CN102517090A - 一种两步法粉煤流化床气化方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明是一种两步法粉煤流化床气化方法及装置。将流化床粉煤气化分为两个步骤完成，第一步：将气化炉产生的煤气通入干馏塔，煤气穿过干馏塔中的原料煤层，对原料煤进行加热、干燥和干馏，使原料煤温度升高、水分蒸发析出，分解出CH₄和H₂等高热值气体，煤气在通过原料煤层时煤气中夹带的含碳粉尘大部分被原料煤层吸附过滤，从而使煤气得到净化；第二步：原料煤经脱水、干燥、干馏形成炽热的半焦后再入气化炉气化，含碳粉尘随半焦入炉气化，提高了碳转化率。本发明无论对任何煤种都可以有效解决流化床气化过程中被煤气带出的含碳飞灰的过滤和循环入炉气化，大大提高碳转化率，提高煤气热值，提高煤气的显热利用，减少飞灰对环境的污染。

Description

一种两步法粉煤流化床气化方法及装置

 

技术领域

本发明涉及煤炭气化技术领域，具体是一种两步法粉煤流化床气化方法及装置。

背景技术

    流化床气化是介于固定床和气流床之间的一种比较先进的气化技术，其优点是可以用0—10mm的粉煤作气化原料，煤种适应性广，运行成本低，气化过程无焦油，气化强度较固定床高，投资较气流床低。缺点是流化床气化炉出口煤气温度很高，通常都在900——1050℃，不宜采用布袋除尘，煤气中夹带大量含碳粉尘，通常采用高温旋风分离器分离大颗粒粉尘循环回炉气化，大部分细微含碳粉尘随煤气进入洗涤塔脱除被损失掉，导致流化床碳转化率低，粉尘污染大。如单纯用空气作气化剂，煤气热值较低，通常只有900——1100千卡/Nm³。对于褐煤等年轻煤种水分含量很高，严重影响了气化效率，由于褐煤的热稳定性较差，受热易碎裂，褐煤的干燥一直是个难以解决的技术难题。如何降低入炉原料煤（特别是褐煤、长焰煤）的水分，减少流化床气化的飞灰含碳，提高煤气热值便成为了一个重要的技术课题。

发明内容

本发明的目的是提供一种两步法粉煤流化床气化方法及装置，将气化炉产生的900——1050℃煤气通入卧式干馏塔加热、干燥、干馏原料煤，同时用原料煤过滤煤气，用煤气加热煤气，用炽热的灰渣加热空气或氧气，用水封密封转动的高温部件，有效解决流化床气化过程中被煤气带出的含碳飞灰的过滤和循环入炉气化，大大提高碳转化率，减少飞灰对环境的污染，降低原料煤水分，提高原料煤入炉温度，提高气化效率，提高煤气热值，提高煤气的显热利用，保证气化系统的安全运行。

本发明的两步法粉煤流化床气化方法是将流化床煤气化分为两个步骤完成：

第一步：将气化炉产生的900——1050℃的煤气通入干馏塔对原料煤进行加热、干燥和干馏，煤气穿过原料煤层实现对原料煤的加热、干燥和干馏，使原料煤温度升高、水分蒸发析出，同时分解出CH₄（甲烷）和H₂（氢）等高热值气体，从而提高煤气的热值；煤气在通过原料煤层时煤气中夹带的含碳粉尘大部分被原料煤层吸附过滤，从而使煤气得到净化，含碳粉尘随半焦入炉气化，提高了碳转化率；第二步：原料煤经脱水、干燥、干馏形成炽热的半焦后再进入气化炉气化，提高了气化效率。

本发明的两步法粉煤流化床气化装置主要有以下部分构成：干馏塔、气化炉、煤气换热器、洗涤塔、间冷器A、电捕焦器、脱硫塔、间冷器B、风机或压缩机A等组成；干馏塔煤气入口连接气化炉煤气出口，干馏塔煤气出口连接煤气换热器，煤气换热器通过管道依次连接洗涤塔、间冷器A、电捕焦器、脱硫塔、间冷器B、风机或压缩机A、煤气换热器。 

卧式干馏塔为卧式长方体结构，卧式干馏塔内设水平上下交错排列的若干层链条炉排或链条网带，链条炉排或链条网带的主动轮连接传动轮、减速机，主动轮处设密封腔，密封腔被水封密封；卧式干馏塔上方设有料斗连接密封给料机A，卧式干馏塔内部下方设有内置料斗连接密封给料机B；卧式干馏塔内部四壁设有三角形导流边。

