CN100386413C - 煤高温气化高温贫氧燃烧一体化系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种煤高温气化高温贫氧燃烧一体化系统，它主要包括煤气化炉和燃气工业炉窑；煤气化炉的煤气输出口通过旋风除尘器和管路与燃气工业炉窑的煤气供气口连通，为其提供燃烧气体；燃气工业炉窑的输出气口经高温空气输配装置和管路与煤气化炉的高温空气进气口连通，为其提供煤气化用高温气体。本发明很好的解决了现有的煤气化炉对煤进行气化时需要高温气体，而利用高温贫氧燃烧技术的燃气工业炉窑需要气体和液体等清洁燃料的问题，而现在国内外均没有将煤气化炉与燃气工业炉窑有机结合构成一整体的、可相互补充利用的一体化燃烧设备。

Description

煤高温气化高温贫氧燃烧一体化系统

一、技术领域：

本发明涉及一种一体化的燃烧系统，尤其是涉及一种将燃气工业炉窑与煤气化炉有机衔接后形成的一体化燃烧系统。

二、背景技术：

能源与环保是我国21世纪可持续发展战略的两大主题，大力发展洁净煤技术是我国能源领域的重要战略。我国的能源储备及构成说明，煤炭作为重要的燃料资源在短期内不会发生根本变化，因此，开发高效、洁净燃烧技术，改造落后的传统直燃煤工艺势在必行。高温贫氧燃烧技术应用高效蜂窝陶瓷蓄热室技术，突破了传统预热空气温度不超过600℃的限制，实现低氧浓度燃烧，这样不仅大大提高了煤气燃烧效率、烟气余热回收能力，并且实现了低污染排放。但是，高温贫氧燃烧的自身特点决定它只能应用于气体和液体等清洁燃料的工业炉窑上，目前还不能直接用于燃煤工业炉。煤的气化技术，目前国内外技术都较成熟，煤气化炉也被大量地应用于工业生产中，而煤高温气化早在50年代就有人提出并进行试验研究，但由于没有经济的高温气源，研究就此搁置。

煤高温气化可以使煤转化成热值优于常规技术的煤气，但是要有经济稳定的高温空气来源；高温贫氧燃烧技术可以最大限度地回收烟气余热，同时产生多于自身使用的高温空气，但对这种高温气体的利用效果并不好，而现在国内外均没有将上述利用煤高温气化技术的煤气化炉和高温贫氧燃烧技术的燃气工业炉窑有机结合起来的设备。

三、发明内容：

1、发明目的：本发明提供一种煤高温气化高温贫氧燃烧一体化系统，其目的是解决现有的煤气化炉对煤进行气化时需要经济的高温气体，而利用高温贫氧燃烧技术的燃气工业炉窑需要气体和液体等清洁燃料，而现在国内外均没有将煤气化炉与燃气工业炉窑有机结合构成一整体的、可相互补充利用的一体化燃烧设备的问题。

2、技术方案：本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种煤高温气化高温贫氧燃烧一体化系统，其特征是：它主要包括煤气化炉和燃气工业炉窑；煤气化炉的煤气输出口通过旋风除尘器和管路与燃气工业炉窑的煤气供气口连通，为其提供燃烧气体；燃气工业炉窑的左、右侧气口经高温空气输配装置和管路与煤气化炉的高温空气进气口连通，为其提供煤气化用的高温气体。

燃气工业炉窑正向燃烧时，右侧气口通过右侧高温空气输配装置、管路、右侧蓄热室、四通换向装置、左侧蓄热室与左侧高温空气输配装置连通，左侧高温空气输配装置的一输出口经管路和控制阀与煤气化炉的高温空气进气口连通，左侧高温空气输配装置的另一输出口经管路与燃气工业炉窑的左侧气口连通；燃气工业炉窑逆向燃烧时，左侧气口通过左侧高温空气输配装置、管路、左侧蓄热室、四通换向装置、右侧蓄热室与右侧高温空气输配装置连通，右侧高温空气输配装置的一输出口经管路和控制阀与煤气化炉的高温空气进气口连通，右侧高温空气输配装置的另一输出口经管路与燃气工业炉窑的右侧气口连通；四通换向装置的两个端口上分别连通有排烟机和鼓风机；燃气工业炉窑的左、右侧气口之间连有循环部分烟气用的管路和控制阀，将一部分烟气掺入回收高温烟气的热量而产生的高温空气供给燃气工业炉窑。

