CN103897740B - 煤炭共气化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及煤炭气化领域，尤其涉及一种煤炭共气化方法。包括如下步骤：步骤1、向所述气化炉中注入燃料和第一压力含氧气体，并引燃所述燃料以对所述气化炉内部进行升温；步骤2、在所述升温达到能引燃待注入水煤浆的温度时，停止所述燃料和所述第一压力含氧气体的注入，然后向所述气化炉注入水煤浆和第二压力含氧气体以进行水煤浆气化；步骤3、待所述水煤浆气化稳定后，将第三压力含氧气体和携带有煤粉的压力二氧化碳气体注入所述气化炉中以进行共气化。本发明提供了一种运行稳定的煤炭共气化方法，该方法，在保证水煤浆气化的稳定后构建共气化，从而保证了共气化过程中的运行稳定，而无需面临现有技术中繁琐、费时、难度大的调节步骤。

Description

煤炭共气化方法
技术领域
本发明涉及煤炭气化领域，尤其涉及一种煤炭共气化方法。
背景技术
煤炭气化是指在一定温度及压力下使煤中有机质与气化剂（例如氧气）发生一系列化学反应，将固体煤转化为含有CO、H2、CH4等可燃气体和CO2、N2等非可燃气体的过程目前常见的煤炭气化技术主要包括水煤浆气化技术、粉煤气化技术、生物质气化、以及近期仍处于技术完善状态的多元浆料气化技术，其中，不同相态的气化原料的气化方法存在明显不同。不同相态原料的共气化，如粉煤与水煤浆的共气化，气化方法更为复杂，具体步骤明显不同于单独的水煤浆气化、粉煤气化和多元浆料气化。
CN101760244A公开了一种三相态多原料加压煤气化装置及其工艺。气化工艺包括将破碎后的原料煤、水及添加剂研磨成水煤浆，水煤浆通过混合喷嘴进入燃烧室；将破碎后的干煤粉用高压二氧化碳气体输送通过混合喷嘴进入燃烧室，再向燃烧室注入高压压力氧气。在高温作用下，高压压力氧气与水煤浆和煤粉发生化学反应，生成以一氧化碳及氢气为主的合成气（工业煤气）。这种将多相态原料同时加入气化炉中混合燃烧，燃烧过程极易出现不稳定的现象，由此可能导致合成气的组分不稳定，或者导致合成气品质较低。而在出现上述不稳定的现象的时候，需要尝试对多种原料逐一进行调整以获得较为稳定的共气化过程，该调节步骤繁琐、费时、难度大。
发明内容
针对相关技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种运行稳定的煤炭共气化方法。
为实现上述目的，本发明提供一种煤炭共气化方法，包括如下步骤：步骤1、向气化炉中注入燃料和第一压力含氧气体，并引燃燃料以对气化炉内部进行升温；步骤2、在升温达到能引燃待注入水煤浆的温度时，停止燃料和第一压力含氧气体的注入，然后向气化炉注入上述待注入水煤浆和第二压力含氧气体以进行水煤浆气化；步骤3、待水煤浆气化稳定后，将第三压力含氧气体和携带有煤粉的压力二氧化碳气体注入气化炉中以进行共气化。
同样的压力含氧气体，当“开始注入的时间”不同时用“第一、第二和第三压力含氧气体”区分。换言之，第一、第二和第三压力含氧气体为相同的压力含氧气体，“第一、第二和第三”仅是对上述三个压力含氧气体具有不同的“开始注入的时间”的限定，而不是对其压力或自身参数构成的限定。第一、第二和第三压力含氧气体的注入位置优选地可以不同，而且同一注入位置可以采用相同或不同注入设备。
根据本发明，在步骤2中：注入的第二压力含氧气体与待注入水煤浆的氧煤比，位于0.54-0.70Nm3/kg的范围内。
根据本发明，在步骤3中：注入的第三压力含氧气体与煤粉的氧煤比，位于0.49-0.65Nm3/kg的范围内。
氧煤比为单位时间通过有效截面的氧气的体积与煤炭的质量之比，即氧气的体积流量与煤炭的质量流量的比，单位：Nm3/kg，上述煤炭是指压力二氧化碳气体所携带的煤粉或水煤浆中的煤炭，上述煤炭的质量是指压力二氧化碳气体所携带的煤粉的质量或水煤浆中的煤炭的质量，而不计载气或水及添加剂的质量。
根据本发明，在步骤1中的燃料和第一压力含氧气体由设置在气化炉的顶部的点火烧嘴注入气化炉。
