CN102199450A - 双流化床固体燃料气化燃烧耦合方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双流化床固体燃料气化燃烧耦合方法和系统，该方法过程为：（1）固体燃料与用于流化和反应的气化剂在鼓泡床气化反应器内发生热解气化反应，产生煤气和未完全发生热解气化反应的固体半焦；热解气化反应所需的热量主要由循环热载体供给；（2）固体半焦和循环热载体送入循环流化床锅炉内；固体半焦在循环流化床锅炉中燃烧将循环热载体加热，固体半焦燃烧生成高温的烟气；（3）烟气和被加热的循环热载体进入烟气分离装置，将循环热载体与烟气分离；（4）与烟气分离后的循环热载体进入鼓泡床气化反应器，为热解气化反应提供热量。本方法将传统水煤气（或半水煤气）间歇生产工艺进行结合，实现气化燃烧耦合过程的连续稳定运行。

Description

双流化床固体燃料气化燃烧耦合方法和系统
技术领域
本发明涉及一种固体燃料的气化燃烧耦合方法，尤其是一种双流化床固体燃料气化燃烧耦合方法和系统。
背景技术
煤既是能源，又是宝贵的碳、氢资源和多种高价值化学品的重要来源。我国是一个富煤、少气、贫油的国家，煤炭是我国经济发展的重要支柱，因此开发煤炭的清洁综合利用方法是我国能源结构和产业发展的必然要求。
生物质能源是可再生能源，生物质能的开发利用对于社会可持续发展具有重要的现实及长远意义。
我国以煤为原料制备工业煤气生产技术仍停留于上世纪50年代的水平，使用固定床气化反应器。由于固定床气化炉的单台容量非常有限，因此很多煤气站要求并列数十乃至上百台小型气化炉，占地面积大，配管复杂，操作控制困难，由此致使设备和运行成本高昂，系统效率低下。同时，固定床气化炉要求使用块煤，而且大多情形下使用无烟煤，进一步增加了固定床气化的成本。此外，所生产的工业煤气热值低也导致燃气体积较大，管道、设备以及整个系统规模庞大，致使固定成本增加。而且工业煤气热值低也局限了其应用，已成为困扰该行业的难题。以生产水煤气与半水煤气为目的的固定床气化技术还主要以间歇操作为主，尚未实现连续生产。对于生物质制备燃气的生产技术目前尚处于研究发展阶段。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种可实现水煤气（或半水煤气）的连续生产的双流化床固体燃料气化燃烧耦合方法。本发明还提供了一种双流化床固体燃料气化燃烧耦合系统。
为解决上述技术问题，本发明方法的工艺过程为：（1）固体燃料与用于流化和反应的气化剂在鼓泡床气化反应器内发生热解气化反应，产生煤气和未完全发生热解气化反应的固体半焦；热解气化反应所需的热量主要由循环热载体供给；
（2）固体半焦和循环热载体送入循环流化床锅炉内；固体半焦在循环流化床锅炉中燃烧将循环热载体加热，固体半焦燃烧生成高温的烟气；
（3）烟气和被加热的循环热载体进入烟气分离装置，将循环热载体与烟气分离；
（4）与烟气分离后的循环热载体进入鼓泡床气化反应器，为热解气化反应提供热量。
本发明方法所述的气化剂为高温水蒸汽；高温水蒸汽由所述步骤（3）中分离的烟气和所述步骤（1）中的煤气分别通过换热产生。
本发明方法所述的气化剂为高温水蒸汽与空气的混合物；高温水蒸汽由所述步骤（3）中与循环热载体分离的烟气通过换热产生；空气由所述步骤（1）中的煤气通过换热实现预热。
本发明方法所述的高温水蒸汽部分用于提供鼓泡床反应器热解气化所需的气化剂，剩余高温水蒸汽用于供热。
本发明方法所述步骤（1）产生的煤气通过煤气分离装置进行净化。
本发明方法所述的固体燃料在鼓泡床气化反应器中的反应温度为800-900℃，所述的固体半焦在循环流化床锅炉中的燃烧温度为950-1000℃。
本发明方法所述热解气化反应所需的热量还包括部分固体燃料与鼓泡床气化反应器内空气不完全燃烧产生的燃烧热。
本发明方法所述的固体燃料为粉状劣质褐煤与生物质。
