CN101597657B - 一种高炉熔渣复合煤气化系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种高炉熔渣复合煤气化系统及方法，涉及高炉熔渣利用技术，系统包括熔渣气化炉、换热器、煤气除尘器、储气罐、给煤装置、喷枪、二次给煤装置和颗粒气化炉。方法为：将高炉熔渣经渣流沟由熔渣进口放入熔渣气化炉中；将煤粉和气化剂喷吹到熔渣气化炉内，生成的煤气进入换热器，经过冷却和除尘后进入储气罐，熔渣从熔渣出口流出时与煤粉在管道内混合，并与气化剂反应生成煤气进入换热器，经过冷却和除尘后进入储气罐。本发明的方法具有巨大的环境效益，对我国节能减排目标的实现具有重要的意义。

Description

一种高炉熔渣复合煤气化系统及方法

技术领域

本发明涉及高炉熔渣利用技术，特别涉及一种高炉熔渣复合煤气化系统及方法。

背景技术

钢铁工业是我国国民经济的重要基础产业，中国钢铁工业自20世纪90年代以来快速发展，1996年我国的粗钢产量已达世界第一，随着钢产量的增长，钢铁工业产生的固体废弃物总量也越来越多，在固体废弃物之中，高炉渣又占了很大比例。高炉渣是由铁矿石中的脉石、燃料中的灰分和溶剂中非挥发组分形成的物质，在钢铁生产过程中，高炉渣的出炉温度高达1400～1600℃，其所含的显热相当于55Kg～64Kg标准煤完全燃烧所产生的热量。目前，国内外处理高炉渣基本采用水淬法，此法的缺点是：不仅高炉渣的显热无法利用，而且造成水资源的大量浪费，对大气、水和土壤也造成了严重的污染，恶化了工作环境。因此，如何有效地回收高炉渣的高温显热，减少其处理过程中对环境造成的污染，又不影响其处理后的实用价值，就成为一个急需解决的问题。

我国是一个油气资源短缺而煤炭资源相对丰富的国家。据地质工作者对煤炭资源进行远景调查结果，煤炭在我国化石能源剩余可采总储量中占92.6％，占有绝对优势。因此一直以来，我国的能源消耗都是以煤炭为主，其在一次能源中占总消耗量的60％以上。而对于价格日益上涨的石油资源，综合近几年的数据我们可以看到，我国石油对外依存度高达50％左右。因此，要像其他国家一样将能源供应建立在石油基础之上是行不通的，虽然进口石油也能解决能源短缺问题，但就我国目前的实力来讲这样的能源战略是没有安全保障的。另一方面，随着我国经济的长期高速发展，对能源的需求日益增长，所以发展基于煤气化的煤基能源及化工系统是在可预见范围内最有效的技术途径。

目前，中国已成为世界上最大的煤气化炉市场，2020年前我国对煤气化炉的需求量预计将达到2250套。当前我国正在兴起的煤制油、甲醇、合成氨及煤制烯烃等煤化工产业，需要大量的大型煤气化炉；另外，我国还有约占全国煤炭总储量约20％以上的高硫煤，这些煤要获得高效、清洁利用，也必须以气化技术为龙头。目前，常见的煤气化技术主要有固定床、流化床以及气流床，现有的煤气化工艺各有特点，对煤质也有不同的要求，尽管不同煤阶、不同粒度、不同的矿物质组成和含量的煤都能用于气化，但是很难找到适用于所有煤种，各种粒度煤和不同煤灰成分的“万能气化炉”，因此围绕着提高碳转化率和过程效率这一核心，扩大对煤种和粒度的适应范围，特别是解决高灰、高硫煤等劣质煤的气化，提高气化强度、煤气质量、气化效率以及单炉生产能力已成为当前煤气化技术主要的发展趋势和急需解决的问题。

发明内容

针对现有的技术问题，本发明提供一种高炉熔渣复合煤气化系统及方法，目的在于利用高炉熔渣的显热进行煤粉的煤气化过程，达到节能减排的效果。

本发明的高炉熔渣复合煤气化系统包括熔渣气化炉、换热器、煤气除尘器、储气罐、给煤装置、喷枪、二次给煤装置和颗粒气化炉；给煤装置与喷枪的一端连接，喷枪的另一端插入熔渣气化炉的内部，熔渣气化炉的煤气出口与换热器的进气口连通，换热器的出气口与煤气除尘器的进口连通，煤气除尘器的出口与储气罐连通；熔渣气化炉的熔渣出口通过管道分别与二次给煤装置和颗粒气化炉连通。

