CN1040263A - 从湿燃料发生蒸汽的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本文介绍从湿燃料中发生蒸汽的方法和设备。其中，引入湿燃料与过热蒸汽直接接触，由此从该燃料中蒸发水分。引入蒸汽与热的热载体接触，使该蒸汽过热。引入热载体与通过燃烧干燃料产生的可燃气体直接接触，加热该热载体，该热载体用来过热该蒸汽。

Description

本发明涉及从燃料发生蒸汽，更具体地说，涉及下述方法，即利用在加热炉中燃烧干燃料产生的可燃气的热能来干燥该湿燃料。该过程中产生的能量可以以蒸汽形式加以利用，该方法可用于任何具有高含水率的可燃固体有机燃料（如树皮和泥煤），或者可用于淤泥（如废制浆液）等。

为了回收化学制品和发生汽，通常在回收炉内燃烧通称为黑液的废制浆液。回收的黑液有机化合物呈熔炼物的形式，该熔炼物可再生，形成制浆液。通过传热元件如充水管除去可燃气的热量，其中充水管中的水通过间接热交换转化为蒸汽。从加热炉排放的可燃气热含量可用来直接热交换，经蒸发浓缩黑液。在此过程中，具有干固体含量为约55%的产品转化为干固体含量为65-70%的产品。然而，该方法涉及有关热的经济性及环境问题等缺点。

为了避免由于可燃气和黑液之间直接接触所产生的缺点，已有人提议，如加拿大专利917858号所介绍的在串联蒸发器中，将黑液与循环蒸汽流直接接触，使其浓缩至干固体含量为65-70%，该循环蒸汽流通过与来自回收加热炉的可燃气体间接接触而过热。该回收加热炉是按常规设计的，装有充水管。在常规系统中，供给串联蒸发器的黑液已浓缩至颇高的干固体含量。

本发明的目的之一是在本发明的方法和设备中省掉所有静止的液体冷却传热表面。

本发明的目的之二是在湿燃料与传热表面不直接接触下，实现从湿燃料中除去水。

本发明的目的之三是通过从湿燃料的水分发生蒸汽，基本上省掉加热炉的给水系统。

根据本发明的方法和设备，包括下述步骤：（a）通过湿燃料与过热蒸汽直接接触，从湿燃料中蒸发水分，由此产生干燃料和饱和蒸汽;（b）通过该蒸汽与热的热载体直接接触，使至少一部分该饱和蒸汽被过饱和，由此产生冷的热载体;（c）通过该冷的热载体与由燃烧步骤（a）的干燃料产生的可燃气直接接触，加热该冷的热载体;（d）该加热的热载体用作步骤（b）的载热体。

本发明的优点是，在该过程中产生的蒸汽来自湿燃料。由于本发明的方法和设备中的燃料可以利用任何可燃物质，因此，该燃料可以是任何可燃物质，如木质渣和树皮、淤泥、石油加工废料、纸浆和纸浆处理中产生的浆、药物生产中产生的残渣，当然也可以用含碳物质，如煤。湿燃料的干固体含量并不重要，只要干燃料的热含量足以从湿燃料中排除水分，并且该燃料在无助燃物的情况下能燃烧就行。如果在该燃料燃烧之前，其热含量不足以蒸发该燃料的水分，仍可通过下述方法补充该燃料的热含量，即在加热炉中添加其他可燃物质，或采用多效蒸发技术除去部分水分，或者联用上述两种方法。可以理解到这种改进是本发明的一部分。

本发明的方法和设备还可便利地用作可移动操作，可按需要移至任何指定位置并进行操作。这样，可在该位置获得具有干固体含量约15%的泥煤，并且按本发明的方法就所得处在设备内进行燃烧。将湿泥煤引进蒸发器或锅炉，与过热蒸汽直接接触，从湿泥煤中蒸发水分，由此产生干泥炭沼和饱和蒸汽，该蒸汽可用来驱动发电的透平机。该饱和蒸汽与热的热载体直接接触，过热一部分饱和蒸汽，结果形成过饱和蒸汽和相应的冷的热载体。此后，该冷的热载体与可燃气接触（该可燃气是通过燃烧蒸发阶段的干泥煤而产生的）。该热的热载体用来产生如上所述的来自饱和蒸汽的过饱和蒸汽。

