CN101122388A - 一种流化床产生超高温烟气的方法及装置 - Google Patents

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陈汉平
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Abstract

本发明公开了一种流化床产生超高温烟气的方法及装置，属于流化床气化燃烧技术领域。本发明通过流化床气化炉将劣质煤气化产生煤气，半焦输送至与气化炉并置的流化床烟气发生炉，烟气发生炉通入大过量系数的空气使焦炭燃尽，产生烟气；将煤气与烟气同时送入燃尽室进行混合燃烧，产生温度1200℃至1500℃之间超高温烟气。装置包括破碎机、给煤装置、流化床气化炉、气化半焦输送装置、流化床烟气发生炉、气化介质输送装置、送风机、煤气燃烧器和引风机。该装置具有燃料适应性好、燃料利用率高、污染物排放少等特点，有利于提高固体物料干燥、焙烧和煅烧的产量和质量。作为一种新型节能设备，该装置制造简单，运行方便、调节灵活、燃烧稳定，节能效果显著。

Description

一种流化床产生超高温烟气的方法及装置
技术领域
本发明属于流化床气化燃烧技术领域，具体涉及一种流化床产生超高温烟气的方法及装置。
背景技术
目前，在建材、化工和冶金等工业生产中，需采用大量高温烟气作为干燥、焙烧和煅烧介质。常用的产生高温烟气的方法有高炉煤气燃烧、喷煤粉燃烧、煤气化燃烧以及流化床高温烟气发生炉等。采用的方法和装置互不相同，各自都存在一定的问题和不足。现有的国内有关流化床产生高温烟气的技术，大部分都是采用沸腾炉单炉床进行直接燃煤或煤气化燃烧的。
华中科技大学煤燃烧国家重点实验室在上世纪八十年代后期，根据流化床干燥原理，发明了流化床高温烟气炉，采用分段配风、大过量空气系数、变节距风帽、变截面炉膛结构和飞灰沉降回送等先进技术手段，保证了良好的流化质量和稳定的燃烧工况。高效、低污染是流化床高温烟气炉的主要特点，燃用劣质燃料时，烟气炉的燃烧效率和热效率均大于90％。流化床高温烟气炉由湖北黄石、大冶等地的多家企业制造，主要用于建材行业，生产900～1050℃高温烟气，用来烘干水泥物料、矿石、有色金属等物料，并用来煅烧石膏。但在实践中发现，由于受制于煤质的灰熔点，流化床高温烟气炉产生的高温烟气不能超过1200℃，这严重限制了它的应用范围。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种流化床产生超高温烟气的方法，该方法可以产生温度达1200℃以上的超高温烟气；本发明还提供了实现该方法的装置。
本发明提供的流化床产生超高温烟气的方法，其步骤包括：
(1)将经破碎机破碎后的煤料送入流化床气化炉，通入气化介质，进行部分气化产生高温煤气；
(2)将从气化炉排出的气化半焦，经过冷却后输送至流化床烟气发生炉，通入过量系数大于等于1.5的空气至烟气发生炉，使半焦燃尽产生高温烟气；
(3)将步骤(1)产生的高温煤气与步骤(2)产生的高温烟气同时送入燃烧室内进行混合燃烧，消耗高温烟气中过剩的氧气，使煤气充分燃烧，产生1200℃以上的烟气。
实现上述方法的流化床产生超高温烟气的装置，包括破碎机、给煤装置、流化床气化炉、气化半焦输送装置、流化床烟气发生炉、气化介质输送装置、送风机、煤气燃烧器和引风机；
所述破碎机、给煤装置和流化床气化炉依次相连，所述流化床气化炉、气化半焦输送装置和流化床烟气发生炉依次相连，送风机通过管道与流化床烟气发生炉连通；流化床气化炉和流化床烟气发生炉分别通过管道与煤气燃烧器连通；引风机分别通过管道与气化介质输送装置和流化床气化炉连通，气化介质输送装置分别通过管道与流化床气化炉、流化床烟气发生炉以及燃尽室连通。
本发明方法通过将劣质煤气化产生的煤气和烟气发生炉产生的烟气一起引入燃烧室(如回转窑等)内进行混合燃烧，产生温度达1200℃以上的超高温烟气，用于物料焙烧或煅烧，从而扩大现有技术的应用范围。整套工艺装置制造简单、运行方便、温度可调、排放达标，节能降耗效果显著。具体而言，本发明与现有技术相比具有以下优点：
