常规的滤尘系统,如袋式滤尘装置,旨在从空气中或其他气体介质中滤除灰尘、脏土或其他固体颗粒。 然而在高温高压下从气化器中去除微粒固体物,如飞灰可以产生足够清洁的气流,以便循环回空气压缩机或动力回收涡轮机重复利用。
常规滤尘装置在高温下滤除飞灰的时候,气流通过滤尘器时会出现很大的压降;因为滤尘器易于出故障、塌垮和/或撕裂,稳定性差;并不断地将微细的飞灰带入滤尘器腔道。而且,收集在滤尘器中的飞灰因其粘附性很难从滤尘器腔道中清除。
本发明旨在克服现有技术中的这些问题。
申请人不知道任何本技术领域的技术人员判断为与本发明相同或使本发明显而易见的现有技术。然而为了充分说明本发明的背景和确定必要的现有技术状况,特提出下列技术文献:美国4,227,903号专利,3,256,679号专利,4,264,345号专利,4,220,457号专利,4,521,231号专利,4,344,781号专利和4,398,931号专利。
本发明的主要目的是在高温高压条件下从微粒物质与气体的混合物中分离出微粒物质。具体说,本发明涉及从煤气化器(下称气化器)所产生的合成气中去除飞灰。
较好地是,这类装置包括:将微粒物质与气体的混合物导入容器的设备;使混合物通过设置在容器内的滤尘器的设备,从而从气体中分离出微粒物质,并将气体分成两股气流,第一股大部分是微粒物质,第二股大部分为气体;将第一股气流与第二股气流分开并使第一气流地流速与第二气流的流速达到适当的比例的设备;和从容器中分别将第一气流和第二气流排出的设备。
实施这种分离的方法最好包括:将微粒物质与气体的混合物导入容器;使混合物通过设置在容器中的滤尘器,从而从气体中分离出微粒物质,并将气体分成两股气流,第一股大部分是微粒物质,第二股主要为气体;分开第一股气流和第二股气流,使第一股气流的流速与第二股气流的流速达到适当的比例;和从容器中分别排放第一和第二股气流。
构成本发明特点的各个新颖特征在权利要求书中具体地描述了,权利要求书为本发明公开的一部分。为了更好地理解本发明,了解它的操作优点和应用它而达到的目的,请参见附图及其说明,其中表明了本发明的几个较好的实施方案。
图1 表明了本发明的一个较好的实施方案。
图2 表明了本发明另一个较好的实施方案。
图3 表明了又一个本发明较好的实施方案。
气化器中在800-2000℃高温和大约1-200巴的压力并于氧气或含氧气体存在下部分燃烧碳质燃料,如煤,从而产生合成气。含氧气体包括空气、充氧空气和必要时以蒸气、二氧化碳气和/或氮气稀释了的氧气。
在本发明中,燃料和气体的混合气从进料器中排出,该进料器最好有若干个出口,每一出口至少与一个连接在气化器上的燃烧器相通。典型的是,气化器所带的燃烧器设置在径向相反的位置。一般燃烧器有其排放端,从而将最后得到的火焰和燃烧剂注入气化器。
煤气化生成煤气,称为合成气。这种合成气含一氧化碳和氢气,大部分为一氧化碳。同时还生成不同量的其他气体,例如二氧化碳气和甲烷,各种液体和固体物质,如细小的灰粒和碳粒,一般并在本文中统一定义为飞灰或飞渣。因为这类飞灰是在“还原”环境下产生的,所以一般其组成和性能都与燃烧锅炉在充分氧化环境下产生的飞灰不同。比如,从部分燃烧过程中产生的飞灰可能含元素铁,硫化物和积碳,这些成分一般在锅炉飞灰没有。
具体说本发明涉及在高温高压下从合成气中去除微细飞灰颗粒,从而产生可以循环回压缩机或动力回收涡轮机以重复利用的足够清洁气流和浓缩合成气的排换。完成此分离的机制是变换通过滤尘器上升的气流的速度的能力,从而使带入颗粒物质后滤尘效率降低的常规净上升气流分流。
再者,本发明还可以将含有应去除的颗粒的进气流分流的功能,从而仅使需要净化并循环回去的那部分气体通过滤尘器,结果使滤尘器清洗和/或更换的时间延长了。
