CN106010665B - 一种流化床煤气化装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及煤气化领域，尤其涉及一种流化床煤气化装置及方法。能够加强流化床内的床料返混流化，加快床料的传质传热，避免局部高温而容易产生结渣现象。本发明实施例提供一种流化床煤气化装置，包括：气化炉，所述气化炉包括气体分布板，所述气体分布板的上方为流化床反应区；布风管，所述布风管包括布风总管，所述布风总管沿所述气化炉的轴向穿设于所述流化床反应区，一端封闭且位于所述气化炉内，另一端为气体进口，位于所述气化炉的顶部，且与外界连通，所述气化炉内的所述布风总管上设置有与所述布风总管连通的布风支管，所述布风支管的出口位于所述气体分布板区的上方。

Description

一种流化床煤气化装置及方法
技术领域
本发明涉及煤气化领域，尤其涉及一种流化床煤气化装置及方法。
背景技术
煤气化是指煤在气化炉内，在一定温度及压力下使煤中有机质与气化剂(如蒸汽/空气或氧气等)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，流化床气化炉具有气固混合充分以及传递效率高的优势而被广泛应用于煤气化技术领域，流化床气化炉是以煤粉为原料，气化剂(如蒸汽/空气或氧气等)从气化炉底部以一定的速度进入气化炉内，使床层内的煤粉沸腾流化起来，并在此过程中发生燃烧、气化反应的反应装置。
现有的流化床气化炉中，由于在燃烧过程中，氧气从气化炉的底部进入，并且气化炉的下部容易形成高密度区，使得气化炉内煤粉返混流化变缓，从而使得气化炉内局部温度过高而容易发生结渣现象。
发明内容
本发明的实施例提供一种流化床煤气化装置及方法，能够加强流化床内的床料返混流化，加快床料的传质传热，避免局部高温而容易产生结渣现象。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
本发明实施例提供一种流化床煤气化装置，包括：
气化炉，所述气化炉包括气体分布板，所述气体分布板的上方为流化床反应区；
布风管，所述布风管包括布风总管，所述布风总管沿所述气化炉的轴向穿设于所述流化床反应区，一端封闭且位于所述气化炉内，另一端为气体进口，位于所述气化炉的顶部，且与外界连通，所述气化炉内的所述布风总管上设置有与所述布风总管连通的布风支管，所述布风支管的出口位于所述气体分布区的上方。
优选的，所述布风支管为两个以上，且分别设置在所述布风总管的不同高度处。
可选的，各个高度的布风支管的个数相同，不同高度的布风支管在水平方向上交错设置。
优选的，同一高度的布风支管的个数为两个以上时，所述布风支管均匀分布于所述布风总管的一周。
进一步的，所述布风支管分布在至少三个不同的高度。
优选的，所述布风支管朝上倾斜。
进一步的，所述布风支管与所述布风总管之间的夹角为45度。
可选的，所述布风支管上设置有通孔，所述通孔的朝向为沿所述气化炉的轴向向上。
优选的，所述布风支管的开孔率为0.2-1％。
进一步的，所述布风总管的封闭的一端伸入所述流化床反应区高度的1/2以上。
优选的，所述装置还包括至少一个支撑筋，每一个所述支撑筋的一端与所述气化炉的内壁固定连接，另一端设置有与所述布风总管横截面形状相匹配的套环，所述套环套设于所述布风总管上。
可选的，所述套环与所述布风总管之间具有1-2mm的间隙。
进一步的，所述流化床反应区所对应的气化炉炉壁的不同高度处还设置有温度检测器，所述温度检测器用于检测不同高度的温度。
另一方面，本发明实施例提供一种流化床煤气化方法，应用于如上所述的流化床煤气化装置，包括：
步骤1)将第一部分含氧气体通过所述气体分布板从下到上分布至所述气体分布板区，同时，将第二部分含氧气体通过所述布风管分布至所述气体分布板区上方的所述流化床反应区；
步骤2)进入所述流化床反应区内的煤粉在所述第一部分含氧气体和第二部分含氧气体的流化作用下，发生燃烧、气化反应。
优选的，所述将第二部分含氧气体通过所述布风管分布至所述气体分布板区上方的所述流化床反应区的流速为10-30m/s。
可选的，所述方法还包括：根据所述温度检测器检测的不同高度的温度，对所述第一部分含氧气体和第二部分含氧气体的比例进行调节，使得不同高度的温度之间的差值小于等于预设阈值。
