CN108753370B - 一种耦合式煤气化系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耦合式煤气化系统及方法，属于煤炭清洁高效利用技术领域。一种耦合式煤气化系统包括依次相连的气化系统、余热回收系统、除尘系统和飞灰循环系统，气流床气化炉连接在流化床气化炉下游，其中余热回收系统采用多回路余热回收方式，充分利用系统热量，提高热效率；且气化系统还包括旋风混合器，气流床气化炉上端设置有气化烧嘴，飞灰循环系统和气化烧嘴相连，改变煤粉、飞灰和气化剂的进料方式，使得气化反应更加彻底，碳转化率显著提高。一种耦合式的煤气化方法，基于上述气化系统对气化工段、换热工段进行优化，使得气化系统的热效率显著提高，煤炭的碳转化率进一步提高。

Description

一种耦合式煤气化系统及方法
技术领域
本发明属于煤炭清洁高效利用技术领域，具体地说，涉及一种耦合式煤气化系统及方法。
背景技术
煤气化技术是煤炭清洁高效利用的重要途径之一。目前，常用的煤气化工艺按照燃料在炉内不同的运动情况，主要分为4类：固定床、流化床、气流床和熔融床。相比较来说，流化床和气流床气化技术因气化过程中无焦油及酚的排放，且所产生煤气清洁程度较高，在工业上得到了更广泛的应用，已成为清洁煤气制备的主流技术。但现有的煤气化技术中，由于流化床气化炉的结构特点以及炉内反应温度较低(1000℃左右)的技术特点，所产煤气中含有大量未反应完全的煤颗粒，碳转化率低且存在着飞灰量大且残碳率高的问题，常规处理方式是将其送往工业锅炉或电厂锅炉进行燃烧，不过由于飞灰挥发份极低，着火困难，容易造成炉膛结焦等问题，因此一直是流化床气化技术推广过程中的难题；而气流床气化技术由于其反应温度较高(1500℃左右)，碳转化率高，近年来已成为煤气化技术的主流发展方向。但气流床气化炉对煤粒径要求较高，要求煤粒径小于0.1mm，需要增加煤粉制备系统，增加了设备及系统投资。
中国发明专利申请号201710500836.1，公开号CN107118809A，公开日2017-09-01的专利文件公开了一种气流床与循环流化床组合循环气化系统及其两段式气化方法。该发明的组合循环气化系统，包括互相连通的气流床和循环流化床，气流床气化采用整个系统的飞灰作为原料，飞灰循环利用，提高了固体燃料的利用率，循环流化床气化采用气流床产的一定温度压力的烟气作为一次风和气化剂，烟气的再利用使循环流化床无需持续的补充一次风和气化剂，通过调节气流床的压力、氧气与飞灰含碳的质量比，使循环流化床产生的可燃性气体产物压力、热值可调范围大，能够实现飞灰零排放，燃料综合利用率达到99％以上；该发明改变了传统处理循环流化床飞灰的方法，达到了将飞灰中的残炭合理利用，提高固体燃料利用率的目的。但该发明存在以下不足：虽然循环流化床气化采用气流床产的一定温度压力的烟气作为一次风和气化剂，但经气流床反应后生成的烟气中气化剂含量不足，直接作为流化床气化的气化剂，易造成其反应不完全，导致流化床排渣量及飞灰量增大，且渣的含碳量及飞灰含碳量增大，碳转化率降低。
中国发明专利申请号201610644936.7，公开号CN106118750A，公开日2016-11-16的专利文件公开了一种梯级组合床气化系统，该梯级组合床气化系统包括：煤输送单元、一级流化床气化单元、二级气流床气化单元、余热回收单元、废渣收集单元；煤输送单元与一级流化床气化单元连通，一级流化床气化单元与二级气流床气化单元连通，二级气流床气化单元与余热回收单元连通，余热回收单元与废渣收集单元连通。该发明的梯级组合床气化系统能够对煤粉进行梯级气化，实现煤炭的高效转化。但该发明存在以下不足：其余热回收单元采用了辐射换热室以及对流换热室回收煤气中的热量，所回收热量所产的蒸汽未得到系统自身充分利用，热效率较低；并且经二级气流床气化炉反应生成的煤气中仍将存在一定量未反应完全的细小颗粒的飞灰无法以渣的形式从炉底排出，而随着所产生煤气进入后续系统，则需对其煤气中所夹带的飞灰进行分离且进行有效利用。
发明内容
