CN1078907C - 煤气化的方法及其设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及动力工程范围，具体地说涉及煤的热加工，以及本发明可用于热电厂，用低品级的煤生产环境上清洁的合成气。为了提高燃料的反应性和合成气的产量，一部分燃料进行电热化学预加工；它涉及将粉状燃料空气混合物通过预加工室(PC)(2和3)。在那里产生低温等离子体流，然后将燃料产物送至反应室(RC)(1)，将主要的粉状燃料和气化剂流以切线方向送入反应室，使燃料完全气化。实施这一方法的设备包括竖直的反应室(RC)(1)，其下部至少与两个在直径方向安装的预加工室(PC)(2和3)相连，以便进行燃料的电热化学加工。每一预加工室(PC)由装有等离子体发生器(5)的膛式炉(4 )构成，膛式炉(4)彼此相对以切线方向与反应室(RC)(1)相连。将主要的煤粉和气化剂流送入反应室(RC)(1)的设备按直径方向安装，并以切线方向与反应室(RC)(1)相连。

Description

煤气化的方法及其设备
发明领域
本发明涉及动力工程，特别是涉及煤的热加工，以及本发明可在热电厂中用于改进低等级煤和生产生态上清洁的合成气。
现有技术说明
煤气化法——Luhrgie法是已知的，该法包括将炔煤和气化剂送入气化装置的气化室。水蒸汽或氧气用作气化剂。该法称为自热气化法，因为由一部分燃料燃烧得到所需的能量。工艺温度为900-1400K；煤炔的大小为5-50mm(H.Firrat“发电厂基于煤气化的组合循环的设备”，Metallgesellschaft，1991)[1]。
但是，由于得到的合成气中有高的CO含量，所以这一已知的方法得到低质量的合成气。此外，所述的炔煤加工，使反应表面减小，从因使该法的效率下降。
在本专业中已知的实施Luhrgie法的气化装置包括竖直的气化室、安装在所述气化室顶部的炔煤进料设备以及安装在气化室底部提供气化剂的喷枪。合成气从气化室的顶部排出，而熔渣从气化室的底部排出[1]。
但是，已知的气化装置不能得到高质量的合成气，其效率也不高。
一种根据Koppers-Tohtzeck法在粉状物流中煤气化的方法是在技术实质上最接近本发明的方法，前者包括将粉状煤与水蒸汽和氧一起通过鼓风喷嘴送入气化装置的气化室。生成的气体从气体发生器顶部排出，而液体熔渣从底部排出。由于粉煤用水蒸汽一氧气化，得到高的碳转化率，没有不希望有的半焦状煤产物，并且有可能加工任何类型的煤(“由煤得到的化学物质”，Yu Falbe编辑，莫斯科，化学出版社，1980，615页)[2]。
但是，对于已知的气化法来说，在得到的气体中，通常含有大量的二氧化碳(大约10％)是由于通过部分煤的燃烧来补偿反应的吸热作用。此外，已知的方法需要使用相当大量的氧，从而使制得的合成气的费用大幅度增加。
Koppers-Tthtzeck气化装置[2]是最接近本发明设备的气化装置，该气化装置包括装有反应物进料喷嘴的水平气化室，喷嘴彼此相对排列。生成的气体从气体发生器顶部排出，而液体熔渣从其底部排出。
为了维持燃烧和提高气体热值，氧气用于已知的气化装置，并需要大尺寸的燃烧室。此外，通过吹氧和空气难以优化燃烧过程，从而得到较高的二氧化碳含量和不完全的煤转化。
发明概述
本发明要解决的问题在于实现燃料部分的电热化学预加工，以致在气化过程中提供了吸热反应进程以及提供了稳定的燃烧，随后将燃烧产物送入气化装置的气化室。电热化学预加工使燃料的反应性提高，并能进行受控的燃烧过程，从而提高了生成的合成气的质量及其产率。