本发明系统包括鼓泡床气化反应器和循环流化床锅炉；所述鼓泡床气化反应器的固体半焦出口通过第一固体返料装置连通循环流化床锅炉，鼓泡床气化反应器的煤气出口连通有煤气换热装置；所述循环流化床锅炉的烟气出口连通烟气分离装置；所述烟气分离装置的固体出口通过第二固体返料装置连通鼓泡床气化反应器的热载体进口，烟气分离装置的气体出口设有烟气换热装置；煤气换热装置和烟气换热装置连通鼓泡床气化反应器的气化剂进口。
本发明系统所述鼓泡床气化反应器的煤气出口和煤气换热装置之间连通有煤气分离装置。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：1、本发明通过鼓泡床气化反应器与循环流化床锅炉相结合，将传统水煤气（或半水煤气）间歇生产工艺的燃烧与气化过程分别在鼓泡床气化反应器与循环流化床锅炉两个反应器中进行，实现气化燃烧耦合过程的连续稳定运行，从而实现水煤气（或半水煤气）的连续生产；本发明方法和系统同样适用于其它固体燃料连续化的气化燃烧耦合。
2、尤其是本发明的双流化床固体燃料气化燃烧耦合过程的气化过程主要采用纯水蒸汽或水蒸汽和少量空气的混合物作为气化剂，减少了传统气化工艺由于空气中氮气的稀释而引起的燃气热值较低的问题，有利于制备中热值煤气；水蒸汽和空气通过换热产生或预热，可实现水煤气（或半水煤气）与蒸汽的多联产。
3、尤其是本发明方法采用状劣质褐煤与生物质作为固体燃料时，极大的降低了原料成本和生产成本。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明的流程结构示意图。
具体实施方式
图1所示，本双流化床固体燃料气化燃烧耦合系统包括鼓泡床气化反应器4和循环流化床锅炉1。固体燃料和气化剂在鼓泡床气化反应器4内完成固体燃料的热解气化反应，产生煤气和固体半焦。鼓泡床气化反应器4的燃气出口连通煤气分离装置5和煤气换热装置8，这样鼓泡床气化反应器4产生的煤气先经煤气分离装置5净化，然后经煤气换热装置8将空气预热；预热的空气作为鼓泡床气化反应器4内发生热解气化反应所需的气化剂的一部分；煤气换热装置8也可用于产生高温水蒸汽，用作气化剂。
图1所示，本双流化床固体燃料气化燃烧耦合系统中鼓泡床气化反应器4的固体半焦出口通过第一固体返料装置2连通循环流化床锅炉1，这样鼓泡床气化反应器4内的固体半焦和循环热载体即可通过第一固体返料装置2进入循环流化床锅炉1；固体半焦在循环流化床锅炉1中进行燃烧将循环热载体加热并产生高温的烟气。所述循环流化床锅炉1的烟气出口连通烟气分离装置6；循环热载体和烟气即可进入烟气分离装置6实现二者的分离。所述的烟气分离装置6的固体出口通过第二固体返料装置7连通鼓泡床气化反应器4的热载体进口，从而将分离的循环热载体送入鼓泡床气化反应器4内循环使用。烟气分离装置6的气体出口设有烟气换热装置3，烟气经烟气换热装置3换热后产生高温水蒸汽；高温水蒸汽一部分与煤气换热装置3预热的空气（或煤气换热装置3产生的高温水蒸汽）用作气化剂，剩余的高温水蒸汽可用于供热。
本双流化床固体燃料气化燃烧耦合系统中第一固体返料装置2和第二固体返料装置7均可选用固体回料装置，例如U阀，L阀，J型阀，V型阀等。
图1所示，本双流化床中固体燃料的气化燃烧耦合方法的具体过程为：
（1）固体燃料由螺旋进料器送入鼓泡床气化反应器4，同时与鼓泡床气化反应器4的布风板底部进入的气化剂（水蒸汽或水蒸汽/空气混合物）接触，期间完成固体燃料的热解气化反应，产生的煤气通过煤气分离装置5得以净化，从而得到工业或生活所需的煤气。固体燃料热解气化反应所需热量由循环热载体供给；部分固体燃料与鼓泡床气化反应器内空气不完全燃烧产生的燃烧热也用于供给热解气化反应所需热量。所述的固体燃料为褐煤和生物质；热解气化反应温度为800-900℃。
（2）未完全发生热解气化反应的固体半焦与热载体通过第一固体返料装置2进入至循环流化床锅炉1，固体半焦在循环流化床锅炉1中进行燃烧将循环热载体加热；燃烧的温度为950-1000℃。
