CN103450946A - 一种有独立燃烧室的流化床气化反应方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种有独立燃烧室的流化床气化方法和装置，属于煤炭气化技术领域，主要包括流化床气化炉和与之分开设置的燃烧室，煤在流化床气化炉内气化，产生的飞灰或底渣在燃烧室内进行高温和氧化处理，强化了碳转化过程，提高了碳的转化率；燃烧室即便处于较高的操作温度，只要对燃烧室进入流化床气化炉的高温气体进行简单处理便可消除高温对流化床气化炉流化状态的影响，从而可保证整个系统在高效转化的前提下而流化床气化炉更易于操作。本发明解决了流化床气化炉存在的碳转化率低的缺点，有利于环境保护和能源利用率的提高，具有广阔的应用前景。

Description

一种有独立燃烧室的流化床气化反应方法及装置

所属技术领域：

本发明涉及一种有独立燃烧室的流化床气化反应方法及装置，属于煤炭气化领域。

背景技术：

流化床气化技术已有近二百年的历史，它具有许多优点，例如，通常使用0-10mm粉煤，原料煤通常不用或稍加处理即可使用；可以使用较大范围的煤种，特别是高灰低质的煤种；气化温度通常在800-1000℃之间，条件相对温和，可使用一般的耐火材料和设备；煤气中几乎没有焦油，便于净化处理。尽管它具备其它气化炉型(如固定床和气流床气化炉)所不具备的上述优点，又经过了长时间的优化改造，但目前这种气化炉仍存在一些现有技术难以克服的问题：一是底渣含碳量高，由于气化环境需要还原条件，故在气化炉中存在大量未反应的碳，又由于流化床内良好的混合，采用常规技术排出的底渣含碳量高是必然的，为此，较先进的流化床(如U-gas炉、KRW炉、中科院山西煤化所的灰熔聚气化炉、煤科院的新型流化床气化炉等)都几乎无一例外的采用了灰团(熔)聚技术，这种技术的基本思想是在气化炉内构建一局部氧化和高温区域，以促使该区域内碳的转化、高温灰软化并相互粘结长大，进而实现依密度不同的选择性排渣，实践证明，这种状态是比较理想化的，由于实际生产条件(原料组成、氧化剂等)难以保持一致或同步保持协调变化、灰成分波动影响灰软化点温度、灰软化的温度区间较小，当操作温度低于灰软化点时则无法实现灰团(熔)聚和选择性排渣的目的，当操作温度高于灰软化点时则容易造成灰的大量团聚而导致整个流化床的死结，为安全生产起见，人们通常选择较低的操作温度，因而底渣碳含量高的问题仍没有得到很好地解决；二是飞灰含碳量高的问题，尽管目前采用了飞灰收集并重新循环回炉的工艺，但实践证明，由于这种飞灰活性低不易转化且气化炉内反应条件温和，故飞灰中碳转化效果也不理想。这些问题的存在导致碳转化率低，大大影响了流化床气化炉的工业应用。

发明内容：

本发明的目的是要提供一种有独立燃烧室的流化床气化反应方法及装置。即在流化床气化炉外另设置燃烧室，将流化床气化炉排出的底渣或飞灰引入所述的燃烧室内进行高温和氧化处理，这将大大提高碳转化反应的速率和强度，从而提高碳的转化率；由于燃烧室与流化床气化炉为分开设置，燃烧室即便处于较高的操作温度也不会直接影响流化床气化炉的流化状态，或者对燃烧室进入流化床气化炉的物质进行处理便可消除高温对流化床气化炉的流化状态的影响，从而可实现在较高的碳转化率下流化床气化炉更易于操作。

为达到上述目的，本发明的技术解决方案是：

一种有独立燃烧室的流化床气化反应方法，包括以下步骤：

a)将原料煤和气化剂加入流化床气化炉，进行气化反应，产生的粗煤气经气固体分离后，分别得到飞灰和煤气，由流化床气化炉的中下部取出底渣，即此步骤得到的固体产物为底渣和飞灰。

b)将步骤a)得到的固体产物部分或全部送入燃烧室，向燃烧室通入氧气或空气或含有氧气的混合气体，进行高温氧化反应，生成灰渣和高温气体，将所述的灰渣和高温气体排出燃烧室。

所述的流化床气化炉为鼓泡床或循环流化床或输送床或其它形式的流化床反应器，其操作气速为0-30m/s。

所述的燃烧室为流化床、气流床或移动床反应器。

所述的由燃烧室排出的高温气体可以直接排入流化床气化炉或经过加入水或水蒸气或换热降温处理后再送入流化床气化炉，作为流化床气化炉的气化剂。

本发明还提供了一种用于实施权利要求1的有独立燃烧室的流化床气化反应装置，该装置由流化床气化炉1、燃烧室2、气固分离器3、粗煤气管4、底渣引入管5、高温气体管6、气体入口A、气体入口B、加煤口、排渣口和煤气出口构成，其中粗煤气管4将流化床气化炉1与气固分离器3连接，其特征在于，流化床气化炉1与燃烧室2分开设置，底渣引入管5和高温气体管6将流化床气化炉1和燃烧室2连接。

