CN109852431A - 一种循环流化双床热煤气站及其制气工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种循环流化双床热煤气站及其制气工艺，热煤气站包括：煤斗、流化床热解气化炉、移动床循环气化炉、旋风分离器。煤斗的出口与流化床热解气化炉的煤炭入口相通；流化床热解气化炉的煤炭出口与移动床循环气化炉的煤炭入口相通；移动床循环气化炉的煤气出口与旋风分离器的煤气入口相通。流化床热解气化炉炉腔既是煤炭低温热解的腔室，又是煤炭进入移动床循环气化炉的通道，同时又是移动床循环气化炉中生成煤气流入旋风分离器的通道。制气工艺的特征点是：从流化床热解气化炉煤气通道中经过的高温煤气在流动过程中与流化床热解气化炉煤炭通道中的煤炭进行热交换，使煤炭吸热升温，初步热解气化。本发明碳转化率高、运行成本低，节能环保。
Description
技术领域
本发明涉及煤制气技术领域，具体为一种热煤气站及其制气工艺，特别是一种循环流化双床热煤气站及其制气工艺。
背景技术
煤的热解和气化转化及分质利用是目前洁净煤制气技术的主要研究与应用的热点。先进的煤气化技术不仅能减少产生污染物向大气排放，而且能大幅地提高煤炭利用率。2015年3月，工业信息化部和财政部联合编制了《工业领域煤炭高效利用行动计划（2015-2020）》，对工业领域煤炭清洁化利用做出布局，行动计划推荐了21种工业领域煤炭清洁高效利用参考技术，其中循环流化床煤气化技术位列其中。然而，传统的循环流化床煤气化设备系统在实际应用中还存在一定缺点，比如：碳转化率低、适应性不强、运行成本高等。因此，工业领域煤炭清洁高效利用的道路仍然任重而道远，特别是循环流化床煤炭循环气化的机理、形态、方式、结构，仍然需要进一步地改进提高。
发明内容
为了解决传统循环流化床煤气化设备系统存在的缺点，本发明提供一种循环流化双床热煤气站及其制气工艺。该发明将流化床热解气化技术与移动床循环气化技术结合在一起，既避免了酚类污染物的产生，又解决了碳转化率低的问题。
本发明通过以下技术方案实施：一种循环流化双床热煤气站，包括：煤斗、气固隔离装置、流化床热解气化炉、移动床循环气化炉、旋风分离器、飞灰沉淀室和联通管道，所述煤斗的出口与流化床热解气化炉的入口相通；所述的流化床热解气化炉的煤炭出口与移动床循环气化炉的煤炭入口相通；所述移动床循环气化炉的煤气出口与旋风分离器的煤气入口相通；所述旋风分离器的煤气出口与飞灰沉绽室的入口相通，其特征在于：
所述的流化床热解气化炉由炉腔和螺旋导料器组成；
所述的炉腔为圆桶状煤炭热解腔室，所述的圆桶状煤炭热解腔室立式设置；
所述的螺旋导料器沿炉腔的轴向固定，且螺旋叶片的边缘与炉腔的内壁无缝连接；
所述螺旋叶片的螺旋槽为煤炭由上至下滑动的通道，所述螺旋槽与煤炭之间的空隙为煤气由下至上流动的通道；
所述的气固隔离装置设置在煤斗与流化床热解气化炉的接口之间。
进一步地，所述螺旋叶片的螺旋升角λ＞arctgf，其中f为煤炭与钢之间的滑动摩擦系数。
在一些实施例中：
所述的流化床热解气化炉由炉腔和螺旋推进器组成；
所述的炉腔为圆桶状煤炭热解腔室，所述的圆桶状煤炭热解腔室卧式设置；
所述的螺旋推进器沿炉腔的轴向设置，且螺旋叶片的旋转直径与炉腔的内径构成间隙配合；
所述卧式圆桶状炉腔内的所述螺旋叶片上设有供气流通过的孔；
