CN104560207B - 一种煤制工业燃气的气化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种煤制工业燃气的气化装置，包括煤粉输送系统、煤气化与飞灰分离系统和显热回收与除尘系统，其特征在于，煤气化与飞灰分离系统包括气化炉、若干级旋风分离器以及若干级灰斗；气化炉底部布置有一个以上主烧嘴，在距离气化炉底部一定距离的水平面上沿周向均匀地布置有若干个辅助烧嘴，且主烧嘴和辅助烧嘴均与煤粉输送系统相连；气化炉顶部的煤气出口经热煤气管与若干级旋风分离器依次串联，最后一级旋风分离器与显热回收与除尘系统相连；每一级旋风分离器的底部均连接一灰斗，每一灰斗的出口分为两路，一路均与气化炉底部相连通，另一路用于排灰。本发明通过气流床与循环流化床相结合的方式，克服现有气化技术的不足，解决气流床气化投资高、操作难度、危险系数大以煤种适用性单一等问题。

Description

一种煤制工业燃气的气化装置
技术领域
本发明涉及一种煤气化装置，具体涉及一种采用气流床与循环流化床相结合的方式，以拓宽煤种适用性，提高气化效率和降低成本的煤制工业燃气的气化装置。
背景技术
煤气化技术作为一种洁净煤技术，是解决我国面临能源挑战的关键技术。目前煤气化技术主要包括固定床气化、流化床气化和气流床气化。固定床气化采用块煤为原料(15～50mm)，具有热效率较高、氧耗低和技术成熟等特点，但是该类型气化技术只能采用不粘块煤为原料，价格昂贵，环保性较差，产生的污水基本无法处理。加之单炉容量较小，常压操作难以走向大型化。流化床气化以粒煤(粒径小于10mm)为原料，以空气或氧气或富氧空气和蒸汽为气化剂，在适当的气速下使炉内煤粉流化，并在部分燃烧的高温条件下进行气化反应，气化后的粗煤气携带细颗粒从气化炉顶部逸出，通过旋风分离器分离后的较粗颗粒再次返回气化炉内。流化床气化工艺流程相对简单，目前尚存在碳转化率低、生产强度低等不足。气流床采用煤粉(粒径小于0.1mm)为原料，以粉状(湿法为水煤浆)喷入炉内，具有气化工艺灵活，气化效率高，碳转化率高，生产强度大等特点，是目前煤气化技术发展的主流方向。但气流床的缺点是操作温度高于煤灰熔点，液态排渣，要求煤种灰熔点低(小于1300℃)，含灰量低(低于10％～15％)。此外，受高温、高压的操作条件要求，运行成本和投资较高，技术难度大，并采用纯氧气化，需配备大规模空分装置，危险系数较高。鉴于以上气化技术尚存在一些不足，还有进一步优化的空间。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种煤制工业燃气的气化装置，通过气流床与循环流化床相结合的方式，克服现有气化技术的不足，解决气流床气化投资高、操作难度、危险系数大以煤种适用性单一等问题。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种煤制工业燃气的气化装置，包括煤粉输送系统、煤气化与飞灰分离系统和显热回收与除尘系统，其特征在于，所述煤气化与飞灰分离系统包括一气化炉、若干级旋风分离器以及若干级灰斗；所述气化炉底部布置有一个以上主烧嘴，在距离所述气化炉底部一定距离的水平面上沿周向均匀地布置有若干个辅助烧嘴，且所述主烧嘴和辅助烧嘴均与所述煤粉输送系统的出口相连；所述气化炉的顶部具有倒锥形的煤气出口，所述煤气出口经热煤气管与若干级所述旋风分离器依次串联，最后一级所述旋风分离器与所述显热回收与除尘系统相连；每一级所述旋风分离器的底部均连接一所述灰斗，每一所述灰斗的出口分为两路，一路均与所述气化炉底部相连通，另一路用于排灰。
在一个优选的实施例中，所述煤粉输送系统包括一常压煤粉贮仓、一锁斗和一高压煤粉给料罐，所述常压煤粉贮仓内储存有磨制一定粒度的煤粉，所述常压煤粉贮仓下端出口与所述锁斗相连，所述锁斗下端出口与所述高压煤粉给料罐相连。
在一个优选的实施例中，所述显热回收与除尘系统包括一废热锅炉和一除尘装置，所述废热锅炉的顶部设置有进气口，下部侧面设置有排气口，底部设置有排灰口，其进气口经管道与最后一级所述旋风分离器顶部的出气口连接，其排气口经管道与所述除尘装置连接；所述废热锅炉内还设置有一用来与热煤气进行换热的蛇形水冷管路。
