CN102120936B - 射流预氧化热解流化床气化含碳固体燃料的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于固体燃料的能源利用领域，涉及射流预氧化热解流化床气化含碳固体燃料的方法及气化装置。本发明的方法是利用含氧气化剂气体携带含碳固体燃料颗粒，以高速射流的方式输送含碳固体燃料颗粒到流化床气化炉中，使燃料颗粒在高速射流中预先氧化热解，同时使燃料颗粒高度分散；含碳固体燃料颗粒在流化床气化炉的稀相区中强化热解，然后形成的含碳固体燃料颗粒的半焦进入流化床气化炉的密相床层参加燃烧气化反应，生成夹带有含碳固体燃料的细半焦颗粒和热灰的粗煤气或合成气。本发明的方法对煤种适应范围广。在本发明的射流预氧化热解流化床气化装置的流化床气化炉炉身处设置了沿流化床气化炉周边采用对冲、斜对冲或切圆方式布置的燃料喷口。

Description

射流预氧化热解流化床气化含碳固体燃料的方法及装置

技术领域

本发明属于固体燃料的能源高效利用领域，涉及一种射流预氧化热解流化床气化含碳固体燃料的方法及气化装置，特别涉及利用含碳固体燃料在流化床气化炉中采用喷射进料的工艺制造一氧化碳、氢气为主的粗煤气或合成气的气化方法及基于此方法的气化装置。该含碳固体燃料的气化方法及装置可以适用于包括黏结性煤在内的各种等级的煤种、生物质、石油焦及其它含碳固体废弃物的气化。

背景技术

气化是指以含碳燃料(煤、煤焦或生物质等)为原料，以氧气(空气、富氧或工业纯氧)、水蒸汽或氢气等作气化剂，在特定的设备内，在一定温度及压力下发生一系列化学反应，将固体燃料转化为含有CO、H₂、CH₄等可燃气体的过程。随着世界天然气、石油资源的日益紧缺，世界各国纷纷把煤或生物质的气化作为替代能源的主要方法开展了工艺开发和产业化研究。

流化床气化是最重要的气化方法之一，气化原料在反应器内呈流化状态，在一定温度、压力条件下与气化剂反应生成可燃气体。其主要优点是床层温度均匀，传热传质效率高，气化强度大。如果使用粉煤原料，价格便宜，且煤种适应范围宽，产品煤气中基本不含焦油和酚类物质。其主要缺点是气体中带出的细粉过多而影响了碳转化率，但通过采用细粉循环流化床技术，此缺点可得到一定程度的克服。具有代表性的流化床技术主要有：

(1)温克勒(Winkler)气化炉：最早的流化床气化技术，根据运行情况的不同可以分为低温和高温温克勒气化炉。两种气化炉都以碎煤或粉煤为原料，以氧气或空气和水蒸汽为气化剂。低温温克勒气化炉在常压运行，气化温度为900～950℃，碳转化率为91％左右，而高温温克勒气化炉在1Mpa的压力下运行，气化温度为950～1100℃左右，碳转化率可达96％。

(2)KRW气化炉：属于一种灰熔聚流化床煤气化技术。KRW气化炉炉内按作用不同，自上而下可分为分离段、气化段、燃烧段和灰分离段。气化炉操作压力为1.6MPa，设计最高操作压力为2.1MPa，气化温度为740～900℃，碳转化率大于90％。KRW气化炉最大的特点就是由一喷嘴在炉体下部给入燃料，煤粉在喷射区附近快速脱除挥发分形成半焦，同时喷入的气化剂在喷口附近形成射流高温燃烧区，这种高速气流喷嘴的射流作用有助于煤粒快速析出挥发分后的分散，因此黏结性的煤同样能操作。

(3)恩德气化炉：恩德煤气化炉是中国抚顺恩德机械有限公司在德国温克勒气化炉基础上经过改进形成的新技术，属于一种循环流化床气化技术。气化炉中上部增设二次进风喷嘴，出口增设干式旋风除尘器，将煤气夹带的细煤粉和热灰回收，返回气化炉内。恩德炉对褐煤、长焰煤、不黏煤、弱黏煤等均可进行有效气化，它的气化温度为950～1050℃，常压运行，碳转化率可达90％以上。

上述几种流化床气化炉中，低温温克勒气化炉，由于没有循环回料，灰渣中含碳量较高，所以碳转化率较低；KRW气化炉可以处理黏结煤，碳转化率高，但是采用灰熔聚技术难度大，运行很难稳定；恩德粉煤气化炉技术成熟可靠，运行安全稳定，投资较少，但是处理黏结性煤难度较大，碳转化率较低。