本发明的一个优点是能从气流中去除微细的颗粒固体物质,从而使其足够清洁而能循环回压缩机或动力回收涡轮机。
本发明的另一个优点是能够将重新带入颗粒并因而滤尘效率降低的常规净上升气流分流。
本发明的又一个优点是能够将进气流分流,从而仅过滤压缩机和涡轮机需要的那部分气体,因此延长了滤尘器更换/停运之间的时间。
尽管下文描述本发明时主要描述了粉状煤和气化器,但根据本发明,该方法和装置也适用于催化剂和其他细碎的可部分燃烧的固体,如褐煤、无烟煤、沥青褐煤、积炭、油焦等。最好是这类碳质固体染料的尺寸应为90%(重量)的燃料颗粒的粒径小于6号筛(A.S.T.M)。
在笼统地描述了本发明的方法和装置以及它众多的优于现有技术的优点之后,下文将根据附图作更详细的描述。但是附图仅是方法流程性质的,图中未画出辅助设备,如泵、压缩机、清洁装置等。所有数值仅是示范或用于计算性质的。
参见附图的图1,在高温高压条件下从颗粒物质与气体的混合物中分离出微细颗粒(如粉状煤)的装置和方法一般包括:将混合物以与容器12成正切线的方向注入容器12的设备。混合物也可以与容器12成射线的方向注入,如图3所示。
采用正切线方向将混合物注入容器12时,如果由于方法失常而发生暂时高颗粒负载,突然的工艺变动可以粗略地从气体中分离出颗粒物质。但是在颗粒密度低并且颗粒物在滤尘器表面分布均匀的情况下,以射线方向将混合气注入容器12较可取。
将混合物通过设置在容器12内的滤尘装置,以此将颗粒从气体中分离出来,并将气体分成两股气流,第一股气流16大部分为颗粒,颗粒密度为例如每立方英尺1000粒,第二股气流15主要为气体,颗粒密度为例如每立方英尺1粒的设备包括将需过滤的混合物从加压源13注入,在此种情况下加压源为煤气化器。由于混合物中含有微细颗粒并且在高温高压条件下注入容器12,所以通过滤尘器后压力会迅速下降,因为颗粒吸附在滤器上使其难于清除。减少重新将颗粒带入腔道的可能并达到净下降流速降低压力和流动失常对滤尘器的影响。
滤尘设备可以用纤维材料或多孔、单片材料(陶磁、金属或塑料)制成,图中所示的架于支架18上的圆筒袋形滤尘器17仅是示范性的。袋状滤尘器之间的间隙50,例如1-6英寸,与所注入混合物中颗粒密度有关。
将第一、第二气流分开,达到所需要的第一气流和第二气流的流速比例,比如说2∶1-1∶10,的设备是以调节至少一股气流,最好是第二股气流15,以在一股或两股气流中达到选择的压力、温度或流速。
最好有选择地设置注入混合物的入口的位置并调节上述分流15和16以保持容器12中气体向其下部流动的平均速度。将颗粒从气体中分离出来很重要,因为高温下气体粘度增加,颗粒物质更经常地重新带入。
注入容器12的混合物曲折下行,向容器12的下部流动,然后用折流板14或本技术领域内熟知的其他方式使气流折返上行,向容器12的上部流动。使气流曲折下流到容器12的下部,然后再折返流向容器12的上部可以防止混合物注入容器12时发生短路并使混合物上行通过滤尘装置的把握更大。
采用诸如温度传感器20之类的设备测定混合物的温度。图中用虚线21所表示的信号传送到工艺控制器22。用工艺控制器22将测定的混合物的温度与预选的温度对比,调整混合物的温度,例如用从风源23向混合物中吹入选定温度气体。
另外混合物温度还可以在滤尘器以前流程中和风源13的以后的流速中设热交换器来调整。
混合物的典型温度是250℃。控制混合物温度的目的是防止高温损坏滤尘器的纤维材料。如果混合物的温度超过预定的温度,滤尘器纤维可能会损坏。