根据本发明，为了达到本发明得到的技术结果，在包括将粉状燃料和气化剂用鼓风的方法送入反应室的煤气化方法中，通过将空气—粉煤混合物通过预加工室来进行部分燃料的电热化学预加工；在预加工室中产生低温等离子体流，并与粉状燃料混合，粉状燃料被加热和点燃；然后燃烧过程在预热的膛式炉中维持，此后将燃烧产物送入反应室，将主要的粉状燃料和气化剂流按切线方向送入反应室，从而进行燃料的完全气化。
使用空气作为氧化剂，使用过热水蒸汽作为气化剂。
由于这样的煤气化设备的实施，使本发明得到的技术成就变成可能，该设备包括一圆筒反应室、反应物进料设备和反应产物卸料设备；根据本发明，煤气化设备至少装有两个在直径方向上彼此相对安装的预加工室，并与反应室的下部相连；所述的每一个预加工室都由装有等离子体发生器的膛式炉形式构成；所述的膛式炉以切线方向与反应室相连，并在直径方向上彼此相对安装；所述的反应物进料设备在所述的预加工室之间在直径方向彼此相对安装，并以切线方向与反应室相连。
根据这一方法，提供了多种设计特点的组合：所述的燃料的电热化学预加工，在预热的膛式炉中的燃烧以及部分在反应室中的后燃烧，以便提高主要部分被加工的燃料的反应性。
部分燃料的电热化学预加工(ETCP)可明显加速化学反应的进程，这是由于气化的等离子体过程的优点，即由于提供了大量活性中心(激活的原子、分子、离子、电子、光子)。在预加工室中，进入高温段的煤颗粒受到热的作用，使煤粉化，以致使煤变成细分散煤，从而提高了煤的反应性。膛式炉得到的高温(1600℃)燃烧产物进入反应器空间，提高了反应器空间的温度，在那里燃烧产物与煤中的碳按Bondoir反应进行反应，还原成CO，因此提高了燃料气体的热值。在反应室中高的能量密度可使气化装置的尺寸减小。
与已知的方法不同，在所附流程中提出的方法介于自热气化法和外热气化法之间，因为产生的热量部分是由于进行所述的ETCP的等离子体发生器的电弧，部分是由于一部分煤在预热的膛式炉中燃烧以及部分是由于在反应室中的后燃烧。
因此，在所附的流程中提出两段煤气化，根据这一流程：在第一段中，将空气一粉煤混合物(APCM)通过等离子体流(以双焰形式)进入等离子体发生器预热的膛式炉，来进行部分燃料的电热化学预加工。当反应器中达到足以使所述的煤气化的温度时，将过热水蒸汽和粉煤送入反应器(第二段)。此时反应物用短时间提供的氧化剂完全气化。由于APCM和粉煤切线方向送入以及将过热水蒸汽注入圆筒形反应器，从而使反应物在反应段中保持足以使它完全气化的一段时间，达到高的气化效率。
附图简要说明
用附图进一步说明本发明的实质，其中：
图1图示说明所提出的燃料气化设备。
图2表示沿II-II线的截面图，其中单元A为粉煤和气化剂主要物流的进料设备，单元B为预加工室。
本发明的优选实施方案
燃料气化设备(图1)包括内衬难熔材料如碳化硅的竖直安装的圆筒形反应室1。该设备装有至少两个用于燃料所述的电热化学预加工(ETCP)的预加工室2和3，它们与反应室1的下部相连，并在直径方向上彼此相对安装。每一所述的预加工室(图2)由装有等离子体发生器5的膛式炉4形式构成；所述的膛式炉以切线方向与反应室1相连，彼此相对，以便产生空气—粉煤旋流。预加工室2和3的膛式炉4与粉煤管线6相连，以便送入空气—粉煤混合物(APCM)。维持ETCP室中燃烧所需的空气进料由鼓风机提供，它用闸门(图中未示出)来控制。由可控制整流器的DC电源为所述的等离子体发生器提供电力。主要的粉煤流通过两个星形粉煤进料器以切线方向加入反应室1；在所述的粉煤进料处在直径方向上安装有彼此相对的过热水蒸汽喷射器。
在气化过程中形成的气体从反应室1的顶部排出，并送到旋风分离器7，而液体熔渣送至反应室1底部的熔渣收集器8。
视功率和尺寸而定，所提出的煤气化设备可比上述有更多的预加工室，例如它可有4个或6个预加工室，所述的室可沿反应室的高度交错排列。
