CN106635174B - 一种蓄热式高热值合成气的气化装置及基于该装置的气化生产方法 - Google Patents

一种蓄热式高热值合成气的气化装置及基于该装置的气化生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种蓄热式高热值合成气的气化装置，包括气化室、鼓风机和四通阀，气化室顶端设置有放置合成气管道的合成气出口，气化室内部设置有辐射管，辐射管的两端分别设置有第一蓄热室和第二蓄热室，第一蓄热室和第二蓄热室设置于气化室外部，气化室内还设置有过热蒸汽管道，鼓风机和四通阀设置于气化室外部，将空气通过鼓风机送入四通阀，经四通阀后进入第一蓄热室，从第二蓄热室出来的烟气经过四通阀由引风机进入给水换热器，给水换热器上设置有过热蒸汽出口。本发明在蓄热式辐射管为系统提供热量，在气化室内实现气化，有效的将氮气和合成气分开，合成气中没有氮气含量，以提高合成气的热值和降低运行成本。

Description

一种蓄热式高热值合成气的气化装置及基于该装置的气化生 产方法
技术领域
本发明涉及气化技术领域，特别是一种蓄热式高热值合成气的气化装置及基于该装置的气化生产方法。
背景技术
现在实现工业煤气化的工艺主要有固定床气化、流化床气化和气流床气化三类。气化剂多为空气、氧气、二氧化碳或水蒸汽。传统的气化技术都是助燃剂和气化剂一起进入气化室，一边燃烧，一边气化。燃烧产生的二氧化碳和空气携带的氮气进入合成气，从而导致合成气热值不高，影响到合成气的应用领域。为提高合成的热值，有采用纯氧用于生产合成气，虽然达到了热值方面的要求，生产成本大大提高，还抑制了应用推广。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种蓄热式高热值合成气的气化装置及基于该装置的气化生产方法，本发明提出的蓄热式气化技术，通过蓄热燃烧为气化提供热量同时与氧气隔绝，燃烧产生的烟气余热先通过蓄热方式回收，然后再通过给水加以冷却，排烟温度不高于100℃，本系统生产的合成气热值较传统的空气-蒸汽气化技术提高100％左右，且系统节能效果显著。
本发明是通过以下技术方案来实现的：
一种蓄热式高热值合成气的气化装置，包括气化室、鼓风机和四通阀，所述气化室顶端设置有连通合成气管道的合成气出口，所述气化室内部设置有用于加热气化室内原料的辐射管，所述辐射管的两端分别设置有第一蓄热室和第二蓄热室，所述第一蓄热室和所述第二蓄热室设置于所述气化室外部，所述气化室内还设置有向气化室内提供气化剂的过热蒸汽管道，所述鼓风机和所述四通阀设置于所述气化室外部，将空气通过所述鼓风机送入四通阀，经四通阀后进入所述第一蓄热室，从所述第二蓄热室出来的烟气经过四通阀由引风机进入给水换热器，所述给水换热器上设置有过热蒸汽出口，所述过热蒸汽出口与所述过热蒸汽管道的一端连通，所述过热蒸汽管道的另一端设置于所述气化室内部。在此过程中，燃烧过程产生的烟气及没有反应完全的空气中的氧气、氮气等与合成气彻底分开，可以大大提高合成的热值。与热解气化相比，有过热蒸汽的引入，大大加快了气化进程，物料在过热蒸汽脉冲翻动下，气化过程效率高，彻底，完全。蒸汽由系统本身通过管道内生成，系统结构简单，可靠。排烟温度实现冷凝式回收余热，热能利用率高，产气量高。
本发明在蓄热式辐射管为系统提供热量，在气化室内实现热解和气化，有效的将氮气和合成气分开，合成气中没有由于空气燃烧带入的氮气含量，以提高合成气的热值和降低运行成本。
优选地，所述的辐射管为U型辐射管或W型辐射管。U型辐射管或W型辐射管使气化室内的原料得到充分加热，原料气化更彻底。
优选地，所述的气化室外壁上设置有保温层。保温层使气化室内的热量不会轻易散发出去，保证气化室内的气化温度。
优选地，所述的给水换热器为给水管道和烟气管道套接，所述烟气管道设置于所述给水管道的内部，可以实现烟气冷凝式余热回收。给水管道将烟气管道中的余热再回收，使烟气排烟温度降低到50℃～100℃，烟气中水蒸汽凝结，潜热释放，回收更多的余热，做到系统的气化过程的节能。
