CN103756732B - 双流化床低碳燃烧与气化热电气多联产装置及方法 - Google Patents

双流化床低碳燃烧与气化热电气多联产装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双流化床低碳燃烧与气化热电气多联产装置,包括两个子系统组成,分别为燃烧系统和气化系统,燃烧系统通过循环回料系统与气化系统连接。燃烧系统主要采用循环流化床燃烧方式,将部分热灰循环给料进入气化炉熔渣段,以提供气化所需热量,气化后的上部非熔渣段半焦回料给循环流化床燃烧室,以保证物料平衡和提高碳转化率,以及能量利用效率,实现热、电、气等多联产的功能。

Description

双流化床低碳燃烧与气化热电气多联产装置及方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种双流化床低碳燃烧与气化热电气多联产装置及方法,属于多联产
技术领域。
背景技术
[0002] 二氧化碳是最重要的认为温室气体,能源活动是其主要的排放源。据政府间气 候变化专门委员会(简称IPCC)第四次评估报告,全球大气中C02的浓度从1750年的 0. 280mL/L增加到2005年的0. 379mL/L,增加了 35%,2004年全球0)2的排放量比1970 年增加了月80 %。报告还指出,工业化时期以来大气C02浓度的增加,主要源于化石燃料的 使用。我国人均累计C02排放量很低,但是排放总量已位居世界第一,而且中国能源结构以 煤为主,在电源结构方面将继续维持燃煤机组为主体的基本格局。近年来随着火电装机容 量的迅速增发,燃煤电厂C02排放的绝对量和相应比例将进一步增加。2000年我国火电厂 单位发电量的C02排放量高达I. 09kg/(kW•h),减少火电厂C02排放及其捕集封存和资 源化,对于控制和减少温室气体的排放,应对温室效应、全球变暖问题具有重要意义。
[0003] 热电化多联产系统是指以煤等含碳物质为原料,利用锅炉或者气化炉等系统将含 碳原料转化成热蒸汽或者合成气,用于推动燃气轮机和蒸汽轮机发电、供热以及合成化工 产品,充分利用工艺过程中产生的余热的系统。其中,多种燃料转化技术的优化集成方式既 可能是"并联",也可能是"串联",还有可能是更复杂的组合方式。
[0004] 多联产技术,按照现有技术应用情况可分为两类,一类是以气化技术为龙头技术, 产品以合成气为主,可副产部分中低压蒸汽,该系统可实现合成气用于燃气轮机发电、蒸汽 轮机发电、合成气转化成化工原料合成化学品,以及实现区域供暖等功能的多联产系统,如 中国山东兖矿集团建设的我国首座60MW级IGCC发电和24万吨甲醇/年示范工程。另外一 种技术是以燃烧为龙头技术,联合热解炉实现发电、合成气、煤焦油等为主要产品的多联产 系统,如中国专利CN200910153522和CN201210064139等,该系统在国内已建成300MW等级 燃煤循环流化床复合热解多联产装置,并投入试运行。IGCC发电多联产系统由于IGCC系统 目前主要采用气流床气化技术,其技术本身处于发展期,与发电系统的集成存在一定问题, 目前主要出于探索阶段,且由于其高昂的建设费用,IGCC多联产技术的发展困难重重。以 循环流化床锅炉为基础集成化工反应系统实现的多联产技术相对投资低、技术可靠,但必 须充分发挥热电和化工两个不同专业方向各自的技术优势,将其最佳融合和集成,才能实 现多联产系统的高效、稳定和经济运行。目前已投运的循环流化床-热解多联产技术存在 热解后焦油难分离,导致管道、阀门系统堵塞和腐蚀等问题,热解系统过分依赖锅炉系统提 供的热量,负荷受限,使系统可靠性和稳定性收严重影响。
[0005] 因此,开发一种易于执行大型化放大、运行稳定可靠的多联产系统,是提高我国煤 炭等含碳物质多兀化尚效利用的关键技术途径之一。
发明内容
