CN106554826B - 带细粉灰熔融的循环流化床煤气化方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种带细粉灰熔融的循环流化床煤气化方法，包括如下步骤：a)将煤(B)与气化剂(A)通入循环流化床煤气化炉(1)进行气化反应，生成煤气(C)和气化细粉灰(D)；b)将煤气(C)与气化细粉灰(D)分离；c)收集分离后的气化细粉灰(D)；d)将步骤c)获得的气化细粉灰(D)送入熔融炉(3)；e)生成富含CO、CO₂的含碳高温气(H)和高温液态熔渣(P)；f)将含碳高温气(H)回送到循环流化床煤气化炉(1)的气化炉炉膛或返料阀，将高温液态熔渣(P)排出熔融炉(3)。本发明还提供一种带细粉灰熔融的循环流化床煤气化装置。本发明的带细粉灰熔融的循环流化床煤气化方法和装置气化效率高、碳转化率高。

Description

带细粉灰熔融的循环流化床煤气化方法及装置

技术领域

本发明属于煤气化技术领域，涉及一种煤气化方法及装置，具体地，涉及一种带细粉灰熔融的循环流化床煤气化方法及采用该方法的装置。

背景技术

按固体燃料的运动状态分类，现代煤气化工艺主要包括移动床(又称固定床)气化法、气流床气化法和流化床气化法。

移动床煤气化工艺主要以块状煤为原料，其主要优点包括：可以使用劣质煤气化；加压气化生产能力高；氧耗量低，是目前三类煤气化方法中氧耗量最低的方法；反应炉的操作温度和出口煤气温度低，碳效率高、气化效率高。但由于移动床气化只能以不粘块煤为原料，不仅原料昂贵、气化强度低，而且气-固逆流换热，粗煤气中含酚类、焦油等较多，使净化流程加长，增加了投资和成本。

气流床煤气化炉反应温度高，并且采用液态排渣，气化强度高、生产能力大、碳转化率高，但该工艺需要以低灰熔点煤为原料，且要求煤粒度小于100μm，原料成本高；为维持炉内的高反应温度，常采用纯氧做氧化剂，氧耗高，影响经济性。

流化床煤气化技术可利用0～10mm的碎煤，不需筛分，加工成本低；气化强度大，达到移动床的2～3倍；可使用空气气化，氧耗低；粗煤气出口温度高；产品煤气中几乎不含焦油和酚类等。此类技术中，包括传统的流化床煤气化技术和近年来发展起来的循环流化床煤气化技术。其中，循环流化床煤气化炉带有高循环量的物料循环回路，流化速度大于传统流化床气化炉的流化速度，具有煤种适用性强、气固混合充分、气化反应速率高、整个反应器温度均匀、添加石灰石可炉内脱硫等优点。

对于传统流化床煤气化炉，炉膛流化速度较低，即便带有外循环回路，循环量也很小，气化反应主要在炉膛下部进行；而循环流化床煤气化炉炉膛流化速度高、大量物料在由炉膛、分离器和返料器组成的循环回路中循环，大量煤粒及未反应完全的碳在炉膛中上部进行气化反应，因此炉膛中上部处于还原区，且物料浓度很高，需要大量的热量以获得较高的气化效率，现有技术为本区域提供的热量相对不足，影响了气化效率的提高。同时，在循环流化床返料阀中，存在大量未反应完全的碳，但由于该处处于还原区且温度较低，气化反应程度低，如果能将返料阀中的气化反应程度提高，将有效地提高气化炉整体的气化效率和碳转化率；另一方面，由于气化操作温度低，流化速度高，虽然大颗粒的未反应碳会通过循环再次参与反应，但由气流夹带出的细粉灰中含碳量仍然可观，一般飞灰占总灰量的70％～80％，其中碳的质量分数占30％～50％，导致系统的总碳利用率不高；此外，由于气化细粉灰灰量大且含碳量高，细粉灰的利用处置也是一大难题。

针对传统流化床煤气化炉及循环流化床煤气化炉总碳利用率不高以及细粉灰处理的问题，主要有如下解决方案：(1)将流化床带出的细粉灰连同热煤气一起导入气流床煤气化炉进行高温二次气化，二次气化后的携带细粉灰的高温煤气排出气流床煤气化炉；(2)将传统流化床或循环流化床煤气化炉中带出的细粉灰从产品煤气中分离后送入气流床煤气化炉进行高温反应，反应生成的灰渣及高温煤气返回传统流化床或循环流化床下部，实现干法排渣的同时为传统流化床或循环流化床下部补热；(3)将传统流化床或循环流化床煤气化炉中带出的细粉灰从产品煤气中部分分离后送入气流床进行高温燃烧，液态排渣，高温烟气再返回传统流化床或循环流化床下部，为传统流化床或循环流化床下部补热。

通过将传统流化床或循环流化床煤气化炉中反应生成的细粉灰送入高温反应器进行二次反应是提高系统碳转化率的有效途径，但存在三大问题：首先，现有技术的细粉灰中碳转化后热量回送主要用于对气化炉下部补热，而气化炉炉膛中上部为剧烈气化还原区，需要大量热量以提高气化反应效率，对于循环流化床煤气化炉，从气化炉下部补热无法从根本上解决气化补热的问题；其次，循环流化床煤气化所产生的气化细粉灰含碳量高、量大，如果不能妥善处置，则会造成粉尘污染；最后，循环流化床煤气化的细粉灰主要为挥发份低、不含水、反应活性差的半焦，要实现细粉灰的高温气化或燃烧、保证液态排渣，是一大技术难点，现有技术并未给出切实可行的解决办法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种气化效率高、碳转化率高的新型循环流化床煤气化方法和装置。

