CN100362084C - 内外循环煤气化的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内外循环煤气化方法及装置，其特征是煤料经分离器预热后由上环室L阀进入气化外筒中进行气化，其中未气化的煤焦由下环室L阀进入气化燃烧内筒进行燃烧气化，后经分离器、上环室L阀、气化外筒再次进行内循环气化；气化煤气输入煤气分离器分离后输出，烟气输入烟气分离器分离后排放，分离的飞煤或飞灰由回料控制阀及排灰阀进行飞煤外循环气化或飞灰外排放；在气化燃烧内筒产生的灰渣由排灰管排出。本发明利用粉煤集加热、气化和燃烧分别在惯性分离器、气化外筒和气化燃烧内筒中进行，热量利用率达85%～92%，而且煤料分级循环连续气化，结构简单，生产效率高，产品煤气以CO和H₂为主，是制醇醚等含氧化合物的优质原料。

Description

内外循环煤气化的方法及装置

技术领域

本发明涉及一种煤气化的方法及设备，特别是一种用于内外循环流化床煤气化的方法及装置。

背景技术

煤气化方法中，气流床煤气化需要庞大的制粉设备，耗电高，其喷嘴寿命短以及耐火材料要求严格；固定床煤气化的效率只有85％左右，剩余难以气化的5％～10％的半焦与灰渣一同排出；流化床煤气化方法中，煤料循环气化，实现煤料与气化剂长时间的充分接触，将难于气化的煤料多次进行循环气化，以适应不同煤种及高灰低质煤的气化。在这方面，发明人已申请的专利有：专利号为03112381.3的《一种煤气化的方法及装置》的发明专利，其中介绍了煤气化的方法和装置，包括气化反应器、燃烧提升炉以及具有煤预处理功能的给料加热器等；中国专利申请号为01123960.3的《粉煤流化床气化方法及气化炉》发明专利，公开了粉煤流化床气化方法及气化炉，该专利设有煤燃烧段与气化段分离的结构，其燃烧段产生的热量完全靠高温物料带入气化段，但这种燃烧段与气化段分离的结构增加了设备的散热性，因此，发明人提出了一种煤的燃烧与气化交替进行、煤燃烧过程通过高温物料循环以及内、外筒的热传递为煤的气化提供热源、实现内循环与外循环的复合循环的煤气化方法及设备，进一步地，为了防止在内外复合循环煤气化的过程中，部分煤料在内筒外壁结焦的现象以及内外筒顶部分离器中570℃～600℃的高温热量利用，发明人对煤气化方法及设备进行了改进，由此而提出了一种结构紧凑的、热效率利用高的内外循环煤气化的方法及装置。

发明内容

本发明利用流化床煤气化的方法，通过实现燃烧与气化交替进行以及内外循环气化的方法，以解决部分煤料在煤气化过程中半焦不易气化的问题，通过对煤气化装置结构的进行改进，以解决煤料在煤气化过程中，部分煤料在内筒外壁面结焦的问题，内外筒顶部分离器中高温热量的利用问题，其目的在于提供一种煤的燃烧与气化交替进行、煤燃烧过程通过高温物料循环及装置热传递为煤的气化提供热源的内外循环煤气化方法及装置。

本发明实现内循环煤气化方法的装置是由气化外筒、燃烧提升内筒、分离器、上、下环室L阀、气化外筒构成；本发明实现外循环煤气化方法的装置是由气化外筒、燃烧提升内筒、煤气分离器、燃烧废气分离器、回料控制阀、气化外筒构成；本发明实现内循环和外循环相结合的煤气化方法的装置构成内外循环煤气化方法的装置，其技术方案如下：

本发明所述的煤料由环型进煤口进入分离器中预热为530℃～600℃后进入上环室L阀中，在上环室L阀推动气入口推动气的推动下，沿上环室L阀煤料进口挡板纵向进入流化床气化外筒的中间，由流化床气化外筒底部的过热蒸汽入口进入流化床气化外筒中200℃～250℃的过热水蒸汽与炽热的煤料进行燃烧气化，其中，未燃烧气化的煤焦进入流化床气化外筒底部的下环室L阀中，由下环室L阀推动气入口的推动气推入流化床燃烧提升内筒中，与流化床气化外筒底部的压缩空气入口通过布风板进入的压缩空气一起上升进行燃烧气化，其中，未燃烧气化的煤焦随燃烧气流进入分离器中进行气固分离，分离后的煤焦再次进入上环室L阀中，由上环室L阀推动气入口的推动气推入流化床气化外筒中，再次进行内循环燃烧气化；