[0006] 本发明要解决的技术问题是:提供了一种运行稳定可靠、易于大型化放大、环保节 能,实现了物料平衡和提高碳转化率,实现了化学法显热回收过程,提高了合成气有效气组 成比例和冷煤气效率,提高气化反应速率,降低了碳捕捉经济性的双流化床低碳燃烧与气 化热电气多联产装置及方法,解决了目前循环流化床-热解多联产技术存在热解后焦油难 分离,导致管道、阀门系统堵塞和腐蚀,热解系统过分依赖锅炉系统提供的热量,负荷受限, 使系统可靠性和稳定性收严重影响的问题。
[0007] 为了解决上述技术问题,本发明的技术方案是提供了一种双流化床低碳燃烧与气 化热电气多联产装置,其特征在于,包括燃烧系统、气化系统和循环回料系统,燃烧系统通 过循环回料系统与气化系统连接;
[0008] 所述的燃烧系统包括循环流化床本体,循环流化床本体的底部设有循环流化床下 渣口和流化风入口,流化风入口通过循环流化床下渣口正上方的循环流化床布风板与循环 流化床本体接通,循环流化床本体的侧面设有沙土给料仓和循环流化床煤粉给料口,循环 流化床本体顶部的循环流化床出口与循环流化床出口旋风分离器连接相通;
[0009] 所述的气化系统包括气化炉本体,气化炉本体分为上段的气化炉低温段和下段的 气化炉高温段,气化炉本体的顶部设有气化炉煤粉给料口、气化炉煤粉仓和煤粉给料均布 器,气化炉高温段的外面设有冷却夹套,气化炉高温段的底部设有气化炉进气口和气化炉 下渣口,气化炉进气口通过气化炉下渣口正上方的流化床气化炉布风板与气化炉高温段接 通,气化炉低温段上侧面的气化炉合成气出口与气化炉出口旋风分离器连接相通;
[0010] 所述的循环回料系统包括循环流化床出口旋风分离器和气化炉出口旋风分离器, 循环流化床出口旋风分离器的顶部设有烟气出口,循环流化床出口旋风分离器的底部与第 二集灰室连接,第二集灰室的两侧分别通过第一回料腿、第二回料腿与循环流化床本体、气 化炉高温段连接,气化炉出口旋风分离器的顶部设有合成气出口,气化炉出口旋风分离器 的底部与第一集灰室连接,第一集灰室的两侧分别通过第四回料腿、第三回料腿与循环流 化床本体、气化炉低温段连接,第一集灰室和第二集灰室的底部分别设有第一流化风和第 二流化风。
[0011] 优选地,所述气化炉低温段的操作温度为600°c~800°C,所述气化炉高温段的操 作温度为800 °C~1100°C。
[0012] 优选地,所述气化炉进气口包括气化剂流化风入口、循环烟气入口和合成气循环 气入口。
[0013] 优选地,所述气化炉进气口设置方向为水平向气化炉高温段内。
[0014] 一种使用双流化床低碳燃烧与气化热电气多联产装置的双流化床低碳燃烧与气 化热电气多联产方法,其特征在于,包括以下步骤:
[0015] 步骤1):燃料进入循环流化床本体后,在空气的氧化作用下发生燃烧反应,烟气 出口的烟气夹带了灰分进入循环流化床出口旋风分离器,在离心力的作用下,灰分颗粒被 分离落入第二集灰室,烟气则循环至循环烟气入口进入气化炉高温段的底部;
[0016] 步骤2):落入第二集灰室的灰分颗粒的50~80%在底部第一流化风的作用下被 送入气化炉高温段,剩余部分返回循环流化床本体;
[0017] 步骤3):燃料从气化炉本体顶部的气化炉煤粉给料口给入,经煤粉给料均布器进 入气化炉本体内,气化炉本体内的温度由上至下依次下降,气化剂由气化炉下半部气化炉 高温段底部的气化剂流化风入口给入,在气化剂的给入区域发生强烈的燃烧和气化反应, 该区域温度可到800°C~1100°C,反应产生大量的混合气体,灰渣在该区域呈现熔融或半 熔融状态,直接由气化炉本体底部的气化炉下渣口排出;
[0018] 步骤4):混合气体由下往上流动,经气化炉高温段上方燃料层时与燃料发生气 化、热解和脱挥发份的反应,形成以C0、H2和CH4为主的合成气,燃料也同时转化为半焦 状态落入气化炉高温段内进一步发生燃烧和气化反应,由于热解和脱挥发份过程为吸热过 程,合成气由高温区的800°C~1100°C降低到300~550°C;
[0019] 步骤5):合成气夹带有部分半焦颗粒进入气化炉出口旋风分离器,在离心力的作 用下颗粒被分离落入第一集灰室,合成气经过合成气净化系统后,一部分可以供煤气,另一 部分则循环至合成气循环气入口进入气化炉高温段的底部;
[0020] 步骤6):落入第一集灰室的灰分颗粒的50~80 %在底部第一流化风的作用下被 送入循环流化床本体的下半部分炉膛内,剩余部分返回气化炉本体内。