所述的炉腔下部为煤炭被螺旋推进器推入移动床循环气化炉的通道，上部为煤炭在移动床循环气化炉中生成的煤气流入旋风分离器的通道，且煤炭与煤气的流向互逆。
进一步地，所述卧式炉腔垂直于长度方向上的截面形状设置成“U”形，且“U”形的上部开口封闭。
进一步地，所述螺旋叶片的旋转直径与“U”形炉腔下部的半圆弧面之间构成间隙配合。
一种循环流化双床热煤气站的制气工艺，其特征在于：煤炭从流化床热解气化炉的煤炭入口加入，以不断运动的流化态形式与移动床循环气化炉产生的高温煤气进行逆流换热、中低温热解，400℃～650℃的高温煤气使煤炭升温产生热解反应；煤炭与高温煤气逆向对流时，高温煤气中的残余氧气和其中的一部分CO2与煤炭经过进一步反应后生成CO，使排出的高温煤气的含热量提高，进入流化床热解气化炉内的煤炭同时得到初步热解气化；经部分热解后的煤炭，从移动床循环气化炉顶部煤气出口处，即流化床热解气化炉煤气输入端进入移动床循环气化炉中，分层移动与空气和饱和蒸汽组成的气化剂进行燃烧热解气化反应；产生的高温煤气从移动床循环气化炉顶部进入流化床热解气化炉，再从流化床热解气化炉加料端的煤气出口处输出；煤气和含碳飞灰的混合物经旋风分离器和飞灰沉淀室气固分离后，含碳飞灰经输送系统返回到移动床循环气化炉再反应，热煤气直接送至生产装置。
它包含以下步骤：
a、煤炭在自身重力作用下，从煤斗进入流化床热解气化炉腔内的下部通道，并在螺旋导料器或螺旋推进器的作用下，流动行走、吸热升温、热解气化，部分热解后的煤炭进入移动床循环气化炉内；
b、移动床循环气化炉循环气化后产生的高温煤气及含碳飞灰，经流化床热解气化炉腔内的通道流入所述的旋风分离器和所述的飞灰沉淀室，旋风分离器和飞灰沉淀室分离沉淀后的热煤气流入下道工序，含碳飞灰循环进入移动床循环气化炉内再气化燃烧；
c、从流化床热解气化炉腔煤气通道中经过的高温煤气在流动过程中，其含有的热能与流化床热解气化炉腔煤炭通道中反向行走的煤炭进行热交换。
本发明采用循环流化双床煤气化工艺，其碳转化率高、适应性强、运行成本低，应用范围广，煤气热值高，制气过程不产生焦油和酚类等有害物质，符合国家节能环保要求。
附图说明
附图1为本发明实施例一的结构示意图；
附图2为本发明实施例二的结构示意图；
附图3为本发明附图2中A-A剖面的一种结构示意图；
附图4为本发明附图2中A-A剖面的另一种结构示意图。
在附图中：1为煤斗、2为气固隔离装置、3为流化床热解气化炉、301为炉腔、302为螺旋导料器、303为螺旋推进器、304为气流通过的孔、4为移动床循环气化炉、5为蒸汽管道、6为含碳飞灰管道、7为空气管道、8为飞灰沉绽室、9为旋风分离器、10为煤气管道、11为含碳飞灰、a为流化床热解气化炉的煤炭入口、b为煤气出口、c为生产装置入口。
具体实施方式
以下通过两个实施例并结合附图对本发明作进一步解释说明：
如附图1、2所示，煤斗1的出口与流化床热解炉的煤炭入口a相通；流化床热解气化炉3的煤炭出口与移动床循环气化炉4的煤炭入口相通；移动床循环气化炉4的煤气出口b与旋风分离器9的煤气入口相通；旋风分离器9的煤气出口与飞灰沉绽室8的入口相通。
实施例一：
