CN108949234A - 一种三层供气加热自转化焦油气化炉 - Google Patents

一种三层供气加热自转化焦油气化炉 Download PDF

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Abstract

一种三层供气加热自转化焦油气化炉是由双料钟加煤器、炉体、三层供气加热气化剂分布器、排灰渣结构和供气系统构成；其中的三层供气加热气化剂分布器是在夹层炉体中部中心设有煤气导出管，并将其底端煤气入口设在第二供气加热气化剂分布器和第三供气加热气化剂分布器之间；第一供气加热气化剂分布器位于炉体上部；第二供气加热气化剂分布器位于中部的炉壁内侧和煤气导出管外侧；第三供气加热气化剂分布器位于炉体底部中央；本发明通过对气化炉结构改进，形成高温区，使焦油在高温区裂解和气化，气化炉性能大大提高，实现了煤炭的高效清洁转化，为煤气化技术发展提供有力的支撑。

Description

一种三层供气加热自转化焦油气化炉
技术领域
本发明涉及一种煤气化炉，具体是一种包括炉体、分布器、加煤器、排灰渣结构和供气系统构成的供气加热自转化焦油气化炉。
背景技术
煤气化技术是煤化工产业的核心和龙头技术，也是实现煤炭高效洁净利用的关键技术之一，更是发展煤基化学品生产、煤基液体燃料、合成天然气、IGCC发电、制氢、工业燃气及多联产系统等过程工业的基础；煤化工市场的迅速扩张，更促进了煤气化技术的长足进步，加压、大型化、原料适应性强是先进气化技术的发展方向。
气化是指以含碳燃料煤、煤焦或生物质等为原料，以氧气空气、富氧或工业纯氧、水蒸汽或氢气等作气化剂，在特定的设备内，在一定温度及压力下发生一系列化学反应，将固体燃料转化为含有H2、CO、CH4等可燃气体的过程；气化产生的合成气经干法除尘，湿法洗涤，脱硫等净化过程，可以制备洁净的合成气供给燃气蒸汽联合循环发电系统使用；这一气化发电流程避免了传统直接燃烧发电产生的大量粉尘，同时热效率也较高，排放的污染物也较少；随着世界天然气、石油资源的日益紧缺，世界各国纷纷把煤或生物质的气化作为替代能源的主要方法开展了工艺开发和产业化研究。
现存气化技术通常分为固定床气化、流化床气化和气流床气化三大类，固定床气化，也称移动床气化是指煤在与生成气逆向逐渐下移过程中被从气化炉底部供入的气化剂所气化的一种技术，其气化生成气的显热被有效利用，生成气的出口温度低，从气化炉底部排出的渣含碳量低，固定床气化实际上代表了至今效率最高的气化技术，典型的固定床气化技术包括加压炉和常压两段气化炉，在世界上被广泛应用。
常压固定床煤气发生炉在实际应用中存在三个主要问题：一是由于以空气为气化剂，所以其煤气中的N2比例较高，一般在50-60%，煤气热值较低，仅为5.0-5.6MJ/m3左右,属于低热值煤气；二是生成的粗煤气在离开气化炉之前经过干馏层，使得其含有一定量的焦油和煤粉杂质,给后续的煤气净化、加工、输送和使用造成了不便；三是常压固定床技术以块煤为燃料，在炉内停留时间较长，虽然其碳的转化率较高，但反应速度较慢，炉内温度和气化强度都较低，因此单炉生产能力较差。
正是因为这些弊端在很大程度上限制了该技术在工业炉窑上的应用和进一步发展，要将适合我国中小企业的固定床气化技术很好地用于燃煤工业炉窑，产生不含焦油的燃气、提高煤气热值和气化强度成为亟待解决的问题的关键。
焦油是制取可燃气过程中人们最不希望得到的产物，它的存在对气化系统和用气设备都产生十分不利的影响，主要体现在以下几个方面|：
（1）焦油为高温煤气所携带，在输运过程中逐渐冷凝下来，附着于管道内壁和有关设备的壁面上,堵塞管道腐蚀设备，对系统的安全运行造成威胁；
（2）焦油为气化煤气所携带，进入下游用气设备中，会因气流夹带液滴等影响工业炉窑燃烧器、内燃机、燃气轮机、压缩机等的安全运行；
（3）气化所产生的焦油约占气化用煤总能量的3-10%，在很大程度上降低了气化效率，且焦油在低温时与可燃气一起燃烧时，难以燃烧完全,易产生炭黑等，对燃气利用设备损害严重，同时浪费了能源；
（4）焦油中许多物质具有致癌作用，如果这些物质被排放到大气中，就会造成严重的环境污染。