[0021] 优选地,所述步骤1)中烟气出口的烟气温度达到800°C~1000°C。
[0022] 优选地,所述步骤1)中烟气出口的烟气夹带了总进入燃料所含灰分5 %wt-30 % wt的灰分。
[0023] 优选地,所述步骤1)中落入第二集灰室的灰分颗粒温度为800°C~1000°C。
[0024] 优选地,所述步骤3)中的气化剂包含富氧空气、水蒸汽、二氧化碳。
[0025] 优选地,所述步骤5)中的落入第一集灰室的灰渣颗粒温度为300°C~550°C。
[0026] 本发明运行稳定可靠、易于大型化放大、环保节能,相比现有技术,本发明还具有 如下有益效果:
[0027] (1)采用循环流化床飞灰部分循环至气化系统的技术方案实现了燃烧系统向气化 系统供热的技术目标,降低了气化系统氧气消耗量,提高了合成气有效气组成比例和冷煤 气效率;
[0028] (2)采用气化炉部分气化后半焦回料至循环流化床系统实现了燃料碳转化率和燃 烧热负荷的双重保证,使循环流化床床料得到平衡,并能保证难气化的半焦中的残炭被充 分利用;
[0029] (3)采用气化技术分为高温气化区和中低温热解干馏区,使高温合成气的显热得 到了回收,实现了化学法显热回收过程,另外气化炉本体下部高温区的设置也将为充分发 生气化反应提供了充分的条件;
[0030] (4)本发明的装置和方法可实现供发电蒸汽、供城市煤气和供暖气蒸汽等的三联 供并将燃烧后得到的烟气进行充分利用,大大降低了碳捕捉经济性。
[0031] 本发明将合成气夹带的难气化颗粒和少量焦油通过循环流化床进行燃烧,解决了 焦油析出堵塞管道和气化炉下渣口流出灰渣中残炭含量高的问题。
附图说明
[0032] 图1为一种双流化床低碳燃烧与气化热电气多联产装置示意图。
[0033] 附图标记说明
[0034] 1-循环流化床本体;2-气化炉本体;2a_气化炉低温段;2b_气化炉高温段;3-循 环流化床出口旋风分离器;4-气化炉煤粉给料口;5-气化炉煤粉仓;6-煤粉给料均布器; 7-第一集灰室;8-气化炉出口旋风分离器;9-循环流化床布风板;10-沙土给料仓;11-循 环流化床煤粉给料口; 12-流化风入口; 13-合成气出口;14-第二集灰室;15-第一回料腿、 16-第二回料腿、20-第三回料腿、21-第四回料腿;17-烟气出口;18-循环流化床出口; 19-气化炉进气口,19a-气化剂流化风入口,19b-循环烟气入口,19c-合成气循环气入口, 22-循环流化床下渣口,23-气化炉下渣口,24-气化炉合成气出口,25-第一流化风、26-第 二流化风,27-合成气净化系统,28-流化床气化炉布风板,29-冷却夹套。
具体实施方式
[0035] 为使本发明更明显易懂,兹以优选实施例,并配合附图作详细说明如下。
[0036] -种双流化床低碳燃烧与气化热电气多联产装置,包括两个子系统组成,分别为 燃烧系统和气化系统,燃烧系统通过循环回料系统与气化系统连接。如图1所示,为一种双 流化床低碳燃烧与气化热电气多联产装置示意图。燃烧系统主要采用循环流化床燃烧方 式,将部分热灰循环给料进入气化炉熔渣段,以提供气化所需热量,气化后的上部非熔渣段 半焦回料给循环流化床燃烧室,以保证物料平衡和提高碳转化率,以及能量利用效率,实现 热、电、气等多联广的功能。
[0037]燃烧系统包括循环流化床本体1,循环流化床本体1首先由循环流化床本体1侧面 的沙土给料仓10和循环流化床煤粉给料口 11送入沙土和燃料,由循环流化床本体1底部 的流化风入口 12送入流化风,经循环流化床下渣口 22正上方的循环流化床布风板9分成 多股气流向上窜行进入循环流化床本体1内,在循环流化床本体1中形成流态化进行燃烧, 燃烧后的灰渣从循环流化床本体1底部的循环流化床下渣口 22排出,烟气自下而上由循环 流化床出口 18导入循环流化床出口旋风分离器3。