根据本发明，所述步骤2为如下依次执行的步骤：步骤2.1、在升温达到能引燃待注入水煤浆的温度时，停止燃料和第一压力含氧气体的注入，步骤2.2、将点火烧嘴更换为粉煤烧嘴，并开启粉煤烧嘴的耐高温保护系统；步骤2.3、在气化炉的侧壁安装炉侧烧嘴，并开启炉侧烧嘴的耐高温保护系统；步骤2.4、通过炉侧烧嘴向气化炉注入上述待注入水煤浆和第二压力含氧气体以进行水煤浆气化。
根据本发明，在步骤3中，第三压力含氧气体和携带有煤粉的压力二氧化碳气体由粉煤烧嘴注入气化炉中。
根据本发明，待注入水煤浆的质量流量大于或等于炉侧烧嘴的负荷的70%。
根据本发明，在步骤2.4中：在进行水煤浆气化的同时开启气化炉的黑水循环系统。
根据本发明，在步骤3中还包括如下步骤：通过在0.49-0.65Nm3/kg的范围内调节第三压力含氧气体与煤粉的氧煤比，和/或通过在0.54-0.70Nm3/kg的范围内调节第二压力含氧气体与待注入水煤浆的氧煤比，控制气化炉的运行温度。
根据本发明，当气化炉内衬为水冷壁时，控制气化炉的运行温度在1400-1600℃的范围内；当气化炉内衬为耐火砖时，控制气化炉的运行温度在1300-1400℃的范围内。
根据本发明，在步骤3中还包括如下步骤：通过等比例的增加或降低第三压力含氧气体中氧气的体积流量、煤粉的质量流量、第二压力含氧气体中氧气的体积流量和待注入水煤浆中煤炭的质量流量，控制气化炉的运行压力。
根据本发明，当气化炉内衬为水冷壁时，控制气化炉的运行压力在4.5-7.0MPa的范围内；当气化炉内衬为耐火砖时，控制气化炉的运行压力在4.5-7.0MPa的范围内。
根据本发明，在步骤1中：通过调节燃料和第一压力含氧气体的注入流量，控制升温的速率小于或等于50℃/h。
根据本发明，能引燃待注入水煤浆的温度大于或等于1000℃。
根据本发明，在步骤1中：第一压力含氧气体和燃料由点火烧嘴的相互隔离的通道注入气化炉；在步骤3中：第三压力含氧气体和携带有煤粉的压力二氧化碳气体由粉煤烧嘴的相互隔离的通道注入气化炉。
根据本发明，燃料为燃料油或燃料气，第一压力含氧气体、第二压力含氧气体和第三压力含氧气体均为压力氧气；其中，当燃料为燃料油时，燃料油经雾化后注入气化炉。
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
本发明的煤炭共气化方法，首先通过向气化炉中注入燃料和第一压力含氧气体并引燃燃料以对气化炉内部进行升温。然后，在升温达到能引燃待注入水煤浆的温度时，停止注入燃料和第一压力含氧气体的注入，并将水煤浆和第二压力含氧气体注入气化炉中以进行水煤浆气化，即在气化炉中进行对水煤浆的气化。待水煤浆气化稳定后，向气化炉注入煤粉和第三压力含氧气体以进行共气化，即此时，在气化炉中同时进行对煤粉的气化以及对水煤浆的气化，由此构成了煤炭的共气化。该煤炭共气化方法，在保证水煤浆的稳定后构建共气化，保证了共气化过程中的运行稳定，无需面临现有技术中繁琐、费时、难度大的调节步骤。
附图说明
图1本发明的煤炭共气化方法的一个实施例在应用过程中的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明具体实施方式进行描述。
参照图1，示意出应用本发明的煤炭共气化方法的一个实施例的气化炉。其中，本实施例中，气化炉的内衬为水冷壁。在气化炉的侧壁设置炉侧烧嘴1，在气化炉的顶部设置炉顶烧嘴2。第一注入管线3和第一管路4与炉顶烧嘴2连通，第二注入管线5和第二管路6与炉侧烧嘴1连通。可理解，在本实施例中，炉顶烧嘴2同时示出了点火烧嘴和粉煤烧嘴的位置，当然，在其他可选地实施例中，二者位置可不同。并且在本实施例中，气化炉具有第一腔室8和与第一腔室8连通的第二腔室9，第一腔室8相对于第二腔室9靠近气化炉的顶部，并且炉侧烧嘴1设置在气化炉的第一腔室8的侧壁上与第一腔室8连通。在利用此气化炉进行煤炭共气化的时候，在第一腔室8进行煤炭的共气化，气化过程中产生的气体由设置于气化炉的第一腔室8的侧壁上的第三管路7排出，气化产生的煤灰进入第二腔室9。在本实施例中，在第二腔室9的侧壁上连通有第四管路10和第五管路11，该两个管路的一端均第二腔室9的内部连通，另一端均与黑水循环系统连通。