熔渣气化炉的内部设有隔墙，靠近熔渣气化炉的熔渣出口设有挡板；熔渣进口和熔渣出口分别位于隔墙两侧的熔渣气化炉的侧壁上，熔渣进口与熔渣出口的高度差为熔渣气化炉直径的0.5～2倍；隔墙的两个侧边与熔渣气化炉的侧壁连接，隔墙的底边与熔渣气化炉的底部连接，隔墙顶边低于熔渣进口，高于熔渣出口，隔墙与熔渣气化炉轴线的水平距离为熔渣气化炉直径的80～85％。

颗粒气化炉包括渣粒捕集器、转杯、气化床体和底部喷枪，渣粒捕集器侧壁设有水冷壁，转杯位于水冷壁内部，渣粒捕集器底部连接气化床体，底部喷枪穿过气化床体插入渣粒捕集器内部；其中渣粒捕集器顶部设有进料口和顶部出气口，进料口通过管道分别与熔渣气化炉的熔渣出口和二次给煤装置连通，顶部出气口与第二换热器的进气口连通，第二换热器的出气口与第二煤气除尘器的进口连通，第二煤气除尘器的出口与第二储气罐连通；气化床体上设有出渣口。其中转杯位于进料口的正下方。

插入熔渣气化炉的喷枪至少为1个，喷枪插入熔渣气化炉的位置是顶部、底部和/或侧部，当喷枪插入熔渣气化炉的位置是顶部或底部时，喷枪与水平面垂直；当喷枪插入熔渣气化炉的位置是侧部时，喷枪与水平面成5°～30°夹角。当喷枪位于熔渣气化炉底部或侧部时，喷枪出气口与气化炉炉底之间的距离为喷枪出气口直径的0.5～3倍，当喷枪位于熔渣气化炉顶部时，喷枪出气口高于熔渣出口。

本发明的采用高炉熔渣气化系统实施高炉熔渣气化的方法按以下步骤进行：

1、将高炉熔渣经渣流沟由熔渣进口放入熔渣气化炉中；将经过干燥破碎的煤粉置于给煤装置中，煤粉粒度在1mm以下，煤粉中水的质量百分比小于10％。

2、当熔渣气化炉内的熔渣液面高于熔渣进口时，将煤粉和气化剂通过喷枪喷吹到熔渣气化炉内，进入熔渣气化炉内的煤粉中的固定碳与熔渣的质量流速比为0.01～0.02；气化剂为CO₂、水蒸汽和/或空气，在相同时间内，进入熔渣气化炉的气化剂与煤粉的流量按以下方式配比：当气化剂为CO₂时，气化剂中O原子和煤粉中的C原子的个数比为1.9～2.5；当气化剂为水蒸汽时，气化剂中的O原子和煤粉中的C原子的个数比为0.9～1.5；当气化剂为空气时，气化剂中的O原子和煤粉中的C原子的个数比为0.9～1.5；当气化剂为混合气体时，气化剂中的O原子与气化剂和煤粉中的C原子的个数比为0.9～1.5。

煤粉与气化剂受热反应生成的煤气通过熔渣气化炉的煤气出口进入换热器；熔渣从熔渣出口越过挡板流出，进入颗粒气化炉；通过调节挡板的高度控制熔渣出口的熔渣流出速度，使熔渣在气化反应时保持稳定的高度和流出熔渣的温度。此时位于熔渣气化炉顶部的喷枪的喷枪出气口位于所处理熔渣外部；从熔渣出口流出的熔渣温度为1320±20℃。

步骤2中，熔渣气化炉内的熔渣温度为1300～1600℃。煤气进入换热器后，经过换热器冷却至200℃以下，进入煤气除尘器，经过除尘处理后气体中的灰尘含量低于10mg/m³，然后进入储气罐储存。

