使用多噴嘴輸送氣體的流化床的制作方法
【專利說明】使用多噴嘴輸送氣體的流化床
相關(guān)專利的交叉引用
[0001]本申請(qǐng)要求于2013年3月15日提交的、申請(qǐng)?zhí)枮?1/786，599的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，該臨時(shí)專利申請(qǐng)通過引用整體納入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本申請(qǐng)涉及一種使用流化床反應(yīng)器的流化床。本發(fā)明尤其涉及一種用于流化床的裝置，其利用多噴嘴將氣體引入流化床區(qū)域，本發(fā)明還涉及流化方法。
【背景技術(shù)】
[0003]煤氣化是將含碳材料如煤等轉(zhuǎn)換成主要包括一氧化碳(CO)和氫氣(H2)的合成氣或合成氣體的過程。綜合能源系統(tǒng)流化床氣化器("SES氣化器〃)，正如在美國(guó)專利申請(qǐng)N0.13/532，769中所描述的，常用于含碳材料的氣化。
[0004]圖1所示為SES流化床氣化器的基本結(jié)構(gòu)，其包括一容器，該容器容納位于被氣化的固體材料的流化床I上面的頂部空間2，位于所述床下方的錐形多孔氣體分布格柵7，通過該氣體分布格柵7以足夠的速度引入氣化介質(zhì)以流化氣化器中的固體物料。含碳進(jìn)料，通常作為較小的顆粒，被傳送至氣體分布格柵7上部。蒸汽和氧化劑(無論空氣或氧氣)從氣體分布格柵7之下被傳送以用來流化和部分氧化固體進(jìn)料。
[0005]緊接著在格柵下面、以及其他結(jié)構(gòu)上面(通常是一個(gè)或多個(gè)另外的容器，用于灰分冷卻和處理等)，是一個(gè)空的“增壓”空間4。氣化介質(zhì)(蒸汽和/或氧氣)從增壓空間4穿過氣體分布格柵7被引入到氣化器。
[0006]位于格柵錐體底部中心區(qū)域的通道例如管道6 ( “中心噴射管”)，將氧化劑和稀釋氣體引入至流化床。該中心噴射管6的氣體速度通常比流化床I中的氣體平均表觀速度大。在該中心噴射管周圍提供包括環(huán)形通道的排灰裝置5，用來移除成團(tuán)的煤灰，并用來提供額外的氣體，比如蒸汽，所述氣體用來冷卻并保護(hù)中心噴射管6。該排灰裝置5通常被配置為包括在該通道的上部對(duì)灰分顆粒進(jìn)行分類的文氏管(venture)裝置3。
[0007]高速中心噴射管是附圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)氣化器的重要特征。相比于通過氣體分布格柵提供的氧氣濃度，通過中心噴射管提供到流化床的氣體流具有更高的氧氣濃度。該較高的氧氣濃度導(dǎo)致流化床中心區(qū)域的原料被更多地氧化，從而使得中心區(qū)域相比于流化床其他部位具有更高的溫度。
[0008]圖2為容器內(nèi)側(cè)底部的俯視圖，展示了位于錐形氣體分布格柵3中心的環(huán)形空間I，形成為排灰管道，通過該排灰管道，灰分從氣化器中落下，還展示了中心噴射管2的入口孔，氣體流從所述入口孔被提供至流化床。
[0009]通常希望氣化器能夠以盡可能高的性能來工作。提高進(jìn)料被傳送至流化床區(qū)域的速度是最常見的提高氣化器性能的方式。增加的進(jìn)料導(dǎo)致流化床深度增加，并且相應(yīng)地，需要的蒸汽和氧化劑的數(shù)量也必須增加，以保持床的流化并保證發(fā)生充分的氧化，從而維持氣化器的操作溫度。
[0010]然而，由于氣體分布格柵孔的氣體流率(throughput)的限制，更多的流化氣體需要被傳送至中心噴射管。因此，中心高溫區(qū)域可能具有比最優(yōu)溫度更高的溫度，從而導(dǎo)致灰分過度結(jié)塊，產(chǎn)生大灰分顆粒，從而影響灰分從氣化器中排出。為了防止這種灰分過度結(jié)塊，被傳送至中心噴射管的氣體數(shù)量必須降低，但這會(huì)導(dǎo)致氣化器的操作溫度降低，并進(jìn)而導(dǎo)致氣化器的進(jìn)料轉(zhuǎn)換率降低。
[0011]進(jìn)一步地，通過中心噴射管道傳送的氣體數(shù)量增加，必然意味著氣體速度增加，導(dǎo)致中心射流穿透深度不相稱地變大。如果該穿透深度大于流化床的深度，氣體將不能和床體內(nèi)的顆粒有效混合，從而降低了氣化效率。
[0012]上述氣化器面臨的另一個(gè)問題是流化床格柵和中心噴射管道6的維修或保養(yǎng)。為了維修或保養(yǎng)該中心噴射管道6，排灰裝置5必須首先被移出，由于在排灰裝置下部連接有其他容器，使得該移出非常困難。
[0013]因此，需要有一個(gè)系統(tǒng)和方法以解決中心噴射管道的問題，而不影響氣化器性能和保養(yǎng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]如上所述，本發(fā)明涉及一種改進(jìn)的向流化床區(qū)域提供流化介質(zhì)的裝置和方法。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，本發(fā)明中將流化介質(zhì)引入至流化床反應(yīng)器的裝置包括容器，該容器限定了流化床區(qū)域，并且其中加入固體進(jìn)料；容納于所述容器較下部位的氣體分布格柵，通過該氣體分布格柵將第一流化介質(zhì)引入以流化固體進(jìn)料；多個(gè)噴嘴(jets)，設(shè)置為穿過(posit1ned through)氣體分布格柵，通過所述噴嘴將第二流化介質(zhì)引入至流化床區(qū)域以流化固體進(jìn)料。