[0038] 气化系统包括气化炉本体2,气化炉本体2分为上段的气化炉低温段2a和下段的 气化炉高温段2b两个部分,整体为流化床气化炉,煤粉从气化炉本体2顶部的气化炉煤粉 给料口 4给入气化炉煤粉仓5,由气化炉煤粉仓5下料,经过煤粉给料均布器6下料进入气 化炉低温段2a,气化炉本体2下段气化炉高温段2b底部安装有气化炉进气口 19,气化炉进 气口 19通过气化炉下渣口 23正上方的流化床气化炉布风板28与气化炉高温段2b接通。 气化炉进气口 19设置方向为水平向气化炉高温段2b内,气化炉进气口 19包括气化剂流化 风入口 19a、循环烟气入口 19b和合成气循环气入口 19c。气化剂主要以02等氧化气为主, 与煤在气化炉高温段2b发生激烈的燃烧和气化反应,形成高温段,反应产生燃尽熔渣从气 化炉高温段2b底部的气化炉下渣口 23排出,为保证气化高温段(即气化炉高温段2b)的 温度,气化炉高温段2b外面的壁面采用冷却夹套29保护,反应产生的热烟气向上进入气化 炉低温段2a,与煤粉逆流发生热解、气化和脱挥发份等反应,合成气温度随之迅速下降,煤 粉也被反应剩下部分难燃尽的半焦和残炭,行下落入气化炉高温段2b继续反应,合成气经 气化炉出口旋风分离器8将颗粒分离后进入合成气净化系统27,最终得到清洁的合成气, 可供城市煤气。
[0039] 合成气上流至气化炉低温段2a上侧面的气化炉合成气出口 24,此时合成气夹带 有部分半焦颗粒,合成气由气化炉合成气出口 24进入气化炉出口旋风分离器8。
[0040] 气化炉低温段2a的操作温度为600°C~800°C,气化炉高温段2b的操作温度为 800°C~IKKTC0
[0041] 循环回料系统包括循环流化床出口旋风分离器3和气化炉出口旋风分离器8,循 环流化床出口旋风分离器3夹带的部分灰粉颗粒在离心力的作用下被分离进入与其底部 连接的第二集灰室14,烟气由循环流化床出口旋风分离器3顶部的烟气出口17流出燃烧 系统。被分离下来的灰分在第二集灰室14底部的第一流化风25的作用下,部分通过第一 回料腿15返回循环流化床本体1,部分通过第二回料腿16被送入气化炉高温段2b补充气 化所需热量。合成气夹带的部分灰粉颗粒在离心力的作用下被气化炉出口旋风分离器8分 离进入与其底部连接的第一集灰室7,合成气由气化炉出口旋风分离器8顶部的合成气出 口13流出气化系统。被分离下来的灰分在第一集灰室7底部的第二流化风26的作用下, 大部分半焦通过第四回料腿21进入循环流化床本体1进行燃烧,剩余部分通过第三回料腿 20回流至气化炉低温段2a继续反应。
[0042] 燃料主要从循环流化床本体1的侧面给料口和气化炉本体2顶部的给料口给入整 个系统,可采用固态粉体燃料,包括煤、石油焦、煤矸石、生物质等含碳固体燃料。
[0043] 循环流化床本体1内主要发生燃烧反应,在循环流化床本体1底部喷入的流化风 采用空气。气化炉本体2内主要发生热解和气化反应,在气化炉本体2侧下方喷入的气化 剂采用富氧空气(氧气浓度多21% )、水蒸汽、二氧化碳等气体。
[0044] 旋风分离器均采用耐火衬里设计,保证物流在旋风分离器内的最小热损失。
[0045] 循环流化床出口旋风分离器3和气化炉出口旋风分离器8底部集灰室所使用的流 化风通常采用N2、CO2、Ar等气体或其混合物。
[0046] -种双流化床低碳燃烧与气化热电气多联产方法,其包括以下步骤:
[0047] 步骤1):燃料进入循环流化床本体1后,在空气的氧化作用下发生燃烧反应,烟气 出口 17的烟气温度达到800°C~1000°C,烟气出口 17的烟气夹带了 5%wt-30%wt的灰 分(总进入燃料所含灰分)进入循环流化床出口旋风分离器3,在离心力的作用下,灰分颗 粒被分离落入第二集灰室14,烟气则循环至循环烟气入口 19b进入气化炉高温段2b的底 部;
[0048] 步骤2):落入第二集灰室14的灰分颗粒温度为800°C~1000°C,落入第二集灰室 14的灰分颗粒的50~80%在底部第一流化风25的作用下被送入气化炉高温段2b,剩余部 分返回循环流化床本体1 ;
