CN101314737A

CN101314737A - 高效煤炭气化炉

Info

Publication number: CN101314737A
Application number: CNA2007101057280A
Authority: CN
Inventors: 侯长连
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-05-28
Filing date: 2007-05-28
Publication date: 2008-12-03

Abstract

一种高效煤炭气化炉。本发明的煤炭气化炉使用单一高温过热蒸汽做气化剂将煤炭连续气化成高热值的水煤气，煤气中仅含微量的N₂、CO₂。气化炉采用2套蓄热式热回收系统，其中一套用于煤气的显热回收，另外一套用于燃烧室的烟气余热回收。本发明的煤炭气化炉煤气出口设在高温区，煤气中的煤焦油全部裂解。由于采用2套蓄热式热回收系统，煤气出口温度及燃烧室的废气排放温度均低于130℃，煤炭气化效率及系统热效率均比目前公知使用的煤炭气化炉有大幅度的提高。

Description

高效煤炭气化炉

所属技术领域

本发明涉及一种煤炭气化炉，是将固体燃料的煤炭气化成气体燃料的装置。

现有技术背景

煤炭的直接燃烧产生大量污染，高效及清洁利用煤炭是一个重大课题。将煤炭转化为煤气，即煤气化可明显改善燃烧状况，减少对大气的污染，提高燃烧效率及自动化水平。目前国内、外公知的煤炭气化技术有多种方式，其共同特点均采用燃烧部分煤炭的方法提供气化反应所需的热量。采用空气、蒸汽气化方法成本较低，设备简单。由于鼓入空气燃烧部分煤炭后造成大量N₂及CO₂进入煤气中，现有的煤气化炉普遍存在煤气热值较低，煤气中含有焦油，污染环境等难题。采用高压、氧气气化，上述问题得到缓解，但又遇到设备投资大，运行成本高等问题。采用纯蒸汽作为气化剂气化煤炭可产生煤气热值较高的水煤气，且煤气中几乎不含有N₂、CO₂，现有的煤气化炉由于技术所限，无法将水蒸气加热到1000℃，水蒸气所带入物理热远远不能满足气化反应所需的热量，也必须采用部分煤炭燃烧的方法提供反应热。因此现有的水煤气生产必须采用间歇式操作方法周期性地进行，部分煤气被放散，生产成本较高，煤气中N₂、CO₂含量超过10％，气化效率及热效率均低于60％。

发明内容

从能量转换和能源利用的角度，现有的水煤气气化技术效率很低，所以主要为化工行业所使用，无法做为大规模煤气化工艺。其原因主要是煤炭气化反应必须在高达1000℃左右的温度下进行，且为吸热反应。若使反应连续进行，即使使用外供热方式，采用水蒸气做为单一气化剂时，水蒸气温度必须达到1000℃以上。

本发明采用蓄热式技术产生1000℃以上的高温过热水蒸汽，为煤炭高效连续气化生产水煤气提供技术了可靠途径。采用蓄热式技术可使用单一高温过热蒸汽做为气化剂，煤气中仅含有微量CO₂、N₂，CO和H₂含量各占接近50％，气化反应区煤层温度保持稳定促使反应完全，气化效率及热效率大幅度提高。采用蓄热式热交换方式煤气出口可设在高温区，煤焦油被裂解，高效回收煤气中的显热，生产高热值、无焦油的优质煤气。

发明的突出特点与显著进步

本发明的煤炭气化炉采用单一的高温过热水蒸气进行气化，产生高热值的水煤气，煤气中几乎不含CO₂、N₂。采用蓄热式技术，高效回收煤气中的显热用于产生高温过热蒸汽，此蒸汽用做气化剂，并为气化反应提供30％的热量，煤气出口温度小于130℃，热效率大幅度提高。由于煤气出口设在煤气炉的高温区，煤焦油被裂解，煤气洁净，品质优良。采用蓄热式燃烧方式为气化反应提供70％的热量，使煤炭气化反应连续进行，燃烧废气排放温度小于130℃，煤炭气化效率及热效率均可达到90％以上。

发明的实施

附图是高效煤炭气化炉炉体剖面示意图；

图中标号表示：1.炉体，2.加煤密封装置，3.煤气显热回收蓄热室，4.煤炭气化室，5.水供入管道，6.煤气排出管道，7.煤气显热回收蓄热体，8.燃烧室，9.烟气余热回收蓄热体，10.排灰渣系统，11.煤气除尘系统，12.空气/煤气/烟气管道，13.煤气/蒸汽出口。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