3、熔渣从熔渣出口流出时，二次给煤装置放出经过干燥破碎的煤粉，煤粉粒度在1mm以下，煤粉中水的质量百分比小于10％；熔渣与煤粉经渣粒捕集器的进料口落入旋转的转杯上，转杯转速为600～2000r/min；通过底部喷枪向颗粒气化炉内喷吹气化剂，气化剂流速为0.5～30m/s，在相同时间内，落入转杯上的熔渣与煤粉中固定碳的质量比为1∶0.03～0.04；熔渣在转杯作用下被破碎成颗粒，同时煤粉吸收熔渣的热量升温，与底部喷枪喷出的气化剂反应生成煤气，煤气由顶部出气口进入第二换热器；未完全反应的煤粉在熔渣颗粒的裹挟下与熔渣颗粒一起撞击在水冷壁上，落入颗粒气化炉的底部进一步与气化剂反应，产生的煤气由顶部出气口进入第二换热器；反应剩余的煤灰和熔渣颗粒从出渣口排出，进入余热锅炉，与余热锅炉中的水通过锅炉管进行下一次换热，使水汽化产生水蒸汽；换热后形成热渣从余热锅炉底部排出，温度低于200℃。

步骤3中，熔渣在颗粒气化炉内的温度为800～1300℃，熔渣颗粒在余热锅炉内的温度为200～800℃，从余热锅炉排出的热渣温度为200℃。颗粒气化炉内生成的煤气进入第二换热器后，经过第二换热器冷却至200℃以下，进入第二煤气除尘器，经过除尘处理后气体中的灰尘含量低于10mg/m³，然后进入第二储气罐储存。

步骤3中所述的气化剂为水蒸汽、空气、CO₂中的一种或几种。本发明实施例中的转杯转速为600～2000r/min。在相同时间内，进入颗粒气化炉的气化剂与煤粉的流量按以下方式配比：当气化剂为CO₂时，气化剂中的O原子和煤粉中的C原子的个数比值为1.9～2.5；当气化剂为水蒸汽时，气化剂中的O原子和煤粉中的C原子的个数比值为0.9～1.5；当气化剂为空气时，空气中的O原子和煤粉中的C原子的个数比值为0.9～1.5；当气化剂为混合气体时，气化剂中的O原子与气化剂和煤粉中的C原子的个数比值为0.9～1.5。

上述的高炉熔渣气化的方法采用间歇处理或连续处理；当反应完成后，通过熔渣气化炉底部的放料口将熔渣气化炉内的残余熔渣排净。

本发明的方法主要是利用高炉熔渣的显热为煤的气化提供所需的热量，从气化方式来说属于外热型反应，由上述内容可知，高炉熔渣的处理过程是一个放热过程，在该过程中，一吨高炉熔渣释放出的热量大约相当于55Kg～61Kg标准煤完全燃烧所放出的热量，而煤气化反应中碳和二氧化碳的反应是一个吸热反应，其反应方程式为：

C+CO₂→2CO-173.4kJ/mol

在该过程中，气化反应吸收高炉熔渣冷却放出的热量而达到使煤气化的目的，不仅使高炉熔渣得以冷却，而且还保护了环境，不必浪费大量的水资源，解决了高炉渣处理过程中的一系列问题，此外还可以获得较高质量的煤气，如果该气化过程采用二氧化碳(可用燃烧尾气)作为气化剂，那么在取得上述成果的同时还可以吸收二氧化碳，起到了减排的作用，综合以上分析可以看到，采用高炉熔渣作为热载体进行煤气化这一方法对我国实现节能减排的目标具有重要的意义。

仅从化学反应的角度进行分析，通过对煤气化高温反应动力学的研究发现，煤气化在常压没有催化剂存在的情况下，开始反应的温度大约在900℃左右，而高炉熔渣的温度高达1460℃，完全可以保证气化反应的进行。从提高化学反应速率和碳转化率的角度来看，气化温度对煤的气化反应具有十分重要的影响，在高温下，煤的气化温度和灰熔点温度十分接近，实验表明：当煤焦的气化温度低于煤焦的灰熔点温度时，煤焦的碳转化率和气化反应速率随气化温度的升高而增大；当煤焦的气化温度高于煤焦的灰熔点温度时，煤焦的碳转化率和气化反应速率变化十分缓慢；当煤焦的气化温度为煤焦的灰熔点温度时，煤焦的气化反应速率达到最大值。从化学反应的角度来看，该反应不仅能够进行，而且其反应速率和碳转化率都会达到很高的水平。

