CN108998098A - 一种液态排渣、高温焦回送的煤气化工艺及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液态排渣、高温焦回送的煤气化工艺及装置。其装置包括U型煤气发生炉和高温分离器，所述U型煤气发生炉由高温段和低温段呈U型构成，高温段和低温段共用一个灰斗，所述U型煤气发生炉的出口设置在低温段的顶部，所述U型煤气发生炉的出口连接高温分离器的进口，高温段顶部设有煤粉进口、空气进口和第一水蒸气进口，煤粉进口分别连接煤粉源和高温分离器的高温焦出口，高温段中部设有第二水蒸气进口，低温段底部设有煤粉给料口和第三水蒸气进口，且第三水蒸气进口位于煤粉给料口的上方，煤粉给料口连接煤粉管线，所述煤粉管线设有煤气管线。采用该装置能够提供碳转化率，实现煤炭的高效利用。

Description

一种液态排渣、高温焦回送的煤气化工艺及装置

技术领域

本发明属于煤气化技术领域，具体涉及一种液态排渣、高温焦回送的煤气化工艺及装置。

背景技术

我国的能源结构决定了煤炭作为主要能源的地位，由于煤炭燃烧会产生SO₂、NO_x、二噁英、重金属、粉尘等污染物，随着环境问题日益突出，煤炭的高效清洁利用成为社会关注的热点，而煤气化作为实现煤炭高效清洁利用的核心技术，近年来得到快速发展。申请人在申请号为201711041111.7的“一种生产高热值煤气且低残碳量的煤粉气化装置及工艺”中提出了U型两段式煤气发生装置在生产高热值煤气同时可以大大提高煤炭利用率，但是仍然存在以下问题：(1)采用固态排渣方式，底渣含碳量高，影响整体碳转化率；(2)低温段通入部分氧气，一定程度降低了热解气的热值；(3)分离器效率为出口仍然带出大量的半焦，影响碳转化率，降低气化效率。因此，开发一种液态排渣、高温焦回送的煤气化技术对提高气化效率具有重要的现实意义。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明的目的之一是提供一种液态排渣、高温焦回送的煤气化装置，采用该装置能够提供碳转化率，实现煤炭的高效利用。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种液态排渣、高温焦回送的煤气化装置，包括U型煤气发生炉和高温分离器，所述U型煤气发生炉由高温段和低温段呈U型构成，高温段和低温段共用一个灰斗，所述U型煤气发生炉的出口设置在低温段的顶部，所述U型煤气发生炉的出口连接高温分离器的进口，高温段顶部设有煤粉进口、空气进口和第一水蒸气进口，煤粉进口分别连接煤粉源和高温分离器的高温焦出口，高温段中部设有第二水蒸气进口，低温段底部设有煤粉给料口和第三水蒸气进口，且第三水蒸气进口位于煤粉给料口的上方，煤粉给料口连接煤粉管线，所述煤粉管线设有煤气管线。

本发明将煤粉给料口设置于低温段入口处，采用煤气送粉方式，可以有效提高煤气炉出口煤气有效成分含量。本发明通过高温段中部的第二水蒸气进口和低温段底部的第三水蒸气进口通入向煤气发生炉通入水蒸气，对煤气发生炉实现多级调温调质，不仅降低了煤气中的飞灰含量，而且大大降低了低渣的含碳量，从而提高了碳转化率。

本发明的目的之二是提供一种液态排渣、高温焦回送的煤气化工艺，提供上述装置，高温焦、煤粉、水蒸气和空气从而高温段顶部通入至煤气发生炉内，使煤粉和高温焦在高温段进行高温气化，同时通过向第二水蒸气进口向高温段内喷入水蒸气，调节高温段内气体组分后，气体进入低温段，液体进入灰斗；在低温段内，煤粉通过煤气输送从煤粉给料口进入低温段，与来自高温段的气体混合后在低温段内进行低温气化，同时通过第三水蒸气进口向低温段内喷入水蒸气，调节低温段内的气体组分后，得到的粗煤气从进入高温分离器，在高温分离器中将粗煤气中高温焦分离出来后通入至高温段顶部煤粉进口。

本发明的有益效果为：

本发明提出的液态排渣、高温回送的煤气化工艺及装置，煤粉给料口设置于低温段入口处，采用煤气送粉方式，可以有效提高煤气炉出口煤气有效成分含量。高温段采用液态排渣，可以有效降低煤气中飞灰的含量。

