CN111701853B - 一种细粉分离装置和化学链煤气化系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种细粉分离装置和化学链煤气化系统及方法，其中，细粉分离装置包括：流化床粉尘筛分器，用于对含尘固体物料进行筛分；流化床粉尘筛分器的腔内设有物料分布结构，物料分布结构设有通气孔和落料孔；物料分布结构将流化床粉尘筛分器的内腔分为上腔室和下腔室；上腔室设有第一返料入口和第一粉尘尾气出口，下腔室设有流化气通气口和固体物料出料口；落料孔与固体物料出料口连通。本发明提供了一种全新的细粉分离装置，该装置细粉分离效果好，效率高，分离过程可控，避免化学链煤气化系统中由于细粉分离不彻底导致的非机械阀失效的情况。

Description

一种细粉分离装置和化学链煤气化系统及方法

技术领域

本发明涉及化学链煤气化领域，特别涉及一种细粉分离装置和化学链煤气化系统及方法。

背景技术

在化学链气化反应工艺过程中，为了使物料不与空气直接接触，实现间接气化，通常使载氧体在气化反应器和燃烧反应器之间循环，从而将空气中的氧吸附在载氧体上并携带到气化反应器中，为气化反应提供充足的氧。

在工艺过程中，固体载氧体温度较高，为了使化学链系统稳定运行，通常采用耐高温的非机械阀进行返料。然而，非机械阀对内部物料颗粒的粒径非常敏感，粒径过细会导致非机械阀失效，难以完成返料。

限于当前载氧体的性质，固体载氧体跟随尾气在系统各管路、反应器中循环时，部分载氧体经磨损后会变成粉末，粉末状的载氧体以及系统中的煤粉粉末跟随载氧体颗粒进入非机械阀内会导致非机械阀失效，造成返料系统瘫痪。

因此，为保证化学链气化反应系统稳定运行，在载氧体进入非机械阀进行返料之前，必须对物料进行细粉分离处理，避免非机械阀的失效。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种细粉分离装置和化学链煤气化系统及方法，通过新型的细粉分离装置对返料进行细粉和固体物料的分离，避免非机械阀失效，保证化学链煤气化反应系统稳定运行。

为解决上述技术问题，本发明实施例第一方面提供了一种细粉分离装置，包括：流化床粉尘筛分器，用于对含尘固体物料进行筛分；流化床粉尘筛分器的腔内设有物料分布结构，物料分布结构设有通气孔和落料孔；物料分布结构将流化床粉尘筛分器的内腔分为上腔室和下腔室；上腔室设有第一返料入口和第一粉尘尾气出口，下腔室设有流化气通气口和固体物料出料口；落料孔与固体物料出料口连通。

进一步地，细粉分离装置还包括：颗粒沉降结构，用于对返料进行预筛分；颗粒沉降结构设有第二粉尘尾气出口、第二返料入口和含尘固体物料出料口；含尘固体物料出料口与第一返料入口连通；第二粉尘尾气出口设于第二返料入口背离含尘固体物料出料口一侧。

进一步地，细粉分离装置还包括：粉尘收集结构；粉尘收集结构与第一粉尘尾气出口连通。

进一步地，粉尘收集结构还包括：过滤器，用于筛分进入粉尘收集结构的细粉和气体；过滤器设有排气口和细粉排出口。

进一步地，细粉分离装置还包括：流量监控调节装置；流化气通气口和排气口均设置有流量监控调节装置。

进一步地，细粉分离装置还包括：温度监测部件；温度监测部件设于第一粉尘尾气出口。

进一步地，物料分布结构为两端直径不同的筒型物体；物料分布结构直径较大的一端与流化床粉尘筛分器的腔内壁连接，物料分布结构直径较小的一端为落料孔。

本发明实施例第二方面提供了一种化学链煤气化系统，包括：前文任一项记载的细粉分离装置；燃烧炉，燃烧炉与细粉分离装置连通；气化炉，气化炉与细粉分离装置连通；气化炉与细粉分离装置之间设置有非机械阀。

进一步地，化学链煤气化系统还包括：压力检测装置；非机械阀的入口端和非机械阀的出口端均设置有压力检测装置。

本发明实施例第三方面提供了一种化学链煤气化方法，步骤包括：将燃烧炉中的含尘固体物料送至细粉分离装置进行筛分，得到固体物料颗粒；将固体物料颗粒通过非机械阀返回至气化炉；将燃烧炉中的含尘固体物料送至细粉分离装置进行筛分，得到固体物料颗粒，包括：向细粉分离装置中的含尘固体物料吹流化气，使含尘固体物料呈流化态；通过重力作用使含尘固体物料中的大颗粒下落得到固体物料颗粒；通过流化气将含尘固体物料中的粉尘吹出。

