CN106675659A - 气固两相流高温反应系统颗粒回收装置和方法 - Google Patents

气固两相流高温反应系统颗粒回收装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种气固两相流高温反应系统颗粒回收装置和方法。所述装置包括气化炉，所述气化炉通过第一旋风分离器、第二旋风分离器与高温废锅连接，高温废锅与对流废锅连接，高温废锅、对流废锅均与灰储仓顶部连接，灰储仓依次连接灰循环锁斗、飞灰发送罐，飞灰发送罐与气化炉；对流废锅与除灰器的顶部连接，除灰器与灰储仓的顶部连接。本发明采用了全干法排灰和排渣，所排飞灰全部再循环进入气化炉实现二次气化，且气化后统一以渣的形态排出气化炉，碳转化率大大提高，实现了能源利用效率最大化和水资源消耗最低化，适用于陶瓷、工业窑炉、玻璃窑炉、炼钢等产业燃料气制备系统，具有成为煤制燃料气站主流技术的广阔前景。

Description

气固两相流高温反应系统颗粒回收装置和方法
技术领域
本发明涉及一种气固两相流高温反应系统颗粒回收装置和方法，属于煤气化技术领域。
背景技术
随着环保要求的不断提高，传统的固定床煤气化制燃料气和固定床煤气发生炉制原料气技术因为环保要求不达标、环保处理费用高等问题，将逐渐被淘汰。但是，天然气资源相对匮乏的国度依然希望选择煤炭作为替代资源，故传统煤炭气化技术急需得到升级换代，市场容量巨大。
由于燃料气行业主要采用劣质煤和低阶煤作为原料制取相对要求不高的低热值燃料气，因此在气化技术方面，已经实现大型化的加压气流床气化技术已经满足不了技术经济性要求，其巨大的投资和运行成本已被业界公认。
流化床气化作为最早将煤进行气化后再利用的技术之一，对于褐煤等低阶煤的利用具有独特的优势，类似于流化床锅炉处理低阶煤相对更加经济可行。因此，流化床气化处理褐煤等低阶煤具有如下公认优势：
1、粉体和颗粒混合进料，原料制备和给料系统相对简单；
2、可以处理高水分褐煤，对原料热值、灰分和灰熔点要求较低；
3、产出合成气热值较高，系统效率较低；
4、可采用富氧或者空气气化，公用工程简单，投资低。
但是，流化床气化属于中高温气化干法排灰/渣技术，存在如下问题：
1、系统碳转化率低；
2、飞灰含碳量高，不易直接作为建筑材料利用；
3、飞灰颗粒极细，运输储存难度大；
4、系统可靠性低等。
飞灰的含碳量通常高达70％左右，其严重影响了系统效率和产出，使单位产出的比氧耗和比煤耗居高不下，而且导致现场粉尘污染，如何解决循环流化床气化系统的气化飞灰已经成为制约循环流化床气化技术发展的关键要素。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种气固两相流高温反应系统颗粒回收方法与装置，放置粉尘污染。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了一种气固两相流高温反应系统颗粒回收装置，包括气化炉，气化炉的两侧设有两个喷枪，气化炉上连接有给料腿、回料腿，气化炉底部设有风室风入口、中心管、排渣管，排渣管底部为排渣口，排渣管上设有排渣管风入口，其特征在于，所述气化炉通过第一旋风分离器、第二旋风分离器与高温废锅连接，高温废锅的下部与对流废锅的顶部连接，高温废锅、对流废锅的底部均通过灰锁斗二与灰储仓顶部连接，灰储仓依次连接灰循环锁斗、飞灰发送罐，飞灰发送罐与气化炉的喷枪一或中心管连接；对流废锅的下部与除灰器的顶部连接，除灰器的顶部设有粗煤气出口，除灰器的底部通过灰锁斗三与灰储仓的顶部连接；
