專利名稱：夾帶床煤氣化反應(yīng)器和煤氣化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種夾帶床煤氣化反應(yīng)器和煤氣化的方法，還涉及一種具有夾帶床煤氣化反應(yīng)器的燃燒室發(fā)電系統(tǒng)和組合式發(fā)電系統(tǒng)。
具體講，本發(fā)明涉及一種夾帶床煤氣化反應(yīng)器和能產(chǎn)生有恒定組成的可燃性氣體的煤氣化方法，這樣，當(dāng)整個(gè)發(fā)電廠的負(fù)荷按發(fā)電要求而改變時(shí)，諸如燃?xì)廨啓C(jī)、燃燒室等的發(fā)電設(shè)備也能保持穩(wěn)定運(yùn)行。
煤氣化反應(yīng)器是一種通過煤與氧化劑，諸如氧或空氣在高溫下接觸，形成由氫、一氧化碳、甲烷和某些其他氣體組成的可燃性氣體的裝置。各種煤氣化反應(yīng)器中，夾帶床煤氣化反應(yīng)器是一種適宜于環(huán)境保護(hù)的反應(yīng)器類型，其原因是這類夾帶床反應(yīng)器能使煤和氧化快速進(jìn)行反應(yīng)，提高煤氣化效率，同時(shí)，又能熔化煤中所含的灰份，并能使煤灰中所含的有害金屬內(nèi)封。
當(dāng)負(fù)荷，即煤氣化反應(yīng)器中煤流速改變時(shí)，熱損失隨負(fù)荷而變化。其原因在于即使在同一反應(yīng)器中負(fù)荷減少，反應(yīng)器內(nèi)的表面積是恒定的，且吸熱量保持不變。因此，發(fā)熱率隨煤流速減小而降低，從而使熱損失比相對(duì)增加。因此，產(chǎn)品氣體的組成和發(fā)熱率也會(huì)改變。諸如產(chǎn)品氣體組成、發(fā)熱率等特性的改變會(huì)使燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒及燃燒室的運(yùn)行不穩(wěn)定。所以，當(dāng)運(yùn)行時(shí)，整個(gè)體系的效率和可靠性均會(huì)降低。此外，由于產(chǎn)品氣體的組成不穩(wěn)定，會(huì)產(chǎn)生隨后的負(fù)荷能力的問題，所以要求整個(gè)體系長(zhǎng)期處于穩(wěn)定狀態(tài)。
為了克服上述問題，日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_昭59-172589(1984)提出了一種煤氣化的方法。該方法是選定送入夾帶床氣化反應(yīng)器上燃燒器的氧流速與煤的供給速度之比，這樣使溫度不超過煤灰熔點(diǎn)，選定送入下燃燒器的氧流速與煤的供給速度之比大于其上燃燒器之比，以使溫度超過煤灰熔點(diǎn)。日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_昭63-297736(1988)提出了氣化煤的另一方法。該方法為按1∶1的比例，將煤送到夾帶床氣化反應(yīng)器的上下區(qū)，使送到下區(qū)的氧化劑流速與煤流速之比保持恒定，維持溫度高于煤的熔點(diǎn)，使送到上區(qū)的氧化劑流速與煤的流速之比控制在使溫度不超過煤的熔點(diǎn)的范圍之內(nèi)，以消除負(fù)荷波動(dòng)的影響。此外，日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_平4-342832(1992)提出了一種通過將煤氣化產(chǎn)生的氣體與液體燃料混合，來消除不正常狀態(tài)的方法。
雖然日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_昭59-172589(1984)和63-297736(1988)中披露的夾帶床氣化方法是一種有效的消除負(fù)荷波動(dòng)影響的方法，但由于沒考慮熱損失，所以還真正存在隨負(fù)荷波動(dòng)的問題。
日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_平4-342832(1992)中公開的方法需要一些輔助設(shè)備，所以系統(tǒng)就變復(fù)雜了。