本发明高温段采用水蒸气和煤气混合输送焦粉，以保证高温段出口的有效气含量。煤气中的飞灰经布袋除尘器收集后返送至煤气炉高温段，进一步提高碳转化率。

本发明的煤气化工艺与其他气化装置相比具有以下优势：(1)相比固态排渣的两段式气化装置，提高了高温段碳转化率；(2)煤粉及焦粉输送方式采用煤气输送，可以有效降低无效气体含量，提高产物煤气的品质；(3)多级蒸汽调温调质，可以根据煤气用途，调整各蒸汽喷口出的蒸汽量，最终提高煤气的品质；(4)低温段气化剂不含氧气，仅为水蒸气，出口温度控制在900℃左右，可以有效的提高煤气中小分子烃类的含量，有效提高煤气热值。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明煤气化的工艺流程图；

其中，1.水蒸气来自余热锅炉，2.煤粉，3.煤气来自煤气预热器，4.捞渣机，5.水蒸气来自余热锅炉，6.气化喷嘴，7.空气来自空气预热器，8.水蒸气来自余热锅炉，9.煤气，10.布袋除尘器，11.软化水，12.余热锅炉，13.水蒸气送至低温段入口，14.水蒸气送至制焦炉高温段中段，15.低温煤气，16.煤气预热器，17.热煤气送至低温段给料，18.冷空气，19.空气预热器，20.热空气送至气化炉喷嘴，21.高温旋风分离器，I.高温段，II.低温段。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

本申请所述高温焦的高温是指温度为900～1100℃。

本申请所述的高温气化的温度为1300～1600℃，所述低温气化的温度为900～1100℃。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在热解气的热值、碳转化率均较低的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种液态排渣、高温焦回送的煤气化工艺及装置。

本申请的一种典型实施方式，提供了一种液态排渣、高温焦回送的煤气化装置，包括U型煤气发生炉和高温分离器，所述U型煤气发生炉由高温段和低温段呈U型构成，高温段和低温段共用一个灰斗，所述U型煤气发生炉的出口设置在低温段的顶部，所述U型煤气发生炉的出口连接高温分离器的进口，高温段顶部设有煤粉进口、空气进口和第一水蒸气进口，煤粉进口分别连接煤粉源和高温分离器的高温焦出口，高温段中部设有第二水蒸气进口，低温段底部设有煤粉给料口和第三水蒸气进口，且第三水蒸气进口位于煤粉给料口的上方，煤粉给料口连接煤粉管线，所述煤粉管线设有煤气管线。

本申请将煤粉给料口设置于低温段入口处，采用煤气送粉方式，可以有效提高煤气炉出口煤气有效成分含量。本申请通过高温段中部的第二水蒸气进口和低温段底部的第三水蒸气进口通入向煤气发生炉通入水蒸气，对煤气发生炉实现多级调温调质，不仅降低了煤气中的飞灰含量，而且大大降低了低渣的含碳量，从而提高了碳转化率。

优选的，第一水蒸气进口、第二水蒸气进口、第三水蒸气进口均连接水蒸气源，煤气管线的出口连接煤粉管线，煤气管线的进口连接煤气源。

由于高温分离器分离后获得的煤气温度较高，为了降低煤气的温度，并回收这部分能量，本申请优选的，包括空气预热器，空气预热器的煤气进口连接高温分离器的煤气出口，空气预热器的空气出口连接高温段顶部的空气进口。利用煤气的热量对空气进行预热。

为了进一步利用空气预热器排出的煤气中的热量，本申请进一步优选的，包括煤气预热器，空气预热器的煤气出口连接煤气预热器的热煤气进口，空气预热器排出的热煤气从煤气预热器的热煤气进口进入，从煤气预热器的冷煤气出口排出，冷煤气从煤气预热器的冷煤气进口进入，从而煤气预热器的热煤气出口排出，煤气预热器的热煤气出口连接煤气管线。为低温段的煤粉输送煤气进行预热。煤气预热器的冷煤气进口连接煤气源。

为了进一步利用经煤气预热器冷却的煤气，本申请进一步优选的，包括余热锅炉，余热锅炉的煤气进口连接煤气预热器的冷煤气出口，所述余热锅炉作为水蒸气源。利用煤气的热量对水加热从而为煤气发生炉提供水蒸气。