在流化床气化外筒中，燃烧气化产生的煤气通过煤气出口管送入煤气分离器中进行气固分离，分离后的煤气由煤气出口输出；

在流化床燃烧提升内筒中，燃烧煤焦产生的高温烟气在分离器中与煤料逆流换热加热煤料，然后由烟气出口管送入燃烧烟气分离器中进行气固分离，分离后的高温烟气由烟气出口排出；

在燃烧烟气分离器和煤气分离器中，分离后的飞煤或飞灰由回料控制阀、煤气分离器排灰阀及燃烧烟气分离器排灰阀进行飞煤外循环气化或飞灰外排放；

在煤气出口管和烟气出口管的预热水套中，自来水由自来水进口进入煤气出口管预热水套中进行预热后，由预热水出口管送入烟气出口管预热水套中进行再预热，再由汽化室进水管送入分离器外套汽化室中进行汽化，再将汽化后的水蒸汽由蒸汽加热管通过分离器中加热为过热蒸汽，然后由过热蒸汽管送入流化床气化外筒的底部与炽热的煤料进行燃烧气化；

在流化床燃烧提升内筒中燃烧产生的灰渣由底部的排灰管排入水封槽中。

上述所述的煤料是低挥发分粉煤或者无烟粉煤。

一种用于实现本发明内外循环煤气化方法的装置，其包含上环室L阀、上环室L阀煤料进口挡板、上环室L阀推动气入口、流化床气化外筒、流化床燃烧提升内筒、过热蒸汽管、过热蒸汽入口、布风板、排灰管、水封槽、压缩空气入口、下环室L阀推动气入口、自来水进口、煤气出口管预热水套、煤气出口管、煤气分离器排灰阀、回料管、燃烧烟气分离器排灰阀、回料控制阀、煤气分离器、煤气出口、燃烧烟气分离器、烟气出口、预热水出口管、烟气出口管预热水套、烟气出口管、汽化室进水管、分离器外套汽化室、分离器、环型进煤口、内筒套管、蒸汽加热管、下环室L阀，其特征在于：

一个流化床燃烧提升内筒，其外套设有流化床气化外筒；顶部连接有内筒套管和上环室L阀煤料进口挡板以及连通有分离器；底部设有下环室L阀、布风板、压缩空气入口和排灰管以及水封槽；

一个流化床气化外筒，其内套设有流化床燃烧提升内筒及内筒套管；顶部连通有分离器、连接有分离器外套汽化室；上部设有上环室L阀、上环室L阀推动气入口、煤气出口管以及煤气出口管预热水套；下部连通有下环室L阀和下环室L阀推动气入口以及过热蒸汽入口；底部设有布风板、压缩空气入口和排灰管以及水封槽；

一个分离器，其下端连通有流化床气化外筒和流化床燃烧提升内筒、连接有内筒套管；上端连通有环型进煤口；侧面连通有烟气出口管；其内设有蒸气加热管；其外围设有分离器外套汽化室；

一个分离器外套汽化室，其内套设有分离器并连通有蒸气加热管；其外连通有汽化室进水管，连接有烟气出口管预热水套、过热蒸汽管和环型进煤口；其下端连接有流化床气化外筒；

一个煤气分离器，其一侧上部连通有煤气出口管、连接有煤气出口管预热水套以及其上的自来水进口和预热水出口管；上端设有煤气出口；下部连通有回料管以及回料控制阀；下端部设有煤气分离器排灰阀；

一个燃烧烟气分离器，其一侧上部连通有烟气出口管、连接有烟气出口管预热水套以及其上的预热水出口管和汽化室进水管；上端连通有烟气出口；下部连通有回料管以及回料控制阀；下端部设有燃烧烟气分离器排灰阀。

