CN101712890A - 卧式加压流化床或喷动床的固体燃料燃烧及气化装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含碳氢的固体燃料的通用的加压流化床或喷动床的燃烧及气化装置，目的在于解决固体燃料在循环流化床燃烧(FBC)，加压循环流化床燃烧(PFBC)或流化床或喷动床固体燃料的气化装置中存在的飞灰量多并含碳量高、排灰含碳量高、煤利用率低下的问题。装置由气体分布单元、燃料给料单元、加压流化床或喷动床单元、飞灰处理单元组成。该装置突出的特征是将加压的固体燃料流化床或喷动床装置由垂直型式改为水平型式，以更适用于加压条件下的燃烧或气化；它简化了结构；并专设了特殊的飞灰处理装置，降低了产品气中的飞灰含碳量并转化成有效气成分。该装置可广泛应用于煤，油母页岩或其他有机生物质废料的燃烧、三废处理或制气、制油，制氨及碳一化学。该装置尤适用于加压流化床或喷动床锅炉(PFBC)或煤气化炉，也可用于燃气-蒸汽联合循环的领域(IGCC)，硫铁矿制酸沸腾炉。

Description

卧式加压流化床或喷动床的固体燃料燃烧及气化装置

技术领域

本发明专利涉及一种含碳和氢的固体燃料的燃烧和气化装置，特别涉及一种卧式加压流化床或喷动床的煤燃烧或气化装置。

背景技术

煤的气化反应是发生在碳和氢和载氧的气化剂(空气、O₂、H₂O、CO₂)之间的一种不完全氧化反应。煤气化技术是发展煤制气、煤制油、煤基化学品、联合循环发电系统等过程的工业基础。煤的气化现有固定床(UGI炉、Lurgi炉)、流化床(Winkler炉、CFB、PCFB炉、U-gas炉等)、气流床(K-T炉、Texco炉、Shell炉等)以及熔融床装置。固定床气化炉一般以块煤为原料，筛分范围为6-50mm，煤与气化剂在炉内逆向流动，块煤由气化炉上部加入，空气或氧气从气化炉底部鼓入，炉渣自炉底排出，固定床反应温度较低生产的煤气中含有烃类及焦油等。流化床气化炉的原料煤粒度一般为1-13mm左右，原料煤被气化剂吹起悬浮并保持沸腾状态运动，产生的煤气和灰渣在炉温下导出，此反应温度较高因而煤气中基本不含焦油类物质。气流床气化炉中，将原料粉煤(70％以上以通过200目)用气力输送入炉中，炉内反应温度相比最高，煤气中不含焦油等物质。气流床气化炉也可将固体燃料制成水煤浆进料(如Texco炉)，由于水分蒸发，故耗氧量和耗煤量较高。流化床固体燃料气化技术可分为常压(0.1Mpag)和加压(＞0.1Mpag)两种条件下操作。常压下操作的缺点是生产能力低，后续工艺所需压缩功高。

美国专利USP4315758公开了一种煤制燃料气的生产工艺技术，该工艺技术由加料单元、流化床气化单元、气化剂分布单元、飞灰循环处理单元组成。其中气化剂分布单元由分布板、中心管及文丘里管组成。

中国专利号94202278.5，授权公告日1994年10月26日，发明专利名“灰熔聚流化床气化装置”。公开了一种灰熔聚流化床气化装置，它由流化床气化单元、灰熔聚分离单元、飞灰循环单元及废热回收单元组成。上述专利的气化剂分布单元由分布板、中心管和文丘里管组成。其中分布板为倒锥形，表面钻有不同数量的小孔，达到一定的开孔率以保证通过小孔的气体达到气流带出速度，从而对进入气化单元的粉煤产生流化作用。其不足之处在于原料煤粒度为0-6mm，颗粒度偏小粉尘偏多。同时该种流化床气化单元没有设置二次给风燃烧，造成煤气中飞灰带出过多和碳转化率偏低。

发明内容

本发明专利的目的在于提供一种解决流化床或喷动床固体燃料气化或燃烧装置中存在的产品气飞灰过多并含碳量高，碳利用率低下的问题，同时提高产品气中有效气体成份，加压气化的工艺能显著降低下工序所需压缩能耗。

为达到上述目的，本发明专利采用的技术方案是：

本发明专利的第一特点是：将传统的固体燃料流化床或喷动床的气化炉或锅炉由垂直型式改为水平型式。简化了循环流化床(FBC)、加压循环流化床(PFBC)或喷动床的燃烧或气化装置。以前的加压流化床压力壳内另还置有加固体燃料系统，气化炉扩大段，旋风分离器等，因此该压力壳高大粗实、钢板厚、投资大、该工艺因设备笨大而发展受限止。本专利就是为解决上述问题而开发的卧式流化床或喷动床的固体燃料燃烧和气化装置。本装置结构简单紧凑，适合固体燃料的加压流化床或喷动床锅炉和煤气化装置。