本发明实施例的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

通过新型的细粉分离装置对返料进行细粉分离，避免进入非机械阀的物料粒径过细，从而避免非机械阀失效，保障化学链煤气化反应系统稳定运行。

附图说明

图1是本发明一个实施例提供的细粉分离装置的结构示意图。

附图标记：

1-流化床粉尘筛分器；11-物料分布结构；111-落料孔；12-第一返料入口；13-第一粉尘尾气出口；14-流化气通气口；15-固体物料出料口；2-颗粒沉降结构；21-第二粉尘尾气出口；22-第二返料入口；23-含尘固体物料出料口；3-粉尘收集结构；31-过滤器；311-排气口；312-细粉排出口。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

图中所示出的各种区域、形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

请参照图1，本发明实施例第一方面提供了一种细粉分离装置，包括：流化床粉尘筛分器1，用于对含尘固体物料进行筛分；流化床粉尘筛分器1的腔内设有物料分布结构11，物料分布结构11设有通气孔和落料孔111；物料分布结构11将流化床粉尘筛分器1的内腔分为上腔室和下腔室；上腔室设有第一返料入口12和第一粉尘尾气出口13，下腔室设有流化气通气口14和固体物料出料口15；落料孔111与固体物料出料口15连通。

在示例性实施方式中，从设置在下腔室的流化气通气口14向流化床粉尘筛分器1通入流化气，流化气经过物料分布结构11的通气孔进入上腔室，与此同时，将燃烧炉中排出的含尘固体物料从第一返料入口12排入流化床粉尘筛分器1中，在流化气的作用下使含尘固体物料在流化床粉尘筛分器1的上腔室呈流化态，形成床层。流化态下，大颗粒物料在重力作用下从落料孔111落下，并经过固体物料出料口15排出流化床粉尘筛分器1，小颗粒的粉尘物料在流化气的带动下从上腔室的第一粉尘尾气出口13排出。至此完成物料的细粉分离处理。分离完成后的大颗粒物料经过非机械阀返回至气化炉。

该装置较之传统的细粉分离装置结构简单，上手操作便捷，而且，通过对流化气单位时间内的通入量和流出量进行控制，可以使细粉分离装置实现对筛分程度的控制，同时在作业过程中，细粉分离装置可以对筛分程度、效率进行实时调整，而无需停机整顿，提高了作业效率，也避免因为化学链气化反应工艺过程中其他参数的实时变化而导致筛分不完全，从而避免细粉进入非机械阀造成停机。

在一些实施例中，物料分布结构11呈平板状，物料分布结构11的板缘与流化床粉尘筛分器1的内壁连接，在具体实施方式中，板状的物料分布结构11与流化床粉尘筛分器1的轴线呈一定预设角度，例如，呈45°，物料分布结构11离第一返料入口12最远的板缘附近设有落料孔111。流化态下，大颗粒物料在重力作用下沿板状物料分布结构11的板面下落至板面较低处的落料孔111落下，并经过固体物料出料口15排出流化床粉尘筛分器1，最后经过非机械阀返回至气化炉。

在另一实施方式中，物料分布结构11为两端直径不同的筒型物体；物料分布结构11直径较大的一端与流化床粉尘筛分器1的腔内壁连接，物料分布结构11直径较小的一端为落料孔111。在具体的实施方式中，物料分布结构11的竖切面呈倒梯形，梯形的上底边靠近固体物料出料口15，上底边的位置设有落料孔111。下腔室通入的流化气使送至上腔室的含尘固体物料呈流化态，流动的含尘固体物料中的粉尘随流化气从第一粉尘尾气出口13排出，同时，固体颗粒在重力的作用下沿倾斜的物料分布结构11的壁面下落排出。

在具体的实施方式中，例如，物料分布结构11呈漏斗状，直径较大的漏斗口朝向第一返料入口12，直径较小的漏斗口为落料孔111，较之直径较大的漏斗口，落料孔111更靠近于固体物料出料口15。

在一些实施方式中，第一返料入口12与落料孔111分别处在不同的轴线上，即，第一返料入口12可选地与落料孔111位置错开，避免第一返料入口12的物料未完全流化就落入落料孔111。

