CN102559268A - 一种固定床间歇式高温熔渣煤气化的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一种固定床间歇式高温熔渣煤气化的方法，包括吹风和制气两个阶段：在吹风阶段，除向炉箅区域固态熔渣层鼓风燃烧煤炭生成高温熔渣外，也向水夹套水冷壁相应区域固态熔渣层鼓风燃烧煤炭生成高温熔渣。随着炉箅外延的扩大，水夹套冷壁效应的消失，气化能力成倍递增，制气效率得到了提高，残炭降低，与环境友好。

Description

一种固定床间歇式高温熔渣煤气化的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种煤气化的装置和方法，特别是一种固定床间歇式高温熔渣煤气化的装置和方法。
背景技术  
按照燃料在气化炉内的运动状况来分类是比较通行的方法，一般分为移动床(又叫固定床)、沸腾床(又叫流化床)、气流床和熔融床等。固定床气化：在气化过程中，块煤或碎煤由气化炉顶部加入，气化剂由底部通人，煤料与气化剂逆流接触，相对于气体的上升速度而言，原料下降速度很慢，甚至可视为固定不动，因此称之为固定床气化;而实际上，煤料在气化过程中是以很慢的速度向下移动的，比较准确的称其为移动床气化。从常压固定床间歇式无烟煤(或焦炭)气化技术、常压固定床无烟煤(或焦炭)富氧连续气化技术、鲁奇固定床煤加压气化技术，到目前世界上较为先进的英国BGL高温熔渣煤气化技术，固定床煤气化工艺经历了一系列的发展，总的发展趋势是由煤种的单一性向多样性发展，气化压力由常压向高压发展，气化温度由低温向高温发展，固态排渣向液态排渣发展，工业规模由小型化向大型化多联产发展。
目前公知的用于生产甲醇、合成氨的水煤气、半水煤气固定床间歇式煤气发生炉，其制气效率不很高，主要表现在:水夹套的水冷壁效应导致炉渣残炭高、气化强度低;水夹套的目的：一是降低炉壁处煤渣层的温度，防止高温结渣挂炉，二是保护炉下设备不受高温损坏，三是回收热量副产蒸汽。水夹套的操作压力在0. 1~0. 2MPa，饱和蒸汽温度120~130℃。固定床煤气发生炉的原料一般采用无烟块煤或无烟煤制成的型煤。根据对无烟煤的燃烧速度测定得知，无烟煤在550~600℃才能开始缓慢着火，但是燃烧速度很慢，随着温度的上升燃烧速度加快。所以，目前常用的固定床间歇式煤气发生炉靠近水夹套地方有部分的煤渣层远远低于着火温度，经实际测试由于水夹套冷却效应导致水夹套内壁周围80mm环区内的原料煤层温度低，不能很好的燃烧储热及气化，这项原因直接导致了返焦的产生，造成目前煤气发生炉所下炉渣残炭量在10—20%甚至更高，造成了资源的严重浪费。另外，在吹风时空气中的氧气在此环区中不能和煤完全燃烧，导致吹风气中氧含量较高，进而影响到水煤气或半水煤气中的氧含量较高，使变换反应蒸汽消耗增加。针对水夹套的水冷壁效应，有的研究单位采用提高夹套内的蒸汽压力来提高夹套内壁的温度，但由于蒸汽压力不可能提得很高，克服水冷壁效应的作用很不明显。有的研究单位采用夹套内用导热油来控制提温，由于导热油的使用温度一般不能超过350℃，所以克服夹套水冷壁效应的作用也不明显，并且长期运行控制不好导热油容易结焦，甚至出现安全事故。为了克服现有固定床煤气发生炉夹套水冷壁效应的不足，中国发明专利200810006652.0“固定床造气炉生产合成气节能减排的装置及方法”和中国实用新型专利200720017162.1“热壁夹套高效分离煤气发生炉”，都提出了在炉膛内采用热壁来降低水冷壁效应提高气化层周围壁面温度的办法，操作中考虑到高温结渣挂炉的原因，炉温都控制在原料煤灰熔点T2以下，这种非高温气化方法不能从根本上消除炉渣高残炭的现象。
据中国发明专利200910175332. 2“一种碎煤熔渣气化生产煤制天然气的工艺”资料介绍，渣熔气化炉上部沿袭鲁奇气化炉从顶部加入的煤与产品气逆流接触的气化流程，而下部则更近似熔融床的熔渣气化。燃烧区局部温度高达2000℃，气化温度1300~1600℃，气化率较鲁奇气化炉大幅提高，气化强度成倍提高。与其他气化技术相比，熔渣气化技术的冷煤气效率最高(>89%),碳转化率最高(>99.5%)，其中90%以上的能量被转化成可利用的燃料，而壳牌煤气化为83%，德士古水煤浆为76~79%。所以熔渣气化实质是将高温熔渣气化技术与碎煤加压气化技术结合在一起，兼备了双方的优势，克服了各自的某些缺点。
能否将高温熔渣气化技术与常压固定床间歇式无烟煤(或焦炭)气化技术结合在一起，也兼备双方的优势，克服各自的某些缺点，还没有先例。
目测固定床间歇式煤气发生炉炉渣，大部分是多孔状固态熔渣，说明在炉内出现过液态熔渣流动过程，如果在氧化、还原性气氛中没有发生熔渣现象，就一定发生在弱还原性气氛中，因为弱还原性气氛灰熔点T2一般要比氧化、还原性气氛灰熔点T2低150—300℃，实测大多数无烟煤弱还原性气氛灰熔点T2已超过1520℃（普通灰熔点测定仪测温上限设定为1520℃），如果无烟煤氧化、还原性气氛灰熔点T2按1520℃加300℃计算，就是1820℃，熔渣的存在，说明炉温上限已超过弱还原性气氛灰熔点T2；从炉膛结构和气化工艺分析，渣层集中覆盖在炉篦上表面区域，液态熔渣在重力作用下沿炉篦渣层表面向下流动，高温熔渣在流动过程中能快速熔解和气化所夹带的煤炭，炽热煤炭在高温熔渣表面析出挥发分后与气化剂发生气化反应，这种“渣包碳反应模型”就是高温熔渣煤气化技术，与熔融床气化技术的区别是过程没有连续进行，这种间歇式高温熔渣煤气化技术导致了“渣包碳”高残炭的发生。
流动的高温熔渣在遇到水夹套水冷壁释放热、降温、固化前，还存在继续添加冷炭（被水冷壁冷却）的过程，此时进入液态熔渣的冷炭温度低，留给高温煤气化、烧尽的时间又非常有限，虽说水夹套底部碎渣炉条有布风功能，吹风阶段能为残炭燃烧提供部分氧气支持，因“炭多氧少”不可避免会产生一定量的残炭；现在使用的锥形水夹套，因炭层与水夹套之间的空隙增大，气体上、下行较为通畅，灰渣中可见到的返焦大为减少，但熔渣中的残炭量还是很可观；如何延长固定床间歇式高温熔渣煤气化、烧尽的时间，降低固态熔渣残炭，提高气化效率，是一个急需解决的问题。
发明内容  
本发明所要解决的技术问题是提供一种固定床间歇式高温熔渣煤气化的装置和方法，降低固态熔渣残炭。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种用于固定床间歇式高温熔渣煤气化的装置，包括水夹套、炉篦、耐高温保护层和配风管，其中耐高温保护层安装于水夹套的内壁，其特征在于：所述耐高温保护层带有凹凸开口槽，所述耐高温保护层中下部的圆周上设置有通孔，所述水夹套中下部的对应部位有内部圆周凹槽、中间水平管道和外部圆环形弯管，上述三者构成配风管，为炭层圆周外围的煤炭燃烧配风。
 