立式干馏塔为竖直圆柱体或竖直长方体结构，立式干馏塔煤气入口连接气化炉煤气出口，立式干馏塔煤气出口连接煤气换热器，煤气换热器通过管道依次连接洗涤塔、间冷器A、电捕焦器、脱硫塔、间冷器B、风机或压缩机A、煤气换热器；立式干馏塔内设搅动螺旋杆及螺旋杆支架，立式干馏塔上部连接立式干馏塔密封给料机和立式干馏塔料斗，下部连接立式干馏塔密封给料机，立式干馏塔密封给料机连接气化炉；立式干馏塔底部设有煤气支管，煤气支管连接立式干馏塔煤气入口，煤气支管下方有传动螺旋杆，传动螺旋杆下方有立式干馏塔水封，搅动螺旋杆连接传动螺旋杆，传动螺旋杆连接减速机，立式干馏塔底部被立式干馏塔水封密封。

气化炉下部设有布风板、密相段空气或氧气入口、布风板空气或氧气入口、灰渣仓，气化炉与灰渣仓由落渣管连接，灰渣仓设有螺旋除渣机，螺旋除渣机下面是筛板，灰渣仓最下面是灰锁斗，灰渣仓设有灰渣仓空气或氧气入口；密相段空气或氧气入口、布风板空气或氧气入口、灰渣仓空气或氧气入口连接风机或压缩机B。

经干馏塔过滤后的干馏煤气经净化、脱水处理后进入煤气换热器加热，因采用煤气与煤气换热，即使换热器内部漏气煤气中也不会混入空气，保证了煤气的防爆安全。煤气经加热后供给用户，可提高煤气的显热利用，特别适合各种工业燃料气用户。气化炉灰渣仓采用热备结构设计预热空气或氧气，充分利用余热，可提高气化效率。本发明特别适合于水分和挥发分较高的褐煤、烟煤等煤种的气化，对于水分和挥发分较低的无烟煤也可起到对原料煤预热，提高气化效率的作用。本发明无论对任何煤种都可以有效解决流化床气化过程中被煤气带出的含碳飞灰的过滤和循环入炉气化，大大提高碳转化率，减少飞灰对环境的污染。

附图说明

图1是本发明的粉煤流化床气化装置结构示意图。

图2是本发明的立式干馏塔的结构示意图。

图中：1－卧式干馏塔，2－料斗，3－密封给料机A，4－链条炉排或链条网带，5－内置料斗，6－密封给料机B，7－气化炉，8－煤气管道A，9－卧式干馏塔煤气入口，10－卧式干馏塔煤气出口，11－煤气换热器，12－洗涤塔，13－间冷器A，14－电捕焦器，15－脱硫塔，16－间冷器B，17－风机或压缩机A，18－煤气管道B，19－三角形导流边，20－减速机，21－传动轮，22－主动轮，23－密封腔，24－水封，25－落渣管，26－灰渣仓，27－风机或压缩机B，28－灰渣仓空气或氧气入口，29－布风板空气或氧气入口，30－密相段空气或氧气入口，31－筛板，32－布风板，33－螺旋除渣机，34－灰锁斗，35－立式干馏塔，36－立式干馏塔料斗，37－立式干馏塔密封给料机，38－立式干馏塔煤气入口，39－煤气支管，40－立式干馏塔煤气出口，41－立式干馏塔密封给料机，42－搅动螺旋杆，43－螺旋杆支架，44－立式干馏塔减速机，45－传动螺旋杆，46－立式干馏塔水封。

具体实施方式

两步法粉煤流化床气化装置是在气化炉前设置一个卧式干馏塔对原料煤做预处理，如图1所示，粉煤流化床气化装置主要由卧式长方体结构的卧式干馏塔1、在卧式干馏塔内的若干层链条炉排或链条网带4水平上下交错排列、气化炉7、煤气换热器11、洗涤塔12、间冷器A13、电捕焦器14、脱硫塔15、间冷器B16、风机或压缩机A17等组成；卧式干馏塔煤气入口9通过煤气管道A8连接气化炉上端的煤气出口，卧式干馏塔煤气出口10连接煤气换热器11，煤气换热器通过管道与洗涤塔洗涤塔12、间冷器A13、电捕焦器14、脱硫塔15、间冷器B16、风机或压缩机A17依次连接。