本發(fā)明的第一目的是提供一種能夠通過控制煤氣化反應(yīng)器中熱損失來有效克服負(fù)荷波動(dòng)的夾帶床煤氣化反應(yīng)器。
本發(fā)明的第二目的是提供一種能夠通過控制煤氣化反應(yīng)器中熱損失來有效克服負(fù)荷波動(dòng)而無諸如液體燃料儲(chǔ)存器之類大型輔助設(shè)備的夾帶床煤氣化反應(yīng)器。
本發(fā)明的第三目的是提供一種實(shí)現(xiàn)第一目的的夾帶床煤氣化的方法。
本發(fā)明的第四目的是提供一種實(shí)現(xiàn)第二目的的夾帶床煤氣化的方法。
本發(fā)明的第五目的是提供一種實(shí)現(xiàn)第一和第二目的的有夾帶床煤氣化反應(yīng)器的發(fā)電系統(tǒng)。
通過提供一種包括將煤和氧化劑噴入上下氣化室兩體系產(chǎn)生可燃?xì)怏w的燃燒器、減少底部橫截面積的排渣口和使煤與送入上燃燒器的氧化劑的比控制在使溫度不超過煤灰的熔化溫度和使煤與送入下燃燒器的氧化劑的比控制在使溫度超過煤灰的熔化溫度的煤/氧化劑流速控制裝置的夾帶床氣化反應(yīng)器來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第一和第二目的。所說反應(yīng)器還包括根據(jù)負(fù)荷改變上燃燒器所形成的上反應(yīng)區(qū)的體積與下燃燒器所形成的下反應(yīng)區(qū)的體積之比，使下反應(yīng)區(qū)的體積比隨負(fù)荷增加而增加的反應(yīng)區(qū)控制裝置。
同樣，通過提供一種包括將煤和氧化劑噴入氣化室上下二個(gè)體系以產(chǎn)生可燃?xì)怏w的燃燒器(多個(gè)上燃燒器和多個(gè)下燃燒器中的每一燃燒器設(shè)置于該氣化室切線方向，以形成渦流)，減少氣化室頂部橫截面積的產(chǎn)品氣體排放口、減少底部橫截面積的排渣口、使煤與送入上燃燒器的氧化劑的比控制在使溫度不超過煤灰的熔化溫度，和使煤與送入下燃燒器的氧化劑的比控制在使溫度超過煤灰的熔化溫度的煤/氧化劑流速控制裝置的夾帶床氣化反應(yīng)器來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第一和第二目的，所說反應(yīng)器還包括根據(jù)負(fù)荷改變上燃燒器所形成的上反應(yīng)區(qū)的體積與下燃燒器所形成的下反應(yīng)區(qū)的體積比，以使下反應(yīng)區(qū)的體積比隨負(fù)荷增加而增加的反應(yīng)區(qū)控制裝置。
可用下述(a)-(d)裝置作為所說的反應(yīng)區(qū)控制裝置。
(a)一種根據(jù)負(fù)荷改變上燃燒器與下燃燒器的渦流力比，以使下燃燒器的渦流力隨負(fù)荷增加而增加的裝置。
(b)一種改變送入上燃燒器的煤的流速與送入下燃燒器的煤的流速比，以使送入下燃燒器的煤的流速比隨負(fù)荷增加而增加的裝置。
(c)一種根據(jù)負(fù)荷，改變送入上燃燒器的煤和氧化劑的噴入速度同送入下燃燒器的煤和氧化劑的噴入速度比，以使送入下燃燒器的煤和氧化劑的噴入速度隨負(fù)荷增加而增加的裝置。
(d)一種按下述方式基本上控制氧化劑-煤比，即，使送入上燃燒器的氧化劑和煤的比保持恒定，并通過增加送入下燃燒器的煤的流速比，和減少送入上燃燒器的煤流速比來使送入下燃燒器的氧化劑和煤的比隨負(fù)荷增加而增加的裝置。
可用下述(e)-(f)裝置來代替裝置(a)-(d)或與裝置(a)-(d)一起來使用。
(e)一種設(shè)置于下燃燒器附近的蒸汽噴嘴和一種根據(jù)負(fù)荷來改變送入該蒸汽噴嘴的蒸汽流速，以使蒸汽流速隨負(fù)荷增加而增加的裝置。在這種情況下，雖然必須設(shè)置蒸汽噴嘴，但可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第一目的。
(f)一種設(shè)置于下燃燒器附近的空氣噴嘴和一種根據(jù)負(fù)荷來改變送入該空氣噴嘴的空氣流速使空氣流速隨負(fù)荷增加而增加的裝置。在這種情況下，雖然必須設(shè)置蒸汽噴嘴，但可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第一目的。
