CN107201249A - 无烟煤加压移动床制备玻璃窑炉用热燃料气的装置及方法 - Google Patents

无烟煤加压移动床制备玻璃窑炉用热燃料气的装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及煤制气领域，具体涉及一种无烟煤加压移动床制备玻璃窑炉用热燃料气的装置及方法；所采用的技术方案包括以下步骤：粒径为6~50 mm的无烟煤由原料煤仓加入到供料锁斗，再进入气化炉，由制氧设备来的氧气和回收CO2的混合后由气化炉底部进入，在下部与灰层换热，在中部与煤层发生剧烈的氧化还原反应，在上部与煤层交换热量后，产生热燃料气，燃料气由气化炉上部流出，进入旋风分离器除掉大颗粒煤灰杂质，再进入干式除尘器，燃料气经过除尘之后，压力调节至所需范围，送往玻璃窑炉使用；本发明制备的热燃料气可直接进入玻璃窑炉中，不需要经过洗涤降温除尘、脱硫净化和污水处理的步骤，操作流程简单、能量利用合理、清洁环保。

Description

无烟煤加压移动床制备玻璃窑炉用热燃料气的装置及方法
技术领域
本发明涉及煤制气领域，具体涉及一种无烟煤加压移动床制备玻璃窑炉用热燃料气的装置及方法。
背景技术
玻璃窑炉行业目前使用的燃料气来源主要有两种：天然气及人工煤气。天然气价格高、供气不稳定，人工煤气由常压固定床生产，存在产能低、过于分散、热量利用率低、污染严重等问题。随着国家环保政策的日趋严格，为解决现有气化技术存在的产能低、布置分散、环境污染、雾霾日益严重等问题，急需一种高效、低污染的燃气供应方案，满足市场转型需求，生产高效清洁能源替代现有气源。
同时随着国家对碳排放标准的提高，以及企业对节能减排增效的要求，对CO2的回收利用引起人们的高度重视。
发明内容
本发明为解决现有玻璃窑炉用的常压固定床造气炉发气量小、污染大、能量利用率低等技术问题，利用回收的CO2提供一种无烟煤加压移动床制备玻璃窑炉用热燃料气的装置及方法。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：
一种无烟煤加压移动床制备玻璃窑炉用热燃料气的装置，包括气化炉体；所述气化炉体顶部设有煤锁斗，所述煤锁斗上连接原料煤仓；所述气化炉体的底部设有灰锁斗；所述气化炉体的下部设有气化剂入口，所述气化剂入口通过管网连接混合器，所述气化炉体上部设有燃料气出口，所述气化炉体的燃料气出口通过管网连接高温旋风分离器的入口，所述高温旋风分离器的气体出口通过管网连接干式除尘器的入口，所述干式除尘器的气体出口连接有减压阀。
所述装置的工作过程为将无烟煤从原料煤仓加入到气化炉体中；CO2和纯氧在混合器中混合形成气化剂，后送到气化炉体内；气化炉体自上而下分别为干燥层、干馏层、还原层、氧化层和灰层；气化剂首先和灰层换热，然后进入氧化层氧气与炽热煤层接触发生剧烈燃烧反应，生成CO2；氧化反应后的气体向上进入还原层，在还原层中CO2与煤反应生成CO和H2，反应气向上进入干馏层和干燥层，与气化炉顶进入的原料煤接触进行热交换，原料煤在干燥层中与上升的反应气换热，煤被加热且煤中含的水分蒸发，反应气到达气化炉顶部的燃料气出口；再将燃料气送入旋风分离器和干式除尘器，将燃料气中大部分的颗粒除去，燃料气的压力通过减压阀调节至所需范围后送往玻璃窑炉。
所述气化炉体压力调节范围为0.5~4.5 MPa。
所述气化炉体内设有冷却盘管，所述冷却盘管设有CO2的入口和出口，所述冷却盘管CO2的出口通过管网与混合器连接。