右侧蓄热室和左侧蓄热室内均设有蜂窝陶瓷蓄热体。

上述的右侧高温空气输配装置或左侧高温空气输配装置输出的高温空气经管路与汽包的管路输送来的水蒸汽混合后经煤气化炉底部的煤渣层接入煤气化炉中，或汽包管路的水蒸汽从煤气化炉底部经煤渣层接入，高温空气从煤气化炉煤渣层和氧化层之间接入，两者在煤气化炉底部内混合后送入煤气化炉中。

燃气工业炉窑上设有一个煤气供气口，煤气供气口通过管路和控制阀与旋风除尘器的输出口连通。

上述的煤气化炉输出的热脏煤气经旋风除尘器除尘后，在＞550℃的高温下直接供入燃气工业炉窑燃烧，煤气中的焦油在气态下直接烧掉，增加煤气的热值。

3、优点及效果：通过本发明技术方案的实施，能够很好地解决现有的煤气化炉对煤进行气化时需要经济的高温气体，而利用高温贫氧燃烧技术的燃气工业炉窑需要气体和液体等清洁燃料，而现在国内外均没有将煤气化炉与燃气工业炉窑有机结合构成一整体的、可相互补充利用的一体化燃烧设备的问题。本发明将煤高温气化技术和高温贫氧燃烧技术有机结合，将煤高温气化后的煤气供给燃气工业炉窑作为燃料，燃气工业炉窑进行高温贫氧燃烧产生的高温空气同时作为燃气工业炉窑和煤气化炉的助燃剂，做到相得益彰，很好的改进传统的煤炭气化和燃烧工艺。对于煤等固体燃料，首先是对其进行高温气化产生热值优于常规技术的清洁煤气，然后在燃烧装置中实施高温贫氧燃烧，从而避免燃煤引起的各种污染以及治理这些污染而引起的经济和技术困难，由于本发明在燃气工业炉窑上只采用一个煤气供气口，比传统的为实现换向的两个煤气供气口结构简单、实用，本发明提出的煤高温气化高温贫氧燃烧一体化系统在国内外还没有应用，尚属首次。

四、附图说明：

附图1为本发明结构示意图；

附图2为本发明逆向燃烧时煤气、空气、烟气的流程图。

五、具体实施方式：

本发明煤高温气化高温贫氧燃烧一体化系统，它包括煤气化炉1、燃气工业炉窑2、四通换向装置4和高温空气输配装置；煤气化炉1的煤气输出口11通过旋风除尘器3和管路与燃气工业炉窑2的煤气供气口连通，为其提供燃烧气体；燃气工业炉窑2的输出气口经过蓄热体和四通换向装置4、高温空气输配装置与煤气化炉1的高温空气进气口12连通，为其提供气化用高温气体，利用高温空气作为煤气化炉的气化剂，以高温空气显热部分代替煤燃烧放热完成气化反应，减少了空气消耗量，从而减少了煤气中氮气含量，提高了煤气热值。