本发明的目的还在于提供一种有效进行气化补热的循环流化床煤气化方法和装置。

本发明的目的还在于提供一种飞灰充分利用并妥善处置，避免造成污染的循环流化床煤气化方法和装置。

本发明的目的还在于提供一种降低细粉灰输送难度、节约设备投资的循环流化床煤气化方法和装置。

为达到上述目的或目的之一，本发明的技术解决方案如下：

根据本发明的一个方面的实施例，提出了一种带细粉灰熔融的循环流化床煤气化方法，包括如下步骤：

a)将煤与气化剂通入循环流化床煤气化炉进行气化反应，生成煤气和气化细粉灰；

b)将煤气与气化细粉灰分离；

c)收集分离后的气化细粉灰；

d)将步骤c)获得的气化细粉灰送入熔融炉；

e)生成富含CO、CO₂的含碳高温气和高温液态熔渣；

f)将含碳高温气回送到循环流化床煤气化炉的气化炉炉膛或返料阀，将高温液态熔渣排出熔融炉。

根据本发明的一个优选实施例，步骤d)具体为将步骤c)获得的气化细粉灰送入熔融炉，气化细粉灰先在熔融炉的燃料预热段中被预热至800℃～950℃后，再送入熔融炉的高温熔融段；步骤e)具体为向高温熔融段中通入氧化剂，与气化细粉灰反应，生成富含CO、CO₂的含碳高温气和高温液态熔渣。

根据本发明的一个优选实施例，步骤c)具体为收集并混合分离后的气化细粉灰，得到混合细粉灰；步骤d)具体为将步骤c)获得的混合细粉灰送入熔融炉，混合细粉灰先在熔融炉的燃料预热段中被预热至800℃～950℃后，再送入熔融炉的高温熔融段；步骤e)具体为向高温熔融段中通入氧化剂，与混合细粉灰反应，生成富含CO、CO₂的含碳高温气和高温液态熔渣。

根据本发明的一个优选实施例，步骤b)具体为利用循环流化床煤气化炉的分离装置将煤气与气化细粉灰分离，煤气被引出。

根据本发明的一个优选实施例，步骤b)具体为利用循环流化床煤气化炉的分离装置将煤气与气化细粉灰分离，煤气被引出；用于分离煤气与气化细粉灰的分离装置为两级或更多级。

根据本发明的一个优选实施例，步骤b)具体为利用循环流化床煤气化炉的分离装置和除尘器将煤气与气化细粉灰分离，煤气被引出。

根据本发明的一个优选实施例，步骤c)具体为将被循环流化床煤气化炉的分离装置捕集的气化细粉灰送入集灰器，混合得到混合细粉灰。

根据本发明的一个优选实施例，步骤c)具体为将被循环流化床煤气化炉的分离装置和除尘器捕集的气化细粉灰送入集灰器，混合得到混合细粉灰。

根据本发明的一个优选实施例，所述循环流化床煤气化炉的分离装置为两级旋风分离器，所述除尘器为布袋除尘器；煤气和气化细粉灰流经第一级分离器时，部分固体物料被捕集、经循环流化床煤气化炉的返料阀送回气化炉炉膛，煤气和气化细粉灰流经第二级分离器时，其中部分的气化细粉灰被捕集并被送入集灰器，煤气和剩余的气化细粉灰再流经布袋除尘器，剩余的气化细粉灰被进一步捕集并被送入集灰器，送入集灰器的气化细粉灰被混合在一起。

根据本发明的一个优选实施例，煤气在经过分离装置之后、进入除尘器之前流经换热装置而被冷却。

根据本发明的一个优选实施例，所述换热装置为空气预热装置或煤气冷却装置。

根据本发明的一个优选实施例，在第一级分离器和第二级分离器之间布置有空气预热装置、煤气冷却装置或余热锅炉。

根据本发明的一个优选实施例，所述气化剂为空气、富氧空气或纯氧，或者前述三者之一与蒸汽的组合。

根据本发明的一个优选实施例，所述氧化剂为空气、富氧空气或纯氧，或者前述三者之一与蒸汽的组合。

根据本发明的一个优选实施例，所述氧化剂为常温或者500℃～800℃的温度。

根据本发明的一个优选实施例，将含碳高温气回送到气化炉炉膛的还原区，或者氧化区与还原区之间的过渡区，或者返料阀处。

根据本发明的一个优选实施例，将步骤f)中排出的高温液态熔渣通入水淬池，使之急冷、玻璃化。

根据本发明的另一个方面的实施例，提出了一种带细粉灰熔融的循环流化床煤气化装置，包括循环流化床煤气化炉和熔融炉，其中：

循环流化床煤气化炉具有加煤口、气化剂入口、煤气出口、补热高温气进口以及一个气化细粉灰排出口，所述循环流化床煤气化炉包括气化炉炉膛、分离装置和返料阀；所述分离装置为两级，第二级分离装置用于将煤气与气化细粉灰分离，第二级分离装置的固体出口作为气化细粉灰排出口；

熔融炉与气化细粉灰排出口相连，并且熔融炉与循环流化床煤气化炉相连，用于将熔融过程产生的含碳高温气通过补热高温气进口回送到气化炉炉膛或返料阀，并且熔融炉具有熔渣出口。