[0015]在所述裝置的一個(gè)實(shí)施方式中，所述多個(gè)噴嘴相對(duì)于氣體分布格柵的中心對(duì)稱間隔設(shè)置(symmetrically spaced from the center of the gas distribut1n grid) 0
[0016]在所述裝置的一個(gè)實(shí)施方式中，所述裝置還進(jìn)一步包括一分配總管(distribut1n header)，其中所述多個(gè)噴嘴的每一個(gè)連接于所述分配總管，所述分配總管連接于所述第二流化介質(zhì)的源頭。
[0017]在所述裝置的一個(gè)實(shí)施方式中，增壓空間位于所述氣體分布格柵的下方，并且所述分配總管位于所述增壓空間內(nèi)。
[0018]在一個(gè)實(shí)施方式中，所述多個(gè)噴嘴的每一個(gè)通過凸緣連接于所述分配總管。
[0019]在所述裝置的一個(gè)實(shí)施方式中，所述第二流化介質(zhì)包括高氧濃度氣體，所述高氧濃度氣體包括氧氣、或者氧氣和蒸汽的混合氣體。
[0020]在一個(gè)實(shí)施方式中，所述多個(gè)噴嘴的每一個(gè)的氣體速度大于流化床內(nèi)氣體的平均表觀速度。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面，某個(gè)實(shí)施方式還進(jìn)一步提供了一種流化床反應(yīng)器，其包括根據(jù)本發(fā)明第一方面所述的用于引入流化介質(zhì)的裝置。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述流化床反應(yīng)器可以是煤氣化器。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)方面，某個(gè)實(shí)施方式還提供了一種流化方法，所述方法包括通過多個(gè)噴嘴將第二流化介質(zhì)引入至流化床區(qū)域以流化固體進(jìn)料，其中，所述流化床區(qū)域由容器限定，該容器中加入固體進(jìn)料，氣體分布格柵容納于所述容器的較下部位，通過所述氣體分布格柵將第一流化介質(zhì)引入以流化固體進(jìn)料，多個(gè)噴嘴連接于流化介質(zhì)的源頭并設(shè)置為穿過氣體分布格柵。
[0023]在所述方法的一個(gè)實(shí)施方式中，所述多個(gè)噴嘴相對(duì)于氣體分布格柵的中心對(duì)稱間隔設(shè)置。
[0024]在所述方法的一個(gè)實(shí)施方式中，所述多個(gè)噴嘴的每一個(gè)連接于分配總管，并且所述分配總管連接于第二流化介質(zhì)的源頭。
[0025]在所述方法的一個(gè)實(shí)施方式中，增壓空間位于所述氣體分布格柵的下方，并且所述分配總管位于所述增壓空間內(nèi)。
[0026]在所述方法的一個(gè)實(shí)施方式中，所述多個(gè)噴嘴的每一個(gè)通過凸緣連接于所述分配總管。
[0027]在所述方法的一個(gè)實(shí)施方式中，所述多個(gè)噴嘴的每一個(gè)的氣體速度大于流化床內(nèi)氣體的平均表觀速度。
[0028]通過參考下面的附圖和描述，本發(fā)明的上述和其它特征以及獲得和使用它們的方式將變得更加明顯，并且將得到最好的理解。
【附圖說明】
[0029]圖1所示為本領(lǐng)域流化床氣化器的基本結(jié)構(gòu)。
[0030]圖2所示為本領(lǐng)域流化床氣化器中容器內(nèi)側(cè)底部的俯視圖。
[0031]圖3所示為本發(fā)明的一【具體實(shí)施方式】，其具有將氣體流傳送至流化床區(qū)域的多個(gè)噴嘴。
[0032]圖4所示為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式的流化床氣化器中的容器內(nèi)側(cè)底部的俯視圖，展示了多個(gè)噴嘴穿過氣體分布格柵的設(shè)置情況。
[0033]圖5所示為根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的流化床氣化器中的容器內(nèi)側(cè)底部的俯視圖，展示了多個(gè)噴嘴穿過氣體分布格柵的設(shè)置情況。
[0034]圖6所示為本發(fā)明的另一【具體實(shí)施方式】，其中圖6展示了管道結(jié)構(gòu)的更多細(xì)節(jié)，這些管道和將氣流傳送至流化床區(qū)域的多個(gè)噴嘴連接。
【具體實(shí)施方式】
[0035]附圖3所示為本發(fā)明的一個(gè)【具體實(shí)施方式】。根據(jù)用于將流化介質(zhì)引入至流化床反應(yīng)器的裝置的一個(gè)實(shí)施方式，所述流化床氣化器包括容器，該容器容納限定了其中加入有固體進(jìn)料的流化床區(qū)域I以及位于流化床I上部的頂部空間2。氣體分布格柵7容納在所述容器的較低部位，并限定了流化床I的底部表面。穿過氣體分布格柵7，第一流化介質(zhì)例如蒸汽和/或氧氣被引入以流化氣化器中的固體進(jìn)料。含碳進(jìn)料例如煤被轉(zhuǎn)化成主要包含一氧化碳和氫氣的合