气化炉、第一旋风分离器、第二旋风分离器与高温废锅之间的连接方式为以下的两种方式之一：
气化炉的顶部连接第一旋风分离器，第一旋风分离器的顶部连接第二旋风分离器，第二旋风分离器顶部与高温废炉的顶部连接，第一旋风分离器的底部设有集灰斗一，集灰斗一连接回料器一，回料器一连接气化炉的回料腿一；第二旋风分离器的底部设有集灰斗二，集灰斗二通过灰锁斗一与灰储仓的顶部连接；
或者气化炉的顶部连接第一旋风分离器，第一旋风分离器的顶部连接第二旋风分离器，第二旋风分离器顶部与高温废炉的顶部连接，第一旋风分离器的底部设有集灰斗一，集灰斗一连接回料器一，回料器一连接气化炉的回料腿一；第二旋风分离器的底部设有集灰斗二，集灰斗二连接回料器二，回料器二连接气化炉的回料腿二。
优选地，所有的灰锁斗均通过飞灰气提冷却罐与灰储仓的顶部连接。
优选地，所有的灰锁斗及所述灰储仓、灰循环锁斗、飞灰发送罐内设有隔热衬里。
本发明还提供了一种气固两相流高温反应系统颗粒回收方法，其特征在于，采用上述气固两相流高温反应系统颗粒回收装置，包括以下步骤：
步骤1)：粗煤气夹带的颗粒首先在第一旋风分离器分离下来，颗粒直接通过回料器和输送管路从气化炉的侧面返回气化炉；
步骤2)：从第一旋风分离器出来的粗煤气和夹带的颗粒进入第二旋风分离器，在第二旋风分离器内分离下来的颗粒通过回料器直接回气化炉，或通过灰锁斗一排灰进入灰循环系统；
步骤3)：粗煤气夹带的灰渣颗粒从第二旋风分离器出口进入高温废锅，高温废锅采用立式布置，部分灰渣颗粒在重力沉降作用下在高温废锅底部沉积，该部分灰渣颗粒通过灰锁斗二降压后进入灰储仓；
步骤4)：粗煤气经过除灰器除去绝大部分颗粒，使粗煤气中颗粒含量降至20mg/N·m3以下，除灰器底部飞灰通过灰锁斗三降压后进入灰储仓；
步骤5)：灰储仓中飞灰颗粒依次通过灰循环锁斗和飞灰发送罐，在输送气的作用下将灰颗粒重新输送至气化炉的中心管或气化炉侧面的喷枪一进入气化炉内再气化。
优选地，所述灰循环锁斗从灰储仓受灰后加压向飞灰发送罐送灰，飞灰从灰储仓常压状态转至加压状态送至飞灰发送罐，保障飞灰可连续加压发送。
优选地，所述第二旋风分离器分离下来的飞灰颗粒平均粒径为50微米，温度为950℃；所述高温废锅底灰和除灰器底灰的颗粒平均粒径为30微米，温度为500℃。
该装置内主要循环的颗粒分别来自第一旋风分离器、第二旋风分离器、高温废锅底部排灰和除灰器排灰。
所述飞灰气提冷却罐用于将950℃的第二旋风分离器底灰、500℃的高温废锅底灰和200℃的除灰器底灰的混合物进行降温冷却至80℃。
所述飞灰储仓作为三路飞灰冷却后临时收集，可保障6～10小时的飞灰连续存储。
所述的第二旋风分离器根据煤种含灰量不同可采用独立回料器独立回料至气化炉进行二次气化，实现该部分的颗粒循环回收。
飞灰气提冷却罐的设置，或灰锁斗、灰储仓和灰发送罐等设备采用隔热衬里，是为了抵抗高温飞灰高温。
本发明运行稳定可靠、易于大型化放大、环保节能，相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明采用循环流化床气化系统飞灰再循环气化，实现全系统飞灰零排放，且采用干法处理过程，无水耗，无粉尘污染；
(2)飞灰再循环后系统中飞灰残碳进一步得到气化，煤种灰分完全通过底渣形式排出，系统碳转化率得到较大提高；