优选地，所述的过热蒸汽管道上设置有过热蒸汽流量调节阀。
优选地，所述的气化室外壁上设置有进料口，原料通过进料口进料。原料的给料由螺旋给料装置或其他密封良好的给料装置通过进料口进料完成，采用的方式可以有效防止空气进入。
优选地，所述的合成气管道上设置有燃气管道，所述燃气管道与所述辐射管连通，所述燃气管道上设置有燃气流量调节阀。
本发明的另一个目的是提出了基于蓄热式高热值合成气的气化装置的气化生产方法，包括如下步骤：
(1)将原料加入气化室，空气通过鼓风机进入空气管道，再通过四通阀将空气通过辐射管一端的第一蓄热室加热，加热后的空气进入辐射管与燃气混合燃烧，燃烧的热量使气化室中的原料发生热解反应，挥发份析出，挥发份通过合成气管道排出，气化室温度为800℃以上，燃气燃烧后的烟气通过辐射管另一端的第二蓄热室，第二蓄热室吸收烟气中的一部分热量，经过第二蓄热室后的烟气通过四通阀由引风机进入给水换热器，将烟气中的另一部分热量加热给水换热器中的水，经过给水换热器后的烟气排出；给水换热器中的水经加热温度升高，最后在气化室内利用气化室内热量吸收热量变成过热水蒸汽，过热水蒸汽通过过热蒸汽管道经过热蒸汽喷口将过热水蒸汽喷入气化室，析出挥发份后的原料与过热水蒸汽发生气化反应，生成的合成气经合成气管道排出；
(2)合成气管道中的气体分为两部分，一部分通过合成气排放口排出，另一部分通过燃气管道进入辐射管作为燃气，空气通过鼓风机进入空气管道，再通过四通阀将空气通过辐射管另一端的第二蓄热室加热，加热后的空气进入辐射管与所述燃气混合燃烧，燃烧的热量使气化室中的原料发生热解反应，挥发份析出，挥发份通过合成气管道排出，燃气燃烧后的烟气通过辐射管一端的第一蓄热室，第一蓄热室吸收烟气中的一部分热量，经过第一蓄热室后的烟气通过四通阀由引风机进入给水换热器，将烟气中的另一部分热量加热给水换热器中的水，经过给水换热器后的烟气排出；给水换热器中的水温度升高，最后在气化室内利用气化室内热量吸收热量变经加热变成过热水蒸汽，过热水蒸汽通过过热蒸汽管道经过热蒸汽喷口将过热水蒸汽喷入气化室，析出挥发份后的原料与过热水蒸汽发生气化反应，生成的合成气经合成气管道排出；
(3)重复上述步骤(1)和(2)，循环进行，实现连续生成合成气。
本发明提出的气化生产方法，原料从气化室的进料口进入气化室，正常生产过程中，气化室温度在800℃以上，原料先在此处进行逸出挥发份反应；在辐射管加热系统内设置有点火系统，其燃气一部分用启动燃气，系统正常运行后，燃气取自系统生产的燃气，蓄热系统回收烟气余热，给水换热器对余热进行深度回收，排放前进行烟气余热回收充分，一部分加热助燃空气，一部分用于加热给水，实现系统节能。在本发明中，挥发份为可燃性气体，可燃性气体是指低碳烃，如烷烃、烯烃、芳烃等。
优选地，所述的原料选自煤、生物质或可燃固体废弃物中的一种。
优选地，所述的经过给水换热器后排出的烟气的温度为50℃～100℃，烟气余热回收较彻底。
本发明的有益效果是：
(1)气化室内只有过热蒸汽，其间产生的只有合成气和挥发份，合成气热值高，可达2600千卡/立方以上，可以满足大多数加热工艺对热的需求，与传统的流化床气化系统相比，可以有效降低系统高度和制作成本，并提高燃气热值；
(2)合成气生产过程中气化剂只有水通过系统自身通过换热器和管道生成过热蒸汽，合成气中没有氮气，热值可达2600千卡/立方以上。
附图说明
图1是本发明的一种蓄热式高热值合成气的气化装置结构示意图；
图中：1、合成气排放口；2、合成气管道；3、燃气管道；4、燃气喷口；5、给水换热器；6、过热蒸汽管道；7、过热蒸汽喷口；8、四通阀；9、引风机；10、鼓风机；11、第二蓄热室；12、原料；13、辐射管；14、螺旋给料机；15、烟囱；16、气化室；17、燃气流量调节阀；18、过热蒸汽流量调节阀；19、第一蓄热室。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。
实现蓄热式高热值合成气的生产方法的装置中的气化室其可以选择设备、塔、储罐或者任何可以实现本发明的方法的储存容器均可，在下述实施例中，选择筒体并且加筒体外壁设置有保温层。