由此可见，气化过程中焦油的生成，不但浪费了一部分能量，而且还具有相当大的危害性，因此，焦油含量高的可燃气在使用前，必须进行净化处理；脱除或消减可燃气中焦油的方法主要有两大类：一类是炉外脱除，另一类是炉内脱除，炉外脱除方法主要包括热裂解、催化裂解、水洗法、过滤法、电捕法和机械捕集法等，炉外脱除焦油虽能在很大程度上减少煤气中焦油含量，但存在能源浪费，系统复杂，成本高，且易造成二次污染等缺点，不适合我国多而分散的中小型气化炉。
而炉内脱除法大多集中在优化气化条件的和床料添加合适的添加剂或催化剂，从改进气化炉结构来降低气化炉焦油的原始含量的研究还鲜有报道，且大多处于实验室研究阶段，如果通过研究，采取一定的措施改进气化炉内的结构，尽可能使焦油裂解和气化，合理组织炉内的流场和温度场来抑制或减少焦油量，实现煤炭的高效清洁转化，解决煤气中焦油含量高等关键难题，这无疑会使我国固定床气化炉的性能大大提高，从而促进其在工业炉窑上的广泛应用和进一步发展。
发明内容
本发明要解决具体技术问题是气化炉在气化过程中产生焦油，通过气化炉内结构改进，形成高温区使焦油在高温区裂解和气化，实现煤炭的高效清洁转化，并提供一种三层供气加热自转化焦油气化炉。
为解决上述具体技术问题，本发明采用如下技术方案。
一种三层供气加热自转化焦油气化炉，包括双料钟加煤器、炉体、气化剂分布器、排渣结构和供气系统；其特征在于：所述气化剂分布器是由第一供气加热气化剂分布器、第二供气加热气化剂分布器和第三供气加热气化剂分布器互通构成炉体内设置的三层供气加热气化剂分布器；在炉体的中部中心位置设置有煤气导出管，煤气导出管底端的煤气导出管入口位于第二供气加热气化剂分布器与第三供气加热气化剂分布器之间；煤气导出管出口位于第一供气加热气化剂分布器的下部并延伸至炉体外；
所述第一供气加热气化剂分布器是位于炉体上部的逆流加热器；在逆流加热器底盘的上部设置带有加热供风出口的风帽，风帽的上部区域为煤料加热空间；在逆流加热器底盘的底部设有底部煤料出口；在逆流加热器底盘的中部设置有煤料下落筒；在逆流加热器底盘的下部设置带有排出盘排料口的热煤焦排出盘，以及相应的热煤焦排出盘转动齿轮和传动杆，并有转动齿轮支撑架（31）及其转动系统；
所述第二供气加热气化剂分布器是位于炉体中部的炉壁内侧和煤气导出管外侧；
所述第三供气加热气化剂分布器位于炉体底部中央。
上述三层供气加热自转化焦油气化炉，其特征在于：所述三层供气加热自转化焦油气化炉的焦油自转化方法是煤料由双料钟加煤器加入炉中，经煤料分布板在炉中径向分布，在重力作用下，煤料首先经过第一供气加热气化剂分布器，部分煤料进入加热供风出口上部的煤料加热空间，与供风中的氧发生氧化反应，生成高温氧化区，生成的热气流向上和煤料逆行通过煤料下落筒和部分煤料混合顺流下行进入热解区，第一供气加热气化剂分布器上部加热空间的热煤料温度上升到500-800℃时，转动热煤焦排出盘使排出盘排料口和底部煤料出口对齐，形成排料通道，部分加热煤料通过上下两层排料孔下行排料进入热解区，排出煤料后，再转动热煤焦排出盘关闭排料通道，排料盘上部煤料持续升温，连续循环，从煤料下落筒来的高温燃烧气和部分热解气的混合气与从煤料下落筒下落的煤料，以及从第一逆流加热器底部下落的热煤料都进入并在热解区混合，混合物料继续热解下行，当下行到第二供气加热气化剂分布器时，下行物料升温到750-1100℃并进入气化区，在气化区经热解后的煤/焦以及热解产生的焦油都发生气化反应，生成气化气，由煤气导出管入口进入煤气导出管通过煤气导出管出口排出炉外；在气化区上中部未被气化的残炭继续下行到第三供气加热气化剂分布器上部的高温氧化区850-1200℃，在高温氧化区残炭被氧化燃烧，残留下的高温灰渣形成渣层，高温灰渣和输入的气化剂换热冷却后进入排渣结构，启动排渣动力系统，灰渣被逐步被排出。
通过本发明上述技术方案的实施，优化了气化炉内部结构，使焦油裂解和气化，能够很好地解决现有的煤气化炉气化过程中产生的焦油问题，缓解了由焦油带来的设备腐蚀、大气污染及废水难以处理等问题，同时减少了焦油捕集和分离装置，大幅降低了设备成本。
本发明通过对现有气化炉进行结构改进，增加了气化强度，炉内气化状态良好；针对气化炉内的煤焦油，优化了气化过程，气化炉性能大大提高，为煤气化技术发展提供有力的支撑。
附图说明
图1是本气化炉的整体结构示意图。
图2是本气化炉的第一加热气化剂分布器结构示意图。
图3是本气化炉的热煤焦排出盘结构示意图。