实施例1：

如附图1所示，本发明是将煤气化炉的煤气输出口11通过管路接入旋风除尘器3，旋风除尘器3对从煤气化炉流入的550℃以上高温的脏热煤气进行清洁除尘后，经旋风除尘器3的输出口通过控制阀14和管路9与燃气工业炉窑2的煤气供气口连通，为其提供燃烧用煤气，当正向燃烧时，从燃气工业炉窑2的右侧气口排出的高温烟气通过管路、右侧高温空气输配装置8、右侧蓄热室5蓄热释放热量后，经四通换向装置4、排烟机19排出系统，鼓风机18吹入空气经管路在左侧蓄热室6中加热成高温空气，经左侧高温空气输配装置7分配后，输出的高温空气一路输入燃气工业炉窑2的左侧气口，左侧高温空气输配装置7的另一路输出通过管路和控制阀与煤气化炉1的高温空气进气口12连通，为其提供高温空气。燃气工业炉窑2的左、右侧气口之间通过管路14和控制阀13相互连通，部分烟气循环后实现高温贫氧燃烧。

当逆向燃烧时，从燃气工业炉窑2的左侧气口排出的高温烟气通过管路、左侧高温空气输配装置7、左侧蓄热室6蓄热释放热量后，经四通换向装置4、排烟机19排出系统，鼓风机18吹入空气经管路在右侧蓄热室5中加热成高温空气，经右侧高温空气输配装置8分配后，输出的高温空气一路输入燃气工业炉窑2的右侧气口，右侧高温空气输配装置8的另一路输出通过管路和控制阀与煤气化炉1的高温空气进气口12连通，为其提供高温空气。燃气工业炉窑2的左、右侧气口之间通过管路14和控制阀13相互连通，部分烟气循环后实现高温贫氧燃烧。

煤气化炉上端为进煤口10，汽包17是进行汽、水分离用的，它通过进水口16与供水管路连通。汽包17分离出的蒸汽通过管路和控制阀与煤气化炉底部的高温空气进气口12连通，与高温空气进气口12输送来的高温空气混合后经过煤渣层20送入煤气化炉中，也可以将高温空气的输出口通过管路和控制阀接入煤气化炉下部的氧化层21和煤渣层20之间，当蒸汽通过煤渣层20进入后两者混合，送入煤气化炉1中。右侧高温空气输配装置8和左侧高温空气输配装置7均为一端输入两端输出的三通阀。

本发明工作过程如下：

由于燃气工业炉窑工作时正逆向换向燃烧，图1中各箭头示出了正向燃烧时煤气、空气、烟气流程。图2示出了逆向燃烧时煤气、空气、烟气流程。图1、2中A表示煤气，B表示烟气，C表示高温空气，D表示空气，E表示蒸汽。

本发明一体化系统是通过空气的换向预热经输配控制后分成两部分，分别供给煤气化炉和燃气工业炉窑来完成高温气化和高温贫氧燃烧的。煤气、空气和烟气的路径如下：

煤气路径：由煤气化炉产生的热脏煤气经旋风除尘器除尘后在高温下(550℃以上)直接供入燃气工业炉窑燃烧。

空气路径：由鼓风机供入的助燃空气，经四通换向装置后进入燃气工业炉窑右侧的右侧蓄热室，蓄热到1000℃以上后经输配控制分成两部分，一部分掺入再循环烟气供给燃气工业炉窑，即通过管路14和控制阀13实现部分循环，另一部分掺混一定量的水蒸汽，供给煤气化炉。

烟气路径：在燃气工业炉窑内燃烧后产生的烟气一部分经燃气工业炉窑左侧的左侧蓄热室，将其自身热量传递给蓄热室内的蜂窝陶瓷蓄热体后，烟气温度降至180℃以下，经四通换向装置后排掉，另一部分掺入到高温空气中进入燃气工业炉窑内形成贫氧气氛，实现高温贫氧燃烧。

在本发明的燃烧系统中，燃气工业炉窑上只有一个煤气供气口，它通过管路和控制阀与旋风除尘器的输出口连通。利用通过蜂窝陶瓷蓄热体极限回收烟气余热产生的高温空气和炉外烟气再循环，实现燃气工业炉窑内的高温贫氧燃烧。