其中，所述耐高温保护层为圆弧形耐高温保护板。所述耐高温保护层的材质可为铸铁或铸钢。所述凹凸开口槽可与炉篦等高或者所述圆弧形耐高温保护层可与水夹套等高
本发明还提供了一种利用上述装置进行煤气化的方法，所述方法包括吹风和制气两个阶段，其特征在于，在吹风阶段，除向炉篦区域固态熔渣层鼓风燃烧煤炭生成高温熔渣外，也向水夹套水冷壁相应区域固态熔渣层鼓风燃烧煤炭生成高温熔渣，形成的高温熔渣蓄热池阻隔了高温熔渣与水夹套水冷壁接触的通道。
其中，在吹风阶段，炉篦中心配风量按先大后小递减方式进行，水夹套圆周配风量按先小后大递增方式进行。
有益效果：
1、吹风阶段，向水夹套、炉篦固态熔渣区域同时鼓风，夹在固态熔渣区域的煤炭燃烧生成1200—1800℃高温吹风气，当燃烧的炽热炭层属于弱还原性气氛时，就会有液态高温熔渣生成，沿水夹套、炉篦固态熔渣壁向下流动，形成的高温熔渣蓄热池阻隔了高温熔渣与水夹套水冷壁接触的通道，沿水夹套壁生成的固态高温熔渣高度越高，进入液态熔渣的冷炭气化、烧尽的时间越长久，返焦消失，残炭降低。
2、从水夹套水冷壁相应区域固态熔渣层鼓风燃烧煤炭生成高温熔渣，就是扩大炉篦的表面积，使炉篦的外延扩大到了水夹套区域，随着水夹套冷壁效应的消失，气化能力成倍提高，制气效率得到了提高，残炭降低，与环境友好。
 