图中：1：双料钟加煤器；2：炉体；3：煤分布板；4：水冷夹层；5：第一供气加热气化剂分布器；6：煤气导出管；7：第二供气加热气化剂分布器；8：煤气导出管入口；9：第三供气加热气化剂分布器；10：煤气导出管出口；11：水夹套进水口；12：水夹套出水口；13：排渣结构；14：排渣动力系统；15：第一加热气化剂分布器供气管；16：第二加热气化剂分布器供气管；17：第三加热气化剂分布器供气管；18：支撑钢结构；19：氧化区；20：热解区；21：气化区；22：清扫空气入口；23：排气口；24：风帽；25：加热供风出口；26：煤料下落筒；27：底部煤料出口；28：热煤焦排出盘；29：热煤焦排出盘转动齿轮；30：传动杆；31：转动齿轮支撑架；32：转动系统；33：煤料加热空间；34：排出盘排料口；35：逆流加热器底盘。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明。
如附图1所示，实施本发明上述所提供的一种三层供气加热自转化焦油气化炉，该气化炉的结构设计实施方案如下：
一种三层供气加热自转化焦油气化炉，包括双料钟加煤器、炉体、气化剂分布器、排渣结构和供气系统构成。
双料钟加煤器1是位于炉体顶部的串联密封双料钟加煤器，其左侧下部设置有清扫空气入口22，右侧上部设置有排气口23；炉体2是水夹套炉体，其水夹套进水口11位于水夹套炉体的上部，水夹套出水口12位于所述水夹套炉体的下部，并与汽包相连通；在炉体中部中心设置有煤气导出管6，煤气导出管入口8设在第二供气加热气化剂分布器7和第三供气加热气化剂分布器9之间；排渣结构13是位于炉体底部的排渣盘，其外侧配有排灰动力系统14；
本第一供气加热气化剂分布器5是位于炉体2上部的逆流加热器，并配有第一加热气化剂分布器供气管15；在逆流加热器底盘35的上部设置带有加热供风出口25的风帽24，风帽24的上部区域为煤料加热空间33；在逆流加热器底盘35的底部设有底部煤料出口27；在逆流加热器底盘35的中部设置有煤料下落筒26；在逆流加热器底盘35的下部设置带有排出盘排料口34的热煤焦排出盘28，以及相应的热煤焦排出盘转动齿轮29和传动杆30，并有转动齿轮支撑架31及其转动系统32；第二供气加热气化剂分布器7是位于炉体2中部的炉壁内侧和煤气导出管6外侧，并配有第二加热气化剂分布器供气管16；第三供气加热气化剂分布器9位于炉体2底部中央，并配有第三加热气化剂分布器供气管17。
上述本发明所实施的一种三层供气自转化焦油气化炉的具体实现方法如下：
煤料由双料钟加煤器1加入炉中，经煤料分布板3在炉中径向分布，在重力作用下，煤料首先经过第一供气加热气化剂分布器5，部分煤料进入加热供风出口25上部的煤料加热空间33，与供风中的氧发生氧化反应，生成高温氧化区19，生成的热气流向上和煤料逆行通过煤料下落筒26和部分煤料混合顺流下行进入热解区20，第一供气加热气化剂分布器5上部加热空间33的热煤料温度上升到500-800℃时，转动热煤焦排出盘28使排出盘排料口34和底部煤料出口27对齐，形成排料通道，部分加热煤料通过上下两层排料孔下行排料进入热解区20，排出煤料后，再转动热煤焦排出盘28关闭排料通道，排料盘上部煤料持续升温，连续循环，从煤料下落筒26来的高温燃烧气和部分热解气的混合气与从煤料下落筒26下落的煤料，以及从第一逆流加热器底部下落的热煤料都进入并在热解区20混合，混合物料继续热解下行，当下行到第二供气加热气化剂分布器7时，下行物料升温到750-1100℃并进入气化区21，在气化区经热解后的煤/焦以及热解产生的焦油都发生气化反应，生成气化气，由煤气导出管入口8进入煤气导出管6通过煤气导出管出口10排出炉外；在气化区21上中部未被气化的残炭继续下行到第三供气加热气化剂分布器9上部的高温氧化区850-1200℃，在高温氧化区残炭被氧化燃烧，残留下的高温灰渣形成渣层，高温灰渣和输入的气化剂换热冷却后进入排渣结构13，启动排渣动力系统14，灰渣被逐步被排出。
本发明通过增加三层供气加热气体分布器的方法，提高干馏段和气化段温度，可以使煤气中的焦油大部分发生裂解和气化，对降低煤气中焦油的含量作用明显，炉内气化状态良好，出炉煤气中焦油含量大大降低，煤气中焦油含量最低可达到10mg/Nm3，煤气热值高达6500KJ/Nm3，完全可满足各种燃烧器和加热工艺要求，实现了煤高温无焦油气化设想的可行性。