用设备30均匀取样或测定浑浊度的方法测定气流15的颗粒密度。用控制器22将测得的气流15的颗粒密度与预定的密度对比,再用调整气流15和气流16之间的流速比来调节气流15的颗粒密度,并可用与工艺控制器22相连的气体流速表41、40和28调节输入的混合物。
气流15的典型颗粒密度为每立方英尺1粒。控制混合气颗粒物质密度的目的是降低对滤尘器后面的设备,如涡轮机或压缩机,的污染和腐蚀。
用一种压差传感器35测定通过滤尘器17后的压差来确定滤尘器的清洁程度。用控制器22将测到的压差与预定的压差进行比较,以确定是否需要清洗滤尘器17,即从中将颗粒物质去除。典型地是,当压差达到0.5psig时,即要停止向容器12中注入混合物,从风源42以流速和压力都高于注入容器12的混合物的流速和压力向容器12中吹入加压气体,如合成气,来清洗滤尘器。过一般时间之后,停止清洗操作,从容器12中去除固体物质,恢复向容器12中注入混合物。
图2是本发明的一个实施方案,在该方案中混合物在所示容器12中的折流板51形成的环形区域50内以与容器12成正切线方向注入。
图3是本发明的一个实施方案,在该方案中混合物通过带孔的管道52以与容器12成射线的方向注入容器12。
尽管从气体中分离颗粒的本系统在图1中以分散形式分成独立的部分,但本专业技术人员易于想到将这些部分合成为一个单一的装置,或以目前最为方便的其他方式实施。并且,尽管在较好的实施方案中表明使用了电子工艺控制系统,但本专业技术人员可以想到本发明也可用手动控制装置有效地操作。
对本发明的上述描述仅在于对解释本发明,所描述的方法和装置的各种细节变化可以在不失于本发明的构思,在所附的权利要求的范围内做出。
在高温高压条件下从微粒物质与气体混合物中分离出微粒物质的方法,该方法包括:
-将微粒物质与气体的混合物导入容器,这种导入是在与容器成正切线的方向注入混合物;
-使混合物通过设置在容器内的滤尘器,从而从气体中分离出微粒物质,并将气体分成两股气流,第一股大部分是微粒物质,第二股大部分为气体;
-将第一股气流与第二股气流分开并使第一气流的流速与第二气流的流速达到适当的比例;
-让混合物在容器内从其上部曲折向下流;
-让混合物在容器内向其上部曲折向上流;
-测定混合物的温度,将测得温度与预选温度比较,并通过向混合物中注入达到选定温度的气体来调节混合物的温度;
-测定第二气流的微粒密度,将测得微粒密度与预选密度比较,并通过调节第一气流的流速与第二气流的流速的比例来调节第二气流的密度;
-测定经过滤尘器的压差;
-将测得压差与预选压差比较,通过以高于导入容器的混合物的流速和压力向容器中注入气体来从滤尘器中排除微粒物质,间断向容器中注入气体,并从容器中清除排除的微粒物质;
-将第二气流循环到动力回收设备;
-测定第二气流的流速,将测得流速与预选流速比较,并调节第一气流与第二气流的比例;
-测定第一气流的流速,将测得流速与预选流速比较,并调节第一气流与第二气流的比例;
-测定混合物的流速,将测得流速与预选流速比较,并调节第一气流与第二气流的比例;
-从容器中分别排放第一气流和第二气流。
在高温高压条件下从微粒物质与气体混合物中分离出微粒物质的方法,该方法包括:
-将微粒物质与气体的混合物导入容器,这种导入是在与容器与正切线的方向注入混合物;
-使混合物通过设置在容器内的滤尘器,从而从气体中分离出微粒物质,并将气体分成两股气流,第一股大部分是微粒物质,第二股大部分为气体;
-将第一股气流与第二股气流分开并使第一气流的流速与第二气流的流速达到适当的比例;
-让混合物在容器内从其上部曲折向下流;
-让混合物在容器内向其上部曲折向上流;
-测定混合物的温度,将测得温度与预选温度比较,并通过向混合物中注入达到选定温度并且低于混合物测定温度的气体来调节混合物的温度;