发明内容

本发明的目的是克服上述流化床气化技术的缺点，通过射流预氧化热解含碳固体燃料(煤、煤焦、生物质及其它含碳固体废弃物等)，并在进料时分散含碳固体燃料颗粒，强化热解，同时热解与半焦气化反应解耦，使分别控制热解和气化过程可能，并与直接供入流化床相比，预氧化明显降低含碳固体燃料颗粒在下部密相流化床层的黏结结焦可能性，增强对黏结性含碳固体燃料的适应性，从而提供一种射流预氧化热解流化床气化含碳固体燃料的方法。

本发明的另一个目的是提供一种能够实现上述射流预氧化热解流化床气化含碳固体燃料方法的射流预氧化热解流化床气化装置。

本发明的方法是采用含氧气化剂气体携带含碳固体燃料颗粒，以高速射流的方式输送含碳固体燃料颗粒到流化床气化炉中，使燃料颗粒在高速射流中预先氧化热解，同时使燃料颗粒高度分散；含碳固体燃料颗粒在流化床气化炉的稀相区中强化热解，然后形成的含碳固体燃料颗粒的半焦进入流化床气化炉的密相床层参加燃烧气化反应，本发明的方法对煤种适应范围广。

本发明的射流预氧化热解流化床气化含碳固体燃料的方法为：将携带大量含碳固体燃料颗粒的含氧气化剂气体的气流，以高速射流的进料方式，由流化床气化炉炉身处的多个燃料喷口高速喷入温度为700～1100℃(优选800～900℃)的流化床气化炉下部的密相床层之上的稀相区中，含碳固体燃料在含氧气化剂中的氧气的作用下预氧化热解，同时以高速射流的进料方式分散含碳固体燃料颗粒，含碳固体燃料颗粒在稀相区中的温度为700～1100℃(优选800～900℃)下强化热解并抑制含碳固体燃料颗粒黏结结焦，并迅速脱除挥发分形成含碳固体燃料颗粒的半焦，同时携带大量含碳固体燃料颗粒的含氧气化剂气体的气流中的氧气会消耗掉几乎全部挥发分中的可燃组分以及半焦颗粒表面的黏性层；含碳固体燃料颗粒的半焦由于重力作用落入温度为800～1100℃(低于半焦中灰的软化温度，取决于不同的燃料)的流化床气化炉下部的流化床密相床层中，含碳固体燃料颗粒的半焦在密相床层中被由流化床气化炉下部的含氧气化剂喷口喷入密相床层内的含氧气化剂所流化，同时该含氧气化剂与含碳固体燃料颗粒的半焦发生燃烧气化反应生成夹带有含碳固体燃料的细半焦颗粒和热灰的粗煤气，或生成夹带有含碳固体燃料的细半焦颗粒和热灰的合成气；气化完成后，灰渣由流化床气化炉底部排出(固体排渣)。

所述的在流化床气化炉下部密相床层中生成的夹带有含碳固体燃料的细半焦颗粒和热灰的粗煤气，或生成夹带有含碳固体燃料的细半焦颗粒和热灰的合成气在上升进入流化床气化炉的稀相区中的过程中，不断与由多个燃料喷口进入稀相区中的未反应的及新进入的含氧气化剂发生气化反应后经由流化床气化炉的炉顶引出，经旋风分离器后，得到所述的粗煤气或所述的合成气由旋风分离器的上部排出进入废热锅炉副产蒸汽，产生的蒸汽可进一步送入所述的流化床气化炉的密相床层中可以作为含氧气化剂使用；经旋风分离器收集的含碳固体燃料的细半焦颗粒和煤灰通过与旋风分离器连接的回料管返回流化床气化炉的下部，再由流化床气化炉下部的含氧气化剂喷口进入密相床层内进一步参加气化反应，以形成物料循环。

本发明中的燃烧气化中产生的能量可以用于维持流化床气化炉上部稀相区燃料进行热解反应所需的热量。在下部密相床层中的含碳固体燃料颗粒的半焦经气化后形成的灰渣在非熔融状态，被进入流化床气化炉底部的含氧气化剂冷却并明显降低温度后生成固态灰渣，从流化床气化炉底部的排渣口排出。

