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CN1382202A - 气化液体或固体燃料的装置和方法 - Google Patents

气化液体或固体燃料的装置和方法 Download PDF

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CN1382202A CN00814548A CN00814548A CN1382202A CN 1382202 A CN1382202 A CN 1382202A CN 00814548 A CN00814548 A CN 00814548A CN 00814548 A CN00814548 A CN 00814548A CN 1382202 A CN1382202 A CN 1382202A
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Abstract

本发明公开了一种气化装置,该装置包括气化器、重整器和加热设备。气化器利用液体或固体燃料如废物或煤的热分解作用,生成热分解气体,加热设备加热低温蒸汽和空气,使其成为具有等于或高于700℃温度的高温蒸汽和空气。气化装置具有加料设备,包括将高温蒸汽和空气送至气化器和重整器的流体通道。在气化器的热分解区域中,用高温蒸汽和空气所具有的显热,以及高温空气和液体或固体燃料间的放热氧化反应所产生的热,将液体或固体燃料热分解制得热分解气体。在重整器中,在高温蒸汽存在下,热分解气体被重整为高温合成气。用高温空气和含在热分解气体中的烃之间的放热反应,以及烃和高温蒸汽间的吸热反应,进行液体或固体燃料的蒸汽重整反应。

Description

气化液体或固体燃料的装置和方法
发明的技术领域
本发明涉及一种气化液体或固体燃料的装置和方法，更具体地，本发明涉及这样一种用热分解反应，通过气化液体或固体燃料如废物、煤、生物质和重油等，生产相对高质量合成气的装置和方法。
发明背景
这样一种固体燃料气化系统是人们公知的，其中向热分解炉中引入废物如废塑料、沉淀物、粉碎的垃圾、市政废物，或者固体燃料如煤。在高温和缺少或低氧气浓度的气氛下，固体燃料被热分解成热分解气体或裂解气体。通常可以使用多种燃烧炉或焚化炉作为热分解炉，例如废物气化熔融炉、煤气化炉、旋转窑型热分解炉、外加热型热分解炉、间歇型热分解炉或者自燃烧型分解炉等。
本发明人近来开发出一种废物气化系统，该系统包括连续提供一定量的超过800℃的高温热空气的高温空气发生器，以及一个废物气化型熔融炉，该熔融炉含有多个所谓“圆石(pebble)”的球形陶瓷球。高温空气从高温空气发生器引入到熔融炉中，在这里废物在球形陶瓷球上熔融并变成熔渣。通过废物的热分解生成的热分解气体或裂解气体被传送出炉并被引入到气体处理装置如洗涤装置和/或过滤设备中。气体处理装置从热分解气体中除去各种对环境有害的物质，如氯、硫、重金属粒子和未燃烧的可燃烧物，并迅速冷却热分解气体以防止重新合成二氧己(dioxin)。稀释、过滤并冷却的热分解气体被用作相对高质量的合成气，这些合成气被送至任何燃烧装置或热机中，例如加热炉如沸腾器或工业加热炉；内燃机如燃气机、燃气轮机或柴油机；或者各种热循环系统。
作为现今类型的热分解气化系统，这样一种系统是公知的，该系统包括一个生成一定量热分解气体用的热分解炉；一个高温气体处理装置如裂解装置；以及一个洗涤和冷却热分解气体用的气体洗涤装置。热分解炉的作用是在炉中的内部燃烧区域的低氧气气氛下，热分解液体或固体燃料，如废物或煤。高温气体处理装置将含在热分解气体中的焦油或油裂解，气体洗涤装置适于从热分解气体中除去硫、灰尘、氯和其它有害物质，同时迅速冷却气体。经过这样的裂解和洗涤处理后，热分解气体作为净化合成气被送至各种燃烧装置中。
在这样类型的气化系统中，在洗涤和裂解装置中损失了大量的热分解气体的显热，因此降低了整个系统的热效率。为了避免这种热损失，人们考虑使用蒸汽重整法，其中将蒸汽与热分解气体混合，以使得通过蒸汽重整反应将热分解气体中的烃进行重整。这种烃蒸汽重整通常为一吸热反应，该反应需要通过外燃烧型或内燃烧型加热装置将一定量的热供应至重整反应的区域。
本发明人近来提出一种可连续加热一定量蒸汽至等于或高于700℃的高温的设备，这使得可以对蒸汽用作高温惰性气体或高温加热介质的应用进行研究。特别地，由于高温蒸汽在其冷凝后仅生成一定量的水，因此使用高温蒸汽对于简化残余物在冷却和冷凝后的处理是有利的，这完全不同于使用其它惰性气体如氮气的情形。此外，具有大量显热的700℃或更高温度的高温蒸汽，其作用是可以至少部分地为反应区域供应重整反应所需的热量。
然而发现，即使超过700℃的高温蒸汽被送入反应区域，也不能足够地获得热分解气体的蒸汽重整反应所需的反应热，因此需要开发一种简化的方法或设备排列，它们可以补偿上述重整反应所需的热的不足。
而且，本发明人现已意识到，在相对富氧的条件下在用高温空气气化和熔融废物的过程中，上述废物气化系统可导致在炉内生成大量的烟灰。因此，还需要提供一种可有效限制在炉内生成烟灰的方法。
在这样的情况下，本发明的目的是提供气化液体或固体燃料的装置和方法，该装置和方法可以将气化炉或热分解炉的热分解气体重整为相对高质量的合成气。
本发明的另一目的是提供一种气化液体或固体燃料的装置和方法，该装置和方法可以在没有内燃型或外燃型加热设备下，保证热分解气体中的烃的蒸汽重整反应所需的热量。
本发明的再一目的是提供一种气化液体或固体燃料的装置和方法，该装置和方法可以促进或推动燃料在气化炉或热分解炉内的热分解和气化，同时在热分解区域内限制烟灰的生成。发明详述
本发明人现已发现，当超过700℃高温下的空气和蒸汽被引入到至少一个固体或液体燃料的热分解区域和热分解气体的重整区域时，可制得所需含相对大量的一氧化碳和氢气的高温合成气，同时显著地限制了烟灰的生成。
在实现本发明的上述目的和其它目的中，按照本发明构造的气化液体或固体燃料的、设置有可以用燃料的热分解生成一定量热分解气体的气化器或热分解炉的设备，包括将低温蒸汽(或水)和低温空气加热至等于或高于700℃的高温蒸汽和空气的蒸汽和空气加热装置，以及将所述高温蒸汽和空气送入燃料的热分解区域和/或热分解气体的重整区域的加料装置。
而且，按照本发明还提供了一种气化液体或固体燃料的方法，其中通过燃料的热分解生成一定量的热分解气体，其中水或低温蒸汽和低温空气被加热至等于或高于700℃，并且如此加热的高温蒸汽和空气被引入到燃料的热分解区域和/或热分解气体的重整区域。
按照本发明，高温蒸汽和空气被引入到至少一个热分解区域和重整区域，使得空气与分解气体发生放热反应，而蒸汽与分解气体中的碳化合物发生吸热反应。适当比例的蒸汽和空气向其中的引入，使得在分解气体和空气或蒸汽之间可进行所需的反应，由此可生成相对高质量的粗合成气。