本發(fā)明的第三和第四目的可通過提供夾帶床氣化的方法來實(shí)現(xiàn)，其中從設(shè)置于在其頂部有減少橫截面積的產(chǎn)品氣體排放口和在其底部有減少橫截面積的爐渣排放口的氣化室上、下區(qū)的每區(qū)的兩個(gè)體系燃燒室噴入煤和氧化劑，煤和氧化劑通過選定上燃燒器的氧化劑/煤的比使溫度不超過煤灰的熔化溫度和選定下燃燒器的氧化劑/煤的比以使溫度超過煤灰的熔化溫度來進(jìn)行反應(yīng)形成可燃?xì)怏w，其中所說上燃燒器形成的上反應(yīng)區(qū)的體積和按所說下燃燒器形成的下反應(yīng)區(qū)的體積之比隨負(fù)荷而變化，這樣，下反應(yīng)區(qū)的體積比隨負(fù)荷增加而增加。
而且，本發(fā)明的第三和第四目的可通過提供夾帶床氣化的方法來實(shí)現(xiàn)，其中從設(shè)置于在其頂部有減少表面積的產(chǎn)品氣體排放口和其底部有減少橫截面積的爐渣排放口的氣化室上下區(qū)的每區(qū)的兩個(gè)體系燃燒室噴入煤和氧化劑，煤和氧化劑通過選定上燃燒器的氧化劑/煤的比使溫度不超過煤灰的熔化溫度和選定下燃燒器的氧化劑/煤的比使溫度超過煤灰的熔化溫度來進(jìn)行反應(yīng)形成可燃?xì)怏w，其中所說上燃燒器形成的上反應(yīng)區(qū)的體積和所說下燃燒器形成的下反應(yīng)區(qū)的體積之比隨負(fù)荷而變化，這樣，下反應(yīng)區(qū)的比隨負(fù)荷增加而增加。
可以用上述(a)-(d)中所述的方法來改變上下反應(yīng)區(qū)的體積，該方法用來控制渦流力之比、煤流速之比、煤和氧化劑噴入速度之比等。
可使用上述(e)項(xiàng)的方法，其中下燃燒器附近設(shè)置有蒸汽噴嘴并具有一種根據(jù)負(fù)荷改變送入此蒸汽噴嘴的蒸汽流速以使蒸汽的流速隨負(fù)荷增加而增加的裝置。
可使用上述(f)項(xiàng)的方法，其中下燃燒器附近設(shè)置有空氣噴嘴以代替蒸汽噴嘴，并具有一種根據(jù)負(fù)荷改變送入此空氣噴嘴的空氣流速，使空氣的流速隨負(fù)荷增加而增加的裝置。
在這些情況下，也可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第四目的。
可用煤氣化燃燒室發(fā)電系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第五目的，該系統(tǒng)包括煤氣化反應(yīng)器和用氣化反應(yīng)器產(chǎn)生的可燃?xì)怏w發(fā)電的燃燒室發(fā)電裝置，該系統(tǒng)還包括上述煤氣化反應(yīng)器的夾帶床氣化反應(yīng)器。此外，還可用煤氣化組合式發(fā)電系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第五目的，該系統(tǒng)包括煤氣化反應(yīng)器和組合式發(fā)電裝置，其中氣化反應(yīng)器產(chǎn)生的可燃?xì)怏w在燃?xì)廨啓C(jī)中燃燒和用燃燒的氣體的熱能驅(qū)動(dòng)蒸汽輪機(jī)，該系統(tǒng)還包括上述煤氣化反應(yīng)器的夾帶床氣化反應(yīng)器。
本發(fā)明的共同點(diǎn)是通過有效控制氣化反應(yīng)器中的熱損失來使產(chǎn)品氣體的熱值保持恒定。使用夾帶床氣化方法時(shí)，在反應(yīng)器壁和反應(yīng)區(qū)之間形成有煤的隔熱層。為了使產(chǎn)品氣體的熱值保持恒定，通過負(fù)荷改變隔熱層來控制從反應(yīng)器壁釋出熱量使熱損失保持恒定。
可用下述化學(xué)反應(yīng)式來表示煤的基本氣化反應(yīng)煤→氣體(CH4、CO、H2)＋碳(C)···(1)碳···(2)碳···(3)(煤，碳)···(4)這些反應(yīng)中，式(1)、(2)、(3)反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，式(4)反應(yīng)是放熱反應(yīng)。一般而言，(1)式最初形成揮發(fā)性成分，產(chǎn)生碳，同時(shí)燃燒揮發(fā)性成分，使環(huán)境溫度上升。幾乎在同時(shí)，煤和氧按(4)式直接反應(yīng)也使環(huán)境溫度上升，同時(shí)形成CO和CO2。高溫氣氛下，揮發(fā)性成分燃燒形成的H2O和CO2與碳按(2)和(3)式反應(yīng)，形成可燃性氣體H2和CO。在此反應(yīng)工藝中，通過使反應(yīng)器高溫保持到足以熔化煤中的灰和包封玻璃化灰份中的有害金屬，夾帶床氣化反應(yīng)器的煤所含灰份則被熔化以液渣形式排出。