[0049] 步骤3):燃料(1000 t/d煤)从气化炉本体2顶部的气化炉煤粉给料口 4给入, 经煤粉给料均布器6进入气化炉本体2内,气化炉本体2内的温度由上至下依次下降,气化 剂(体积浓度99. 6 %的氧气等,氧碳原子摩尔比0. 75)和50 %的循环烟气由气化炉下半部 气化炉高温段2b底部的气化剂流化风入口 19a给入,在气化剂的给入区域发生强烈的燃烧 和气化反应,该区域温度可到800°C~1100°C,反应产生大量的混合气体,灰渣在该区域呈 现熔融或半熔融状态,直接由气化炉本体2底部的气化炉下渣口 23排出;
[0050] 步骤4):混合气体由下往上流动,经气化炉高温段2b上方燃料层时与燃料发生气 化、热解和脱挥发份的反应,形成以C0、H2和CH4为主的合成气,燃料也同时转化为半焦状 态落入气化炉高温段2b内进一步发生燃烧和气化反应,由于热解和脱挥发份过程为吸热 过程,合成气由高温区的800°C~1100°C降低到300~550°C;
[0051] 步骤5):合成气夹带有部分半焦颗粒进入气化炉出口旋风分离器8,在离心力的 作用下颗粒被分离落入第一集灰室7,合成气经过合成气净化系统27后,最终得到清洁的 合成气,一部分可以供城市煤气,另一部分则循环至合成气循环气入口 19c进入气化炉高 温段2b的底部;
[0052] 步骤6):落入第一集灰室7的灰渣颗粒温度为300°C~550°C,落入第一集灰室7 的灰分颗粒的50~80 %在底部第一流化风26的作用下被送入循环流化床本体1的下半部 分炉膛内,剩余部分返回气化炉本体2内。
[0053] 以上步骤主要实现了将主要用于发电的循环流化床技术和用于化工合成气生产 的气化技术有机整合在一起,达到了热、电、合成气等的多联产目的,将燃烧过程中部分飞 灰显热用于气化系统供气化反应吸热,未气化完全或难气化半焦进入循环流化床执行燃烧 反应,以上过程实现了能量利用的最优化,实现了燃烧显热部分供给气化反应,气化后半焦 用于燃烧补足燃烧热负荷,实现发电供热系统与化工系统的优势互补。
[0054] 本发明通过将流化床燃烧和气化炉气化两者功能相结合的优势互补,实现流化床 为流化床气化炉供热,气化炉为流化床补充部分热量的功能,实现热、电、合成气等多联产 目的,同时在开启流化床本体,烟气循环至流化床气化炉后可实现低碳燃烧。
[0055]
Figure CN103756732BD00091
[0057] 实施例1
[0058] 为了达到热、电、和合成气等的多联产,针对300MW发电量的循环流化床锅炉系统 和1000 t/d煤处理量的固定床气化系统进行多联产设计,本发明提供了一种双流化床低 碳燃烧与气化热电气多联产装置,包括两个子系统组成,分别为燃烧系统和气化系统,燃烧 系统通过循环回料系统与气化系统连接。气化系统包括气化炉本体2,气化炉本体2包括气 化炉低温段2a和气化炉高温段2b。气化炉低温段2a的操作温度为60(TC,气化炉高温段 2b的操作温度为800 °C。
[0059] -种双流化床低碳燃烧与气化热电气多联产方法,其包括以下步骤:
[0060] 步骤1):燃料进入循环流化床本体1后,在空气的氧化作用下发生燃烧反应,烟气 出口 17的烟气温度达到800°C°C,烟气出口 17的烟气夹带了 5%Wt的灰分(总进入燃料 所含灰分)进入循环流化床出口旋风分离器3,在离心力的作用下,灰分颗粒被分离落入第 二集灰室14,烟气则循环至循环烟气入口 19b进入气化炉高温段2b的底部;
[0061] 步骤2):落入第二集灰室14的灰分颗粒温度为800 °C,落入第二集灰室14的灰分 颗粒的50%在底部第一流化风25的作用下被送入气化炉高温段2b,剩余部分返回循环流 化床本体1 ;
[0062] 步骤3):燃料(1000 t/d煤)从气化炉本体2顶部的气化炉煤粉给料口 4给入, 经煤粉给料均布器6进入气化炉本体2内,气化炉本体2内的温度由上至下依次下降,气化 剂(体积浓度99. 6 %的氧气等,氧碳原子摩尔比0. 75)和50 %的循环烟气由气化炉下半部 气化炉高温段2b底部的气化剂流化风入口 19a给入,在气化剂的给入区域发生强烈的燃烧 和气化反应,该区域温度可到800°C,反应产生大量的混合气体,灰渣在该区域呈现熔融或 半熔融状态,直接由气化炉本体2底部的气化炉下渣口 23排出;