本发明采用上述内外循环煤气化方法及装置的技术方案与现有采用无烟块煤或焦炭为原料的常压水煤气发生炉相比，本方法以粉煤或粉焦为原料，这不仅大大降低了成本，还为粉煤或粉焦利用开辟了新途径。与现有常压水煤气发生炉相比，一是由于常压水煤气发生炉需要切换气体，所以机械设备复杂，易磨损，投资大；而本发明工艺方法无切换过程，结构简单，维修方便，投资低。二是常压水煤气发生炉，升温过程不造气，生产效率低；本发明工艺方法气化、燃烧、加热连续进行，生产效率高。与现有氧-水蒸气混合物为气化剂的连续制水煤气的工艺方法如：流化床气化Winkler、KRW以及气流床气化工艺K-T炉、德士古相比，尽管这些工艺都需氧(富氧空气)-水蒸气为气化剂，但本发明工艺仅气化煤中易气化的部分，而难气化的部分流化床燃烧提升内筒被燃烧(用空气)，所以其耗氧-水蒸气的量低。

本发明采用上述内外循环煤气化的方法及装置的创新之处在于：本方法设计有分离器及分离器外套汽化室、上环室L阀及上环室L阀煤料进口挡板、流动床气化外筒、下环室L阀、流化床燃烧提升内筒等结构，流化床燃烧提升内筒产生的热量由内筒壁及炽热的煤料带入流动床气化外筒，为在流动床气化外筒中进行气化反应提供热能，热能利用率达85％～92％。在本发明方法中，流化床燃烧提升内筒产生的高温烟气在惯性分离器和煤料逆流换热，降低了烟气排出温度，同时预了煤料温度，利用了热能，提高了热效率。在本发明工艺方法中，流化床燃烧提升内筒未燃烧尽而又升温的煤焦，被高温气携带进入流动床气化外筒反应器，这种煤焦既是气化原料又是热载体，进行固体循环转化。在本发明的装置中，煤料经过上环室L阀进入流化床气化外筒中时，由上环室L阀煤料进口挡板隔挡，使煤料纵向进入流化床气化外筒的中间，避免了高温煤料直接冲向高温流化床燃烧提升内筒外壁面而在壁面结焦，影响流化床气化外筒燃烧气化。在本发明的装置中，分离器的外围设有分离器外套汽化室，煤气出口管和烟气出口管的外围设有预热水夹套，自来水进入煤气出口管和烟气出口管的预热水套预热后，再进入分离器外套汽化室中进行汽化，汽化后由蒸汽管经过分离器加热为过热蒸汽，然后将过热水蒸汽送入流化床气化外筒底部的中后与炽热的煤料进行气化反应；实现了煤气出口管和烟气出口管以及分离器气的热能再利用，并将分离器外套汽化室汽化的蒸汽直接用于流化床气化外筒煤料气化的气化蒸汽，减少了蒸汽供给设备，降低了成本，而且在整个内外循环煤气化的过程中，使得煤料、煤焦、过热蒸汽和压缩空气在内外循环气化中得到了均衡循环和均衡气化，有效地进行了热能回收利用。

本发明工艺方法及装置突出的特点是：①煤料在气化过程中，三大步加热、气化、燃烧分别在装置中的惯性分离器、流化床气化外筒和流化床燃烧提升内筒中进行，消除了升温过程中烟尘和干馏挥发分的污染；②本发明设计有分离器、上环室L阀、流动床气化外筒、下环室L阀、流化床燃烧提升内筒等内循环结构，流化床燃烧提升内筒产生的热能由内筒壁及炽热的煤料带入流化床气化外筒中，为流化床气化外筒中进行气化反应提供了热能；③煤料分级循环连续气化，并能够实现气化过程自动化，大大提高了生产效率，降低了成本；④充分地利用了热能，在实现了内外循环的同时，回收利用了煤气出口管和烟气出口管以及分离器的热能，并且用作流化床气化外筒的汽化剂，大大降低了成本；⑤利用粉煤或粉焦为原料，不仅降低了成本，而且充分利用了粉煤或粉焦资源；⑥产品煤气以CO和H₂为主，是优质的制醇醚等含氧化合物的优质原料。