如附图1所示,流化床热解气化炉3由炉腔301和螺旋导料器302组成，；炉腔301为圆桶状煤炭热解腔室，圆桶状煤炭热解腔室立式设置；螺旋导料器302中设有螺旋叶片，螺旋导料器302沿炉腔301的轴向固定，且螺旋叶片的边缘与炉腔301的内壁无缝连接；螺旋叶片的螺旋槽为煤炭由上至下滑动的通道，螺旋槽与煤炭之间的空隙为煤气由下至上流动的通道；气固隔离装置2设置在煤斗1与流化床热解气化炉3的接口之间。
在实施例一中，螺旋叶片的螺旋升角λ应该满足λ＞arctgf，其中f为煤炭与钢之间的滑动摩擦系数。
实施例二：
如附图2所示：流化床热解气化炉3由炉腔301和螺旋推进器303组成，结合附图3，炉腔301为圆桶状煤炭热解腔室，圆桶状煤炭热解腔室卧式设置；螺旋推进器303中设有螺旋叶片，螺旋推进器303沿炉腔301的轴向设置，且螺旋叶片的旋转直径与炉腔301的内径构成间隙配合,螺旋叶片上还设有供气流通过的孔304；炉腔301下部为煤炭被螺旋推进器303推入移动床循环气化炉4的通道，上部为煤炭在移动床循环气化炉4中生成的煤气流入旋风分离器9的通道，且煤炭与煤气的流向互逆；
在实施例二中，如附图4所示，卧式炉腔301垂直于长度方向上的截面形状还可以设置成“U”形，且螺旋叶片的旋转直径与“U”形炉腔301下部的半圆弧面之间构成间隙配合。
本发明制气时，煤炭从流化床热解气化炉的煤炭入口a加入，以不断运动的流化态形式与移动床循环气化炉4产生的高温煤气进行逆流换热、中低温热解，400℃～650℃的高温煤气使煤炭升温产生热解反应；煤炭与高温煤气逆向对流时，高温煤气中的残余氧气和其中的一部分CO2与煤炭经过进一步反应后生成CO，使排出的高温煤气的含热量提高，进入流化床热解气化炉3内的煤炭同时得到初步热解气化；经部分热解后的煤炭，从移动床循环气化炉4顶部煤气出口处，即流化床热解气化炉3煤气输入端进入移动床循环气化炉4中，分层移动并与由空气管道7送入的空气和由蒸汽管道5送入的饱和蒸汽组成的气化剂进行燃烧热解气化反应；产生的高温煤气从移动床循环气化炉4顶部进入流化床热解气化炉3，再从流化床热解气化炉3加料端的煤气出口b处输出；煤气和含碳飞灰11的混合物，通过煤气管道10经旋风分离器9和飞灰沉淀室8气固分离后，含碳飞灰11经输送系统和含碳飞灰管道6返回到移动床循环气化炉4内再反应，热煤气直接送至生产装置入口c。
本发明的具体制气工艺包含以下步骤：
a、煤炭在自身重力作用下，从煤斗1进入流化床热解气化炉3的炉腔301内的下部通道，并在螺旋导料器302或螺旋推进器303的作用下，流动行走、吸热升温、热解气化，部分热解后的煤炭进入移动床循环气化炉4内；
b、移动床循环气化炉4循环气化后产生的高温煤气及含碳飞灰11，经流化床热解气化炉3的炉腔301内的上部通道流入旋风分离器9和飞灰沉淀室8，旋风分离器9和飞灰沉淀室8分离沉淀后的热煤气流入下道工序，含碳飞灰11循环进入移动床循环气化炉4内再气化燃烧；
c、从流化床热解气化炉炉腔301煤气通道中经过的高温煤气在流动过程中，其含有的热能与流化床热解气化炉炉腔301煤炭通道中反向行走的煤炭进行热交换。
Claims (9)
1.一种循环流化双床热煤气站，包括：煤斗、气固隔离装置、流化床热解气化炉、移动床循环气化炉、旋风分离器、飞灰沉淀室，所述煤斗的出口与流化床热解气化炉的入口相通；所述的流化床热解气化炉的煤炭出口与移动床循环气化炉的煤炭入口相通；所述移动床循环气化炉的煤气出口与旋风分离器的煤气入口相通；所述旋风分离器的煤气出口与飞灰沉绽室的入口相通，其特征在于：