继续参照图1，将本发明的煤炭共气化方法应用于上述气化炉的步骤包括：步骤1、向气化炉中注入燃料和第一压力含氧气体，并引燃燃料以对气化炉内部进行升温；步骤2、在升温达到能引燃待注入水煤浆的温度时，停止燃料和第一压力含氧气体的注入，然后向气化炉注入上述待注入水煤浆和第二压力含氧气体以进行水煤浆气化；步骤3、待水煤浆气化稳定后，将第三压力含氧气体和携带有煤粉的压力二氧化碳气体注入气化炉中以进行共气化。
上述煤炭共气化方法，先在气化炉中建立稳定的水煤浆气化后再进行共气化，保证了共气化过程中的气化炉的运行稳定，并无需面临现有技术中繁琐、费时、难度大的调节步骤。
进一步参照图1，在本实施例中，上述步骤1具体实施为：
在气化炉顶部设置点火烧嘴，在本实施例中，点火烧嘴的结构为具有位于点火烧嘴中心的第二通道，以及设置在第二通道前端的点火装置（点火棒），设置在第二通道外侧的环形的第一通道，第二通道和第一通道之间可选地设置冷却夹套，第一通道外设有冷却夹套或盘管，冷却夹套为内外双层，通常冷却介质由内层进入并且从外层排出。上述所有冷却夹套和/或盘管即耐高温保护系统。第一注入管线3连通于第一通道，第一管路4连通于第二通道。通过点火烧嘴同时注入第一压力含氧气体和燃料，即，将第一压力含氧气体经由第一注入管线3和第一通道注入气化炉，燃料经由第一管路4和第二通道注入气化炉，由此第一压力含氧气体和燃料由点火烧嘴的相互隔离的通道注入气化炉，即第一压力含氧气体和燃料在点火烧嘴中不混合。可理解，也可设置多个相互隔离的通道，并选择其中的部分通道注入煤粉，部分通道注入第一压力含氧气体。此外，点火烧嘴与气化炉炉体通过法兰连接。
在点火装置的引燃下，燃料在气化炉中燃烧，从而对气化炉进行升温。在本实施例中，第一压力含氧气体的为压力氧气，并且该压力氧气的压力位于6.5-7.5MPa的范围内，燃料为液化石油气。当然，第一压力含氧气体可为加压的其它含有氧气的气体，如加压的水蒸气氧气混合气体或者加压的二氧化碳气氧气混合气体，其中，“加压的”意为大于相应的气体在常压状态下的压力。而燃料可为本领域技术人员公知的燃料油或燃料气，并且，经过点火烧嘴，燃料油雾化后进入气化炉。。
此外，在步骤1中的升温过程中，通过调节燃料和第一压力含氧气体的注入流量，控制升温的速率小于或等于50℃/h。可理解，当升温的速率大于50℃/h时，减小燃料和第一压力含氧气体的注入流量，以使单位时间内在气化炉中燃烧的燃料变少，从而降低了单位时间燃烧的放热，进而减慢气化炉的升温速率。其中，第一压力含氧气体和燃料的注入流量可选地为其注入时的体积流量。当然，根据在实际生产中所使用的燃料的不同，可选择以质量流量或体积流量进行操作。
另外，在为气化炉升温的过程中，气化炉中燃料燃烧产生的烟气由第三管路7排放至火炬，其中本发明使用的火炬是本领域技术人员公知的火炬，其是化工厂重要的安全和环保设施，主要用于处理生产装置开停工、非正常生产及紧急状态下无法进行有效回收的可燃气体。
在本实施例中，上述步骤2具体实施为：
执行如下步骤2.1，在气化炉的升温达到能引燃待注入水煤浆的温度（在本实施例中，该能引燃待注入水煤浆的温度为大于或等于1000℃）时，停止燃料和第一压力含氧气体的注入。可理解，本领域技术人员可根据使用的水煤浆的特性，在大于或等于1000℃的温度范围内确定能引燃该水煤浆的温度，也可理解，气化炉的升温目的为将气化炉内部的温度提升至能够使待注入的水煤浆燃烧的温度，即提升至能够确保待注入的水煤浆燃烧的温度而无需提高至过高的温度。