实施例
参阅图1，图1为蓄热式高热值合成气的气化装置结构示意图。燃气管道上标示的箭头方向为燃气的流动方向，燃气根据系统控制要求，按不同时序通过分别通入辐射管的两端进入辐射管，给水换热器上引出的箭头方向为过热蒸汽的流动方向。
本发明所提出的蓄热式高热值合成气的气化装置，包括气化室16、鼓风机10和四通阀8，气化室16顶端设置有连通合成气管道2的合成气出口，气化室16内部设置有辐射管13，辐射管13的两端分别设置有第一蓄热室19和第二蓄热室11，第一蓄热室19和第二蓄热室11设置于气化室16外部，气化室16内还设置有过热蒸汽管道6，鼓风机10和四通阀8设置于气化室16外部，将空气通过鼓风机10送入四通阀8，经四通阀8后进入第一蓄热室19，经过辐射管13从第二蓄热室11出来的烟气经过四通阀8由引风机9进入给水换热器5，给水换热器5上设置有过热蒸汽出口，过热蒸汽出口与过热蒸汽管道6的一端连通，过热蒸汽管道6的另一端设置于气化室16内部。
本发明提出的蓄热式辐射管为系统提供热量，在气化室内实现气化，有效的将氮气和合成气分开，合成气中没有氮气含量，以提高合成气的热值和降低运行成本。运用本装置实现的气化生产合成气可以将合成气中氮气的含量降低到0％，而现有技术中的用空气作为气化剂的气化方法中氮气含量一般在50％以上。因此本发明产生的合成气热值可达2600千卡/立方。
辐射管13可以为U型辐射管、W型辐射管或本领域技术人员想到的其他形状，只要能达到使气化室内原料12得到充分气化的效果均可，本实施例中优选辐射管为U型辐射管，U型辐射管使气化室内的原料12得到充分加热，原料12气化更彻底。
气化室16外壁上设置有保温层，保温层使气化室16内的热量不会轻易散发出去，保证气化室16内的气化温度。保温层的材料可以为本领域技术人员可以想到的保温材料即可。
给水换热器5为给水管道和烟气管道套接，烟气管道设置于给水管道的内部。给水管道将烟气管道中的余热再回收，使烟气排烟温度降低到50℃～100℃，烟气中水蒸汽凝结，潜热释放，回收更多的余热，做到系统的气化过程的节能。
过热蒸汽管道6上设置有过热蒸汽流量调节阀18。在过热蒸汽管道6上可以设置有若干个用于向气化室16内提供过热蒸汽的过热蒸汽支管，每个过热蒸汽支管上设置有过热蒸汽流量调节阀18和过热蒸汽喷口7，以便于过热蒸汽更充分与原料12接触。在本实施例中，过热蒸汽管道6上设置有两个用于向气化室16内提供过热蒸汽的过热蒸汽支管，每个过热蒸汽支管上设置有过热蒸汽流量调节阀18和过热蒸汽喷口7。过热蒸汽的压力为3公斤以上，过热度为100℃以上，主要参与气化和流化。过热蒸汽的量只要能达到翻动物料和气化就可以了，在合成气出口，蒸汽的含量不超过10％，根据颗粒大小不同，确保颗粒处于可流化状态，防止物料板结。
气化室16外壁上设置有进料口，原料12通过进料口进料，在本实施例中的原料12即为待气化物料。在本发明中原料12的给料由螺旋给料装置或其他密封良好的给料装置通过进料口进料完成，在本实施例中原料12通过使用螺旋给料机14进料。
合成气管道2上设置有燃气管道3，燃气管道3与辐射管13连通，燃气管道3上设置有燃气流量调节阀17。燃气管道3上设置有一个或两个用于向辐射管13内提供燃气的燃气支管，每个燃气支管上设置有燃气流量调节阀17和燃气喷口4，在本实施例中，燃气管道3上设置有两个燃气支管，第一燃气支管设置在第一蓄热室的上部，第二燃气支管设置在第二蓄热室的上部。
本发明的工艺流程是：
(1)将原料12加入气化室16，空气通过鼓风机10进入空气管道，再通过四通阀8将空气通过辐射管13一端的第一蓄热室19加热，加热后的空气进入辐射管13与燃气混合燃烧，燃烧的热量使气化室16中的原料12发生热解反应，挥发份析出，挥发份通过合成气管道2排出，气化室16温度为800℃以上，燃气燃烧后的烟气通过辐射管13另一端的第二蓄热室11，第二蓄热室11吸收烟气中的一部分热量，经过第二蓄热室11后的烟气通过四通阀8由引风机9进入给水换热器5，将烟气中的另一部分热量加热给水换热器5中的水，经过给水换热器5后的烟气排出；给水换热器5中的水经加热变成过热水蒸汽，过热水蒸汽通过过热蒸汽管道6经过热蒸汽喷口6将过热水蒸汽喷入气化室，析出挥发份后的原料12与过热水蒸汽发生气化反应，生成的合成气经合成气管道排出；