(1)利用劣质煤产生超高温烟气，温度在1200℃至1500℃之间可调。
(2)燃料的适应性好。可以燃用各种低劣质燃料，如煤矸石、油页岩、泥煤、劣质无烟煤以及生物质燃料等。
(3)燃料转化率高。通过流化床气化、气化半焦流化床燃烧以及煤气在烟气中的燃烧等技术手段，使燃料中碳的利用率可达98％以上。
(4)燃料制备简单，稍经破碎可入炉使用，污染物排放少。
(5)操作灵活，负荷调节性能好。炉床升温快，冷炉启动二、三十分钟即可满负荷运行。压火时间长，压火启动快。
(6)燃烧稳定，温度均匀，供热充足，有利于产品产量和质量的提高。
附图说明
图1为流化床燃烧气化技术产生超高温烟气的装置布置示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的工作过程及具体的实施方式。
本发明方法的处理过程为：
(1)将经破碎机破碎后的煤料送入流化床气化炉，通入气化介质，进行部分气化产生高温煤气；气化介质可只采用预热空气，由燃尽室排出的高温尾气对冷空气进行预热；也可同时用预热空气和水蒸汽；空气也可不经预热，直接采用冷空气。
(2)将从气化炉排出的气化半焦，输送至流化床烟气发生炉，烟气发生炉通入过量系数大于1.5的空气使半焦燃尽，产生大量高温烟气。
(3)将步骤(1)产生的高温煤气与步骤(2)产生的高温烟气同时送入燃烧室内进行混合燃烧，消耗高温烟气中过剩的氧气，使煤气完全燃烧，产生超高温烟气，用于物料干燥、焙烧和煅烧。
(4)产生的超高温烟气温度高于1200℃，并可根据实际需要，调整煤气和高温烟气生产比率(相应调整流化床气化炉和烟气炉的运行工况，比如气化温度、气化介质用量、流化床烟气发生炉空气过量系数及新鲜燃料补入量等)，使得产生超高温烟气在1200℃至1500℃之间。
本发明装置包括破碎机1、给煤装置、流化床气化炉3、气化半焦输送装置、流化床烟气发生炉5、气化介质输送装置、送风机7、煤气燃烧器8和引风机10。
给煤装置包括第一提升机21、第一煤仓22和给煤绞笼23，用以向流化床气化炉3输送煤料，其中的第一提升机21也可以用输煤带代替，给煤绞笼也可用变频调速圆盘代替。
气化半焦输送装置可包括输渣绞笼41、第二提升机42、第二煤仓43和变频调速圆盘44，用以向流化床烟气发生炉5输送气化半焦，其中输渣绞笼41可用移动床代替、第二提升机42也可用输煤带代替、变频调速圆盘44也可改成给煤绞笼。
气化介质输送装置用以向流化床气化炉3提供气化介质，当气化介质采用预热空气和水蒸汽的方案时，气化介质输送装置可包括喷水冷却装置61和空气预热器62。若不采用喷水冷却气化半焦时，则可采用滚筒式冷渣器、固定床换热器进行冷却。此时水蒸汽可采用水蒸汽发生器产生，也可利用固定床换热器产生，同样是由水冷却气化半焦获得，不同的是水与气化半焦间接接触，水在固定床换热器内的管道内流动，而半焦则在换热器内下落接触管外，通过管壁进行换热。
所述破碎机1、给煤装置和流化床气化炉3依次相连，其中第一提升机21、第一煤仓22和给煤绞笼23依次相连。流化床气化炉3、气化半焦输送装置布置和流化床烟气发生炉5依次相连，其中输渣绞笼41、第二提升机42、第二煤仓43和变频调速圆盘44依次相连。送风机7与向流化床烟气发生炉5经管道连通。流化床气化炉3产生的高温煤气和流化床烟气发生炉5产生的高温烟气经输气管道与煤气燃烧器8连通。气化介质输送装置包括喷水冷却装置61和空气预热器62。喷水冷却装置61位于流化床气化炉3的出焦口。燃尽室9(如回转窑、煅烧炉等)与空气预热器62经管道连通。另外，空气预热器62与引风机10经管道连通，引风机10经管道与流化床气化炉3连通。空气预热器62用于预热冷空气。
煤块经破碎机1破碎后不经筛分，通过第一提升机21提升到第一煤仓22内，利用自重送入给煤绞笼23后，再送入流化床气化炉3。气化介质输送装置通过管道向流化床气化炉3内输送气化介质，若气化介质采用预热空气和水蒸汽的方案时，热空气由引风机10抽送经空气预热器62预热后的空气；水蒸气则由喷水冷却装置61喷水冷却气化半焦气化获得。热空气和水蒸气在流化床气化炉3内通过流化气化部分煤料产生高温煤气，从炉体引出，经管道送至煤气燃烧器8内。