附图说明

图1是本发明的气化工艺流程和装置结构示意图。

图2是本发明的气化工艺流程和装置结构A-A剖面图。

图3是本发明的气化工艺流程和装置结构B-B剖面图。

图中：1：上环室L阀  2：上环室L阀煤料进口挡板  3：上环室L阀推动气入口  4：流化床气化外筒  5：流化床燃烧提升内筒  6：过热蒸汽管7：过热蒸汽入口  8：布风板  9：排灰管  10：水封槽  11：压缩空气入口12：下环室L阀推动气入口  13：自来水进口  14：煤气出口预热水套  15：煤气出口管  16：煤气分离器排灰阀  17：回料管  18：燃烧烟气分离器排灰阀  19：回料控制阀  20：煤气分离器  21：煤气出口  22：燃烧烟气分离器  23：烟气出口  24：预热水出口管  25：烟气出口管预热水套  26：烟气出口管  27：汽化室进水管  28：分离器外套汽化室  29：分离器  30：环型进煤口  31：内筒套管  32：蒸气加热管  33：下环室L阀

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明，实施例是对本发明的进一步详细描述，并不对本发明作出任何限制。

实施方式1

按照内外循环煤气化的技术方案，实施内外循环煤气化方法，首先将煤料(低挥发分粉煤或者无烟粉煤)由环型进煤口30进入惯性分离器29中，预热为530℃～600℃后，进入上环室L阀1中，在上环室L阀推动气入口3进入的压缩空气的推动下，沿上环室L阀煤料进口挡板2纵向进入流化床气化外筒4的中间，由流化床气化外筒4底部的过热蒸汽入口7进入的流化床气化外筒4中的200℃～250℃的过热蒸汽与炽热的煤料进行燃烧气化，其中，未燃烧气化的煤焦进入流化床气化外筒4底部的下环室L阀33中，由下环室L阀推动气入口12进入的压缩空气的推动下，煤焦被推入流化床燃烧提升内筒5中，与流化床气化外筒4底部的压缩空气入口11通过布风板8进入的压缩空气一起上升进行燃烧气化，其中，未燃烧气化的煤焦随燃烧气流进入分离器29中进行气固分离，分离后的煤焦再次进入上环室L阀1中，由上环室L阀推动气入口3进入的压缩空气推入流化床气化外筒4中，再次进行内循环燃烧气化；

在流化床气化外筒4中，燃烧气化产生的煤气通过煤气出口管15送入旋风煤气分离器20中进行气固分离，分离后的煤气由煤气出口21输出；

在流化床燃烧提升内筒5中，燃烧煤焦产生的高温烟气在惯性分离器29中与煤料逆流换热加热煤料，然后由烟气出口管26送入旋风燃烧烟气分离器22中进行气固分离，分离后的高温烟气由烟气出口23排出；

在燃烧烟气分离器22和煤气分离器20中，分离后的飞煤或飞灰由回料控制阀19及煤气分离器排灰阀16、燃烧烟气分离器排灰阀18进行飞煤外循环气化或飞灰外排放；

在煤气出口管15和烟气出口管26的预热水套中，自来水由自来水进口13进入煤气出口管预热水套14中进行预热后，由预热水出口管24送入烟气出口管预热水套25中进行再预热，再由汽化室进水管27送入分离器外套汽化室28中进行汽化，再将汽化后的水蒸汽由蒸汽加热管32通过分离器29中加热为过热蒸汽，然后由过热蒸汽管6送入流化床气化外筒4的底部与炽热的煤料进行燃烧气化；