因此，当该方法用于泥煤时，有可能采用干固体含量为12-15%的压制泥煤，无需预干燥。该干泥煤的热含量为3500-4000Kcal/kg，这意味着可以产生约6-7kg正常蒸汽/kg干燃料。因此，有可能从约7-8kg湿燃料发生约6-7kg蒸汽。通过加工废制浆液可达到同样的结果。

下面结合附图，说明本发明的最佳实施例，用以更详细地介绍本发明。

图1表示实施本发明方法的一个实施例的系统流程图。

图2表示本发明方法和设备的另一实施例的流程图。

如图1所示，将湿燃料（如黑液）通过管道2引进立式蒸发器或锅炉6的顶部，通过任何适宜装置（如分布器4），以细分形式均匀地分布。然后，通过入口8引入温度为约400℃的过热蒸汽，该入口8位于加压蒸发器的下部。至少可除去一部分过热蒸汽以供外用，例如用于驱动透平机。该蒸汽与从分布器装置向下流的湿燃料以逆流直接接触，流过该蒸发器。由于过热蒸汽直接接触湿燃料，通过蒸发，把过热蒸汽转化为温度约为250℃、压力约为40巴的饱和蒸汽，从而除去了黑液的水分。该蒸汽包含从黑液蒸发的水分。该黑液和从其中去除的水分一起通过出口10排出，并且通过管道12流向加热炉14，出口10位于蒸发器的底部。从蒸发器6排放的蒸汽通过管道20供给受压洗涤器18。该饱和蒸汽通过入口22引进洗涤器18，入口22位于该洗涤器的下部。在洗涤器18中，该饱和蒸汽与温度为约500℃的惰性热的热载体直接接触，被过热至温度约400℃。该热载体可以是任何吸收热量的惰性物料，即不与其他操作反应剂或组分反应，或者由此变换，或反之亦然。适宜的惰性热载体的实例是热稳定油，液体金属、固体金属、砂和陶瓷材料，如颗粒耐火材料，该材料可被加热到至少约450-500℃而不分解或不发生显著的结构变化。

该热的热载体通过管道24，经配置在洗涤器顶部的分布器装置26供给洗涤器18。洗涤器18随蒸发器6而升压，饱和蒸汽与从分布器装置26均匀分布向下流的热的热载体以逆流直接接触，流过洗涤器18。该过热蒸汽经位于洗涤器顶部的出口18排入，通过连接洗涤器出口28至蒸发器入口8的管子30，通向蒸发器6，把热量传递给饱和蒸汽。通过将热量传递给饱和蒸汽而冷却至约300℃的热载体在洗涤器18的底部得到收集，并经洗涤器底部的出口32排出，通过管道34流向配置在烟囱式洗涤器38的分布器装置26。可以理解到，分布器装置4、26和36的结构（如为喷嘴或转盘）取决于本发明方法所用的各种燃料和热载体。为了增加燃料和热载体各自的接触表面，最好将这两种材料通过相应的反应容器，如蒸发器6、洗涤器18和烟囱式洗涤器38，以细分形式均匀分布。

在烟囱式洗涤器38底部引进的来自加热炉14的可燃气，与从分布器36流下的热载体以逆流直接接触，由此将该热载体加热至温度为约500℃，然后，该热的热载体通过位于烟囱式洗涤器底部的出口40，从该洗涤器排出，通过管道24流向洗涤器18。

如上所述，洗涤器18和蒸发器6最好加压，而加热炉14和烟囱式洗涤器38接近常压。该烟囱式洗涤器38可以是流态化床装置，最好是循环式流态化床，其中，可燃气与惰性热载体直接接触，把热量传递给惰性热载体，该热的热载体可以从流态化床排出，冷的热载体可视需要返回流态化床。