在停止注入燃料和第一压力含氧气体后，立刻执行如下步骤2.2。将点火烧嘴更换为粉煤烧嘴，并开启粉煤烧嘴的耐高温保护系统。可选地，粉煤烧嘴的耐高温保护系统为盘绕在烧嘴外壁上的管路，通过流过其中的流体与烧嘴换热，以起到为烧嘴降温的作用，由此在气化炉内进行水煤浆气化和共气化而具有较高温度（大于或等于1000℃）时，能够保证烧嘴的正常运行。当然，也可使用其它本领域技术人员公知的设备对烧嘴起到保护作用。在本实施例中，粉煤烧嘴的典型结构为多个同心管，中心为氧气通道，中心氧通道外环隙为粉煤通道，粉煤通道外有环隙氧通道，粉煤通道和环隙氧通道之间可选地设置冷却夹套，环隙氧通道外设有冷却夹套，冷却夹套为内外双层，通常冷却介质由内层进入并且从外层排出。上述两个冷却夹套即为耐高温保护系统。此外，粉煤烧嘴与气化炉炉体通过法兰连接。
在此，通过分别设置点火烧嘴和粉煤烧嘴，克服了组合式一体烧嘴难以承受高温（1000℃）和容易损坏的缺陷，并且，组合式一体烧嘴结构复杂，成本相对较高。而分别使用点火烧嘴和粉煤烧嘴，可降低生产成本。在将点火烧嘴更换为上述粉煤烧嘴之后，执行下述步骤2.3。在气化炉的侧壁安装炉侧烧嘴，并开启炉侧烧嘴的耐高温保护系统。该耐高温保护系统同上述粉煤烧嘴的耐高温保护系统，故不再赘述。
其中，在本实施例中，炉侧烧嘴为水煤浆烧嘴结构，其为一系列同心管喷头，内喷头为中心氧流道，内喷头的外壁与中喷头的内壁形成环隙通道为水煤浆流道，内喷头的端面与中喷头的端面错开一段距离形成预混合腔，使得氧气和水煤浆在此可以混合，中喷头的外壁与外喷头的内壁构成的环隙通道为外氧流道，中喷头的端面与外喷头的端面基本平齐，外喷头的外表面有冷却水盘管给整个烧嘴降温。第二注入管线5与中心氧流道和外氧流道连通，第二管路6与水煤浆流道连通，水煤浆经第二管路6注入到水煤浆流道。上述结构可参照现有技术CN103013574A公开的结构，但不局限于此。在可选地其他实施例中，也可仅具有一个用于注入第二压力含氧气体的通道，和一个用于注入水煤浆的通道。此外，炉侧烧嘴与气化炉炉体通过法兰盘固定。
然后执行下述步骤2.4。即通过炉侧烧嘴向气化炉注入待注入水煤浆和第二压力含氧气体以进行水煤浆气化。具体地，在本实施例中，第二压力含氧气体通过第二注入管线5注入到上述水煤浆烧嘴中，水煤浆通过第二管路6注入到水煤浆烧嘴中。由此，第二压力含氧气体与水煤浆通过水煤浆烧嘴注入到气化炉中进行水煤浆气化。其中，注入到气化炉内部之前的水煤浆理解为待注入水煤浆，本发明中所提及的“水煤浆”若为尚未注入到气化炉中，并且在后续步骤中将要注入到气化炉中，则为“待注入水煤浆”。
此外，开始注入水煤浆和第二压力含氧气体时，第二压力含氧气体与水煤浆的氧煤比位于0.54-0.70Nm3/kg的范围内。换言之，在安装完炉侧烧嘴1后，开始同时注入的水煤浆和第二压力含氧气体，此时注入的第二压力含氧气体中的氧气的体积流量（体积单位为Nm3）与同时注入的水煤浆中的煤炭的质量流量（质量单位为kg）的比，位于0.54-0.70Nm3/kg的范围内。在本实施例中，第二压力含氧气体与第一压力含氧气体为相同的压力含氧气体，即为压力氧气，故，第二压力含氧气体中的氧气的体积流量即为压力氧气的体积流量。当然，在其它可选的实施例中，例如第二压力含氧气体为加压的水蒸气和纯氧的混合气体时，第二压力含氧气体中的氧气的体积流量即为加压混合气体中的氧气的体积流量。
此外，在水煤浆的注入过程中，保证水煤浆的质量流量大于或等于炉侧烧嘴1的负荷的70%。其中，炉侧烧嘴1的负荷为该烧嘴中流过液体的最佳流量值，而该最佳流量值为烧嘴在出厂时已知的。
通过步骤2的上述步骤，水煤浆在气化炉内部发生水煤浆气化反应。可选地，气化炉内部开始发生水煤浆气化反应时，开启黑水循环系统。具体地，在第一腔室8中进行水煤浆气化的过程中，会有气化后的煤灰进入第二腔室9中，通过由第四管路10向第二腔室9内输送水，该输送入第二腔室9内的水与煤灰混合（即形成了“黑水”），并由第五管路11排出带有煤灰的水，由此实现了将第二腔室9中的煤灰带出。而通过第五管路11排出的带有煤灰的水经过黑水循环系统，将煤灰滤除并循环使用上述水。此外，在水煤浆气化的过程中，将产生的合成气由第三管路7排出。并且，检测排出的合成气是否合格，若合格，将合成气输送至下游净化程序，若不合格，将合成气引至火炬。例如，利用气化炉内部和外界的压差，将合成气抽出。当然，根据实际生产的不同需求，判断合成气是否合格的标准略有差异。本领域技术人员可根据实际生产的需要，检测并判断合成气是否合格。