1、要解决的问题
针对现有技术中存在的煤炭碳转化率低、余热回收效率不高的问题，本发明提供一种耦合式煤气化系统及方法。本发明结合流化床气化炉和气流床气化炉的结构特点和各自气化反应技术特点，进行二者的耦合，且同时对气化系统进行改进，让煤粉或者飞灰可以和气化剂进行高效的气化反应，提高煤炭的碳转化率，且整个系统对煤气余热充分利用，显著降低煤气化系统的能耗。
2、技术方案
为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种耦合式煤气化系统，包括依次相连的气化系统、余热回收系统、除尘系统和飞灰循环系统，所述的气化系统包括流化床气化炉和气流床气化炉，所述的气流床气化炉连接在所述的流化床气化炉下游，
所述的余热回收系统包括废热锅炉、预热器、汽包和余热回收器，所述的气流床气化炉、废热锅炉、预热器和余热回收器依次相连，所述的汽包分别与所述的气流床气化炉、所述的废热锅炉和所述的余热回收器双向连接，且所述的汽包还通过所述的预热器与流化床气化炉、气流床气化炉相连；
所述的气化系统还包括旋风混合器，所述旋风混合器分别和所述的流化床气化炉输出端、所述的气流床气化炉输入端相连；所述的气流床气化炉上端设置有气化烧嘴，所述的飞灰循环系统和所述的气化烧嘴相连。
优选地，还包括气化剂供应设备，所述的气化剂供应设备通过所述的预热器分别和所述的气化烧嘴、所述的流化床气化炉相连。
优选地，所述的气化烧嘴至少设置三个，且所述的气化烧嘴沿气化床气化炉煤气入口外侧周向设置。
优选地，所述的气化烧嘴外设置有烧嘴罩。
优选地，所述的气流床气化炉内设置有第一水冷壁。
优选地，所述的第一水冷壁内敷设有耐火材料。
优选地，所述的废热锅炉内设置有至少两层第二水冷壁，两层所述的第二水冷壁之间形成煤气折流通道，所述的煤气折流通道和所述废热锅炉的煤气出口相连通。
一种耦合式煤气化方法，包括以下步骤：
a、气化工段：原煤破碎后输送到流化床气化炉进行气化，生成的煤气及未反应完全的煤颗粒经旋风混合器喷入气流床气化炉内进行二次气化反应，其中反应所需气化剂由气化剂供应设备和换热工段提供；
b、换热工段：经气化工段产生的热煤气依次经过所述的废热锅炉、预热器和余热回收器进行换热，经过换热产生的部分蒸汽用来参与气化反应；
c、除尘工段：经余热回收器换热后的煤气经除尘系统分离，除尘后的煤气进入下一工段；
d、飞灰回收：经除尘系统分离后得到的飞灰，经飞灰循环系统从气化烧嘴回送至所述的气流床气化炉再次气化。
优选地，所述步骤a中气化剂中富氧浓度为60％～99.6％。
优选地，所述的气化工段中原煤破碎粒径控制在10mm以下。
3、有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比具有以下有益效果：
(1)本发明的一种耦合式煤气化系统，其中余热回收系统采用了多回路余热回收方式进行热量回收，气化生成的热煤气依次经过废热锅炉、预热器以及余热回收器，逐级降低了热煤气温度，同时有效地回收了热煤气中的热量，副产蒸汽，最大限度的进行能量的回收与利用，热效率显著提高；同时本发明对气化工段进一步优化，增加了旋风混合器，同时在气流床气化炉上设置了气化烧嘴，一方面旋风混合器可以将煤粉喷入气流床气化炉进行二次气化，采用这种喷流的方式，极大地提升了气化反应的效率；另一方面，从飞回循环系统中回膛的飞灰也从气化烧嘴处同气化剂一同喷入气流床气化炉，飞灰和气化剂的充分接触使得飞灰更加容易燃烧，解决了飞灰回膛过程中着火困难的问题，进一步提高了煤炭的碳转化率；
(2)本发明的一种耦合式煤气化系统，综合考虑现有流化床和气流床气化技术中各自的优势和劣势，本发明将流化床气化炉和气流床气化炉进行耦合，省去了气流床气化技术中的粉煤制备单元，减少了设备投资，同时通过耦合，流化床和气流床共用一套余热回收系统、除尘系统等，减小了占地面积，降低了设备造价，减少了投资成本，且经过耦合之后的煤气化系统可适用于多种类型的固体燃料，适用煤种范围广；