本发明还提供了一种用于实施权利要求1的有独立燃烧室的流化床气化反应装置，该装置由流化床气化炉1、燃烧室2、气固分离器3、粗煤气管4、底渣引入管5、高温气体管6、飞灰循环管7、气体入口A、气体入口B、加煤口、排渣口和煤气出口构成，其中粗煤气管4将流化床气化炉1与气固分离器3连接，其特征在于，流化床气化炉1与燃烧室2分开设置，底渣引入管5和高温气体管6将流化床气化炉1和燃烧室2连接，飞灰循环管7将气固分离器3和燃烧室2连接或飞灰循环管7将气固分离器3和流化床气化炉1连接。

所述的高温气体管6上设置水或水蒸气入口或换热器。

所述的飞灰循环管7上设置气体入口。

所述的飞灰循环管7上设置飞灰燃烧装置8。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

(1)由于将流化床气化炉排出的底渣或飞灰引入燃烧室(或燃烧装置)内进行高温和氧化处理，强化了碳转化过程，从而提高了碳的转化率；

(2)由于燃烧室与流化床气化炉为分开设置，燃烧室即便处于较高的操作温度，只要对燃烧室进入流化床气化炉的高温气体进行喷水、水蒸气处理或经过换热处理便可消除高温对流化床气化炉流化状态的影响，从而可保证整个系统在高效转化碳的前提下而流化床气化炉更易于操作。

(3)燃烧室产生的气体作为气化剂使用，可提高系统的效率。

附图说明：

图1和图2为本发明实施例的结构示意图。

附图标识

1、流化床气化炉         2、燃烧室                    3、气固分离器

4、粗煤气管             5、底渣引入管                6、高温气体管

7、飞灰循环管           8、飞灰燃烧装置

具体实施方式：

本发明的原理是：

高温与氧化环境对碳转化反应的速率及强度有极大的推动作用，由于常规的流化床气化炉内不具备此条件，所以碳转化率低是必然的。尽管灰团(熔)聚技术旨在气化炉内构建一小范围的高温与氧化环境，以提高碳转化率，但由于煤灰的组成、气体流量等参数的变化，使实际操作难度很大，极易导致死床。本发明的目的是要提供一种碳转化率高同时易操作的流化床煤气化炉，其特征是在流化床气化炉外另建独立的燃烧室(或燃烧装置)，将反应性较差的飞灰和底渣送入高温与氧化条件的燃烧室(或燃烧装置)中进一步强化碳转化反应，所以碳转化率较高；同时又由于燃烧室(或燃烧装置)独立于流化床气化炉之外，通过对由燃烧室进入气化炉气体的简单处理(即通入水或水蒸气或换热)即可消除燃烧室(或燃烧装置)高温对气化炉流化状态的影响，所以气化炉又容易操作。

当燃烧室只用于处理底渣时，本发明的装置由流化床气化炉1、燃烧室2、气固分离器3、粗煤气管4、底渣引入管5、高温气体管6、气体入口A、气体入口B、加煤口、排渣口和煤气出口构成，其中粗煤气管4将流化床气化炉1与气固分离器3连接，底渣引入管5和高温气体管6将流化床气化炉1和燃烧室2连接。由气体入口A向燃烧室2通入氧气或空气或含有氧气的混合气体，在此底渣进行高温氧化反应，生成固体灰渣和高温气体。燃烧室产生的高温气体作为气化剂，由高温气体管6送入流化床气化炉1。

当燃烧室同时用于处理底渣和飞灰时，本发明的装置由流化床气化炉1、燃烧室2、气固分离器3、粗煤气管4、底渣引入管5、高温气体管6、飞灰循环管7、气体入口A、气体入口B、加煤口、排渣口和煤气出口构成，其中粗煤气管4将流化床气化炉1与气固分离器3连接，底渣引入管5和高温气体管6将流化床气化炉1和燃烧室2连接，飞灰循环管7将气固分离器3和燃烧室2连接。

当考虑飞灰与底渣由于物性不同而需要分别处理时，在上述装置的基础上可为飞灰设置单独的燃烧装置。此时可在飞灰的返送回路中增设飞灰燃烧装置8，向其通入含氧气体，燃烧产生的高温气体可通入流化床气化炉1或燃烧室2。

连接燃烧室2和流化床气化炉1的高温气体管6上可设置水或水蒸气入口或换热器，通过向燃烧室2产生的高温气体通入水或水蒸气或通过对其换热，达到降低气体温度、充分利用热能、改善气化剂组成和减少高温对气化炉操作的影响的效果。