链条炉排或链条网带4的主动轮22通过链条连接传动轮21、减速机20；卧式干馏塔上方设有料斗2连接密封给料机A3，卧式干馏塔内部下方设有内置料斗5连接密封给料机B6，密封给料机B6连接气化炉7；卧式干馏塔内部边缘设一圈三角形导流边19，链条炉排或链条网带4连接主动轮22，主动轮连接传动轮21，传动轮连接减速机20，主动轮被密封腔23罩住，密封腔开口被水封24密封。气化炉7下部有密相段空气或氧气入口30和布风板空气或氧气入口29，气化炉7由落渣管5连接灰渣仓26；灰渣仓设有螺旋除渣机33，螺旋除渣机下面是筛板31，灰渣仓设有灰渣仓空气或氧气入口28；密相段空气或氧气入口30和布风板空气或氧气入口29、灰渣仓空气或氧气入口28连接风机或压缩机B27；灰渣仓26最下面是灰锁斗34。

卧式干馏塔内设若干层链条炉排或链条网带4水平上下交错排列，原料煤从料斗2经密封螺旋给料机A3从顶部进入卧式干馏塔1均匀撒落在链条炉排或链条网带4上面，上下层链条炉排或链条网带在主动轮22的驱动下向相反方向转动，将原料煤撒落在下一层链条炉排或链条网带上，原料煤在链条炉排或链条网带上运行、抖动、疏松、撒落的过程中与自下而上的煤气充分接触，煤气对原料煤进行加热、干燥和干馏，使原料煤外水蒸发、内水析出，同时分解出CH₄（甲烷）和H₂（氢）等高热值气体随煤气由卧式干馏塔煤气出口10进入煤气换热器11。

含有大量含碳粉尘的煤气在穿过原料煤层时粉尘受阻附着在原料煤上，经干燥、干馏的原料煤形成炽热的半焦从内置料斗5经密封螺旋给料机B6进入气化炉7进行气化。

各层链条炉排或链条网带与卧式干馏塔四壁有较大间隙，为避免煤气未穿过原料煤层过滤就直接从间隙进入卧式干馏塔煤气出口10，在每层链条炉排或链条网带下方四周设一圈三角形导流边19，将煤气引导到链条炉排或链条网带中央使其穿过原料煤层，上一层原料煤下落在三角形导流边19上沿斜坡滑落到下一层链条炉排或链条网带上。

链条炉排或链条网带的转动通过减速机20经链条带动传动轮21再带动主动轮22实现。主动轮轴进入卧式干馏塔内与卧式干馏塔侧壁间会有一定间隙，为防止空气进入卧式干馏塔或卧式干馏塔内煤气外泄，在主动轮22外面设一密封腔23，密封腔开口用水封24密封，将主动轮22密封在密封腔23内。

煤气加热最大的一个技术难题是由于换热器破损漏气导致空气混入煤气，一旦煤气中的含氧量超过0.05%就会引起爆炸，用煤气换热器加热煤气便可防止这种危险的发生。卧式干馏塔煤气出口10的温度为400—500℃，在煤气出口处设一个煤气换热器11，把经净化冷却后的煤气再返回煤气换热器11进行换热加温，可使煤气显热提高200℃以上，充分利用了余热。  

为充分利用余热，提高气化效率，气化炉的除渣系统设计为热备结构。灰渣从落渣管25落入灰渣仓26，风机或压缩机B27将空气或氧气经从空气或氧气入口28送入灰渣仓，空气或氧气经筛板31穿过炽热的灰渣层被预热后经落渣管25进入气化炉7，另外两路空气或氧气分别从布风板空气或氧气入口29、密相段空气或氧气入口30与蒸汽混合后进入布风板和气化炉的密相段反应；大颗粒灰渣经螺旋除渣机33排出灰渣仓，粉状灰渣经灰锁斗34排除灰渣仓。

对于煤处理量较小，煤的热稳定性较好，水分较低的也可通过立式干馏塔35实现，如图2所示：立式干馏塔由以下部分组成：立式干馏塔35为竖直圆柱体或竖直长方体结构，其内设搅动螺旋杆42及螺旋杆支架43，立式干馏塔上部连接立式干馏塔密封给料机37和立式干馏塔料斗36，立式干馏塔下部连接立式干馏塔密封给料机41，密封给料机41连接连接气化炉7，煤气支管39穿过立式干馏塔35的底部进入立式干馏塔35内，煤气支管39连接立式干馏塔煤气入口38，煤气支管39下方有传动螺旋杆45，搅动螺旋杆42连接传动螺旋杆45，传动螺旋杆45通过链条连接立式干馏塔减速机44。