在附图中，炉体1外部设有钢板密封，上部设有至少一个加煤密封装置2，防止煤气的泄漏。通过加煤密封装置2，煤炭进入矩形的煤炭气化室4，气化后的灰渣由底部的排灰渣系统10排出。在矩形的煤炭气化室4两侧各设有一个燃烧室8。每侧燃烧室8下部至少设有一对蓄热室，每个蓄热室中填充蓄热体9，并与炉外管道、换向阀相联。通过换向阀的周期动作将蓄热室交替置为燃烧或余热回收状态，用于烟气余热回收及预热空气、煤气。蓄热室的工作状态每1至3分钟变换一次。蓄热室上部空间为燃烧室8，空气及煤气经蓄热体9后被预热到1000℃左右，然后进入燃烧室8中燃烧，废气经同侧相邻并处于排烟状态的蓄热室中的蓄热体9后以低于130℃排出炉外，烟气余热被蓄热体9回收。在燃烧室8中煤气燃烧产生的热量通过耐火材料砌筑的隔墙加热矩形的煤炭气化室4内的煤炭，为煤炭气化反应提供约70％的热量。在矩形的煤炭气化室4另外两侧各设有一个煤气显热回收蓄热室3，煤炭气化室4与煤气显热回收蓄热室3之间有耐火材料砌筑的隔墙隔开。煤气显热回收蓄热室3内填充陶瓷球蓄热体7，蓄热体7下部各设有一个煤气排出管道6和一个水供入管道5，并分别与炉外的换向阀联结。进入矩形煤炭气化室4内的煤炭缓慢向下运动并被加热，其中的挥发份及煤焦油以气体方式释放出来，然后向下通过高温煤层进一步被加热而裂解。当一侧的煤气显热回收蓄热室3处于蒸汽加热状态时，此侧的煤气排出管道12处于关闭状态，供水管道5处于打开状态。水经供水管道5进入煤气显热回收蓄热室3，并被其中的陶瓷球蓄热体7汽化，然后向上流动被加热至1000℃左右，经此侧的煤气/蒸汽出口13进入矩形煤炭气化室4，与高温煤炭发生如下气化反应：

C+H₂O＝CO+H₂-118830 KJ

生成高热值的水煤气经另一侧的煤气/蒸汽出口13，进入该侧的煤气显热回收蓄热室3。此时，该侧煤气显热回收蓄热室3处于煤气排出状态，在气化室4中被气化的高温煤气与被裂解的挥发份经过蓄热体7后其煤气显热被回收，然后以低于130℃通过与之相联的炉外煤气排出管道12、换向阀及煤气引风机加压进入用户管网。通过换向阀使两个蓄热室3轮番做为煤气排出/蒸汽加热状态，每1至3分钟变换一次。蓄热体7为陶瓷球，它除具有煤气显热回收功能外，还具有将水加热汽化至高温蒸汽及清除煤气中灰尘功能，并为煤炭气化反应提供约30％的热量。每个煤气显热回收蓄热室3下部各设有一个煤气除尘系统11，使用水封方式避免煤气的泄漏。煤气经陶瓷球蓄热体7排出时，其中的灰尘被蓄热体7吸附，下一周供水管道5的部分水将其冲洗流入煤气除尘系统。此煤炭气化炉产生的煤气具有高热值、无灰尘及煤焦油的显著特点。陶瓷球蓄热体7可由煤气除尘系统底部排出，经水清洗后从煤气显热回收蓄热室3上部加入，重复使用。矩形煤炭气化室4下部设有一个排灰渣系统10，使用水封方式避免煤气的泄漏，同时回收灰渣的余热。

Claims

1.一种生产水煤气的煤炭气化炉，其特征是：矩形煤炭气化室四周设置2组蓄热式热回收系统，两者之间用耐火材料隔开，换向周期1至3分钟，一组蓄热式热回收系统用于煤气的显热回收，并将水加热至高温水蒸汽做为唯一的气化剂，另一组用于燃烧室的烟气余热回收。

2.根据权利要求1所述的煤炭气化炉，其特征是：矩形煤炭气化室的煤气出口设在高温区，煤气中的挥发份及煤焦油被裂解，产生的煤气洁净，热值高。

3.根据权利要求1所述的煤炭气化炉，其特征是：矩形煤炭气化室两侧设置至少一对蓄热式煤气显热回收蓄热室，蓄热室与矩形煤炭气化室用耐火材料隔开，炉内产生的煤气经高温区出口、蓄热室内的陶瓷球蓄热体、炉外煤气排出管道、换向阀、煤气引风机加压后排出，煤气的显热被回收，其热量用于将水加热成高温的水蒸气做为气化剂在炉内将煤炭气化，并提供30％煤炭气化所需的热量。

4.根据权利要求1所述的煤炭气化炉，其特征是：在矩形煤炭气化室另外两侧设有燃烧室，燃烧室与矩形煤炭气化室用耐火材料完全隔开，通过此耐火材料的热传导，燃烧室燃烧煤气提供70％煤炭气化所需的热量，并使用蓄热式热回收系统回收燃烧室废气的余热预热助燃空气和煤气。

5.根据权利要求1所述的煤炭气化炉，其特征是：设在煤气出口处的一对蓄热式煤气显热回收蓄热室除回收煤气显热、将水加热成高温的水蒸气外，它还具有煤气除尘和清除煤气中残存的焦油功能，其下部采用水封方式，陶瓷球蓄热体可从下部排出，经清洗后重复使用。