CN102585907B

CN102585907B - 分级供氧干排渣加压气化试验系统

Info

Publication number: CN102585907B
Application number: CN2012100528761A
Authority: CN
Inventors: 张忠孝; 樊俊杰; 张健; 胡世磊
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2012-03-02
Filing date: 2012-03-02
Publication date: 2013-11-27
Anticipated expiration: 2032-03-02
Also published as: CN102585907A

Abstract

一种分级供氧干排渣加压气化试验系统，包括气化实验炉、水煤浆进料模块、分级供氧模块、激冷水输送模块、高温水蒸气输送模块、粗合成气处理模块和黑水处理模块；其中，水煤浆进料模块制备高浓度水煤浆，其输出端与气化实验炉相连并输出水煤浆，气化实验炉与分级供氧模块相连以接收助燃气体，气化实验炉与高温水蒸气输送模块相连以接收水蒸气调节炉内气体温度，气化实验炉与粗合成气处理模块相连以输出燃烧废气。本发明采用分级供氧和水蒸气控温相结合的技术，能够测试在不同的分级供氧比例、水蒸气比例的条件下，合成气的气体组分与灰渣的状态，从而获得高灰、高灰熔点煤种在加压气流床气化炉中气化的干排渣工艺的最优运行参数，为“双高”煤种实现大规模气化工业应用提供试验支撑。

Description

分级供氧干排渣加压气化试验系统

技术领域

本发明涉及一种加压气化试验装置，具体涉及采用分级供氧与水蒸气控温等技术以实现高灰、高熔点煤种干排渣气化的水煤浆加压气流床气化试验系统，属于煤气煤炭技术领域。

背景技术

大规模加压气流床煤气化技术是未来洁净煤技术的核心，代表了当今煤气化技术的发展方向。目前Texaco、E-gas、Shell、Prenflo和GSP等大型加压气流床煤气化工艺已实现了2000t/d规模的工业示范，并达到商业化水平。现有的加压气流床气化技术均采用液态排渣方式，对入炉煤的灰熔融温度有严格的要求，一般要求煤灰熔融温度FT低于1400℃以下，否则必须添加助熔剂或提高气化温度来满足液态排渣工艺的需要，而采用上述两种措施则相应增加了排渣量、排渣热损失、氧耗量，同时降低了气化炉的使用寿命。而我国动力用煤具有高灰(平均灰含量达25～27％)、高灰熔点(FT＞1400℃)的“双高”特点，FT＞1400℃的高灰熔点煤占我国煤炭产量和保有储量的55％和57％左右，大量“双高”煤种无法满足现有的液态排渣型加压气流床气化技术的排渣工艺要求。因此，开发适用我国“双高”煤种的分级供氧干排渣加压气化技术就成为我国煤气化技术领域的重大课题。

为了摸索出能够适用“双高”煤种、实现干排渣的加压气流床煤气化工艺方法，设计制造出能够实现该气化方法的工艺装备，就要进行大量的工艺实验，目前现有的加压气化试验装置都无法满足这类工艺实验的需要，因而开发采用分级供氧与水蒸气控温技术的干排渣水煤浆加压气流床气化试验系统成为本技术领域中一项重要任务。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种分级供氧干排渣加压气化试验系统，其采用分级供氧和水蒸气控温相结合的技术，能够测试在不同的分级供氧比例、水蒸气比例的条件下，合成气的气体组分与灰渣的状态，得到可控火焰干排渣气化工艺的最优运行参数，为我国高灰、高灰熔点煤种实现在加压气流床气化炉上的大规模气化工业应用提供试验装备支撑。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种分级供氧干排渣加压气化试验系统，其包括：气化实验炉、水煤浆进料模块、分级供氧模块、激冷水输送模块、高温水蒸气输送模块、粗合成气处理模块和黑水处理模块，其中，水煤浆进料模块与气化实验炉相连接，分级供氧模块与气化实验炉相连接，激冷水输送模块分别与高温水蒸气输送模块和气化实验炉相连接，高温水蒸气输送模块分别与激冷水输送模块、粗合成气处理模块和气化实验炉相连接，粗合成气处理模块分别与高温水蒸气输送模块、黑水处理模块和气化实验炉相连接，黑水处理模块分别与粗合成气处理模块和气化实验炉相连接。