根据本发明的另一个方面的实施例，提出了一种带细粉灰熔融的循环流化床煤气化装置，包括循环流化床煤气化炉、集灰器和熔融炉，其中：

循环流化床煤气化炉具有加煤口、气化剂入口、煤气出口、补热高温气进口以及多个气化细粉灰排出口，所述循环流化床煤气化炉包括气化炉炉膛、分离装置和返料阀；所述分离装置用于将煤气与气化细粉灰分离，所述分离装置的至少部分固体出口作为气化细粉灰排出口与集灰器的进口相连；

集灰器具有进口和出口，集灰器的进口与循环流化床煤气化炉的气化细粉灰排出口相连；

熔融炉与集灰器的出口相连，并且熔融炉与循环流化床煤气化炉相连，用于将熔融过程产生的含碳高温气通过补热高温气进口回送到气化炉炉膛或返料阀，并且熔融炉具有熔渣出口。

根据本发明的一个优选实施例，循环流化床煤气化炉还包括除尘器，所述除尘器用于对煤气进行除尘净化，除尘净化后的煤气经煤气出口排出，所述除尘器的排灰口作为气化细粉灰排出口与集灰器的进口相连。

根据本发明的一个优选实施例，熔融炉由燃料预热段和高温熔融段组成，燃料预热段设置有燃料进口和预热后燃料出口，其燃料进口与循环流化床煤气化炉的气化细粉灰排出口或集灰器的出口相通；高温熔融段设置有燃料进口、氧化剂进口、高温气出口及所述熔渣出口，其燃料进口与燃料预热段的预热后燃料出口相通，高温气出口与所述补热高温气进口相通。

根据本发明的一个优选实施例，所述分离装置包括顺次相连的第一级旋风分离器和第二级旋风分离器，所述除尘器为布袋除尘器；返料阀的进、出口分别与第一级旋风分离器的固体循环物料出口和气化炉炉膛的返料口相通，第二级旋风分离器的固体出口作为气化细粉灰排出口与集灰器的进口相连，所述布袋除尘器的排灰口作为气化细粉灰排出口与集灰器的进口相连。

根据本发明的一个优选实施例，在所述分离装置和所述除尘器之间设置有换热装置。

根据本发明的一个优选实施例，所述换热装置为空气预热装置或煤气冷却装置。

根据本发明的一个优选实施例，在第一级旋风分离器和第二级旋风分离器之间布置有空气预热装置、煤气冷却装置或余热锅炉。

根据本发明的一个优选实施例，所述补热高温气进口设置在气化炉炉膛的还原区，或者氧化区与还原区之间的过渡区，或者返料阀处。

根据本发明的一个优选实施例，所述熔渣出口与水淬池相通，用于将熔渣排入水淬池进行冷却。

本发明将气化炉产生的全部气化细粉灰混合后送入熔融炉，避免了高温灰输送，降低输送难度、节约设备投资；熔融炉带有前置预热，使气化细粉灰中反应活性差的半焦能够与氧化剂充分反应，生成含碳高温气和高温液态熔渣；携带少量飞灰的含碳高温气送回气化炉，可为气化炉炉膛及返料阀内的气化反应提供热源及反应物，从而提高循环流化床煤气化过程的总体碳转化率和煤气品质，同时实现系统的烟气零排放；高温液态熔渣排出系统时，可通过水淬玻璃化，实现系统粉状飞灰的零排放。因此，本发明的方法和装置气化效率高、碳转化率高、煤气品质好、烟气和粉状飞灰双双零排放，且运行可靠、初始投资低。

附图说明

图1为根据本发明第一实施例的带细粉灰熔融的循环流化床煤气化方法的流程示意图；

图2为根据本发明第二实施例的带细粉灰熔融的循环流化床煤气化装置的示意图；

图3为根据本发明第四实施例的带细粉灰熔融的循环流化床煤气化装置的示意图；以及

图4为根据本发明第五实施例的带细粉灰熔融的循环流化床煤气化装置的示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本发明的示例性的实施例，其中相同或相似的标号表示相同或相似的元件。另外，在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本披露实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。在其他情况下，公知的结构和装置以图示的方式体现以简化附图。

根据本发明总体上的发明构思，本发明将煤送入循环流化床煤气化炉进行气化，并将气化炉带出的全部气化细粉灰通入带有前置预热的熔融炉，向熔融炉中通入氧化剂，使预热至高温的气化细粉灰中反应活性差的半焦与氧化剂充分反应，生成含碳高温气和高温液态熔渣；携带少量飞灰的含碳高温气送回气化炉，为气化炉炉膛及返料阀的气化反应提供热源及反应物，从而提高循环流化床煤气化过程的总体碳转化率和煤气品质；同时，高温液态熔渣排出系统时，可通过水淬玻璃化，实现系统粉状飞灰的零排放。