在一些实施方式中，可选地在每次启动细粉分离装置时，先通入流量和强度都较高的流化气，再将含尘物料颗粒通入流化床粉尘筛分器1，以确保启动时初次进入流化床粉尘筛分器1的物料也呈流化态，得到筛分完全的大颗粒物料。

在一些实施方式中，第一返料入口12由具有一定弯折角度的管状物制成，该管状物伸入流化床粉尘筛分器1的腔内，具体地，管状物的入料段与流化床粉尘筛分器1的轴线平行设置，管状物的出料段与入料段呈30°弯折，使得流动的含尘固体物料在弯折处形成一定的堆积，该角度可以保证物料在管中顺利流动，同时避免流化气从第一返料入口12流出造成物料回流。

在一些实施方式中，第一返料入口12为伸入流化床粉尘筛分器1腔内的直管，在具体实施方式中，直管的一端伸入流化态的含尘固体物料中，即，直管的一端(出料端)靠近物料分布结构11，并且，流化态的含尘固体物料的堆积高度高于直管的出料端，即第一返料入口12深入流化床的床层中，以此对第一返料入口12形成一定的阻塞，在一定程度上避免流化气从第一返料入口12流出造成物料回流。

在一些实施方式中，落料孔111处设置有阀门，在初次启动细粉分离装置时，阀门关闭，含尘固体物料在物料分布结构11上堆积到一定程度，例如：堆积到床层包裹住第一返料入口12时再开启阀门，此后调控流化气的强度和流量，保证第一返料入口12一直处于床层内，无需再关闭阀门。

在本实施方式中，物料分布结构11采用板面光滑的材质，使大颗粒固体物料能够顺利下落。

在一些实施方式中，通气孔均匀地分布在物料分布结构11的板面或壁面，使得流化气均匀地通入流化床粉尘筛分器1，从而使流化床粉尘筛分器1上腔室的物料充分流化。

在具体实施方式中，通气孔的孔径大小取决于固体物料的尺寸。例如：通气孔的孔径小于固体物料(大颗粒物料)的最小直径，避免在重力作用下下落的固体物料堵塞通气孔，影响流化气的通入效率。

在具体实施方式中，通气孔的轴线垂直于物料分布结构11的板面或壁面。

在具体实施方式中，通气孔的轴线平行于流化床粉尘筛分器1的轴线。

在具体实施方式中，多个通气孔以不同的角度设置在物料分布结构11的板面或壁面，即不同通气孔的轴线与物料分布结构11的板面或壁面之间的角度不同，以便使物料均匀、充分地流化。

若流化床粉尘筛分器1内出现压力波动，则会导致固体物料颗粒在物料分布结构11表面的分布不均匀，从而使固体物料出料口15的出料不稳定，导致非机械阀运行不稳定，影响返料系统的寿命。

在一些实施例中，流化床粉尘筛分器1设置有压力检测装置，用于检测流化床粉尘筛分器1腔内的压力状态；在可选的实施方式中，流化气通气口14和第一粉尘尾气出口13分别设置有流量监控调节装置，当压力检测装置检测到流化床粉尘筛分器1腔内的压力过大或过小时，通过流量监控调节装置调整流化气的流入量和/或第一粉尘尾气出口13处粉尘尾气的流出量。例如，当压力检测装置检测到流化床粉尘筛分器1腔内的压力过大时，减少流化气通气口14流化气的通入量，使流化床粉尘筛分器1腔内气体的流入量和流出量达到平衡，从而使其压力达到平衡，保证固体物料稳定输出，避免对非机械阀造成损伤，延长返料系统使用寿命。在一些实施例中，细粉分离装置还包括：颗粒沉降结构2，用于对返料进行预筛分；颗粒沉降结构2设有第二粉尘尾气出口21、第二返料入口22和含尘固体物料出料口23；含尘固体物料出料口23与第一返料入口12连通；第二粉尘尾气出口21设于第二返料入口22背离含尘固体物料出料口23一侧。

燃烧炉中排出的物料含有大量的氧化性气体，因此，在排入流化床粉尘筛分器1之前先对物料进行与筛分，将物料中的尾气和部分粉尘筛分排出。

在具体实施方式中，第二粉尘尾气出口21设于第二返料入口22背离含尘固体物料出料口23一侧，即在流化床粉尘筛分器1轴向上，第二粉尘尾气出口21高于第二返料入口22，气化炉中的物料通过第二返料入口22进入颗粒沉降结构2，物料中的高温尾气和部分粉尘自然流动上升至第二返料入口22的上方，经第二粉尘尾气出口21排出。