原料煤从立式干馏塔料斗36经立式干馏塔密封螺旋给料机37进入立式干馏塔35，来自气化炉7的900—1050℃的煤气由立式干馏塔入口38通入立式干馏塔底部，经若干个煤气支管39通入立式干馏塔35内，煤气自下而上穿过原料煤，对原料煤进行加热、干燥和干馏，使原料煤外水蒸发、内水析出，同时分解出CH₄（甲烷）和H₂（氢）等高热值气体随煤气由立式干馏塔煤气出口40进入煤气换热器11。

由于立式干馏塔较高，塔内装满原料煤，塔内原料煤层很厚，原料煤受热碎裂粒度降低，细微粉末增多，水分析出使细微粉末受潮粘连，堵塞煤颗粒间的间隙，降低原料煤的通透性，使煤气不易穿过原料煤层，为此，在立式干馏塔内设计若干根竖直分布的搅动螺旋杆42，搅动螺旋杆42上下两端固定在螺旋杆支架43上，立式干馏塔减速机44通过链条带动传动螺旋杆45，传动螺旋杆45带动搅动螺旋杆42转动，对原料煤进行抖动、疏松，增加原料煤的通透性，使煤气顺畅穿过原料煤层，与原料煤充分接触。

搅动螺旋杆42从立式干馏塔底部进入立式干馏塔35内部与底部接触部分有一定间隙，为防止空气进入立式干馏塔或立式干馏塔内煤气外泄，在立式干馏塔35底部设计一个立式干馏塔水封46将立式干馏塔底部密封。

含有大量含碳粉尘的煤气在穿过原料煤层时粉尘受阻附着在原料煤上得以过滤，经干燥、干馏的原料煤形成炽热的半焦经立式干馏塔密封给料机41进入气化炉7进行气化。

Claims (5)

1.一种两步法粉煤流化床气化方法，其特征是将流化床粉煤气化分为两个步骤完成，第一步：将气化炉产生的煤气通入干馏塔，煤气穿过干馏塔中的原料煤层，对原料煤进行加热、干燥和干馏，使原料煤温度升高、水分蒸发析出，分解出CH₄和H₂等高热值气体，煤气在通过原料煤层时煤气中夹带的含碳粉尘大部分被原料煤层吸附过滤，从而使煤气得到净化；第二步：原料煤经脱水、干燥、干馏形成炽热的半焦后再入气化炉气化，含碳粉尘随半焦入炉气化，提高了碳转化率。

2.根据权利要求1所述两步法粉煤流化床气化方法，其特征是将空气或氧气通入灰渣仓穿过炽热的灰渣使空气或氧气加热后进入气化炉。

3.权利要求1所述两步法粉煤流化床气化装置，其特征在于主要由卧式干馏塔或立式干馏塔、气化炉、煤气换热器、洗涤塔、间冷器A、电捕焦器、脱硫塔、间冷器B、风机或压缩机A组成；卧式干馏塔或立式干馏塔煤气入口连接气化炉煤气出口，卧式干馏塔或立式干馏塔煤气出口连接煤气换热器，煤气换热器依次连接洗涤塔、间冷器A、电捕焦器、脱硫塔、间冷器B、风机或压缩机A。

4.根据权利要求3所述两步法粉煤流化床气化装置，其特征是卧式干馏塔为卧式长方体结构，卧式干馏塔内设若干层链条炉排或链条网带水平上下交错排列，每层链条炉排或链条网带下方四周设一圈三角形导流边，链条炉排或链条网带连接主动轮，主动轮连接传动轮，传动轮连接减速机，主动轮被密封腔罩住，密封腔开口被水封密封。

5.根据权利要求3所述两步法粉煤流化床气化装置，其特征是立式干馏塔为竖直圆柱体或竖直长方体结构，在立式干馏塔内设置搅动螺旋杆，搅动螺旋杆连接传动螺旋杆，传动螺旋杆连接立式干馏塔减速机，搅动螺旋杆与立式干馏塔底部间隙用立式干馏塔水封密封。

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