在兩個(gè)區(qū)的氣化型夾帶床氣化反應(yīng)器中，從煤氣化反應(yīng)器上區(qū)送入煤和少量氧化劑，從煤氣化反應(yīng)器下區(qū)送入煤和大量氧化劑。進(jìn)行氣化反應(yīng)使下區(qū)溫度保持到足以能熔化灰份的溫度和使上區(qū)溫度保持到不能熔化煤中灰份的溫度。于是氣化反應(yīng)能充分進(jìn)行。同時(shí)，又可抑制灰份粘于反應(yīng)器上部的反應(yīng)器壁上，這樣既能處理灰份，又可獲得高的效率。
在兩區(qū)氣化型中，上下每一區(qū)的反應(yīng)階段決定著熱損失，雖然每一區(qū)的熱損失是由反應(yīng)器溫度、發(fā)熱區(qū)的表面溫度和表面積決定的，但可通過改變兩反應(yīng)區(qū)接觸表面比，來使總熱損失率保持恒定。即，可粗略地用下式表示熱損失Q=K·A(T4-TW4)……(5)]]>該式中Q為吸收的熱量，A為表面積，T為反應(yīng)器溫度，Tw為反應(yīng)器表面溫度。K為輻射系數(shù)。如果溫差大，吸熱就大，并發(fā)生放熱反應(yīng)?？偀釗p失中的大部分發(fā)生在氣體溫度高的下部。這樣，在低負(fù)荷其間，為了減少熱損失，可通過減少相當(dāng)于下反應(yīng)區(qū)的傳熱面積來獲得一定的熱損失。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的煤氣化反應(yīng)器一實(shí)施方案的俯視剖面圖。
圖2為表明渦流力對(duì)上下反應(yīng)區(qū)尺寸的影響的曲線圖。
圖3是表明負(fù)荷與氧流速同煤流速間的比的關(guān)系及負(fù)荷與煤流速間的關(guān)系曲線圖。
圖4(a)、4(b)、4(c)表明根據(jù)負(fù)荷改變上下反應(yīng)區(qū)尺寸的圖。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的煤氣化反應(yīng)器另一實(shí)施方案的俯視剖面圖。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的煤氣化組合發(fā)電體系的一實(shí)施方案作的簡(jiǎn)圖。
圖7是根據(jù)本發(fā)明的煤氣化反應(yīng)器另一實(shí)施方案的局部剖面俯視圖。
圖8是根據(jù)本發(fā)明的煤氣化燃燒室發(fā)電體系的一實(shí)施方案作的簡(jiǎn)圖。
圖9是根據(jù)本發(fā)明的煤氣化反應(yīng)器另外一實(shí)施方案的局部剖面俯視圖。
圖10是根據(jù)本發(fā)明的煤氣化反應(yīng)器另一實(shí)施方案的局部俯視圖。
下面將參照?qǐng)D1來介紹本發(fā)明的實(shí)施方案。
氣化反應(yīng)器是由周圍環(huán)繞有容器51的耐熱壁50制的圓柱型反應(yīng)器。整個(gè)氣化反應(yīng)器是由設(shè)置于反應(yīng)器頂部的氣體冷卻室11、設(shè)置于反應(yīng)器底部的爐渣冷卻室15和氣化室13組成。氣化室13的反應(yīng)器壁具有噴入煤和氧化劑的上下燃燒器兩體系。上燃燒器21和下燃燒器31優(yōu)選在切線方向設(shè)置，這樣以形成渦流。還優(yōu)選在上下每一區(qū)設(shè)置多個(gè)燃燒器。上下燃燒器的渦流方向應(yīng)相同。氣化室和氣體冷卻室間的橫截面積隨縮小部分12而減少。同樣，氣化室和爐渣冷卻室間的橫截面積，即排渣口14也縮小。爐渣冷卻室中設(shè)置有爐渣冷卻槽16。煤和氧化劑送入上燃燒器和下燃燒器。將細(xì)粉化的煤用作所說煤，氧和空氣用作所說氧化劑。此實(shí)施方案中，用空氣。為了將煤輸送到燃燒器，用惰性氣體，如氮作載氣。在圖1中的標(biāo)號(hào)22表示了輸送到上燃燒器的氧，標(biāo)號(hào)23為輸送到其中的煤。同樣，標(biāo)號(hào)32為輸送到下燃燒器的氧，標(biāo)號(hào)33為煤。上反應(yīng)區(qū)1由上燃燒器形成，下反應(yīng)區(qū)2由下燃燒器形成。上下反應(yīng)區(qū)的體積隨負(fù)荷而變化。圖1中，上下反應(yīng)區(qū)之間的邊界是由標(biāo)號(hào)3粗略表示的。