回收来的CO2还可以先进入气化炉体的冷却盘管回收热量，出冷却盘管后再与氧气混合进入气化炉内。
一种无烟煤加压移动床制备玻璃窑炉用热燃料气的方法，包括以下步骤：
a、将无烟煤从原料煤仓加入到气化炉中；
b、将来自制氧设备的纯氧和回收的CO2气体在混合器中混合形成气化剂，气化剂由混合器输送到气化炉体内；
c、气化炉体自上而下分别为干燥层、干馏层、还原层、氧化层和灰层，通入气化炉体的气化剂首先和灰层换热，然后进入氧化层氧气与炽热煤层接触发生剧烈燃烧反应，生成CO2；氧化反应后的气体向上进入还原层，在还原层中CO2和煤反应生成CO，反应气向上进入干馏层和干燥层，与气化炉体顶进入的原料煤接触进行热交换，原料煤在干燥层中与上升的反应气换热，煤被加热且煤中含的水分蒸发，反应气离开干燥层携带没有反应的CO2、燃料中干馏逸出的挥发分、蒸发的水分一起到达气化炉上部的燃料气出口；
d、从气化炉上部燃料气出口输出的气体即为燃料气，再将燃料气送入旋风分离器和干式除尘器，将燃料气中大部分的颗粒除去，将燃料气的压力调节至所需范围后送往玻璃窑炉。
步骤b中所用的氧气浓度大于99%，由后工段回收来CO2的浓度大于99%，所述CO2先进入气化炉体的冷却盘管回收热量，出冷却盘管后再与氧气混合进入气化炉内。
所述无烟煤为晋城无烟煤，技术参数为粒径6~50mm、收到基灰分含量13~15%、收到基固定碳含量70~75%、收到基挥发分含量6~8%、收到基全硫含量小于0.5%、软化温度T2大于1500 ℃、抗碎强度大于96%、热稳定性大于95%。
步骤d中出干式除尘器的燃料气含尘小于10mg/Nm³，热燃料气各组分的体积百分比为，CO 65~70%、H2 5~10%、CH4 1~8%、CO2 20~23%、N2 1~2%、H2S 0.1~0.2%和O2 0.1~0.2%。
步骤c中在气化剂与煤在氧化层反应时温度为1150~1250℃，反应气进入还原层发生还原反应后的温度为750~850℃，燃料气到达顶部出口时的温度为480~520℃，出干式除尘器8的燃料气的温度为430~460 ℃。
本发明适用于短距离运输的玻璃窑炉。
与现有技术相比本发明具有以下有益效果：
本发明出干式除尘器450 ℃的燃料气可直接进入玻璃窑炉中，不需要经过洗涤降温除尘、脱硫净化和污水处理的步骤，操作流程简单、能量利用合理、清洁环保。
（1）本发明方法工艺流程简单，能量利用率高。
以生产的热煤气为燃料气直接提供给下游玻璃窑炉使用，取消了原流程中的水洗、脱硫等工段，工艺流程大幅缩短；同时热燃料气的热值更高，降低了燃料气的消耗，能量利用率更高。
（2）废水处理难度大幅降低，更加节能环保。
以旋风分离器和干式除尘器进行除灰操作，不存在煤气的水洗单元，取消了循环水泵、脱硫液泵等大功率动设备，更加节能；污水处理单元设计规模大幅降低，以无烟煤为原料进行生产，更加环保。
（3）加压移动床气化炉气化效率更高，成本更低。
加压移动床气化单炉投煤量更高，发气量是现有常压气化的2~5倍，气化炉效率更高；设备投资、人工费用和财务成本降低，生产成本更低。
附图说明
图1为本发明无烟煤加压移动床制备玻璃窑炉用热燃料气的装置结构示意图。
图中标记如下：
1-混合器，2-原料煤仓，3-煤锁斗，4-气化炉体，5-灰锁斗，6-高温旋风分离器，7-干式除尘器，8-减压阀，9-玻璃窑炉。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种无烟煤加压移动床制备玻璃窑炉用热燃料气的方法，包括以下步骤：