-测定第二气流的微粒密度,将测得微粒密度与预选密度比较,并通过调节第一气流的流速与第二气流的流速的比例来调节第二气流的密度;
-测定经过滤尘器的压差;
-将测得压差与预选压差比较,通过以高于导入容器的混合物的流速和压力向容器中注入气体来从滤尘器中排除微粒物质,间断向容器中注入气体,并从容器中清除排除的微粒物质;
-将第二气流循环到动力回收设备;
-测定第二气流的流速,将测得流速与预选流速比较,并调节第一气流与第二气流的比例;
-测定第一气流的流速,将测得流速与预选流速比较,并调节第一气流与第二气流的比例;
-测定混合物的流速,将测得流速与预选流速比较,并调节第一气流与第二气流的比例;
-从容器中分别排放第一气流和第二气流。
在高温高压条件下从微粒物质与气体混合物中分离出微粒物质的方法,该方法包括:
-将微粒物质与气体的混合物导入容器,这种导入是在与容器成正切线的方向注入混合物;
-使混合物通过设置在容器内的滤尘器,从而从气体中分离出微粒物质,并将气体分成两股气流,第一股大部分是微粒物质,第二股大部分为气体;
-将第一股气流与第二股气流分开并使第一气流的流速与第二气流的流速达到适当的比例;
-让混合物在容器内从其上部曲折向下流;
-让混合物在容器内向其上部曲折向上流;
-测定混合物的温度,将测得温度与预选温度比较,并通过调节第一气流和第二气流之间的流速比例来调节混合物的温度;
-测定第二气流的微粒密度,将测得微粒密度与预选密度比较,并通过调节第一气流的流速与第二气流的流速的比例来调节第二气流的密度;
-测定经过滤尘器的压差;
-将测得压差与预选压差比较,通过以高于导入容器的混合物的流速和压力向容器中注入气体来从滤尘器中排除微粒物质,间断向容器中注入气体,并从容器中清除排除的微粒物质;
-将第二气流循环到动力回收设备;
-测定第二气流的流速,将测得流速与预选流速比较,并调节第一气流与第二气流的比例;
-测定第一气流的流速,将测得流速与预选流速比较,并调节第一气流与第二气流的比例;
-测定混合物的流速,将测得流速与预选流速比较,并调节第一气流与第二气流的比例;
-从容器中分别排放第一气流和第二气流。
在高温高压条件下从微粒物质与气体混合物中分离出微粒物质的方法,该方法包括:
-将微粒物质与气体的混合物导入容器,这种导入是在与容器成正切线的方向注入混合物;
-使混合物通过设置在容器内的滤尘器,从而从气体中分离出微粒物质,并将气体分成两股气流,第一股大部分是微粒物质,第二股大部分为气体;
-将第一股气流与第二股气流分开并使第一气流的流速与第二气流的流速达到适当的比例;
-让混合物在容器内从其上部曲折向下流;
-让混合物在容器内向其上部曲折向上流;
-测定混合物的温度,将测得温度与预选温度比较,并通过调节第一气流和第二气流之间的流速比例来调节混合物的温度;
-测定第二气流的微粒密度,将测得微粒密度与预选密度比较,并通过调节第一气流的流速与第二气流的流速的比例来调节第二气流的密度;
-测定经过滤尘器的压差;
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-将第二气流循环到动力回收设备;
-测定第二气流的流速,将测得流速与预选流速比较,并调节第一气流与第二气流的比例;
-测定第一气流的流速,将测得流速与预选流速比较,并调节第一气流与第二气流的比例;
-测定混合物的流速,将测得流速与预选流速比较,并调节第一气流与第二气流的比例;
-从容器中分别排放第一气流和第二气流。
在高温高压条件下从微粒物质与气体混合物中分离出微粒物质的方法,该方法包括:
