力的水套、承壓外套和冷卻護(hù)罩組成，承壓外套內(nèi)側(cè)通過焦油環(huán)氧樹脂混合物防腐并用輕質(zhì)耐火混凝土襯里，冷卻護(hù)罩如在鍋爐結(jié)構(gòu)中常見的薄膜壁那樣由氣密焊接流過水的冷卻管構(gòu)成，它們用銷子定位并覆蓋薄的SiC層。在冷卻護(hù)罩與用耐火混凝土覆蓋的承壓外套之間存在一個(gè)冷卻護(hù)罩間隙，為了避免倒流和形成冷凝物必須用干燥的無氧氣體沖洗。
從此先有技術(shù)出發(fā)，本發(fā)明的目的是創(chuàng)造一種設(shè)備，它能在簡(jiǎn)單和可靠工作的條件下使用各種含灰分的燃料和廢料。
此目的通過權(quán)利要求1和2的特征達(dá)到。
在其余的權(quán)利要求中包含按本發(fā)明的設(shè)備的另一種設(shè)計(jì)。
按本發(fā)明的設(shè)備適用于氣化各種含灰分的燃料、廢料和殘余物，以及適用于聯(lián)合氣化含碳?xì)浠衔锏臍怏w、液體和固體。
按本發(fā)明規(guī)定，氣化過程用的反應(yīng)室輪廓以耐火襯里或由凝固的渣層為界。通過強(qiáng)烈冷卻，在用耐火材料襯里的情況下保護(hù)了耐火材料或使液態(tài)熔渣凝固，從而形成一個(gè)隔熱層。冷卻借助于充水的冷卻間隙達(dá)到，其中，工作狀態(tài)可調(diào)整為沸點(diǎn)以上或之下。
下面借助

圖1和2表示的兩種實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。
圖1在實(shí)施例中表示了氣化反應(yīng)器。在反應(yīng)室1內(nèi)進(jìn)行燃料、殘余物和廢料與含氧的氧化劑轉(zhuǎn)變?yōu)镠2和富CO的荒煤氣。氣化媒介物的輸入通過固定在燃燒器法蘭2上的專用燃燒器實(shí)現(xiàn)。氣化的荒煤氣必要時(shí)與液態(tài)熔渣一起經(jīng)設(shè)有特殊裝置的口8離開反應(yīng)室1并進(jìn)入在下游所設(shè)的冷卻、洗滌和處理系統(tǒng)中。承壓外套3包封住氣化反應(yīng)器，它承受反應(yīng)室1與外界大氣之間的壓力差。為了它的熱防護(hù)設(shè)一冷卻間隙5，冷卻間隙內(nèi)充水并可在取決于總壓的沸點(diǎn)以上或之下工作。為防止在有損傷的情況下氣化氣體進(jìn)入冷卻間隙5，它的壓力始終保持為高于反應(yīng)室1內(nèi)的壓力。冷卻間隙5對(duì)內(nèi)以冷卻壁4為界。在冷卻間隙5內(nèi)產(chǎn)生的熱水或蒸汽通過接管9排出。冷卻壁4可加有薄的牢固地結(jié)合在其表面上的薄陶瓷護(hù)層6。冷卻間隙5內(nèi)的溫度取決于工藝壓力可在50和350℃之間。在氣化無灰分或灰分極低的裝填料時(shí)合乎目的的是，為限制帶入冷卻間隙5內(nèi)的熱量，冷卻壁4砌有耐火隔熱的磚砌體作為耐火襯里7。在使用含灰分的燃料、殘余物和廢料時(shí)，可取消耐火磚砌體7。在反應(yīng)室1內(nèi)形成的液態(tài)熔渣在冷卻壁4及其護(hù)層6冷的表面處被冷卻，使它凝固并以此方式構(gòu)成一個(gè)渣層10作為耐火襯里，渣層10朝反應(yīng)室1的方向增長(zhǎng)，直至溫度達(dá)到渣的熔點(diǎn)。之后繼續(xù)產(chǎn)生的熔渣作為渣片溢流并與熱的荒煤氣一起經(jīng)口8排出。
圖2表示作為范例的冷卻壁4的設(shè)計(jì)。在這里它由氣密地焊接的半管的壁構(gòu)成，它們用銷子定位并填塞(bestampfen)薄的碳化硅層。在面朝反應(yīng)室1的一側(cè)有陶瓷襯里如同渣層10，如在例1中說明的那樣，它由人工施加或通過自身熔融的灰分自動(dòng)形成。用例如波紋薄板制的冷卻壁的其他形狀取決于加工技術(shù)可以為梯形、三角形或矩形。陶瓷護(hù)層6的安置和固定可如圖2所示借助于機(jī)械式固定裝置實(shí)現(xiàn)，但也可通過化學(xué)地結(jié)合或例如通過火焰噴射熱涂。