所述的气化实验炉包括有气化室、激冷室、一主燃料喷嘴、两水蒸气喷嘴、两二段氧气喷嘴和排渣孔，其中，主燃料喷嘴设置于气化实验炉的炉顶中心，两水蒸气喷嘴对称设置于气化实验炉顶部的炉拱上，两二段氧气喷嘴水平对冲地设置于该炉拱的下方，排渣孔设置于气化实验炉的底部，气化室内设置有热电偶与压力表，激冷室内设置有热电偶；气化实验炉内的工作压力为3.0MPA，工作温度为1300～1400℃。

所述的水煤浆进料模块包括有水煤浆搅拌槽、高压煤浆泵、回流罐和电子地磅，其中，高压煤浆泵一端连接水煤浆搅拌槽，另一端连接气化实验炉的主燃料喷嘴，回流罐置放于电子地磅上，且一端连接气化实验炉，另一端连接水煤浆搅拌槽。

所述的分级供氧模块包括有氧气源，该氧气源分别连接气化实验炉的主燃料喷嘴和二段氧气喷嘴。

所述的粗合成气处理模块包括有储气罐、气相色谱仪、CO₂捕捉装置、燃烧炉、引风机和烟囱，其中，储气罐一端连接气化实验炉，另一端依次连接燃烧炉、引风机和烟囱，该储气罐与燃烧炉连接的管线上依次设置气相色谱仪和CO₂捕捉装置。

所述的高温水蒸气输送模块包括有水箱、过滤阀、高压计量泵、余热换热器和辅助电加热装置，其中，高压计量泵和过滤阀分别连接水箱，余热换热器设置于粗合成气处理模块的燃烧炉中且连接高压计量泵，辅助电加热装置一端连接余热换热器，另一端连接气化实验炉的主燃料喷嘴和水蒸气喷嘴。

所述的激冷水输送模块包括有高压激冷水泵，该高压激冷水泵一端连接高温水蒸气输送模块的过滤阀，另一端连接气化实验炉的激冷室。

所述的黑水处理模块包括有锁渣罐和沉降池，其中，锁渣罐一端连接气化实验炉的排渣孔，另一端连接沉降池。

与现有技术相比，本发明所述分级供氧干排渣加压气化试验系统取得了下述有益效果：

1、本发明通过气化实验炉、分级供氧模块和高温水蒸气输送模块实现了分级供氧和水蒸气控温相结合的技术，能够测试在不同的分级供氧比例、水蒸气比例的条件下，合成气的气体组分与灰渣的状态，从而获得高灰、高灰熔点煤种在加压气流床气化炉中气化的干排渣工艺的最优运行参数，为我国“双高”煤种实现大规模气化工业应用提供试验支撑，为改变煤气化技术长期“吃细粮”的状态创造条件。

2、本发明在水煤浆进料模块中设置了电子地磅来代替电磁流量计，通过电子地磅间接计算进入气化炉的水煤浆流量，从而解决了计量水煤浆的电磁流量计易于磨损的问题。

3、本发明在粗合成气处理模块中设置了储气罐来代替旋风除尘器，通过在储气罐中的重力沉降作用去除合成气中的灰尘，同时储气罐解决了气化实验炉的产气量与后续设备处理量的不匹配问题。

4、所述试验系统采用自动控制与数据自动采集系统，可保证试验系统中各相关设备协调地工作，在可靠、安全和稳定的基础上达到设定工况快速调节，实验测试数据准确、完整的记录，方便和减少试验人员的操作。

