CN103589459B - 采用等离子体炬加热技术的煤气化方法及装置 - Google Patents

采用等离子体炬加热技术的煤气化方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明为采用等离子体炬加热技术的煤气化方法及装置，该方法包括1、原料煤制备和通过自动加料系统连续并加入到等离子技术煤气化炉中；2、原料煤在煤气化炉中被气化，等离子体炬为熔渣气化提供辅助热量；气化剂为富氧空气和水蒸气；生成的气体为富含CO和H2的合成气，熔融态排出的炉渣经激冷成为无渗滤性的玻璃体碎粒；3、合成气进废热锅炉回收热量，再经洗涤设备降温和除尘；4、将分离的气体和洗涤废水分别收集，气体可作为工业炉窑燃料气或化工用原料气，洗涤废水经回收副产品和处理后可回用。本发明使用的原料煤适应范围广，气化技术先进适用，提高了煤气化炉效率和降低煤气成本，消除了废气排放和减少了废水排放。

Description

采用等离子体炬加热技术的煤气化方法及装置
技术领域
 本发明涉及煤气化领域，更具体说涉及一种采用等离子体炬加热技术的煤气化方法和装置,该技术合理利用煤炭资源和可提高生产效率并对保护环境有积极意义。
背景技术
在我国化工、冶金、建材、机械等工业领域和市政煤气行业中普遍应用着一种常压固定层间歇式煤气化技术和相关设备——煤气发生炉，这种煤气化技术和设备生产效率较低。由于气化技术所限，原料煤必须是焦炭和优质的无烟块煤（少量二段式煤气化炉可用烟煤，但也要求是优质的不粘性烟煤块煤），因而不仅增加了煤气的制气成本，还造成要将原料煤炭从为数不多的优质煤产地长距离运输至全国各地用户的困难。这种煤气化技术和设备的气化剂大多为空气和水蒸气，在间歇式制煤气过程中要周期性排放废气（叫吹风烟气，含CO2＞15%）且数量较大，对环境造成不良影响。据资料介绍，全国目前数千台常压固定层间歇式煤气发生炉一年要排放温室气体数千万吨，已被国家有关部门列为节能减排的重点技术改造对象。另外，我国的煤资源虽较为丰富，但上述焦炭用煤、优质无烟块煤和烟煤块煤却已被国家列入重要稀缺煤资源，要求有计划和保护性地予以开采利用。国家还一直鼓励和引导合理利用各类煤资源，包括尽量利用当地煤和劣质煤。而常压固定层间歇式煤气化技术和设备不能适应这一要求。多年来。尽管使用上述煤气发生炉的技术人员不断实施各项改进，包括采用富氧连续气化技术以提高煤气发生炉能力和消除吹风烟气的排放，但由于未改变固定层气化这一基本属性，所以还是不能解决原料煤限制范围的问题。如采用现代先进的流化床或气流床加压煤气化设备取代上述煤气发生炉，不仅投资较大且加压煤气化存在煤气后续应用流程中压力不匹配的问题，同时还存在原料煤选择范围的限制。在保持固定层煤气发生炉投资较省，运行成本较低及使用经验较多等优点的同时，开发更为先进适用的常压煤气化技术和设备，并对常压固定层间歇式煤气化技术和数千台相关设备实施技术改造，已成为工业领域重大而紧迫的技术创新课题。
发明内容
本发明的目地是克服常压固定层间歇式煤气化技术和设备的不足，实现传统常压固定层气化与现代高温熔渣气化相结合，从而提供一种采用等离子体炬加热技术的煤气化方法及装置。
为了实现本发明的目的，提出下述技术方案：
一种采用等离子体炬加热技术的煤气化方法，所述煤气化方法包括按以下顺序进行的步骤：
1）原料煤制备和通过加料系统将原料煤加入到等离子技术煤气化炉中；
2）原料煤在所述煤气化炉中被气化，等离子体炬为熔渣气化提供辅助热量；熔渣区的温度高于1700℃，气化区温度高于1300℃；气化剂为富氧空气和水蒸气；生成的气体为富含CO和H2的合成气，，熔融态排出的炉渣经激冷成为无渗滤性的玻璃体碎粒；
3）从煤气炉出来的合成气进废热锅炉回收热量后，再经洗涤设备对合成气体分离、降温和除尘； 
4）将通过步骤3）分离的煤气气体和洗涤废水分别收集，所述煤气气体作为工业炉窑燃料气或化工用原料气，洗涤废水经回收副产品和处理后循环使用。
所述步骤1）中原料煤包括高灰分和高灰熔点的煤，以及有粘性的烟煤和次烟煤。
所述步骤1）中的原料煤的粒度范围是：碎粒煤＞3mm，粉煤含量＜10%。
所述步骤2)中的气化剂富氧空气含氧量50%和水蒸气为120℃的饱和蒸汽。