(3)本发明的一种耦合式煤气化系统，在流化床气化炉和气流床气化炉耦合过程中同时引入旋风混合器将流化床气化炉生成的煤气及未反应完全的煤颗粒以涡流旋击的方式喷入气流床气化炉，相较于原来自然流动的方式，本发明采用的涡流旋击的输入方式，更加便于和气化烧嘴处喷入的气化剂进行充分混合，也延长了颗粒的停炉时间，使得反应更加彻底，进一步提高了煤炭的转化率；同时颗粒在离心力的作用下更容易到达气流床气化炉内壁面，有利于炉内挂渣，保护炉膛；
(4)本发明的一种耦合式煤气化系统，还包括气化剂供应设备，气化剂供应设备为气化反应提供空气、氧气或富氧，这些气化剂通过预热器预热后，分别参与流化床气化炉和气流床气化炉的气化反应，相较于现有技术中流化床气化炉采用气流床气化炉产的一定温度压力的烟气作为一次风和气化剂，本发明为流化床气化炉提供充足的气化剂，使得气化反应更加完全，进一步提高煤炭的碳转化率；
(5)本发明的一种耦合式煤气化系统，气化烧嘴至少设置三个，且气化烧嘴沿气化床气化炉煤气入口外侧周向设置，一方面保证了气化剂或者飞灰可以均匀的分散在炉内，受热均匀，反应更加完全，另一方面，周向设置的各个气化烧嘴可以更好地承接从旋风混合器旋击下来的煤气和煤炭颗粒，延长了颗粒的停炉时间，同时气化剂和煤炭颗粒也有了充分的混合，提高了气化反应的效率；
(6)本发明的一种耦合式煤气化系统，其中在气化烧嘴外设置有烧嘴罩，起着在高温下保护气化烧嘴的作用，延长气化烧嘴的使用寿命；
(7)本发明的一种耦合式煤气化系统，其中气流床气化炉内设置有第一水冷壁，在高温下保护炉膛，延长设备使用寿命，同时充分回收炉膛的散热损失，副产蒸汽；第一水冷壁内敷设有耐火材料，让第一水冷壁绝热，降低被覆盖水冷壁管的吸热量，使得炉膛温度显著升高，避免气流床气化炉在点火或低负荷时，火焰不稳定，容易炉膛灭火的问题，同时耐火层也可以降低第一水冷壁的磨损；
(8)本发明的一种耦合式煤气化系统，在废热锅炉内设置有至少两层第二水冷壁，两层第二水冷壁之间形成煤气折流通道，煤气折流通道和废热锅炉的煤气出口相连通，通过多层水冷壁可对所产煤气进行降温处理，气流床气化炉所产煤气及熔渣由废热锅炉煤气进口进入，先下行流动，熔渣在自身重力作用下落入渣池，后由废热锅炉排渣口排出，煤气则折流上行通过多层水冷壁之间形成的煤气折流通道，延长了气体冷却路径，提高其传热效率，也降低废热锅炉的壳体高度；
(9)本发明的一种耦合式煤气化方法，通过对气化系统中余热回收系统和气化系统的进一步优化，使得气化反应更加彻底，显著提高了煤炭的碳转化率，同时热煤气的热量经过余热回收系统的多回路余热回收方式，得到了充分回收和利用，热效率显著提高；
(10)本发明的一种耦合式煤气化方法，其中气化剂中富氧浓度为60％～99.6％，保证气化反应更加彻底，提高碳转化率。
附图说明
图1为本发明的系统结构示意图。
图中：1、原煤仓；2、小煤斗；3、给煤机；4、流化床气化炉；5、旋风混合器；6、气流床气化炉；7、废热锅炉；8、预热器；9、汽包；10、余热回收器；11、布袋除尘器；12、灰斗；13、仓泵；14、出渣机；15、捞渣机；16、输渣皮带；17、气化烧嘴。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进一步进行描述。
实施例1
如图1所示，一种耦合式煤气化系统，包括依次相连的气化系统、余热回收系统、除尘系统和飞灰循环系统，气化系统包括流化床气化炉4和气流床气化炉6，气流床气化炉6连接在流化床气化炉4下游。
余热回收系统包括废热锅炉7、预热器8、汽包9和余热回收器10，气流床气化炉6、废热锅炉7、预热器8和余热回收器10依次相连，具体的，废热锅炉7上方设置有煤气进口，与气流床气化炉6的煤气出口相连通，用于接收气化系统所生成的煤气和熔渣，废热锅炉7上部设置有煤气出口，和预热器8相连通。