所述的流化床气化炉内的气化压力为0.02～3MPa(由通入的含氧气化剂气体得到)。

所述的携带大量含碳固体燃料颗粒的含氧气化剂气体的气流，其中的含氧气化剂与含碳固体燃料颗粒的质量比值为0.8～1.4。

所述的由流化床气化炉下部的含氧气化剂喷口喷入密相床层内的含氧气化剂在流化床密相床层内的气速为0.5～2m/s。

所述的高速射流的速率为8～20m/s。

所述的含氧气化剂选自空气、氧气、空气或氧气与水蒸汽的混合物(其中水蒸汽的体积百分数不超过80％)中的一种。

所述的含碳固体颗粒的粒径在20mm以下；所述的含碳固体燃料是煤、煤焦、石油焦、生物质或其它废弃含碳固体燃料(包括生活垃圾和工业废弃物)等。

为能够更好的实现本发明的方法，本发明还提供了一种能够实现上述方法的射流预氧化热解流化床气化装置，该装置主要包括：流化床气化炉、流化床稀相区、燃料喷口、流化床密相床层、含氧气化剂第一送入系统、含氧气化剂第二送入系统、灰渣出口、返料器、回料管、旋风分离器和粗煤气或合成气出口；

所述的流化床气化炉的顶部开有出口，该出口通过管路与所述的旋风分离器的物料进口相连通，旋风分离器的物料出口与所述的回料管的进口相连通，回料管的出口与所述的返料器的进口相连通，返料器的出口通过管路与所述的流化床气化炉的下部炉壁上设置的进口相连通；所述的流化床气化炉的下部炉壁上设置的进口上部的流化床气化炉的内部区域为所述的流化床稀相区，下部的流化床气化炉的内部区域为所述的流化床密相床层；在流化床密相床层区域的流化床气化炉的炉壁上由上至下依次设置有喷入含氧气化剂的含氧气化剂第一送入系统和含氧气化剂第二送入系统；在所述的流化床气化炉的底部开有灰渣出口；所述的流化床稀相区与所述的流化床密相床层的区域的划分根据运行工况而改变。

在所述的稀相区的下部，且在所述的回料管出口上部的流化床气化炉的炉壁上设置有所述的燃料喷口，并且燃料喷口的轴线与流化床气化炉的炉体轴线垂直或呈一定角度，可以使含碳固体燃料在进入炉内发生强烈碰撞的同时快速脱除挥发分形成含碳固体燃料颗粒的半焦，然后由于重力作用落入上述流化床密相床层中进行燃烧气化。

所述的含氧气化剂第一送入系统和含氧气化剂第二送入系统可都是由含氧气化剂风室和布风装置组成；其中：

构成风室的一壁为流化床气化炉的炉壁，且在该炉壁上开有含氧气化剂进口，所述布风装置是安装在该炉壁的内壁含氧气化剂进口上的风帽，并且所述风帽的朝向与水平面的夹角为斜向上或斜向下0～80°(角度可由流化床气化炉的炉身决定)；或

构成风室的一壁为流化床气化炉的炉壁，在该炉壁的气化炉浇筑层中开设有与该炉壁上开有的含氧气化剂的进口相连通的布风通道；所述布风装置是在该炉壁的气化炉浇筑层中开设的布风通道；并且所述气化炉浇筑层中开设的布风通道与水平面的夹角为斜向上或斜向下0～80°(角度可由流化床气化炉的炉身决定)。

所述含碳固体燃料颗粒的半焦中的可燃组分(主要为碳)在密相床层中被含氧气化剂消耗后形成灰渣，经由灰渣出口排出。

所述的旋风分离器设置有粗煤气或合成气出口。

所述的流化床气化炉的截面可为圆形或正方形，流化床气化炉的炉体为等截面炉体或不等截面炉体，而顶部形状可以是半球形穹顶或平顶。

所述的燃料喷口的轴线与流化床气化炉的炉体轴线垂直，是当采用偶数燃料喷口时，两两燃料喷口在炉内的方向为正对，以对冲方式布置。

所述的燃料喷口的轴线与流化床气化炉的炉体轴线呈一定角度，是当采用偶数或奇数燃料喷口时，所有燃料喷口在炉内的方向为同时向上或同时向下，以斜对冲方式布置，优选燃料喷口在炉内的方向为以同一个角度同时向上或同时向下，以斜对冲方式布置；或当采用偶数或奇数燃料喷口时，所有燃料喷口在炉内的方向为以同一个角度向左或向右方向倾斜(可使喷出的气流形成圆环)，以切圆方式布置。

所述的燃料喷口优选为2个以上，更优选是2～6个，沿流化床气化炉周边采用对冲、斜对冲或切圆方式布置。

在本发明装置的流化床稀相区的流化床气化炉的炉壁上进一步设置有上部含氧气化剂喷口。

从上述流化床气化炉中产生的带有含碳固体燃料的细半焦颗粒和热细煤灰的粗煤气，或生成夹带有含碳固体燃料的细半焦颗粒和热灰的合成气从炉体顶部排出，进入上述旋风分离器中，大部分含碳固体燃料的细半焦颗粒和热灰从粗煤气或合成气中被分离出来，粗煤气或合成气从上述粗煤气或合成气出口排出，而分离下来的所述的细半焦颗粒和细灰则经过上述返料器和回料管返回上述流化床稀相区或密相床层中继续参与气化反应。