(2)合成气管道中的气体分为两部分，一部分通过合成气排放口1排出，另一部分通过燃气管道3进入辐射管13作为燃气，空气通过鼓风机10进入空气管道，再通过四通阀8将空气通过辐射管13另一端的第二蓄热室11加热，加热后的空气进入辐射管13与燃气混合燃烧，燃烧的热量使气化室16中的原料12发生热解反应，挥发份析出，挥发份通过合成气管道2排出，燃气燃烧后的烟气通过辐射管13一端的第一蓄热室19，第一蓄热室19吸收烟气中的一部分热量，经过第一蓄热室19后的烟气通过四通阀8由引风机9进入给水换热器5，将烟气中的另一部分热量加热给水换热器5中的水，经过给水换热器5后的烟气排出；给水换热器5中的水经加热变成过热水蒸汽，过热水蒸汽通过过热蒸汽管道经过热蒸汽喷口7将过热水蒸汽喷入气化室16，析出挥发份后的原料12与过热水蒸汽发生气化反应，生成的合成气经合成气管道2排出；
(3)重复上述步骤(1)和(2)，循环进行，实现连续生成合成气。
正常工作时，气化室的温度为800℃以上，原料12在通过气化室时被预热，烘干，挥发份逸出，挥发份会作为合成气的一部分，可以提高合成气的热值，气化室内只有过热蒸汽进入，因此，在合成气中，主要成份为一氧化碳、氢气和水蒸汽；通过控制水蒸汽的量，可有效提高合成气的热值，本发明的合成的热值可以达到2600千卡/立方以上。
固体可燃颗粒从气化室16的进料口进入气化室16，正常生产过程中，气化室16温度在800℃以上，固体颗粒先在此处进行逸出挥发份反应；在辐射管13内设置有点火系统，其燃气一部分用启动燃气，系统正常运行后，燃气取自系统生产的燃气，蓄热系统回收烟气余热，给水换热器5对余热进行深度回收，排放前进行烟气余热回收充分，一部分加热助燃空气，一部分用于加热给水，实现系统节能。
炽热的原料12进入气化室16后，从气化室16底部进入的流化气体，流化气体为过热蒸汽，过热蒸汽和炽热的碳粒发生气化反应，主要生成一氧化碳和氢气，及其他可燃气体，气化过程中热量的提供通过蓄热式辐射管加热系统。
该过程中合成气中没有氮气，加热系统排烟温度可达50℃，一方面提高了合成气的热值，另一方面，降低了合成的生产成本。因为所采用的气化剂为过热蒸汽，且在系统本身生产，不需要专门配置蒸汽锅炉，因此，成本低，合成气的热值高，运行成本低。固体可燃颗粒选自煤、生物质或可燃固体废弃物中的一种，在本实施例中原料12为煤粒，流化气体为过热蒸汽，流化采取脉冲式流化方式，以控制蒸汽进入量。
流化气体为过热蒸汽，过热蒸汽的压力为3公斤以上，过热度为100℃以上，主要参与气化和流化。过热蒸汽的量只要能达到翻动物料和气化就可以了，在合成气出口，蒸汽的含量不超过10％，根据颗粒大小不同，确保颗粒处于可流化状态，防止物料板结。
蓄热式辐射管加热从气化室16内部加热，对热能的利用率达到98％以上，烟气余热通过蓄热燃烧方式回收，引风机出口处烟气高于160℃，最后经过给水装置的余热再回收，烟气通过烟囱15排入大气中，最终的烟气温度为50℃～100℃，烟气中水蒸汽凝结，潜热释放，回收更多的余热，做到系统的气化过程的节能。
本发明通过给水换热器5对过热蒸汽的加热、辐射管对气化室内原料12的加热和气化分离，实现了在过热水蒸汽低成本条件下生产高热值合成气，减少了合成气中氮气的含量到0％，现有的以空气和水蒸汽为气化剂的气化过程一般在50％以上。系统对固体颗粒的大小没有严格要求，过热蒸汽的翻动及流化作用保证气化进行的彻底完全。
在本发明中，高热值合成气的生产方法对煤及其他固体颗粒的大小没有严格要求，不需要消耗太多能量用于固体可燃颗粒的粉碎或制粉。原料颗粒从气化室进入反应系统，底部通入过热蒸汽进行气化。因此，合成气中氮气极少，煤气热值得到显著提高。