以下结合本发明的实施例进一步阐释本发明的方法及装置。

图1为根据本发明第一实施例的带细粉灰熔融的循环流化床煤气化方法的流程示意图。如图1所示，本发明的方法包括如下步骤：

a)将煤B与气化剂A通入循环流化床煤气化炉1进行气化反应，生成煤气C和气化细粉灰D；

b)利用循环流化床煤气化炉1的分离装置将煤气C与气化细粉灰D分离，煤气C经除尘器除尘净化后引出；

c)将被循环流化床煤气化炉1的分离装置和除尘器捕集的气化细粉灰D送入集灰器2，混合得到混合细粉灰E；

d)将混合细粉灰E送入熔融炉3，混合细粉灰E先在熔融炉3的燃料预热段31中被预热至800℃～950℃后，再送入熔融炉3的高温熔融段32；

e)向高温熔融段32中通入氧化剂G，与混合细粉灰E反应，生成富含CO、CO₂的含碳高温气H和高温液态熔渣P；

f)将含碳高温气H回送到气化炉炉膛或返料阀(当含碳高温气H为高温烟气时回送到气化炉炉膛或返料阀，当含碳高温气H为高温煤气时，只回送到气化炉炉膛)，将高温液态熔渣P排出熔融炉3。

其中，循环流化床煤气化炉1中设有多级分离装置，典型的如两级旋风分离器，煤气C流经第一级分离器时，大量固体物料被捕集、经返料阀作为循环物料送回气化炉炉膛，粒径比循环物料更细的气化细粉灰则被煤气C携带，从第一级分离器的气体出口排出、进入第二级分离器，大部分的气化细粉灰D被第二级分离器捕集，煤气再流经布袋除尘器时，剩余的气化细粉灰被进一步捕集。循环流化床煤气化炉1中设有三级分离器时，则第二级和第三级分离器收集到的是气化细粉灰D。(多级分离装置的第一级用于分离循环物料，其后各级用于分离气化细粉灰，因此用于分离煤气与气化细粉灰的分离装置级数总是比分离装置的总级数少一级)。由于分离器之间常常布置有煤气冷却装置，以减小后级分离器的体积，同时煤气进入布袋除尘器之前常常流经换热器以被冷却至适宜除尘器的温度，被捕集到的气化细粉灰的温度是逐级降低的，因此混合细粉灰E温度一般可低于600℃。该温度下细粉灰的输送难度较小，也不需要先进行降温再向熔融炉3输送，避免了细粉灰显热的损失，且有利于熔融反应。

对于不设除尘器的煤气化系统，即直接利用热荒煤气的系统，气化细粉灰只来自于循环流化床煤气化炉1的分离装置。若分离装置为两级，则循环流化床煤气化炉1中只有第二级分离装置的固体出口这一个气化细粉灰排出口，此口直接与熔融炉相连，即直接将来自二级分离器的气化细粉灰向熔融炉3输送，没有混合的步骤，此时带细粉灰熔融的循环流化床煤气化装置中不设集灰器。为描述方便，以下“混合细粉灰E”也包括只有来自二级分离器的气化细粉灰的这种情况。

其气化剂A和氧化剂G均可以是以下成分或成分的组合：空气、空气+蒸汽、富氧空气、富氧空气+蒸汽、纯氧、纯氧+蒸汽等。氧化剂G的选择与灰熔点、熔融炉3的运行温度、混合细粉灰E的热值以及所需含碳高温气H的成分相关，可根据系统运行过程中混合细粉灰E热值的变化进行调整。

步骤f中，优选将含碳高温气H回送到循环流化床煤气化炉1的气化炉炉膛的还原区，或者氧化区与还原区之间的过渡区，或者返料阀处。一方面，含碳高温气H的温度为1000℃～1500℃，送回气化炉炉膛或返料阀可充分利用其显热、促进气化反应；另一方面，含碳高温气的主要成分为氧气含量接近0的烟气或干煤气，或这二者之一与蒸汽的混合物，同时还夹带有20％以内的飞灰，通入气化炉炉膛后其中的C、CO₂、CO等成分还可参与煤气化反应；含碳高温气为烟气时，通入返料阀后其中CO₂等成分可参与煤气化反应。因此，此举为气化炉炉膛还原区和返料阀还原区剧烈的气化反应提供热源及反应物，弥补了现有技术还原区热量不足的缺陷，从而提高了循环流化床煤气化炉的气化效率和煤气品质。此外，还实现了整个系统烟气的零排放。

熔融炉3包括燃料预热段31和高温熔融段32。混合细粉灰E先送入燃料预热段31，从而使得高温熔融段32在燃料为挥发份低、反应活性差、着火点高、燃烧反应速率慢、燃尽时间长的半焦的条件下不借助辅助燃料实现快速反应并高温熔融成为可能；同时，根据高温熔融段32反应温度需求、混合细粉灰E的热值以及灰熔点的不同，针对性地向高温熔融段32通入不同的氧化剂G，使高温的预热细粉灰F与氧化剂快速充分反应，达到熔融温度，生成含碳高温气H和高温液态熔渣P。

由于整个煤气化系统中除在主循环回路中进行循环的循环灰以及由含碳高温气H带回循环流化床煤气化炉1的少量飞灰以外，其余气化飞灰均进入熔融炉高温熔融并液态排渣，没有飞灰排出系统，从而实现了整个煤气化系统的粉状飞灰零排放。从高温熔融段32排出的高温液态熔渣P可以通入水淬池，使之急冷、玻璃化。

高温熔融段32可以为还原气氛或氧化气氛：在保证熔融温度的基础上，根据细粉灰的热值以及气化炉对含碳高温气H成分的需要，通过调整氧化剂成分、氧化剂的量及预热温度控制高温熔融段32的反应气氛。氧化气氛下，含碳高温气H可向气化炉提供高温显热以及CO₂反应物；还原气氛下，含碳高温气H可向气化炉提供高温显热以及CO等反应物；为氧化气氛时，可通过控制氧化剂G中的氧气含量，使生成的含碳高温气H中氧气含量接近于零。此外，可以通过调节氧化剂G的成分及其与混合细粉灰E的比例，控制混合细粉灰E与氧化剂G的反应温度，使生成的含碳高温气H的温度为1000℃～1500℃。