本发明所述的射流预氧化热解流化床气化装置可以用于含碳固体燃料的气化，所述含碳固体燃料包括煤、煤焦、石油焦、生物质或其它废弃含碳固体燃料(包括生活垃圾和工业废弃物)等。

本发明的方法与传统流化床供料方法相比，射流预氧热解能明显降低含碳固体燃料颗粒在下部密相流化床层的黏结结焦可能性，增强对黏结性含碳固体燃料颗粒的适应性，所以本发明提供的气化方法能够扩大适用煤种或含碳固体燃料颗粒的范围。

本发明提供的射流预氧化热解流化床气化装置与传统的流化床气化炉相比具有以下突出的优点：

与传统的流化床气化炉进料方式不同，本发明所述的流化床气化炉采用了喷射进料的方式，这种进料方式可以有效防止黏结性含碳固体燃料颗粒之间的抱团结焦。原因主要有以下几点：喷口的射流作用有助于气化炉内含碳固体燃料颗粒急速脱除挥发分后的分散；从多个喷口中喷射而出的含碳固体燃料颗粒在进入炉内后，在软化之前相互之间会进行强烈地碰撞，同样有利于含碳固体燃料颗粒的快速分散；含氧气化剂的氧会消耗掉含碳固体燃料的半焦颗粒表面的粘性层。因此，本发明所述的流化床气化炉对燃料的适应性很广。

通过合理布置燃料喷口的位置，可以在流化床气化炉中形成稳定、均匀的气固流场，从而使流化床气化炉内颗粒、温度和气体成分的分布均匀，而且通过组织各个燃料喷口的流动，还可以延长含碳固体燃料颗粒在流化床稀相区的停留时间，从而保证含碳固体燃料颗粒能够充分的脱除挥发分，并且使含碳固体燃料颗粒更充分的分散，防止软化的含碳固体燃料的半焦颗粒之间的抱团结焦。

附图说明

图1为本发明实施例1的设置两个对冲燃料喷口的射流预氧化热解流化床气化装置示意图。

图2为本发明实施例2的设置两个斜对冲燃料喷口的射流预氧化热解流化床气化装置示意图。

图3为本发明实施例3的设置三个以切圆方式布置的燃料喷口的射流预氧化热解流化床气化装置。

图4为本发明实施例4的设置四个以切圆方式布置的燃料喷口的射流预氧化热解流化床气化装置示意图。

图5为本发明实施例5的从含氧气化剂第二送入系统6的含氧气化剂喷口引入循环煤气或合成气的射流预氧化热解流化床气化装置示意图。

图6为本发明实施例6的在燃料喷口3之上设置了上部含氧气化剂喷口12的射流预氧化热解流化床气化装置示意图。

图7为本发明实施例7的在气化炉浇注层13中开设布风通道的射流预氧化热解流化床气化装置示意图。

附图标记

1.流化床气化炉              2.流化床稀相区

3.燃料喷口                  4.流化床密相床层

5.含氧气化剂第一送入系统    6.含氧气化剂第二送入系统

7.灰渣出口                  8.返料器

9.回料管                    10.旋风分离器

11.粗煤气或合成气出口       12.上部含氧气化剂喷口

13.气化炉浇筑层

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步的描述。

实施例1

本实施例的设置两个对冲燃料喷口的射流预氧化热解流化床气化装置如图1所示，其主要包括：流化床气化炉1、流化床稀相区2、燃料喷口3、流化床密相床层4、含氧气化剂第一送入系统5、含氧气化剂第二送入系统6、灰渣出口7、返料器8、回料管9、旋风分离器10和粗煤气或合成气出口11。

在流化床气化炉1的顶部开有出口，该出口通过管路与所述的旋风分离器10的物料进口相连通，旋风分离器10的物料出口与所述的回料管9的进口相连通，回料管9的出口与所述的返料器8的进口相连通，返料器8的出口通过管路与所述的流化床气化炉1的下部炉壁上设置的进口相连通；所述的流化床气化炉1的下部炉壁上设置的进口上部的流化床气化炉1的内部区域为所述的流化床稀相区2，下部的流化床气化炉1的内部区域为所述的流化床密相床层4；在所述的流化床气化炉1的底部开有灰渣出口7；在所述的流化床密相床层区域的流化床气化炉1下部的炉壁上，由上至下依次设置有喷入含氧气化剂的含氧气化剂第一送入系统5和含氧气化剂第二送入系统6。

