CN102676229B

CN102676229B - 组合型旋流床气化炉

Info

Publication number: CN102676229B
Application number: CN2012101872022A
Authority: CN
Inventors: 王五一; 许振华
Original assignee: BEIJING HUAFU SHENWU INDUSTRIAL FURNACE Co Ltd
Current assignee: Beijing Huafu Engineering Co Ltd
Priority date: 2012-06-07
Filing date: 2012-06-07
Publication date: 2013-12-18
Anticipated expiration: 2032-06-07
Also published as: CN102676229A

Abstract

本发明公开了一种组合型旋流床气化炉，包括旋流床气化炉、管壳式余热锅炉、两级煤气过滤器；一级煤气过滤器置于旋流床气化炉的内部，顶部与旋流床气化炉的顶部齐平；一级煤气过滤器为旋风分离器形式，一级煤气过滤器的侧壁设有水冷盘管；一级煤气过滤器的热煤气出口与管壳式余热锅炉的进气口连接，水冷盘管的出口与管壳式余热锅炉的进水口连接，管壳式余热锅炉的出水口设有外供蒸汽接口和旋流床气化炉用蒸汽接口；管壳式余热锅炉的出气口与二级煤气过滤器连接，二级煤气过滤器的煤气出口设有外供煤气接口和旋流床气化炉用煤气接口。设备简单、造价低廉、耗水量低，适用于低变质煤种的低碳转化。

Description

组合型旋流床气化炉

技术领域

本发明涉及一种煤气发生装置，特别涉及一种组合型旋流床气化炉。

背景技术

煤气化是将固体煤炭转变为煤气的工艺过程，煤气化技术广泛用于生产合成气(制取合成氨、甲醇等)、工业燃料气、城市煤气等领域，是洁净煤技术的重要组成部分。煤气化技术已有悠久的历史，尤其是20世纪70年代石油危机的出现，世界各国广泛开展煤气化技术的研究。迄今为止，已开发及处于研究发展中的气化方法很多。大致可分为：移动床(固定床)气化技术、流化床气化技术、气流床气化技术、熔融床气化技术四大类。

流化床煤气化又叫沸腾床煤气化，它是以细粒煤为气化原料，细粒煤在自下而上的气化剂的作用下，保持连续不断的和无秩序的沸腾和悬浮的运动状态，迅速地进行混合和热交换，以至整个床层温度和组分均一，使气、固两相流态化，煤与气化剂在一定温度和压力条件下反应生成煤气。

流化床煤气化技术迅速发展的原因在于：

生产强度比固定床大；炉子结构比气流床工艺简单，设备运行、维护费用比较低；设备造价低廉；节省项目投资；以细粒煤（≤6mm）为原料，适应机械化采煤技术发展；对煤种煤质适应性强，可利用如褐煤等高灰劣质煤为原料，以实现原料本地化。

现有技术中，与气流床等工艺相比，流化床气化技术存在其固有的不足：

（1）灰渣中碳含量高，碳转换率低。

一般流化床煤气化炉工艺不能从床层中排出低碳灰渣，这是因为要保持床层中高的煤灰比和维持稳定的不结渣操作，流化床内必须混合良好。因此，排出的灰渣组分与炉内混合物料组分基本相同，故排出的灰渣含碳量较高(15％～20％)。针对上述问题提出了灰粘聚(灰熔聚、灰团聚)的排灰方式，即提高流化床局部区域温度，使煤中的灰分处于软化温度(ST)而未熔融的状态下，相互碰撞粘结成含碳量较低的灰渣球，有选择地排出炉外。它与传统的固态和液态排渣方式不同。与固态排渣相比，降低了灰渣中的含碳量，但其增加了熔渣热损失。另外，该工艺装置尾部排出细灰的含碳量还是较高。

（2）炉子产出的高温煤气中的灰含量高，约占总灰渣量的40％～50％，灰中含碳量约15～30％，灰的粒度一般在0.4mm以下，其中＜O．25mm的占80％。该灰虽经高温分离后部分返回炉膛，但仍有大量灰进入后续的余热锅炉，加速炉管的磨损。后续的含尘煤气还需进行湿法除尘工序，这样会产出大量的废水和脱水后湿泥，该湿泥的后续应用受到一定限制。

