CN100580060C - 煤和生物质多射流复合式流化床气化装置 - Google Patents

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Abstract

一种煤和生物质多射流复合式流化床气化装置是由流化床、合成气出口(7)、水蒸汽入口(1)、射流管组成，流化床由下部床体(4)、中部扩大段(5)和上部扩大段(6)三部分组成，中部扩大段(5)的直径比下部床体(4)大，上部扩大段(6)的直径比中部扩大段(5)大，上部扩大段(6)内有一个旋风分离器(8)，旋风分离器(8)顶端是合成气出口(7)，下部床体(4)底部呈锥形结构，射流管分为主射流进料管(2)和辅助射流管(3)，在下部床体(4)底部的锥形结构处沿径向分两层装有辅助射流管(3)，在下部床体(4)底部的中心并与辅助射流管(3)处于同一水平面上装有主射流进料管(2)，下部床体(4)锥形结构的底部是灰渣出口(10)，灰渣出口(10)侧面有水蒸汽入口(1)，流化床外面有保温层(9)保温。本发明结构简单、成本低、易操作的优点。

Description

煤和生物质多射流复合式流化床气化装置
技术领域
本发明是一种处理煤和生物质混合物的气化装置，具体地说涉及一种煤和生物质混合物气化制备合成气的多射流复合式流化床气化装置。
背景技术
煤炭是我国储量最多的化石燃料。随着国家能源结构的调整，尽管煤炭在能源消费中所占的比例有所下降，但是煤炭的消耗总量却呈现逐年递增的趋势。同时，煤炭在开采、运输和使用过程中，对环境造成了严重的污染。众所周知，作为一种洁净高效的煤炭转化技术，煤气化的工业化生产已有近百年的历史。尤其是近年来，随着国际石油价格的飞涨和国内成品油需求的猛增，煤炭经气化制得的一氧化碳和氢气混合物(通常称为合成气)进一步催化合成液体燃料或化工原料中间体受到了国内产业界和学术界前所未有的重视，并投入了大量的人力和物力进行相关的研究和开发，有的已经进入中试或半工业化生产规模。“京都协议”生效后，生物质作为一种二氧化碳净排放为零和储量极其丰富的可再生能源，引起了国际社会愈来愈多的关注。同样，生物质气化技术对我国能源结构调整也具有非常重要的现实意义。因此，开发高效的煤和生物质混合物气化装置，经后续合成反应器转化为液态烃类、醇类和醚类等燃料，既可以缓解对国际原油市场的依赖，也可以减少国内煤炭资源的消耗，同时具有积极保护环境的社会效益。
流化床反应器因其气固混合充分和传递效率高等优势而广泛应用于煤和生物质气化领域。然而，目前已工业化的U-gas气化炉、KRW气化和灰熔(粘)聚粉煤气化炉(如中国专利ZL94106781.5和ZL03262731.9)均采用单一射流喷口，即单射流流化床。随着设备的进一步放大，射流穿透深度和射流崩塌后所形成的气泡尺寸均随射流喷嘴直径增大或射流气速增高而增加，其后果使气固接触效率降低，最终影响到气化效率和合成气质量。另外，在生物质流化床气化炉内，为了改善固体颗粒的流化性能，通常需要加入一定量的固体惰性介质，例如无催化性能的石英砂和具有催化作用的白云石等。中国专利(ZL200420078434.5)虽已提出了在螺旋输送器进料口上方设置拔料器的方法改善生物质流化性能问题，但是装置的投资、运行及其维护费用却有所增加。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单、成本低、易操作的煤和生物质共气化制备合成气的多射流复合式流化床气化炉。
本发明的目的是这样实现的，它是由流化床、合成气出口、水蒸汽入口、射流管组成，其特征在于流化床由下部床体、中部扩大段和上部扩大段三部分组成，中部扩大段的直径比下部床体大，上部扩大段的直径比中部扩大段大，上部扩大段内有一个旋风分离器，旋风分离器顶端是合成气出口，下部床体底部呈锥形结构，射流管分为主射流进料管和辅助射流管，在下部床体底部的锥形结构处沿径向分内外两层装有辅助射流管，在下部床体底部的中心并与辅助射流管处于同一水平面上装有主射流进料管，下部床体底部锥形结构的底部是灰渣出口，灰渣出口侧面有水蒸汽入口，流化床外面有保温层保温。
如上所述的辅助射流管是相邻内层辅助射流管或相邻外层辅助射流管呈正三角形分布，且每个辅助射流管间距相等。