在本发明的另一方面，按照本发明排列气化液体或固体燃料用的装置和方法，其中所述高温蒸汽和空气通过加料装置被引入到热分解区域和/或重整区域，使得通过高温蒸汽和热分解气体中的碳化合物之间的吸热反应，以及高温空气和碳化合物之间的放热反应，将热分解气体重整为高温合成气。将高温蒸汽和空气与热分解气体混合，使得通过空气和碳化合物之间的放热反应得到的热，补偿了蒸汽和碳化合物之间的吸热反应所需热的不足。因此，在没有内燃型或外燃型加热装置下，可保证蒸汽重整反应用的热量。
在本发明的再一方面，按照本发明提供了一种气化液体或固体燃料的装置和方法，其中高温蒸汽和空气被引入到热分解区域，并且通过高温蒸汽和空气的显热以及高温空气和燃料间的氧化反应热，燃料被热分解，由此制得热分解气体。通过蒸汽和空气的显热以及氧化反应的热，高温蒸汽和空气使液体或固体燃料被热分解，由此制得热分解气体。以这种排列，可以在没有内燃型或外燃型加热设备下，在气化炉或热分解炉内，促进或推动液体或固体燃料的热分解和气化，同时在热分解区域限制了烟灰的生成。
在本说明书中，术语“液体或固体燃料”是指固体、半固体或液体燃料，包括含碳化合物、煤、生物质燃料、重油等的各种废物。“碳化合物”包括各种含烃、有机碳化合物或碳的可燃物质。而且，空气、氧、或空气和氧的混合物包括在“空气”中，术语“低温空气”是指处于环境温度或由通常的加热器或换热器得到的温度下的空气，例如温度范围为0～500℃。进而，术语“低温蒸汽”是指具有由通常的蒸汽发生技术获得的温度和压力的蒸汽或过热蒸汽。
按照本发明的一个优选实施方案，将低温蒸汽与低温空气混合，然后通过蒸汽/空气加热装置将混合物加热至等于或高于700℃的温度。加热的混合物被供应至热分解区域或者重整区域。优选地，可在混合控制装置的控制下将低温蒸汽和空气混合在一起，并将含适当重量比例低温蒸汽的混合物加入到蒸汽/空气加热装置中。
按照本发明的另一优选实施方案，分别通过蒸汽加热装置和空气加热装置，将低温蒸汽和空气加热至等于或高于700℃的温度。在混合控制装置的控制下将高温蒸汽和空气相互混合，使得含适当重量比例低温蒸汽的混合物被送至热分解区域或重整区域。
优选地，混合控制装置包括可以适当调整或调节蒸汽和空气混合比例的混合控制阀组件或者一组控制阀组件，以及混合比例控制装置，例如设定不同混合比例的电子控制装置。
按照本发明的再一实施方案，通过蒸汽加热装置将低温蒸汽加热至等于或高于700℃的温度，并通过蒸汽供应管线将其引入到热分解区域或重整区域，而通过空气加热装置将低温空气加热至等于或高于700℃的温度，并通过空气供应管线将其引入到热分解区域或重整区域。在热分解区域或重整区域内将高温蒸汽和空气混合在一起。
上述高温混合物或者高温蒸汽和空气被引入到或者热分解区域和重整区域的一个或者二者中，使得高温蒸汽和空气与液体或固体燃料以及热分解气体中的碳化合物反应。热分解气体被重整为含烃、氢气和一氧化碳的粗合成气，这些粗合成气以高温粗合成气的形式被送至冷却装置和气体处理装置中。优选地，高温合成气的显热被用于冷却装置，以将水蒸发为低温蒸汽或者加热由蒸汽发生器产生的蒸汽。由此，可以通过高温合成气显热的有效热回收而提高整个系统的热效率。
按照本发明的一个优选实施方案，蒸汽和空气加热装置包括可加热低温流体(低温空气、蒸汽或者空气和蒸汽的混合物)的换热器，将加热的流体(高温空气、蒸汽或者空气和蒸汽的混合物)分成第一和第二流体物流的分离区域，以及可向其中引入可燃物质的燃烧区域。第二物流被传送至热分解区域和/或重整区域中，而第一物流被传送至燃烧区域。换热器、燃烧区域和分离区域是相互联系的，并且在燃烧区域中通过燃烧反应生成的高温燃烧气体通过换热器而消耗。换热器包括一个交流换热炉，该交流换热炉积聚了高温燃烧气体的一定热量并向低温流体辐射热量。优选地，换热器可以是设置有许多窄流道的蜂窝型交流换热炉，燃烧气体和低温流体可经窄流道交替地通过。有关这种蜂窝型交流换热炉的详细内容公开于，例如日本专利申请No.10-189(日本专利特许公开No.10-246428)以及日本专利申请No.5-6911(日本专利特许公开No.6-213585)中。或者是，换热器可以是由含有许多颗粒、卵石或小球等的再生炉限定的再生式换热器。
按照本发明的另一优选实施方案，加热装置可以包括回收装置形式的换热器、盘管型换热器或翅片管型换热器。换热器通过与高温合成气的换热作用将水、低温蒸汽或低温空气加热为处于中等温度或者高温下的空气和蒸汽。可以通过适当的供水装置如喷淋装置，将一定量的水以含有细小水滴的雾状形式供应至加热装置。或者是，加热装置含有一个可由水生成一定量高温蒸汽的蒸汽沸腾器。
例如，气化设备包括将高温蒸汽冷却成低温合成气的冷却装置。冷却装置包括一个高温换热器，一个中等温度换热器和一个低温换热器或者生成蒸汽用的换热器，在高温换热器中通过与高温合成气的换热作用，低温蒸汽和/或低温空气被加热至等于或高于700℃的温度，在中等温度换热器中通过与合成气的换热作用，低温蒸汽和/或低温空气被加热至500～700℃的温度范围，在低温换热器或者生成蒸汽用的换热器中，通过合成气与水之间的换热作用，由一定量的水产生低温蒸汽。可以在冷却装置和气化装置之间插入灰尘收集器，如陶瓷过滤器。
冷却装置可由三种类型的冷却器限定，冷却器分别设置有高温换热器、中等温度换热器和低温换热器。或者是，冷却装置由两种类型的冷却器限定，其中高温换热器和中等温度换热器安装在第一冷却器内，而低温换热器安装在第二冷却器内。在这种情形下，可在中等温度换热器和低温换热器之间插入脱硫、脱氯、脱氮或除尘装置，其形式应当使在冷却合成气时产生的酸和其它有害物质被从气体中除去。
由本发明的气化设备制得的净化或精制过的合成气可以作为主燃料供应至燃烧设施的燃烧装置或发动机，如燃烧炉或燃烧器。若燃烧装置的热能用于驱动发动机，则可将电能送至系统外的器械或设施。例如，若建筑或工厂的废物或废料被用作液体或固体燃料，则可将气化设备与汽轮机或发动机联合操作，以构成一个相对紧凑的共生系统。
按照本发明的气化设备的净化过的合成气，可以作为加入到燃烧装置用的主燃料或燃烧气中的辅助燃料，送至燃烧设施的燃烧装置或发动机。例如，若上述排布的气化设备用于船舶等中的废物或废料用的焚烧炉，则气化设备的净化过的合成气可被加入到船舶内燃机用的主燃料或燃烧气中，以降低船舶中的燃料消耗，并且还可以焚烧船舶中的废物或废料。
本发明通常可被应用于废物或煤的气化系统，该系统中废物或煤被用作液体或固体燃料。若发动机与这样的一个系统联合操作，则可以提供利用废物或煤的组合循环发电系统。
附图说明
图1为概要说明按照本发明的一个优选实施方案的固体或液体燃料气化装置的排布的系统流程图。
图2为图1所示的气化装置的部分流程图。
图3为说明图2所示气化装置的一种改进的部分流程图。