汽包9上连接有新鲜水设备，用于系统内循环新鲜水的补给，主要的是分别为气流床气化炉6、废热锅炉7和余热回收器10提供冷却水，汽包9分别与气流床气化炉6、废热锅炉7和余热回收器10双向连接，此处的双相连接，具体是指，汽包9上设置有第一冷介质出口和第一水蒸汽入口，第一冷介质出口和气流床气化炉6上的入水口连接，第一水蒸汽入口和气流床气化炉6上的出水口连接，冷却水和气流床气化炉6的热量进行换热；汽包9上设置有第二冷介质出口和第二水蒸汽入口，第二冷介质出口和废热锅炉7的入水口相连，废热锅炉7的出水口和汽包9的第二水蒸汽入口连接，使得冷却水和废热锅炉7内的热煤气进行换热；汽包9上还设置有第三冷介质出口和第三水蒸汽入口，第三冷介质出口和第三水蒸汽入口分别和余热回收器10相连，使得热煤气和冷却水进一步换热，产生蒸汽，且汽包9还通过预热器8与流化床气化炉4、气流床气化炉6相连，使得经过上述三种冷却水换热回路产生的蒸汽经过汽包9缓冲后，一部分作为气化剂继续通过预热器8预热后输送到流化床气化炉4、气流床气化炉6进行气化反应，一部分收集后送至蒸汽管网供下游蒸汽用户使用，同时采用汽包9这一工业设备，实现了整个气化系统的汽水循环，可减少系统内新鲜循环水的补给。
需要注意的是，预热器8中换热的冷、热介质分别是从汽包9输出的蒸汽、来自气化剂供应设备的氧气或者富氧和从废热锅炉7输出的热煤气，借助热煤气的热量在预热器8中对气化剂进行预热，可以降低气化炉中气化反应所需的能量，节约成本，且气化剂进行预热后通入气化炉内，此高温助燃技术有效地提高了整套系统的冷煤气效率，提高了热效率。
通过上述多回路的换热方式，逐级降低了热煤气温度，同时有效地回收了热煤气中的热量，副产蒸汽，最大限度的进行能量的回收与利用，热效率显著提高。
本实施例对现有气化系统也做了改进，在流化床气化炉4和气流床气化炉6之间设置有旋风混合器5，旋风混合器5分别和流化床气化炉4输出端、气流床气化炉6输入端相连，具体的，旋风混合器5上方和流化床气化炉4输出端，即上端的煤气出口相连，旋风混合器5下方和气流床气化炉6输入端，即煤气进口相连，旋风混合器5将流化床气化炉4中气化反应生成的煤气和未反应完全的煤颗粒以涡流旋击的形式喷入气流床气化炉6内，且气流床气化炉6上端设置有气化烧嘴17，用于接收气化剂，旋风混合器5将气流床气化炉6煤气入口处进来的煤气和未反应完全的煤颗粒喷入炉内进行气化反应，与气化烧嘴17引入的气化剂充分混合，提高反应效率，且旋风混合器5的这种涡流旋击的输入方式，也可以延长了颗粒的停炉时间，使得反应更加彻底，进一步提高了煤炭的转化率，同时颗粒在离心力的作用下更容易到达气流床气化炉6内壁面，有利于炉内挂渣，保护炉膛。
值得注意的是，气化烧嘴17还和飞灰循环系统相连，此时气化烧嘴17具有飞灰通道和气化剂通道，气化烧嘴17使得飞灰和气化剂一同喷入气流床气化炉6内，飞灰和气化剂的充分接触使得飞灰更加容易燃烧，解决了飞灰回膛过程中着火困难的问题，进一步提高了煤炭转化率。
本实施例的一种耦合式煤气化方法，具体包括一下步骤：
a、气化工段：原煤破碎至10mm后输送到流化床气化炉4进行气化，生成的煤气及未反应完全的煤颗粒经旋风混合器5以涡流旋击的方式喷入气流床气化炉6内进行二次气化反应，其中反应所需气化剂由气化剂供应设备和换热工段提供，气化剂供应设备为气化反应提供的气化剂主要包括空气、氧气或者富氧，换热工段主要提供的气化剂为水蒸气，需要注意的是本实施例的气化剂中，富氧的浓度为60％；且气化剂从气流床气化炉6上的气化烧嘴17进入，从而实现了气化剂和煤炭颗粒的充分混合，提高的气化反应的效率，显著提升碳转化率；
b、换热工段：经气化工段产生的热煤气依次经过废热锅炉7、预热器8和余热回收器10进行换热，其中汽包9为气流床气化炉6、废热锅炉7和余热回收器10提供冷介质，使得热的煤气依次换热，温度逐渐降低，换热产生的部分蒸汽通过汽包9缓冲后，进入预热器8作为冷介质继续和预热器8中的热煤气进一步换热，预热后的蒸汽作为气化剂用来参与气化反应，热效率显著提高，且经过预热的气化剂参加气化反应大大降低了气化炉的热量负荷，节约成本；
c、除尘工段：经余热回收器10换热后的煤气经除尘系统分离，除尘后的煤气进入下一工段，进一步优化提纯；
