CN1074699A - 循环流化床燃气蒸汽联产工艺及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种循环流化床燃气蒸汽联产工
艺及装置。其工艺是：燃料经给料机送入气化炉气
化，产生燃气。气化炉内的气化半焦和低温循环物料
经返料器送至燃烧炉，气化半焦或气化半焦和部分燃
料经空气鼓风燃烧产生热量，加热低温循环物料，使
其升温，然后经回料器送入气化炉，同时加热蒸汽热
交换器使水变成蒸汽，部分蒸汽和燃气供气化炉作气
化剂。该工艺设计的装置有两种型式即内循环式和
外循环式。本发明对燃料适用性广、利用率高，产气
热值高。
Description
本发明涉及循环流化床燃气蒸汽联产工艺及装置。
现有的燃烧锅炉和气化炉只能单一地产生蒸汽和煤气，如工业上广泛使用的常压空气鼓风气化炉如常压鲁奇炉、温克勒炉等只能产生1200Kcd/Nm3左右的低热值煤气，无法满足民用需要，其关键原因是采用空气连续鼓风使煤燃烧产生热量，供气化用热。一方面烧掉部分煤气，另一方面空气中有79%氮气，因此煤气热值很低。为了解决这个问题，通常采用空气蒸汽交替鼓风的水煤气发生炉，从而使工艺变得十分复杂，煤气量又不稳定。同时又需添置专用的蒸汽锅炉供汽。而采用纯氧鼓风，又需增加制氧机、工艺更加复杂，投资具大。目前我国及第三世界广大农村中小城镇煤气供应严重短缺，而又无力兴建大型的煤气厂。
本发明的目的是提供一种循环流化床燃气，蒸汽联产工艺及装置。
下面结合附图加以说明。
图1是循环流化床燃气蒸汽联产工艺示意图;
图2是外循环流化床燃气蒸汽联产装置示意图;
图3是内循环流化床燃气蒸汽联产装置示意图;
图4是内循环流化床燃气蒸汽联产装置循环物料口分布剖面示意图。
循环流化床燃气蒸汽联产工艺为：燃料3经给料机送入气化炉1发生热解气化反应产生热燃气12直接外供。或经冷却除尘洗涤后变成净燃气输出。部分燃气送回气化炉实现燃气循环，以增加蒸汽分解率，提高燃气转换率。气化炉内的气化半焦和低温循环物料10经返料器送至燃烧炉2，气化半焦或气化半焦和部分燃料经空气鼓风4燃烧产生热量，加热低温循环物料，使其变成高温循环物料9，经回料器送入气化炉供气化用热。同时，加热炉内蒸汽热交换器8使水6变成蒸汽7外供。部分蒸汽供气化炉作气化剂。部分燃料也可由给料机直接给入燃烧炉。燃烧炉内可加脱硫剂和补充循环物料5。循环物料可以是惰性物料如砂和多种生物质燃料和煤经气化后的半焦等。燃气再循环可通过文丘里管，用高压蒸汽抽送来实现。
外循环流化床燃气蒸汽联产装置，它具有燃烧炉13，气化炉24，分离器27及中间返料器21。分离器进口与燃烧炉出口相通，分高器下料口经下料管与气化炉下部相通。中间返料器分别与气化炉床层上部和燃烧炉下部相通。分离器进口处设有蒸汽热交换器31使水28变成蒸汽30外供。烟气从出口29排出。气化炉上部还设有燃料进口25，燃气出口26，气化炉下部设有气化剂进口23并与蒸汽热交换器蒸汽出口支路相通。燃烧炉还设有燃烧炉燃料进口14和空气进口19，换热器18，使水17变成蒸汽16外供。中间返料器下部风室与风道22相通，上部设有垂直挡板21，将中间返料器分成进料室（与气化炉相连），和返料室（与燃烧炉相连），两室底部相通。在返料室一侧，风室的隔板上开有通风孔。燃烧炉中还设有脱硫剂和补充循环物料入口15。气化剂进口与燃气出口支路相通，燃气再循环可通过文丘里管用高压蒸汽抽送来实现。