图4为说明图2所示气化装置的另一种改进的部分流程图。
图5为概要说明按照本发明的另一个优选实施方案的固体或液体燃料气化装置的排布的系统流程图。
图6为图5所示的气化装置的部分流程图。
图7为说明按照本发明排布的气化装置的第一个实例的系统流程图。
图8为显示蒸汽/空气加热设备的构造及其操作方式的截面示意图。
图9和10为显示图7所示的气化装置的改进的系统流程图。
图11为说明按照本发明的气化装置的第二个实例的系统流程图。
图12和13为显示图11所示的气化装置的改进的系统流程图。
图14和15为说明按照本发明的气化装置的第三和第四个实例的系统流程图。
实施发明的最佳方式
图1为概要说明按照本发明的一个优选实施方案的固体或液体燃料气化装置的排布的系统流程图。
固体或液体燃料气化装置包括液体或固体燃料热分解的气化设备，冷却从气化设备传送来的高温粗合成气的气体冷却器，净化或精制粗合成气的气体处理装置，以及向气化设备中的热分解区域或重整区域送入一定量高温蒸汽和空气的蒸汽/空气加热设备。气化装置限定于气化设备和蒸汽/空气加热设备。液体或固体燃料如废物、煤等，通过燃料供应设备WT加入到气化设备中。低温蒸汽和空气通过蒸汽/空气加热设备被加热至等于或高于700℃的温度，优选高于800℃，且高温蒸汽和空气作为气化剂和重整剂加入到气化设备中。在气化设备中，在高温蒸汽和空气存在下，液体或固体燃料被热分解成热分解气体和残余物。含在热分解气体中的一定量的烃与高温蒸汽和空气反应，使其重整为含烃、一氧化碳和氢的粗合成气。通常，烃与高温蒸汽的反应为如下述通式(1)所示的吸热反应，而烃与高温空气的反应为如下述通式(2)所示的放热反应：
                           (1)
               (2)
高温蒸汽与液体或固体燃料的热分解产生的热分解气体或裂解气体反应，使得气体被重整为重整气体，即含有相对大量的一氧化碳和氢气的高温粗合成气。由烃和高温空气间的放热反应产生的热被用作烃和高温蒸汽间的吸热重整反应所需的热。
高温粗合成气经高温气体传送管线HG被送至气体冷却器中。冷却器上连接有水供应管线WS，使得管线WS中的水通过与高温气体间的热交换作用而蒸发，以生成一定量的处于低温，如150～250℃范围的过热蒸汽。低温蒸汽经低温蒸汽供应管线LS被送至蒸汽/空气加热设备，以使其被加热到等于或高于700℃，优选高于800℃的高温，之后将高温蒸汽引入到气化设备中。同时，一定量处于室温下的低温空气经低温空气供应管线LA被送至蒸汽/空气加热设备，以使其被加热到等于或高于700℃，优选高于800℃的高温，并将高温空气引入到气化设备中。
通过气体冷却器冷却的低温粗合成气经低温气体传送管线LG被引入至气体处理装置中。气体处理装置可以配有任何的各种气体处理设备，以从气体中除去可导致环境污染的物质，如灰尘、硫、氯和重金属粒子等，由此将粗气体净化或精制为相对高质量的合成气。作为气体处理设备可列举的有从合成气中除去灰尘或异物的灰尘收集器，从气体中除去硫的脱硫设备，从气体中除去氯的脱氯设备，以及从气体中除去重金属粒子的重金属除去设备。从气体处理装置中流出的净化的合成气经净化合成气传送管线FG被送至能力利用装置。能力利用装置可以是任何的各种内燃机或燃烧装置，如燃气轮机、燃气发动机、沸腾器、工业锅炉、柴油发动机等。例如，管线FG可以连接至气轮发动机厂中的内燃机，使得工厂的发动机可以利用内燃机的燃烧操作而发电，并将电力供应至系统外的装置(未显示出)。净化的合成气至少部分地通过另一合成气传送管线RG被送至蒸汽/空气加热设备，使得气体作用于加热设备中的燃烧反应。加热设备通过其换热器将燃烧反应的热传给低温蒸汽和空气，使得蒸汽和空气被加热至如上所述的高温范围。
如此排布的气化装置的功能是利用液体或固体燃料的热分解产生热分解气体，并利用高温蒸汽和空气将气体重整，以产生高温合成气。高温合成气所具有的显热用于生成气体冷却器中的低温蒸汽。经气体处理后的净化合成气被供应至蒸汽/空气加热设备和能力利用装置。因此，按照上述的气化装置排布可提供一种改进的气化系统，它可以通过由液体或固体燃料生成的净化合成气的燃烧反应而发电，例如废物气化发电系统、煤气化发电系统等。
图2为图1所示的气化装置的部分方法流程图。
在图2所示的气化装置中，低温空气供应管线LA、低温蒸汽供应管线LS和合成气传送管线RG适用于将低温空气、低温蒸汽和净化合成气送至蒸汽/空气加热设备。净化的合成气在加热设备的燃烧区域中燃烧。合成气的燃烧反应热通过加热设备的换热器(未显示出)转移给低温蒸汽和空气，使得蒸汽和空气被加热至等于或高于700℃，优选高于800℃的高温。加热的蒸汽和空气分别经气体供应管线MG1和MG2引入到气化装置的热分解气化器和重整器中。优选地，高温空气相对于高温蒸汽的重量比设定为2∶8至5∶5。
引入到气化器中的高温空气和蒸汽在气化器内提供低氧气密度的燃烧气氛，并向气化器供应烘烤其中的液体或固体燃料所需量的显热。液体或固体燃料，如各种液体、半固体和固体废物的混合物通过燃料供应设备WT加入到气化器中。废物混合物在气化器中在高温和低氧气燃烧气氛下被烘烤，由此废物被热分解为残余物和主要含烃的热分解气体。分解气体从气化器中经分解气体传送管线TG被送至重整器的重整区域，而残余物在燃烧操作过程中被连续地从气化器中排出，或者在终止和冷却操作后与冷凝水一起从气化器中排出。
热分解气体被引入到重整器的重整区域，与高温空气和蒸汽混合。放热反应在分解气体中的烃和高温空气之间于重整区域中进行，而吸热重整反应在烃和高温蒸汽之间于其中同时进行。烃的蒸汽重整反应所需的热来自于高温蒸汽自身的显热以及烃和高温空气反应所生成的热。从重整区域中流出的重整气体作为上述高温粗合成气被引入到高温气体传送管线HG中。
按照本发明所说明的实施方案，加入到热分解气化器中的高温蒸汽的作用是加热介质和具有大量显热的惰性气体，加入到重整器中的高温蒸汽的作用是重整剂以及部分供应热分解气体的烃蒸汽重整反应所需热的加热介质。
图3是说明关于图1所示气化装置的改进的部分方法流程图。
在图3所示的气化装置中，蒸汽/空气加热设备通过净化合成气的燃烧，使低温空气和蒸汽被加热至等于或高于700℃，优选高于800℃，更优选高于1000℃的高温。加热的空气和蒸汽被连续地引入气化器中。优选地，高温蒸汽与高温空气的重量比设定为2∶8至5∶5。在图3A所示的排布中，高温空气和蒸汽的混合物经气体供应管线MG被送至气化器中。另一方面，如图3B所示的排布，高温空气和蒸汽分别经各自的气体供应管线HA和HS被引入到气化器中，并在气化器中相互混合。
