把同运载气体一起从反应容器排出的细粒状固体返回的工艺

摘要

在一种借助于运载气体经反应容器(1)的卸出点(2)将从反应容器(1)卸出的细粒状固体返回给反应容器(1)的返回点(15)的工艺过程中,固体在固体分离器(4),尤其是在旋风分离器内被分离,并且接着在保持固体分离器(4)与返回点(15附近)之间压力差的情况下借助于运载气体,将固体粒子返回到反应容器(1)内,在这种情况下,在固体进入反应容器(1)的同时输入氧气,固体至少局部地被气化和/或者点燃。为了能够在没有移动的,并且因此而没有受到磨损的部分的情况返回固体,也就是说以连续的、受控制的方式返回固体,被分离出来的固体借助于推进气在喷射作用下被从固体分离器(4)直接、连续地抽出、加速和返回给反应容器(1)。

说明书

本发明涉及一种把借助于运载气体经反应容器的排放口从反应容器、尤其是从熔化气化器排出的细粒状固体，例如煤粉和铁粉，返回到反应容器的返回点的工艺，其中固体在固体分离器、尤其是旋风分离器内被分离出来，并且接着借助于输送气体在保持固体分离器与返回点之间压力差的情况下，返回到反应容器内，并且在进入反应容器的同时输入氧气，被至少局部地转化为气体和/或点燃；本发明还涉及一种用于实施上述工艺的装置。

EP-A-0493752公开了一种上述类型的工艺，在这种工艺过程中，从熔化气化器排放出的热粉尘被在被热旋风分离器内分离，并且经过一台燃烧器被返回到熔化气化器内。为了克服在热旋风分离器与熔化气化器之间的压力差，返回过程是通过一阀门系统实现的，在该阀门系统的两只阀门之间配置有几个贮料仓。

从熔化气化器中排出、约1500℃的热还原气体带有相当数量的粉尘状固体。粉尘浓度大约为每立方米还原气体150g。还原气体在排出熔化气化器之后，通过掺入冷气体，通常为同一种类的冷气体，其温度被调整到约850℃。在热旋风分离器内，主要由煤粉与铁粉的混合物组成的固体被连续分离。由于这种固体磨损能力很强，所以这种已公开的阀门系统不仅在结构上非常昂贵，而且还会受到巨大的磨损。固体微粒到喷嘴的输送过程不是连续地进行，即一股股地分批式进行，因此不能保证粉尘燃烧器的连续工作方式，并且还降低了粉尘燃烧器的效率。固体颗粒可能在装填贮料仓时沉降下来，这可能导致粉尘流动的阻塞。

EP-B-0278287公开了一种借助运载气体将从反应容器排出的细粒状固体返回反应容器的工艺。在这过程中在固体分离器内积聚的固体被输运到一只收集箱内，并在那里被贮存起来。收集箱在这里用作补偿容器，借助于热的直接取自反应容器的反应气体，从缓冲容器中取出固体颗粒，并且通过一只喷嘴把固体颗粒直接送回到反应容器内。在收集箱内可能会导致固体的沉淀，并因此而导致固体流的阻塞，尤其是由于从反应容器中直接取出的热输送气体会引起固体材料局部熔化，造成烧结粘附，更可能造成上述结果。在这种已公开的工艺中，喷嘴直接通入到反应容器内。

本发明的目的是避免上述缺点与难点，并且其任务在于创造一种工艺以及一种用于实施该工艺的装置，它能够在没有移动的、并且会受巨大磨损与热交变应力作用的部件的情况下，进行固体的返回过程，其中尤其应该连续地、以控制方式进行返回过程，并且毫无困难地克服在固体分离器出口处与反应容器之间的压力差。同时应该能够保证一种连续的、不受干扰、具有高度可靠性的固体流动过程。

该任务在前述类型的工艺过程中通过下述方式实现，即被分离出来的固体借助于推进气体在喷射作用下被直接而连续地从固体分离器抽走、加速并且送往反应容器。因此按照本发明在正常的工作状况下，在固体分离器与反应容器之间装有一条完全敞开的线路，而不存在阻滞区域和对存储内部部件。推进气体从固体分离器把固体与流过器固体分离器的极少部分运载气体一起吸入。这样就保证了固体总处于运动中而不可能沉降下来。这样也就可靠地避免了粒子粘挂的危险以及粉尘流动的阻塞。

为了保证固体返回过程中工作状况的高度稳定性，推进气最好应该等音速或者超音速流动(采用超临界压力比)。

如果采用氮和/或经冷却并且净化过的工艺气体作为推进气，是有好处的。

按照一种优选的实施形式变体，经冷却并且净化过的工艺气体由含CO和H₂的还原气体组成。

用于实施按照本发明的工艺的装置，带有一只反应容器，尤其是一只熔化汽化器；带有一根从反应容器出来的排气管，它通向固体分离器，尤其是通向旋风分离器将分离出来的固体输送到喷射器的固体排放管道就从旋风分离器伸出；还带有一根从喷射器导向反应容器，并且经煤粉燃烧器通入到反应容器内的固体回收管道；该装置的特征在于，固体分离器以管道导引方式、不间断地经喷射器与固体回程管道并且因而与煤粉燃烧器连接。按照本发明的装置，其安装简单而不复杂，并且在正常工作状态下使得完全自由的固体流动成为可能，以及由于固体被直接而连续地排出因而使固体分离器的有效系数更佳，这样就明显地减少了粉尘损失。本发明的装置的简单构造，决定了设备的很小的维护费用，很高的利用率以及很好的工作性能。