d、飞灰回收：经除尘系统分离后得到的飞灰，经飞灰循环系统从气化烧嘴17回送至气流床气化炉6再次气化，飞灰和气化剂一同经过气化烧嘴17喷入气流床气化炉6中，使得二者更加充分的混合且均匀地分散在炉内，均匀受热，提高了气化反应的效率，显著提高碳转化率。
实施例2
本实施例的一种耦合式煤气化系统，其结构与实施例1基本相同，更进一步的，本实施例的气化烧嘴17设置有三个，且三个气化烧嘴17沿气流床气化炉6煤气入口外侧周向设置，一方面在通入气化剂时，使得气化剂可以均匀分散在气化炉内，使得气化剂可以和煤颗粒充分混合，周向设置也可以更好的承接从旋风混合器5旋击下来的煤气和煤炭颗粒，延长了颗粒的停炉时间，提高了气化反应的效率；另一方面，在飞灰回膛循环利用的过程中，使得气化剂和飞灰可以均匀的分散在炉内，受热均匀，着火更加容易，反应更加完全。气化烧嘴17的个数可以为四个、五个或者六个或以上，且所有的气化烧嘴17均周向设置在气流床气化炉6煤气入口外侧，再在此不一一尽述。
同时因为气化烧嘴17的高温工作环境，本实施例在气化烧嘴17外设置有烧嘴罩，起到高温下保护气化烧嘴17的作用，延长气化烧嘴17的使用寿命。
实施例3
如图1所示，一种耦合式煤气化系统，包括依次相连的气化系统、余热回收系统、除尘系统和飞灰循环系统，气化系统包括流化床气化炉4和气流床气化炉6，气流床气化炉6连接在流化床气化炉4下游。余热回收系统包括废热锅炉7、预热器8、汽包9和余热回收器10，气流床气化炉6、废热锅炉7、预热器8和余热回收器10依次相连，汽包9分别与气流床气化炉6、废热锅炉7和余热回收器10双向连接，汽包9还通过预热器8与流化床气化炉4、气流床气化炉6相连；在流化床气化炉4和气流床气化炉6之间设置有旋风混合器5，旋风混合器5分别和流化床气化炉4输出端、气流床气化炉6输入端相连；气流床气化炉6上端设置有气化烧嘴17，飞灰循环系统和气化烧嘴17相连。
其中，气流床气化炉6内设置有第一水冷壁，第一水冷壁由多个形状相同的水冷壁管及鳍片焊接而成，水冷壁管的管身均沿竖直方向并列设置，水冷壁管的入水口与出水口位于气流床气化炉6的下部和上部，水冷壁管的入水口和汽包9的第一冷介质出口连接，水冷壁管的出水口和汽包9的第一水蒸汽入口相连，第一水冷壁可以在高温下保护炉膛，延长设备使用寿命，同时充分回收炉膛的散热损失，副产蒸汽；第一水冷壁内敷设有耐火材料，耐火材料可以采用SiC材料，让第一水冷壁绝热，降低被覆盖水冷壁管的吸热量，使得炉膛温度显著升高，避免气流床气化炉在点火或低负荷时，火焰不稳定容易炉膛灭火的问题，同时耐火层也可以降低第一水冷壁的磨损。
废热锅炉7设置有两层第二水冷壁，两层水冷壁之间形成煤气折流通道；煤气折流通道与废热锅炉7上方煤气出口相连通；第二水冷壁的上端和下端分别设置有出水口和入水口，第二水冷壁的入水口和汽包9的第二冷介质出口相连，第二水冷壁的出水口和汽包9的第二水蒸汽入口连接；气流床气化炉6所产煤气及熔渣由废热锅炉7煤气进口进入，先下行通过渣池，熔渣在自身重力作用下落入渣池，后由排渣口排出，煤气则折流上行通过煤气折流通道，延长了气体冷却路径，提高其传热效率，同时也降低了废热锅炉7的壳体高度。废热锅炉7下部还设置有液封装置，由于压力的作用可防止煤气由排渣口溢出。
预热器8内设置有第一换热管束，分别与预热器8的煤气进口和煤气出口相连通；第一换热管束与预热器8内壁间形成冷介质通道，分别与冷介质进、出口相连通，冷介质进、出口分别设置在预热器8侧下方和预热器8侧上方；从废热锅炉7输出的煤气由预热器8上部煤气进口进入与由设置在侧下方的冷介质进口进入的冷介质，即气化剂进行逆流换热，冷介质出口与流化床气化炉4气化剂入口以及气流床气化炉6气化烧嘴17相连通，进一步冷却煤气的同时，对气化剂实现了预热，提高了系统的余热利用效率。
从预热器8输出的煤气进入余热回收器10，进一步和冷却水进行换热。整套系统接近于逆流换热，最大限度的进行能量的回收与利用，热效率显著提高。
本实施例的一种耦合式煤气化方法，具体包括以下步骤：