所述的含氧气化剂第一送入系统5和含氧气化剂第二送入系统6都是由含氧气化剂风室和布风装置组成；其中：构成风室的一壁为流化床气化炉的炉壁，且在该炉壁上开有含氧气化剂进口，所述布风装置是安装在该炉壁的内壁含氧气化剂进口上的风帽，并且所述风帽的朝向与水平面的夹角为斜向上30°，风帽的数量则由含氧气化剂进口的数量而定。

在所述的稀相区2的下部，且在所述的回料管9出口上部的流化床气化炉1的炉壁上设置了两个燃料喷口方向为正对的对冲燃料喷口3。

所述的旋风分离器10设置有粗煤气或合成气出口11。

利用上述设置两个对冲燃料喷口的射流预氧化热解流化床气化装置进行射流预氧化热解流化床气化煤颗粒的方法：将携带粒径在3mm以下的煤颗粒的空气的气流(空气与煤颗粒的质量比值为1.2)，由流化床气化炉炉身处的两个燃料喷口方向为正对的对冲燃料喷口3，以速率为8～20m/s的高速水平方向对冲喷入温度为700～1100℃的流化床气化炉下部的密相床层之上的稀相区中，同时使流化床气化炉1内的气化压力为0.1MPa(常压)；这种方式使得两个喷口的射流动量相互抵消，不仅可以防止煤颗粒喷射到炉壁面而沾壁结焦，而且可以获得强烈的颗粒之间的碰撞，有利于煤颗粒在软化之前的分散，防止黏结性燃料的抱团结焦。高速射流中的煤颗粒在空气或氧气的作用下，使高速射流中的煤颗粒预氧化热解，同时高速射流分散煤颗粒，煤颗粒在稀相区中的温度为700～1100℃下强化热解并抑制煤颗粒黏结结焦，并迅速脱除挥发分形成煤颗粒的半焦，同时携带气中的氧气会消耗掉几乎全部挥发分中的可燃组分以及半焦颗粒表面的黏性层；煤颗粒的半焦在重力作用落入温度为800～1100℃的流化床气化炉下部的流化床密相床层中，煤颗粒的半焦在密相床层中被由流化床气化炉1下部的含氧气化剂第一送入系统5和含氧气化剂第二送入系统6喷入密相床层内的含氧气化剂(空气和水蒸汽的混合气体，其中水蒸汽的体积含量为50％)所流化(空气或氧气在流化床密相床层4内的气速为1m/s左右)，同时含氧气化剂(空气和水蒸汽的混合气体)与煤颗粒的半焦发生燃烧气化反应生成夹带有煤的细半焦颗粒和热灰的粗煤气，或生成夹带有煤的细半焦颗粒和热灰的合成气，气化完成后，灰渣由流化床气化炉底部灰渣出口7排出。

在流化床气化炉下部密相床层中生成的夹带有煤的细半焦颗粒和热灰的粗煤气，或生成夹带有煤的细半焦颗粒和热灰的合成气在上升进入流化床气化炉的稀相区中的过程中，不断与由对冲燃料喷口3进入流化床稀相区2中的未反应的及新进入的空气发生气化反应后经由流化床气化炉1的炉顶引出，经旋风分离器10后，得到的粗煤气或合成气由旋风分离器的上部的粗煤气或合成气出口11排出进入废热锅炉副产蒸汽，产生的蒸汽可进一步送入所述的流化床气化炉的密相床层4中与空气混合后可以作为含氧气化剂使用；经旋风分离器10分离下来并收集的含碳固体燃料的细半焦颗粒和灰通过与旋风分离器连接的返料器8和回料管9返回流化床气化炉1的下部，在流化床稀相区2下部或流化床密相床层4上部进一步参加气化反应，以形成物料循环，从而提高煤的碳转化率(90％以上)。

实施例2

本实施例所采用的射流预氧化热解流化床气化装置基本同实施例1，只是设置两个斜向上对冲燃料喷口，以及风帽斜向下布置，其结构如图2所示。两个斜向上对冲燃料喷口的斜向上的角度为5-70度(与水平面夹角)，而风帽的安装方向与水平面成斜向下30°

利用上述设置两个斜向上对冲燃料喷口的射流预氧化热解流化床气化装置进行射流预氧化热解流化床气化煤颗粒的方法大致与实施例1相同，只是从燃料喷口3中喷射而出的粒径在3mm以下的煤颗粒和含氧气化剂的混合物速度需在10～20m/s的范围之内，同时使流化床气化炉1内的气化压力为0.1MPa左右(常压)。