可选地，在进行水煤浆气化的过程中，通过在0.54-0.70Nm3/kg的范围内调节第二压力含氧气体与水煤浆的氧煤比，调节水煤浆气化产生的合成气的组分以及气化炉内的运行温度，同时，在维持上述氧煤比恒定的情况下，通过调节第二压力含氧气体的体积流量和水煤浆中煤炭的质量流量来调节气化炉内的运行压力，从而使得水煤浆气化逐渐稳定。其中，调节第一压力含氧气体的体积流量和水煤浆中煤炭的质量流量的方法会在下面详述。
此外，在实际生产过程中，判断水煤浆气化是否稳定的标准根据实际的生产需要各有不同，本领域技术人员可以根据实际生产需要判断粉煤气化是否稳定，例如，检测由第三管路7排出的合成气的组分，若合成气的有效组分（CO、H2、CH4）稳定，或合成气中某一个（CO或H2）或某几个组分（CO、H2、CH4）的含量符合要求，则为水煤浆气化稳定。可选地，当合成气中氢气、一氧化碳和甲烷的总体积百分含量（即三者的总体积占产生的合成气的体积的百分比）在75%～95%的范围内变化，或当合成气中氢气、一氧化碳或甲烷的体积百分含量（即三者各自的体积占合成气体积的百分比）波动幅度不超过20%，则为合成气的有效组分（CO、H2、CH4）稳定，也即水煤浆气化稳定。此外可选地，H2的体积含量（即H2的体积占合成气体积的百分比）大于或等于30%、和/或CO的体积含量（即CO的体积占合成气体积的百分比）大于或等于40%时，则为合成气中某一个（CO或H2）或某几个组分（CO和H2）的含量符合要求，也即水煤浆气化稳定。当然，上述仅为实例，其中的数值可根据具体的生产需要设定，本发明不局限于此。
在本实施例中，上述步骤3具体实施为：
待水煤浆气化稳定后，将第三压力含氧气体和携带有煤粉的压力二氧化碳气体由位于炉顶的粉煤烧嘴注入到气化炉内。其中第一注入管线3连通于粉煤烧嘴的位于中心的氧气通道和环隙氧通道，第一管路4连通于粉煤烧嘴的粉煤通道。第三压力含氧气体经由第一注入管线3和位于中心的氧气通道和环隙氧通道注入气化炉中，携带有煤粉的压力二氧化碳气体经由第一管路4和粉煤通道注入到气化炉中，由此，第三压力含氧气体和携带有煤粉的压力二氧化碳气体由粉煤烧嘴的相互隔离的通道注入气化炉，即第三压力含氧气体和携带有煤粉的压力二氧化碳气体在进入气化炉内部之前不混合。其中，压力二氧化碳气体的压力大于6MPa。可理解，与粉煤烧嘴连通的第一注入管线3和第一管路4，可相同于与点火烧嘴连通的第一注入管线3和第一管路4，也可不同于与点火烧嘴连通的第一注入管线3和第一管路4，此处仅为为了简化描述而使用相同的名称。
进一步，当开始注入第三压力含氧气体和携带有煤粉的压力二氧化碳气体时，第三压力含氧气体与煤粉的氧煤比位于0.49-0.65Nm3/kg的范围内。即，在注入携带有煤粉的压力二氧化碳气体时，其中第三压力含氧气体中的氧气的体积流量（体积单位为Nm3）与同时注入的煤粉的质量流量（质量单位为kg）的比，位于0.49-0.65Nm3/kg的范围内。在本实施例中，第三压力含氧气体与第一压力含氧气体和第二压力含氧气体为相同的压力含氧气体，即为压力氧气。
至此，煤粉、水煤浆经第二压力含氧气体和第三压力含氧气体的供氧以及与压力二氧化碳的反应，在气化炉中进行共气化，生成以一氧化碳和氢气为主的合成气。该合成气由第三管路7排出。
在本发明的优选实施例中，同样的压力含氧气体，当“开始注入的时间”不同时用“第一、第二和第三压力含氧气体”区分。换言之，第一压力含氧气体、第二压力含氧气体和第三压力含氧气体为相同的压力含氧气体，“第一、第二和第三”仅是对上述三个压力含氧气体具有不同的“开始注入的时间”的限定，而不是对其压力或自身参数构成的限定。第一压力含氧气体、第二压力含氧气体和第三压力含氧气体的注入位置优选地可以不同，而且同一注入位置可以采用相同或不同注入设备。