按照不熔化煤中的灰的煤-氧化劑的比，從上燃燒器21輸送入煤和氧化劑。由于煤中灰的熔點(diǎn)一般在1400℃左右，或稍高于1400℃，優(yōu)選將溫度控制在1400℃以下。按照熔化煤中的灰的煤-氧化劑的比，從下燃燒器輸送入煤和氧化劑。通過增加氧化劑同煤的比來使反應(yīng)區(qū)升溫。59-172589(1984)號(hào)特開昭記載了通過將送入到上燃燒器的供氧速率和供煤速率的比控制在0.36-0.38(kg/kg)條件下，即可使上燃燒器附近的溫度在1310℃，和通過將送入到下燃燒器的供氧速率和供煤速率的比控制在1.26-1.28(kg/kg)條件下，可使下燃燒器附近的溫度在1880℃。在本發(fā)明中，也可控制送入到上燃燒器的供氧速率和供煤速率的比。然而，一般講，總是優(yōu)選將送入到上下燃燒器的供氧速率和供煤速率的比控制在一個(gè)恒定的數(shù)據(jù)，不隨負(fù)荷變化而變化。
通過控制輸送到上燃燒器的氧-煤比來使其溫度不超過灰熔點(diǎn)，這樣可在氣化室上部形成溫度低于煤灰熔點(diǎn)的上反應(yīng)區(qū)1，未燃的碳4停留在該區(qū)的反應(yīng)器壁表面，氣化室下部形成溫度高于煤灰熔點(diǎn)的下反應(yīng)區(qū)2，吸附在該區(qū)反應(yīng)器壁表面上的熔渣5下流到爐渣冷卻室。熔化爐渣具有高的導(dǎo)熱性，由于爐渣已經(jīng)熔化，所以熔化的爐渣本身無吸熱能力，因此下反應(yīng)區(qū)的熱損失大。
另一方面，由于上反應(yīng)區(qū)1的溫度低，所以從上反應(yīng)區(qū)的反應(yīng)器壁上損失的熱量要比下反應(yīng)區(qū)小。雖然上反應(yīng)區(qū)熱量最初傳到未燃燒的碳4，但是未燃燒的碳?xì)饣磻?yīng)吸收的熱量用作轉(zhuǎn)化為可燃性氣體的吸熱。因此該熱量并未從反應(yīng)器壁上損失。
下面將介紹通過改變未燃燒的碳4的停留區(qū)來改變傳熱面積的方法。雖然由于使用同一反應(yīng)器，總的傳熱面積是恒定的，但可改變?cè)诳偀釗p失中起主要作用的面向下反應(yīng)區(qū)2的面積比。圖2示出了上下反應(yīng)區(qū)體積變化的特點(diǎn)。橫坐標(biāo)是下反應(yīng)區(qū)渦流力與總渦流力之比，縱坐標(biāo)是上反應(yīng)區(qū)和下反應(yīng)區(qū)之間的反應(yīng)邊界，兩者均用無量綱值表示。渦流力是由燃燒器的噴入速度、噴入質(zhì)量速度和渦流半徑的乘積產(chǎn)生的。從圖2中可以清楚看出，如果下反應(yīng)區(qū)的渦流力增加，下反應(yīng)區(qū)的體積增加。
圖3示出了輸送到上燃燒器和下燃燒器的煤流速和氧/煤比的變化特點(diǎn)。輸送到上燃燒器的氧-煤比保持恒定，且輸送到整個(gè)上燃燒器和下燃燒器的氧/煤比也保持恒定。圖4示出了按圖3運(yùn)行所引起的氣化反應(yīng)器內(nèi)狀態(tài)的變化。當(dāng)按負(fù)荷變到最大負(fù)荷的100％、75％、50％，來減少送入上燃燒器的煤的流速和增加送入下燃燒器的煤的流速時(shí)，如(a)、(b)和(c)所示，上反應(yīng)區(qū)的體積逐漸增加和由吸熱大的熔融爐渣5覆蓋的下反應(yīng)區(qū)的體積逐漸減少。因此由于吸熱隨送到整個(gè)反應(yīng)器的熱量的減少而減少，所以熱損失保持恒定且產(chǎn)品氣體的組成即使在反應(yīng)器的負(fù)荷減少時(shí)也不改變，該實(shí)施方案具體的結(jié)果是送到下燃燒器的氧-煤比隨負(fù)荷減少而增加，使反應(yīng)器下部的燃燒率增加，以防止溫度的降低。所以保持了爐渣下流所需的溫度。
圖5示出了具有由送到下燃燒器附近的蒸汽噴射產(chǎn)生渦流力的蒸汽噴嘴的實(shí)施方案。