在具体实施方式中，含尘固体物料出料口23与第一返料入口12连通，具体地，含尘固体物料出料口23为管状物，该管状物通过流化床粉尘筛分器1上的第一返料入口12并且伸入流化床粉尘筛分器1的腔内，在具体实施方式中，管状含尘固体物料出料口23的一端伸入流化态的含尘固体物料中，即，管的一端(出料端)靠近物料分布结构11，并且，流化态的含尘固体物料的堆积高度高于管的出料端，即含尘固体物料出料口23深入流化床的床层中，通过床层的阻塞使物料中的高温尾气和部分粉尘不会随着物料进入流化床粉尘筛分器1，从而避免高温尾气干扰细粉的分离作业，同时，也可以在一定程度上避免流化气从含尘固体物料出料口23流入颗粒沉降结构2，造成物料回流，也保证流化气全部从第一粉尘尾气出口13流出，从而实现对流化气的精确调控。

在示例性实施方式中，第二粉尘尾气出口21连通尾气处理系统，用于对高温尾气进行降温和净化处理。

在一些实施例中，细粉分离装置还包括：粉尘收集结构3；粉尘收集结构3与第一粉尘尾气出口13连通。粉尘收集结构3用于收集分离完成后的流化气和粉尘。

在示例性实施方式中，第一粉尘尾气出口13为多个，多个第一粉尘尾气出口13分布于流化床粉尘筛分器1的上腔室，并且，第一粉尘尾气出口13高于流化床粉尘筛分器1内物料的堆积高度。

在一些实施例中，细粉分离装置还包括：温度监测部件；温度监测部件设于第一粉尘尾气出口13。基于温度监测部件温度的显示，判断流化床粉尘筛分器1内物料的堆积高度，当温度过高时，表明流化床粉尘筛分器1内物料的堆积距离第一粉尘尾气出口13很近，此时可以降低物料的通入速度。

在一些实施例中，粉尘收集结构3还包括：过滤器31，用于筛分进入粉尘收集结构3的细粉和气体；过滤器31设有排气口311和细粉排出口312。

在具体实施方式中，过滤器31为设于粉尘收集结构3内的过滤网，排气口311和细粉排出口312分设于过滤网的两侧，粉尘收集结构3的收集口与第一粉尘尾气出口13连通，该收集口位于设有细粉排出口312的一侧，粉尘和尾气排入粉尘收集结构3后，气体经由过滤网的过滤从排气口311排出，粉尘被过滤网阻挡留在设有细粉排出口312的一侧，并通过细粉排出口312排出。

在示例性实施方式中，排气口311连通尾气处理系统，用于收集排气回收利用。

在一些实施例中，细粉分离装置还包括：流量监控调节装置；流化气通气口14和排气口311均设置有流量监控调节装置。

通过流化气通气口14和排气口311设置的流量监控调节装置控制流化气的净通入量和净流出量，从而控制系统的压力，保证固体物料稳定输出，避免对非机械阀造成损伤，延长返料系统使用寿命。

本发明实施例第二方面提供了一种化学链煤气化系统，包括：前文任一项记载的细粉分离装置；燃烧炉，燃烧炉与细粉分离装置连通；气化炉，气化炉与细粉分离装置连通；气化炉与细粉分离装置之间设置有非机械阀。

在一些实施例中，化学链煤气化系统还包括：压力检测装置；非机械阀的入口端和非机械阀的出口端均设置有压力检测装置，以方便对非机械阀内的压力进行监控和调节，从而保证固体物料稳定输出，避免对非机械阀造成损伤，延长返料系统使用寿命。

本发明实施例第三方面提供了一种化学链煤气化方法，步骤包括：将燃烧炉中的含尘固体物料送至细粉分离装置进行筛分，得到固体物料颗粒；将固体物料颗粒通过非机械阀返回至气化炉；将燃烧炉中的含尘固体物料送至细粉分离装置进行筛分，得到固体物料颗粒，包括：向细粉分离装置中的含尘固体物料吹流化气，使含尘固体物料呈流化态；通过重力作用使含尘固体物料中的大颗粒下落得到固体物料颗粒；通过流化气将含尘固体物料中的粉尘吹出。

在具体实施例中，将燃烧炉中的含尘固体物料送至细粉分离装置进行筛分，得到固体物料颗粒，还包括：通过压力检测装置检测流化床粉尘筛分器1腔内的压力以及非机械阀的压力；基于检测到的压力，通过流量监控调节装置控制流化气的通入量和排出量，从而调节整个返料系统的压力，保证细粉分离装置固体物料出料口的出料稳定，避免小颗粒物料进入非机械阀中，对非机械阀造成堵塞，影响系统使用寿命。