a、气化工段：原煤破碎至8mm后输送到流化床气化炉4进行气化，炉膛内反应温度为950～1050℃，生成的煤气及未反应完全的煤颗粒经旋风混合器5以涡流旋击的方式喷入气流床气化炉6内进行二次气化反应，炉膛内反应温度约为1500℃，其中反应所需气化剂由气化剂供应设备和换热工段提供，其中，气化剂供应设备为气化反应提供的气化剂主要包括空气，氧气或者富氧，换热工段主要提供的气化剂为水蒸气，需要注意的是本实施例的气化剂中，富氧的浓度为80％；且气化剂从气流床气化炉6上的气化烧嘴17进入，从而实现了气化剂和煤炭颗粒的充分混合，提高的气化反应的效率，显著提升碳转化率；
b、换热工段：经气化工段产生的热煤气依次经过废热锅炉7、预热器8和余热回收器10进行换热，其中汽包9为气流床气化炉6、废热锅炉7和余热回收器10提供冷介质，从废热锅炉7出来的煤气温度为900℃左右，经过预热器8换热后，煤气温度为450℃左右，气化剂温度预热至750℃左右，450℃左右的煤气进入余热回收器10进行换热后，煤气温度降低至180℃，温度逐渐降低，换热产生的部分蒸汽通过汽包9缓冲后，进入预热器8作为冷介质继续和预热器8中的热煤气进一步换热，预热后的蒸汽作为气化剂用来参与气化反应，热效率显著提高，且经过预热的气化剂参加气化反应大大降低了气化炉的热量负荷，节约成本；
c、除尘工段：经余热回收器10换热后的煤气经除尘系统分离，除尘后的煤气进入下一工段，进一步优化提纯；
d、飞灰回收：经除尘系统分离后得到的飞灰，经飞灰循环系统从气化烧嘴17回送至气流床气化炉6再次气化，飞灰和气化剂一同经过气化烧嘴17喷入气流床气化炉6中，使得二者更加充分的混合且均匀地分散在炉内，均匀受热，提高了气化反应的效率，显著提高碳转化率。
实施例4
本实施例的一种耦合式煤气化系统，其结构和实施例3基本相同，所不同的是，本实施例的煤气化系统还包括气化剂供应设备，气化剂供应设备通过预热器8分别和气化烧嘴17、流化床气化炉4相连。气化剂供应设备为气化反应提供空气、氧气或富氧，这些气化剂通过预热器8预热后，分别参与流化床气化炉4和气流床气化炉6的气化反应，相较于现有技术中流化床气化炉4采用气流床气化炉6产的一定温度压力的烟气作为一次风和气化剂，本实施例为流化床气化炉4提供充足的气化剂，使得气化反应更加完全，进一步提高煤炭的碳转化率。
本实施例的一种耦合式煤气化方法，具体包括以下步骤：
a、气化工段：原煤破碎至6mm后输送到流化床气化炉4进行气化，生成的煤气及未反应完全的煤颗粒经旋风混合器5以涡流旋击的方式喷入气流床气化炉6内进行二次气化反应，其中反应所需气化剂由气化剂供应设备和换热工段提供，气化剂供应设备为气化反应提供的气化剂主要包括空气、氧气或者富氧，换热工段主要提供的气化剂为水蒸气，需要注意的是本实施例的气化剂中，富氧的浓度为99.6％；且气化剂从气流床气化炉6上的气化烧嘴17进入，从而实现了气化剂和煤炭颗粒的充分混合，提高的气化反应的效率，显著提升碳转化率；
b、换热工段：气流床气化炉6反应生成的的煤气及熔渣由废热锅炉7顶部的煤气进口进入废热锅炉7中进行降温及热量回收，煤气及熔渣先下行通过渣池，熔渣在自身重力作用下落入渣池激冷破碎成小颗粒，后由下部排渣口排出；煤气则经过渣池折流上行进入两层第二水冷壁之间的折流通道与从汽包9来的冷却水进行换热冷却后由上部煤气出口排出，经换热的第二水冷壁内的水介质转化为水蒸汽由第二水冷壁上部出水口流出进入汽包9；经废热锅炉7降温后的煤气进入预热器8内与来自气化剂供应设备的氧气或富氧以及来自汽包9的水蒸气混合的气化剂进行换热，煤气走管程，气化剂走壳程，经逆流换热煤气得以降温的同时对气化剂进行预热处理；热量交换后的煤气进入余热回收器10进行余热回收并副产蒸汽进入汽包9中；
c、除尘工段：经余热回收器10换热后的煤气经除尘系统分离，除尘处理后的煤气经进一步降温后送入脱硫系统后加压输送给用户；
d、飞灰回收：经除尘系统分离后得到的飞灰，经飞灰循环系统从气化烧嘴17回送至气流床气化炉6再次气化，飞灰和气化剂一同经过气化烧嘴17喷入气流床气化炉6中，使得二者更加充分的混合且均匀地分散在炉内，均匀受热，提高了气化反应的效率，显著提高碳转化率。