雖然，一般在低負(fù)荷狀態(tài)下進(jìn)行運(yùn)行，但負(fù)荷增加時(shí)，送入蒸汽41。此操作可與圖3的操作一起進(jìn)行。這樣做可獲得圖4所示的同樣效果。該實(shí)施方案的特殊效果在于可通過送入蒸汽41來抑制下反應(yīng)區(qū)由于負(fù)荷增加所引起的不正常的升溫，且由于蒸汽本身的反應(yīng)也會(huì)使氣化效率提高。
圖5中用空氣噴嘴代替蒸汽噴嘴。這樣做可獲得蒸汽噴嘴同樣的效果。這樣做的特殊效果在于由于當(dāng)負(fù)荷增加時(shí)，空氣送入到反應(yīng)器的下區(qū)，所以減少了產(chǎn)生氧所需的動(dòng)力。
圖6示出了有煤氣化反應(yīng)器的組合發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)施方案，該系統(tǒng)由煤氣化反應(yīng)器82、燃?xì)廨啓C(jī)85、汽輪機(jī)87、煤-氧化劑流速控制裝置99、氣化反應(yīng)器的反應(yīng)區(qū)控制裝置91等組成。煤氣化反應(yīng)器82中形成的產(chǎn)品氣體用洗滌器83和脫硫器84除去產(chǎn)品氣體中的灰塵和硫，然后在燃?xì)廨啓C(jī)85中燃燒發(fā)電。廢氣通過熱回收鍋爐86生產(chǎn)蒸汽和用汽輪機(jī)87進(jìn)行蒸汽發(fā)電。在此實(shí)施方案中，水在氣化反應(yīng)器82中轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝?，蒸汽送到熱回收鍋爐86。氣輪機(jī)85的壓縮機(jī)生產(chǎn)的壓縮空氣89被送到制氧裝置81分離成氮和氧。氮用作煤料倉80的壓縮氮，氧用作氣化反應(yīng)器的氧化劑。也存在某些情況，其中部分壓縮空氣從氣化反應(yīng)器的下燃燒器附近的位置直接送到氣化反應(yīng)器，來改變氣化反應(yīng)器的上下反應(yīng)區(qū)的體積。反應(yīng)區(qū)控制裝置91決定著按負(fù)荷要求送到上下燃燒器的煤流速。送到煤-氧化劑流速控制裝置99的信號(hào)決定著供煤速度和送到上燃燒器的氧化劑與煤重量之比，及也決定著供煤速度和送到下燃燒器的氧化劑與煤重量之比。反應(yīng)區(qū)控制裝置根據(jù)這些信號(hào)控制上燃燒器的煤流速調(diào)節(jié)裝置92和氧化劑流速調(diào)節(jié)裝置94，也控制下燃燒器的煤流速調(diào)節(jié)裝置93和氧化劑流速調(diào)節(jié)裝置95。在這種情況下，可由下式導(dǎo)出供煤速度。
(上燃燒器的煤流速)＝F·(總煤流速)(下燃燒器的煤流速)＝(總煤流速)-(上燃燒器的煤流速)其中的函數(shù)F一般是用有負(fù)梯度的線性表達(dá)式表示，該梯度由圖2所示的經(jīng)驗(yàn)值和測(cè)定值的熱平衡導(dǎo)出。該實(shí)施方案的特殊效果在于由于使用由氣輪機(jī)85的壓縮機(jī)生產(chǎn)的壓縮空氣，所以可減少壓縮氧化劑和壓縮氮的能量，因此整個(gè)體系的效率提高了。
圖7表示了一種實(shí)施方案，其中反應(yīng)器壁是由冷卻水71冷卻。由于使用了水冷卻的壁，所以反應(yīng)器壁被有效冷卻，而熔融爐渣5又防止了反應(yīng)器壁的腐蝕，此實(shí)施方案具有的效果在于使反應(yīng)器壁的可靠性和耐久性提高。
圖8表示按煤氣化燃燒室發(fā)電系統(tǒng)實(shí)施方案作的示意圖。煤氣化反應(yīng)器82中形成的產(chǎn)品氣體流過洗滌器83和脫硫器84，以除去產(chǎn)品氣體中的灰塵和流，然后用燃燒室90發(fā)電。空氣送入氧發(fā)生裝置81，以分離成氮和氧。氮用作煤料倉80的壓縮氮，氧用作氣化反應(yīng)器的氧化劑。雖然本文未對(duì)根據(jù)負(fù)荷控制上下反應(yīng)區(qū)的體積的方法進(jìn)行詳細(xì)介紹，但該方法與圖6所示的方法相同。該實(shí)施方案的特殊效果在于使用燃燒室使整個(gè)系統(tǒng)的效率得到了提高。該系統(tǒng)是一效率高的系統(tǒng)。