本发明实施例旨在保护一种细粉分离装置及方法和化学链煤气化系统，以上实施例具备如下技术效果：

1、对载氧体返料进行细粉筛分处理，将不符合非机械阀要求的小粒径粉末排除在非机械阀系统外，从而避免非机械阀失效，保障化学链煤气化反应系统稳定运行；

2、区别于现有的旋风分离器，提供一种全新的细粉分离装置及方法；

3、相对于目前分离效率较低的旋风分离器，在气化工艺参数发生调整时，本发明提供的细粉分离装置可随之进行调整，实时调整得到最合适的细粉分离率，使细粉分离过程可控性更强。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (9)

1.一种细粉分离装置，其特征在于，包括：

流化床粉尘筛分器（1），用于对含尘固体物料进行筛分；

所述流化床粉尘筛分器（1）的腔内设有物料分布结构（11），所述物料分布结构（11）设有通气孔和落料孔（111）；

所述物料分布结构（11）将所述流化床粉尘筛分器（1）的内腔分为上腔室和下腔室；

所述上腔室设有第一返料入口（12）和第一粉尘尾气出口（13），所述下腔室设有流化气通气口（14）和固体物料出料口（15）；所述流化气通气口（14）用于向所述流化床粉尘筛分器（1）通入流化气以使粉尘物料在流化气的带动下从所述第一粉尘尾气出口（13）排出；所述流化气通气口(14)和所述第一粉尘尾气出口（13）分别设置有流量监控调节装置，所述流量监控调节装置用于对流化气单位时间内的通入量和流出量进行控制，以控制细粉分离装置的筛分程度；

所述落料孔（111）与所述固体物料出料口（15）连通；

所述固体物料出料口（15）用于通过非机械阀与气化炉连通。

2.根据权利要求1所述的细粉分离装置，其特征在于，还包括：颗粒沉降结构（2），用于对返料进行预筛分；

所述颗粒沉降结构（2）设有第二粉尘尾气出口（21）、第二返料入口（22）和含尘固体物料出料口（23）；

所述含尘固体物料出料口（23）与所述第一返料入口（12）连通；

所述第二粉尘尾气出口（21）设于所述第二返料入口（22）背离所述含尘固体物料出料口（23）一侧。

3.根据权利要求1所述的细粉分离装置，其特征在于，还包括：粉尘收集结构（3）；

所述粉尘收集结构（3）与所述第一粉尘尾气出口（13）连通。

4.根据权利要求3所述的细粉分离装置，其特征在于，

所述粉尘收集结构（3）还包括：过滤器（31），用于筛分进入所述粉尘收集结构（3）的细粉和气体；

所述过滤器（31）设有排气口（311）和细粉排出口（312）。

5.根据权利要求1所述的细粉分离装置，其特征在于，还包括：温度监测部件；

所述温度监测部件设于所述第一粉尘尾气出口（13）。

6.根据权利要求1所述的细粉分离装置，其特征在于，

所述物料分布结构（11）为两端直径不同的筒型物体；

所述物料分布结构（11）直径较大的一端与所述流化床粉尘筛分器（1）的腔内壁连接，所述物料分布结构（11）直径较小的一端为所述落料孔（111）。

7.一种化学链煤气化系统，其特征在于，包括：

权利要求1-6任一项所述的细粉分离装置；

燃烧炉，所述燃烧炉与所述细粉分离装置连通；

气化炉，所述气化炉与所述细粉分离装置连通，所述气化炉与所述细粉分离装置之间设置有非机械阀。

8.根据权利要求7所述的化学链煤气化系统，其特征在于，还包括：压力检测装置；

所述非机械阀的入口端和所述非机械阀的出口端均设置有所述压力检测装置。

9.一种化学链煤气化方法，其特征在于，用于权利要求1-6任一项所述的细粉分离装置，步骤包括：

将燃烧炉中的含尘固体物料送至细粉分离装置进行筛分，得到固体物料颗粒；

将固体物料颗粒通过非机械阀返回至气化炉；

所述将燃烧炉中的含尘固体物料送至细粉分离装置进行筛分，得到固体物料颗粒，包括：

向细粉分离装置中的含尘固体物料吹流化气，使含尘固体物料呈流化态；

通过重力作用使含尘固体物料中的大颗粒下落得到固体物料颗粒；

通过流化气将含尘固体物料中的粉尘吹出；

通过对流化气单位时间内的通入量和流出量进行控制，以控制细粉分离装置的筛分程度。

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