与实施例1相比，使燃料喷口斜向上可以延长煤颗粒落入流化床密相床层4的停留时间，保证半焦颗粒表面的黏性层被消耗，防止黏结性煤颗粒的相互包团结焦，同时，斜向上的喷口可以消耗煤颗粒的射流动量，防止煤颗粒喷射到炉壁面上而结焦。本实施例可以实现90％以上的碳转化率。

实施例3

本实施例所采用的射流预氧化热解流化床气化装置基本同实施例1，只是在上述流化床稀相区2的下部，沿上述气化炉截面均匀设置三个喷口在炉内的方向为以同一个角度偏转，以切圆方式布置的燃料喷口，其结构如图3所示。利用上述装置进行射流预氧化热解流化床气化石油焦颗粒的方法大致与实施例1相同。

与实施例1不同的是，在气化过程中，采用了石油焦颗粒作为气化原料，石油焦颗粒(粒径在6mm以下)和气化剂(氧气)的混合物分别从三个燃料喷口3中按照同样的偏转角度喷入到气化炉中，喷射速度为8～15m/s，同时使流化床气化炉1内的气化压力为0.2MPa左右(加压)，每个燃料喷口的中心线都与图中的假想圆相切(见图3中所示)，在炉内形成旋转气流，在旋转气流带动下，从每个喷口喷出的石油焦颗粒气流都受到上游邻角横扫过来的高温气流的冲击和加热，使之很快被加热热解，并以此再去冲击和加热下游邻角的新鲜的石油焦颗粒气流。这种形式的喷口设置可以使炉内形成稳定、均匀的气固流场，使得各个石油焦颗粒被均匀加热、热解以及氧化，同时，也能延长石油焦颗粒在炉内的停留时间。当然，在设计气化炉时，假想切圆的直径优选不能过大，即燃料喷口的偏转角度不能太大，否则石油焦颗粒气流会贴墙而引起结焦。本实施例可以实现90％以上的碳转化率。

实施例4

本实施例所采用的射流预氧化热解流化床气化装置基本同实施例3，只是在上述流化床稀相区2的下部，沿上述气化炉截面均匀设置四个喷口在炉内的方向为以同一个角度偏转，以切圆方式布置的燃料喷口，其结构如图4所示。利用上述装置进行射流预氧化热解流化床气化煤颗粒的方法大致与实施例3相同，只是采用了煤颗粒作为气化原料。这种布置形式与实施例3相比，能够形成更稳定、均匀的气固流场，更有利于煤颗粒的分散，有更好的破黏效果。利用上述设置四个燃料喷口的射流预氧化热解流化床气化装置进行射流预氧化热解流化床气化煤颗粒的方法及工艺参数也与实施例3相同。

实施例5

本实施例所采用的射流预氧化热解流化床气化装置基本同实施例1，只是从上述流化床密相床层4下部的炉壁上设置的含氧气化剂第二送入系统6中引入了循环合成气，如图5所示。利用上述装置进行射流预氧化热解流化床气化生物质颗粒的方法大致与实施例1相同，只是采用了生物质(稻壳)颗粒作为气化原料，在气化过程中，从燃料喷口3中喷射而出的粒径在6mm以下稻壳颗粒和含氧气化剂(空气)的混合物速度需在8～10m/s的范围之内，由流化床气化炉1下部的含氧气化剂第一送入系统5喷入密相床层4内的含氧气化剂(空气)和含氧气化剂第二送入系统6喷入密相床层4内的含氧气化剂(水蒸气)在流化床密相床层4内的气速都为1m/s左右，同时使流化床气化炉1内的气化压力为0.3MPa左右(加压)。上述流化床气化炉1产生的夹带有稻壳的细半焦颗粒和热灰的合成气由炉顶引出，经过一个旋风分离器10后，合成气由上部排出进入废热锅炉副产蒸汽，产生的蒸汽送入流化床密相床层4与空气混合后可以作为含氧气化剂使用；同时将10％左右的冷却后的合成气，作为循环气经由含氧气化剂第二送入系统6与含氧气化剂一同送入流化床密相床层4可以冷却燃烧气化产生的灰渣，从而提高碳转化率(90％以上)。

同时，产生的大部分的稻壳的细半焦颗粒和热灰会被旋风分离器13分离下来，通过返料器9和回料管9返回流化床稀相区2的下部或密相床层4，并再次流化、气化，形成物料的循环，降低飞灰中的含碳量，使碳转化率提高到90％以上，而气化反应生成的灰渣(固态)被从含氧气化剂第二送入系统6喷出的合成气和含氧气化剂冷却后，从底部的排渣口7排出。