圖9表示的氣化反應(yīng)器特征在于具有上噴咀驅(qū)動(dòng)裝置97和下噴咀驅(qū)動(dòng)裝置98。該裝置改變此噴咀末端的橫截面積，以按負(fù)荷改變噴入速度，從而獲得有恒定組成的產(chǎn)品氣體。該實(shí)施方案的具體效果在于由于僅用機(jī)械操作，并且不改變物質(zhì)的供給速率實(shí)現(xiàn)控制，所以在無輔助設(shè)備的情況下，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)。
下面將介紹圖10的氣化反應(yīng)器。由于該氣化反應(yīng)器不是渦流型的，所以，上燃燒器21是朝下安裝以形成上反應(yīng)區(qū)。下燃燒器31是水平方向安裝的。上下反應(yīng)區(qū)的體積是通過上燃燒器21送入的煤流速和下燃燒器31送入的煤流速之比的改變來改變的。詳細(xì)講，總的來說，負(fù)荷增加，送到下燃燒器的煤流速增加，送到上燃燒器的煤流速減少。該實(shí)施方案的具體效果在于可改變上、下反應(yīng)區(qū)的體積，而在反應(yīng)器內(nèi)不形成渦流。
根據(jù)本發(fā)明，由于即使改變負(fù)荷，也可使發(fā)熱率和產(chǎn)品氣體的組成變化小，所以可使具有煤氣化反應(yīng)器作為主要裝置的氣化發(fā)電系統(tǒng)在負(fù)荷波動(dòng)情況下也能穩(wěn)定運(yùn)行。
權(quán)利要求
1.一種夾帶床氣化反應(yīng)器，包括通過將煤和氧化劑噴入上下氣化室產(chǎn)生可燃?xì)怏w的燃燒器減少底部橫截面積的排渣口和使送入上燃燒器的煤與氧化劑的比控制在使溫度不超過煤灰的熔化溫度，和使送入下燃燒器的煤與氧化劑的比控制在使溫度超過煤灰的熔化溫度的煤-氧化劑流速控制裝置，所說反應(yīng)器還包括用于根據(jù)負(fù)荷改變上燃燒器所形成的上反應(yīng)區(qū)的體積與下燃燒器所形成的下反應(yīng)區(qū)的體積比，以使下反應(yīng)區(qū)的體積比隨負(fù)荷增加而增加的反應(yīng)區(qū)控制裝置。
2.一種根據(jù)權(quán)利要求1的夾帶床氣化反應(yīng)器，包括在所說氣化室中的上下反應(yīng)區(qū)的每一區(qū)中的多個(gè)燃燒器，該燃燒器朝向該氣化室的切線方向，以形成產(chǎn)品氣體的渦流。
3.一種根據(jù)權(quán)利要求2的夾帶床氣化反應(yīng)器，其中所說反應(yīng)區(qū)控制裝置是一種根據(jù)負(fù)荷來改變所說上燃燒器與所說下燃燒器渦流力之比，使下燃燒器的渦流力隨負(fù)荷增加而增加的裝置。
4.一種根據(jù)權(quán)利要求2的夾帶床氣化反應(yīng)器，其中所說反應(yīng)區(qū)控制裝置是一種改變輸送到所說上燃燒器的煤流速與輸送到所說下燃燒器煤流速之比，使輸送到下燃燒器的煤流速隨負(fù)荷增加而增加的裝置。
5.一種根據(jù)權(quán)利要求2的夾帶床氣化反應(yīng)器，其中所說反應(yīng)區(qū)控制裝置是一種根據(jù)負(fù)荷來改變輸送到所說上燃燒器的煤和氧化劑的噴入速度與輸送到所說下燃燒器煤和氧化劑噴入速度之比，使輸送到下燃燒器的煤和氧化劑的噴入速度隨負(fù)荷增加而增加的裝置。
6.一種根據(jù)權(quán)利要求2的夾帶床氣化反應(yīng)器，其中在所說下燃燒器附近設(shè)置有蒸汽噴嘴，所說反應(yīng)區(qū)控制裝置是一種根據(jù)負(fù)荷來改變輸送到所說蒸汽噴嘴的蒸汽流速，使蒸汽流速隨負(fù)荷增加而增加的裝置。
7.一種根據(jù)權(quán)利要求3-5中任一項(xiàng)的夾帶床氣化反應(yīng)器，包括在所說下燃燒器附近設(shè)置的蒸汽噴嘴，和一種根據(jù)負(fù)荷改變輸送到所說蒸汽噴嘴的蒸汽流速，使蒸汽流速隨負(fù)荷增加而增加的裝置。
8.一種根據(jù)權(quán)利要求2的夾帶床氣化反應(yīng)器，其中在所說下燃燒器附近設(shè)置有空氣噴嘴，所說反應(yīng)區(qū)控制裝置是一種根據(jù)負(fù)荷來改變輸送到所說空氣噴嘴的空氣流速，使空氣流速隨負(fù)荷增加而增加的裝置。