引入到气化器中的高温空气作为气化剂作用于液体或固体燃料。当液体或固体燃料与高温空气接触时，它们之间的放热氧化反应导致燃料熔化并热分解产生热分解气体或裂解气体。熔融的熔渣、灰分或残余物在其操作过程中或其终止和冷却操作后从气化器中被排出。引入到气化器中的高温蒸汽在液体或固体燃料的熔化和气化过程中防止生成大量的煤烟，同时使热分解气体中的烃进行蒸汽重整反应，以重整为气体。从气化器中流出的重整气体作为高温粗合成气被送至高温气体传送管线HG。
按照这样的气化装置，引入到气化器中的高温蒸汽的作用是限制了煤烟的生成，否则的话，与液体或固体燃料的熔化和气化作用相关联地将生成煤烟，并且蒸汽还起到加热介质和重整剂的作用，其中重整剂具有热分解气体的烃蒸汽重整反应所需的热量。若需要的话，传送管线HG还可以如图1所示设置有重整器，其方式应使高温空气和蒸汽被再次引入到重整器的重整区域。
图4是说明关于图1所示气化装置的另一种改进的部分方法流程图。
如图4所示的气化装置包括外加热型热分解气化器和具有重整区域的气体重整器。蒸汽/空气加热装置利用合成气的燃烧热，将一定量的低温空气和蒸汽加热至等于或高于700℃，优选高于800℃的高温。由此加热的空气和蒸汽被引入到气体重整器中。高温空气相对于高温蒸汽的重量比设定为2∶8至5∶5。
加入到热分解气化器中的液体或固体燃料在气化器的内部区域被热分解为热分解气体和残余物。热分解气体或裂解气体经分解气体传送管线TG被引入到重整器中。在重整器的重整区域，分解气体与高温蒸汽和空气混合，使得在高温蒸汽的存在下进行分解气体中的烃的蒸汽重整反应。进行烃蒸汽重整反应所需的热来自于高温蒸汽的显热以及高温空气和烃之间的反应热。重整气体的流出物作为高温粗合成气被传送至高温气体传送管线HG，其中粗合成气含有相对大量的一氧化碳和氢气。
图5为说明按照本发明构造的固体或液体燃料气化装置的另一个优选实施方案的系统流程图。
在如图5所示说明的实施方案中，气化装置设置有冷却设备，它用来冷却高温粗合成气并利用高温合成气的显热加热一定量的低温空气和蒸汽。冷却设备插入到高温气体传送管线HG和低温气体传送管线LG之间。冷却设备包括高温部分、中等温度部分和低温部分，它们在合成气流动的方向上顺序排列或排布。这些部分的每一个设置有三种类型的换热器之一，即高温换热器、中等温度换热器和生成蒸汽用的换热器，它们适合于可热传递地与合成气接触。若需要的话，在传送管线HG上安装灰尘收集设备，如陶瓷过滤器。
将供水管线WS连接在蒸汽生成换热器的入口，使得经管线WS供应的一定量的水通过合成气的热量而蒸发，并且从蒸汽生成换热器流出的蒸汽作为处于相对低温，例如150～250℃的过热蒸汽被传送至低温蒸汽供应管线LS。经供应管线LS的低温蒸汽被引入到低温空气供应管线LA中，以与处于环境温度的低温空气流接合并混合。蒸汽和空气的混合物，即低温混合物被引入到每一高温和中等温度换热器的入口，经过这些换热器，混合物通过合成气的热量而被加热。
处于合成气物流上游侧的高温换热器将低温混合物加热至等于或高于700℃，优选高于800℃的高温。位于冷却设备中央部分的中等温度换热器将低温混合物加热至高于500℃，优选600～700℃的温度范围(以下称为“中等温度”)。用上述混合物或水经各部分通过换热作用顺序冷却的高温粗合成气，作为低温合成气从传送管线LG被传送至气体处理装置。通过高温换热器加热的高温混合物经高温混合物供应管线HMG被加入到气化装置中，通过中等温度换热器加热的中等温度混合物经中等温度混合物供应管线MMG被加入到气化装置中。优选地，高温空气与高温蒸汽的重量比设定为2∶8至5∶5。
图6为说明图5所示气化装置的方法流程的部分流程图。
将供应管线MMG的下游端连接到热分解气化器。引入到气化器中的中等温度混合物在气化器的内部区域提供一种低氧气燃烧气氛，并且它给予该气氛一定量的烘烤废物(液体或固体燃料)所需的显热。废物在气化器中热分解为热分解气体和残余物。热分解气体或裂解气体经热分解气体传送管线TG引入到重整器的重整区域，而残余物从气化器中排出。
将供应管线HMG的下游端连接到重整器，使得高温混合物被引入到重整器的重整区域。在重整区域中，在热分解气体的烃和高温空气之间发生并进行放热反应，同时在烃和高温蒸汽之间发生并进行吸热重整反应。类似于上述的实施方案，烃的蒸汽重整反应所需的热量来自于烃和高温空气间的反应热以及高温蒸汽的显热。在重整区域中生成的重整气体作为高温粗合成气被引入到传送管线HG，并且如上所述，通过用供应的水以及空气和蒸汽的低温混合物的换热作用，在冷却设备中被冷却。
按照这样的一种排布，废物的气化以及热分解气体的重整反应，可以通过由重整气体的显热生成或加热的高温蒸汽和空气而进行，并因此实质性地提高了整个系统的热效率。若需要的话，冷却设备可以分为两部分，一部分与高温和中等温度换热器二者接合，另一部分与低温换热器接合。在这种情形下，联系各部分的流道可以设置有除去含在粗合成气中的酸等的脱硫器或类似物。
下面参考图7～15详细说明气化装置和方法的优选实例。
图7是说明按照本发明排布的气化装置的第一个实例的系统流程图。
图7所示的废物气化系统设置有其排布基本上基于图2所示构造的气化装置1。气化装置1由热分解气化器2和重整器3构成。气化器2为间歇加料型的热分解炉，它设置有限定了热分解区域的内部区域，该区域适于烘烤一定量的加入的废物。位于气化器2之上的重整器3由限定了重整区域的中空结构形成，所述重整区域经热分解气体传送管线TG与气化器2的热分解区域相连。
重整器3的重整区域经高温气体传送管线HG与气体冷却器6相连。冷却器6经低温气体传送管线LG与气体处理装置7相连。进而，气体处理设备7通过净化合成气传送管线FG与燃气轮机设备等相连。
水供应管线WS连接于冷却器6中的换热器，且该换热器连接于分支为第一和第二蒸汽通道LS1和LS2的低温蒸汽供应管线LS的上游端。通道LS1和LS2的下游端分别与混合控制阀51和52相连。空气摄入送风机60安装于低温空气供应管线LA上，以送入环境温度下的空气，管线LA分支为第一和第二空气通道LA1和LA2。通道LA1和LA2的下游端分别与混合控制阀51和52相连。每一阀51和52适于混合低温空气和蒸汽，空气与蒸汽的重量比范围为2∶8至5∶5。
阀51和52的出口分别与低温混合物供应管线SA1和SA2相连。供应管线SA1和SA2的下游端分别与蒸汽/空气加热设备10的转换装置20相连。加热设备10分别与高温混合物供应管线MG1和MG2的上游端相连。供应管线MG1和MG2的下游端分别与气化器2和重整器3的高温混合物入口4和5相连。
图8是大体上显示加热设备10的构造及其操作方式的截面示意图。图8A说明加热设备10的第一加热步骤，图8B说明其第二加热步骤。