本发明实施例提供一种流化床煤气化装置及方法，通过在所述气化炉的内穿设布风总管，并在所述布风总管上设置与所述布风总管连通的布风支管，能够在通过气体分布板向所述气体分布板区通入含氧气体的同时，通过所述布风支管向气体分布板区上方的所述流化床反应区通入含氧气体，使得含氧气体在所述流化床反应区内分散较为均匀，从而能够弥补仅通过气体分布板向所述流化床反应区通入含氧气体时靠近所述气体分布板的氧气含量较高而使得局部温度较高的不足，进而能够减少结渣现象，同时，还能够加强所述流化床反应区内各个位置床料的流化返混，加快床料传质传热，使得床层温度分布均匀，进一步减少结渣现象。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种流化床煤气化装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种流化床煤气化装置的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的另一种流化床煤气化装置的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的另一种流化床煤气化装置的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种图4的OO’方向的剖面结构示意图；
图6为本发明实施例提供的一种流化床煤气化方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例提供的一种流化床煤气化装置及方法进行详细描述。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
一方面，本发明实施例提供一种流化床煤气化装置，参见图1，包括：
气化炉1，所述气化炉1包括气体分布板11，所述气体分布板11的上方为流化床反应区A，所述流化床反应区A靠近所述气体分布板11的区域为气体分布板区B；
布风管2，所述布风管2包括布风总管21，所述布风总管21沿所述气化炉1的轴向穿设于所述流化床反应区A，一端封闭且位于所述气化炉1内，另一端为气体进口，位于所述气化炉1的顶部，且与外界连通，所述气化炉1内的所述布风总管21上设置有与所述布风总管21连通的布风支管22，所述布风支管22的出口位于所述气体分布板区的上方。
其中，需要说明的是，气体分布板11的主要作用包括：第一、支承固体颗粒物料；第二、使气体通过分布板时能得到均匀分布；第三、分散气流，在分布板上方产生较小的气泡。因此，靠近所述气体分布板11的区域氧气浓度较大，温度较高，为了方便描述，在本发明实施例中，将所述气体分布板区用图1所示边框B表示，在实际应用中，所述气体分布板区并没有明显的边界，仅仅表现为越远离所述气体分布板11温度越低。同样的，将所述流化床反应区A用图1所示边框A表示，在实际应用中，所述流化床反应区A也没有明显的边界，仅仅表示煤粉和所述含氧气体发生燃烧、气化反应的区域。
本发明实施例提供一种流化床煤气化装置，通过在所述气化炉1内穿设布风总管21，并在所述布风总管21上设置与所述布风总管21连通的布风支管22，能够在通过气体分布板11从下到上向所述气体分布板区B分布含氧气体的同时，通过所述布风支管22向气体分布板区B上方的所述流化床反应区A分布含氧气体，使得含氧气体在所述流化床反应区A内分散较为均匀，从而能够弥补仅通过气体分布板11向所述流化床反应区A分布含氧气体时靠近所述气体分布板11的氧气含量较高而使得局部温度较高的不足，进而能够减少结渣现象，同时，还能够加强所述流化床反应区A内各个位置床料的流化返混，加快床料传质传热，使得床层温度分布均匀，进一步减少结渣现象。
其中，对所述布风支管22的个数不做限定，所述布风支管22可以为一个，也可以为两个或者多个。对所述布风支管22的设置方式也不做限定，多个所述布风支管22可以设置在同一高度上，也可以分别设置在不同的高度处。
本发明的一实施例中，参见图2，所述布风支管22为两个以上，且分别设置在所述布风总管21的不同高度处。
在本发明实施例中，能够将从所述气体进口通入的气体分布至所述流化床反应区A的不同高度处，使得不同高度的床料均能够在气体的作用下流化，增强流化床床料的流动性，从而能够保证整个流化床反应区A不同高度的床料的流化返混，使得流化床反应区A不同高度的温度分布更加均匀，进一步减少结渣现象。
其中，对所述布风支管22的分布不做限定，所述布风支管22可以以任意方式进行排列，不同高度的布风支管22的个数可以相同，也可以不同。
本发明的又一实施例中，参见图2，各个高度的布风支管22的个数相同，不同高度的布风支管22在水平方向上交错设置。