从熔渣物理化学性质分析，高炉渣是由铁矿石中的脉石、燃料中的灰分和溶剂(一般是石灰石)中非挥发组分形成的物质，其主要成分氧化钙、氧化镁、三氧化二铝以及二氧化硅，该反应体系属于Ca-Mg-Al-Si-O-C共存的一个化学反应体系，体系中的化学反应复杂，体系中的很多物质相互之间都存在相互反应的可能。通过查阅文献发现在该反应体系中，其主要反应仍然是碳和二氧化碳的反应，其他反应比如硅和碳的反应等，不是缺乏其所需要的必要条件，就是由于反应的量很小可以忽略。在该反应体系中，由于是煤和气化剂直接加入高温熔渣之中，固体和气体被浸入在液体熔渣之中，所以传热速度特别快，反应物在很短的时间内就可以升高到很高的温度进行迅速反应，此外，熔渣中的各种物质尽管不会参与煤与气化剂的反应，但是在反应的过程中可以起到催化作用，以促进反应的进行。由于该反应属于气液固三项共存的反应，所以在反应中需要考虑传热传质传动量和化学反应四个方面，在渣中，由于二氧化硅的存在，可以增加熔渣的流动性，对传质过程十分有利，可以促进反应的进行，并且在高炉熔渣中，二氧化硅的含量高达34.38％，对于气化反应的进行将起到十分重要的作用；氧化钙的影响：氧化钙随气化反应的影响是多方面的，首先氧化钙作为一种气化反应的催化剂，在很大程度上，它可以促进煤焦气化反应的进行，可以降低煤焦的灰熔点温度，使溶液的流动性增强。此外，由于氧化钙可以和煤中的硫发生反应，可以起到固硫的作用，对于环境保护具有十分重要的意义。实验表明，渣中的氧化镁对煤的气化反应也可以起到促进作用，而三氧化二铝对煤焦的气化反应起到一定的阻碍作用，但是从高炉渣的成分分析可以看到，三氧化二铝的比例较小，相比来说，并不占优势地位，所以总体分析，高炉渣的物理化学性质对煤焦的气化反应是有利的。

以一吨高炉渣为基础进行计算，仅考虑其在液体状态所具有的能量(熔渣温度高于1300℃)，即熔渣气化阶段，且采用二氧化碳作为气化剂。假设一吨高炉渣释放的能量可以使X千克碳气化。计算方法如下：

进入炉内的热量计算方法为：

煤的燃烧热：Q_燃＝4.187×81×100X＝33914.7X KJ

煤的物理热：Q_煤＝XC₁Δt₁＝41.87 X KJ

CO₂的物理热：

熔渣提供的热量：Q_渣＝C₃Δt₃＝239000 KJ

从炉中出去的热量计算方法为：

CO的物理热：Q_co＝mC₄Δt₄＝7031.024 X KJ

CO的化学热：

热平衡方程：

Q_燃+Q_煤+Q_气+Q_渣＝Q_co+Q_燃气

上述各公式中C₁，C₂，C₃，C₄分别为煤、CO₂、熔渣和CO的平均比热；Δt₁，Δt₂，Δt₃，Δt₄分别为煤、CO₂、熔渣和CO的温差；m为CO质量。

根据热平衡方程计算可知一吨高炉熔渣从液态变为固态，即仅在其熔渣气化阶段便可使11.85219kg的碳气化；在该过程中消耗的CO₂量为22.12409m³(合43.45804kg)；产生的CO量为44.24819m³(合55.31023kg)。

以一吨高炉渣为例，考虑其在颗粒气化阶段(800℃～1300℃)的气化能力，且采用二氧化碳作为气化剂。假设一吨高炉渣释放的能量可以使X千克碳气化。计算方法如下：

进入炉内的热量计算方法为：

煤的燃烧热：Q_燃＝4.187×81×100X＝33914.7X KJ

煤的物理热：Q_煤＝XC₁Δt₁＝41.87 X KJ

CO₂的物理热：

熔渣提供的热量：Q_渣＝C₃Δt₃＝597500 KJ

从炉中出去的热量计算方法为：

CO的物理热：Q_co＝mC₄Δt₄＝4326.784 X KJ

CO的化学热：

热平衡方程：

Q_燃+Q_煤+Q_气+Q_渣＝Q_co+Q_燃气

上述各公式中C₁，C₂，C₃，C₄分别为煤、CO₂、熔渣和CO的平均比热；Δt₁，Δt₂，Δt₃，Δt₄分别为煤、CO₂、熔渣和CO的温差；m为CO质量。

根据热平衡方程计算可知一吨高炉熔渣在其颗粒气化阶段便可使34.2195kg的碳气化；在该过程中消耗的CO₂量为63.8764m³(合125.47kg)；产生的CO量为127.75m³(合159.69kg)。