如图8所示，蒸汽/空气加热设备10包括一对第一和第二加热部分10A和10B，以及相互连接加热部分10A和10B的连接部分10C。第一加热部分10A具有第一换热器11和第一燃烧区域13，第二加热部分10B具有第二换热器12和第二燃烧区域14。第一和第二燃烧区域13和14交替地经换热器11和12与低温混合物供应管线SA相连。连接部分10C相对于加热设备10的中心轴呈对称装配，并形成一突出部分16伸入到与中心轴一致的流动路径中。第一和第二加热部分10A和10B设置有燃料供应口43和44以及氧化剂供应口83和84。燃料供应口43和44分别经燃料供应管线F1和F2与燃料气体传送管线RG相连(图7)。供应口43和44适于交替地将燃料气体传送入或者注射入燃烧区域13和14。氧化剂供应口83和84分别经其分支管线OX1和OX2与氧化剂供应管线OXG相连。若需要的话，一定量的氧化剂交替地经供应口83和84供应至燃烧区域13和14。
每一加热设备10具有一燃料供应控制设备40，以控制燃料供应口43和44的燃料注射量和时间，以及一个氧化剂供应控制设备80，以控制氧化剂供应口83和84的氧化剂注射量和时间。控制设备40包括安装在燃料供应管线F1和F2上的第一和第二燃料供应控制阀41和42，控制设备80包括安装在氧化剂供应管线OX1和OX2上的第一和第二流动控制阀81和82。通常，将氧气或者规定了氧气浓度的空气用作氧化剂。
每一第一和第二换热器11和12包括由具有许多小室或窄通道的陶瓷或金属蜂窝结构制成的交流换热炉。每一个小室限定一个小尺寸横截面的通道，经过这些通道混合物(蒸汽和空气)和燃烧废气可交替地通过。每一交流换热炉的构型和尺寸应能够与各自的加热部分10A和10B相结合。小室壁的厚度和间距(壁间距)优选设定为与交流换热炉的最大体积效率相对应，并保证换热器11和12的温度效率为0.7～1.0之间。更优选地，将小室壁的厚度设定为等于或小于1.6mm的预定厚度，小室壁的间距设定为等于或小于5.0mm的预定间距。
位于第一和第二燃烧区域13和14之间的分离区域15与高温混合物供应管线MG1和MG2的上游端相连，而第一和第二换热器11和12的近中心端经转换装置20与低温混合物供应管线SA1和SA2以及废气出口通道EX相连。转换装置20包括第一和第二空气摄入阀21和22，以及第一和第二废气阀23和24。空气摄入阀21和22通过供应管线SA1和SA2的连接通道相互连接，而废气阀23和24通过废气出口通道EX的连接通道26相互连接。
第一空气摄入阀和废气阀21和23在操作上同时同步打开和关闭，而第二空气摄入阀和废气阀22和24在操作上同时同步打开和关闭。加热设备10设置有控制装置(未显示出)，如图8(A)所示在第一加热步骤过程中，它们使得第一个阀21和23打开并使第二个阀22和24关闭。另一方面，如图8(B)所示在第二加热步骤过程中，该控制阀使得第一个阀21和23关闭并使第二个阀22和24打开。
蜂窝型交流换热炉和蒸汽/空气加热设备的结构和构型详细描述于例如日本专利申请No.5-6911(日本专利特许公开No.6-213585)和日本专利申请No.10-189(日本专利特许公开No.10-246428)，因此本说明书中省略了进一步的详细说明。
下面将描述具有上述排布的废物气化系统的操作。
如图7所示，一定量的废物通过燃料供应设备WT加入到气化器2的热分解区域。高温混合物经高温混合物供应管线MG1加入，并经入口4引入到气化器2中，由此在热分解区域产生可烘烤废物的低氧气浓度的高温燃烧气氛。废物热分解为残余物和热分解气体。燃烧废物的残余物沉积在气化器2的底部，并在气化器2的操作过程中或者其终止或冷却操作之后从其中排出。
热分解气体流出物经分解气体传送管线TG流入重整器3的重整区域，且高温混合物经入口5从高温混合物供应管线MG2引入到重整区域。在重整区域中，热分解气体与高温混合物混合，使得高温空气与分解气体中的烃发生放热反应，同时高温蒸汽和烃发生吸热重整反应。在重整区域生成的重整气体，即高温粗合成气经高温气体传送管线HG被引入到气体冷却器6中。
由冷却器6冷却的合成气经低温气体传送管线LG被引入到气体处理设备7中，以进行预先确定的气体处理过程，如除去灰尘、脱硫、脱氯、除去重金属等。气体处理过程之后，将低温净化的合成气分别加入到合成气传送管线FG和RG中。例如，60～80重量％的合成气经传送管线FG被送入系统外的能量利用装置(未显示出)，40～20重量％的合成气经传送管线RG被加入到加热设备10中，用作加入混合物的燃料。
经供水管线WS的水通过冷却器6中的换热器而加热并蒸发为低温蒸汽，该低温蒸汽经供应管线LS被传送至阀51和52。低温蒸汽通过阀51和52与供应管线LA的低温空气混合，并经供应管线SA1和SA2被加入到加热设备10的转换装置20中。
在设备10的第一加热步骤中，如图8(A)所示，转换装置20将低温混合物引入到第一燃烧区域13中，并将燃烧废气流出物从第二燃烧区域14排出至废气管线EX中。在第二加热步骤中，如图8(B)所示，转换装置20将低温混合物引入到第二燃烧区域14中，并将燃烧废气流出物从第一燃烧区域13排出至废气管线EX中。
如图8(A)所示在第一加热步骤中，燃料供应控制装置40使燃料供应口44将传送管线RG的合成气注入第二燃烧区域14中。若需要的话，氧化剂供应控制装置80使氧化剂供应口84将氧化剂送入到区域14中。低温混合物被加热至等于或高于700℃，优选高于800℃的高温，同时经过第一换热器11。高温流体物流H进入分离区域15，被分成第一和第二流体物流H1和H2。第二物流H2被送至供应管线MG，而第一物流H1被送入区域14中与合成气混合，以产生燃烧反应，由此在区域14生成高温燃烧废气。燃烧废气由废气风机30(图7)诱导经过第二换热器12、第二管线L2和第一废气阀23，并经废气管线EG和废气口31释放至周围大气中。当经过第二换热器12的交流换热炉时，燃烧废气热可传递地与第二换热器12的交流换热炉接触，使得燃烧废气的显热被传递并积聚在交流换热炉中。
如图8(B)所示在第二加热步骤中，低温混合物在经过第二换热器12时被加热至上述的高温范围。送入分离区域15的加热气体物流H被分离成第一和第二物流H1和H2。在控制装置40和80的控制下，第二物流H2被送入供应管线MG，第一物流H1被送入第一燃烧区域13，其中第一燃烧区域13加有合成气，以及若需要的话氧化剂。第一物流H1与合成气混合，发生燃烧反应，由此在区域13中生成高温燃烧废气。燃烧废气被废气风机30(图7)引导经过第一换热器11、第一管线L1和第二废气阀24，并经废气管线EG和废气口31排出。当经过第一换热器11的交流换热炉时，燃烧废气热可传递地与第一换热器11的交流换热炉接触，使得燃烧废气的显热被传递并积聚在交流换热炉中。
加热设备10以预定的时间间隔交替地向第一或第二加热步骤开启，上述时间间隔为等于或小于120秒，优选小于60秒，更优选小于30秒。由此，第二物流H2被连续地加入供应管线MG1和MG2，经供应管线MG1和MG2，它们分别被供应至气化器2和重整器3，以维持热分解区域中的高温燃烧气氛和重整区域的蒸汽重整反应。