（3）要求原料煤的灰熔点要高，一般要求ST≥1250℃为好，太低将影响气化炉生产的能力的发挥；但是对于采用灰熔聚排渣工艺的气化炉，煤的灰熔点也不可过高，否则过高的气化温度会减少炉子的寿命。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、运行成本低、污染低，适用于低变质煤种的低碳转化组合型旋流床气化炉。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的组合型旋流床气化炉，包括旋流床气化炉、管壳式余热锅炉、两级煤气过滤器；

一级煤气过滤器置于所述旋流床气化炉的内部，所述一级煤气过滤器的顶部与所述旋流床气化炉的顶部齐平并与所述旋流床气化炉的中心轴线重合；

所述一级煤气过滤器为旋风分离器形式，其上部为圆筒形结构、下部为圆锥形收口，所述圆锥形收口下部连接集尘箱，所述集尘箱下部的侧面设多个分离灰出口，圆筒形结构上部的侧壁设有多个热煤气进口，圆筒形结构的顶部设有热煤气出口；

所述一级煤气过滤器的侧壁设有水冷盘管；

所述一级煤气过滤器的热煤气出口与所述管壳式余热锅炉的进气口连接，所述水冷盘管的出口与所述管壳式余热锅炉的进水口连接，所述管壳式余热锅炉的出水口设有外供蒸汽接口和旋流床气化炉用蒸汽接口；

所述管壳式余热锅炉的出气口与二级煤气过滤器连接，所述二级煤气过滤器的煤气出口设有外供煤气接口和旋流床气化炉用煤气接口；

所述旋流床气化炉的底部设有减压排渣装置，所述二级煤气过滤器的底部设有细灰仓和气力输送装置。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明提供的组合型旋流床气化炉，由于包括旋流床气化炉、管壳式余热锅炉、两级煤气过滤器；一级煤气过滤器置于所述旋流床气化炉的内部，所述一级煤气过滤器的顶部与所述旋流床气化炉的顶部齐平并与所述旋流床气化炉的中心轴线重合；所述一级煤气过滤器为旋风分离器形式，其上部为圆筒形结构、下部为圆锥形收口，所述圆锥形收口下部连接集尘箱，所述集尘箱下部的侧面设多个分离灰出口，圆筒形结构上部的侧壁设有多个热煤气进口，圆筒形结构的顶部设有热煤气出口；所述一级煤气过滤器的侧壁设有水冷盘管；所述一级煤气过滤器的热煤气出口与所述管壳式余热锅炉的进气口连接，所述水冷盘管的出口与所述管壳式余热锅炉的进水口连接，所述管壳式余热锅炉的出水口设有外供蒸汽接口和旋流床气化炉用蒸汽接口；所述管壳式余热锅炉的出气口与二级煤气过滤器连接，所述二级煤气过滤器的煤气出口设有外供煤气接口和旋流床气化炉用煤气接口；所述旋流床气化炉的底部设有减压排渣装置，所述二级煤气过滤器的底部设有细灰仓和气力输送装置。本发明设备简单、造价低廉、耗水量低，适用于低变质煤种的低碳转化。

附图说明

图1为本发明实施例提供的组合型旋流床气化炉的结构示意图。

1-进煤仓；2-煤锁斗；3-混合器；4-加煤斗；5-螺旋给煤机；6-旋流床气化炉；7-第一级过滤器；8-管壳式余热锅炉；9-上布风装置；10-煤气压缩机；11-下布风装置；12-启炉燃烧器；13-减压排渣装置；14-冷渣器；15-煤气换热器；16-细灰仓；17-气力输送装置；18-第二级过滤器。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述。

本发明的组合型旋流床气化炉，其较佳的具体实施方式是：

包括旋流床气化炉、管壳式余热锅炉、两级煤气过滤器；

所述一级煤气过滤器的侧壁设有水冷盘管；

所述旋流床气化炉内设有旋流床气化床层，所述旋流床气化炉的中部和底部设上下两组气化剂和循环煤气进口的布风装置，每组布风装置设4～8个按气化炉内圆切线方向安装的喷嘴，下布风装置的喷嘴设有向上倾斜的安装角，下布风装置的喷嘴的切圆半径小于上布风装置的喷嘴的切圆半径，且上布风装置与下布风装置的喷嘴的旋向相反。

所述二级煤气过滤器为旋风分离器形式，其上部为圆筒形结构、下部为圆锥形收口，所述圆筒形结构的侧壁对称布置有两个煤气进口管，两个煤气进口管与圆筒形结构呈水平切向连接；