[0063] 步骤4):混合气体由下往上流动,经气化炉高温段2b上方燃料层时与燃料发生气 化、热解和脱挥发份的反应,形成以C0、H2和CH4为主的合成气,燃料也同时转化为半焦状 态落入气化炉高温段2b内进一步发生燃烧和气化反应,由于热解和脱挥发份过程为吸热 过程,合成气由高温区的800°C降低到300°C;
[0064] 步骤5):合成气夹带有部分半焦颗粒进入气化炉出口旋风分离器8,在离心力的 作用下颗粒被分离落入第一集灰室7,合成气经过合成气净化系统27后,最终得到清洁的 合成气,一部分可以供城市煤气,另一部分则循环至合成气循环气入口 19c进入气化炉高 温段2b的底部;
[0065]步骤6):落入第一集灰室7的灰渣颗粒温度为300°C,落入第一集灰室7的灰分颗 粒的50%在底部第一流化风26的作用下被送入循环流化床本体1的下半部分炉膛内,剩余 部分返回气化炉本体2内。
[0066] 实施例2
[0067] 为了达到热、电、和合成气等的多联产,针对300MW发电量的循环流化床锅炉系统 和1000 t/d煤处理量的固定床气化系统进行多联产设计,本发明提供了一种双流化床低 碳燃烧与气化热电气多联产装置,包括两个子系统组成,分别为燃烧系统和气化系统,燃烧 系统通过循环回料系统与气化系统连接。气化系统包括气化炉本体2,气化炉本体2包括气 化炉低温段2a和气化炉高温段2b。气化炉低温段2a的操作温度为70(TC,气化炉高温段 2b的操作温度为850 °C。
[0068] 一种双流化床低碳燃烧与气化热电气多联产方法,其包括以下步骤:
[0069]步骤1):燃料进入循环流化床本体1后,在空气的氧化作用下发生燃烧反应,烟气 出口 17的烟气温度达到850°C,烟气出口 17的烟气夹带了 20%wt的灰分(总进入燃料所 含灰分)进入循环流化床出口旋风分离器3,在离心力的作用下,灰分颗粒被分离落入第二 集灰室14,烟气则循环至循环烟气入口 19b进入气化炉高温段2b的底部;
[0070] 步骤2):落入第二集灰室14的灰分颗粒温度为850 °C,落入第二集灰室14的灰分 颗粒的60%在底部第一流化风25的作用下被送入气化炉高温段2b,剩余部分返回循环流 化床本体1 ;
[0071] 步骤3):燃料(1000 t/d煤)从气化炉本体2顶部的气化炉煤粉给料口 4给入, 经煤粉给料均布器6进入气化炉本体2内,气化炉本体2内的温度由上至下依次下降,气化 剂(体积浓度99. 6 %的氧气等,氧碳原子摩尔比0. 75)和50 %的循环烟气由气化炉下半部 气化炉高温段2b底部的气化剂流化风入口 19a给入,在气化剂的给入区域发生强烈的燃烧 和气化反应,该区域温度可到850°C,反应产生大量的混合气体,灰渣在该区域呈现熔融或 半熔融状态,直接由气化炉本体2底部的气化炉下渣口 23排出;
[0072] 步骤4):混合气体由下往上流动,经气化炉高温段2b上方燃料层时与燃料发生气 化、热解和脱挥发份的反应,形成以C0、H2和CH4为主的合成气,燃料也同时转化为半焦状 态落入气化炉高温段2b内进一步发生燃烧和气化反应,由于热解和脱挥发份过程为吸热 过程,合成气由高温区的850°C降低到450°C;
[0073] 步骤5):合成气夹带有部分半焦颗粒进入气化炉出口旋风分离器8,在离心力的 作用下颗粒被分离落入第一集灰室7,合成气经过合成气净化系统27后,最终得到清洁的 合成气,一部分可以供城市煤气,另一部分则循环至合成气循环气入口 19c进入气化炉高 温段2b的底部;
[0074]步骤6):落入第一集灰室7的灰渣颗粒温度为450°C,落入第一集灰室7的灰分颗 粒的60 %在底部第一流化风26的作用下被送入循环流化床本体1的下半部分炉膛内,剩余 部分返回气化炉本体2内。
[0075] 实施例3
[0076] 为了达到热、电、和合成气等的多联产,针对300MW发电量的循环流化床锅炉系统 和1000 t/d煤处理量的固定床气化系统进行多联产设计,本发明提供了一种双流化床低 碳燃烧与气化热电气多联产装置,包括两个子系统组成,分别为燃烧系统和气化系统,燃烧 系统通过循环回料系统与气化系统连接。气化系统包括气化炉本体2,气化炉本体2包括气 化炉低温段2a和气化炉高温段2b。气化炉低温段2a的操作温度为80(TC,气化炉高温段 2b的操作温度为1100°C。