在一个优选的实施例中，所述主烧嘴均匀分布于所述气化炉底部，每一所述主烧嘴的喷射方向沿所述气化炉的轴向向上。
在一个优选的实施例中，所述辅助烧嘴沿所述气化炉的周向呈偶数对称分布，且每一所述辅助烧嘴指向与所述气化炉直径存在一个夹角α，该夹角α的度数为0～45°。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明将气流床与循环流化床相结合，综合借鉴吸收两者的优点，使得本发明即使在气化无烟煤等年老煤种的条件下，仍然能够保持较高的气化效率和碳转化率，提高了气化的经济性。2、本发明将主烧嘴布置在气化炉底部，同时在距离气化炉底部一定距离的水平面上沿周向均匀地布置若干辅助烧嘴，且辅助烧嘴与气化炉直径均存在一定的夹角，当煤粉与气化剂一同通过主、辅助烧嘴以较高的速度喷入气化炉内时，炉体内高速射流因错位剪切而形成一个强烈的旋流场，旋流的形成的同时会产生很大的卷吸作用，在气化炉底部主烧嘴向上高速射流共同作用下，将气化炉底部气体及飞灰夹带上升。在旋流流场与底部射流的共同作用，气化炉烧嘴平面上的颗粒在容易在边壁区域聚集，并伴随有上升或下降现象，延长了气固两相流反应时间，气化反应更加完全，从而提高气化反应效率和碳转化率，与此同时还增大了气化炉的单炉处理量。3、本发明采用飞灰的多级分离，并将分离出来的飞灰连同气化剂再次送入气化炉内实现循环，继续参与气化反应，提高了碳转化率。4、本发明气化后的灰渣以固态的形式存在于气化炉内，因此可以采用固态排渣，相对于气流床液态排渣来来讲，更进一步节能。5、本发明采用粉煤进料，其比表面积远比流化床粒煤和固定床块煤要大，加大了反应面积，缩短了反应时间和提高了停留时间，更进一步提高了碳转化率。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的辅助烧嘴布置图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。
如图1所示，本发明包括煤粉输送系统100、煤气化与飞灰分离系统200和显热回收与除尘系统300。
其中，煤粉输送系统100包括一常压煤粉贮仓1、一锁斗2和一高压煤粉给料罐3。常压煤粉贮仓1内储存有磨制一定粒度的煤粉，常压煤粉贮仓1下端出口与锁斗2相连，锁斗2下端出口与高压煤粉给料罐3相连。
煤气化与飞灰分离系统200包括一气化炉5、两级旋风分离器6和6’、以及两级灰斗7和7’。气化炉5底部布置有一主烧嘴4，在距离气化炉5底部一定距离的水平面上沿周向均匀地布置有4个辅助烧嘴4’，且主烧嘴4和辅助烧嘴4’均与高压煤粉给料罐3相连。气化炉5的顶部具有倒锥形的煤气出口，该煤气出口经热煤气管与一级旋风分离器6相连，一级旋风分离器6底部连接一级灰斗7，顶部经管道与二级旋风分离器6’连接，二级旋风分离器6’底部连接二级灰斗7’。一级灰斗7与第二级灰斗7’出口分为两路，一路均与气化炉5底部相连通，另一路用于排灰。
在一个优选的实施例中，主烧嘴4的数量也可以为多个，并均匀分布于气化炉5底部，每一主烧嘴4喷射方向沿气化炉5的轴向向上。
在一个优选的实施例中，辅助烧嘴4’所在水平面与气化炉5底部的距离可以根据具体煤种与设计选定，同时辅助烧嘴4’的数量也可以为四个以上，并沿气化炉5的周向呈偶数对称分布，且每一辅助烧嘴4’指向与气化炉5直径存在一个夹角α，该夹角α的度数为0～45°(如图2所示)。
在一个优选的实施例中，旋风分离器6和灰斗7的级数可以根据煤种活性灵活调整，不仅局限于两级分离。
显热回收与除尘系统300包括一废热锅炉8和一除尘装置10，废热锅炉8的顶部设置有进气口，下部侧面设置有排气口，底部设置有排灰口，其进气口经管道与二级旋风分离器6’顶部的出气口连接，其排气口经管道与除尘装置10连接。废热锅炉8内还设置有一用来与热煤气进行换热的蛇形水冷管路9。