(3)飞灰再循环过程采用多条线独立设置，操作更加灵活，尤其是第二旋风分离器独立循环回气化炉的设置，可避免对第一旋风分离器的影响，操作更加简单。
附图说明
图1为实施例1提供的气固两相流高温反应系统颗粒回收装置的示意图；
图2为实施例2提供的气固两相流高温反应系统颗粒回收装置的示意图；
图3为实施例3提供的气固两相流高温反应系统颗粒回收装置的示意图。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
实施例1
如图1所示，为本实施例提供的一种气固两相流高温反应系统颗粒回收装置，其包括气化炉1，气化炉1的两侧设有两个喷枪，气化炉1上连接有给料腿3、回料腿，气化炉1底部设有风室风入口6、中心管9、排渣管，排渣管底部为排渣口8，排渣管上设有排渣管风入口7。所述气化炉1通过第一旋风分离器10、第二旋风分离器11与高温废锅13连接，高温废锅13的下部与对流废锅14的顶部连接，高温废锅13、对流废锅14的底部均通过灰锁斗二17b与灰储仓19顶部连接，灰储仓19依次连接灰循环锁斗20、飞灰发送罐23，飞灰发送罐23与气化炉1的中心管9连接；对流废锅14的下部与除灰器15的顶部连接，除灰器15的顶部设有粗煤气出口16，除灰器15的底部通过灰锁斗三17c与灰储仓19的顶部连接。所有的灰锁斗均通过飞灰气提冷却罐18与灰储仓19的顶部连接。
气化炉1、第一旋风分离器10、第二旋风分离器11与高温废锅13之间的连接方式为：气化炉1的顶部连接第一旋风分离器10，第一旋风分离器10的顶部连接第二旋风分离器11，第二旋风分离器11顶部与高温废锅13的顶部连接，第一旋风分离器10的底部设有集灰斗一12a，集灰斗一12a连接回料器一4a，回料器一4a连接气化炉1的回料腿一5a；第二旋风分离器11的底部设有集灰斗二12b，集灰斗二12b通过灰锁斗一17a与灰储仓19的顶部连接。
一种气固两相流高温反应系统颗粒回收方法：
步骤1：粗煤气夹带的颗粒首先在第一旋风分离器10分离下来，颗粒直接通过回料器和输送管路从气化炉1的侧面返回气化炉；
步骤2：从第一旋风分离器10出来的粗煤气和夹带的颗粒进入第二旋风分离器11，在第二旋风分离器11内分离下来的颗粒通过回料器直接回气化炉1，或通过灰锁斗一17a排灰进入灰循环系统；
步骤3：粗煤气夹带的灰渣颗粒从第二旋风分离器11出口进入高温废锅13，高温废锅13采用立式布置，部分灰渣颗粒在重力沉降作用下在高温废锅13底部沉积，该部分灰渣颗粒通过灰锁斗二17b降压和飞灰气提冷却罐18冷却后进入灰储仓19；气提冷却气22从飞灰气提冷却罐18底部进入罐体；
步骤4：粗煤气经过除灰器15除去绝大部分颗粒，使粗煤气中颗粒含量降至20mg/N·m3以下，除灰器15底部飞灰通过灰锁斗三17c降压和飞灰气提冷却罐18冷却后进入灰储仓19；
步骤5：灰储仓19中飞灰颗粒依次通过灰循环锁斗20和飞灰发送罐23，在输送气21的作用下将灰颗粒重新输送至气化炉1的中心管9或气化炉1侧面的喷枪一2a进入气化炉1内再气化。灰循环锁斗20从灰储仓19受灰后加压向飞灰发送罐23送灰，飞灰从灰储仓19常压状态转至加压状态送至飞灰发送罐23，保障飞灰可连续加压发送。
第二旋风分离器11分离下来的飞灰颗粒平均粒径为50微米，温度为950℃；所述高温废锅13底灰和除灰器15底灰的颗粒平均粒径为30微米，温度为500℃。