此外易于理解，在例2中表示的有關(guān)具有部分3、4、5、6、和7的反應(yīng)室1界壁的設(shè)計(jì)，不僅可使用于熱負(fù)荷高的飛粉流氣化反應(yīng)器，而且可使用于其他氣化系統(tǒng)，如固定床氣化器或流化床氣化器或它們的組合。
符號(hào)表1 反應(yīng)室2 燃燒器法蘭3 承壓外套4 冷卻壁5 冷卻間隙6 冷卻壁的陶瓷護(hù)層7 反應(yīng)器的耐火襯里8 氣體和渣排出體排出口9 蒸汽或熱水接頭的接管10 渣層
權(quán)利要求
1.氣化設(shè)備，用于借助于含氧的氧化劑在溫度高于無機(jī)組份的熔點(diǎn)的情況下在一個(gè)設(shè)計(jì)為飛粉流反應(yīng)器的反應(yīng)室內(nèi)壓力在環(huán)境壓力與80bar之間最好在環(huán)境壓力與30bar之間氣化含碳和含灰分的燃料、殘余物和廢料，其中，反應(yīng)室輪廓以一冷卻式反應(yīng)器壁為界，反應(yīng)器壁從外向里的結(jié)構(gòu)如下—承壓外套(3)—冷卻壁(4)—在承壓外套(3)與冷卻壁(4)之間的水冷式冷卻間隙(5)—冷卻壁(4)的陶瓷護(hù)層(6)—渣層(10)以及，在承壓外套(3)與冷卻壁(4)之間的冷卻間隙(5)按這樣的方式調(diào)整壓力和溫度，即，它可在冷卻水的沸點(diǎn)以下或以上工作，在這種情況下在冷卻間隙內(nèi)的壓力高于氣化室內(nèi)的壓力。
2.氣化設(shè)備，用于借助于含氧的氧化劑在溫度高于850℃的情況下在一個(gè)設(shè)計(jì)為飛粉流反應(yīng)器的反應(yīng)室內(nèi)壓力在環(huán)境壓力與80bar之間最好在環(huán)境壓力與30bar之間氣化含碳的無灰分的燃料、殘余物和廢料，其中，反應(yīng)室輪廓以一冷卻的反應(yīng)器壁為界，反應(yīng)器壁從外向里的結(jié)構(gòu)如下—承壓外套(3)—冷卻壁(4)—在承壓外套(3)與冷卻壁(4)之間的水冷式冷卻間隙(5)—冷卻壁(4)的陶瓷護(hù)層(6)—耐火襯里(7)以及，在承壓外套(3)與冷卻壁(4)之間的冷卻間隙(5)充填壓力水可在冷卻水的沸點(diǎn)以下或以上工作，在這種情況下冷卻間隙(5)內(nèi)的壓力高于氣化室(1)內(nèi)的壓力。
3.按照權(quán)利要求1和2所述的設(shè)備，其中，冷卻壁(4)由氣密地焊接的半管組成，它們用銷子定位并覆蓋高熱導(dǎo)率的陶瓷物質(zhì)薄層。
4.按照權(quán)利要求1和2所述的設(shè)備，其中，陶瓷物質(zhì)薄層通過火焰噴射涂敷在冷卻壁(4)上。
5.按照權(quán)利要求1至4所述的設(shè)備，其中，冷卻壁(4)的幾何形狀可以為梯形、三角形、矩形、波紋形或平滑形。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于氣化含碳和含灰分的燃料、殘余物和廢料的設(shè)備,它們借助于含氧的氧化劑在溫度高于無機(jī)組分熔點(diǎn)的情況下在一個(gè)設(shè)計(jì)為飛粉流反應(yīng)器的反應(yīng)室內(nèi)壓力在環(huán)境壓力與80巴之間最好在環(huán)境壓力與30巴之間氣化,其中,反應(yīng)室輪廓以一冷卻式反應(yīng)器壁為界,反應(yīng)器壁從外向里的結(jié)構(gòu)如下:承壓外套3,冷卻壁4,在承壓外套3與冷卻壁4之間的水冷式冷卻間隙5,冷卻壁4的陶瓷護(hù)層6,渣層10;以及,在承壓外套與冷卻壁4之間的冷卻間隙5壓力和溫度調(diào)整為,使之可在冷卻水沸點(diǎn)以下或之上工作,在這種情況下在冷卻間隙5內(nèi)的壓力高于氣化室1內(nèi)的壓力。
文檔編號(hào)F28F9/00GK1264418SQ98806776
公開日2000年8月23日 申請(qǐng)日期1998年7月16日 優(yōu)先權(quán)日1998年7月1日
發(fā)明者拉爾夫·多納, 迪亞特瑪·德根科爾伯, 曼弗雷德·施尼茨 申請(qǐng)人:諾埃爾－Krc動(dòng)力及環(huán)境技術(shù)有限公司