本装置的燃烧炉采用空气鼓风，快速床运行。气化炉采用蒸汽和再循环燃气鼓风鼓泡床运行。运行时，从中间返料器来的循环物料由燃烧炉下部进入，被气流夹带至上部出口进入分离器，分离后循环物料经下料管送至气化炉下部，并从气化炉床层上部溢流到中间返料器，从而实现物料在两炉间循环。一般气化炉运行温度为700-800℃，燃烧炉运行温度为900-1000℃，因此本装置采用固体热载体法提供气化热源即依靠两床间温差，利用物料循环来提供气化热源。
经试验本装置的合理工况为：
1.燃烧炉运行风速应为1.1～1.6ut，ut为循环物料中最大尺寸颗粒的终端沉降速度。这样才能保持快速床的稳定运行和大量循环物料输送。
2.中间返料器是本装置的关键部件，对多种形式返料器试验表明，采用如图所示的回路密封器形式具有较好的启停负荷调节特性，该返料器的运行原理为返料室一侧鼓风，进料室一侧物料呈粘附滑移流动，经下部间隙进入返料室。返料室物料呈流化床运行，返料风夹带物料经返料管送至燃烧炉，通过调节返料风量可方便地控制循环物料量，关闭返料风，返料器就停止返料，底部间隙高度应保证物料不自流为宜，可适当大一点。
3.气化炉为低速鼓泡床运行，高温物料经下料管（可在炉内）从床层下部一侧送入，而返料则从另一侧料面附近返回，从而保证炉内温度均匀一致，下料管径可按物料流速为0.05～0.15m/s设计。
试验表明本装置的循环倍率可达30-80倍，漏气量小于1%。
内循环流化床燃气蒸汽联产装置特征是：并列设有气化室44，燃烧室47，两室用隔墙43分开，隔墙靠壁两侧设有上循环物料口40和下循环物料口39，气化室内上循环物料口上侧斜向设有挡板41。两室底部分别设有布风板，风室，并分别与空气进口46和气化剂进口45相通。气化室还设有气化室燃料进口38和燃气出口37，燃烧室还设有燃烧室燃料进口32，烟气出口34。燃烧室出口处设有蒸汽热交换器33，使水35变成蒸汽36，蒸汽热交换器蒸汽出口支路与气化剂进口相通。燃烧炉还设有脱硫剂和补充循环物料入口51，换热器49，使水48变成蒸汽50。所说气化剂进口还与燃气出口支路相通。
本装置气化室采用蒸汽和再循环燃气鼓风，燃烧室采用空气鼓风，气化室（低速床）风速低于燃烧室（高速床）。由于两床的风速差，引起两床运行床高、空隙率不同。在下循环物料口产生从气化室到燃烧室压差，推动物料从气化室流向燃烧室，在上部循环物料口产生从燃烧室到气化室压差推动物料从燃烧室流向气化室，从而实现物料在两床间循环。气化室运行温度为700-800℃，燃烧室温度为900-1000℃，依靠两床间物料温差来提供气化吸热，在上循环物料口上侧设置一倾斜挡板，阻止燃烧室气体进入气化室，保证两床间良好气密性。在上下循环物料口中间设有一垂直于隔墙的隔板42，以防止循环物料短路，保证炉内温度均匀性。
经试验本装置合理运行工况及结构尺寸为：
下循环物料口下沿距布风板的距离视工业应用而定，越小越好。上物料口下沿在静床高附近。下循环物料口高度△H1，一般△H1/Hmf＝0.125～0.25，Hmf为运行静料层高，上循环物料口高度△H2为△H2/△H1＝1～1.5。两循环物料口宽度△L1，△L2由设计而定。两循环物料口水平距离△L视工业应用而定，尽量大一些。两床运行流化风速NL＞2.2，Nh/NL＝1.3～1.7（NL为低速床流化数，Nh为高速床流化数），视实际运行需要调节。
试验表明本装置循环倍率可达70倍，漏气率小于3%。