气化半焦从流化床气化炉3排出，经喷水冷却装置61冷却后，由输渣绞笼41输送到第二提升机42，提升送入第二煤仓43内，经变频调速圆盘44送入流化床烟气发生炉5内。送风机7通过管路经流化床烟气发生炉9底部风室送入过量系数大于1.5的空气使半焦流化燃尽，产生大量的高温烟气，从炉体同样由管路引至煤气燃烧器8内。根据实际运行产生超高温烟气的温度需要，可通过第一提升机21向流化床气化炉3补充新鲜的煤料，并相应调节引风机10以满足在1200℃至1500℃之间实现可调。
高温煤气和高温烟气经煤气燃烧器8喷入燃尽室9内，进行混合燃烧，产生超高温烟气，用于物料的干燥、焙烧和煅烧等。
经干燥、焙烧和煅烧后的高温尾气通过管道引入空气预热器62预热冷空气，以提供热利用效率。
实施例：以湖北省黄石无烟煤作为设计煤种，采用热空气(250℃)和水蒸气(100℃)作为气化介质。其中送风机7为流化床烟气发生炉5提供过量系数为2.4的冷空气(20℃)。经过空气预热器预热后的空气由引风机10送至流化床气化炉3，气化效率42.75％，煤料耗量为2040kg/h，流化床气化炉3空气耗量2955Nm3/h，产生的煤气温度在900℃左右。流化床烟气发生炉5产生的高温烟气温度也在900℃。采用的煤气燃烧器为同心套筒式结构。煤气与高温烟气混合后喷入回转窑内燃烧，产生了温度达1450℃的超高温烟气。
以上示意性的对发明及其实施方式进行了描述，该描述没有局限性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，如给煤装置、气化半焦输送装置和气化介质输送装置均可以采用现有技术中多种方案予以实现。如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，采用其它形式的同类部件或其它形式的各部件布局方式，不经创造性的设计出与该技术方案相似的技术方案与实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种流化床产生超高温烟气的方法，其步骤包括：
(1)将经破碎机破碎后的煤料送入流化床气化炉，通入气化介质，进行部分气化产生高温煤气；
(2)将从气化炉排出的气化半焦，经过冷却后输送至流化床烟气发生炉，通入过量系数大于等于1.5的空气至烟气发生炉，使半焦燃尽产生高温烟气；
(3)将步骤(1)产生的高温煤气与步骤(2)产生的高温烟气同时送入燃烧室内进行混合燃烧，消耗高温烟气中过剩的氧气，使煤气充分燃烧，产生1200℃以上的烟气。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在步骤(2)中，向流化床烟气发生炉补充新鲜燃料，提高送风机的过量系数，产生1200℃至1500℃的烟气。
3.一种流化床产生超高温烟气的装置，包括破碎机、给煤装置、流化床气化炉、气化半焦输送装置、流化床烟气发生炉、气化介质输送装置、送风机、煤气燃烧器和引风机；
所述破碎机、给煤装置和流化床气化炉依次相连，所述流化床气化炉、气化半焦输送装置和流化床烟气发生炉依次相连，送风机通过管道与流化床烟气发生炉连通；流化床气化炉和流化床烟气发生炉分别通过管道与煤气燃烧器连通；引风机分别通过管道与气化介质输送装置和流化床气化炉连通，气化介质输送装置分别通过管道与流化床气化炉、流化床烟气发生炉以及燃尽室连通。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：所述给煤装置包括依次相连的第一提升机或输煤带、第一煤仓、以及给煤绞笼或变频调速圆盘。
5.根据权利要求3或4所述的装置，其特征在于：所述气化半焦输送装置包括依次相连的输渣绞笼或移动床、第二提升机或输煤带、第二煤仓、以及变频调速圆盘或给煤绞笼。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：气化介质输送装置包括喷水冷却装置和空气预热器；喷水冷却装置位于流化床气化炉的出焦口，空气预热器分别通过管道与燃尽室和引风机连通。
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