如图2所示，温度为约300℃的冷的热载体通过洗涤器18的出口32从洗涤器排出，经阀46和管道56引进循环流态化床室50。最好采用来自加热炉（图中未示）的可燃气体作为该热载体的流化气。该可燃气通过管子60引进流态化床室50的底部。正如图1所介绍的，在蒸发器6中干燥的燃料通过出口10排出，经阀48，通过管道12传递到加热炉（图2中未表示）。如上所述，最好采用来自加热炉的可燃气作为循环流态化床的流化气。在流态化床室50中，该热载体从可燃气中提取热量。夹带在可燃气中的加热的热载体离开室50，按已知方法在分离器52中进行分离，流化气体由此通过出口62排放，热载体通过管子64再循环至室50的底部。加热的热载体可从该循环流态化床排出，并通过管道56引入洗涤器18。在洗涤器18和蒸发器6处于加压情况下，该热载体经泵54引进洗涤器18，该泵可以是旋转螺杆泵。该热载体（如砂）还可用热稳定液体作载体进行流化，以便用离心力泵送。在达到要求的压力之后，该流化液体可在热载体到达分布器26之前排除，此后，除去的流化液体返回泵54的吸引端。

蒸发器、洗涤器、烟囱式洗涤器和流态化床的结构零件都属标准技术，不必进一步论述了。

将热的热载体从烟囱式洗涤器38（循环流态化床50、52）输送到洗涤器18的泵42和54，以及循环蒸汽的风机44也都属于常规设计，均不作进一步介绍。

当然，可以采用任何适宜的输送热载体和燃料的装置，如螺旋给料器。还可理解到，若仅用来产生水，该方法可以在常压下进行。如果在常压下实现该方法，必需添置输送装置，例如管道12上的泵用来把干燃料输送到加热炉14，管道34上的泵用来把热载体输送到烟囱式洗涤器38。

所介绍的黑液发生蒸汽和回收化学制品的系统与常规回收炉和蒸发器相比，其优点在于：（a）该黑液可浓缩至干固体含量高达100%;（b）在蒸发器中与黑液接触时无需传热表面;（c）在回收加热炉中没有用水冷却的表面;和（d）不需要自由水分系统。

水冷式回收炉的最严重缺点在于总有水泄漏的危险。当水漏入熔炼物中时，通常导致强烈爆炸，破坏设备和伤及操作人员。由于本发明的加热炉中没有管子，因此对加热炉的结构设计的限制较少，可以不考虑这些要求而构制该加热炉，并根据其设计参数设置循环水/蒸汽交换介质。

本发明的设备和方法的上述优点不仅用来加工黑液，而且用来加工其他适宜的燃料，如泥煤、工业废料和淤泥。

尽管已图解说明和介绍了本发明的具体实施例，用以说明本发明的主题，但应理解到本发明可以包括不背离本主题的其它方面。因此，本发明可结合加压混合循环应用，而不采用充水传热表面。在某些情况下，例如，如果热载体易被烟囱式洗涤器中的气流夹带，那么最好使热载体与可燃气以相同的方向流动。然后，该热载体在烟囱式洗涤器的下端被引进，在连接于烟囱式洗涤器上端的旋风分离器中与该气体分离。根据需要，一部分热载体还可以再循环到烟囱式洗涤器。

为了克服加压洗涤器18中的压力，可从烟囱式洗涤器38借以任何适宜的输送装置（如螺旋给料器）通过管道24供给该热载体。另外，如果把熔炼物作为热载体，则可用陶瓷泵输送来自回收炉的热熔炼物。

应该理解到，以上所述的最佳实施例和实例仅仅为了说明本发明，并非限制本发明的范围，只是在权利要求中对本发明范围作了严格规定。

Claims (19)