本发明的优点是：①能同时产生蒸汽，产生工业用饱和蒸汽或过热蒸汽，燃气和发电。②燃料适用性广。由于采用流化床运行方式，可适用多种生物质燃料和煤。③煤气热值高。采用自供蒸汽气化，煤气热值可达2500～3000Kcal/Nm3以上，不需特殊的制氧设备，和同类气化炉相比，具有结构简单、投资省等特点。④燃料利用率高。经气化炉气化后的气化半焦经燃烧炉进一步燃烬，燃料利用率高达90%以上。⑤产生煤气量与成分稳定。通常采用连续加料，连续排渣方式，气化室和燃烧室并联运行，保持了煤气量与成份的稳定。⑥产生污染低。由于采用流化床方式运行，产生焦油量较少，并采用炉内脱硫技术，从而简化了尾部处理系统。⑦能广泛用于金属热处理、纺织、印染、食品等行业。
Claims (6)
1、一种循环流化床燃气蒸汽联产工艺，其特征在于：
a.燃料[3]经给料机送入气化炉[1]发生热解气化反应产生燃气[12]；
b.气化炉内的气化半焦和低温循环物料[10]经返料器送至燃烧炉[2]，气化半焦或气化半焦和部分燃料经空气鼓风[4]燃烧产生热量，加热低温循环物料，使其变为高温循环物料[9]，经回料器送入气化炉供气化用热，同时，加热蒸汽热交换器[8]使水[6]变成蒸汽[7]，部分蒸汽供气化炉作气化剂。
2、根据权利要求1所述的一种循环流化床燃气蒸汽联产工艺，其特征在于：
c.所说a中的燃气，其部分送回气化炉实现燃气循环;
d.所说b中的部分燃料由给料机直接给入燃烧炉;
e.所说a中的燃烧炉内加脱硫剂和补充循环物料〔5〕。
3、一种按照循环流化床燃气蒸汽联产工艺设计的装置，其特征在于，它具有燃烧炉〔13〕，气化炉〔24〕，分离器〔27〕，及中间返料器〔21〕，分离器进口与燃烧炉出口相通，分离器下料口经下料管与气化炉下部相通，中间返料器分别与气化炉床层上部和燃烧炉下部相通，分离器进口处设有蒸汽热交换器〔31〕，气化炉上部还设有燃料进口〔25〕，燃气出口〔26〕，气化炉下部没有气化剂进口〔23〕并与蒸汽热交换器蒸汽出口支路相通，燃烧炉还设有燃烧炉燃料进口〔14〕和空气进口〔19〕。
4、根据权利要求3所述的一种按照循环流化床燃气蒸汽联产工艺设计的装置，其特征在于所说中间返料器下部风室与风道〔22〕相通，上部设有垂直挡板〔20〕将中间返料器分成进料室（与气化炉相连）和返料室（与燃烧炉相连），两室底部相通，在返料室一侧风室的隔板上开有通风孔，所说燃烧炉中还设有脱硫剂和补充循环物料入口〔15〕，换热器〔18〕，所说气化剂进口还与燃气出口支路相通。
5、一种按照循环流化床燃气蒸汽联产工艺设计的装置，其特征在于并列设有气化室〔44〕，燃烧室〔47〕，两室用隔墙〔43〕分开，隔墙靠壁两侧，设有上循环物料口〔40〕和下循环物料口〔39〕，气化室内上循环物料口上侧斜向设有挡板〔41〕，两室底部分别设有布风板、风室，并分别与空气进口〔46〕和气化剂进口〔45〕相通，气化室还设有气化室燃料进口〔38〕和燃气出口〔37〕，燃烧室还设有燃烧室燃料进口〔32〕，燃烧室出口处设有蒸汽热交换器〔33〕，蒸汽热交换器蒸汽出口支路与气化剂进口相通。
6、根据权利要求5所述的一种按照循环流化床燃气蒸汽联产工艺设计的装置，其特征在于所说燃烧炉还设有脱硫剂和补充循环物料入口〔51〕，换热器〔49〕，所说气化剂进口与燃气出口支路相通。
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