Claims (2)

1.一种三层供气加热自转化焦油气化炉，包括双料钟加煤器、炉体、气化剂分布器、排渣结构和供气系统；其特征在于：所述气化剂分布器是由第一供气加热气化剂分布器（5）、第二供气加热气化剂分布器（7）和第三供气加热气化剂分布器（9）互通构成炉体（2）内设置的三层供气加热气化剂分布器；在炉体（2）的中部中心位置设置有煤气导出管（6），煤气导出管（6）底端的煤气导出管入口（8）位于第二供气加热气化剂分布器（7）与第三供气加热气化剂分布器（9）之间；煤气导出管出口（10）位于第一供气加热气化剂分布器（5）的下部并延伸至炉体（2）外；
所述第一供气加热气化剂分布器（5）是位于炉体（2）上部的逆流加热器；
在逆流加热器底盘（35）的上部设置带有加热供风出口（25）的风帽（24），风帽（24）的上部区域为煤料加热空间（33）；在逆流加热器底盘（35）的底部设有底部煤料出口（27）；在逆流加热器底盘（35）的中部设置有煤料下落筒（26）；在逆流加热器底盘（35）的下部设置带有排出盘排料口（34）的热煤焦排出盘（28），以及相应的热煤焦排出盘转动齿轮（29）和传动杆（30），并有转动齿轮支撑架（31）及其转动系统（32）；
所述第二供气加热气化剂分布器（7）是位于炉体（2）中部的炉壁内侧和煤气导出管（6）外侧；
所述第三供气加热气化剂分布器（9）位于炉体（2）底部中央。
2.如权利要求1所述的三层供气加热自转化焦油气化炉，其特征在于：所述三层供气加热自转化焦油气化炉的焦油自转化方法是煤料由双料钟加煤器（1）加入炉中，经煤料分布板（3）在炉中径向分布，在重力作用下，煤料首先经过第一供气加热气化剂分布器（5），部分煤料进入加热供风出口（25）上部的煤料加热空间（33），与供风中的氧发生氧化反应，生成高温氧化区（19），生成的热气流向上和煤料逆行通过煤料下落筒（26）和部分煤料混合顺流下行进入热解区（20），第一供气加热气化剂分布器（5）上部加热空间（33）的热煤料温度上升到500-800℃时，转动热煤焦排出盘（28）使排出盘排料口（34）和底部煤料出口（27）对齐，形成排料通道，部分加热煤料通过上下两层排料孔下行排料进入热解区（20），排出煤料后，再转动热煤焦排出盘（28）关闭排料通道，排料盘上部煤料持续升温，连续循环，从煤料下落筒（26）来的高温燃烧气和部分热解气的混合气与从煤料下落筒（26）下落的煤料，以及从第一逆流加热器底部下落的热煤料都进入并在热解区（20）混合，混合物料继续热解下行，当下行到第二供气加热气化剂分布器（7）时，下行物料升温到750-1100℃并进入气化区（21），在气化区经热解后的煤/焦以及热解产生的焦油都发生气化反应，生成气化气，由煤气导出管入口（8）进入煤气导出管（6）通过煤气导出管出口（10）排出炉外；在气化区（21）上中部未被气化的残炭继续下行到第三供气加热气化剂分布器（9）上部的高温氧化区850-1200℃，在高温氧化区残炭被氧化燃烧，残留下的高温灰渣形成渣层，高温灰渣和输入的气化剂换热冷却后进入排渣结构（13），启动排渣动力系统（14），灰渣被逐步被排出。
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