a、将无烟煤从原料煤仓加入到气化炉中；
b、将来自制氧设备的纯氧和回收的CO2气体在混合器中混合形成气化剂，气化剂由混合器输送到气化炉体内；
c、气化炉体自上而下分别为干燥层、干馏层、还原层、氧化层和灰层，通入气化炉体的气化剂首先和灰层换热，然后进入氧化层氧气与炽热煤层接触发生剧烈燃烧反应，生成CO2；氧化反应后的气体向上进入还原层，在还原层中CO2和煤反应生成CO，反应气向上进入干馏层和干燥层，与气化炉体顶进入的原料煤接触进行热交换，原料煤在干燥层中与上升的反应气换热，煤被加热且煤中含的水分蒸发，反应气离开干燥层携带没有反应的CO2、燃料中干馏逸出的挥发分、蒸发的水分一起到达气化炉上部的燃料气出口；
d、从气化炉上部燃料气出口输出的气体即为燃料气，再将燃料气送入旋风分离器和干式除尘器，将燃料气中大部分的颗粒除去，将燃料气的压力调节至所需范围后送往玻璃窑炉。
步骤b中所用的氧气浓度大于99%，由后工段回收来CO2的浓度大于99%，所述CO2先进入气化炉体的冷却盘管回收热量，出冷却盘管后再与氧气混合进入气化炉内。
所述无烟煤为晋城无烟煤，技术参数为粒径6~50mm、收到基灰分含量13~15%、收到基固定碳含量70~75%、收到基挥发分含量6~8%、收到基全硫含量小于0.5%、软化温度T2大于1500 ℃、抗碎强度大于96%、热稳定性大于95%。
步骤d中出干式除尘器的燃料气含尘小于10mg/Nm³，热燃料气各组分的体积百分比为，CO 65~70%、H2 5~10%、CH4 1~8%、CO2 20~23%、N2 1~2%、H2S 0.1~0.2%和O2 0.1~0.2%。
步骤c中在气化剂与煤在氧化层反应时温度为1150~1250℃，反应气进入还原层发生还原反应后的温度为750~850℃，燃料气到达顶部出口时的温度为480~520℃，出干式除尘器7的燃料气的温度为430~460 ℃。
实施例2
将粒径6~50 mm、收到基灰分含量13~15%、收到基固定碳含量70~75%、收到基挥发分含量6~8%、收到基全硫含量小于0.5%、软化温度（T2）大于1500 ℃、抗碎强度大于96%、热稳定性大于95%的无烟煤通过煤仓和煤锁加入到气化炉内，气化炉压力0.5 MPa，单炉投煤量4.15 t/h。
气化剂氧气2165 Nm3/h（99.6%，0.6 MPa）和CO2 2165 Nm3/h（0.6 MPa），经过混合后进入气化炉内进行氧化还原反应。进盘管CO2温度为10℃，出盘管温度约350℃。
单炉产热燃料气量为10324 Nm3/h，压力0.5 MPa，温度500 ℃左右，经旋风除尘器和干式除尘器除尘后（含尘量小于10 mg/Nm³，压力0.45 MPa，温度450 ℃），压力调节至所需范围后，直接送往玻璃窑炉使用。热燃料气各组分的体积百分比为，CO 66.8%、H2 7.5%、CH4 1.1%、CO2 22.7%、N2 1.6%、H2S 0.14%和O2 0.16%。

Claims (8)

