流化床氣化裝置及燃料供給方法與流程

2023-05-02 10:16:06

本發明涉及一種流化床氣化裝置及燃料供給方法，尤其涉及以預定的壓力穩定地供給燃料的流化床氣化裝置及燃料供給方法。

背景技術：

煤炭氣化(coalgasification)工藝是將煤炭注入氣化器而使其不完全燃燒，製造以co和h2為主成分的合成氣(syngas)後，通過氣體提煉工藝去除cos、h2s等硫化合物，利用合成-發電工藝生產合成天然氣(syntheticnaturalgas，sng)、合成石油(coaltoliquid，ctl)、化學製品及電力的工藝。

氣化工藝使用的原料除了包括煤炭之外，還可包括減壓渣油、生物質或廢料等低級原料，因此與現有煤炭火力發電等使用的燃燒鍋爐的反應不同，能夠抑制有害的排出氣體如硫酸氣體、硝酸氣體、二氧化碳的排出，屬於環保工藝，依靠豐富的煤炭埋藏量的氣化工藝能夠在一定程度上解決石油及天然氣資源不足的問題，因此作為能夠解決能源不足及能源安保問題的技術而備受關注，且正在積極進行如何應用的研究。

氣化器包括固定床氣化器(fixedbedgasifier)、流化床氣化器(fluidizedbedgasifier)及氣流床氣化器(entrainedflowgasifier)等。

流化床氣化器(fluidizedbedgasifier)相比其他方式的氣化器，氣化原料為乾式而從側面供給，以符合流化床運轉範圍的速度向氣化器的下方供給蒸汽或氧氣，從而能夠獲得均勻的溫度分布，反應速度快、高溫運轉，因此具有焦油或苯酚等的副產物能夠被分解的優點。

但是溫度太高會導致灰熔化而變得粘稠，無法形成流化床，因此運轉溫度應維持在粉煤灰的熔融點以下，因原料較短的滯留時間，存在未反應原料可能會與灰粉一起流出反應器的缺點。

尤其，因流化床氣化器中被供給的蓬鬆形(fluff-type)原料具有密度低而漂浮不會下沉的特徵，可能會產生將原料傳送到氣化器的原料供給倉的內部螺杆周邊缺少燃料的橋接現象。

圖1簡略地示出現有的流化床氣化器燃料供給裝置的結構。

如圖1所示，現有的流化床氣化器燃料供給裝置缺少在燃料倉倉1內部將固體燃料6強制移送到燃料供給管4處的裝置，fluff形態的固體燃料6因低密度而無法順利地供給至燃料供給管4中，因此產生橋接現象。橋接現象是固體燃料6無法被供給至螺杆處而導致燃料供給管4內螺杆周圍缺少燃料的現象。

並且，燃料倉1內的固體燃料6中一同含有作為低級燃料的廢料，其中，尤其塑料類會緊緊夾在螺杆之間、螺杆與燃料供給管4的內壁之間，可能會發生無法供給至流化床氣化器的現象。

另外，在流化床氣化器內部發生有助於燃料與空氣的順利接觸的流砂7在初期運轉時堵住燃料供給管4的流化床氣化器5處末端即燃料供給管插入部8的現象，因此，螺杆驅動馬達3停止旋轉，有可能成為機器故障的原因。

目前尚無解決這種問題的裝置，因此在頻繁的運行中斷和維護上耗費過多的努力和時間。

作為向流化床氣化器順利地供給原料的具體現有技術，可例舉圖2所示的授權專利公報第10-0896933號(授權日期：2009年5月1日)中公開的「具有利用木質系生物質資源的旋轉式加煤機氣化反應器的氣化系統」。

所述現有技術是能夠將多種大小的生物質資源用作原料的技術，包括傳送帶11、12、氣化反應器2、旋風分離器13的氣化系統具備用於防止燃料黏結的水套21；形成旋轉式加煤機40及灰材排出口31而易於回收灰材的灰材捕集部30；冷卻水流入口25、35以及排出口26、36。

但是，所述現有技術的局限在於，未提出能夠消除之前提到的橋接現象和塑料類夾住的現象及流砂堵塞燃料供給管插入部的現象的裝置。

現有技術文獻

授權專利公報第10-0896933號(授權日期：2009年5月1日)

技術實現要素：

(一)要解決的技術問題

因此，本發明是用於解決現有技術中存在的問題，本發明的目的在於提供一種能夠消除螺杆周邊缺少原料的橋接現象、低級燃料的形狀導致的夾在燃料供給管內部的現象及在燃料供給管插入部中發生的流砂堵塞現象，以便能夠將燃料順利地供給至流化床氣化器的裝置及方法。