9.一種根據(jù)權(quán)利要求3-5中任一項(xiàng)的夾帶床氣化反應(yīng)器，包括在所說下燃燒器附近設(shè)置的空氣噴嘴，和一種根據(jù)負(fù)荷來改變輸送到所說空氣噴嘴的空氣流速，使空氣流速隨負(fù)荷增加而增加的裝置。
10.一種根據(jù)權(quán)利要求2的夾帶床氣化反應(yīng)器，其中所說反應(yīng)區(qū)控制裝置是一種按下述方式基本上保持氧化劑-煤比的裝置，該方式是使送入上燃燒器的氧化劑和煤的比保持恒定，并通過增加送入下燃燒器的煤的流速比和減少送入上燃燒器煤的流速比來使送入下燃燒器的氧化劑和煤的比隨負(fù)荷增加而增加。
11.一種夾帶床氣化的方法，其中從設(shè)置于在其頂部有減少橫截面積的產(chǎn)品氣體排放口和在其底部有減少橫截面積的爐渣排放口的氣化室上下區(qū)的每區(qū)的燃燒器噴入煤和氧化劑，煤和氧化劑按送到上燃燒器的使其溫度不超過煤灰熔化溫度的氧化劑-煤比，和按加到下燃燒器的使其溫度超過煤灰的熔化溫度的氧化劑-煤比，來進(jìn)行反應(yīng)形成可燃?xì)怏w，其中所說上燃燒器形成的上反應(yīng)區(qū)的體積和所說下燃燒器形成的下反應(yīng)區(qū)的體積之比是隨負(fù)荷而變化，這樣使下反應(yīng)區(qū)的體積比隨負(fù)荷增加而增加。
12.一種根據(jù)權(quán)利要求11的夾帶床氣化的方法，包括在所說氣化室中上下反應(yīng)區(qū)的每一區(qū)中的多個(gè)燃燒器，該燃燒器朝向該氣化室的切線方向，這樣產(chǎn)品氣體形成渦流。
13.一種根據(jù)權(quán)利要求11的夾帶床氣化的方法，其中可通過增加輸送到上燃燒器的煤流速與輸送到下燃燒器的煤流速之比，來使下燃燒器形成的下反應(yīng)區(qū)的體積比隨負(fù)荷增加而增加，使輸送到下燃燒器的煤流速比增加。
14.一種根據(jù)權(quán)利要求11的夾帶床氣化的方法，其中可隨負(fù)荷而定使得輸送到上燃燒器的煤和氧化劑的噴入速度與輸送到下燃燒器的煤和氧化劑的噴入速度之比增加，來使下燃燒器形成的下反應(yīng)區(qū)的體積比隨負(fù)荷增加而增加，這樣增加輸送到下燃燒器的煤和氧化劑的噴入速度。
15.一種根據(jù)權(quán)利要求11-14中的任一項(xiàng)的夾帶床氣化方法，其中將蒸汽送到下燃燒器附近，隨負(fù)荷而定改變蒸汽的流速，這樣，蒸汽的流速隨負(fù)荷增加而增加。
16.一種根據(jù)權(quán)利要求11-14中的任一項(xiàng)的夾帶床氣化方法，其中將空氣送到下燃燒器附近，隨負(fù)荷而定改變空氣的流速，使空氣的流速隨負(fù)荷增加而增加。
17.一種根據(jù)權(quán)利要求11的夾帶床氣化方法，其中所說反應(yīng)區(qū)控制裝置是一種按下述方式基本上保持氧化劑-煤比的裝置，該方式是送入上燃燒器的氧化劑和煤的比保持恒定，并通過增加送入下燃燒器的煤的流速比和減少送入上燃燒器的煤流速比，來使送入下燃燒器的氧化劑和煤的比隨負(fù)荷增加而增加。
18.一種煤氣化燃燒室發(fā)電系統(tǒng)，包括根據(jù)權(quán)利要求1的夾帶床氣化反應(yīng)器。
19.一種煤氣化組合式發(fā)電系統(tǒng)，包括根據(jù)權(quán)利要求1的夾帶床氣化反應(yīng)器。
全文摘要
即使負(fù)荷改變也可產(chǎn)生恒定組成的可燃性氣體。在夾帶床煤氣化反應(yīng)器的上下區(qū)設(shè)置有燃燒器，產(chǎn)品氣體的溫度在上區(qū)低、在下區(qū)高。上下區(qū)的體積隨負(fù)荷而變化，這樣，即使負(fù)荷改變，熱損失率也是恒定的。由于熱損失率保持恒定，和產(chǎn)品氣體的組成變化小，所以煤氣化發(fā)電系統(tǒng)的效率保持恒定。
文檔編號(hào)C10J3/48GK1132780SQ9511911
公開日1996年10月9日 申請(qǐng)日期1995年10月4日 優(yōu)先權(quán)日1994年10月5日
發(fā)明者森原淳, 工藤孝規(guī), 田中真二 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所, 巴布考克日立株式會(huì)社