在上述共气化的过程中，通过在0.49-0.65Nm3/kg的范围内调节第三压力含氧气体与煤粉的氧煤比，和/或通过在0.54-0.70Nm3/kg的范围内调节第二压力含氧气体与水煤浆的氧煤比，控制气化炉的运行温度在1400-1600℃的范围内。
具体地，若气化炉的运行温度（即气化炉的第一腔室8内的温度）低于1400℃时，通过提高第三压力含氧气体与煤粉的氧煤比（例如，增加第三压力含氧气体中氧气的体积流量和/或减少煤粉的质量流量），和/或提高第二压力含氧气体与水煤浆的氧煤比（例如，增加第二压力含氧气体中氧气的体积流量和/或减少水煤浆中煤炭的质量流量），促进气化炉内的煤粉和水煤浆的燃烧，从而提高气化炉的运行温度。
若气化炉的运行温度高于1600℃时，通过降低第三压力含氧气体与煤粉的氧煤比（例如，减小第三压力含氧气体中氧气的体积流量和/或增加煤粉的质量流量），和/或第二压力含氧气体与水煤浆的氧煤比（例如，减小第二压力含氧气体中氧气的体积流量和/或增加水煤浆中煤炭的质量流量），减弱气化炉内的煤粉和水煤浆的燃烧，并且水煤浆中的水相对具有降温作用，进而降低气化炉的运行温度。
此外，在本实施例的步骤3中还包括如下对气化炉的运行压力进行调节的步骤，并优选地，控制气化炉的运行压力在4.5-7.0MPa的范围内。
通过等比例的增加或降低第三压力含氧气体中氧气的体积流量、煤粉的质量流量、第二压力含氧气体中氧气的体积流量和水煤浆中煤炭的质量流量，控制气化炉的运行压力。
其中，可理解，改变第三压力含氧气体和第二压力含氧气体中氧气的体积流量的方法至少有如下三种：第一种，维持压力含氧气体的体积流量恒定，而改变其中的氧气的体积含量，从而改变氧气的体积流量。第二种，维持压力含氧气体中的氧气的体积含量不变，而改变压力含氧气体的体积流量，从而改变氧气的体积流量。第三种为前两种的组合。同理，改变煤粉的质量流量的方法至少有如下三种：第一种，维持携带煤粉的压力二氧化碳气体的体积流量恒定，而改变其中的煤粉的含量（单位体积内的压力二氧化碳气体所携带的煤粉的质量），从而改变注入到气化炉中的煤粉的质量流量。第二种，维持压力二氧化碳气体中的煤粉的含量不变，而改变压力二氧化碳注入到气化炉中的体积流量，从而煤粉的质量流量。第三种为前两种的组合。当然，改变待注入水煤浆中煤炭的质量流量的方法至少有如下三种：第一种，维持待注入水煤浆的体积流量恒定，而改变其中的煤炭的含量（单位体积内的水煤浆所携带的煤炭的质量），从而改变注入到气化炉中的煤炭的质量流量。第二种，维持待注入水煤浆中的煤炭的含量不变，而改变水煤浆注入到气化炉中的体积流量，从而煤炭的质量流量。第三种为前两种的组合。而无论选择上述哪种方式进行调节，只要可以实现同时注入到气化炉中的第三压力含氧气体中氧气的体积流量、煤粉的质量流量、第二压力含氧气体中氧气的体积流量和待注入水煤浆中煤炭的质量流量是等比例增大或减少的即可。上述描述的调节方法，同样适用于上述水煤浆气化的过程中调节气化炉的运行温度和压力，以及上述在步骤3中调节气化炉的运行温度的步骤。
在本实施例中，在气化炉的运行压力（第一腔室8内的压力）低于4.5MPa，同时增大第三压力含氧气体中氧气的体积流量以及煤粉的质量流量，并且保证在上述增大过程中以及完成时，第一压力含氧气体中的氧气的体积流量与煤粉的质量流量的比（即上述氧煤比）恒定，与此同时，同时增大第二压力含氧气体中的氧气的体积流量以及水煤浆中煤炭的质量流量。例如：由粉煤烧嘴注入的第三压力含氧气体中氧气的体积流量和煤粉的质量流量均提高5%，由炉侧烧嘴注入的第二压力含氧气体的体积流量和水煤浆中煤炭的质量流量也都提高5%，使得单位时间内进入气化炉气化原料增加，从而提高合成气的产量，进而提高气化炉的运行压力。当然，也可通过关小第三管路7的过气量，进而提高气化炉的运行压力。若气化炉的运行压力高于7.0MPa，通过等比例降低各烧嘴处氧气和煤的注入量，例如：由粉煤烧嘴注入的第三压力含氧气体中的氧气的体积流量和煤粉的质量流量均降低5%，由第一烧嘴注入的第二压力含氧气体中的氧气的体积流量和水煤浆中煤炭的质量流量也都降低5%，使得单位时间内进入气化炉气化原料减少，从而降低合成气的产量；或者开大气化炉第三管路7的过气量，进而降低气化炉的运行压力。