(二)技術方案

用於達成所述目的的本發明的流化床氣化裝置包括：流化床氣化器，下部形成空氣流入口，且內置流砂；燃料儲存及注入部，由儲存投入到所述流化床氣化器的固體燃料的燃料倉、連接到燃料倉的第一壓縮空氣罐、設置在燃料倉與第一壓縮空氣罐之間的壓力調節閥、設置在燃料倉中的壓力計、粒子測定傳感器構成；燃料傳送部，由連接所述流化床氣化器與燃料倉的燃料供給管、內置於燃料供給管中的燃料傳送螺杆、螺杆驅動馬達、在燃料供給管的長度方向的一處以上分支出來的空氣注入管、通過空氣注入管與燃料供給管連接的第二壓縮空氣罐、設置在空氣注入管中的空氣注入閥構成。

此時，所述空氣注入管與燃料供給管形成的角度形成為空氣移動方向相對於燃料移動方向垂直時的角度與空氣移動方向相對於燃料移動方向相同而平行時的角度之間的預定角度，使空氣注入方向接近燃料移動方向，從而能夠順利地移動燃料。

並且，所述裝置還包括控制部，根據從所述粒子測定傳感器接收的信號值自動控制所述壓力調節閥，從而實現用於順利供給燃料的壓縮空氣的注入過程的自動化。

此時，更優選地，所述螺杆驅動馬達具備負荷測定器，所述控制部接收負荷測定器的負荷測定值並根據負荷測定值自動控制所述空氣注入閥，從而壓縮空氣的注入過程的自動化不僅能夠在連接到燃料倉的第一壓縮空氣罐中實現，還能在連接到燃料供給管的第二壓縮空氣罐中實現。

另外，本發明的流化床氣化器的燃料供給方法是利用流化床氣化裝置的燃料供給方法，所述流化床氣化裝置包括：流化床氣化器；燃料儲存及注入部，由儲存投入到所述流化床氣化器的固體燃料的燃料倉、連接到燃料倉的第一壓縮空氣罐、設置在燃料倉與第一壓縮空氣罐之間的壓力調節閥、設置在燃料倉中的壓力計、粒子測定傳感器構成；燃料傳送部，由連接所述流化床氣化器與燃料倉的燃料供給管、內置於燃料供給管的燃料傳送螺杆、螺杆驅動馬達、在燃料供給管的長度方向的一處以上分支出來的空氣注入管、通過空氣注入管與燃料供給管連接的第二壓縮空氣罐、設置在空氣注入管的空氣注入閥構成，所述燃料供給方法包括：第一步驟，檢查所述燃料倉與燃料供給器之間的粒子測定傳感器的信號，監視螺杆周邊是否發生缺少燃料的現象；第二步驟，當第一步驟中因粒子測定傳感器無供給而螺杆周邊發生缺少燃料的現象時，通過所述壓力調節閥改變壓力並將第一壓縮空氣罐內的壓縮空氣注入燃料倉內部。

此時，所述空氣注入管與燃料供給管形成的角度為空氣移動方向相對於燃料移動方向垂直時的角度與空氣移動方向相對於燃料移動方向相同而平行時的角度之間的預定角度，使空氣注入管的壓縮空氣注入方向最大限度地接近燃料供給方向，從而能夠更順利地進行燃料供給。

另外，所述裝置還包括控制部，接收所述粒子測定傳感器的信號並根據測定信號自動控制所述壓力調節閥，當粒子測定傳感器的信號中無燃料供給時，控制部能夠自動執行自動調節壓力調節閥的過程。

(三)有益效果

本發明具有如下效果。

第一，向燃料倉內部注入壓縮空氣來提高整體壓力，使得fluff形態的固體資源也被強制注入燃料供給管，從而能夠順利地供給燃料。

第二，還向燃料供給管注入壓縮空氣，從而即使使用塑料類或大粒子的固體原料，也能最大限度地抑制螺杆被夾住的現象。

第三，還向燃料供給管注入壓縮空氣，從而能夠消除運轉初期產生的流砂導致的燃料供給管插入部的堵塞現象。

第四，使得燃料倉及燃料供給線的壓縮空氣注入必要性探測和壓縮空氣注入過程全部實現自動化，通過全自動化系統實現順利的燃料供給，能夠顯著減少用於監視燃料供給的人力和時間等費用。

附圖說明

圖1是示出現有的流化床氣化器燃料供給裝置的示意圖，

圖2是示出具體的現有技術的示意圖，

圖3是示出本發明的流化床氣化裝置的基本實施例的示意圖，

圖4是示出本發明的流化床氣化裝置中增加控制部的實施例的示意圖，

圖5是示出本發明的流化床氣化裝置的多個空氣注入管及空氣注入閥和輔助控制部的示意圖，

圖6是示出空氣注入管與燃料供給管形成的角度的正剖面圖。

具體實施方式

本發明的實施例中提出的特定結構乃至功能性說明只是為了說明本發明概念的實施例而舉例說明的，因此能夠以多種形態實施本發明概念的實施例。並且，不應解釋為本發明限定於本說明書中說明的實施例，應理解為包括屬於本發明的思想及技術範圍內的所有變更物、等同物至替代物。