上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (10)

1.一种蓄热式高热值合成气的气化装置，其特征在于：包括气化室、鼓风机和四通阀，所述气化室顶端设置有连通合成气管道的合成气出口，所述气化室内部设置有用于加热气化室内原料的辐射管，所述辐射管的两端分别设置有第一蓄热室和第二蓄热室，所述第一蓄热室和所述第二蓄热室设置于所述气化室外部，所述气化室内还设置有向气化室内提供气化剂的过热蒸汽管道，所述鼓风机和所述四通阀设置于所述气化室外部，将空气通过所述鼓风机送入四通阀，经四通阀后进入所述第一蓄热室，从所述第二蓄热室出来的烟气经过四通阀由引风机进入给水换热器，所述给水换热器上设置有过热蒸汽出口，所述过热蒸汽出口与所述过热蒸汽管道的一端连通，所述过热蒸汽管道的另一端设置于所述气化室内部。
2.根据权利要求1所述的蓄热式高热值合成气的气化装置，其特征在于：所述的辐射管为U型辐射管或W型辐射管。
3.根据权利要求1或2所述的蓄热式高热值合成气的气化装置，其特征在于：所述的气化室外壁上设置有保温层。
4.根据权利要求1或2所述的蓄热式高热值合成气的气化装置，其特征在于：所述的给水换热器为给水管道和烟气管道套接，所述烟气管道设置于所述给水管道的内部。
5.根据权利要求1或2所述的蓄热式高热值合成气的气化装置，其特征在于：所述的过热蒸汽管道上设置有过热蒸汽流量调节阀。
6.根据权利要求1或2所述的蓄热式高热值合成气的气化装置，其特征在于：所述的气化室外壁上设置有进料口，原料通过进料口进料。
7.根据权利要求1或2所述的蓄热式高热值合成气的气化装置，其特征在于：所述的合成气管道上设置有燃气管道，所述燃气管道与所述辐射管连通，所述燃气管道上设置有燃气流量调节阀。
8.一种基于权利要求1所述的蓄热式高热值合成气的气化装置的气化生产方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将原料加入气化室，空气通过鼓风机进入空气管道，再通过四通阀将空气通过辐射管一端的第一蓄热室加热，加热后的空气进入辐射管与燃气混合燃烧，燃烧的热量使气化室中的原料发生热解反应，挥发份析出，挥发份通过合成气管道排出，气化室温度为800℃以上，燃气燃烧后的烟气通过辐射管另一端的第二蓄热室，第二蓄热室吸收烟气中的一部分热量，经过第二蓄热室后的烟气通过四通阀由引风机进入给水换热器，将烟气中的另一部分热量加热给水换热器中的水，经过给水换热器后的烟气排出；给水换热器中的水经在气化室内加热变成过热水蒸汽，过热水蒸汽通过过热蒸汽管道经过热蒸汽喷口将过热水蒸汽喷入气化室，析出挥发份后的原料与过热水蒸汽发生气化反应，生成的合成气经合成气管道排出；
(2)合成气管道中的气体分为两部分，一部分通过合成气排放口排出，另一部分通过燃气管道进入辐射管作为燃气，空气通过鼓风机进入空气管道，再通过四通阀将空气通过辐射管另一端的第二蓄热室加热，加热后的空气进入辐射管与所述燃气混合燃烧，燃烧的热量使气化室中的原料发生热解反应，挥发份析出，挥发份通过合成气管道排出，燃气燃烧后的烟气通过辐射管一端的第一蓄热室，第一蓄热室吸收烟气中的一部分热量，经过第一蓄热室后的烟气通过四通阀由引风机进入给水换热器，将烟气中的另一部分热量加热给水换热器中的水，经过给水换热器后的烟气排出；给水换热器中的水经加热变成过热水蒸汽，过热水蒸汽通过过热蒸汽管道经过热蒸汽喷口将过热水蒸汽喷入气化室，析出挥发份后的原料与过热水蒸汽发生气化反应，生成的合成气经合成气管道排出；
(3)重复上述步骤(1)和(2)，循环进行，实现连续生成合成气。
9.根据权利要求8所述的基于蓄热式高热值合成气的气化装置的气化生产方法，其特征在于：所述的原料选自煤、生物质或可燃固体废弃物中的一种。
10.根据权利要求8所述的基于蓄热式高热值合成气的气化装置的气化生产方法，其特征在于：所述的经过给水换热器后排出的烟气的温度为50℃～100℃。
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