进一步优选的，高温分离器的高温焦出口设有L阀，余热锅炉的水蒸气出口连接L阀。利用水蒸气对高温焦进行输送。

进一步优选的，包括布袋除尘器，余热锅炉的煤气出口连接布袋除尘器的煤气进口，布袋除尘器的灰斗出口通过半焦管线连接高温段顶部设有煤粉进口。利用布袋除尘器能够将煤气中的半焦进行收集。更进一步优选的，煤气预热器的热煤气出口还连接半焦管线。利用煤气预热器预热的煤气将布袋除尘器收集的半焦输送至高温段，进一步提供碳转化率。

优选的，所述U型煤气发生炉的灰斗底部设有捞渣机。

优选的，所述高温段顶部设有煤粉喷嘴，所述煤粉喷嘴为三通道结构，由外到内依次为水蒸气通道、空气通道和煤粉通道。煤粉进口、空气进口和第一水蒸气进口分别开设在煤粉通道、空气通道及水蒸气通道上。

具体的：本装置包括U型煤气发生炉、高温分离器、煤气热量回收设备、布袋除尘器。U型煤气发生炉包括高温段和低温段，高温段采用液态排渣气化，高温段煤粉喷嘴为三通道结构，中心送入布袋除尘器收集半焦及高温分离器分离的半焦，外层通空气以及最外层水蒸气。将低温段产物半焦气化并为低温段提供热解及气化热量，高温段中段设置水蒸气喷口用于调整高温段出口煤气的成分，调整低温段气化氛围。U型煤气发生炉排渣口设置与炉体低端，高温段产生的液体在渣池中冷却后由捞渣机排出；高温段产品煤气转弯后进入低温段。低温段煤粉喷嘴给料方式为气力输送方式，煤粉输送介质为煤气，煤粉喷嘴上端设置水蒸气喷口。低温段出口设置高温分离器，高温分离器出口固体产物半焦经L阀回送制低温段，气体产物煤气首先进行热量回收。煤气热量回收设备包括空气预热器、煤气预热器和余热锅炉。空气经空气预热器预热后送至高温段喷嘴用作高温段气化剂。煤气经煤气预热器预热后有两个用途，一为布袋除尘器收集半焦回送至高温段，二为低温段煤粉输送。余热锅炉产生的蒸汽用于L阀处物料输送、高温段中段蒸汽喷口、低温段入口蒸汽喷口。煤气经热量回收后，送入布袋除尘器用于收集煤气中残留的半焦，回收的半焦经煤气携带返送至高温段，用于提高气化过程的碳转化率。布袋除尘器出口的产物煤气经加压后送往用户。

本申请的另一种实施方式，提供了一种液态排渣、高温焦回送的煤气化工艺，提供上述装置，高温焦、煤粉、水蒸气和空气从而高温段顶部通入至煤气发生炉内，使煤粉和高温焦在高温段进行高温气化，同时通过向第二水蒸气进口向高温段内喷入水蒸气，调节高温段内气体组分后，气体进入低温段，液体进入灰斗；在低温段内，煤粉通过煤气输送从煤粉给料口进入低温段，与来自高温段的气体混合后在低温段内进行低温气化，同时通过第三水蒸气进口向低温段内喷入水蒸气，调节低温段内的气体组分后，得到的粗煤气从进入高温分离器，在高温分离器中将粗煤气中高温焦分离出来后通入至高温段顶部煤粉进口。

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本申请的技术方案。

如图1所示，包括气化炉、高温分离器21、煤气热量回收系统、布袋除尘器10。气化炉包括高温段I和低温段II，高温段I采用液态排渣气化，高温段煤粉喷嘴6为三通道结构，中心送入布袋除尘器收集半焦及高温分离器分离的半焦，外层通空气7以及最外层水蒸气8。将低温段II产物半焦气化并为低温段提供热解及气化热量，高温段I中段设置水蒸气喷口5用于调整高温段出口煤气的成分，调整低温段气化氛围。气化炉排渣口设置与炉体低端，高温段产生的液态在渣池中冷却后由捞渣机4排出；高温段产品煤气转弯后进入低温段II。低温段II煤粉喷嘴给料方式为气力输送方式，煤粉2输送介质为煤气3，煤粉喷嘴上端设置水蒸气喷口1。低温段出口设置高温分离器21，高温分离器出口固体产物半焦经L阀回送制低温段，气体产物煤气首先进行热量回收。煤气热量回收系统包括空气预热器19、煤气预热器16和余热锅炉12。空气18经空气预热器19预热后送至高温段喷嘴用作高温段气化剂。煤气15经煤气预热器16预热后有两个用途，一为布袋除尘器收集半焦回送至高温段，二为低温段煤粉输送。软化水11在余热锅炉产生的蒸汽分别用于L阀处物料输送、高温段中段蒸汽喷口、低温段入口蒸汽喷口。煤气经热量回收后，送入布袋除尘器用于收集煤气中残留的半焦，回收的半焦经煤气携带返送至高温段，用于提高气化过程的碳转化率。布袋除尘器出口的产物煤气9经加压后送往用户。气化炉以表1中的原煤为原料进行干煤粉空气气化，出口气体组分如表2所示，有效气体CO+H2可以达到47.3％，碳转化率大于99％。