附图说明
下面结合附图详细说明本发明的实施例。
图1为本发明的固定床间歇式高温熔渣煤气化的装置的示意图。
图2为图1中装置的沿A-A的剖视图。
其中：1—造气炉；2—炭层；3—水夹套；4—保护板；5—通孔；6—熔渣；7—配风管；8—炉篦。
 
具体实施方式
如图1和图2所示，用于固定床间歇式高温熔渣煤气化的Φ3300造气炉1包括水夹套3、保护板4、配风管7和炉篦8等，保护板4安装在水夹套3内壁上，保护板4是带凸凹开口槽的圆弧形耐高温保护板，凸凹开口槽与炉篦8等高，圆弧形耐高温保护板4与水夹套3等高，圆弧形耐高温保护板4中、下部圆周有通孔（沟槽）5，水夹套3中、下部对应部位有内部圆周凹槽、中间水平管道和外部圆环形弯管，三者组成配风管7，为炭层圆周外围的煤炭2燃烧配风。
在吹风阶段，除向炉篦8区域固态熔渣层6鼓风燃烧煤炭生成高温熔渣外，也向水夹套3水冷壁相应区域固态熔渣层6鼓风燃烧煤炭生成高温熔渣，形成的高温熔渣蓄热池阻隔了高温熔渣6与水夹套3水冷壁接触的通道。其中，在吹风阶段，炉篦中心配风量按先大后小递减方式进行，水夹套圆周配风量按先小后大递增方式进行；制气阶段，炽热炭层2在高温熔渣6内部迅速反应。
实测熔渣残炭在5%以内。

Claims (6)

1.一种用于固定床间歇式高温熔渣煤气化的装置，包括水夹套、炉篦、耐高温保护层和配风管，其中耐高温保护层安装于水夹套的内壁，其特征在于：所述耐高温保护层带有凹凸开口槽，所述耐高温保护层中下部的圆周上设置有通孔，所述水夹套中下部的对应部位有内部圆周凹槽、中间水平管道和外部圆环形弯管，上述三者构成配风管，为炭层圆周外围的煤炭燃烧配风。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述耐高温保护层为圆弧形耐高温保护板。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述耐高温保护层的材质可为铸铁或铸钢。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述凹凸开口槽可与炉篦等高或者所述圆弧形耐高温保护层可与水夹套等高。
5.一种利用权利要求1-4中任一权利要求所述的装置的煤气化方法，包括吹风和制气两个阶段，其特征在于，在吹风阶段，除向炉篦区域固态熔渣层鼓风燃烧煤炭生成高温熔渣外，也向水夹套水冷壁相应区域固态熔渣层鼓风燃烧煤炭生成高温熔渣，形成的高温熔渣蓄热池阻隔了高温熔渣与水夹套水冷壁接触的通道。
6.根据权利要求5的煤气化方法，其特征在于，在吹风阶段，炉篦中心配风量按先大后小递减方式进行，水夹套圆周配风量按先小后大递增方式进行。
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