-将微粒物质与气体的混合物导入容器;
-使混合物通过设置在容器中的滤尘器,从而从气体中分离出微粒物质,并将气体分成两股气流,第一股大部分是微粒物质,第二股主要为气体;
-将第一股气流与第二股气流分开并使第一股气流的流速与第二股气流的流速达到适当的比例;
-从容器中分别排放第一气流与第二气流。
在高温高压条件下从微粒物质与气体混合物中分离出微粒物质的装置,该装置包括:
-将微粒物质与气体的混合物导入容器的设备,这种导入设备包括在与容器成正切线的方向注入混合物的设备;
-使混合物通过设置在容器内的滤尘器,从而从气体中分离出微粒物质,并将气体分成两股气流,第一股大部分是微粒物质,第二股大部分为气体的设备;
-将第一股气流与第二股气流分开并使第一气流的流速与第二气流的流速达到适当的比例的设备;
-让混合物在容器内从其上部曲折向下流的设备;
-让混合物在容器内向从其上部曲折向上流的设备;
-测定混合物的温度的设备,将测得温度与预选温度比较的设备,混合物温度调节设备包括向混合物中注入达到选定温度并低于混合物测得温度的气体的设备;
-测定第二气流的微粒密度的设备,将测得微粒密度与预选密度比较的设备,第二气流密度调节设备包括调节第一气流的流速与第二气流的流速的比例的设备;
-测定经过滤尘器的压差的设备;
-将测得压差与预选压差比较的设备,从滤尘器中排除微粒物质的设备包括以高于导入容器的混合物的流速和压力向容器中注入气体的设备,间断向容器中注入气体的设备,以及从容器中清除排除的微粒物质的设备;
-将第二气流循环到动力回收设备的设备;
-测定第二气流的流速的设备,将测得流速与预选流速比较的设备,以及调节第一气流与第二气流的比例的设备;
-测定第一气流的流速的设备,将测得流速与预选流速比较的设备,以及调节第一气流与第二气流的比例的设备;
-测定混合物的流速的设备,将测得流速与预选流速比较的设备,以及调节第一气流与第二气流的比例的设备;
-从容器中分别排放第一气流和第二气流的设备。
在高温高压条件下从微粒物质与气体混合物中分离出微粒物质的装置,该装置包括:
-将微粒物质与气体的混合物导入容器的设备,这种导入设备包括在与容器成正切线的方向注入混合物的设备;
-使混合物通过设置在容器内的滤尘器,从而从气体中分离出微粒物质,并将气体分成两股气流,第一股大部分是微粒物质,第二股大部分为气体的设备;
-将第一股气流与第二股气流分开并使第一气流的流速与第二气流的流速达到适当的比例的设备;
-让混合物在容器内从其上部曲折向下流的设备;
-让混合物在容器内向其上部曲折向上流的设备;
-测定混合物的温度的设备,将测得温度与预选温度比较的设备,混合物温度调节设备包括向混合物中注入达到选定温度的气体的设备;
-测定第二气流的微粒密度的设备,将测得微粒密度与预选密度比较的设备,第二气流密度调节设备包括调节第一气流的流速与第二气流的流速的比例的设备;
-测定经过滤尘器的压差的设备;
-将测得压差与预选压差比较的设备,从滤尘器中排除微粒物质的设备包括以高于导入容器的混合物的流速和压力向容器中注入气体的设备,间断向容器中注入气体的设备,以及从容器中清除排除的微粒物质的设备;
-将第二气流循环到动力回收设备的设备;
-测定第二气流的流速的设备,将测得流速与预选流速比较的设备,以及调节第一气流与第二气流的比例的设备;
-测定第一气流的流速的设备,将测得流速与预选流速比较的设备,以及调节第一气流与第二气流的比例的设备;
-测定混合物的流速的设备,将测得流速与预选流速比较的设备,以及调节第一气流与第二气流的比例的设备;
-从容器中分别排放第一气流和第二气流的设备。