1.一种无烟煤加压移动床制备玻璃窑炉用热燃料气的装置，其特征在于：包括气化炉体（4），所述气化炉体（4）顶部设有煤锁斗（3），所述煤锁斗（3）上连接原料煤仓（2）；所述气化炉体（4）的底部设有灰锁斗（5）；所述气化炉体（4）的下部设有气化剂入口，所述气化剂入口通过管网连接混合器（1），所述气化炉体（4）上部设有燃料气出口，所述气化炉体（4）的燃料气出口通过管网连接高温旋风分离器（6）的入口，所述高温旋风分离器（6）的气体出口通过管网连接干式除尘器（7）的入口，所述干式除尘器（7）的气体出口连接有减压阀（8）。
2.根据权利要求1所述的无烟煤加压移动床制备玻璃窑炉用热燃料气的装置，其特征在于：所述气化炉体（4）压力调节范围为0.5~4.5 MPa。
3.根据权利要求1所述的无烟煤加压移动床制备玻璃窑炉用热燃料气的装置，其特征在于：所述气化炉体（4）内设有冷却盘管，所述冷却盘管设有CO2的入口和出口，所述冷却盘管CO2的出口通过管网与混合器（1）连接。
4.一种无烟煤加压移动床制备玻璃窑炉用热燃料气的方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、将无烟煤从原料煤仓（2）加入到气化炉体（4）中；
b、将来自制氧设备的纯氧和回收的CO2气体在混合器（1）中混合形成气化剂，气化剂由混合器（1）输送到气化炉体（4）内；
c、气化炉体（4）自上而下分别为干燥层、干馏层、还原层、氧化层和灰层，通入气化炉体（4）的气化剂首先和灰层换热，然后进入氧化层氧气与炽热煤层接触发生剧烈燃烧反应，生成CO2；氧化反应后的气体向上进入还原层，在还原层中CO2和煤反应生成CO，反应气向上进入干馏层和干燥层，与气化炉体（4）顶部进入的原料煤接触进行热交换，原料煤在干燥层中与上升的反应气换热，煤被加热且煤中含的水分蒸发，反应气离开干燥层携带没有反应的CO2、燃料中干馏逸出的挥发分、蒸发的水分一起到达气化炉体上部的燃料气出口；
d、从气化炉体上部燃料气出口输出的气体即为燃料气，再将燃料气送入高温旋风分离器（6）和干式除尘器（7），将燃料气中大部分的颗粒除去，将燃料气的压力调节至所需范围后送往玻璃窑炉。
5.据权利要求4所述的无烟煤加压移动床制备玻璃窑炉用热燃料气的方法，其特征在于：步骤b中所用的氧气浓度大于99%，由后工段回收来CO2的浓度大于99%，所述CO2先进入气化炉体（4）的冷却盘管回收热量，出冷却盘管后再与氧气混合进入气化炉内。
6.据权利要求4或5所述的无烟煤加压移动床制备玻璃窑炉用热燃料气的方法，其特征在于：所述无烟煤为晋城无烟煤，技术参数为粒径6~50mm、收到基灰分含量13~15%、收到基固定碳含量70~75%、收到基挥发分含量6~8%、收到基全硫含量小于0.5%、软化温度T2大于1500 ℃、抗碎强度大于96%、热稳定性大于95%。
7.据权利要求4或5所述的无烟煤加压移动床制备玻璃窑炉用热燃料气的方法，其特征在于：步骤d中出干式除尘器（7）的燃料气含尘小于10mg/Nm³，热燃料气各组分的体积百分比为，CO 65~70%、H2 5~10%、CH4 1~8%、CO2 20~23%、N2 1~2%、H2S 0.1~0.2%和O2 0.1~0.2%。
8.据权利要求4或5所述的无烟煤加压移动床制备玻璃窑炉用热燃料气的方法，其特征在于：步骤c中在气化剂与煤在氧化层反应时温度为1150~1250℃，反应气进入还原层发生还原反应后的温度为750~850℃，燃料气到达顶部出口时的温度为480~520℃，出干式除尘器（7）的燃料气的温度为430~460 ℃。
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