氧化剂G可以为常温或者500℃～800℃的温度。氧化剂G为纯氧时，直接以常温通入高温熔融段32，氧化剂G为纯氧、空气或富氧空气以及氧化剂中含有蒸汽时，可预热至500℃～800℃，以更利于熔融。

根据本发明的带细粉灰熔融的循环流化床煤气化方法具有如下优点：

1)煤气夹带出的细粉灰经过熔融炉中的反应后，细粉灰中所含的挥发份含量低、不含水、反应活性差的半焦完全转化，进而提高煤气化的总碳转化率；

2)熔融炉中生成的含碳高温气进入气化炉炉膛的还原区、或氧化区与还原区之间的过渡区、或返料阀，其显热被充分利用，促进煤气化反应的同时，含碳气体可参与煤气化反应，为其提供化学热，提高循环流化床煤气化炉的气化效率和有效煤气组成；

3)除循环流化床煤气化炉主循环回路外的气化细粉灰全部进入熔融炉，排出玻璃体，实现了系统粉状飞灰的零排放；

4)熔融炉中反应生成的高温气全部通入循环流化床煤气化炉参加再循环，实现了系统烟气的零排放；

5)在熔融炉中，通过对原料预热和调整氧化剂，解决了气化细粉灰在不借助辅助燃料的情况下快速高温熔融的难题；

6)混合气化细粉灰的温度低于600℃，在充分利用了气化细粉灰显热的同时，避免了高温灰的输送，降低了设备成本。

本发明的煤气化方法不仅可用于原煤的气化，也用于生物质、垃圾等碳基燃料的气化过程。

图2为根据本发明第二实施例的带细粉灰熔融的循环流化床煤气化装置的示意图。如图2所示，本发明的装置包括循环流化床煤气化炉1和细粉灰熔融系统。其中，循环流化床煤气化炉包括：气化炉炉膛10，其设置有出口、加煤口、返料口、补热高温气进口及进风布风装置(气化剂入口)；一级分离器11，其设置有进口、固体循环物料出口及气体出口，其中，进口与气化炉炉膛10的出口相通；返料阀12，返料阀12的进、出口分别与一级分离器11的固体循环物料出口和气化炉炉膛10的返料口相通；二级分离器13，其设置有进口、固体出口及气体出口，其中，进口与一级分离器11的气体出口相通；换热器14，其可以是空气预热器、煤气冷却器等换热装置，其设置有高温气进口、出口以及冷却介质进口、出口，其高温气进口和二级分离器13的气体出口相通；以及布袋除尘器15，其设置有进口、排灰口以及洁净气出口，其进口与换热器14的高温气出口相通。

细粉灰熔融系统，包括集灰器2，用于收集并混合系统中所有的细粉，具有进口和出口，其进口与二级分离器13的固体出口(即二级分离器的气化细粉灰出口)、布袋除尘器15的排灰口(即布袋除尘器的气化细粉灰出口)相通；熔融炉3，其由燃料预热段31和高温熔融段32组成，燃料预热段31设置有燃料进口和预热后燃料出口，其燃料进口与集灰器2的出口相通；高温熔融段32设置有燃料进口、氧化剂进口、高温气出口及熔渣出口，燃料进口与燃料预热段31的预热后燃料出口相通，高温气出口与气化炉炉膛10的补热高温气进口相通，熔渣出口与水淬池4相通，将熔渣排入水淬池进行冷却。

下面简要描述本发明第二实施例的带细粉灰熔融的循环流化床煤气化装置的工作过程。煤B由加煤口加入气化炉炉膛10，气化剂A由气化剂入口进入气化炉炉膛10，二者在气化炉炉膛10内完成气化反应，生成的煤气携带未完全反应的小颗粒碳和灰经过一级分离器11后，其中较大颗粒的未完全反应的碳和灰被一级分离器11分离，经返料阀12返回气化炉炉膛10，形成主循环回路物料循环；一部分未完全反应的较小颗粒碳和灰被二级分离器13分离后作为高温气化细粉灰D1(800℃左右)送入集灰器2；另一部分未完全反应的较小颗粒碳和灰由煤气携带，经过换热器14降温后进入尾部终端布袋除尘器15，经过布袋除尘器15分离后，洁净的产品煤气C排出系统，低温气化细粉灰D2(100℃左右)进入集灰器2。高温气化细粉灰D1和低温气化细粉灰D2在集灰器2中混合后，形成400℃左右的中温混合细粉灰E，送入熔融炉3的燃料预热段31被预热至900℃；随后，预热细粉灰F进入熔融炉3中运行温度在1500℃左右(高于灰熔融温度)的高温熔融段32；同时，向高温熔融段32中通入适量的常温纯氧G，使预热细粉灰F在高温氧化气氛下燃烧并熔融，使其中所含的反应活性差的碳与纯氧充分反应，生成低N₂、低O₂、富CO₂的1500℃左右的高温烟气H和高温液态熔渣P。高温烟气H携带少量高温飞灰(低于飞灰总量的10％)从气化炉炉膛10的还原区或氧化区与还原区之间的过渡区再次返回循环流化床煤气化炉1，一方面为循环流化床煤气化炉1内进行的气化反应补充热量，另一方面，CO₂作为反应物参与气化反应，从而有效提高系统的总碳转化率和有效煤气组成。熔融炉3中排出的高温液态熔渣P在水淬池4中急冷、形成玻璃体K排出系统，实现无害化处理。