在流化床燃烧提升内筒5中燃烧产生的灰渣由底部的排灰管9排入水封槽10中。

实施方式2

按照内外循环煤气化的技术方案，本发明实施用于实现内外循环煤气化方法的装置，其包含上环室L阀1、上环室L阀煤料进口挡板2、上环室L阀推动气入口3、流化床气化外筒4、流化床燃烧提升内筒5、过热蒸汽管6、过热蒸汽入口7、布风板8、排灰管9、水封槽10、压缩空气入口11、下环室L阀推动气入口12、自来水进口13、煤气出口管预热水套14、煤气出口管15、煤气分离器排灰阀16、回料管17、燃烧烟气分离器排灰阀18、回料控制阀19、煤气分离器20、煤气出口21、燃烧烟气分离器22、烟气出口23、预热水出口管24、烟气出口管预热水套25、烟气出口管26、汽化室进水管27、分离器外套汽化室28、分离器29、环型进煤口30、内筒套管31、蒸汽加热管32、下环室L阀33，其结构改进在于：

设置一个流化床燃烧提升内筒5，其外套设有流化床气化外筒4；顶部连接有内筒套管31和上环室L阀煤料进口挡板2以及惯性分离器29；底部设有下环室L阀33、布风板8、压缩空气入口11和排灰管9以及水封槽10；

设置一个流化床气化外筒4，其内套设有流化床燃烧提升内筒5及内筒套管31；顶部连通有惯性分离器29、连接有分离器外套汽化室28；上部设有上环室L阀1、上环室L阀推动气入口3、煤气出口管15以及煤气出口管预热水套14；下部连通有下环室L阀33和下环室L阀推动气入口12以及过热蒸汽入口7；底部设有布风板8、压缩空气入口11、排灰管9和水封槽10；

设置一个惯性分离器29，其下端连通有流化床气化外筒4和流化床燃烧提升内筒5、连接有内筒套管31；上端连通有环型进煤口30；侧面连通有烟气出口管26；其内设有蒸气加热管32；其外围设有分离器外套汽化室28；

设置一个分离器外套汽化室28，其内套设有惯性分离器29并连通有蒸气加热管32；其外连通有汽化室进水管27、连接有烟气出口管预热水套25、过热蒸汽管6和环型进煤口30；其下端连接有流化床气化外筒4；

设置一个旋风煤气分离器20，其一侧上部连通有煤气出口管15、连接有煤气出口管预热水套14以及其上的自来水进口13和预热水出口管24；上端设有煤气出口21；下部连通有回料管17以及回料控制阀19；下端部设有煤气分离器排灰阀16；

设置一个旋风燃烧烟气分离器22，其一侧上部连通有烟气出口管26、连接有烟气出口管预热水套25及其上的预热水出口管24和汽化室进水管27；上端连通有烟气出口23；下部连通有回料管17及回料控制阀19；下端部连通有燃烧烟气分离器排灰阀18。

Claims (3)

1.一种内外循环煤气化方法，其特征在于：煤料由环型进煤口(30)进入分离器(29)中预热为530℃～600℃后进入上环室L阀(1)中，在上环室L阀推动气入口(3)推动气的推动下，沿上环室L阀煤料进口挡板(2)纵向进入流化床气化外筒(4)的中间，由流化床气化外筒(4)底部的过热蒸汽入口(7)进入流化床气化外筒(4)中的200℃～250℃的过热水蒸汽与炽热的煤料进行燃烧气化，其中，未燃烧气化的煤焦进入流化床气化外筒(4)底部的下环室L阀(33)中，由下环室L阀推动气入口(12)的推动气推入流化床燃烧提升内筒(5)中，与流化床气化外筒(4)底部的压缩空气入口(11)通过布风板(8)进入的压缩空气一起上升进行燃烧气化，其中，未燃烧气化的煤焦随燃烧气流进入分离器(29)中进行气固分离，分离后的煤焦再次进入上环室L阀(1)中，由上环室L阀推动气入口(3)的推动气推入流化床气化外筒(4)中，再次进行内循环燃烧气化；

在流化床气化外筒(4)中，燃烧气化产生的煤气通过煤气出口管(15)送入煤气分离器(20)中进行气固分离，分离后的煤气由煤气出口(21)输出；

在流化床燃烧提升内筒(5)中，燃烧煤焦产生的高温烟气在分离器(29)中与煤料逆流换热加热煤料，然后由烟气出口管(26)送入燃烧烟气分离器(22)中进行气固分离，分离后的高温烟气由烟气出口(23)排出；