可理解，在上述实施例中，在单位体积的第二、第三压力含氧气体中的氧气的含量不变的情况下，增加第二、第三压力含氧气体中氧气的体积流量可通过增加第二、第三压力含氧气体的体积流量实现，反之亦然。而在单位体积的携带有煤粉的压力二氧化碳中的煤粉的质量含量不变时，减少煤粉的质量流量可通过减少携带有煤粉的压力二氧化碳的体积流量实现，反之亦然。在单位体积的水煤浆中的煤炭的质量含量不变的情况下，增大水煤浆中的煤炭的质量流量可通过增大水煤浆的体积流量实现，反之亦然。当然，本领域技术人员可同时实现上述压力和温度的控制。
进一步，在本实施例中使用压力二氧化碳气体携带煤粉注入，一方面二氧化碳参与共气化反应可提高合成气有效组分的含量，另一方面避免合成气中具有杂质气体而使后续工艺复杂化。
另外，点火烧嘴、粉煤烧嘴和炉侧烧嘴1的位置不局限于上述实施例，三者可位于气化炉的任意位置，只要不影响在气化炉内建立共气化即可。而在本实施例中，通过点火烧嘴的自动点火方式（通过电极发出高压点燃可燃气体）或人工点火方式（用明火点燃可燃气体）点燃燃料。当然，不局限于此，可通过在炉顶设置的喷嘴将第一压力含氧气体和燃料引入，而通过其它本领域技术人员公知的方法点燃气化炉中的燃料。此外，燃料和第一压力含氧气体的注入可通过不同的装置、煤粉和第三压力含氧气体的注入可通过不同的装置，不限于上述仅通过同一烧嘴或喷嘴。同样，水煤浆和第二压力含氧气体也可通过喷嘴注入，区别于本实施例中的烧嘴，并且水煤浆和第二压力含氧气体的注入可通过不同的装置，不限于上述仅通过同一烧嘴或喷嘴。
在本发明的煤炭共气化的第二个实施例中，气化炉内衬为耐火砖，在步骤3中，通过在0.49-0.65Nm3/kg的范围内调节第三压力含氧气体与煤粉的氧煤比，和/或通过在0.54-0.70Nm3/kg的范围内调节由第二压力含氧气体与水煤浆的氧煤比，控制气化炉的运行温度在1300-1400℃的范围内。此外，控制气化炉的运行压力在4.5-7.0MPa的范围内（方法与第一个实施例相同）。其余步骤与上述第一个实施例相同，不再赘述。
当然，本发明并不局限于上述实施例，用于给气化炉内部升温的煤粉和第一压力含氧气体、用于进行水煤浆气化的水煤浆和第二压力含氧气体、以及用于进行粉煤气化的第三压力含氧气体和携带有煤粉的压力二氧化碳气体的注入位置可位于气化炉的第一腔室的任意位置，并且可使用喷嘴或烧嘴等本领域技术人员公知的设备注入。此外，可设置多个粉煤烧嘴和炉侧烧嘴，而上述涉及的体积流量和质量流量为各烧嘴进入的相应物质的体积流量或质量流量之和。例如，当设置有两个炉侧烧嘴时，第二压力含氧气体中氧气的体积流量为由两个炉侧烧嘴进入的第二压力含氧气体中的氧气的体积流量之和。
综上，本发明公开的上述步骤，更有利于气化炉的温度和压力的控制，操作过程简单、运行稳定、投产快、安全性高。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种煤炭共气化方法，包括如下步骤：
步骤1、向气化炉中注入燃料和第一压力含氧气体，并引燃所述燃料以对所述气化炉内部进行升温；
步骤2、在所述升温达到能引燃待注入水煤浆的温度时，停止所述燃料和所述第一压力含氧气体的注入，然后向所述气化炉注入所述待注入水煤浆和第二压力含氧气体以进行水煤浆气化；
步骤3、待所述水煤浆气化稳定后，将第三压力含氧气体和携带有煤粉的压力二氧化碳气体注入所述气化炉中以进行共气化，
在步骤1中的所述燃料和所述第一压力含氧气体由设置在所述气化炉的顶部的点火烧嘴注入所述气化炉，
所述步骤2为如下依次执行的步骤：