综合以上可以看到，将高炉熔渣气化和高温颗粒气化联合使用，每吨高炉渣可产生160m³CO。

以一年产1000万吨生铁的钢铁厂进行经济效益和环境效益分析(仅考虑单一熔渣气化方式带来的效益)：

对于一个年产1000万吨的钢铁企业，1年产生300万吨的高炉渣，则气化用煤6.0万吨，消耗13.2万吨CO₂，生产1.32亿立方米CO，为企业带来巨大的经济效益和社会效益。

从经济效益来看，按目前国际CDM机制的二氧化碳交易价格，每吨二氧化碳可售价8欧元，那么购买13.2万吨CO₂将花费950.4万元人民币；目前市场上，民用煤气的价格是1.4元/m³，那么将1.32亿立方米的CO全部看做民用煤气，则其售价将达到1.848亿人民币；在刨除购买煤的原料费4200万元，则仅仅是其在高温段的一次气化阶段就可以为企业带来1.5亿元的经济效益。

从环境效益来看，目前国内外认为最有前景性的处理二氧化碳技术为CCS技术，国内采用CCS处理一吨二氧化碳的成本约为40～70美元，那么处理13.2万吨CO₂将花费3692～6468万人民币，况且目前世界上最先进的CCS二氧化碳封存技术，世界上的最为成功一个试验项目计划在2009年到2010年间，捕集15万吨二氧化碳，而采用本发明的方法一座年产1000万吨生铁的钢铁厂就可以吸收13.2万吨的CO₂。

本发明的方法对煤种的适应性广，气化效率高，并且具有巨大的经济效益和环境效益，对我国节能减排目标的实现具有重要的意义。

附图说明

图1为本发明实施例1中的高炉熔渣煤气化系统结构示意图，图中1、高炉渣沟，2、熔渣进口，3、熔渣气化炉，4、给煤装置，5、喷枪，6、换热器，7、煤气除尘器，8、储气罐，9、转杯，10、渣粒捕集器，11、底部喷枪，12、电机，13、气化床体，14、熔渣出口，15、隔墙，16，进料口，17、颗粒气化炉，18、煤气出口，19、顶部出气口，20二次给煤装置，21、出煤口，22、第二换热器，23、第二除尘器，24、第二储气罐，25出渣口、26、挡板。

具体实施方式

本发明实施例中采用的熔渣为鞍钢高炉渣，主要成分如表1所示。

表1鞍钢高炉渣主要成分分析结果(wt％)

SiO2	CaO	MgO	Al2O3	TiO2
					34.38	41.21	8.22	11.05	0.35

本发明实施例中采用的给煤装置为螺旋给料机。

本发明实施例中采用的破碎设备为磨煤机，干燥设备为煤粉干燥机。

本发明实施例中采用的煤气除尘器为旋风除尘器。

本发明实施例中采用的转杯内径120mm，深度40mm。

本发明实施例中熔渣气化炉的顶部喷枪的设置方式为：喷枪出气口与所处理熔渣液面的距离为该喷枪出气口直径的1～5倍。隔墙高度的设置方式为：隔墙的高度为所处理熔渣液面高度的60～80％。