所述步骤4）包括对洗涤废水采用深度水处理后回收焦油、苯酚副产品，并且可回用作为洗涤设备的给水。
本发明还提出一种采用等离子体炬加热技术的煤气化装置，所述装置包括一直立圆筒形的炉体1，炉体1内侧整体设有耐火材料层2；炉体1下部还设有冷却水夹套5；炉体1顶部设有自动加料设备10，炉体1上部设有合成气出口9，炉体1下部设有气化剂进口3；炉体1下部还设有等离子体炬4；炉体1底部设有炉渣出口6，所述炉体1下部还设有冷却水夹套5。
所述等离子体炬4为沿圆周方向的一组等离子体喷枪，所述等离子体喷枪包括直流金属电极和非转移弧等离子喷枪。
所述耐火材料层2包括耐火砖层、耐火板层和耐火浇铸料层；所述冷却水夹套5高过炉体1内的熔渣区。
所述自动加料设备10包括1根轴向进料管。
所述合成气出口9包括1根径向出气管；所述气化剂进口3包括沿圆周方向的一组进口管；所述炉渣出口包括1根轴向排渣管。
本发明提供的气化技术显著提高了熔渣区和气化区的温度，扩大了原料煤的适应范围，为合理利用煤资源和降低煤气制气成本开拓了新途径。
本发明所采用的炉体结构既可保证安全运行，又保持了常压固定层煤气化炉结构简单的特点，可节省炉体建造投资。
附图说明
图1为本发明的采用等离子体炬加热技术的煤气化方法的流程图。
图2为本发明的等离子技术煤气化炉的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合附图和具体实施例，对本发明进一步详细说明。
本发明提供一种采用等离子体炬加热技术的煤气化方法及装置，包括以下步骤：
1、原料煤制备和通过自动加料系统将原料煤加入到专门结构的等离子技术煤气化炉中；原料煤可包括高灰分和高熔点的煤，以及有粘性的烟煤和次烟煤等；原料煤要保持一定的粒度范围（碎粒煤＞3mm，粉煤含量＜10%）。
2、原料煤在煤气化炉中被气化，创新的气化技术为传统常压固定层气化与现代高温熔渣气化相结合，等离子体炬为熔渣气化提供辅助热量；熔渣区的温度可高于1700。C，气化区温度可高于1300。C；原料煤碳转化率高且炉渣中残碳低；连续气化且气化率高和气化强度大；气化剂为含氧量约50%的富氧空气和约120的饱和水蒸气；生成的气体为富含CO和和H2的合成气，无废气排放。气化剂水蒸汽分解率高，几乎全部参加反应，不仅降低了水蒸汽的消耗也减少了气化废水的数量。熔融态排出的炉渣经激冷成为无渗滤性的玻璃体碎粒，可用作建材； 等离子体炬为直流金属电极和非转移弧等离子喷枪。
3、从煤气炉出来的合成气按常规技术进废热锅炉回收热量后，再经洗涤设备降温和除尘。
4、将通过步骤3分离的气体和洗涤废水分别收集，煤气气体可作为工业炉窑燃料气或化工用原料气，洗涤废水经合适的深度水处理后，可回收焦油、苯酚等副产品，并且可回用作为洗涤设备的给水。
本发明还提供一种采用专门结构的等离子体炬加热技术的煤气化炉，包括一直立圆筒形炉体；炉体内侧整体设有耐火材料层，包括至少三种不同性能的耐火砖层、耐火板层和耐火浇铸料层；炉体下部还设有冷却水夹套，其高度要高过熔渣区；炉体顶部设有原料煤进口，包括1根轴向进料管；炉体上部设有合成气出口，包括1根径向出气管；炉体下部设有气化剂进口，包括沿圆周方向有一组进口管；炉体下部设有等离子体炬，包括沿圆周方向有一组等离子体喷枪；炉体底部设有炉渣出口；包括1根轴向排渣管。
炉体结构既可保证安全运行，又保持了常压固定层煤气化炉结构简单的特点，可节省炉体建造投资。
本发明提供的创新的气化技术将传统常压固定层气化与现代高温熔渣气化相结合，等离子体炬为熔渣气化提供辅助热量，显著提高了熔渣区和气化区的温度，扩大了原料煤的适应范围，为合理利用煤资源和降低煤气制气成本开拓了新途径。
本发明提供的一种采用等离子体炬加热技术的煤气化方法及装置，创新的气化技术将传统常压固定层气化与现代高温熔渣气化相结合，等离子体炬为熔渣气化提供辅助热量，显著提高了熔渣区和气化区的温度，原料煤碳转化率高且炉渣中残碳低，连续气化且气化率高，气化强度大，无废气排放；熔融态排出的炉渣经激冷成为无渗滤性的玻璃体碎粒可用作建材，对保护环境有积极意义。
本发明提供的采用等离子体炬加热技术的煤气化方法及装置，创新的气化技术将传统常压固定层气化与现代高温熔渣气化相结合，等离子体炬为熔渣气化提供辅助热量，显著提高了熔渣区和气化区的温度，提高了气化剂水蒸汽的分解率，使其几乎全部参与气化，不仅降低了水蒸气的消耗，也减少了气化废水，减轻了水处理的负荷，对保护环境具有积极意义。