下面參照附圖對本發明進行詳細說明。

首先，觀察連接第一壓縮空氣罐13與第二壓縮空氣罐32的本發明的基本實施例後，說明當需要第一壓縮空氣罐13及第二壓縮空氣罐32的空氣時，通過控制部自動注入的實施例。

並且，本發明的流化床氣化器燃料供給方法幾乎與流化床氣化器燃料供給裝置相關的說明重複，因此最後簡要地說明。

如圖3所示，基本實施例中本發明的流化床氣化裝置，包括：流化床氣化器5，下部形成空氣流入口(未示出)且內置流砂7；燃料儲存及注入部10，由儲存投入流化床氣化器5的固體燃料6的燃料倉11、連接到燃料倉11的第一壓縮空氣罐13、設置在燃料倉11與第一壓縮空氣罐13之間的壓力調節閥14、設置在燃料倉11的壓力計12、壓力測定傳感器17構成；燃料傳送部30，由連接流化床氣化器5與燃料倉11的燃料供給管31、內置於燃料供給管31的燃料傳送螺杆(未示出)、螺杆驅動馬達35、在燃料供給管31的長度方向的一處以上分支出來的空氣注入管34、通過空氣注入管34與燃料供給管31連接的第二壓縮空氣罐32、設置在空氣注入管34上的空氣注入閥33構成。

在此，燃料倉11內部儲存有固體燃料6，一般，燃料倉11的位置優選配置在燃料供給管31的上部，以使固體燃料6能夠通過重力供給至燃料供給管31。但是，本發明中燃料倉11內的固體燃料6將第一壓縮空氣罐13內的壓縮空氣注入燃料倉11，從而能夠供給固體燃料6，因此並不是必需要將燃料倉11配置在燃料供給管31的上部。

燃料供給管31是沿著長度方向長長地形成的管，一端插入流化床氣化器5，另一端連接到螺杆驅動馬達35。燃料供給管31並不一定要形成為如圖3所示的水平方向，為了易於燃料供給，可設置成高度沿著燃料移動方向逐漸降低而傾斜。

燃料倉11內部的fluff固體燃料6因密度低且原料之間的凝聚性及黏性而發生前述的螺杆周邊缺少燃料的現象，這種情況下，將第一壓縮空氣罐13內的壓縮空氣注入燃料倉11。

這時，螺杆周邊缺少燃料的現象可通過感測(sensing)燃料供給有無來確認，優選地，當未發生燃料供給時，通過調整連接第一壓縮空氣罐13與燃料倉11的壓力調節閥14而在燃料倉內形成壓力梯度，從而立即解決螺杆周邊缺少燃料的現象，順利地供給原料。

通過粒子測定傳感器17確認燃料供給有無，調整連接第一壓縮空氣罐13與燃料倉11的壓力調節閥14，根據燃料倉內形成的壓力梯度來解決螺杆周邊缺少燃料的現象，能夠順利地供給原料。

該過程可通過後述的控制部50自動執行。對於控制部50，將在後面說明。

基本實施例中，空氣注入管34可以是如圖3所示的一個，也可以是如圖5所示的多個。還包括：第二壓縮空氣罐32，通過空氣注入管34連接燃料供給管31的一個部位上的第二壓縮空氣罐32；空氣注入閥33，設置在燃料供給管31與第二壓縮空氣罐32之間，即空氣注入管34中，從而當燃料供給管31內部發生堵塞現象時，能夠將壓縮空氣直接注入燃料供給管31來消除堵塞現象。

燃料供給管31內部的堵塞現象大致可分為基於固體燃料6形態的堵塞現象和燃料供給管插入部8中發生的流砂7的堵塞現象。

氣化器的燃燒過程中使用的原料還包括廢料或生物質等低級燃料，因此燃料倉供給的燃料中可混有fluff形態塑料類等物質。此時，尤其塑料類的物質會夾在燃料供給管31內部的螺杆與燃料供給管31內壁之間而導致螺杆的停止或燃料供給的停滯，在此，若注入壓縮空氣的同時一起驅動螺杆，則僅通過螺杆無法移動的塑料類等物質會被壓縮空氣推動而移動到流化床氣化器5處。