本发明还提供了第三实施例的带细粉灰熔融的循环流化床煤气化方法和装置，该装置与第二实施例的装置基本相同，该方法与第一实施例的方法基本相同，下面仅描述与第一实施例和第二实施例的不同，不同之处在于：步骤e中，向高温熔融段32中通入适量的混合后温度为600℃左右的富氧空气和水蒸汽，使预热细粉灰F在高温还原性气氛下反应并熔融，其中所含的反应活性差的碳与富氧空气和水蒸汽充分反应，生成1000℃以上的含碳高温气H(高温湿煤气)。含碳高温气H携带少量高温飞灰(低于飞灰总量的15％)从气化炉炉膛10的还原区或氧化区与还原区之间的过渡区再次返回循环流化床煤气化炉1，一方面为循环流化床煤气化炉1内进行的气化反应补充热量，另一方面，作为反应物参与气化反应，从而有效提高系统的总碳转化率和有效煤气组成。

图3为根据本发明第四实施例的带细粉灰熔融的循环流化床煤气化装置的示意图。如图3所示，本发明的装置包括循环流化床煤气化炉1和细粉灰熔融系统。其中，循环流化床煤气化炉包括：气化炉炉膛10，其设置有出口、加煤口、返料口、补热高温气进口及进风布风装置；一级分离器11，其设置有进口、固体循环物料出口及气体出口，其中，进口与气化炉炉膛10的出口相通；返料阀12，返料阀12的进、出口分别与一级分离器11的固体循环物料出口和气化炉炉膛10的返料口相通；空气预热器16，其设置有高温气进口、出口以及预热空气进口、出口，其高温气进口和一级分离器11的气体出口相通；余热锅炉17，其设置有高温气进口、高温气出口、给水进口、蒸汽出口以及排灰口，其高温气进口和空气预热器16的高温气出口相通；二级分离器13，其设置有进口、固体出口及气体出口，其中，进口与余热锅炉17的高温气出口相通；换热器14，其可以是空气预热器、煤气冷却器等换热装置，其设置有高温气进口、出口以及冷却介质进口、出口，其高温气进口和二级分离器13的气体出口相通；以及布袋除尘器15，其设置有进口、排灰口以及洁净气出口，其进口与换热器14的高温气出口相通。

细粉灰熔融系统，包括集灰器2，用于收集并混合系统中所有的细粉，具有进口和出口，其进口与余热锅炉17的排灰口、二级分离器13的固体出口、布袋除尘器15的排灰口相通；熔融炉3，其由燃料预热段31和高温熔融段32组成，燃料预热段31设置有燃料进口和预热后燃料出口，其燃料进口通过输送装置与集灰器2的出口相通；高温熔融段32设置有燃料进口、氧化剂进口、高温气出口及熔渣出口，燃料进口与燃料预热段31的预热后燃料出口相通，高温气出口与气化炉炉膛10的补热高温气进口相通，熔渣出口与水淬池4相通，将熔渣排入水淬池进行冷却。

下面简要描述本发明第四实施例的带细粉灰熔融的循环流化床煤气化装置的工作过程。煤B由加煤口加入气化炉炉膛10，气化剂A由底部进入气化炉炉膛10，二者在气化炉炉膛10内完成气化反应，生成的煤气携带未完全反应的小颗粒碳和灰经过一级分离器11后，其中较大颗粒的未完全反应的碳和灰被一级分离器11分离，经返料阀12返回气化炉炉膛10，形成主循环回路物料循环；一部分未完全反应的较小颗粒碳和灰随煤气依次经过空气预热器16和余热锅炉17后，煤气温度降至200℃左右，余热锅炉17中聚集的气化细粉灰D3(200℃左右)送入集灰器2；携带未完全反应的较小颗粒碳和灰的煤气继续经过二级分离器13，分离后的气化细粉灰D1送入集灰器2；另一部分未完全反应的较小颗粒碳和灰由煤气携带，经过换热器14降温后进入尾部终端布袋除尘器15，经过布袋除尘器15分离后，洁净的产品煤气C排出系统，气化细粉灰D2(100℃左右)进入集灰器2。全部气化细粉灰D1、D2和D3在集灰器2中混合后，形成150℃左右的混合细粉灰E，送入熔融炉3的燃料预热段31被预热至900℃；随后的熔融炉3中的反应、高温烟气H向气化炉炉膛10的回送以及熔融炉3液态排渣冷却同第二实施例。

图4为根据本发明第五实施例的带细粉灰熔融的循环流化床煤气化装置的示意图。该实施例与第四实施例基本相同，下面仅描述与第四实施例的不同，不同之处在于：气化炉炉膛10的补热高温气进口设置在返料阀12的出口处。预热细粉灰F在高温氧化性气氛下反应并熔融，其中所含的反应活性差的碳与富氧空气和水蒸汽充分反应，生成1000℃以上的含碳高温气H(高温湿烟气)。含碳高温气H携带少量高温飞灰(低于飞灰总量的15％)从循环流化床煤气化炉1的返料阀12的出口再次返回循环流化床煤气化炉1，一方面为循环流化床煤气化炉1内进行的气化反应补充热量，另一方面，作为反应物参与返料阀12的出口处的气化反应，从而有效提高系统的总碳转化率和有效煤气组成。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行变化。本发明的适用范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (27)