实施例5
本实施例的一种耦合式煤气化系统，其结构与实施例1基本相同，更进一步的，本实施例的煤气化系统还包括给煤系统和出渣系统，其中：
给煤系统包括依次连接的原煤仓1、小煤斗2和给煤机3，给煤机3和流化床气化炉4给煤口相连。
除尘系统包括布袋除尘器11；飞灰循环系统包括灰斗12和仓泵13，余热回收器10、布袋除尘器11、灰斗12、仓泵13依次相连，仓泵13和气流床气化炉6的气化烧嘴17相连。
出渣系统包括出渣机14、捞渣机15和输渣皮带16，出渣机14和捞渣机15分别设置在流化床气化炉4和气流床气化炉6下方，输渣皮带16位于出渣机14和捞渣机15下方。
流化床气化炉4设置有给煤口、气化剂入口、出渣口以及煤气出口，给煤口与给煤机3相连通，气化剂入口位于流化床气化炉4下方，与预热器8相连通；出渣口位于流化床气化炉4下方，与出渣机14相连通；煤气出口位于流化床气化炉4上方，与旋风混合器5相连通。
气流床气化炉6设置有煤气进口以及煤气出口；煤气进口位于气流床气化炉6上方，与旋风混合器5相连通，用于接收流化床气化炉4反应生成的煤气与未反应完全的煤颗粒；煤气出口位于气流床气化炉6下方，与废热锅炉7相连通；
废热锅炉7具体采用辐射式废热锅炉，废热锅炉7上设置有煤气进口、煤气出口、渣池、液封装置以及排渣口；煤气进口与气流床气化炉6煤气出口相连通，用于接收气化系统所生成的煤气；煤气出口位于废热锅炉7侧上部，与预热器8相连通；渣池、液封装置以及排渣口由上而下依次设置在废热锅炉7的下部，排渣口与出渣系统相连通；废热锅炉7设置有三层第二水冷壁，每两层第二水冷壁之间形成煤气折流通道；煤气折流通道与煤气出口相连通，第二水冷壁上端设置有出水口，第二水冷壁下端设置有进水口，分别与汽包9相连通。
预热器8设置有煤气进口、煤气出口、冷介质进口以及冷介质出口；煤气进口位于预热器8上方，与废热锅炉7煤气出口相连通；煤气出口位于预热器8下方，与余热回收器10相连通；冷介质进口位于预热器8侧下方，与汽包9以及氧气供应设备相连通；冷介质出口位于预热器8侧上方，与流化床气化炉4气化剂入口以及气流床气化炉6气化烧嘴17相连通。值得一提的是，预热器8内设置有第一换热管束，分别与煤气进口和煤气出口相连通，第一换热管束与预热器8内壁间形成冷介质通道，分别与冷介质进、出口相连通，换热过程中，煤气走管程，气化剂走壳程，即煤气由上部煤气进口进入与由设置在侧下方冷介质进口进入的冷介质，即气化剂进行逆流换热，进一步冷却煤气的同时，对气化剂实现了预热，提高了系统的余热利用效率。
汽包9对水蒸汽进行水汽分离的同时可持续供水，最终可输出汽水分离后的蒸汽，一部分作为气化反应所需的气化剂，一部分可外供用于下游蒸汽用户。
本实施例的一种耦合式煤气化方法，包括以下步骤：
a、气化工段：原煤破碎至5mm后皮带输送至原煤仓1，经小煤斗2及给煤机3由给煤口送入流化床气化炉4内进行气化反应，反应所生成的固态渣由流化床气化炉4下方的排渣口排出，经出渣机14、输渣皮带16送往渣场；生成的煤气及未反应完全的煤颗粒经旋风混合器5以涡流旋击的方式喷入气流床气化炉6内进行二次气化反应，其中反应所需气化剂由气化剂供应设备和换热工段提供，且均经过预热器8预热后使用，气化剂供应设备为气化反应提供的气化剂主要包括空气、氧气或者富氧，换热工段主要提供的气化剂为水蒸气，需要注意的是本实施例的气化剂中，富氧的浓度为90％；且气化剂从气流床气化炉6上的气化烧嘴17进入，从而实现了气化剂和煤炭颗粒的充分混合，提高的气化反应的效率，显著提升碳转化率；
b、换热工段：气流床气化炉6反应生成的的煤气及熔渣由废热锅炉7顶部的煤气进口进入废热锅炉7中进行降温及热量回收，煤气及熔渣先下行通过渣池，熔渣在自身重力作用下落入渣池激冷破碎成小颗粒，后由下部排渣口排出，由捞渣机15及输渣皮带16送往渣场；煤气则经过渣池折流上行进入第二水冷壁之间的折流通道与从汽包9来的冷却水进行换热冷却后由上部煤气出口排出，经换热的第二水冷壁内的水介质转化为水蒸汽由第二水冷壁上部出水口流出进入汽包9，废热锅炉7下部的液封装置由于压力的作用可防止煤气由排渣口溢出；经废热锅炉7降温后的煤气进入预热器8内与来自气化剂供应设备的氧气或富氧以及来自汽包9的水蒸气混合的气化剂进行换热，煤气走管程，气化剂走壳程，经逆流换热煤气得以降温的同时对气化剂进行预热处理；热量交换后的煤气进入余热回收器10进行余热回收并副产蒸汽进入汽包9中；