所述二级煤气过滤器中部设有烛台式硬管过滤器组，所述烛台式硬管过滤器组的过滤管采用烧结金属滤芯，所述烛台式硬管过滤器组外部设有隔离筒，所述烛台式硬管过滤器组内设有过滤管反吹扫装置。

本发明的组合型旋流床气化炉，一级过滤器采用内置式，一级煤气过滤器采用水冷壁结构，其优点为：

结构紧凑，降低了气化炉一级煤气出口管道的高度，有利于与后续设备的连接，降低了设备造价；由于采用多进口的煤气旋风分离器，使含尘高温煤气从煤气分离器周边均匀进入，克服了单进口结构形式造成气流轴不对称，造成涡核偏离中心，使出口管短路流比较大的缺陷。另外，由于进入煤气分离器内的气流运动形成轴对称流，使煤气分离器内的磨损大大减少，并且分离效率也得到提高；一级煤气过滤器过滤下的固体颗粒物可以从其底部多个出口均匀地回送到气化炉内，省去了原气化炉外部的过滤灰回送装置，节省了设备造价；布置在气化炉中部的一级煤气过滤器在气化炉启动时与气化炉一起升温，几乎没有热涨差，不需设置补偿器，节省设备造价；所述的一级煤气过滤器采用水冷壁结构，使其重量比外置分离器有大幅度下降；克服了外置分离器内耐火材料易脱落，需经常维护的缺点。另外水冷壁管组件作为系统后部余热锅炉的省煤器预热余热锅炉给水，这样有利于回收热煤气的显热。

本发明的组合型旋流床气化炉，旋流床气化炉内采用旋流床气化床层：

旋流床气化炉底部及中部设上下两组气化剂和循环煤气进口的布风装置；每组布风装置设4～8个按气化炉内圆切线方向安装的喷嘴；下布风装置的喷嘴有一个向上倾斜一定角度的安装角，使物料随同气化剂气流和循环煤气产生向上的旋转气流；上下布风装置的喷嘴组有不同的切圆半径，其中下喷嘴组的切圆半径较小。上下布风装置喷嘴组物料的旋转方向相反，该措施使反应物在上布风装置区附近形成撞击流，以强化热、质传递过程；延长反应时间，提高气化效果；采用部分经过降温和深度净化后的冷煤气通过下布风装置加入旋流床气化炉内，可以增加炉内的流化气量，建立稳定的旋流床气化床层和增加炉内物料的循环倍率。这样可以增加物料在炉内的反应路径和停留时间，增加气化反应强度，进而提高装置的碳转化率；经旋流床气化炉的二级过率器净化后的洁净煤气再经余热回收后降为常温煤气，该煤气经循环煤气压缩机加压后与气化剂一起经过气化炉的下布风装置送入旋流床气化炉内。

本发明的组合型旋流床气化炉，第二级过滤器采用组合式硬管过滤器：

第二级煤气过滤器上部为圆筒形，下部为圆锥形收口，煤气进口管共两个，对称布置在分离器圆筒的中部，两个煤气进口管与分离器圆筒呈水平切向连接；第二级煤气过滤器内中部设有烛台式硬管过滤器组。该过滤器组的硬管过滤管采用烧结金属滤芯以降低其破损率。烛台式硬管过滤器组外部设有隔离筒；过滤器组的“烛台”内设有以过热蒸汽为吹扫介质的过滤管反吹扫装置。该装置可以定期清除过滤管外部积存的灰层；第二级煤气过滤器设于旋流床气化炉的余热锅炉的后部。进入该第二级煤气过滤器的煤气的温度约为350～380℃，在该温度范围内，既可以防止所述第二级煤气过滤器的过滤管受高温损坏，延长过滤管的使用寿命，又可以防止粗煤气因温度过低使煤气中少量烯烃类油的析出而堵塞过滤管表面。所述第二级煤气过滤器的过滤指标可达到：过滤后的净煤气中的灰含量≤2mg/m³。

本发明的组合型旋流床气化炉，第二级过滤器后设有间接冷却排灰装置和冷却后的分离灰的气力输送装置：

第二级过滤器后接的排灰装置采用非接触式间接冷却并给系统降压；所述冷却介质采用常温除盐水，该水经升温后送入余热锅炉，其好处是冷却过程不产生废水并回收余热；排灰装置后接的气力输送装置可以将经降温后的分离灰送到灰仓。气力输送装置采用密闭输送，避免了飞灰逸出，减少了环境污染。