图9是说明对图7所示的气化装置的改进的系统流程图。
图9所的废物气化系统包括一个单一的蒸汽/空气加热设备10和一个混合控制阀50，且分布控制阀70设置在高温混合物供应管线MG的下游端。分布控制阀70具有经第一混合物供应管线MG1与入口4相连的第一传送口，以及经第二混合物供应管线MG2与入口5相连的第二传送口。阀70用于分布加热设备10的高温混合物，以保持送入气化器2的热分解区域的高温混合物与送入重整器3的重整区域的其剩余部分的预定比例。气化系统的其它排布及构成基本上与图7所示的系统相同。
图10是对图7所示的气化装置的另一种改进的系统流程图。
图10所示的废物气化系统设置有加热低温空气用的空气加热设备10A，基于加热低温蒸汽用的蒸汽加热设备10B。空气加热设备10A具有连接于低温空气供应管线LA的转换装置20以及连接于高温空气供应管线HA的分离区域15。摄入风机安装在供应管线LA上，且分布控制阀71连接于供应管线HA的下游端。另一方面，蒸汽加热设备10B具有连接于低温蒸汽供应管线LS的转换装置20以及连接于高温蒸汽供应管线HS的分离区域15。分布控制阀72连接于供应管线HS的下游端。
分布控制阀71设置有分别连接于第一和第二高温空气管线HA1和HA2的第一和第二传送口。阀72设置有分别连接于第一和第二高温蒸汽管线HS1和HS2的第一和第二传送口。第一管线HA1和HS1与气化器2的热分解区域相连，使得阀71和72分别经入口4A和4B将预定比例的高温空气和蒸汽引入到热分解区域。第二管线HA2和HS2与重整器3的重整区域相连，使得阀71和72分别经入口5A和5B将剩余比例的高温空气和蒸汽引入到重整区域。引入到热分解区域或重整区域的高温空气和蒸汽在其中混合在一起。气化系统的其它排布及构成基本上与图7所示的系统相同。
图11为大体上说明按照本发明气化装置的第二实例的系统流程图，其中各组成部分和单元基本上与上述第一实例的相同，并用相同的参考数字指示。
图11所示的废物气化系统包括构造对应于图3所示排布的废物气化装置1。废物气化装置1包括一个卵石床型气化炉(气化器)2，该气化器炉包括由许多球形陶瓷球(卵石)形成的卵石床8。例如，卵石床8由加有许多氧化铝球或堆积氧化铝球的层形成，每一球的直径范围为20～50mm。可以使废物热分解的热分解区域位于卵石床8之上。气化装置1设置有将废物加入到热分解区域的燃料供应装置WT，适当制备或粉碎的废物通过供应装置WT加入到气化器2中。温度等于或高于1000℃的高温混合物(空气和蒸汽)被引入到热分解区域，以使混合物热分解并熔化废物。球形陶瓷球被高温混合物加热以积聚高温混合物的显热。与废物接触的球形陶瓷球将热量传递给废物并促进或推动废物的热分解。废物的熔渣经球形陶瓷球之间的间隙向下流动并进入熔渣/气体分离区9。沉积在分离区9底部的熔渣从其中被排出，并冷却和固化，用作回收材料如建筑或民用工程材料。
在废物熔融过程中生成的热分解气体或裂解气体经过卵石床8的陶瓷球之间的间隙，并从分离区9作为高温合成气流出至高温气体传送管线HG。供应管线HG的高温粗合成气流经冷却器6、低温气体传送管线LG和气体处理设备7，并作为低温净化合成气被送至供应管线FG和RG。管线FG的合成气被送至能量利用装置如燃气轮机(未显示出)，管线RG的合成气被送至蒸汽/空气加热设备10。冷却器6设置有换热器，其中经过供水管线WS的一定量的水由高温合成气的显热而被蒸发为低温蒸汽，且低温蒸汽供应管线LS的低温蒸汽通过混合控制阀50与低温空气供应管线LA的低温空气混合，使得混合物经转换装置20被送至加热设备10。阀50的作用是以2∶8至5∶5的预定比例(重量)将低温蒸汽和空气混合。
加热设备10的构型和构造基本上与第一个实例的加热设备相同，因此，以预定的时间间隔交替和重复地进行第一和第二加热步骤(图8A和8B)，时间间隔例如等于或小于60秒，使得低温混合物供应构型SA的低温混合物被连续地加入至等于或高于1000℃的高温。加热的混合物经高温混合物高于构型MG被加入到气化器2中，高温混合物导致废物在热分解区域熔化并气化，以热分解为熔渣和热分解气体。混合物中的高温蒸汽的作用是在废物的熔化和气化过程中限制煤烟的生成，同时使分解气体中的烃进行重整反应，以使气体重整。
图12是说明对图11所示气化装置的一种改进的系统流程图。
如图10所示的实例中那样，图12所示的废物气化装置包括加热低温空气用的空气加热设备10A，以及加热低温蒸汽用的蒸汽加热设备10B。空气加热设备10A具有连接于的低温空气供应管线LA的转换装置20，以及连接于高温空气供应管线HA的分离区域15，其中所述供应管线LA设置有空气摄入风机60。蒸汽加热设备10B具有连接于低温蒸汽供应管线LS的转换装置20，以及连接于高温蒸汽供应管线HS的分离区域15。
供应管线HA和HS的空气和蒸汽分别经入口4A和4B引入到热分解气化器2中。如上所述，高温空气和蒸汽的作用是在热分解区域使废物熔化和气化，使得废物热分解为熔渣和分解气体，高温蒸汽的作用是限制煤烟的生成，以及使分解气体中的烃进行蒸汽重整反应。气化系统的其它排布及构成基本上与图11所示的系统相同。
图13是说明对图11所示气化装置的另一种改进的系统流程图。
图13所示的废物气化系统不同于图12所示的系统，不同点在于在高温流体通道侧设置有混合控制阀55。高温空气和蒸汽供应管线HA和HS与阀55相连，阀55使高温空气和蒸汽以预定的混合比例混合。空气和蒸汽的高温混合物经高温混合物供应管线MG被送至气化装置1中，并经入口4被引入到热分解区域中。该系统的其它排布及构成基本上与图11和12所示的系统相同，因此这里省略了进一步的说明。
图14是大体上显示按照本发明气化装置的第三个实例的系统流程图。基本上与第一和第二个实例相同或等同的图14中的排布和组成部分，用相同的参考数字指示。
图14所示的废物气化系统包括气化装置1、冷却器6、气体处理装置7和蒸汽/空气加热设备10。由气化器2和重整器3限定的气化装置1与图4中所示的排布相对应。气化器2为外加热型旋转炉，在氧气浓度控制装置(未显示出)的控制下，其热分解区域被保持和控制为低或较少氧气燃烧气氛。气化器2的预处理设备包括公知的设备，以进行粉碎或撕碎步骤、分类和干燥步骤，或者沉淀物静置、脱水和干燥步骤。例如，废物被粉碎成每一尺寸等于或小于150mm的碎片，以提高热分解的效率。废物碎片被加入到气化器2的废物加料部分中，并在热分解区域的燃烧气氛中被加热至大约500～600℃的温度。废物保持为所谓的烘烤状态以在其中烘烤，并随着热分解反应的进程分解为分解气体和残余物。热分解气体和残余物在一分离部分被相互分离。分离的残余物被引入残余物排出设备、有价值金属的分类设备或熔炉等(未显示出)，而分解气体流出物被引入到重整器3的重整区域。