所述的流化床热解气化炉由炉腔和螺旋导料器组成；
所述的炉腔为圆桶状煤炭热解腔室，所述的圆桶状煤炭热解腔室立式设置；
所述的螺旋导料器沿炉腔的轴向固定，且螺旋叶片的边缘与炉腔的内壁无缝连接；
所述螺旋叶片的螺旋槽为煤炭由上至下滑动的通道，所述螺旋槽与煤炭之间的空隙为煤气由下至上流动的通道。
2.根据权利要求1所述的一种循环流化热双床煤气站，其特征在于：所述螺旋叶片的螺旋升角λ＞arctgf，其中f为煤炭与钢之间的滑动摩擦系数。
3.根据权利要求1所述的一种循环流化双床热煤气站，其特征在于：
所述的流化床热解气化炉由炉腔和螺旋推进器组成；
所述的炉腔为圆桶状煤炭热解腔室，所述的圆桶状煤炭热解腔室卧式设置；
所述的螺旋推进器沿炉腔的轴向设置，且螺旋叶片的旋转直径与炉腔的内径构成间隙配合；
所述的炉腔下部为煤炭被螺旋推进器推入移动床循环气化炉的通道，上部为煤炭在移动床循环气化炉中生成的煤气流入旋风分离器的通道，且煤炭与煤气的流向互逆。
4.根据权利要求3所述的一种循环流化双床热煤气站，其特征在于：所述卧式圆桶状炉腔内的所述螺旋叶片上设有供气流通过的孔。
5.根据权利要求3所述的一种循环流化双床热煤气站，其特征还在于：所述卧式炉腔垂直于长度方向上的截面形状设置成“U”形，且“U”形的上部开口封闭。
6.根据权利要求5所述的一种循环流化双床热煤气站，其特征在于：所述螺旋叶片的旋转直径与“U”形炉腔下部的半圆弧面之间构成间隙配合。
7.根据权利要求1或3所述的一种循环流化热双床煤气站，其特征在于：所述的气固隔离装置设置在煤斗与流化床热解气化炉的接口之间。
8.一种循环流化双床热煤气站的制气工艺，其特征在于：煤炭从流化床热解气化炉的煤炭入口加入，以不断运动的流化态形式与移动床循环气化炉产生的高温煤气进行逆流换热、中低温热解，400℃～650℃的高温煤气使煤炭升温产生热解反应；煤炭与高温煤气逆向对流时，高温煤气中的残余氧气和其中的一部分CO2与煤炭经过进一步反应后生成CO，使排出的高温煤气的含热量提高，进入流化床热解气化炉内的煤炭同时得到初步热解气化；经部分热解后的煤炭，从移动床循环气化炉顶部煤气出口处，即：流化床热解气化炉煤气输入端进入移动床循环气化炉中，分层移动与空气和饱和蒸汽组成的气化剂进行燃烧热解气化反应；产生的高温煤气从移动床循环气化炉顶部进入流化床热解气化炉，再从流化床热解气化炉加料端的煤气出口处输出；煤气和含碳飞灰的混合物经旋风分离器和飞灰沉淀室气固分离后，含碳飞灰经输送系统返回到移动床循环气化炉再反应，热煤气直接送至生产装置。
9.根据权利要求8所述的一种循环流化双床热煤气站的制气工艺，其特征在于：它包含以下步骤：
a、煤炭在自身重力作用下，从煤斗进入流化床热解气化炉腔内的下部通道，并在螺旋导料器或螺旋推进器的作用下，流动行走、吸热升温、热解气化，部分热解后的煤炭进入移动床循环气化炉内；
b、移动床循环气化炉循环气化后产生的高温煤气及含碳飞灰，经流化床热解气化炉腔内的通道流入所述的旋风分离器和所述的飞灰沉淀室，旋风分离器和飞灰沉淀室分离沉淀后的热煤气流入下道工序，含碳飞灰循环进入移动床循环气化炉内再气化燃烧；
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