在燃烧烟气分离器(22)和煤气分离器(20)中，分离后的飞煤或飞灰由回料控制阀(19)、煤气分离器排灰阀(16)及燃烧烟气分离器排灰阀(18)进行飞煤外循环气化或飞灰外排放；

在煤气出口管(15)和烟气出口管(26)的预热水套中，自来水由自来水进口(13)进入煤气出口管预热水套(14)中进行预热后，由预热水出口管(24)送入烟气出口管预热水套(25)中进行再预热，再由汽化室进水管(27)送入分离器外套汽化室(28)中进行汽化，再将汽化后的水蒸汽由蒸汽加热管(32)通过分离器(29)中加热为过热蒸汽，然后由过热蒸汽管(6)送入流化床气化外筒(4)的底部与炽热的煤料进行燃烧气化；

在流化床燃烧提升内筒(5)中燃烧产生的灰渣由底部的排灰管(9)排入水封槽(10)中。

2.如权利要求1所述的内外循环煤气化方法，其特征在于所述的煤料是低挥发分粉煤或者无烟粉煤。

3.一种用于实现内外循环煤气化方法的装置，其包含上环室L阀(1)、上环室L阀煤料进口挡板(2)、上环室L阀推动气入口(3)、流化床气化外筒(4)、流化床燃烧提升内筒(5)、过热蒸汽管(6)、过热蒸汽入口(7)、布风板(8)、排灰管(9)、水封槽(10)、压缩空气入口(11)、下环室L阀推动气入口(12)、自来水进口(13)、煤气出口管预热水套(14)、煤气出口管(15)、煤气分离器排灰阀(16)、回料管(17)、燃烧烟气分离器排灰阀(18)、回料控制阀(19)、煤气分离器(20)、煤气出口(21)、燃烧烟气分离器(22)、烟气出口(23)、预热水出口管(24)、烟气出口管预热水套(25)、烟气出口管(26)、汽化室进水管(27)、分离器外套汽化室(28)、分离器(29)、环型进煤口(30)、内筒套管(31)、蒸汽加热管(32)、下环室L阀(33)，其特征在于：

一个流化床燃烧提升内筒(5)，其外套设有流化床气化外筒(4)；顶部连接有内筒套管(31)和上环室L阀煤料进口挡板(2)以及连通有分离器(29)；底部设有下环室L阀(33)、布风板(8)、压缩空气入口(11)和排灰管(9)以及水封槽(10)；

一个流化床气化外筒(4)，其内套设有流化床燃烧提升内筒(5)及内筒套管(31)；顶部连通有分离器(29)、连接有分离器外套汽化室(28)；上部设有上环室L阀(1)、上环室L阀推动气入口(3)、煤气出口管(15)以及煤气出口管预热水套(14)；下部连通有下环室L阀(33)和下环室L阀推动气入口(12)以及过热蒸汽入口(7)；底部设有布风板(8)、压缩空气入口(11)和排灰管(9)以及水封槽(10)；

一个分离器(29)，其下端连通有流化床气化外筒(4)和流化床燃烧提升内筒(5)、连接有内筒套管(31)；上端连通有环型进煤口(30)；侧面连通有烟气出口管(26)；其内设有蒸气加热管(32)；其外围设有分离器外套汽化室(28)；

一个分离器外套汽化室(28)，其内套设有分离器(29)并连通有蒸气加热管(32)；其外连通有汽化室进水管(27)，连接有烟气出口管预热水套(25)、过热蒸汽管(6)和环型进煤口(30)；其下端连接有流化床气化外筒(4)；

一个煤气分离器(20)，其一侧上部连通有煤气出口管(15)、连接有煤气出口管预热水套(14)以及其上的自来水进口(13)和预热水出口管(24)；上端设有煤气出口(21)；下部连通有回料管(17)以及回料控制阀(19)；下端部设有煤气分离器排灰阀(16)；

一个燃烧烟气分离器(22)，其一侧上部连通有烟气出口管(26)、连接有烟气出口管预热水套(25)以及其上的预热水出口管(24)和汽化室进水管(27)；上端连通有烟气出口(23)；下部连通有回料管(17)以及回料控制阀(19)；下端部设有燃烧烟气分离器排灰阀(18)。

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