本发明打破目前采用的煤在中低温条件下进行气化的常规做法，以高温空气显热部分代替煤燃烧放热完成气化反应，减少了空气消耗量，从而减少了煤气中氮气含量，提高了煤气热值，实现了煤的高效转化。将高温贫氧燃烧技术首次用于燃煤工业炉窑，通过极限回收烟气余热和高效率地预热助燃空气，实现超高温＞1000℃和超低氧气浓度2～5％条件下的燃烧，因此具有大幅度节能和大幅度降低烟气中NO_x排放的双重优越性。煤高温气化和高温贫氧燃烧技术的有机结合，改善了落后的传统直燃煤工艺，提高了系统的能源效率和环境效率，为洁净煤技术提供了新的思路和方法，具有污染小、成本低、耗能少等突出优点，适合我国国情，具有重要的现实意义。

Claims (5)

1.一种煤高温气化高温贫氧燃烧一体化系统，其特征是：它主要包括煤气化炉(1)和燃气工业炉窑(2)；煤气化炉(1)的煤气输出口(11)通过旋风除尘器(3)和管路与燃气工业炉窑(2)的煤气供气口连通，为其提供燃烧气体；燃气工业炉窑(2)的左、右侧气口经高温空气输配装置和管路与煤气化炉(1)的高温空气进气口(12)连通，为其提供煤气化用的高温气体；燃气工业炉窑(2)正向燃烧时，右侧气口通过右侧高温空气输配装置(8)、管路、右侧蓄热室(5)、四通换向装置(4)、左侧蓄热室(6)与左侧高温空气输配装置(7)连通，左侧高温空气输配装置(7)的一输出口经管路和控制阀与煤气化炉(1)的高温空气进气口(12)连通，左侧高温空气输配装置(7)的另一输出口经管路与燃气工业炉窑(2)的左侧气口连通；燃气工业炉窑(2)逆向燃烧时，左侧气口通过左侧高温空气输配装置(7)、管路、左侧蓄热室(6)、四通换向装置(4)、右侧蓄热室(5)与右侧高温空气输配装置(8)连通，右侧高温空气输配装置(8)的一输出口经管路和控制阀与煤气化炉(1)的高温空气进气口(12)连通，右侧高温空气输配装置(8)的另一输出口经管路与燃气工业炉窑(2)的右侧气口连通；四通换向装置(4)的两个端口上分别连通有排烟机(19)和鼓风机(18)；燃气工业炉窑(2)的左、右侧气口之间连有循环部分烟气用的管路(14)和控制阀(13)，将回收高温烟气的热量产生的高温空气一部分掺入再循环烟气供给燃气工业炉窑(2)。

2.根据权利要求1所述的煤高温气化高温贫氧燃烧一体化系统，其特征是：右侧蓄热室(5)和左侧蓄热室(6)内均设有蜂窝陶瓷蓄热体。

3.根据权利要求1所述的煤高温气化高温贫氧燃烧一体化系统，其特征是：上述的右侧高温空气输配装置(8)或左侧高温空气输配装置(7)输出的高温空气经管路与汽包(17)的管路输送来的水蒸汽混合后经煤气化炉(1)底部的煤渣层(20)接入煤气化炉中，或汽包(17)管路的水蒸汽从煤气化炉(1)底部经煤渣层(20)接入，高温空气从煤气化炉(1)煤渣层(20)和氧化层(21)之间接入，两者在煤气化炉(1)底部内混合后送入煤气化炉中。

4.根据权利要求1所述的煤高温气化高温贫氧燃烧一体化系统，其特征是：燃气工业炉窑(1)上设有一个煤气供气口，煤气供气口通过管路(9)和控制阀(20)与旋风除尘器(3)的输出口连通。

5.根据权利要求1所述的煤高温气化高温贫氧燃烧一体化系统，其特征是：上述的煤气化炉(1)输出的热脏煤气经旋风除尘器(3)除尘后，在＞550℃的高温下直接供入燃气工业炉窑(2)燃烧，煤气中的焦油在气态下直接烧掉，增加煤气的热值。

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