CN102994163A

CN102994163A - 一种循环流化床粉煤高温气化装置

Info

Publication number: CN102994163A
Application number: CN2011102723073A
Authority: CN
Inventors: 邢献军; 马培勇
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-09-14
Filing date: 2011-09-14
Publication date: 2013-03-27

Abstract

本发明一种循环流化床粉煤高温气化装置，属于粉煤气化领域。其特征是气化炉炉衬为高导热、高耐磨、高强度、低线膨胀率特性的高性能材料；并且炉膛内部间隔一定距离设置支撑结构，一方面起到支撑炉内衬，防止炉内衬在高温环境中脱落、变形，另一方面可以增强炉内湍流、强化气化反应，达到煤粉氧化-还原反应作用。从气化炉底部向上部流动的气体具有很大的动能，同支撑结构撞击后，产生湍流，加大了粉煤颗粒的氧化-还原反应，提高了粉煤的利用效率，并且强化了粉煤同支撑结构的传热效率，进一步提高了炉膛内的整体温度水平，为粉煤气化提供了有利的高温条件。

Description

一种循环流化床粉煤高温气化装置

技术领域：

本发明涉及一种粉煤气化装置，特别是涉及一种循环流化床粉煤高温气化装置。

背景技术：

目前，能源短缺和环境污染是制约国内经济发展的主要因素，我国具有丰富的煤炭资源，是一个以煤为主要能源的发展中国家，煤炭资源消费约占总能源消费的75％左右。煤的应用主要有直接燃烧、气化与液化技术。实践证明，在将煤炭转变为更便利的能源和产品形式的各种技术中，煤气化是最应优先考虑的一种加工方法。生产城市煤气、化工合成用原料气、联合循环发电用燃气和综合利用是煤气化发展和应用的主要方向。目前国际上先进的加压气流床煤气化工艺技术主要是美国德士古公司Texaco水煤浆加压气化工艺、Shell公司的粉煤加压气化工艺和德国未来能源公司的GSP粉煤加压气化工艺。

Texaco工艺采用水煤浆进料、顶部单喷嘴、液态排渣、在气流床中加压气化，气化温度为1350～1400℃，气化压力为4～8MPa，碳转化率95～98％，有效气体(CO+H₂)约80％，甲烷量＜0.1％，冷煤气效率70～76％；气化过程不产生焦油、萘、酚等污染物。但该工艺对煤种的要求较高：灰熔点温度低于1350℃；灰分含量不超过15％的煤种气化；煤的热值高于26000kJ/kg，并有较好的成浆性能，使用能制成60～65％浓度的水煤浆之煤种，才能使运行稳定；且由于水煤浆中含有35～40％水分，氧气用量较大。

Shell煤气化过程采用干煤粉进料、下部多喷嘴对喷和气流床气化，设计气化温度为1450～1600℃，实际气化温度为1450℃以下，压力为3.0～4.0MPa，碳转化率可以达到99％以上，有效气体(CO+H₂)可以达到90％以上，CH4含量很少，产品气体相对洁净，不污染环境。但Shell仅适用灰熔点低、活性好、灰分和水分含量较低的煤种。为确保Shell气化炉长周期安全稳定运行，煤种灰熔点温度小于1450℃，灰分含量需控制在8％～20％，高灰熔点的煤粉需要加合适的助熔剂。

GSP煤气化过程采用干煤粉进料、顶部单喷嘴对喷和气流床气化，设计气化温度为1450～1600℃，实际气化温度为1450℃以下，压力为3.0～4.0MPa，碳转化率可达99％以上，甲烷含量低，煤气中有效组分(CO+H₂)达90％以上；热效率高，冷煤气效率为78％-83％，其余15％-20％热能可通过副产蒸汽进行回收，总气化热效率约为98％；与水煤浆相比氧耗降低15％-20％，可以减少空分能力，节约投资。GSP气化原料的适应范围广，可以气化褐煤、烟煤、无烟煤和石油焦，要求煤种灰熔点温度小于1450℃，灰分含量需控制在1％～20％。

以上煤气化技术在合成氨化工、发电、制氢和燃料合成领域得到了一定的应用，但对我国高灰熔点(流动温度＞1500℃)、高灰分(平均23％以上)的“双高”煤种的适应性不佳。

发明内容：

由此，本发明提出一种循环流化床粉煤高温气化装置，其特征是气化炉内炉衬为具备高导热、高耐磨、高强度、低线膨胀率特性的高性能材料，材料成分主要有氧化铝、氧化硅、氧化锆、氧化镍、碳化硅和氮化硅；由上述成分组成的炉壁可耐2000℃的高温，2000℃时，其导热系数大于12W/m·K。并且炉膛内部间隔一定距离设置支撑结构，间隔距离为100～2000m。该结构一方面起到支撑炉内衬，防止炉内衬在高温环境中脱落、变形，另一方面可以增强炉内湍流、强化气化反应，达到煤粉氧化-还原反应作用。从气化炉底部向上部流动的气体具有很大的动能，同支撑结构撞击后，产生湍流，加大了粉煤颗粒的氧化——还原反应，提高了粉煤的利用效率，并且强化了粉煤同支撑结构的传热效率，进一步提高了炉膛内的整体温度水平，为粉煤气化提供了有利的高温条件。