此時，優選地，分別設置多個連接燃料供給管31與第二壓縮空氣罐32的空氣注入管34-1、34-2、34-3、34-4、34-5與空氣注入閥3-1、3-2、3-3、3-4、3-5，且沿著燃料供給管31的長度方向，與空氣注入管31的兩個以上的部位連接，從而能夠向最靠近最需要注入空氣的部位的空氣注入管31注入空氣，更有效地通過注入空氣來消除固體燃料的堵塞。如圖5所示，一個第二壓縮空氣罐32連接多個空氣注入管34-1、34-2、34-3、34-4、34-5，以能夠向燃料供給管31的各不相同的部位注入空氣。

此時，每個空氣注入管34-1、34-2、34-3、34-4、34-5中都具備空氣注入閥33-1、33-2、33-3、33-4、33-5，從而能夠調整空氣注入和空氣阻斷。

並且，設置多個空氣注入管34-1、34-2、34-3、34-4、34-5，此時空氣注入管34-1、34-2、34-3、34-4、34-5與燃料供給管31形成的角度優選為空氣移動方向相對於燃料移動方向垂直時的角度與空氣移動方向相對於燃料移動方向相同而平行時的角度之間的預定角度。

即，相比空氣注入管34-1、34-2、34-3、34-4、34-5與燃料供給管31垂直形成，空氣注入管34-1、34-2、34-3、34-4、34-5的空氣注入方向與燃料供給管31內燃料移動的方向形成幾乎平行的角度時，注入同等壓力和同等量空氣時，能夠更順利地實現燃料供給。

圖6中示出了燃料供給管31與空氣注入管34-1、34-2、34-3、34-4、34-5形成的角度的優選實施例。

如圖4及圖5所示的實施例，其次可行的優選實施例為，根據燃料倉11內的壓力計12的測定值或驅動馬達35的負荷，第一壓縮空氣罐13或第二壓縮空氣罐32內的壓縮空氣自動地注入燃料倉11或燃料供給管31的內部。

用粒子測定傳感器確認燃料供給有無，並調整連接第一壓縮空氣罐13與燃料倉11的壓力調節閥14，從而根據燃料倉內形成的壓力梯度解決螺杆周邊缺少燃料的現象，以順利地供給原料，因此幾乎能夠完全解決現有的問題點。

並且，向燃料供給管31注入壓縮空氣時，相比燃料供給管31內部已發生燃料供給停滯的現象之後注入空氣，若能在驅動馬達35的負荷開始增加時注入空氣，則能夠預防驅動馬達35的損傷，而且能更順利地實現原料的供給。

因此，優選地，還應包括根據粒子測定傳感器的信號自動地控制壓力調節閥14的控制部50，如圖4及圖5所示，螺杆驅動馬達35具備馬達負荷測定器36，控制部50可接收馬達負荷測定器36的負荷測定值並根據負荷測定值自動地控制空氣注入閥33(33-1、33-2、33-3、33-4、33-5)。

並且，為了空氣注入閥33(33-1、33-2、33-3、33-4、33-5)的順利的自動控制，還可具備向空氣注入閥33(33-1、33-2、33-3、33-4、33-5)發出控制命令的輔助控制部51。

並且，利用沿著燃料供給管31的長度方向連接到多處的空氣注入管34(34-1、34-2、34-3、34-4、34-5)，開放最需要注入空氣的部位的空氣注入管34(34-1、34-2、34-3、34-4、34-5)並注入空氣。最需要注入空氣的部位可根據驅動馬達35的負荷程度來判別，但這種情況下，最需要注入空氣的部位應該是燃料供給管31發生內部卡住的部位，可能會需要開放內部。

但是，這種情況也依次逐步地注入空氣，從而能夠使容易卡在螺杆中的燃料順利地移送到氣化器。即，當存在僅通過空氣的注入才能移送的燃料時，從圖5的最左側的空氣注入管34-1開始到最右側的空氣注入管34-5，逐步地注入空氣，從而能夠移送到氣化器內部。

以上說明了本發明的流化床氣化器裝置。本發明的流化床氣化裝置燃料供給方法與前述的內容全部重複，因此以前述說明替代。

以上說明的本發明並不限定於前述的實施例及附圖，本發明所屬技術領域的普通技術人員能夠明確理解，在不脫離本發明技術思想的範圍內可進行多種替換、變形及變更。

附圖說明標記

1：燃料倉2：燃料供給閥

3：螺杆驅動馬達4：燃料供給管

5：流化床氣化器6：固體燃料

7：流砂8：燃料供給管插入部

10：燃料儲存及注入部11：燃料倉

12：壓力計13：第一壓縮空氣罐

14：壓力調節閥17：粒子測定傳感器

30：燃料傳送部31：燃料供給管

32：第二壓縮空氣罐

33、33-1、33-2、33-3、33-4、33-5：空氣注入閥

34、34-1、34-2、34-3、34-4、34-5：空氣注入管

35：驅動馬達36：馬達負荷測定器

50：控制部51：輔助控制部