气化炉包括上端的稀相区扩大段、下端为相互连通的密相流化段；煤仓与气化炉的入煤口相连通；排灰管与气化炉尾端出灰口相连通；飞灰处理单元和与气化炉尾端出气口相连通。其特点是，煤仓与气化炉的密相流化床相通，飞灰处理单元与气化炉的稀相区扩大段相通。在密相流化段的尾端设有灰渣的激冷段，与排灰系统相连通。气化炉扩大段的炉壁上开设有二次风进口。

本发明专利的另第二特点是：在流化床中设置挡板。不仅维持床层高度，还降低灰渣中含碳量及消除熔渣对操作的危害。

本发明专利的第三特点是：设置了专用飞灰处理单元，大幅降低了煤气中的飞灰夹带和甲烷含量，减少了粉尘对后续工段的影响；提高了固体燃料中炭和氢的利用率；提高了粗煤气中的有效气成分。

本发明专利的第四特点是：简化加压流化床或喷动床的锅炉或气化炉的结构；大幅降低灰渣含碳量；减少熔渣对操作的危害。

本发明专利的第五特点是：加压流化床工艺，提高了产品气或烟道气压力，减少后工序需要的压缩能耗。此外烟道气也能作功。

具体实施方式

结合附图1，下面对本发明专利的结构和工作原理作进一步说明。本发明专利包括上下连通的加压流化床或喷动床装置[9]和专用飞灰处理单元[10]。煤仓[2]通过相互连通的煤锁斗[3]和[5]、星型阀[4]和[6]，由螺旋给煤机[7]送入炉内，进煤管[8]设置有吹送气并与流化床密相区相连通，专用飞灰处理单元[14]与一级旋风除尘器[18]相连通。一级旋风除尘器的一个出口通过高温阀、一旋料腿与专用飞灰处理单元[14]进口相通。一级旋风除尘器[18]的另一出口与二级旋风除尘器[19]相连通，第二级旋风除尘器下端通过二旋料腿也与专用飞灰处理单元[14]相连通。流化床密相区的尾端与灰渣激冷段和排灰管相连通，排灰管的出口还依次设置有灰锁斗[10]和[12]，星形阀[11]和[13]，在流化床上部的稀相区炉壁上开设有二次风加入口。

本发明专利的二次风加入口位于稀相区扩大段，在顶板向下近1米处，入口与水平面夹角为0-45°，最好为0-24°。

本发明专利由固体燃料准备工段将符合要求的燃料送至计量仓[2]，固体燃料经锁斗[3]和[5]，及星形给料器[4]和[6]经螺旋给料机[7]向气化炉连续加燃料。为防止产品气倒流进入螺旋给料机和给料斗，给料斗[5]的压力设定高于气化炉压力。在螺旋给料机与气化炉之间的进料管[8]上装有带联锁的安全阀，防止气化炉的高温产品气倒入螺旋给料机，并在进料管[8]的上部按有吹送气管，以保证进料顺畅。

经计量后的气化剂(氧气、二氧化碳、水蒸汽)进入气化炉下部，在高温状态下发生固体燃料的破碎、脱挥发份、焦油的裂解、固体燃料的氧化还原反应和灰渣的分离。气化生成的气体主要是CO、H₂、CO₂、CH₄、H₂S、H₂O。

出流化床气化炉的气体温度约850-1000℃，压力大于0.1MPag，在占总气化剂量一定比例的二次风通过流化床上部的加入口进入，并进入专用飞灰处理单元[14]。使粗产品气中的CO₂、H₂O、CH₄和含碳颗粒发生二次气化，粗产品气进一步还原为CO及H₂，从而增加了粗产品气中有效气成份，并降低了粗产品气中甲烷的含量。

经过专用飞灰处理单元[14]，其中大多数的含碳颗粒转为CO及H₂。少量的碳颗粒和产品气中进入第一级旋风除尘器[18]，分离出的含碳粉尘通过高温阀、一旋料腿返回专用飞灰处理单元的入口再气化。

出一级旋风除尘器[18]的气体再进入二级旋风除尘器[19]，进一步分离气体中的含碳粉尘，分离出的粉尘，通过二旋料腿也返回专用飞灰处理单元的入口或者通过料腿下端的回收系统排出界区。出第二级旋风分离器的粗煤气进入余热锅炉回收热量。