本发明的有益效果是：

采用上述材料组成的炉壁具有较强的蓄热作用，能够显著提高炉内温度，给粉煤氧化与还原反应提供充分的能量，均衡炉内温度场，使粉煤受热均匀、氧化充分。炉内设置的支撑结构，通过其良好的导热特性和耐磨性能及高温物料循环、撞击流强化换热为煤的气化提供热源，控制气化操作温度在1400～1800℃之间可调，可不需要增加助溶剂，直接对高灰熔点高灰分煤种气化。该气化炉具有煤种适应性广、气化效率高、产品气体洁净，不含重烃，甲烷与CO₂含量很低等优点，煤气品质好，煤气中有效气体CO+H₂高达95％以上。

附图说明：

图1是本发明一种循环流化床粉煤高温气化装置结构示意图

图2是本发明一种循环流化床粉煤高温气化装置结构A-A剖面示意图

图中标号为：1.气体进口①，2.气体进口②，3.燃烧室，4.水蒸气进口，5.粉煤进口，6.气化炉，7.炉衬，8.隔热层，9.保温层，10.进料管，11、12.加煤装置，13.合成气出口管①，14，15.旋风分离器，16.合成气出口管②，17.合成气出口，18，19.卸灰阀，20，21.返料管，22，23.返料控制阀，24.返料进口，25.支撑结构。

具体实施方式：

下面结合附图进一步说明本发明一种循环流化床粉煤高温气化装置的具体实施方式。

本发明一种循环流化床粉煤高温气化装置如图1所示，主要包括加煤装置11、12、燃烧室3、气化炉6、旋风分离器14、15、合成气出口管①13、合成气出口管②16、返料管20、21，加煤装置11、12、进料管10、粉煤进口5构成供料装置，安装在气化炉6的一侧；合成气出口管①13、合成气出口管②16、旋风分离器14、15、返料管20、21、返料控制阀22、23组成合成气煤焦分离装置安装在气化炉6的另一侧；炉衬7、隔热层8、保温层9构成气化炉6的炉壁；在气化炉6内间隔距离为100～2000mm设置一个支撑结构25；炉衬7与支撑结构25采用高导热、高耐磨、高强度、低线膨胀率特性的蓄热材料制备，材料成分主要有氧化铝、氧化硅、氧化锆、氧化镍、碳化硅和氮化硅，外有隔热层8、保温层9对气化炉6进行保温。

天然气通过气体进口①1进入燃烧室3，空气或纯氧通过气体进口②进入燃烧室3，天然气与空气或纯氧在燃烧室3内混合燃烧，生成高温烟气预热气化炉6。待气化炉6内预热至800～1000℃后，将粉煤由加煤装置11通过进料管10由粉煤进口5进入气化炉6内，待粉煤燃烧达到需要的气化温度后关闭天然气，调整氧气流量至合适的粉煤气化当量比。从水蒸气进口4通入过热水蒸气，与炽热的粉煤在气化炉6内进行气化反应，反应生成的合成气夹带的部分未反应完全的煤焦在气化炉6内与支撑结构25发生碰撞后，增加湍流，强化换热，夹带少部分煤焦的合成气通过合成气出口管①13进入旋风分离器14中进行气固分离，分离后的合成气经合成气出口管②16进入旋风分离器15中进一步分离。由旋风分离器14进行气固分离的未气化反应的煤焦经返料管20返回至返料进口24，由旋风分离器15进行气固分离的未气化反应的煤焦再经返料管21由返料进口24，与高压水蒸气和氧气一并重新进入气化炉6内进行气化反应。合成气在旋风分离器15分离后由合成气出口17输出，反应完毕的飞灰最后经由卸灰阀18，19排出炉外。加煤装置12备用，与加煤装置11交替使用。

Claims

1.一种循环流化床粉煤高温气化装置，主要包括加煤装置(11)、(12)、燃烧室(3)、气化炉(6)、旋风分离器(14)、(15)、合成气出口管①(13)、合成气出口管②(16)、返料管(20)、(21)，加煤装置(11)、(12)、进料管(10)、粉煤进口(5)构成供料装置，安装在气化炉(6)的一侧；合成气出口管①(13)、合成气出口管②(16)、旋风分离器(14)、(15)、返料管(20)、(21)、返料控制阀(22)、(23)组成合成气煤焦分离装置安装在气化炉(6)的另一侧；炉衬(7)、隔热层(8)、保温层(9)构成气化炉(6)的炉壁；其特征是：气化炉(6)内设置有支撑结构(25)，气化炉(6)炉壁设置有炉衬(7)、隔热层(8)、保温层(9)。

2.如权利1所述的一种循环流化床粉煤高温气化装置，特征在于炉衬(7)与支撑结构(25)采用高导热、高耐磨、高强度、低线膨胀率特性的高性能材料制备，材料成分主要有氧化铝、氧化硅、氧化锆、氧化镍、碳化硅和氮化硅。

3.如权利1所述的一种循环流化床粉煤高温气化装置，特征在于气化炉(6)内设置的支撑结构(25)的间隔距离为100～2000mm。