以一套日处理煤量500吨(空干基)的循环流化床气化工艺系统为例。燃料煤的煤质数据见表1所示。气化反应装置的设计参数如下：
操作压力：0.4MPaG；
操作温度：1000℃；
气化剂：富氧35％和水蒸汽；
碎煤燃料粒径：0～15mm，平均粒径6mm，总质量占比50％；
循环飞灰粒径：0～200μm，平均粒径65μm，总质量占比35％，采用过热水蒸汽输送；
低渣全部送界区外作为建筑材料。
余热回收系统富产过热蒸汽等级：1.6MPa，320℃，约28t/h。
表1
气化反应出口合成气主要气体组成：
CO：22.26；H2：24.13；CH4：3.05；CO2：13.26；H2O：7.97；N2：29.27
合成气流量：59287Nm3/h；
合成气温度：992℃；
水蒸汽消耗：6450kg/h；
氧气消耗：7526kg/h；
氮气消耗：19966Nm3/h；
气化系统碳转化率：98.5％；
能源利用效率：92％；
飞灰产出：2.07t/h，含残炭65％具有较高的可燃性，全部送气化炉，无灰排放。
从以上数据可以得出，采用颗粒回收再气化后，所述的循环流化床气化工艺系统及其气化方法在氧气消耗、水蒸汽消耗等消耗指标上优于国内外同类技术，碳转化率高出约5个百分点以上，操作温度适中，当采用实现了粉煤与碎煤同时进料气化，飞灰回锅炉燃烧碳转化率达98％以上，产生煤渣可作为建材利用并无害化处理。全余热回收系统使热效率提高10～15％，水耗降到最低，全系统无污水和废水排放，实现了超洁净煤气化工艺要求。
综上所述，本发明可适用于为陶瓷、工业窑炉、玻璃、炼钢等行业提供质优价廉的燃料气，替代高价天然气和高污染的固定床煤气发生炉装置。
实施例2
如图2所示，为本实施例提供的一种气固两相流高温反应系统颗粒回收装置，其与实施例1的不同之处在于，飞灰发送罐23与气化炉1的喷枪一2a连接。
实施例3
如图3所示，为本实施例提供的一种气固两相流高温反应系统颗粒回收装置，其与实施例1的不同之处在于，气化炉1、第一旋风分离器10、第二旋风分离器11与高温废锅13之间的连接方式为：气化炉1的顶部连接第一旋风分离器10，第一旋风分离器10的顶部连接第二旋风分离器11，第二旋风分离器11顶部与高温废锅13的顶部连接，第一旋风分离器10的底部设有集灰斗一12a，集灰斗一12a连接回料器一4a，回料器一4a连接气化炉1的回料腿一5a；第二旋风分离器11的底部设有集灰斗二12b，集灰斗二12b连接回料器二4b，回料器二4b连接气化炉1的回料腿二5b。

Claims (6)

1.一种气固两相流高温反应系统颗粒回收装置，包括气化炉(1)，气化炉(1)的两侧设有两个喷枪，气化炉(1)上连接有给料腿(3)、回料腿，气化炉(1)底部设有风室风入口(6)、中心管(9)、排渣管，排渣管底部为排渣口(8)，排渣管上设有排渣管风入口(7)，其特征在于，所述气化炉(1)通过第一旋风分离器(10)、第二旋风分离器(11)与高温废锅(13)连接，高温废锅(13)的下部与对流废锅(14)的顶部连接，高温废锅(13)、对流废锅(14)的底部均通过灰锁斗二(17b)与灰储仓(19)顶部连接，灰储仓(19)依次连接灰循环锁斗(20)、飞灰发送罐(23)，飞灰发送罐(23)与气化炉(1)的喷枪一(2a)或中心管(9)连接；对流废锅(14)的下部与除灰器(15)的顶部连接，除灰器(15)的顶部设有粗煤气出口(16)，除灰器(15)的底部通过灰锁斗三(17c)与灰储仓(19)的顶部连接；