1、一种从湿燃料发生蒸汽的方法，其特征在于该方法包括下述步骤：

(a)引入湿燃料与过热蒸汽直接接触，从所述湿燃料中蒸发水分，由此产生干的燃料和饱和蒸汽；

(b)引入所述饱和蒸汽与热的热载体直接接触，过热至少一部分所述饱和蒸汽，由此产生冷的热载体；

(c)引入所述冷的热载体与步骤(a)中燃烧所述干燃料产生的可燃气接触，加热该冷的热载体；和

(d)用所述加热的热载体作为载热体用于步骤(b)中所述蒸汽。

2、根据权利要求1所述方法，其中所述湿燃料是废制浆液。

3、根据权利要求1所述方法，其中所述湿燃料是固体燃料。

4、根据权利要求1所述方法，其中所述热载体是陶瓷材料。

5、根据权利要求1所述方法，其中所述热载体是砂。

6、根据权利要求1所述方法，其中所述燃料与步骤（a）中的蒸汽逆流流动。

7、根据权利要求1所述方法，其中所述热载体与步骤（b）中的蒸汽逆流流动。

8、根据权利要求1所述方法，其中所述热载体与步骤（c）中的可燃气逆流流动。

9、根据权利要求1所述方法，其中所述湿燃料被干燥至干固体含量为约100%。

10、根据权利要求3所述方法，其中所述固体燃料是泥煤。

11、一种从湿燃料发生蒸汽的设备，其特征在于该设备包括：

（a）从湿燃料蒸汽水分的装置，它构成第一室，把湿燃料引进所述第一室的装置;从所述第一室排放蒸汽的装置;从所述第一室排出干燃料的装置;以及把过热蒸汽引进所述第一室的装置，引进的过热蒸汽与所述湿燃料直接接触，以便从该湿燃料中蒸发水分。

（b）发生过热蒸汽的装置，它构成第二室;把过热的热载体引进所述室的装置;把排自所述第一室的蒸汽供给所述第二室的装置;从所述第二室排放过热蒸汽的装置;把排放的过热蒸汽供给所述第一室的装置;以及从所述第二室排出冷的热载体的装置;

（c）燃烧干燃料的装置，由此产生可燃气体;

（d）产生加热的热载体，以便引向所述第二室的装置，它构成第三室;从所述燃烧装置将所述可燃气体引入所述第三室的装置;把排自所述第二室的冷的热载体引入所述第三室的装置，在所述第三室中，通过用可燃气加热该热载体;从所述第三室排出加热的热载体的装置;以及把加热的热载体从所述排放装置供给所述第二室的装置;和

（e）把干燃料从所述第一室供给所述燃烧装置的装置。

12、根据权利要求11所述设备，其中所述湿燃料是废制浆液。

13、根据权利要求11所述设备，其中所述湿燃料是固体燃料。

14、根据权利要求11所述设备，其中所述热载体是陶瓷材料。

15、根据权利要求11所述设备，其中所述热载体是砂。

16、根据权利要求11所述设备，其中所述的把所述湿燃料引入第一室的装置和所述的把所述过热蒸汽引入所述第一室的装置均处于使所述燃料与所述第一室中的蒸汽以逆流流动的位置。

17、根据权利要求11所述设备，其中所述的把所述热载体引入所述第二室的装置和所述的把排自所述第一室的蒸汽供给第二室的装置均处于使所述热载体与所述第二室中的蒸汽以逆流流动的位置。

18、根据权利要求11所述设备，其中所述的把来自所述燃烧装置的可燃气引进所述第三室的装置和所述的把冷的热载体引进所述第三室的装置均处于使所述热载体与所述的第三室中的可燃气以逆流流动的位置。

19、根据权利要求11所述设备，其中，所述产生热载体的装置是流态化床室，所述引进可燃气和冷的热载体的装置位于所述室的底部，所述排除夹带在所述可燃气中的热载体的装置位于所述室的顶部;并且进一步构成连接于所述排除热载体装置的分离器，用于使所述可燃气体和热载体分离，以及在所述可燃气引进装置的上方位置，将至少一部分所述排放的热载体返回所述流态化床室再循环的装置;所述分离器位于所述排除热载体排除的装置和把加热的热载体供给所述第二室的装置之间。

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