本发明所述试验系统属于多功能试验台，除分级供氧干排渣加压气化试验外，还能够进行气化炉喷嘴测试、高浓度水煤浆研制实验、合成气的CO₂捕捉实验等。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图中，

1主燃料喷嘴，2水蒸气喷嘴，3二段氧气喷嘴，4气化室，5激冷室，6水煤浆搅拌槽，7高压煤浆泵，8回流罐，9电子地磅，10氧气源，11水箱，12过滤阀，13高压计量泵，14余热换热器，15辅助电加热装置，16高压激冷水泵，17储气罐，18气相色谱仪，19CO₂捕捉装置，20燃烧炉，21引风机，22烟囱，23锁渣罐，24沉降池。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提下给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不仅限于下述的实施例。

本发明所述试验系统以实现可控火焰干排渣工艺为目的，为我国高灰、高熔点煤种在加压气流床上的大规模应用提供实验支撑。

如图1所示，，本发明所述的分级供氧干排渣加压气化试验系统包括：气化实验炉、水煤浆进料模块、分级供氧模块、激冷水输送模块、高温水蒸气输送模块、粗合成气处理模块和黑水处理模块。

所述的气化实验炉是一承压钢制容器，炉内铺设耐火浇注层与保温层，炉内的工作压力为3.0MPA，正常工作温度为1300～1400℃。该气化实验炉包括有气化室4、激冷室5、一多通道的主燃料喷嘴1、两水蒸气喷嘴2、两二段氧气喷嘴3和排渣孔。其中，主燃料喷嘴1设置于气化实验炉的炉顶中心，两水蒸气喷嘴2对称设置于气化实验炉顶部的炉拱上，两二段氧气喷嘴3水平对冲地设置于该炉拱的下方，排渣孔设置于气化实验炉的底部；气化室4内沿气化实验炉长度方向设置有六个热电偶与一个压力表，以有效监测气化反应特性；激冷室5内激冷水夹套上布置有两个用以监测水温的热电偶，以便有效地控制出口合成气的温度。

所述的水煤浆进料模块用以制备高浓度水煤浆，其与气化实验炉相连接并向气化实验炉输出水煤浆。该水煤浆进料模块包括有水煤浆搅拌槽6、高压煤浆泵7、回流罐8、电子地磅9以及相应的控制阀门等。其中，高压煤浆泵7一端连接水煤浆搅拌槽6，另一端连接气化实验炉的主燃料喷嘴1；回流罐8置放于电子地磅9上，并且一端连接气化实验炉，另一端连接水煤浆搅拌槽6；电子地磅9用以代替电磁流量计，通过电子地磅9间接计算进入气化实验炉的水煤浆流量，以解决电磁流量计易磨损的问题。水煤浆进料模块的工作方式如下：水煤浆搅拌槽6制备并存储水煤浆，水煤浆经高压煤浆泵7加压后一部分进入气化实验炉，煤浆流量由回流罐8前的阀门控制，其余水煤浆进入回流罐8。

所述的分级供氧模块与气化实验炉相连接，并且用以向气化实验炉提供助燃气体。该分级供氧模块包括有氧气源10、氧气管路总阀、压力表、质量流量计以及各个支路的调节阀、质量流量计、止回阀等，其中，氧气源10分别连接气化实验炉的主燃料喷嘴1和二段氧气喷嘴3。分级供氧模块的工作方式如下：氧气在额定压力下依次经过氧气管路总阀、压力表、质量流量计后分级供氧，约80％的氧气经主燃料喷嘴1进入气化实验炉，约20％的氧气经炉拱下方的水平的二段氧气喷嘴3进入气化实验炉，各支路的氧气比例通过支路上的调节阀来控制。