c、除尘工段：经余热回收器10换热后的煤气经布袋除尘器11分离，除尘后的煤气进入下一工段，进一步降温优化提纯后加压输送给用户；
d、飞灰回收：经除尘系统分离后得到的飞灰，进入灰斗12，由于其中仍含有一定的未反应完全的碳，且其粒径满足气流床入炉煤粒径要求，可将其通过仓泵13回送至与气化剂混合，再通过气流床气化炉6的气化烧嘴17以旋击撞流的形式喷入炉内再次反应，旋击撞流的形式使得二者更加充分的混合且均匀地分散在炉内，均匀受热，提高了气化反应的效率，且飞灰在闭环内循环，实现了整套气化系统飞灰零排放，气流床气化炉6所排渣料残碳率降低，进一步提高了碳转化率。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种耦合式煤气化系统，包括依次相连的气化系统、余热回收系统、除尘系统和飞灰循环系统，所述的气化系统包括流化床气化炉(4)和气流床气化炉(6)，所述的气流床气化炉(6)连接在所述的流化床气化炉(4)下游，其特征在于：所述的余热回收系统包括废热锅炉(7)、预热器(8)、汽包(9)和余热回收器(10)，所述的气流床气化炉(6)、废热锅炉(7)、预热器(8)和余热回收器(10)依次相连，所述的汽包(9)分别与所述的气流床气化炉(6)、所述的废热锅炉(7)和所述的余热回收器(10)双向连接，且所述的汽包(9)还通过所述的预热器(8)与流化床气化炉(4)、气流床气化炉(6)相连；
所述的气化系统还包括旋风混合器(5)，所述旋风混合器(5)分别和所述的流化床气化炉(4)输出端、所述的气流床气化炉(6)输入端相连；所述的气流床气化炉(6)上端设置有气化烧嘴(17)，所述的飞灰循环系统和所述的气化烧嘴(17)相连；
所述的气流床气化炉(6)内设置有第一水冷壁；所述的第一水冷壁内敷设有耐火材料；所述的废热锅炉(7)内设置有至少两层第二水冷壁，两层所述的第二水冷壁之间形成煤气折流通道，所述的煤气折流通道和所述废热锅炉(7)的煤气出口相连通。
2.根据权利要求1所述的一种耦合式煤气化系统，其特征在于：还包括气化剂供应设备，所述的气化剂供应设备通过所述的预热器(8)分别和所述的气化烧嘴(17)、所述的流化床气化炉(4)相连。
3.根据权利要求1或2所述的一种耦合式煤气化系统，其特征在于：所述的气化烧嘴(17)至少设置三个，且所述的气化烧嘴(17)沿气化床气化炉(6)煤气入口外侧周向设置。
4.根据权利要求3所述的一种耦合式煤气化系统，其特征在于：所述的气化烧嘴(17)外设置有烧嘴罩。
5.一种耦合式煤气化方法，采用权利要求1-4中任意一项所述的耦合式煤气化系统，包括以下步骤：
a、气化工段：原煤破碎后输送到流化床气化炉(4)进行气化，生成的煤气及未反应完全的煤颗粒经旋风混合器(5)喷入气流床气化炉(6)内进行二次气化反应，其中反应所需气化剂由气化剂供应设备和换热工段提供；
b、换热工段：经气化工段产生的热煤气依次经过所述的废热锅炉(7)、预热器(8)和余热回收器(10)进行换热，经过换热产生的部分蒸汽用来参与气化反应；
c、除尘工段：经余热回收器(10)换热后的煤气经除尘系统分离，除尘后的煤气进入下一工段；
d、飞灰回收：经除尘系统分离后得到的飞灰，经飞灰循环系统从气化烧嘴(17)回送至所述的气流床气化炉(6)再次气化。
6.根据权利要求5所述的一种耦合式煤气化方法，其特征在于：所述步骤a中气化剂中富氧浓度为60％～99.6％。
7.根据权利要求5所述的一种耦合式煤气化方法，其特征在于：所述的气化工段中原煤破碎粒径控制在10mm以下。
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