由气化炉尾端排出的高温灰渣(约850℃)，经激冷段落入灰锁斗[10]和[12]和星形阀[11]和[13]，连续送至界区外。由二级旋风除尘器[19]排出的细灰也可经气力输送直接排出界区。

本发明专利的固体燃料的燃烧或气化装置的过程是将固体燃料连续加入流化床或喷动床的气化炉密相区，气化剂(空气，氧气、二氧化碳和蒸汽)从气化炉底部吹入，使燃料颗粒沸腾燃烧产生高温。气固两相充分接触，发生燃料的热解破碎、和碳及氢的氧化还原反应。此外还通过高温把含高飞灰的煤气进行多次煤气化，把灰中的碳转化成煤气，最终实现煤的高效气化。

附图说明

图1是本发明专利的整体结构示意图；

Claims (10)

1.一种加压流化床或喷动床的固体燃料的燃烧或气化装置。包括新型的卧式加压流化床或喷动床的固体燃料燃烧或气化器、前后连通的飞灰处理器和旋风分离器组成的流化床或喷动床燃烧或气化炉系统。另有煤仓加煤单元与气化炉的入煤口相连通、排灰管与气化炉下端出灰口相连通。其特征在于：煤仓下端的螺旋加料器或气流输送管与气化炉的密相区相连通，排灰结构与流化段尾端激冷段相连通，煤仓与流化床密相区之间还依次按有相互连通的煤锁斗，星形阀、螺旋给煤机、进煤管和安全阀，且在进煤管上还设置有吹气管。排灰管系统的出口还依次设置有相互连通的激冷罐、碎渣机、灰锁斗和星形阀。

2.根据权利要求1所述的卧式加压流化床或喷动床固体燃料的燃烧或气化装置，其特征在于：本卧式加压流化床或喷动床的固体燃料气化或燃烧装置简洁紧凑地置于压力容器管中。固体燃料喷嘴位于扩大段附近，喷嘴与水平面的夹角为30-90°。

3.根据权利要求1所述的卧式加压流化床或喷动床固体燃料的燃烧或气化装置，其特征在于：所述的二次风加入口位于流化床上部扩大段中炉壁上，且二次风加入口与水平夹角为0-45°。

4.根据权利要求1所述的卧式加压流化床或喷动床固体燃料的燃烧或气化装置，其特征在于：所述的飞灰循环单元包括连通的第一级旋风除尘器[18]，该除尘器的一个出口通过高温阀、料腿与前面的专用飞灰处理单元[10]的进口相连通。第一级旋风除尘器的另一出口串联第二级旋风除尘器[19]，此除尘器的出口通过二旋料腿也与气化炉的专用飞灰处理单元[10]进口相连通。

5.根据权利要求1所述的卧式加压流化床或喷动床固体燃料的燃烧或气化装置，其特征在于：所述的飞灰处理器[10]置于气化炉出口后任何位置。

6.根据权利要求1所述的卧式加压流化床或喷动床固体燃料的燃烧或气化装置，其特征在于：在流化床中设置挡板。不仅维持床层高度，还可降低灰渣中含碳量。该挡板可以是多块板，形成多室。可以是平面板，也可以是各种曲面板。高度按照需要不限。

7.根据权利要求1所述的卧式加压流化床或喷动床固体燃料的燃烧或气化装置，其特征在于：所述的装置可用于加压流化床或喷动床固体燃料的燃烧锅炉或气化器。包括FBC、PFBC、IGCC、流化床或喷动床型煤气化炉或锅炉、有机生物质三废处理装置、硫铁矿制硫酸的沸腾炉。

8.根据权利要求1所述的卧式加压流化床或喷动床固体燃料的燃烧或气化装置，其特征在于：专用飞灰处理单元[10]，用于固体燃料的多次气化和燃烧，包括各种粉煤的气流床燃烧或煤气化装置。

9.根据权利要求1所述的卧式加压流化床或喷动床固体燃料的燃烧或气化装置，其特征在于：在固体燃料流化床或喷动床燃烧和气化装置中设置挡板。从固体燃料喷嘴到尾部的灰出口挡板数量可以是1-10个，最适宜1-4个。挡板能调节床层高度；大幅降低灰渣含碳量；并减少熔渣对排灰造成的危害。

10.根据权利要求1所述的卧式加压流化床或喷动床固体燃料的燃烧或气化装置，其特征在于：本固体燃料包括煤、煤矸石、油母页岩，石油焦或渣、硫铁矿、各种可燃矿物质、各种有机生物质物如三废处理物、农业废弃物等。