本发明的组合型旋流床气化炉，适用的煤种：

适合中低阶煤种，如褐煤、长焰煤、不粘结煤及弱粘结煤及粉状半焦等；原料煤的粒度分布≤6mm（最佳粒径范围为0.2～3.5mm）。原料煤灰分含量≤40％（较经济的状况，以煤的灰分含量不大于25～30％为好）；对硫含量无要求；全水分含量＜20％可直接入炉。

本发明的组合型旋流床气化炉的运行参数：

1）气化温度：950～1100℃。气化温度应低于煤灰的软化温度（ST）100℃～150℃左右。

2）操作压力：0.4～3.6MPa。根据实际需求定。

3）该工艺的碳转化率：≥95～97％（视煤种及操作压力等参数而定）。

4）产出合成煤气中有效气体体积组分：H2+CO≥75～85％(视煤种而定)。

5）本工艺装置的余热锅炉产出的过热蒸汽除满足本工艺需求外，剩余约50％的蒸汽可以外供。

具体实施例：

如图1所示，包括进煤系统的进煤仓1、煤锁斗2、加煤斗4和螺旋给煤机5。在正常工作时，原料煤经过进煤系统进入到旋流床气化炉6内。同时，气化剂氧气(富氧或空气)及过热蒸汽首先进入混合器3按比例混合后通过旋流床气化炉6设置的上布风装置9和下布风装置11送入旋流床气化炉6内。为了增加物料在旋流床气化炉6内的反应路径和停留时间，增加反应强度，进而提高装置的碳转化率，将系统产出的温度为320℃左右的部分净煤气经煤气换热器15降温到常温后再经煤气压缩机10送入下布风装置11内。

旋流床气化炉6产出的高温粗煤气经设于炉内的第一级过滤器7过滤后温度降为约950～1050℃再送入管壳式余热锅炉8回收余热。管壳式余热锅炉8的煤气出口温度降为约350～380℃后被送入第二级过滤器18，经过滤后的产品净煤气中的灰含量≤2mg/m3，温度为320℃。

管壳式余热锅炉8所需的除盐水先行送入第一级过滤器7的水冷壁机构内，所述水冷壁机构作为管壳式余热锅炉8的省煤器使除盐水预热并防止第一级过滤器7过热损坏。管壳式余热锅炉8产出的过热蒸汽中的一部分作为旋流床气化炉6所需的气化剂，其剩余部分作为产品蒸汽外供。

旋流床气化炉6下部的出渣口下接减压排渣装置13和冷渣器14，以使造气炉渣顺利排出。旋流床气化炉6下部设有启炉燃烧器12，其以柴油（或煤气）为燃料，在整个系统启动时，启炉燃烧器12为其提供热量。

第二级过滤器18下部连接细灰仓16和气力输送装置17，以使第二级过滤器18滤除的细灰密闭送至灰库。

本发明工艺及设备简单、造价低廉；工艺设备的在线率高，运行成本低于普通气流床气化工艺，碳转化率接近普通气流床气化工艺；且耗水量低、无污水排放。采用该发明，尤其有利于利用中我国内蒙、新疆等地储量很多的低变质煤种；有利于直接利用占煤矿采出煤量达30％左右的粉煤；有利于中国广大的中西部缺水地区的煤炭的低碳转化。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims

1.一种组合型旋流床气化炉，其特征在于，包括旋流床气化炉、管壳式余热锅炉、两级煤气过滤器；

所述一级煤气过滤器的侧壁设有水冷盘管；

所述旋流床气化炉的底部设有减压排渣装置，所述二级煤气过滤器的底部设有细灰仓和气力输送装置；

所述旋流床气化炉内设有旋流床气化床层，所述旋流床气化炉的中部和底部分别设有上布风装置和下布风装置，所述上布风装置设有气化剂进口，所述下布风装置设有气化剂进口和循环煤气进口，每组布风装置设4～8个按气化炉内圆切线方向安装的喷嘴，下布风装置的喷嘴设有向上倾斜的安装角，下布风装置的喷嘴的切圆半径小于上布风装置的喷嘴的切圆半径，且上布风装置与下布风装置的喷嘴的旋向相反。