[0077] -种双流化床低碳燃烧与气化热电气多联产方法,其包括以下步骤:
[0078] 步骤1):燃料进入循环流化床本体1后,在空气的氧化作用下发生燃烧反应,烟气 出口 17的烟气温度达到1000°C,烟气出口 17的烟气夹带了 30%wt的灰分(总进入燃料 所含灰分)进入循环流化床出口旋风分离器3,在离心力的作用下,灰分颗粒被分离落入第 二集灰室14,烟气则循环至循环烟气入口 19b进入气化炉高温段2b的底部;
[0079] 步骤2):落入第二集灰室14的灰分颗粒温度为1000°C,落入第二集灰室14的灰 分颗粒的80%在底部第一流化风25的作用下被送入气化炉高温段2b,剩余部分返回循环 流化床本体1 ;
[0080] 步骤3):燃料(1000t/d煤)从气化炉本体2顶部的气化炉煤粉给料口 4给入,经 煤粉给料均布器6进入气化炉本体2内,气化炉本体2内的温度由上至下依次下降,气化剂 (体积浓度99. 6%的氧气等,氧碳原子摩尔比0. 75)和50%的循环烟气由气化炉下半部气 化炉高温段2b底部的气化剂流化风入口 19a给入,在气化剂的给入区域发生强烈的燃烧和 气化反应,该区域温度可到ll〇〇°C,反应产生大量的混合气体,灰渣在该区域呈现熔融或半 熔融状态,直接由气化炉本体2底部的气化炉下渣口 23排出;
[0081] 步骤4):混合气体由下往上流动,经气化炉高温段2b上方燃料层时与燃料发生气 化、热解和脱挥发份的反应,形成以CO、H2和CH4为主的合成气,燃料也同时转化为半焦状 态落入气化炉高温段2b内进一步发生燃烧和气化反应,由于热解和脱挥发份过程为吸热 过程,合成气由高温区的ll〇〇°C降低到550°C;
[0082] 步骤5):合成气夹带有部分半焦颗粒进入气化炉出口旋风分离器8,在离心力的 作用下颗粒被分离落入第一集灰室7,合成气经过合成气净化系统27后,最终得到清洁的 合成气,一部分可以供城市煤气,另一部分则循环至合成气循环气入口 19c进入气化炉高 温段2b的底部;
[0083] 步骤6):落入第一集灰室7的灰渣颗粒温度为550°C,落入第一集灰室7的灰分颗 粒的80 %在底部第一流化风26的作用下被送入循环流化床本体1的下半部分炉膛内,剩余 部分返回气化炉本体2内。

Claims (10)

1. 一种双流化床低碳燃烧与气化热电气多联产装置,其特征在于,包括燃烧系统、气化 系统和循环回料系统,燃烧系统通过循环回料系统与气化系统连接; 所述的燃烧系统包括循环流化床本体(1),循环流化床本体(1)的底部设有循环流化 床下渣口(22)和流化风入口(12),流化风入口(12)通过循环流化床下渣口(22)正上方的 循环流化床布风板(9)与循环流化床本体(1)接通,循环流化床本体(1)的侧面设有沙土 给料仓(10)和循环流化床煤粉给料口(11),循环流化床本体(1)顶部的循环流化床出口 (18)与循环流化床出口旋风分离器(3)连接相通; 所述的气化系统包括气化炉本体(2),气化炉本体(2)分为上段的气化炉低温段(2a) 和下段的气化炉高温段(2b),气化炉本体(2)的顶部设有气化炉煤粉给料口(4)、气化炉煤 粉仓(5)和煤粉给料均布器(6),气化炉高温段(2b)的外面设有冷却夹套(29),气化炉高 温段(2b)的底部设有气化炉进气口(19)和气化炉下渣口(23),气化炉进气口(19)通过气 化炉下渣口(23)正上方的流化床气化炉布风板(28)与气化炉高温段(2b)接通,气化炉低 温段(2a)上侧面的气化炉合成气出口(24)与气化炉出口旋风分离器(8)连接相通; 所述的循环回料系统包括循环流化床出口旋风分离器(3)和气化炉出口旋风分离器 (8),循环流化床出口旋风分离器(3)的顶部设有烟气出口(17),循环流化床出口旋风分离 器⑶的底部与第二集灰室(14)连接,第二集灰室(14)的两侧分别通过第一回料腿(15)、 第二回料腿(16)与循环流化床本体(1)、气化炉高温段(2b)连接,气化炉出口旋风分离器 (8)的顶部设有合成气出口(13),气化炉出口旋风分离器(8)的底部与第一集灰室(7)连 接,第一集灰室(7)的两侧分别通过第四回料腿(21)、第三回料腿(20)与循环流化床本体 (1)、气化炉低温段(2a)连接,第一集灰室(7)和第二集灰室(14)的底部分别设有第一流 化风(25)和第二流化风(26)。