本发明实施例中的转杯转速为600～2000r/min。

以下为本发明优选实施例。

实施例1

高炉熔渣复合煤气化系统如图1所示，包括熔渣气化炉3、换热器6、煤气除尘器7、储气罐8、给煤装置4、喷枪5、二次给煤装置20和颗粒气化炉17；熔渣气化炉3直径1m，高1.5m，其侧壁设有熔渣进口2和熔渣出口14，顶部设有煤气出口18，内部设有隔墙15。其中熔渣出口14与熔渣气化炉3底部的高度差为100mm。熔渣进口2与熔渣出口14的直径为100mm，两者之间的高度差为500mm。隔墙15为矩形，其两个侧边与熔渣气化炉3的侧壁连接，其底边与熔渣气化炉3的底部连接，隔墙15高为550mm；隔墙15与熔渣气化炉3轴线的水平距离为1.275m。熔渣进口2和熔渣出口14分别位于隔墙15的两侧。熔渣出口14处设有挡板26，该挡板高度可调，通过调节挡板26能够调节熔渣从熔渣气化炉3向熔渣出口14外流出的速度。

熔渣气化炉3的煤气出口18与换热器6的进气口连通，换热器6的出气口与煤气除尘器7的进口连通，煤气除尘器7的出口与储气罐8连通；熔渣气化炉3的熔渣出口14与二次给煤装置20通过管道连通，并且该管道与颗粒气化炉17连通。

系统中共设有4个给煤装置4，每个给煤装置连接一个喷枪5，喷枪5插入熔渣气化炉3的内部。4个喷枪中的两个插入熔渣气化炉顶部，两个插入熔渣气化炉的底部；插入顶部的两个喷枪的出气口直径均为20mm，喷枪出气口位于熔渣进口上方且距离熔渣进口的距离分别为20mm和40mm；位于底部的两个喷枪出气口直径均为8mm，出气口与熔渣气化炉炉底的距离分别为4mm和24mm。

颗粒气化炉17包括渣粒捕集器10、转杯9、气化床体13和底部喷枪11，渣粒捕集器10为圆桶状，其侧壁设有水冷壁，顶部设有进料口16和顶部出气口19。转杯9位于水冷壁的内部，且位于进料口16的正下方，转杯9与电机12装配在一起。渣粒捕集器10底部连接气化床体13，气化床体13上设有出渣口25，底部喷枪11穿过气化床体13插入渣粒捕集器10内部，底部喷枪11与水平面垂直。气化床体13的出渣口25连接余热锅炉。

渣粒捕集器10的进料口16同时与熔渣气化炉3及二次给煤装置20通过管道连通；渣粒捕集器10的顶部出气口19连通第二换热器22的进口，第二换热器22的出口连接第二煤气除尘器23的进口，第二煤气除尘器23的出口连接第二储气罐24。

采用上述装置进行高炉熔渣煤气化，将高炉熔渣经渣流沟放入熔渣气化炉中；将经过干燥破碎的煤粉置于给煤装置中，煤粉粒度在1mm以下，煤粉中水的质量百分比小于10％。

当熔渣气化炉内的熔渣液面高于熔渣进口时，将煤粉和空气通过喷枪吹到熔渣气化炉内，进入熔渣气化炉内的煤粉中的固定碳与熔渣的质量流速比值为0.01，在相同时间内，进入熔渣气化炉的空气中的O原子和煤粉中的C原子的个数比值为0.9～1.5。

煤粉与气化剂受热反应生成的煤气通过熔渣气化炉的煤气出口进入换热器；熔渣从熔渣出口越过挡板流出，进入颗粒气化炉；通过调节挡板的高度控制熔渣出口的熔渣流出速度，使熔渣在气化反应式保持稳定的高度和流出熔渣的温度。此时从熔渣出口流出的熔渣温度为1320±20℃，熔渣液面与熔渣进口高度一致。

熔渣气化炉内的熔渣温度为1300～1600℃。煤气进入换热器后，经过换热器冷却至200℃以下，进入煤气除尘器，经过除尘处理后气体中的灰尘含量低于10mg/m³，然后进入储气罐储存。

熔渣从熔渣出口流出时，二次给煤装置放出经过干燥破碎的煤粉，煤粉粒度在1mm以下，煤粉中水的质量百分比小于10％；熔渣与煤粉在管道内混合，经颗粒气化炉的进料口落入旋转的转杯上；通过底部喷枪向颗粒气化炉内喷吹气化剂空气，空气流速为10m/s，在相同时间内，进入颗粒气化炉的空气中的O原子和煤粉中的C原子的个数比值为1.9～2.5；在相同时间内，落入转杯上的熔渣与煤粉中固定碳的质量比为1∶0.03；熔渣在转杯作用下被破碎成颗粒，同时煤粉吸收熔渣的热量升温，与底部喷枪喷出的空气反应生成煤气，煤气由顶部出气口进入第二换热器；未完全反应的煤粉在熔渣颗粒的裹挟下与熔渣颗粒一起撞击在水冷壁上，落入颗粒气化炉的底部进一步与空气反应，产生的煤气由顶部出气口进入第二换热器；反应剩余的煤灰和熔渣颗粒从出渣口排出，进入余热锅炉，与余热锅炉中的水通过锅炉管进行下一次换热，使水汽化产生水蒸汽；换热后形成热渣从余热锅炉底部排出，温度低于200℃。