实施例6

本实施例所采用的射流预氧化热解流化床气化装置基本同实施例1，只是在燃料喷口3之上的流化床气化炉的炉壁上设置了上部含氧气化剂喷口12，如图6所示。利用上述装置进行射流预氧化热解流化床气化含碳生活垃圾颗粒的方法大致与实施例1相同，只是采用了含碳生活垃圾颗粒作为气化原料，粒径在8mm以下的含碳生活垃圾颗粒和含氧气化剂(氧气)的混合物从燃料喷口3喷出的速度为8-20m/s；从上部含氧气化剂喷口12补充喷出的含氧气化剂(氧气)的速度为5-10m/s；由流化床气化炉1下部的含氧气化剂第一送入系统5喷入密相床层4内的含氧气化剂(氧气)和含氧气化剂第二送入系统6喷入密相床层4内的含氧气化剂(氧气和水蒸气的混合气体，其中水蒸汽的体积含量为60％)在流化床密相床层4内的气速都为1.2m/s左右；同时使流化床气化炉1内的气化压力为0.3MPa左右(加压)。从上部含氧气化剂喷口12喷入的部分含氧气化剂可以使得合成气中的含碳生活垃圾细半焦颗粒进一步转化，从而提高碳转化率(90％以上)。

实施例7

本实施例所采用的射流预氧化热解流化床气化装置基本同实施例1，只是布风装置是在与风室共用的流化床气化炉的炉壁中开设有与该炉壁上开有的含氧气化剂的进口相连通的布风通道，并且所述布风通道的设置方向与水平面的夹角为斜向上30°，布风通道的数量则由含氧气化剂进口的数量而定，如图7所示。这种结构可以使流化床气化炉设备更简单，减少制造费用。利用上述装置进行射流预氧化热解流化床气化含碳生活垃圾颗粒的方法大致与实施例1相同，只是采用了含碳生活垃圾颗粒作为气化原料，粒径在10mm以下的含碳生活垃圾颗粒和含氧气化剂(氧气)的混合物从燃料喷口3喷出的速度为8-20m/s；由流化床气化炉1下部的含氧气化剂第一送入系统5和含氧气化剂第二送入系统6喷入密相床层4内的含氧气化剂(氧气和水蒸气的混合气体，其中水蒸汽的体积含量为60％)在流化床密相床层4内的气速为1.5m/s左右；同时使流化床气化炉1内的气化压力为0.4MPa左右(加压)，提高碳转化率(90％以上)。

除了图1至7所示的几种射流预氧化热解流化床气化装置外，基于本发明射流预氧化热解流化床气化固体燃料方法的原理还可有许多其它形式的实施方案。只要是在流化床气化炉中，利用高速射流进料和预先氧化热解来抑制流化床气化炉内含碳固体燃料颗粒(包括煤、煤焦、石油焦、生物质、含碳生活垃圾或含碳工业废弃物)的黏结结焦，解耦控制热解和气化，再使半焦气化，并采用固体排渣的任何气化方法以及基于此方法的任何形式的气化装置都将在本发明的权利保护范围之内。

Claims (9)

1.一种射流预氧化热解流化床气化含碳固体燃料的方法，其特征是：将携带含碳固体燃料颗粒的含氧气化剂气体的气流，以高速射流的进料方式，由流化床气化炉炉身处的多个燃料喷口高速喷入温度为700～1100℃的流化床气化炉下部的密相床层之上的稀相区中；含碳固体燃料在含氧气化剂中的氧气的作用下预氧化热解，同时以高速射流的进料方式分散含碳固体燃料颗粒，含碳固体燃料颗粒在稀相区中强化热解并抑制含碳固体燃料颗粒黏结结焦，并迅速脱除挥发分形成含碳固体燃料颗粒的半焦；含碳固体燃料颗粒的半焦在重力作用落入温度为800～1100℃的流化床气化炉下部的流化床密相床层中，含碳固体燃料颗粒的半焦在密相床层中被由流化床气化炉下部的含氧气化剂喷口喷入密相床层内的含氧气化剂所流化，同时该含氧气化剂与含碳固体燃料颗粒的半焦发生燃烧气化反应生成夹带有含碳固体燃料的细半焦颗粒和热灰的粗煤气，或生成夹带有含碳固体燃料的细半焦颗粒和热灰的合成气，气化完成后，灰渣由流化床气化炉底部排出；