1.一种带细粉灰熔融的循环流化床煤气化方法，包括如下步骤：

a)将煤(B)与气化剂(A)通入循环流化床煤气化炉(1)进行气化反应，生成煤气(C)和气化细粉灰(D)；

b)将煤气(C)与气化细粉灰(D)分离；

c)收集分离后的气化细粉灰(D)；

d)将步骤c)获得的气化细粉灰(D)送入熔融炉(3)，其中熔融炉(3)由燃料预热段(31)和高温熔融段(32)组成；

e)生成富含CO、CO₂的含碳高温气(H)和高温液态熔渣(P)；

f)将含碳高温气(H)回送到循环流化床煤气化炉(1)的气化炉炉膛的还原区或返料阀，将高温液态熔渣(P)排出熔融炉(3)。

2.根据权利要求1所述的带细粉灰熔融的循环流化床煤气化方法，其特征在于：

步骤d)具体为将步骤c)获得的气化细粉灰(D)送入熔融炉(3)，气化细粉灰(D)先在熔融炉(3)的燃料预热段(31)中被预热至800℃～950℃后，再送入熔融炉(3)的高温熔融段(32)；

步骤e)具体为向高温熔融段(32)中通入氧化剂(G)，与气化细粉灰(D)反应，生成富含CO、CO₂的含碳高温气(H)和高温液态熔渣(P)。

3.根据权利要求1所述的带细粉灰熔融的循环流化床煤气化方法，其特征在于：

步骤c)具体为收集并混合分离后的气化细粉灰(D)，得到混合细粉灰(E)；

步骤d)具体为将步骤c)获得的混合细粉灰(E)送入熔融炉(3)，混合细粉灰(E)先在熔融炉(3)的燃料预热段(31)中被预热至800℃～950℃后，再送入熔融炉(3)的高温熔融段(32)；

步骤e)具体为向高温熔融段(32)中通入氧化剂(G)，与混合细粉灰(E)反应，生成富含CO、CO₂的含碳高温气(H)和高温液态熔渣(P)。

4.根据权利要求2所述的带细粉灰熔融的循环流化床煤气化方法，其特征在于：

步骤b)具体为利用循环流化床煤气化炉(1)的分离装置将煤气(C)与气化细粉灰(D)分离，煤气(C)被引出。

5.根据权利要求3所述的带细粉灰熔融的循环流化床煤气化方法，其特征在于：

步骤b)具体为利用循环流化床煤气化炉(1)的分离装置将煤气(C)与气化细粉灰(D)分离，煤气(C)被引出；用于分离煤气与气化细粉灰的分离装置为两级或更多级。

6.根据权利要求3所述的带细粉灰熔融的循环流化床煤气化方法，其特征在于：

步骤b)具体为利用循环流化床煤气化炉(1)的分离装置和除尘器将煤气(C)与气化细粉灰(D)分离，煤气(C)被引出。

7.根据权利要求5所述的带细粉灰熔融的循环流化床煤气化方法，其特征在于：步骤c)具体为将被循环流化床煤气化炉(1)的分离装置捕集的气化细粉灰(D)送入集灰器(2)，混合得到混合细粉灰(E)。

8.根据权利要求6所述的带细粉灰熔融的循环流化床煤气化方法，其特征在于：步骤c)具体为将被循环流化床煤气化炉(1)的分离装置和除尘器捕集的气化细粉灰(D)送入集灰器(2)，混合得到混合细粉灰(E)。

9.根据权利要求8所述的带细粉灰熔融的循环流化床煤气化方法，其特征在于：所述循环流化床煤气化炉的分离装置为两级旋风分离器，所述除尘器为布袋除尘器；煤气(C)和气化细粉灰(D)流经第一级分离器时，部分固体物料被捕集、经循环流化床煤气化炉(1)的返料阀送回气化炉炉膛，煤气(C)和气化细粉灰(D)流经第二级分离器时，其中部分的气化细粉灰(D)被捕集并被送入集灰器(2)，煤气(C)和剩余的气化细粉灰(D)再流经布袋除尘器，剩余的气化细粉灰(D)被进一步捕集并被送入集灰器(2)，送入集灰器(2)的气化细粉灰(D)被混合在一起。

10.根据权利要求6所述的带细粉灰熔融的循环流化床煤气化方法，其特征在于：煤气在经过分离装置之后、进入除尘器之前流经换热装置而被冷却。

11.根据权利要求10所述的带细粉灰熔融的循环流化床煤气化方法，其特征在于：所述换热装置为空气预热装置或煤气冷却装置。

12.根据权利要求9所述的带细粉灰熔融的循环流化床煤气化方法，其特征在于：在第一级分离器和第二级分离器之间布置有空气预热装置、煤气冷却装置或余热锅炉。

13.根据权利要求1-12中任一项所述的带细粉灰熔融的循环流化床煤气化方法，其特征在于：所述气化剂(A)为空气、富氧空气或纯氧，或者前述三者之一与蒸汽的组合。

14.根据权利要求2-12中任一项所述的带细粉灰熔融的循环流化床煤气化方法，其特征在于：所述氧化剂(G)为空气、富氧空气或纯氧，或者前述三者之一与蒸汽的组合。

15.根据权利要求2-12中任一项所述的带细粉灰熔融的循环流化床煤气化方法，其特征在于：所述氧化剂(G)为常温或者500℃～800℃的温度。

16.根据权利要求1-12中任一项所述的带细粉灰熔融的循环流化床煤气化方法，其特征在于：将含碳高温气(H)回送到气化炉炉膛的还原区，或者氧化区与还原区之间的过渡区，或者返料阀处。