为了分离出粗颗粒，例如粗煤粒或焦碳粒，最好给固体分离器的下游配置一套粗过滤装置。

为了在粉尘回程路径中出现故障时不直接妨碍到固体分离过程，按照优选的实施形式在固体分离器的下游配置一套固体容器，它在过渡到固体排出管道的位置，配置有一套流化装置。该固体贮仓在正常工作状态下不起作用，即固体不受干扰地自由降落经过容器。

为了能够不影响固体流动地排放出来自固体输送管道的耐火衬壁的粗颗粒、喷射器最好拥有被设计为袋式容器的固体收集箱，固体收集箱配置有一个可用闭锁机构关闭的泄出孔，同时它在底部范围内还配置有一套流化装置。

下面借助于一个在附图中介绍的实施例详细解释本发明，其中

图1按照技术现状说明了固体返回的流程图；

图2以简图形式说明了符合本发明的固体返回流程图。

按照在图1中所介绍的技术现状，从用于熔化海绵铁、同时用含煤材料产生还原气体、被设计为熔化汽化器1的反应容器出发，通过制取煤气产生并且接着作为还原气体排出的排放气体，经过一根在熔化汽化器1上部3与熔化汽化器3连通的气体输送管道排出。由于细粒至粉尘形状的固体被上述放出的气体携带，用作这种固体的运载气体的上述放出气体，通向被优选设计为热旋风分离器的固体分离器4。

还原气体从熔化汽化器1中出现后，就立即将同类冷气体经冷气体输送管道5输送给这还原气体，这样还原气体就拥有了适于后面铁矿石还原的温度，并且避免了热旋风分离器温度负荷过高。

在热旋风分离器4内分离出来的固体向下沉降，并且被收集到一个与热旋风分离器连接成整体的旋风分离器贮仓6内。固体经过直接在后面的贮仓系统被一股股地或者分批地继续输送。为了这个目的，在贮仓6、7和8之间的固体输送管道9内各设一个阀门10。

最后，借助被定量装置11，例如定量阀或者按照其它实施方式被叶轮阀门(图中未示出)将固体粒子尽可能均匀地输送给喷射器12，喷射器12被经过管道13提供的、例如作为运载气体的氮气驱动，经过与粉尘燃烧器15连通的固体返回管道14把固体输送到熔化汽化器1内。氧气通过氧气管道16送达粉尘燃烧器15。

通过燃烧和气化粉尘中的含碳组分，固体中保留的惰性组份(Fe、粉煤灰、CaO、SiO₂等)被结块。固体粒子的结块使得固体粒子不再被从反应容器流出的气体所排出。它的沉降在反应容器的底部并且例如被融化并且被作为炉渣排出。

用于这种固体返回装置时维护费用非常昂贵。这种固体返回装置的独特问题是由贮仓系统6至10，即分批式粉尘输送与固体的定量所引起。在图1中所介绍的固体返回工艺的另一个缺点是，各固体仓6至10必须一再对在反应容器1内发生的过程的气体系统用气阀隔断。由于系统压力，即熔化汽化器1本身内的压力本身以及在后面没有表示出来的反应容器内的压力容易发生波动，在熔化汽化器内产生的还原气体被导入到反应容器内，一再出现过高的压力差，这与气体相联系导致阀门10的过度磨损。为了把上述压力差保持在极限范围内，对于这种已公开的装置来说，有必要一方面在固体仓6、7和8，另一方面在熔化汽化器1与反应容器的气体系统之间，设置未在图中详细表现的压力平衡管道。

在图2中介绍了符合本发明的粉尘返回工艺系统。在热旋风分离器4内被分离出来的固体到达与旋风分离器出口17联为一体的贮仓18内。在这个贮存仓18内，贮仓衬壁为耐火材料，有一块斜向设置的篦条19，它用于分离粗颗粒，如煤粒或焦炭粒。需要时它以经取料孔20被排出贮仓18。固体从热旋风分离器4出来自由落体的方式散落于正常操作情况下不起作用的贮仓18，经被设计为直落管的固体排放管道9，被喷射器12吸出。这根直落管9被设计为圆筒的也可权宜地设计为锥形，向下扩展，以避免堵塞。它的内衬同样最好采用耐火材料。固体返回管道14从喷射器12通向煤粉燃烧器15。

喷射器12最好采用超临界的压力状态来驱动，即经管道13输送通过喷射器的推进气速度等于或者大于声速。例如，氮气或者如象冷却过的还原气体之类的冷却气体可以用作推动气体。在喷嘴22的下方适当的位置，喷射器外壳21变成为一个贮存箱23，可能会导致堵塞的粗颗粒例如剥落物或者内衬碎片在这里被收集起来。为了能够排出这些粗颗粒，在贮存箱23的底部24设置一个带有闭锁机构25或者压力闸门(图中未表现)的出口。为了更方便地排出粗颗粒，还可以在贮存箱的底部24设置流化装置26，例如耐火材料制环形喷嘴、冲洗槽，烧结材料制成的部件等。喷嘴被设计为自动闭合的阀门形式。流化气体可以同时用作喷射器12的二次气体。流化过程按下述方式调整，即使细粉可以被喷射器吸走吹掉，而只收集粗颗粒。

仅仅为了维修与保养的目的，才在符合本发明的装置中，在直落管9的起始端和在煤粉燃烧器15之前各设置一套闭锁机构27。这样，连接于热旋风分离器4下游的贮仓18当闭锁机构27闭锁时，也可以用作缓冲中间仓，以各在工作过程中出现问题时使用。为了在这种紧急情况下避免固体沉降，在贮仓出口处，即紧贴过度到直落管9的位置，同样也设置有流化装置26。

本发明并不仅局限于所述实施例，而是在各方面可以改进，它们尤其可以用于各种类型的反应容器1，在这些容器上固体被输出同排出气体，本发明不仅仅是用于熔化汽化器。