重整器3的重整区域经高温气体传送管线HG与气体冷却器6相连，冷却器6通过低温气体传送管线LG与气体处理装置7相连。气体处理设备6经燃料气体传送管线FG与任何适宜的能量利用装置，如燃气轮机设备(未显示出)相连。
供水管线WS与冷却器6内的换热器相连，所述冷却器6与低温蒸汽供应管线LS的上游端相连。供应管线LS的下游端与混合控制阀50的第一入口相连。具有供应环境空气用的空气摄入风机60的低温空气供应管线LA与控制阀50的第二入口相连。控制阀50的出口与低温混合物供应管线SA相连。控制阀50的作用是以2∶8至5∶5的预定混合比例(重量)将低温空气和蒸汽混合在一起，以向蒸汽/空气加热设备10供应低温空气和蒸汽的混合物。
加热设备10具有与上述实例中的加热设备基本上相同的构造，并以类似的方式适于以预定的时间间隔交替地向第一和第二加热步骤(图8A和8B)开启，上述时间间隔例如为等于或小于60秒。因此，经供应管线SA的低温混合物连续地被加热至等于或高于700℃，优选高于800℃的高温，且加热的混合物被传送至高温混合物供应管线MG。供应管线MG被引入到重整器3中，以与重整区域的分解气体混合，使得在重整区域发生高温空气和分解气体中的烃之间的放热反应，以及烃和高温蒸汽之间的吸热重整反应。从重整区域流出的重整气体作为高温粗合成气，经传送管线HG被引入到冷却器6中。该系统的其它排布及构成基本上与上述实例的相同，因此这里省略了进一步的说明。
图15是大体上显示按照本发明气化装置的第四个实例的气化装置的系统流程图，其中基本上与前述实例相同的排布和组成部分，用相同的参考数字指示。
图15所示的废物气化系统包括其排布相应于图5和图6所示的气化装置1，该装置包括热分解气化器2和重整器3。气化器2为间歇加料型的热分解炉，它具有通过热分解气体传送管线TG与重整器3的重整区域相连的热分解区域。重整器3的重整区域经高温混合物供应管线HMG与冷却设备6的高温换热器61相连。而且，气化器2中的热分解区域经中等温度混合物供应管线MMG与中等温度换热器62相连。
冷却设备6设置有从粗合成气物流的上游侧至下游侧顺序串联排布的高温、中等温度和低温部分6a、6b和6c。高温部分6a经高温气体传送管线HG与重整器3相连。若需要的话，传送管线HG设置有灰尘收集器，如陶瓷过滤器。高温和中等温度部分6a和6b分别含有换热器61和62，低温部分6c含有蒸汽发生换热器63。每一换热器61和62优选为板-片型或片-管型换热器，它们所提供的温度效率为等于或高于0.8，优选大于0.9，且换热器63为可通过与合成气的热交换作用而将水蒸发成蒸汽的、通常的气-液型换热器。
在传送管线HG中的高温粗合成气的温度为等于或高于900℃，并仍具有大量可再循环的显热。将流入冷却设备6中的高温气体与换热器61进行热交换接触，以将低温混合物供应管线SA1的低温混合物(蒸汽和空气)加热至等于或高于700℃，优选高于800℃的高温，并且之后使换热器中的粗气体与换热器62接触，以将低温混合物供应管线SA2的低温混合物加热至等于或高于500℃，优选高于600℃的中等温度。从换热器61、62流出的冷却的合成气，连续地与换热器63进行热交换接触，以将供水管线WS的水蒸发成温度范围为150～250℃的低温蒸汽。冷却的气体经低温气体传送管线LG，从冷却设备6送至气体处理装置7，之后被送至传送管线FG。
换热器63的低温蒸汽被送至低温蒸汽供应管线LS，从而通过控制阀50在环境温度下与低温空气混合，且该混合物经供应管线SA1和SA2被分别引入到换热器61和62中，在换热器61和62中，如上所述，该混合物被分别加热至高温或中等温度范围。高温空气与蒸汽的混合比(重量)设定为2∶8至5∶5。
换热器62的中等温度混合物经供应管线MMG被引入到气化器2的热分解区域，以使废物热分解为残余物和热分解气体。过热求1的高温混合物经供应管线HMG被引入到重整器3中，以使分解气体重整为粗合成气。
按照该实例，所有通过气体处理设备7净化的合成气均可供应至任何能量利用装置，如燃气轮机设备。此外，通过将低温混合物加热至高温或中等温度，可有效地回收高温合成气的热量，因此，实质性地提高了整个系统的热效率。
尽管已通过具体的实施方案或实例对本发明作了描述，但本发明并不受其限制，在不背离所附权利要求所定义的本发明范围的前提下，可以将本发明改变或改进成任何各种其它的形式。
例如，可以理解的是，通过将术语“废物”替换为“碎煤”、“碎煤和初级空气”或者“煤”，本发明的上述构思可以适用于任何煤气化系统。在这样的情形下，煤例如碎煤，通过上述燃料供应装置WT被供应至气化装置1中。利用高温蒸汽和空气对由煤的气化得到的热分解气体进行重整，然后通过冷却器6和气体处理装置7进行冷却和净化。净化的合成气供应至能量利用装置以及蒸汽/空气加热设备10。
可以适当改变构成蒸汽/空气加热设备10的各组成构件的结构类型，例如在上述具体实例中的转换装置20的阀类型，以及分离区域15的结构。例如，可以用四通阀机构作为转换装置20，通过相互连接第一和第二燃烧区域13和14的连接通道，或者流动控制阀机构的构型，实现分离区域15的功能。
而且，可以使用例如在日本专利申请No.10-24144(日本专利申请人特许公开No.11-223482)中公开的换热系统，作为使用高温合成气的加热蒸汽用的机构。这样的加热系统用作加热在气体冷却器中生成的低温蒸汽的装置，或者加热从安装在系统外的任何蒸汽发生器来的低温蒸汽的装置。由换热系统加热的蒸汽可以进一步通过上述的蒸汽/空气加热设备10，而加热至等于或高于700℃的温度。
而且，上述气化装置中的高温合成气，可以在仍为高温的条件下，直接送至燃烧装置。在这样的情形下，燃烧燃料可以通过任何系统外的燃料供应装置，被分别送至蒸汽发生装置或蒸汽/空气加热设备。
再者，上述图15所示的具有高温、中等温度和低温部分的冷却设备，可以被构造成分为两个或三个冷却器，其中在中等温度部分的换热器(62)和低温部分的换热器(63)之间，插入脱硫设备等，以从合成气中除去硫或酸。
工业实用性
按照本发明，可以提供一种气化液体或固体燃料的装置和方法，将气化器的热分解气体重整为相对高质量的合成气。
而且，按照本发明，在不提供内燃型或外燃型加热设备的前提下，该气化装置和方法可以保证热分解气体中的烃的蒸汽重整反应所需的热量。
再者，按照本发明的气化装置和方法可以促进或推动液体或固体燃料的热分解和气化，同时限制了热分解区域中煤烟的生成。

Claims (29)

1.一种液体或固体燃料气化用的装置，该装置具有通过液体或固体燃料的热分解反应而生成热分解气体的气化器，所述装置包括：
加热水或低温蒸汽以及低温空气用的加热设备，以将其加热为等于或高于700℃的高温蒸汽和高温空气；和
将所述高温蒸汽和高温空气送至液体或固体燃料热分解用的热分解区域，和/或热分解气体重整用的重整区域的加料设备。