所提出的煤气化法按如下进行。
将一部分粉煤和氧化剂(可为氧或空气)送入预加工室，以便进行所述的燃料的电热化学预加工；预先产生低温的等离子体流。空气—粉煤混合物通过低温等离子体流和等离子体发生器预热的膛式炉后，以双焰形式按切线方向送入反应室的空间。当达到足以使煤气化的温度时，将主要的粉煤和含有过热水蒸汽的气化剂流以切线方向送入反应室。高温(1300K)的燃烧产物由预加工室送入反应室，并与煤中的碳按Boudoir反应进行反应，还原成CO，从而使燃料气体的热值提高。预加工室的燃烧产物、粉煤和注入的过热水蒸汽按所述的切线方向送入反应室可使反应物在反应段中维持足以进行完全气化的一段时间。
将气化过程中生成的气体送入旋风分离器；在那里从气体中除去粉尘，此后该气体可在炉中(燃烧室中)燃烧，或者可通过用于加热和产生水蒸汽而冷却，或者可压缩并通过管线送至用户。液体熔渣送至反应室下部的熔渣收集器。
用本发明实际实施方案的以下实施例来说明所提出的煤气化法。
煤气化设备有两个装有功率66KW的等离子体发生器的ETCP室，将它用于实施所述的方法。
将压缩空气和冷却水送至等离子体发生器5，并启动等离子体发生器。当预加工室2和3被加热时，以300公斤煤/小时和400米3空气/小时的速率将空气—粉煤混合物送入。空气—粉煤混合物通过等离子体流和被等离子体发生器预热的膛式炉4小以后以双焰形式按切线方向送入反应室1的空间，主粉煤流以200公斤/小时的速率以及过热水蒸汽以300公斤/小时的速率在380℃下以切线方向送入反应室空间。
从预加工室2和3送入反应室1的燃烧产物显著加速化学反应过程，从而提高了燃料的热值。反应物的切线方向进料使它们在反应段中的停留时间延长。过程的平均质量温度为1300K。气化生成的气体送入旋风分离器7，而液体熔渣送至熔渣收集器8。生成的合成气的组成(根据用AHG002—1”色谱仪得到的分析结果)如下：氧含量0％(体积)；二氧化碳含量4.8％(体积)；氢含量18.2％(体积)；一氧化碳含量19.1％(体积)；甲烷含量2.1％(体积)。
所提出的煤气化法及其设备的应用，由于部分煤在等离子体中燃烧使能量费用大大下降。燃料的电热化学预加工(ETCP)使燃料的反应能力提高，并进行受控的燃烧过程。由于电热化学预加工(ETCP)反应室中高的能量密度可使主要设备的尺寸减小。此外，生成的合成气的质量和产量都提高。

Claims (4)

1.一种包括用鼓风将粉煤和气化剂一起送入反应室的煤气化法，其特征在于，在将燃料送入所述的反应室以前，先将一部分燃料与氧化剂一起送入预加工室，在那里产生低温等离子体流，所述的低温等离子体流与粉化燃料混合，后者被加热和点燃；然后在预热的膛式炉中维持燃烧过程，以后将燃烧产物送入反应室，将主要的粉化燃料和气化剂流以切线方向送入反应室，从而进行燃料的完全气化。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，空气用作氧化剂。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于过热水蒸汽用作气化剂。
4.一种包括圆筒形反应室、反应物进料设备和反应产物卸料设备的煤气化设备，其特征在于，该设备至少有两个在直径方向上彼此相对安装的预加工室，并与反应室的下部相连；每一个所述的预加工室由装有等离子体发生器的膛式炉形式构成；所述的膛式炉以切线方向与反应室相连，并彼此相对；所述的反应物进料设备在所述的预加工室之间在直径方向彼此相对安装，并以切线方向与反应室相连。
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