煤气进入第二换热器后，经过第二换热器冷却至200℃以下，进入第二煤气除尘器，经过除尘处理后气体中的灰尘含量低于10mg/m³，然后进入第二储气罐储存。

上述反应过程中，熔渣在高温颗粒气化系统内的温度为800～1300℃，熔渣颗粒在余热锅炉内的温度为200～800℃，从余热锅炉排除的热渣温度为200℃。

通过上述方法每吨高炉熔渣产生CO160m³。

实施例2

采用的高炉熔渣复合煤气化系统同实施例1，不同点在于：(1)熔渣气化炉直径3m，高6m；熔渣出口与熔渣气化炉炉底的距离为500mm，熔渣进口与熔渣出口之间的高度差4m；(2)熔渣气化炉轴线与隔墙的水平距离为1.2m；隔墙高度为3m，(3)插入熔渣气化炉的喷枪为6个，其中4个喷枪位于熔渣气化炉侧部，两个喷枪位于熔渣气化炉底部，底部的喷枪与水平面垂直，侧部4个喷枪分布于侧面四周，切圆布置，喷枪与水平面的夹角为15°；侧部的4个喷枪出气口直径为20mm，出气口距离炉底的距离为60mm；底部两个喷枪出气口直径为8mm，出气口与熔渣气化炉炉底的距离为20mm。

采用上述装置进行煤气化操作，方法同实施例1，不同点在于：(1)进入熔渣气化炉内的煤粉中的固定碳与熔渣的质量流速比值为0.02；将煤粉和气化剂通过喷枪吹到熔渣气化炉内时，气化剂为二氧化碳，在相同时间内，进入熔渣气化炉的二氧化碳中的O原子和煤粉中的C原子的个数比值为1.9～2.5。(2)在相同时间内，落入转杯上的熔渣与煤粉中固定碳的质量比为1∶0.04。(3)通过底部喷枪向颗粒气化炉内喷吹的气化剂为二氧化碳，流速为0.5m/s。在相同时间内，进入颗粒气化炉的二氧化碳中的O原子和煤粉中的C原子的个数比值为1.9～2.5。

通过上述方法每吨高炉熔渣产生CO 158m³。

实施例3

采用的高炉熔渣复合煤气化系统同实施例1。

高炉熔渣气化方法同实施例1，不同点在于：(1)将煤粉和气化剂通过喷枪吹到熔渣气化炉内时，气化剂为水蒸汽，在相同时间内，进入熔渣气化炉的水蒸汽中的O原子和煤粉中的C原子的个数比值为0.9～1.5。(2)通过底部喷枪向颗粒气化炉内喷吹的气化剂为水蒸汽，流速为30m/s，在相同时间内，进入颗粒气化炉的水蒸汽中的O原子和煤粉中的C原子的个数比值为0.9～1.5。

Claims (5)