2.权利要求1的装置，其中高温蒸汽和空气通过所述加料设备进入到所述的热分解区域和/或所述的重整区域，使得用高温空气和含在热分解气体中的碳化合物之间的放热反应，以及碳化合物和所述高温蒸汽之间的吸热反应，将所述热分解气体重整为高温合成气。
3.权利要求1的装置，其中通过所述加料设备将所述高温蒸汽和空气引入到所述热分解区域，使得用高温蒸汽和空气所具有的显热热量，以及所述高温空气和所述燃料之间的放热氧化反应所产生的热量，将所述液体或固体燃料热分解制得所述热分解气体。
4.权利要求1～3任一项的装置，其中所述加热设备包括加热所述低温蒸汽用的蒸汽加热设备和加热所述低温空气用的空气加热设备，蒸汽加热设备将所述低温蒸汽加热至等于或高于700℃的温度，使其成为所述的高温蒸汽，空气加热设备将所述低温空气加热至等于或高于700℃的温度，使其成为所述的高温空气；并且
其中所述加料设备包括将高温蒸汽引入所述热分解区域和/或所述重整区域的高温蒸汽供应通道，以及将高温空气引入到所述热分解区域和/或所述重整区域的高温空气供应通道。
5.权利要求1～3任一项的装置，其中所述加热设备包括将所述低温蒸汽和所述低温空气混合在一起从而提供低温蒸汽和空气混合物的混合设备，以及将所述混合物加热至等于或高于700℃的温度，使其成为高温蒸汽和空气混合物的混合物加热设备；并且
其中所述加料设备包括将高温混合物引入所述热分解区域和/或所述重整区域的高温混合物供应通道。
6.权利要求1～3任一项的装置，其中所述加热设备包括加热所述低温蒸汽用的蒸汽加热设备和加热所述低温空气用的空气加热设备，蒸汽加热设备将所述低温蒸汽加热至等于或高于700℃的温度，使其成为所述的高温蒸汽，空气加热设备将所述低温空气加热至等于或高于700℃的温度，使其成为所述的高温空气，以及将所述高温蒸汽和所述高温空气混合在一起从而提供高温蒸汽和空气混合物的混合设备；并且
其中所述加料设备包括将高温混合物引入所述热分解区域和/或所述重整区域的高温混合物供应通道。
7.权利要求3的装置，其中所述重整区域被限定在所述热分解气体被引入其中的重整器内，且所述加料设备包括将所述高温空气和所述高温蒸汽引入到重整器和所述热分解区域中的通道，使得用高温空气和含在热分解气体中的碳化合物之间的放热反应，以及碳化合物和所述高温蒸汽之间的吸热反应，将所述热分解气体重整为高温合成气。
8.权利要求2或7的装置，其中设置有冷却器以将所述高温合成气冷却为低温合成气，并且冷却设备设置有换热器，以通过高温合成气所具有的显热生成所述的低温蒸汽。
9.权利要求2或7的装置，其中所述加热设备由冷却设备构成，该冷却设备将所述高温合成气冷却为低温合成气，且该冷却设备设置有高温换热器，以通过低温空气和/或所述低温蒸汽与高温合成气的热交换作用，将所述低温空气和/或所述低温蒸汽加热至等于或高于700℃的高温。
10.权利要求9的装置，其中所述冷却设备还设置有中等温度换热器，以通过低温空气和/或所述低温蒸汽与高温合成气的热交换作用，将所述低温空气和/或所述低温蒸汽加热至500～700℃的中等温度范围。
11.权利要求10的装置，其中冷却设备还设置有生成蒸汽的换热器，以通过水与高温合成气之间的换热作用，生成所述的低温蒸汽。
12.权利要求2、7或8的装置，其中还设置有净化所述合成气用的净化设备，且净化设备具有至少部分地将一定量的净化合成气送至所述加热设备的合成气供应通道，使得加热设备通过合成气的燃烧作用生成的热，将所述水或低温蒸汽和所述低温空气加热至等于或高于700℃的温度。
13.权利要求5或6的装置，其中所述混合设备包括可以使所述蒸汽和空气的混合比具有可变设定的混合控制设备。
14.一种气化液体或固体燃料的方法，该方法通过液体或固体燃料的热分解反应制得热分解气体：
其中水或低温蒸汽和低温空气被加热成为温度等于或高于700℃的高温蒸汽和高温空气；以及
其中所述高温蒸汽和所述高温空气被引入热分解液体或固体燃料的热分解区域，和/或重整热分解气体的重整区域。
15.权利要求14的方法，其中所述高温蒸汽和所述高温空气与所述热分解气体混合，使得通过高温空气与碳化合物间的放热反应生成的热量，部分地供应所述高温蒸汽与含在热分解气体中的烃之间的吸热重整反应所需的热量。
16.权利要求14的方法，其中所述高温蒸汽和空气被引入到所述热分解区域中，使得用高温蒸汽和空气所具有的显热，以及所述高温空气与所述燃料之间的放热氧化反应所生成的热量，将所述液体或固体燃料热分解，以制得所述热分解气体。
17.权利要求14的方法，其中所述高温蒸汽和空气的混合比被设定为可变控制的混合比。
18.权利要求14～17任一项的方法，其中使用通常状态的空气、氧气、或者通常状态的空气与氧气的混合物作为所述的低温空气。
19.权利要求14～16任一项的方法，其中所述热分解气体在所述重整区域中进行蒸汽重整反应，之后与所述低温蒸汽和/或所述低温空气发生换热作用，以将低温蒸汽和/或低温空气加热至所述等于或高于700℃的温度。
20.权利要求19的方法，其中所述热分解气体进一步与所述低温蒸汽和/或所述低温空气发生换热作用，以将低温蒸汽和/或低温空气加热至500～700℃的温度范围。
21.权利要求20的方法，其中所述热分解气体进一步与水发生换热作用，生成所述的低温蒸汽。
22.权利要求14～18任一项的方法，其中所述热分解气体在所述重整区域中进行蒸汽重整反应，然后经历气体处理过程，以从其中除去异物或有害物质，使其成为净化的合成气，之后将净化合成气送至加热所述水或低温蒸汽和所述低温空气的加热设备，以及装置外的燃烧装置或发动机的燃烧设备中；和
其中所述水或低温蒸汽和所述低温空气通过由净化合成气的燃烧反应产生的热量在所述加热设备中被加热。
23.权利要求22的方法，其中将所述净化合成气供应至所述燃烧设备，使其作为它的主要燃料使用。
24.权利要求22的方法，其中将所述净化合成气供应至所述燃烧设备，使其作为加入到燃烧设备的主燃料和/或其燃烧空气中的辅助燃料使用。
25.权利要求22～24任一项的方法，其中所述热分解气体在进行所述蒸汽重整反应之后和经历所述的气体处理过程之前，流经冷却热分解气体用的冷却设备；以及
其中冷却设备通过热分解气体所具有的显热，蒸发一定量的水以生成所述的低温蒸汽，或者通过热分解气体所具有的显热，加热所述的低温蒸汽和/或所述的低温空气。
26.权利要求14～25任一项的方法，其中使用废物、煤、生物质或重油作为所述的液体或固体燃料。
27.一种废物气化系统，包括权利要求1～13任一项的液体或固体燃料的气化装置。
28.一种煤气化系统，包括权利要求1～13任一项的液体或固体燃料的气化装置。
29.一种气化和发电系统，包括权利要求1～13任一项的液体或固体燃料的气化装置，以及利用所述装置生成的合成气进行操作的发电机。
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