在高温高压条件下从微粒物质与气体混合物中分离出微粒物质的装置,该装置包括:
-将微粒物质与气体的混合物导入容器的设备,这种导入设备包括在与容器成正切线的方向注入混合物的设备;
-使混合物通过设置在容器内的滤尘器,从而从气体中分离出微粒物质,并将气体分成两股气流,第一股大部分是微粒物质,第二股大部分为气体的设备;
-将第一股气流与第二股气流分开并使第一气流的流速与第二气流的流速达到适当的比例的设备;
-让混合物在容器内从其上部曲折向下流的设备;
-让混合物在容器内向其上部曲折向上流的设备;
-测定混合物的温度的设备,将测得温度与预选温度比较的设备,混合物温度调节设备包括调节第一气流和第二气流之间的流速比例的设备;
-测定第二气流的微粒密度的设备,将测得微粒密度与预选密度比较的设备,第二气流密度调节设备包括调节第一气流的流速与第二气流的流速的比例的设备;
-测定经过滤尘器的压差的设备;
-将测得压差与预选压差比较的设备,从滤尘器中排除微粒物质的设备包括以高于导入容器的混合物的流速和压力向容器中注入气体的设备,间断向容器中注入气体的设备,以及从容器中清除排除的微粒物质的设备;
-将第二气流循环到动力回收设备的设备;
-测定第二气流的流速的设备,将测得流速与预选流速比较的设备,以及调节第一气流与第二气流的比例的设备;
-测定第一气流的流速的设备,将测得流速与预选流速比较的设备,以及调节第一气流与第二气流的比例的设备;
-测定混合物的流速的设备,将测得流速与预选流速比较的设备,以及调节第一气流与第二气流的比例的设备;
-从容器中分别排放第一气流和第二气流的设备。
在高温高压条件下从微粒物质与气体混合物中分离出微粒物质的装置,该装置包括:
-将微粒物质与气体的混合物导入容器的设备,这种导入设备包括在与容器成正切线的方向注入混合物的设备;
-使混合物通过设置在容器内的滤尘器,从而从气体中分离出微粒物质,并将气体分成两股气流,第一股大部分是微粒物质,第二股大部分为气体的设备;
-将第一股气流与第二股气流分开并使第一气流的流速与第二气流的流速达到适当的比例的设备;
-让混合物在容器内从其上部曲折向下流的设备;
-让混合物在容器内向其上部曲折向上流的设备;
-测定混合物的温度的设备,将测得温度与预选温度比较的设备,混合物温度调节设备包括调节第一气流和第二气流之间的流速比例的设备;
-测定第二气流的微粒密度的设备,将测得微粒密度与预选密度比较的设备,第二气流密度调节设备包括调节第一气流的流速与第二气流的流速的比例的设备;
-测定经过滤尘器的压差的设备;
-将测得压差与预选压差比较的设备,从滤尘器中排除微粒物质的设备包括以高于导入容器的混合物的流速和压力向容器中注入气体的设备,间断向容器中注入气体的设备,以及从容器中清除排除的微粒物质的设备;
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-测定第一气流的流速的设备,将测得流速与预选流速比较的设备,以及调节第一气流与第二气流的比例的设备;
-测定混合物的流速的设备,将测得流速与预选流速比较的设备,以及调节第一气流与第二气流的比例的设备;
-从容器中分别排放第一气流和第二气流的设备。
在高温高压条件下从微粒物质与气体混合物中分离出微粒物质的装置,该装置包括的设备:
-将微粒物质与气体的混合物导入容器的设备;
-使混合物通过设置在容器中的滤尘器,从而从气体中分离出微粒物质,并将气体分成两股气流,第一股大部分是微粒物质,第二股主要为气体的设备;
-将第一股气流与第二股气流分开并使第一股气流的流速与第二股气流的流速达到适当的比例的设备;
-从容器中分别排放第一气流和第二气流的设备。