所述的粗合成气处理模块用以输出燃烧废气，其分别与高温水蒸气输送模块、黑水处理模块和气化实验炉相连接。粗合成气处理模块包括有储气罐17、气相色谱仪18、CO₂捕捉装置19、燃烧炉20、引风机21、烟囱22以及压力表、热电偶、减压阀等。其中，储气罐17一端连接气化实验炉，另一端依次连接燃烧炉20、引风机20和烟囱22，该储气罐17与燃烧炉20连接的管线上依次设置气相色谱仪18和CO₂捕捉装置19。粗合成气处理模块的工作方式如下：从气化实验炉里出来的粗合成气经过气化室4内的压力表和热电偶检测后进入储气罐17，储气罐17出口管线上的气相色谱仪18测量合成气的气体组分，之后合成气经过CO₂捕捉装置19并在其中完成CO₂捕捉实验，再进入燃烧炉20中燃烧并与水完成热交换，最后经引风机21从烟囱22中排出。

所述的高温水蒸气输送模块用以向气化实验炉内提供水蒸气来调节炉内气体温度，其分别与激冷水输送模块、粗合成气处理模块和气化实验炉相连接。高温水蒸气输送模块包括有水箱11、过滤阀12、高压计量泵13、余热换热器14、辅助电加热装置15、以及总管路和各支路上的压力表、调节阀、流量计、热电偶等。其中，高压计量泵13和过滤阀12分别连接水箱11，余热换热器14设置于粗合成气处理模块的燃烧炉20中且连接高压计量泵13，辅助电加热装置15一端连接余热换热器14，另一端连接气化实验炉的主燃料喷嘴1和水蒸气喷嘴2。高温水蒸气输送模块的工作方式如下：水箱11中的水经高压计量泵13加压后进入设置在燃烧炉20中的余热换热器14，并且与合成气燃烧的废气进行热交换，升温后的水蒸气经过辅助电加热装置15加热达到额定的温度后分级供给，约20％的水蒸气经主燃料喷嘴1进入气化实验炉，约80％的水蒸气经水蒸气喷嘴2进入气化实验炉，各支路的水蒸气比例通过支路上的调节阀来控制。

所述的激冷水输送模块分别与高温水蒸气输送模块和气化实验炉相连接，其包括有高压激冷水泵16、压力表、流量计以及管路上的阀门等。其中，高压激冷水泵16一端连接高温水蒸气输送模块的过滤阀12，另一端连接气化实验炉的激冷室5。激冷水输送模块的工作方式是：水箱11中的水通过过滤阀12，经高压激冷水泵16加压后进入气化实验炉的激冷室5，在激冷室5中水与从气化室4下来的合成气混合，以降低合成气的温度。

所述的黑水处理模块用以处理气化后的残渣废水，其分别与粗合成气处理模块和气化实验炉相连接。黑水处理模块包括有锁渣罐23、沉降池24和调节阀等。其中，锁渣罐23一端连接气化实验炉底部的排渣孔，另一端连接沉降池24。黑水处理模块的工作方式如下：废水从气化实验炉底部的排渣孔进入锁渣罐23，然后由锁渣罐23出口进入沉降池24。

本发明所述的分级供氧干排渣加压气化实验系统工作时的具体流程为：经水煤浆搅拌槽6搅拌制成的浓度为60％～70％的水煤浆通过高压煤浆泵7和水煤浆输送管道以及主燃料喷嘴1喷入气化实验炉，一段氧气(约占供氧总量的80％)通过主燃料喷嘴1进入气化实验炉，同时从水箱11出来的水通过高压计量泵13、余热换热器14、辅助电加热装置15生成高温水蒸气，共同通过主燃料喷嘴1进入气化实验炉，水煤浆、氧气、高温水蒸气的流量与温度等参数分别通过各管路上的流量计、热电偶等进行测量；在气化室4中，水煤浆、一段氧气、高温水蒸气的混合气流被炉内高温回流气体迅速加热，发生脱挥发分、热解产物燃烧以及煤焦的部分燃烧与气化反应等过程，二段氧气与水蒸气经炉拱两侧的水蒸气喷嘴2及下方的二段供氧喷嘴3及时补入，形成二次高温区以提供煤焦-CO₂/H₂O等主要气化反应所需的热量；经过充分气化反应后粗煤气与灰渣一同进入激冷室5激冷，激冷后的合成气在储气罐17中通过重力除尘得到干净的合成气，气相色谱仪18通过自动采样器对合成气进行采样分析，然后合成气通过CO₂捕捉装置19完成CO₂的捕集试验，之后在燃烧炉20中燃烧并与水发生热交换，燃烧后的废气通过烟囱22排放。