1.一种高炉熔渣复合煤气化系统，包括换热器、煤气除尘器、储气罐、给煤装置、喷枪、二次给煤装置，给煤装置与喷枪的一端连接，喷枪的另一端插入熔渣气化炉的内部，熔渣气化炉的煤气出口与换热器的进气口连通，换热器的出气口与煤气除尘器的进口连通，煤气除尘器的出口与储气罐连通；其特征在于：熔渣气化炉的熔渣出口通过管道分别与二次给煤装置和颗粒气化炉连通，所述的熔渣气化炉的内部设有隔墙，靠近熔渣气化炉的熔渣出口设有挡板；熔渣进口和熔渣出口分别位于隔墙两侧的熔渣气化炉的侧壁上，熔渣进口与熔渣出口的垂直距离为熔渣气化炉直径的0.5～2倍；隔墙的两个侧边与熔渣气化炉的侧壁连接，隔墙的底边与熔渣气化炉的底部连接，隔墙顶边低于熔渣进口，高于熔渣出口，隔墙与熔渣气化炉轴线的水平距离为熔渣气化炉直径的80～85％；所述的颗粒气化炉包括渣粒捕集器、转杯、气化床体和底部喷枪，渣粒捕集器侧壁设有水冷壁，转杯位于水冷壁内部，渣粒捕集器底部连接气化床体，底部喷枪穿过气化床体插入渣粒捕集器内部；其中渣粒捕集器顶部设有进料口和顶部出气口，进料口通过管道分别与熔渣气化炉的熔渣出口和二次给煤装置连通，顶部出气口与第二换热器的进气口连通，第二换热器的出气口与第二煤气除尘器的进口连通，第二煤气除尘器的出口与第二储气罐连通；气化床体上设有出渣口。

2.根据权利要求1所述的一种高炉熔渣复合煤气化系统，其特征在于插入熔渣气化炉的喷枪至少为1个，喷枪插入熔渣气化炉的位置是顶部、底部和/或侧部，当喷枪插入熔渣气化炉的位置是顶部或底部时，喷枪与水平面垂直；当喷枪插入熔渣气化炉的位置是侧部时，喷枪与水平面成5°～30°夹角。

3.一种采用权利要求1所述的系统实施高炉熔渣复合煤气化的方法，其特征在于按以下步骤进行：(1)将高炉熔渣经渣流沟由熔渣进口放入熔渣气化炉中；将经过干燥破碎的煤粉置于给煤装置中；(2)当熔渣气化炉内的熔渣液面高于熔渣进口时，将煤粉和气化剂CO₂、水蒸汽和/或空气通过喷枪喷吹到熔渣气化炉内，进入熔渣气化炉内的煤粉中固定碳与熔渣的质量流速比值为0.01～0.02；通过调节挡板的高度控制熔渣出口的熔渣流出速度，从熔渣出口流出的熔渣温度为1320±20℃；煤粉与气化剂受热反应生成的煤气通过煤气出口进入换热器，再经煤气除尘器进入储气罐；(3)熔渣从熔渣出口流出时，二次给煤装置放出煤粉，熔渣与煤粉在管道内混合，经渣粒捕集器的进料口落入旋转的转杯上，转杯转速为600～2000r/min；通过底部喷枪向颗粒气化炉内喷吹气化剂，气化剂流速为0.5～30m/s；在相同时间内，落入转杯上的熔渣与煤粉中固定碳的质量比为1∶0.03～0.04；熔渣在转杯作用下被破碎成颗粒，同时煤粉吸收熔渣的热量升温，与底部喷枪喷出的气化剂反应生成煤气，煤气由顶部出气口进入第二换热器，再经第二煤气除尘器进入第二储气罐；未完全反应的煤粉在熔渣颗粒的裹挟下与熔渣颗粒一起撞击在水冷壁上，落入颗粒气化炉的底部进一步与气化剂反应，生成的煤气由顶部出气口进入第二换热器，再经第二煤气除尘器进入第二储气罐；反应剩余的煤灰和熔渣颗粒从出渣口排出。

4.根据权利要求3所述的一种高炉熔渣复合煤气化方法，其特征在于所述的步骤(2)中的通过喷枪喷吹到熔渣气化炉内的煤粉和气化剂的配比：在相同时间内，进入熔渣气化炉的气化剂和煤粉的流速按以下方式配比：当气化剂为CO₂时，气化剂中的O原子和煤粉中的C原子的个数比值为1.9～2.5；当气化剂为水蒸汽时，气化剂中的O原子和煤粉中的C原子的个数比值为0.9～1.5；当气化剂为空气时，空气中的O原子和煤粉中的C原子的个数比值为0.9～1.5；所述的步骤(3)中的通过底部喷枪向颗粒气化炉内喷吹气化剂的配比方式与步骤(2)方式相同。

5.根据权利要求3所述的一种高炉熔渣复合煤气化方法，其特征在于煤气进入换热器或第二换热器后，冷却至200℃以下，再进入煤气除尘器或第二煤气除尘器，经过除尘处理后气体中的灰尘含量低于10mg/m³，然后进入储气罐或第二储气罐。