本发明在工作时，常压煤粉贮仓1的煤粉落入锁斗2后，对锁斗2进行冲压。当锁斗2压力与高压煤粉给料罐3压力相同时，将锁斗2内的煤粉卸入高压煤粉给料罐3。高压煤粉给料罐3采用密相输送的方式将煤粉与气化剂一同通过主、辅助烧嘴4、4’以较高的速度喷入气化炉5内，由于4个辅助烧嘴4’与气化炉5直径均存在一定的夹角，因此炉体内高速射流因错位剪切而形成一个强烈的旋流场，旋流的形成的同时会产生很大的卷吸作用，在气化炉5底部主烧嘴4向上高速射流共同作用下，将气化炉5底部气体及飞灰夹带上升。在旋流流场与底部射流的共同作用，气化炉5烧嘴平面上的颗粒在容易在边壁区域聚集，并伴随有上升或下降现象，延长了气固两相流反应时间，气化反应更加完全，从而提高气化反应效率和碳转化率，与此同时还增大了气化炉5的单炉处理量。气化后的灰渣以固态的形式存在于气化炉5内，在灰渣自身重力、离心力、高速气流曳力等其他力共同作用下，局部会以旋转、上升、下降等形式运动，但是气固两相流整体呈自下向上流动，最终气化产物从气化炉5顶部的煤气出口离开气化炉5进入一级旋风分离器6，大部分飞灰被一级旋风分离器6扑集后落入一级灰斗7，其余气固混合物经二级旋风分离器6’实现气固分离，分离后的飞灰从二级旋风分离器6’底部落入二级灰斗7’中，分离后的初煤气从二级旋风分离器6’顶部流出。两级灰斗6、6’中的飞灰连同气化剂再次送入气化炉5内实现循环，继续参与气化反应，提高碳转化率。煤气化与飞灰分离系统200产出的初煤气，进入废热锅炉8内以辐射换热的方式与水冷管路9进行换热，回收高温气体中的大部分显热，提高煤气化整体热效率。经废热锅炉8回收显热后的初煤气再经过除尘装置10进行除尘后进入下游后续工艺，除尘装置10根据设计可选用干法除尘或湿法除尘，均为现有较成熟工艺，在此不再赘述。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (7)

1.一种煤制工业燃气的气化装置，包括煤粉输送系统、煤气化与飞灰分离系统和显热回收与除尘系统，其特征在于，所述煤气化与飞灰分离系统包括一气化炉、若干级旋风分离器以及若干级灰斗；所述气化炉底部布置有一个以上主烧嘴，在距离所述气化炉底部一定距离的水平面上沿周向均匀地布置有若干个辅助烧嘴，且所述主烧嘴和辅助烧嘴均与所述煤粉输送系统的出口相连；所述气化炉的顶部具有倒锥形的煤气出口，所述煤气出口经热煤气管与若干级所述旋风分离器依次串联，最后一级所述旋风分离器与所述显热回收与除尘系统相连；每一级所述旋风分离器的底部均连接一所述灰斗，每一所述灰斗的出口分为两路，一路均与所述气化炉底部相连通，另一路用于排灰。
2.如权利要求1所述的一种煤制工业燃气的气化装置，其特征在于，所述煤粉输送系统包括一常压煤粉贮仓、一锁斗和一高压煤粉给料罐，所述常压煤粉贮仓内储存有磨制一定粒度的煤粉，所述常压煤粉贮仓下端出口与所述锁斗相连，所述锁斗下端出口与所述高压煤粉给料罐相连。
3.如权利要求1所述的一种煤制工业燃气的气化装置，其特征在于，所述显热回收与除尘系统包括一废热锅炉和一除尘装置，所述废热锅炉的顶部设置有进气口，下部侧面设置有排气口，底部设置有排灰口，其进气口经管道与最后一级所述旋风分离器顶部的出气口连接，其排气口经管道与所述除尘装置连接；所述废热锅炉内还设置有一用来与热煤气进行换热的蛇形水冷管路。
4.如权利要求2所述的一种煤制工业燃气的气化装置，其特征在于，所述显热回收与除尘系统包括一废热锅炉和一除尘装置，所述废热锅炉的顶部设置有进气口，下部侧面设置有排气口，底部设置有排灰口，其进气口经管道与最后一级所述旋风分离器顶部的出气口连接，其排气口经管道与所述除尘装置连接；所述废热锅炉内还设置有一用来与热煤气进行换热的蛇形水冷管路。
5.如权利要求1或2或3或4所述的一种煤制工业燃气的气化装置，其特征在于，所述主烧嘴均匀分布于所述气化炉底部，每一所述主烧嘴的喷射方向沿所述气化炉的轴向向上。
6.如权利要求1或2或3或4所述的一种煤制工业燃气的气化装置，其特征在于，所述辅助烧嘴沿所述气化炉的周向呈偶数对称分布，且每一所述辅助烧嘴指向与所述气化炉直径存在一个夹角α，该夹角α的度数为0～45°。
7.如权利要求5所述的一种煤制工业燃气的气化装置，其特征在于，所述辅助烧嘴沿所述气化炉的周向呈偶数对称分布，且每一所述辅助烧嘴指向与所述气化炉直径存在一个夹角α，该夹角α的度数为0～45°。
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