通过将所述布风支管22交错设置，能够对流化床反应区内的煤粉从各个方向上进行流化，改善流化床反应区A的流场分布，加强床料的流化返混。
本发明的一实施例中，同一高度的布风支管22为两个以上，所述布风支管均匀分布于所述布风总管21的一周。通过对同一高度的布风支管22进行均匀分布，能够进一步改善流化床反应区A的流场分布，使得床料能够被均匀流化返混。
本发明的一实施例中，所述布风支管22分布在至少三个不同的高度。
在本发明实施例中，通过将所述布风支管22分布在至少三个不同的高度，能够进一步加强所述流化床反应区A内的床料的流化返混。
其中，对各个高度之间的间距不做限定，可以按照所述流化床反应区A的不同高度处的床料分布的密集程度来对不同高度之间的间距进行合理设置，使得各个位置的床料能够被均匀流化返混，加快床料传质传热，使得流化床反应区A中的温度分布较为均匀，避免出现局部高温而产生结渣现象。
其中，对所述布风支管22与所述布风总管21之间的夹角不做限定，只要所述布风支管22与所述布风总管21连通，能够将从气体进口通入的气体分布至所述气体分布板区B上方的流化床反应区A内即可。例如，所述布风支管22可以朝下倾斜，也可以朝上倾斜，还可以水平设置，均能够对所述流化床反应区A内的床料进行流化。
本发明的一实施例中，所述布风支管22朝上倾斜。
所述布风支管22朝上倾斜，气体从所述布风支管的出口向上喷出与床料接触，使得床料向上流化，有利于床料的流化返混。
为了形成更加均匀稳定的流场，优选的，参见图3，所述布风支管22与所述布风总管21之间的夹角α为45度。
本发明的一实施例中，所述布风支管22上设置有通孔，所述通孔的朝向为沿所述气化炉的轴向向上。通过在所述布风支管22上开设通孔(图中未示出)，能够加强气体对布风支管22周围的床料的流化返混，避免出现堆积、架桥现象。
优选的，所述布风支管22的开孔率为0.2-1％。在该范围的开孔率下，在通入一定量的含氧气体时，能够增大含氧气体与所述床料的接触面积，同时，还可以根据该开孔率对通入的含氧气体的量进行控制，使得所述含氧气体进入所述流化床反应区的流速保持在一定的范围内，促进流化返混的同时避免流速过大破坏流化场的稳定性。
需要说明的是，在开孔率一定的情况下，通过所述通孔的含氧气体的流速可以通过调节通孔数量和孔径来进行控制。
本发明的又一实施例中，参见图3，所述布风总管21的封闭的一端伸入所述流化床反应区A高度的1/2以上。
在本发明实施例中，将所述布风总管21的封闭端设置在所述流化床反应区A高度的1/2以上，能够减小流化阻力，进一步改善流场分布，并且还能够避免所述布风总管21发生磨损。
本发明的一实施例中，参见图4与图5，所述装置还包括至少一个支撑筋3，每一个所述支撑筋3的一端与所述气化炉1的内壁固定连接，另一端设置有与所述布风总管21横截面形状相匹配的套环31，所述套环31套设于所述布风总管21上。
通过设置支撑筋3对所述布风总管21进行固定，能够防止所述布风总管21在通入含氧气体时发生晃动。
本发明的又一实施例中，所述套环31与所述布风总管21之间具有1-2mm的间隙。能够保持所述布风总管21在一定的范围内自由膨胀。
本发明的又一实施例中，所述流化床反应区A所对应的气化炉1炉壁的不同高度处还设置有温度检测器(图中未示出)，所述温度检测器用于检测不同高度的温度。
通过对不同高度的温度进行检测，根据温度之间的偏差对气体分布板11的含氧气体的通入量和所述布风管2的含氧气体的通入量的比例进行调节，使得不同高度的温度趋于一致。
另一方面，本发明实施例提供一种流化床煤气化方法，参见图6，应用于如上所述的流化床煤气化装置，包括：
步骤1)将第一部分含氧气体通过所述气体分布板从下到上分布至所述气体分布板区，同时，将第二部分含氧气体通过所述布风管分布至所述气体分布板区上方的所述流化床反应区；
步骤2)进入所述流化床反应区内的煤粉在所述第一部分含氧气体和第二部分含氧气体的流化作用下，发生燃烧、气化反应。
本发明实施例提供一种流化床煤气化方法，通过向所述流化床反应区的不同位置同时分布含氧气体，使得进入所述流化床反应区内的煤粉能够在所述含氧气体的流化作用下加强流化返混，加快床料传质传热，并使得所述流化床反应区内的含氧气体分散较为均匀，从而使得床层内温度分布较为均匀，能够弥补仅通过气体分布板向所述流化床反应区通入含氧气体时靠近所述气体分布板的氧气含量较高而使得局部温度较高的不足，进而能够减少结渣现象。
本发明的一实施例中，所述将第二部分含氧气体通过所述布风管分布至所述气体分布板区上方的所述流化床反应区的流速为10-30m/s。在该流速下，能够加强所述气体分布板区上方的流化床反应区内的床料流化返混。