为便于飞灰的输送和转化，在飞灰循环管7上可设置气体入口。当向飞灰循环管7送入含氧气体时，可强化飞灰中碳的转化。

所述的流化床气化炉为鼓泡床或循环流化床或输送床或其它形式的流化床反应器，其操作气速为0-30m/s。

燃烧室可以为流化床、移动床或气流床反应器。

以下结合附图和实施例对本发明作做进一步详细说明。

实施例1

有独立燃烧室的流化床气化反应装置，如附图1所示，该装置由流化床气化炉1、燃烧室2、气固分离器3、粗煤气管4、底渣引入管5、高温气体管6、气体入口A、气体入口B、加煤口、排渣口和煤气出口构成，其中粗煤气管4将流化床气化炉1与气固分离器3连接，流化床气化炉1与燃烧室2分开设置，底渣引入管5和高温气体管6将流化床气化炉1和燃烧室2连接，飞灰循环管7将气固分离器3和燃烧室2连接。

在本实施例中，原料煤从加煤口加入到流化床气化炉1，经与气化剂反应后得到粗煤气，粗煤气经气固分离器3分离出煤气和飞灰，飞灰经飞灰循环管7送入燃烧室2，由流化床中下部的密相区取出底渣，底渣由底渣引入管5送入燃烧室，由气体入口A向燃烧室内送入空气或氧气，飞灰和底渣发生高温氧化反应，燃烧室产生的高温气体经喷入水蒸气后作为气化剂，由高温气体管6送入流化床气化炉1。在本例中气固分离机构3为旋风分离器，燃烧室2为流化床反应器，高温气体管6上设置水蒸气入口。

实施例2

本实施例是实施例1的改进装置，如附图2所示，本例中可有两种飞灰循环方式：(1)除在飞灰循环管7上增设飞灰燃烧装置8(向其通入含氧气体，并排出灰渣)、在飞灰燃烧装置8与流化床气化炉1的连接管路上设置水蒸气入口、将飞灰循环管连接于气化炉1外，其余部分与实施例1相同；(2)除在飞灰循环管7上增设飞灰燃烧装置8(向其通入含氧气体，并排出灰渣)外其余部分与实施例1相同。具体实施时可选择其中的一种方式。

本实施例中，飞灰与底渣分别由相应的燃烧机构进行高温和氧化处理，除具备实施例1的优点外，还便于对飞灰和底渣的燃烧过程分别进行控制。

本发明由于在流化床气化炉外另设燃烧室，解决了流化床气化炉存在的碳转化率低的缺点，同时具有易操作的优点，有利于环境保护和能源利用率的提高，具有广阔的应用前景。

Claims (9)

1.一种有独立燃烧室的流化床气化反应方法，其特征在于，包括以下步骤：

a)将原料煤和气化剂加入流化床气化炉，进行气化反应，产生的粗煤气经气固体分离后，分别得到飞灰和煤气，由流化床气化炉的中下部取出底渣，即此步骤得到的固体产物为底渣和飞灰。

b)将步骤a)得到的固体产物部分或全部送入燃烧室，向燃烧室通入氧气或空气或含有氧气的混合气体，进行高温氧化反应，生成灰渣和高温气体，将所述的灰渣和高温气体排出燃烧室。

2.根据权利要求1所述的有独立燃烧室的流化床气化反应方法，其特征在于，所述的流化床气化炉为鼓泡床或循环流化床或输送床或其它形式的流化床反应器，其操作气速为0-30m／s。

3.根据权利要求1所述的有独立燃烧室的流化床气化反应方法，其特征在于，所述的燃烧室为流化床、气流床或移动床反应器。

4.根据权利要求1所述的有独立燃烧室的流化床气化反应方法，其特征在于，所述的由燃烧室排出的高温气体可以直接排入流化床气化炉或经过加入水或水蒸气或换热降温处理后再送入流化床气化炉，作为流化床气化炉的气化剂。

5.一种用于实施权利要求1所述的有独立燃烧室的流化床气化反应方法的装置，由流化床气化炉1、燃烧室2、气固分离器3、粗煤气管4、底渣引入管5、高温气体管6、气体入口A、气体入口B、加煤口、排渣口和煤气出口构成，其中粗煤气管4将流化床气化炉1与气固分离器3连接，其特征在于，流化床气化炉1与燃烧室2分开设置，底渣引入管5和高温气体管6将流化床气化炉1和燃烧室2连接。

6.一种用于实施权利要求1所述的有独立燃烧室的流化床气化反应方法的装置，由流化床气化炉1、燃烧室2、气固分离器3、粗煤气管4、底渣引入管5、高温气体管6、飞灰循环管7、气体入口A、气体入口B、加煤口、排渣口和煤气出口构成，其中粗煤气管4将流化床气化炉1与气固分离器3连接，其特征在于，流化床气化炉1与燃烧室2分开设置，底渣引入管5和高温气体管6将流化床气化炉1和燃烧室2连接，飞灰循环管7将气固分离器3和燃烧室2连接或飞灰循环管7将气固分离器3和流化床气化炉1连接。

7.根据权利要求5、6所述的有独立燃烧室的流化床气化反应方法的装置，其特征在于，在所述的高温气体管6上设置水或水蒸气入口或换热器。

8.根据权利要求6所述的有独立燃烧室的流化床气化反应方法的装置，其特征在于，在所述的飞灰循环管7上设置气体入口。

9.根据权利要求6所述的有独立燃烧室的流化床气化反应方法的装置，其特征在于，在所述的飞灰循环管7上设置飞灰燃烧装置8。

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