等離子體點火進(jìn)料噴嘴的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于氣化爐、熔爐或其他反應(yīng)器容器的等離子體進(jìn)料噴嘴。
【背景技術(shù)】
[0002]等離子體氣化反應(yīng)器(有時被稱作PGR)是一種已知的熱解反應(yīng)器，其被用來處理各種材料，包括例如，金屬廢料、具有危險性的廢料、其他城市廢料或工業(yè)廢料和填埋廢料、以及植物廢料或生物質(zhì)材料，以得到有用的材料例如金屬或合成氣體(合成氣)或玻璃化不合乎需要的廢料從而更易于處置。在本說明書中，“等離子體氣化反應(yīng)器”和“PGR”用來指應(yīng)用于氣化或玻璃化或者應(yīng)用于氣化和玻璃化的基本類型相同的反應(yīng)器。除非另有內(nèi)容指示，否則本文所使用的術(shù)語例如“氣化爐”或“氣化”可以理解為可選地或附加地適用于“玻璃化爐”或“玻璃化”，反之亦然。
[0003]在例如Dighe等的于2009年12月15日授權(quán)、發(fā)明名稱為“System and Processfor Upgrading Heavy Hydrocarbons” 的美國專利 US7632394 ；Dighe 等的發(fā)明名稱為“System and Process for Reduct1n of Greenhouse Gas and Convers1n ofB1mass”的公開號為US2009/0307974的美國專利申請；和Dighe等的發(fā)明名稱為“PlasmaGasificat1n Reactor”的公開號為US2010/0199557的美國專利申請中介紹了 PGR及其各種用途，所有這些有關(guān)PGR及其實施方法的介紹通過引用而并入本文。
[0004]來自電弧的熱量可以輸送到?jīng)_天爐、熔爐或其他反應(yīng)器容器中，以通過提供非常高溫的氣流來增強(qiáng)其運行，所述氣流可以是氧化性或還原性的，并且還可以與顆粒狀材料混合。電弧可以在等離子體焰炬中產(chǎn)生，其中電弧將從等離子體焰炬的端部吹出的氣體電離，產(chǎn)生通常在例如10，000 °?或5，538°C的范圍內(nèi)運行的高溫氣流。
[0005]來自電弧的熱量能夠借助于過熱氣體(等離子體)而傳送至氣化爐或熔爐。如美國專利US4761793所述的進(jìn)料噴嘴可用于將大量的熱能引導(dǎo)至沖天爐或其他熔爐。美國專利US4530101中介紹的進(jìn)料噴嘴是行之有效的，但是其在功能長度上受到限制(即，等離子體焰炬與氣化爐或熔爐中的焦床(coke bed)之間的距離受到限制)。為了傳送來自等離子體焰炬的熱能，帶有管狀或錐形腔室的進(jìn)料噴嘴可與保護(hù)氣體結(jié)合使用，所述保護(hù)氣體將過熱氣流與腔室的壁隔離。希望確保過熱氣流相對于腔室長度保持在軸向上，否則過熱氣流對腔室壁的沖擊可能導(dǎo)致腔室壁的機(jī)械故障。腔室壁典型地為水冷并且用耐火材料鑄造。該腔室的長度越長，從過熱氣流到水冷的腔室壁損失的能量就越多。水冷的這種熱損失降低了整個過程的效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]在一個方面，本發(fā)明提供一種設(shè)備，所述設(shè)備包括:風(fēng)嘴腔室；等離子體焰炬，其構(gòu)造成用以產(chǎn)生過熱氣體并將過熱氣體沿軸向方向引導(dǎo)到所述風(fēng)嘴腔室中；和保護(hù)氣體入口組件，所述保護(hù)氣體入口組件構(gòu)造成用以將保護(hù)氣體引導(dǎo)到所述風(fēng)嘴腔室中，其中，保護(hù)氣體的第一部分與過熱氣體同軸地噴射，保護(hù)氣體的第二部分噴射作為保護(hù)風(fēng)嘴壁的旋流。
[0007]在另一個方面，本發(fā)明提供一種設(shè)備，所述設(shè)備包括:風(fēng)嘴腔室；等離子體焰炬，其構(gòu)造成用以產(chǎn)生過熱氣體并將過熱氣體沿軸向方向引導(dǎo)到所述風(fēng)嘴腔室中；和保護(hù)氣體入口組件，所述保護(hù)氣體入口組件包括環(huán)繞所述等離子體焰炬的通道和在所述等離子體焰炬周圍的用于在過熱氣體周圍噴射保護(hù)氣體的開口。
[0008]在另一個方面，本發(fā)明提供一種設(shè)備，所述設(shè)備包括:風(fēng)嘴腔室；等離子體焰炬，其構(gòu)造成用以產(chǎn)生過熱氣體并將過熱氣體沿軸向方向引導(dǎo)到所述風(fēng)嘴腔室中；和保護(hù)氣體入口組件，所述保護(hù)氣體入口組件包括環(huán)繞所述等離子體焰炬的通道和在所述等離子體焰炬周圍的用于在過熱氣體周圍噴射保護(hù)氣體的多個葉片。
[0009]在另一個方面，本發(fā)明提供一種設(shè)備，所述設(shè)備包括:風(fēng)嘴腔室，所述風(fēng)嘴腔室構(gòu)造成定位在等離子體焰炬附近；多個氣體噴嘴，所述多個氣體噴嘴定位在所述風(fēng)嘴腔室的壁附近以用于噴射保護(hù)氣體，其中，所述氣體噴嘴沿切線方向引導(dǎo)保護(hù)氣體以使保護(hù)氣體沿著所述風(fēng)嘴腔室的壁螺旋運動。