2. 如权利要求1所述的一种双流化床低碳燃烧与气化热电气多联产装置,其特征在 于,所述气化炉低温段(2a)的操作温度为600°C~800°C,所述气化炉高温段(2b)的操作 温度为800 °C~1100°C。
3. 如权利要求1所述的一种双流化床低碳燃烧与气化热电气多联产装置,其特征在 于,所述气化炉进气口(19)包括气化剂流化风入口(19a)、循环烟气入口(19b)和合成气循 环气入口(19c)。
4. 如权利要求1或3所述的一种双流化床低碳燃烧与气化热电气多联产装置,其特征 在于,所述气化炉进气口(19)设置方向为水平向气化炉高温段(2b)内。
5. -种使用如权利要求1所述双流化床低碳燃烧与气化热电气多联产装置的双流化 床低碳燃烧与气化热电气多联产方法,其特征在于,包括以下步骤: 步骤1):燃料进入循环流化床本体(1)后,在空气的氧化作用下发生燃烧反应,烟气 出口(17)的烟气夹带了灰分进入循环流化床出口旋风分离器(3),在离心力的作用下,灰 分颗粒被分离落入第二集灰室(14),烟气则循环至循环烟气入口(19b)进入气化炉高温段 (2b)的底部; 步骤2):落入第二集灰室(14)的灰分颗粒的50~80%在底部第一流化风(25)的作 用下被送入气化炉高温段(2b),剩余部分返回循环流化床本体(1); 步骤3):燃料从气化炉本体(2)顶部的气化炉煤粉给料口(4)给入,经煤粉给料均布 器(6)进入气化炉本体(2)内,气化炉本体(2)内的温度由下至上依次下降,气化剂由气化 炉下半部气化炉高温段(2b)底部的气化剂流化风入口(19a)给入,在气化剂的给入区域 发生强烈的燃烧和气化反应,该区域温度可到800°C~1100°C,反应产生大量的混合气体, 灰渣在该区域呈现熔融或半熔融状态,直接由气化炉本体(2)底部的气化炉下渣口(23)排 出; 步骤4):混合气体由下往上流动,经气化炉高温段(2b)上方燃料层时与燃料发生气 化、热解和脱挥发份的反应,形成以〇)、4和CH4为主的合成气,燃料也同时转化为半焦状态 落入气化炉高温段(2b)内进一步发生燃烧和气化反应,由于热解和脱挥发份过程为吸热 过程,合成气由高温区的800°C~1100°C降低到300~550°C; 步骤5):合成气夹带有部分半焦颗粒进入气化炉出口旋风分离器(8),在离心力的作 用下颗粒被分离落入第一集灰室(7),合成气经过合成气净化系统(27)后,最终得到清洁 的合成气,一部分可以供城市煤气,另一部分则循环至合成气循环气入口(19c)进入气化 炉高温段(2b)的底部; 步骤6):落入第一集灰室(7)的灰分颗粒的50~80%在底部第一流化风(26)的作用 下被送入循环流化床本体(1)的下半部分炉膛内,剩余部分返回气化炉本体(2)内。
6. 如权利要求5所述的一种双流化床低碳燃烧与气化热电气多联产方法,其特征在 于,所述步骤1)中烟气出口(17)的烟气温度达到800°C~1000°C。
7. 如权利要求5所述的一种双流化床低碳燃烧与气化热电气多联产方法,其特征在 于,所述步骤1)中烟气出口(17)的烟气夹带了总进入燃料所含灰分5 %wt-30 %wt的灰 分。
8. 如权利要求5所述的一种双流化床低碳燃烧与气化热电气多联产方法,其特征在 于,所述步骤1)中落入第二集灰室(14)的灰分颗粒温度为800°C~1000°C。
9. 如权利要求5所述的一种双流化床低碳燃烧与气化热电气多联产方法,其特征在 于,所述步骤3)中的气化剂包含富氧空气、水蒸汽、二氧化碳。
10. 如权利要求5所述的一种双流化床低碳燃烧与气化热电气多联产方法,其特征在 于,所述步骤5)中的落入第一集灰室(7)的灰渣颗粒温度为300°C~550°C。
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