17.根据权利要求1-12中任一项所述的带细粉灰熔融的循环流化床煤气化方法，其特征在于：将步骤f)中排出的高温液态熔渣(P)通入水淬池，使之急冷、玻璃化。

18.一种带细粉灰熔融的循环流化床煤气化装置，用于执行权利要求1所述的带细粉灰熔融的循环流化床煤气化方法，包括循环流化床煤气化炉(1)和熔融炉(3)，其中：

循环流化床煤气化炉(1)具有加煤口、气化剂入口、煤气出口、补热高温气进口以及一个气化细粉灰排出口，所述循环流化床煤气化炉(1)包括气化炉炉膛(10)、分离装置和返料阀(12)；所述分离装置为两级，第二级分离装置用于将煤气(C)与气化细粉灰(D)分离，第二级分离装置的固体出口作为气化细粉灰排出口；

熔融炉(3)与气化细粉灰排出口相连，并且熔融炉(3)与循环流化床煤气化炉(1)相连，用于将熔融过程产生的含碳高温气(H)通过补热高温气进口回送到气化炉炉膛(10)或返料阀(12)，并且熔融炉(3)具有熔渣出口，

其中熔融炉(3)由燃料预热段(31)和高温熔融段(32)组成。

19.一种带细粉灰熔融的循环流化床煤气化装置，用于执行权利要求1所述的带细粉灰熔融的循环流化床煤气化方法，包括循环流化床煤气化炉(1)、集灰器(2)和熔融炉(3)，其中：

循环流化床煤气化炉(1)具有加煤口、气化剂入口、煤气出口、补热高温气进口以及多个气化细粉灰排出口，所述循环流化床煤气化炉(1)包括气化炉炉膛(10)、分离装置和返料阀(12)；所述分离装置用于将煤气(C)与气化细粉灰(D)分离，所述分离装置的至少部分固体出口作为气化细粉灰排出口与集灰器(2)的进口相连；

集灰器(2)具有进口和出口，集灰器(2)的进口与循环流化床煤气化炉(1)的气化细粉灰排出口相连；

熔融炉(3)与集灰器(2)的出口相连，并且熔融炉(3)与循环流化床煤气化炉(1)相连，用于将熔融过程产生的含碳高温气(H)通过补热高温气进口回送到气化炉炉膛(10)或返料阀(12)，并且熔融炉(3)具有熔渣出口，

其中熔融炉(3)由燃料预热段(31)和高温熔融段(32)组成。

20.根据权利要求19所述的带细粉灰熔融的循环流化床煤气化装置，其特征在于：循环流化床煤气化炉(1)还包括除尘器(15)，所述除尘器(15)用于对煤气(C)进行除尘净化，除尘净化后的煤气(C)经煤气出口排出，所述除尘器的排灰口作为气化细粉灰排出口与集灰器(2)的进口相连。

21.根据权利要求19-20中任一项所述的带细粉灰熔融的循环流化床煤气化装置，其特征在于：燃料预热段(31)设置有燃料进口和预热后燃料出口，其燃料进口与循环流化床煤气化炉(1)的气化细粉灰排出口或集灰器(2)的出口相通；高温熔融段(32)设置有燃料进口、氧化剂进口、高温气出口及所述熔渣出口，其燃料进口与燃料预热段(31)的预热后燃料出口相通，高温气出口与所述补热高温气进口相通。

22.根据权利要求20所述的带细粉灰熔融的循环流化床煤气化装置，其特征在于：所述分离装置包括顺次相连的第一级旋风分离器(11)和第二级旋风分离器(13)，所述除尘器(15)为布袋除尘器；返料阀(12)的进、出口分别与第一级旋风分离器(11)的固体循环物料出口和气化炉炉膛(10)的返料口相通，第二级旋风分离器(13)的固体出口作为气化细粉灰排出口与集灰器(2)的进口相连，所述布袋除尘器的排灰口作为气化细粉灰排出口与集灰器(2)的进口相连。

23.根据权利要求20所述的带细粉灰熔融的循环流化床煤气化装置，其特征在于：在所述分离装置和所述除尘器(15)之间设置有换热装置。

24.根据权利要求23所述的带细粉灰熔融的循环流化床煤气化装置，其特征在于：所述换热装置为空气预热装置(16)或煤气冷却装置。

25.根据权利要求22所述的带细粉灰熔融的循环流化床煤气化装置，其特征在于：在第一级旋风分离器(11)和第二级旋风分离器(13)之间布置有空气预热装置(16)、煤气冷却装置或余热锅炉(17)。

26.根据权利要求18-20中任一项所述的带细粉灰熔融的循环流化床煤气化装置，其特征在于：所述补热高温气进口设置在气化炉炉膛(10)的还原区，或者氧化区与还原区之间的过渡区，或者返料阀处。

27.根据权利要求18-20中任一项所述的带细粉灰熔融的循环流化床煤气化装置，其特征在于：所述熔渣出口与水淬池(4)相通，用于将熔渣排入水淬池进行冷却。

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