本发明的又一实施例中，所述方法还包括：根据所述温度检测器检测的不同高度的温度，对所述第一部分含氧气体和第二部分含氧气体的比例进行调节，使得不同高度的温度之间的差值小于等于预设阈值。
根据不同高度的温度变化，对所述第一部分含氧气体和第二部分含氧气体的比例进行调节，能够实时调节所述气体分布板区和所述气体分布板区上方的区域的含氧气体含量，从而能够对温度进行调节。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (14)

1.一种流化床煤气化装置，其特征在于，包括：
气化炉，所述气化炉包括气体分布板，所述气体分布板的上方为流化床反应区，所述流化床反应区靠近所述气体分布板的区域为气体分布板区；
布风管，所述布风管包括布风总管，所述布风总管沿所述气化炉的轴向穿设于所述流化床反应区，一端封闭且位于所述气化炉内，另一端为气体进口，位于所述气化炉的顶部，且与外界连通，所述气化炉内的所述布风总管上设置有与所述布风总管连通的布风支管，所述布风支管的出口位于所述气体分布板区的上方；
所述布风支管上设置有通孔，所述通孔的朝向为沿所述气化炉的轴向向上；
所述布风支管的开孔率为0.2-1％。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述布风支管为两个以上，且分别设置在所述布风总管的不同高度处。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，各个高度的布风支管的个数相同，不同高度的布风支管在水平方向上交错设置。
4.根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于，同一高度的布风支管的个数为两个以上，所述布风支管均匀分布于所述布风总管的一周。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，
所述布风支管分布在至少三个不同的高度。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述布风支管朝上倾斜。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述布风支管与所述布风总管之间的夹角为45度。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述布风总管的封闭的一端伸入所述流化床反应区高度的1/2以上。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述装置还包括至少一个支撑筋，每一个所述支撑筋的一端与所述气化炉的内壁固定连接，另一端设置有与所述布风总管横截面形状相匹配的套环，所述套环套设于所述布风总管上。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，
所述套环与所述布风总管之间具有1-2mm的间隙。
11.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述流化床反应区所对应的气化炉炉壁的不同高度处还设置有温度检测器，所述温度检测器用于检测不同高度的温度。
12.一种流化床煤气化方法，其特征在于，应用于如权利要求1-11任一项所述的流化床煤气化装置，包括：
步骤1)将第一部分含氧气体通过所述气体分布板从下到上分布至所述气体分布板区，同时，将第二部分含氧气体通过所述布风管分布至所述气体分布板区上方的所述流化床反应区；
步骤2)进入所述流化床反应区内的煤粉在所述第一部分含氧气体和第二部分含氧气体的流化作用下，发生燃烧、气化反应。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，
所述将第二部分含氧气体通过所述布风管分布至所述气体分布板区上方的所述流化床反应区的流速为10-30m/s。
14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，
所述方法还包括：根据所述温度检测器检测的不同高度的温度，对所述第一部分含氧气体和第二部分含氧气体的比例进行调节，使得不同高度的温度之间的差值小于等于预设阈值。
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