本发明提供的一种采用等离子体炬加热技术的煤气化方法及装置，创新的气化技术既保持了固定层逆流气化氧耗较低的特点，又结合了高温熔渣气化高气化率和高气化强度的优势，具有先进适用的综合竞争力。等离子体炬提供的辅助热量，消耗的电能仅占原料煤总能源的极少部分，对整体经济性影响较小。由于可采用价廉的当地煤和劣质煤，既能实现较大幅度降低制取煤气的成本，又有利于国家重要稀缺煤资源的保护。
本发明提供的一种采用等离子体炬加热技术的煤气化炉，在炉体内侧整体设有耐火材料层，炉体下部还设有冷却水夹套，可保证炉体运行安全。等离子技术煤气化炉保持了常压固定层煤气化炉结构简单的特点，可节省炉体建造的投资。
综上所述，本发明提供的一种采用等离子体炬加热技术的煤气化方法及装置，理念新颖和构思独特，与传统的常压固定层间歇式煤气化技术和设备相比，原料煤适应范围广，利用当地煤和劣质煤可降低煤气成本，生产效率高且可消除废气排放和减少废水排放，有利于环境保护。可以预计，本发明在不长的时间内将很好服务于煤气化行业的节能减排技术改造，为合理利用煤资源发挥作用。 
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种采用等离子体炬加热技术的煤气化方法，其特征在于，所述煤气化方法包括按以下顺序进行的步骤：
1）原料煤制备和通过加料系统将原料煤加入到等离子技术煤气化炉中；
2）原料煤在所述煤气化炉中被气化，等离子体炬为熔渣气化提供辅助热量；熔渣区的温度高于1700℃，气化区温度高于1300℃；气化剂为富氧空气和水蒸气；生成的气体为富含CO和H2的合成气，熔融态排出的炉渣经激冷成为无渗滤性的玻璃体碎粒；
3）从煤气炉出来的合成气进废热锅炉回收热量后，再经洗涤设备对合成气体分离、降温和除尘； 
4）将通过步骤3）分离的煤气气体和洗涤废水分别收集，所述煤气气体作为工业炉窑燃料气或化工用原料气，洗涤废水经回收副产品和处理后循环使用；
所述等离子技术煤气化炉包括一直立圆筒形的炉体（1），炉体（1）内侧整体设有耐火材料层（2）；炉体（1）下部还设有冷却水夹套（5）；炉体（1）顶部设有自动加料设备（10），炉体（1）上部设有合成气出口（9），炉体（1）下部设有气化剂进口（3）；炉体（1）下部还设有等离子体炬（4）；炉体（1）底部设有炉渣出口（6），所述炉体（1）下部还设有冷却水夹套（5）。
2.根据权利要求1所述的采用等离子体炬加热技术的煤气化方法，其特征在于，所述步骤1）中原料煤包括高灰分和高灰熔点的煤，以及有粘性的烟煤和次烟煤。
3.根据权利要求2所述的采用等离子体炬加热技术的煤气化方法，其特征在于，所述步骤1）中的原料煤的粒度范围是：碎粒煤＞3mm，粉煤含量＜10%。
4.根据权利要求1所述的采用等离子体炬加热技术的煤气化方法，其特征在于，所述步骤2)中的气化剂富氧空气含氧量50%和水蒸气为120℃的饱和蒸汽。
5.根据权利要求1所述的采用等离子体炬加热技术的煤气化方法，其特征在于，所述步骤4）包括对洗涤废水采用深度水处理后回收焦油、苯酚副产品，并且可回用作为洗涤设备的给水。
6.根据权利要求1所述的采用等离子体炬加热技术的煤气化方法，其特征在于所述等离子技术煤气化炉的等离子体炬（4）为沿圆周方向的一组等离子体喷枪，所述等离子体喷枪包括直流金属电极和非转移弧等离子喷枪。
7.根据权利要求1所述的采用等离子体炬加热技术的煤气化方法，其特征在于，所述等离子技术煤气化炉的耐火材料层（2）包括耐火砖层、耐火板层和耐火浇铸料层；所述冷却水夹套（5）高过炉体（1）内的熔渣区。
8.根据权利要求1所述的采用等离子体炬加热技术的煤气化方法，其特征在于，所述等离子技术煤气化炉的自动加料设备（10）包括1根轴向进料管。
9.根据权利要求1所述的采用等离子体炬加热技术的煤气化方法，其特征在于，所述等离子技术煤气化炉的合成气出口（9）包括1根径向出气管；所述气化剂进口（3）包括沿圆周方向的一组进口管；所述炉渣出口包括1根轴向排渣管。
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