所述的在流化床气化炉下部密相床层中生成的夹带有含碳固体燃料的细半焦颗粒和热灰的粗煤气，或生成夹带有含碳固体燃料的细半焦颗粒和热灰的合成气在上升进入流化床气化炉的稀相区中的过程中，不断与由多个燃料喷口进入稀相区中的未反应的及新进入的含氧气化剂发生气化反应后经由流化床气化炉的炉顶引出，经旋风分离器后，得到所述的粗煤气或所述的合成气由旋风分离器的上部排出进入废热锅炉副产蒸汽，产生的蒸汽进一步送入所述的流化床气化炉的密相床层中作为含氧气化剂使用；经旋风分离器收集的含碳固体燃料的细半焦颗粒和煤灰通过与旋风分离器连接的回料管返回流化床气化炉的下部，再由流化床气化炉下部的含氧气化剂喷口进入密相床层内进一步参加气化反应，以形成物料循环。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述的流化床气化炉内的气化压力为0.02～3MPa。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述的高速射流的速率为8～20m/s。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述的含氧气化剂与含碳固体燃料颗粒的质量比值为0.8～1.4；所述的由流化床气化炉下部的含氧气化剂喷口喷入密相床层内的含氧气化剂在流化床密相床层内的气速为0.5～2m/s。

5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征是：所述的含氧气化剂选自空气、氧气、空气或氧气与水蒸汽的混合物中的一种；其中，混合物中的水蒸汽的体积百分数不超过80％；

所述的含碳固体颗粒的粒径在20mm以下；所述的含碳固体燃料是煤、煤焦、石油焦、生物质、含碳生活垃圾或含碳工业废弃物。

6.一种射流预氧化热解流化床气化装置，该装置包括：流化床气化炉、流化床稀相区、燃料喷口、流化床密相床层、含氧气化剂第一送入系统、含氧气化剂第二送入系统、灰渣出口、返料器、回料管、旋风分离器和粗煤气或合成气出口；其特征是：

所述的流化床气化炉的顶部开有出口，该出口通过管路与所述的旋风分离器的物料进口相连通，旋风分离器的物料出口与所述的回料管的进口相连通，回料管的出口与所述的返料器的进口相连通，返料器的出口通过管路与所述的流化床气化炉的下部炉壁上设置的进口相连通；所述的流化床气化炉的下部炉壁上设置的进口上部的流化床气化炉的内部区域为所述的流化床稀相区，下部的流化床气化炉的内部区域为所述的流化床密相床层；在流化床密相床层区域的流化床气化炉的炉壁上由上至下依次设置有喷入含氧气化剂的含氧气化剂第一送入系统和含氧气化剂第二送入系统；在所述的流化床气化炉的底部开有灰渣出口；

在所述的稀相区的下部，且在所述的回料管出口上部的流化床气化炉的炉壁上设置有所述的燃料喷口，并且燃料喷口的轴线与流化床气化炉的炉体轴线垂直或呈一定角度；

所述的旋风分离器设置有粗煤气或合成气出口。

7.根据权利要求6所述的射流预氧化热解流化床气化装置，其特征是：所述的燃料喷口的轴线与流化床气化炉的炉体轴线垂直，是当采用偶数燃料喷口时，两两燃料喷口在炉内的方向为正对，以对冲方式布置；

所述的燃料喷口的轴线与流化床气化炉的炉体轴线呈一定角度，是当采用偶数或奇数燃料喷口时，所有燃料喷口在炉内的方向为同时向上或同时向下，以斜对冲方式布置；或当采用偶数或奇数燃料喷口时，所有燃料喷口在炉内的方向为以同一个角度向左或向右方向倾斜，以切圆方式布置。

8.根据权利要求7所述的射流预氧化热解流化床气化装置，其特征是：所述的所有燃料喷口在炉内的方向为同时向上或同时向下，以斜对冲方式布置，是指燃料喷口在炉内的方向为以同一个角度同时向上或同时向下，以斜对冲方式布置。

9.根据权利要求6所述的射流预氧化热解流化床气化装置，其特征是：所述的含氧气化剂第一送入系统和含氧气化剂第二送入系统都是由含氧气化剂风室和布风装置组成；其中：

构成风室的一壁为流化床气化炉的炉壁，且在该炉壁上开有含氧气化剂进口，所述布风装置是安装在该炉壁的内壁含氧气化剂进口上的风帽，并且所述风帽的朝向与水平面的夹角为斜向上或斜向下0～80°；或

构成风室的一壁为流化床气化炉的炉壁，在该炉壁的气化炉浇筑层中开设有与该炉壁上开有的含氧气化剂的进口相连通的布风通道；所述布风装置是在该炉壁的气化炉浇筑层中开设的布风通道；并且所述气化炉浇筑层中开设的布风通道与水平面的夹角为斜向上或斜向下0～80°。

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