【附圖說明】
[0010]圖1是等離子體氣化反應(yīng)器的示例的局部剖視的正視圖。
[0011]圖2是等離子體焰炬及相關(guān)聯(lián)的風(fēng)嘴的示意性截面圖。
[0012]圖3是風(fēng)嘴和保護(hù)氣體入口組件的局部剖視的示意性分解圖。
[0013]圖4是風(fēng)嘴和保護(hù)氣體入口組件的一部分的示意性截面圖。
[0014]圖5是圖4中的保護(hù)氣體入口組件的示意性截面圖。
[0015]圖6是風(fēng)嘴和保護(hù)氣體入口組件的一部分的示意性截面圖。
[0016]圖7是圖6中的保護(hù)氣體螺旋入口組件沿線7-7截取的示意性截面圖。
[0017]圖8至圖15是各種風(fēng)嘴和保護(hù)氣體入口組件的示意性截面圖。
[0018]圖16是風(fēng)嘴和保護(hù)氣體入口組件的局部剖視的示意性分解圖。
[0019]圖17是帶有多個保護(hù)氣體噴嘴的風(fēng)嘴的一部分的截面圖。
[0020]圖18是圖17中的風(fēng)嘴沿線18-18截取的截面圖。
【具體實施方式】
[0021]在一個方面，本發(fā)明涉及等離子體焰炬組件，所述等離子體焰炬組件能與反應(yīng)器容器例如氣化反應(yīng)器或玻璃化反應(yīng)器組合使用。
[0022]在各種實施例中，等離子體焰炬構(gòu)造成用以向腔室輸送高溫氣流的射流或羽流(也被稱作過熱氣流)，等離子體焰炬與在過熱氣流周圍輸送相對低溫的氣體(即保護(hù)氣體)的結(jié)構(gòu)(即保護(hù)入口組件)組合使用。保護(hù)入口組件可以輸送圍繞過熱氣流的兩種或更多種低溫氣流的組合。保護(hù)入口組件可以連接至風(fēng)嘴的管狀或錐形腔室(在任一端部都帶有開口)，所述風(fēng)嘴將所有氣流傳輸?shù)綒饣癄t或熔爐的工藝中。該腔室可以襯有耐火材料，并且可以由流體冷卻，潛在地可以利用能夠嵌入在耐火材料中的水套或管狀冷卻盤管進(jìn)行冷卻。風(fēng)嘴腔室內(nèi)的氣流可以被引導(dǎo)成使得過熱氣體保持在中心并沿著中心軸線流動，并且保護(hù)氣體在過熱氣體和腔室壁之間流動。
[0023]圖1是可用于氣化和/或玻璃化各種工藝材料的等離子體氣化反應(yīng)器(PGR)的示例。操作這樣的PGR的一種方式是用于使材料氣化以從進(jìn)給材料生成合成氣體。作為示例，進(jìn)給材料可以包括一種或多種材料例如生物質(zhì)材料、城市固體廢物(MSW)、煤炭、工業(yè)廢料、醫(yī)用廢料、具有危險性的廢料、輪胎和焚燒爐灰。在有些設(shè)施中，PGR能夠產(chǎn)生包含有效量的氫和一氧化碳的合成氣，以便后續(xù)用作燃料。
[0024]圖1的反應(yīng)器在其右半部分以剖面示出，所述反應(yīng)器包括反應(yīng)器容器、熔爐或沖天爐10，其中通常包括襯有耐火材料14的鋼殼12。一個或多個端口 16設(shè)置用于工藝材料送入到反應(yīng)器容器中。底部部分18包含碳床(carbonaceous bed)，在碳床上方是用于工藝材料的料床(charge bed)的部分，所述工藝材料例如是生物質(zhì)材料、城市固體廢物(MSW)、煤炭、工業(yè)廢料、醫(yī)用廢料、具有危險性的廢料、輪胎和焚燒爐灰，料床上方具有稀相區(qū)20，稀相區(qū)向上延伸至爐頂22。一個或多個出口例如管道24可用于從容器抽取合成氣。容器可以包括位于頂部部分附近的局部水淬區(qū)域，所述局部水淬區(qū)域在上升氣體離開容器前對其進(jìn)行冷卻。
[0025]反應(yīng)器容器10的圍起碳床的部分18具有一個或多個(通常是兩個到八個)噴嘴
26(有時可選地被稱作端口或風(fēng)嘴)以及用于將高溫等離子體加熱氣體噴射到碳床和/或料床中的等離子體焰炬(未示出)。風(fēng)嘴26也可以設(shè)置成引入另外的可能需要的工藝材料以用于在碳床和料床的材料當(dāng)中進(jìn)行反應(yīng)，另外的工藝材料例如是氣體、液體、蒸氣或微細(xì)的固體顆粒物。反應(yīng)器容器10還在底部容納熔渣，并包括熔渣出口 28，也叫做出渣口。
[0026]反應(yīng)器容器10的在料床周圍并且在碳床上方的一部分還可以包括一些附加的噴嘴或風(fēng)嘴30、32、34、36，這些噴嘴或風(fēng)嘴30、32、34、36通常不包含等離子體焰炬，而是設(shè)置用于根據(jù)需要將另外的工藝材料例如氣體、液體、蒸氣或固體顆粒形式的材料引入到料床中。噴嘴36和附加的噴嘴38可用于引燃燃燒器。實際的反應(yīng)器容器可以包括其他的與本發(fā)明無關(guān)的元件。但是，本發(fā)明并不局限于具有這樣的構(gòu)造的反應(yīng)器。
[0027]圖2是包括等離子體焰炬40的實施例的示意性截面圖，所述等離子體焰炬40定位在風(fēng)嘴44的入口 42附近。風(fēng)嘴安裝在反應(yīng)器容器10的壁中并限定腔室46。在各種實施例中，所述腔室可以具有圓柱形或截