表1原煤煤质成分

表2气化产物分析

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种液态排渣、高温焦回送的煤气化装置，其特征是，包括U型煤气发生炉和高温分离器，所述U型煤气发生炉由高温段和低温段呈U型构成，高温段和低温段共用一个灰斗，所述U型煤气发生炉的出口设置在低温段的顶部，所述U型煤气发生炉的出口连接高温分离器的进口，高温段顶部设有煤粉进口、空气进口和第一水蒸气进口，煤粉进口分别连接煤粉源和高温分离器的高温焦出口，高温段中部设有第二水蒸气进口，低温段底部设有煤粉给料口和第三水蒸气进口，且第三水蒸气进口位于煤粉给料口的上方，煤粉给料口连接煤粉管线，所述煤粉管线设有煤气管线。

2.如权利要求1所述的煤气化装置，其特征是，第一水蒸气进口、第二水蒸气进口、第三水蒸气进口均连接水蒸气源，煤气管线的出口连接煤粉管线，煤气管线的进口连接煤气源。

3.如权利要求1所述的煤气化装置，其特征是，包括空气预热器，空气预热器的煤气进口连接高温分离器的煤气出口，空气预热器的空气出口连接高温段顶部的空气进口。

4.如权利要求3所述的煤气化装置，其特征是，包括煤气预热器，空气预热器的煤气出口连接煤气预热器的热煤气进口，空气预热器排出的热煤气从煤气预热器的热煤气进口进入，从煤气预热器的冷煤气出口排出，冷煤气从煤气预热器的冷煤气进口进入，从而煤气预热器的热煤气出口排出，煤气预热器的热煤气出口连接煤气管线。

5.如权利要求4所述的煤气化装置，其特征是，包括余热锅炉，余热锅炉的煤气进口连接煤气预热器的冷煤气出口，所述余热锅炉作为水蒸气源。

6.如权利要求5所述的煤气化装置，其特征是，高温分离器的高温焦出口设有L阀，余热锅炉的水蒸气出口连接L阀。

7.如权利要求5所述的煤气化装置，其特征是，包括布袋除尘器，余热锅炉的煤气出口连接布袋除尘器的煤气进口，布袋除尘器的灰斗出口通过半焦管线连接高温段顶部设有煤粉进口。利用布袋除尘器能够将煤气中的半焦进行收集。更进一步优选的，煤气预热器的热煤气出口还连接半焦管线。利用煤气预热器预热的煤气将布袋除尘器收集的半焦输送至高温段，进一步提供碳转化率。

8.如权利要求1所述的煤气化装置，其特征是，所述U型煤气发生炉的灰斗底部设有捞渣机。

9.如权利要求1所述的煤气化装置，其特征是，所述高温段顶部设有煤粉喷嘴，所述煤粉喷嘴为三通道结构，由外到内依次为水蒸气通道、空气通道和煤粉通道。

10.一种液态排渣、高温焦回送的煤气化工艺，其特征是，提供权利要求1～9任一所述的装置，高温焦、煤粉、水蒸气和空气从而高温段顶部通入至煤气发生炉内，使煤粉和高温焦在高温段进行高温气化，同时通过向第二水蒸气进口向高温段内喷入水蒸气，调节高温段内气体组分后，气体进入低温段，液体进入灰斗；在低温段内，煤粉通过煤气输送从煤粉给料口进入低温段，与来自高温段的气体混合后在低温段内进行低温气化，同时通过第三水蒸气进口向低温段内喷入水蒸气，调节低温段内的气体组分后，得到的粗煤气从进入高温分离器，在高温分离器中将粗煤气中高温焦分离出来后通入至高温段顶部煤粉进口。