（3）固体半焦燃烧产生的烟气和加热后的循环热载体通过烟气分离装置6分离；分离出的热烟气可用于联产水蒸汽用来供热和提供鼓泡床气化反应器所需高温蒸汽；分离出的循环热载体通过第二固体返料装置7返回至鼓泡床气化反应器4内，用于热解气化反应的热量供给。
（4）热解气化反应所需的气化剂为高温水蒸汽，或高温水蒸汽与空气的混合物。气化剂为高温水蒸汽时：高温水蒸汽包括烟气通过烟气换热装置3时换热产生的高温水蒸汽，和煤气通过煤气换热装置8时换热产生的高温水蒸汽。气化剂为高温水蒸汽与空气的混合物时：高温水蒸汽由烟气通过烟气换热装置3时换热产生，空气由煤气通过煤气换热装置8换热预热。烟气换热装置3（和煤气换热装置8）产生的高温水蒸汽部分用作气化剂，剩余部分用于供热。

Claims (10)

1.一种双流化床固体燃料气化燃烧耦合方法，其特征在于，该方法过程为：
（1）固体燃料与用于流化和反应的气化剂在鼓泡床气化反应器（4）内发生热解气化反应，产生煤气和未完全发生热解气化反应的固体半焦；热解气化反应所需的热量主要由循环热载体供给；
（2）固体半焦和循环热载体送入循环流化床锅炉（1）内；固体半焦在循环流化床锅炉（1）中燃烧将循环热载体加热，固体半焦燃烧生成高温的烟气；
（3）烟气和被加热的循环热载体进入烟气分离装置（6），将循环热载体与烟气分离；
（4）与烟气分离后的循环热载体进入鼓泡床气化反应器（4），为热解气化反应提供热量。
2.根据权利要求１所述的双流化床固体燃料气化燃烧耦合方法，其特征在于：所述的气化剂为高温水蒸汽；高温水蒸汽由所述步骤（3）中分离的烟气和所述步骤（1）中的煤气分别通过换热产生。
3.根据权利要求１所述的双流化床固体燃料气化燃烧耦合方法，其特征在于：所述的气化剂为高温水蒸汽与空气的混合物；高温水蒸汽由所述步骤（3）中与循环热载体分离的烟气通过换热产生；空气由所述步骤（1）中的煤气通过换热实现预热。
4.根据权利要求2或3所述的双流化床固体燃料气化燃烧耦合方法，其特征在于：所述的高温水蒸汽部分用于提供鼓泡床反应器热解气化所需的气化剂，剩余高温水蒸汽用于供热。
5.根据权利要求１－3所述的任意一种双流化床固体燃料气化燃烧耦合方法，其特征在于：所述步骤（1）产生的煤气通过煤气分离装置（5）进行净化。
6.根据权利要求１－3所述的任意一种双流化床固体燃料气化燃烧耦合方法，其特征在于：所述的固体燃料在鼓泡床气化反应器（4）中的反应温度为800-900℃，所述的固体半焦在循环流化床锅炉（1）中的燃烧温度为950-1000℃。
7.根据权利要求１－3所述的任意一种双流化床固体燃料气化燃烧耦合方法，其特征在于：所述热解气化反应所需的热量还包括部分固体燃料与鼓泡床气化反应器内空气不完全燃烧产生的燃烧热。
8.根据权利要求１－3所述的任意一种双流化床固体燃料气化燃烧耦合方法，其特征在于：所述的固体燃料为粉状劣质褐煤与生物质。
9.一种双流化床固体燃料气化燃烧耦合系统，其特征在于：该系统包括鼓泡床气化反应器（4）和循环流化床锅炉（1）；所述鼓泡床气化反应器（4）的固体半焦出口通过第一固体返料装置（2）连通循环流化床锅炉（1），鼓泡床气化反应器（4）的煤气出口连通有煤气换热装置（8）；所述循环流化床锅炉（1）的烟气出口连通烟气分离装置（6）；所述烟气分离装置（6）的固体出口通过第二固体返料装置（7）连通鼓泡床气化反应器（4）的热载体进口，烟气分离装置（6）的气体出口设有烟气换热装置（3）；煤气换热装置（8）和烟气换热装置（3）连通鼓泡床气化反应器（4）的气化剂进口。
10.根据权利要求9所述的双流化床固体燃料气化燃烧耦合系统，其特征在于：所述鼓泡床气化反应器（4）的煤气出口和煤气换热装置（8）之间连通有煤气分离装置（5）。
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