步骤2.1、在所述升温达到能引燃待注入水煤浆的温度时，停止所述燃料和所述第一压力含氧气体的注入，
步骤2.2、将所述点火烧嘴更换为粉煤烧嘴，并开启所述粉煤烧嘴的耐高温保护系统；
步骤2.3、在所述气化炉的侧壁安装炉侧烧嘴，并开启所述炉侧烧嘴的耐高温保护系统；
步骤2.4、通过所述炉侧烧嘴向所述气化炉注入所述待注入水煤浆和第二压力含氧气体以进行水煤浆气化。
2.根据权利要求1所述的煤炭共气化方法，其特征在于，
在所述步骤2中：注入的所述第二压力含氧气体与所述水煤浆氧煤比，位于0.54-0.70Nm3/kg的范围内，其中，所述第二压力含氧气体的压力位于6.5-7.5MPa的范围内。
3.根据权利要求1所述的煤炭共气化方法，其特征在于，
在所述步骤3中：注入的所述第三压力含氧气体与所述煤粉的氧煤比，位于0.49-0.65Nm3/kg的范围内，其中，所述第三压力含氧气体的压力位于6.5-7.5MPa的范围内。
4.根据权利要求1所述的煤炭共气化方法，其特征在于，
在所述步骤3中，所述第三压力含氧气体和所述携带有煤粉的压力二氧化碳气体由所述粉煤烧嘴注入所述气化炉中。
5.根据权利要求1所述的煤炭共气化方法，其特征在于，
所述待注入水煤浆的质量流量大于或等于所述炉侧烧嘴的负荷的70％。
6.根据权利要求1所述的煤炭共气化方法，其特征在于，
在所述步骤2.4中：在进行所述水煤浆气化的同时开启所述气化炉的黑水循环系统。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的煤炭共气化方法，其特征在于，
在所述步骤3中还包括如下步骤：
通过在0.49-0.65Nm3/kg的范围内调节所述第三压力含氧气体与所述煤粉的氧煤比，和/或通过在0.54-0.70Nm3/kg的范围内调节所述第二压力含氧气体与所述待注入水煤浆的氧煤比，控制所述气化炉的运行温度，其中，所述第二压力含氧气体的压力位于6.5-7.5MPa的范围内，所述第三压力含氧气体的压力位于6.5-7.5MPa的范围内。
8.根据权利要求7所述的煤炭共气化方法，其特征在于，
当所述气化炉内衬为水冷壁时，控制所述气化炉的运行温度在1400-1600℃的范围内；
当所述气化炉内衬为耐火砖时，控制所述气化炉的运行温度在1300-1400℃的范围内。
9.根据权利要求1-6中任一项所述的煤炭共气化方法，其特征在于，
在所述步骤3中还包括如下步骤：
通过等比例的增加或降低所述第三压力含氧气体中氧气的体积流量、所述煤粉的质量流量、所述第二压力含氧气体中氧气的体积流量和所述待注入水煤浆中煤炭的质量流量，控制所述气化炉的运行压力。
10.根据权利要求9所述的煤炭共气化方法，其特征在于，
当所述气化炉内衬为水冷壁时，控制所述气化炉的运行压力在4.5-7.0MPa的范围内；
当所述气化炉内衬为耐火砖时，控制气化炉的运行压力在4.5-7.0MPa的范围内。
11.根据权利要求1、4中任一项所述的煤炭共气化方法，其特征在于，
在所述步骤1中：
通过调节所述燃料和所述第一压力含氧气体的注入流量，控制所述升温的速率小于或等于50℃/h。
12.根据权利要求1、4中任一项所述的煤炭共气化方法，其特征在于，
所述能引燃待注入水煤浆的温度大于或等于1000℃。
13.根据权利要求4所述的煤炭共气化方法，其特征在于，
在所述步骤1中：所述第一压力含氧气体和所述燃料由所述点火烧嘴的相互隔离的通道注入所述气化炉；
在所述步骤3中：所述第三压力含氧气体和所述携带有煤粉的压力二氧化碳气体由所述粉煤烧嘴的相互隔离的通道注入所述气化炉。
14.根据权利要求1、4中任一项所述的煤炭共气化方法，其特征在于，
所述燃料为燃料油或燃料气，所述第一压力含氧气体、所述第二压力含氧气体和所述第三压力含氧气体均为压力氧气；
其中，当所述燃料为燃料油时，所述燃料油经雾化后注入所述气化炉。
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