气化炉(1)、第一旋风分离器(10)、第二旋风分离器(11)与高温废锅(13)之间的连接方式为以下的两种方式之一：
气化炉(1)的顶部连接第一旋风分离器(10)，第一旋风分离器(10)的顶部连接第二旋风分离器(11)，第二旋风分离器(11)顶部与高温废锅(13)的顶部连接，第一旋风分离器(10)的底部设有集灰斗一(12a)，集灰斗一(12a)连接回料器一(4a)，回料器一(4a)连接气化炉(1)的回料腿一(5a)；第二旋风分离器(11)的底部设有集灰斗二(12b)，集灰斗二(12b)通过灰锁斗一(17a)与灰储仓(19)的顶部连接；
或者气化炉(1)的顶部连接第一旋风分离器(10)，第一旋风分离器(10)的顶部连接第二旋风分离器(11)，第二旋风分离器(11)顶部与高温废锅(13)的顶部连接，第一旋风分离器(10)的底部设有集灰斗一(12a)，集灰斗一(12a)连接回料器一(4a)，回料器一(4a)连接气化炉(1)的回料腿一(5a)；第二旋风分离器(11)的底部设有集灰斗二(12b)，集灰斗二(12b)连接回料器二(4b)，回料器二(4b)连接气化炉(1)的回料腿二(5b)。
2.如权利要求1所述的气固两相流高温反应系统颗粒回收装置，其特征在于，所有的灰锁斗均通过飞灰气提冷却罐(18)与灰储仓(19)的顶部连接。
3.如权利要求1所述的气固两相流高温反应系统颗粒回收装置，其特征在于，所有的灰锁斗及所述灰储仓(19)、灰循环锁斗(20)、飞灰发送罐(23)内设有隔热衬里。
4.一种气固两相流高温反应系统颗粒回收方法，其特征在于，采用权利要求1-3任意一项所述的气固两相流高温反应系统颗粒回收装置，包括以下步骤：
步骤1)：粗煤气夹带的颗粒首先在第一旋风分离器(10)分离下来，颗粒直接通过回料器和输送管路从气化炉(1)的侧面返回气化炉；
步骤2)：从第一旋风分离器(10)出来的粗煤气和夹带的颗粒进入第二旋风分离器(11)，在第二旋风分离器(11)内分离下来的颗粒通过回料器直接回气化炉(1)，或通过灰锁斗一(17a)排灰进入灰循环系统；
步骤3)：粗煤气夹带的灰渣颗粒从第二旋风分离器(11)出口进入高温废锅(13)，高温废锅(13)采用立式布置，部分灰渣颗粒在重力沉降作用下在高温废锅(13)底部沉积，该部分灰渣颗粒通过灰锁斗二(17b)降压后进入灰储仓(19)；
步骤4)：粗煤气经过除灰器(15)除去绝大部分颗粒，使粗煤气中颗粒含量降至20mg/N·m3以下，除灰器(15)底部飞灰通过灰锁斗三(17c)降压后进入灰储仓(19)；
步骤5)：灰储仓(19)中飞灰颗粒依次通过灰循环锁斗(20)和飞灰发送罐(23)，在输送气(21)的作用下将灰颗粒重新输送至气化炉(1)的中心管(9)或气化炉(1)侧面的喷枪一(2a)进入气化炉(1)内再气化。
5.如权利要求4所述的气固两相流高温反应系统颗粒回收方法，其特征在于，所述灰循环锁斗(20)从灰储仓(19)受灰后加压向飞灰发送罐(23)送灰，飞灰从灰储仓(19)常压状态转至加压状态送至飞灰发送罐(23)，保障飞灰可连续加压发送。
6.如权利要求4所述的气固两相流高温反应系统颗粒回收方法，其特征在于，所述第二旋风分离器(11)分离下来的飞灰颗粒平均粒径为50微米，温度为950℃；所述高温废锅(13)底灰和除灰器(15)底灰的颗粒平均粒径为30微米，温度为500℃。
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