煤和生物质的混合燃料与一部分空气通过主射流进料管进入射流流化床，水蒸汽经水蒸汽入口和内层辅助射流管进入流化床内，另一部分空气则由外层辅助射流管进入流化床，混合燃料在水蒸汽的作用下，煤和生物质发生热解和气化反应，合成气经旋风分离器进行分离后从合成气出口排出，灰渣由灰渣出口排出。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
①本发明可以实现对煤和生物质混合燃料的气化，煤和生物质的相互混合的协同效应可以有效地改善二者的流化性能；
②本发明利用气力输送将煤和生物质的混合燃料与空气一起输送入射流流化床内，在无需其它辅助设备的情况下，保证进料稳定；
③流化床采用复合式设计，床体上部设计有两个异径的扩大段，带有灰渣的合成气在经过两个异径扩大段时，气、固有效分离。床体采用锥形结构，可以使热解、气化过程的流动、传递和反应得到强化；
④流化床上部扩大段内有一个旋风分离器，能够使合成气与灰高效分离；
⑤流化床采用主射流进料管进料，由于射流区氧气浓度较高，主要发生煤和生物质的燃烧放热反应，而周边环形区氧气浓度较低，主要发生煤和生物质的热解及其与水蒸汽的气化吸热反应，射流区燃烧反应释放的热量，通过颗粒的强内循环和中心区高温气体扩散传递至环形区，为环形区热解和气化吸热反应提供能量，实现能量的直接耦合，使设备趋于紧凑；
⑥床体底部锥形结构处沿径向分两层装有辅助射流管，内层辅助射流管径稍大于外层，各层内相邻射流管呈正三角形分布，且每个射流管间距相等，多个射流管的设置，使流化床内形成多个射流床模块，保证了高温气体与固体燃料的充分接触，另外，内、外层辅助射流管分别通入水蒸汽和热空气，使气化吸热反应和燃烧放热反应同时被强化；
⑦相同射流气量下，与单一射流相比，通过每个射流管的气量大为减少，射流穿透深度和射流崩塌后生成的气泡直径也明显减小，气泡分布更加均匀，易于工艺操作控制。
附图说明
图1是本发明的结构示意图
图2是本发明A-A方向示意图
如图所示，1是水蒸汽入口，2是主射流进料管，3是辅助射流管，4是下部床体，5是中部扩大段，6是上部扩大段，7是合成气出口，8是旋风分离器，9是保温层，10是灰渣出口。
具体实施方式
流化床由下部床体4、中部扩大段5和上部扩大段6三部分组成，中部扩大段5的直径比下部床体4大，上部扩大段6的直径比中部扩大段5大，上部扩大段6内有一个旋风分离器8，旋风分离器8顶端是合成气出口7，下部床体4底部呈锥形结构，射流管分为主射流进料管2和辅助射流管3，在下部床体4底部的锥形结构处沿径向分两层装有辅助射流管3，在下部床体4底部的中心并与辅助射流管3处于同一水平面上装有主射流进料管2，下部床体4锥形结构的底部是灰渣出口10，灰渣出口10侧面有水蒸汽入口1，流化床外面有保温层9保温。辅助射流管(3)是相邻内层辅助射流管或相邻外层辅助射流管呈正三角形分布，且每个辅助射流管间距相等。
煤和生物质的混合燃料与一部分空气通过主射流进料管2进入流化床后，形成固体燃料的高温燃烧区，水蒸汽分别经水蒸汽入口1和内层辅助射流管3进入流化床，另一部分空气则由外层辅助射流管3进入流化床，混合燃料在水蒸汽的作用下，煤和生物质发生热解和气化反应，合成气和灰渣在流化床中部扩大段5和流化床上部扩大段6分离后，夹带灰的合成气进入流化床上部扩大段6内的旋风分离器8，经旋风分离器8分离后的合成气由合成气顶端的合成气出口7排出，灰渣由流化床床体4下部的灰渣出口10排出。

Claims (2)

1、一种煤和生物质多射流复合式流化床气化装置，所述的流化床气化装置由流化床、合成气出口(7)、水蒸汽入口(1)、射流管组成，其特征在于流化床由下部床体(4)、中部扩大段(5)和上部扩大段(6)三部分组成，中部扩大段(5)的直径比下部床体(4)大，上部扩大段(6)的直径比中部扩大段(5)大，上部扩大段(6)内有一个旋风分离器(8)，旋风分离器(8)顶端是合成气出口(7)，下部床体(4)底部呈锥形结构，射流管分为主射流进料管(2)和辅助射流管(3)，在下部床体(4)底部的锥形结构处沿径向分两层装有辅助射流管(3)，在下部床体(4)底部的中心并与辅助射流管(3)处于同一水平面上装有主射流进料管(2)，下部床体(4)锥形结构的底部是灰渣出口(10)，灰渣出口(10)侧面有水蒸汽入口(1)，流化床外面有保温层(9)保温。
2、如权利要求1所述的一种煤和生物质多射流复合式流化床气化装置，其特征在于所述的辅助射流管(3)是相邻内层辅助射流管或相邻外层辅助射流管呈正三角形分布，且每个辅助射流管间距相等。
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