Claims

1.一种分级供氧干排渣加压气化试验系统，其特征在于：所述的试验系统包括：气化实验炉、水煤浆进料模块、分级供氧模块、激冷水输送模块、高温水蒸气输送模块、粗合成气处理模块和黑水处理模块；其中，气化实验炉包括有气化室、激冷室、一主燃料喷嘴、两水蒸气喷嘴、两二段氧气喷嘴和排渣孔，其中，主燃料喷嘴设置于气化实验炉的炉顶中心，两水蒸气喷嘴对称设置于气化实验炉顶部的炉拱上，两二段氧气喷嘴水平对冲地设置于该炉拱的下方，排渣孔设置于气化实验炉的底部，气化室内设置有热电偶与压力表，激冷室内设置有热电偶；水煤浆进料模块与气化实验炉相连接，该水煤浆进料模块包括有水煤浆搅拌槽、高压煤浆泵、回流罐和电子地磅，其中，高压煤浆泵一端连接水煤浆搅拌槽，另一端连接气化实验炉的主燃料喷嘴，回流罐置放于电子地磅上，且一端连接气化实验炉，另一端连接水煤浆搅拌槽；分级供氧模块与气化实验炉相连接；激冷水输送模块分别与高温水蒸气输送模块和气化实验炉相连接；高温水蒸气输送模块分别与激冷水输送模块、粗合成气处理模块和气化实验炉相连接；粗合成气处理模块分别与高温水蒸气输送模块、黑水处理模块和气化实验炉相连接，该粗合成气处理模块包括有储气罐、气相色谱仪、CO₂捕捉装置、燃烧炉、引风机和烟囱，其中，储气罐一端连接气化实验炉，另一端依次连接燃烧炉、引风机和烟囱，该储气罐与燃烧炉连接的管线上依次设置气相色谱仪和CO₂捕捉装置；黑水处理模块分别与粗合成气处理模块和气化实验炉相连接。

2.根据权利要求1所述的分级供氧干排渣加压气化试验系统，其特征在于：所述的气化实验炉内的工作压力为3.0MPA，工作温度为1300～1400℃。

3.根据权利要求1所述的分级供氧干排渣加压气化试验系统，其特征在于：所述的分级供氧模块包括有氧气源，该氧气源分别连接气化实验炉的主燃料喷嘴和二段氧气喷嘴。

4.根据权利要求1所述的分级供氧干排渣加压气化试验系统，其特征在于：所述的高温水蒸气输送模块包括有水箱、过滤阀、高压计量泵、余热换热器和辅助电加热装置，其中，高压计量泵和过滤阀分别连接水箱，余热换热器设置于粗合成气处理模块的燃烧炉中且连接高压计量泵，辅助电加热装置一端连接余热换热器，另一端连接气化实验炉的主燃料喷嘴和水蒸气喷嘴。

5.根据权利要求4所述的分级供氧干排渣加压气化试验系统，其特征在于：所述的激冷水输送模块包括有高压激冷水泵，该高压激冷水泵一端连接高温水蒸气输送模块的过滤阀，另一端连接气化实验炉的激冷室。

6.根据权利要求1所述的分级供氧干排渣加压气化试验系统，其特征在于：所述的黑水处理模块包括有锁渣罐和沉降池，其中，锁渣罐一端连接气化实验炉的排渣孔，另一端连接沉降池。