CN113528191A - 一种精细分离焦渣的煤制气循环流化床 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种精细分离焦渣的煤制气循环流化床。分离装置中设分离腔、分流导管和分渣区域。分离腔壳体上部为中空圆柱下部为中空圆台，分流导管分别为半焦导管、煤气导管、煤渣导管。煤渣导管上端与煤气导管下端有距离设置的空间设置为分渣区域。密度较大的半焦旋转下行逐步趋向气流外围而坠落半焦导管，含渣煤气经过不同通流截面以改变含渣煤气的流速，实现煤渣迅速缓流沉淀与煤气分离。本发明具有焦渣分离效果好、煤渣含碳低、碳转化率高、节能环保、运行成本低等优点。

Description

一种精细分离焦渣的煤制气循环流化床
技术领域
本发明涉及一种新型煤制气流化床，具体涉及一种可将半焦和煤渣进行精细分离的煤制气循环流化床，属于煤气化技术领域。
背景技术
煤炭是我国冶炼、化工、陶瓷等行业的主要获热能源，虽然加快了清洁能源开发利用的速度（包括风电、水力发电、核电等），但由于清洁能源发展速度远远跟不上环保不断升级的速度，我国这一基本能源格局决定了煤炭清洁高效利用的研发，仍然是重要的技术主攻方向。在煤炭的各种清洁转化利用工艺中，气化是最有应用前景的技术之一。对此，人们设计出各种各样的煤气化炉，如固定床气化炉、循环流化床气化炉等等。其中：固定床气化炉碳转化率和热效率都高，但生产过程中会有大量焦油、酚水产生；循环流化床气化炉制得洁净煤气，但普遍存在飞灰产生量大，飞灰含碳量高，碳转化率和热效率都低。循环流化床气化时，同一炉腔内中部进煤下部出渣，沸腾燃烧过程中的部分半焦和部分煤渣同时坠落至出渣口一起排出，无法做到焦和渣的分离，大量半焦随渣排出，造成浪费，导致碳转化率很低。对此，传统的解决方法是：将含焦煤渣运送到低要求燃烧环境进行再燃烧，如用于热电厂再燃烧，投资大、运行成本太高，不适合我国众多中小企业进行技术改造和设备转型升级，以上弊端已成为循环流化床推广运用的瓶颈。因此，实现煤渣和半焦分离是提高循环流化床碳转化率的必要措施。
发明内容
本发明提出一种精细分离焦渣的煤制气循环流化床，利用半焦、煤渣和煤气不同的流动特性，设置分渣区域和多相分流导管，实现半焦、煤渣和煤气分相流动。
为了实现上述目的，本发明提出如下技术方案：一种精细分离焦渣的煤制气循环流化床，它由气化炉和分离装置组成，所述气化炉包含有：炉体和炉腔，炉体上设有进煤管、进气化剂管、返焦器和出气管，所述进煤管和进气化剂管分别向炉腔内输送原料煤和气化剂，所述返焦器向炉腔内输送循环的半焦，且一端与炉腔相连通，其特征在于：
所述原料煤和气化剂在炉腔内循环气化后，含半焦、煤渣和煤气的气流全部从出气管送入所述分离装置；
所述分离装置包含分离腔和分离导管，所述分离腔外部为壳体，所述壳体上部为中空圆柱、下部为上大下小的中空圆台，所述分离导管包含：半焦导管、煤渣导管和煤气导管，所述半焦导管一端与所述中空圆台内腔相连通，另一端与所述返焦器的另一端相连接，所述煤渣导管的上端置于所述中空圆台空腔上部，下端与排渣设备相连通；
所述中空圆柱顶部中心设有煤气出口，所述煤气导管设置在分离腔内，上端与所述煤气出口相连接，下端置于所述中空圆柱空腔下部，所述煤气输出管设置在所述壳体外部与煤气出口相连接；所述中空圆柱的上侧部设有进气口，所述出气管通过所述进气口与所述分离腔切向连接，含有半焦、煤渣和煤气的气流进入分离腔后呈螺旋状旋转下行，所述气流中密度较大的半焦逐步趋向所述气流外围，并沿分离腔内壁下行，坠落至中空圆台内，经中空圆台内面滑进所述半焦导管，再由返焦器送入气化炉循环气化，气流中的煤渣随煤气流动，形成含渣煤气；
所述煤气导管下端与所述煤渣导管上端之间设置分渣区域，其为煤渣导管上端与煤气导管下端有距离设置的空间，且分渣区域径向外表面积设置成小于煤气导管与中空圆柱之间的通流面积，迫使含渣煤气改向并加速进入分渣区域内；并将煤气导管通流面积设置成大于煤气导管与中空圆柱之间的通流面积，导致向上进入煤气导管的所述含渣煤气流速减慢，实现煤渣迅速缓流沉淀，煤气经煤气导管进入煤气输出管，煤渣坠落进入煤渣导管输至排渣设备。
进一步地，所述煤渣导管的上端与所述煤气导管下端之间的距离小于煤气导管直径的1/4。
优选地，所述煤渣导管的直径在［煤气导管直径﹣100mm，煤气导管直径﹢100mm］的区间内。
优选地，所述分渣区域的径向表面设置挡风板，调节含渣煤气进入分渣区域的流速。
进一步地，所述挡风板的数量为2个或多个。
本发明中，含有半焦、煤渣和煤气的混合气流旋转下行，半焦因其惯性较大逐步趋向气流外围，坠落下滑进入半焦导管，实现半焦分离；因煤气导管与中空圆柱之间的通流面积大于分渣区域空间周向外表面积，导致含渣煤气加速进入分渣区域内，由于通流面积和气流方向改变，含渣煤气向上流速减慢，煤渣迅速缓流沉淀，实现煤渣与煤气分离。
本发明具有焦渣分离效果好、煤渣含碳低、碳转化率高、节能环保、运行成本低等优点。
附图说明
附图1为本发明实施例一结构示意图；
附图2为本发明实施例二结构示意图。
附图中，1为气化炉、2为中空圆柱、3为煤气导管、4为圆台、5为煤渣导管、6为半焦导管、7为输渣管、8为返焦器、9为排渣设备、10为挡风板。
具体实施方式
附图1所示的是本发明的实施例一实施方式，气化剂强大气流一方面对气化炉1中的煤助燃，另一方面将煤托起在气化炉1炉腔内沸腾流化气化，气化后的煤气、半焦和煤渣的混合气流进入出气管，出气管与中空圆柱2相连通，出气管流入中空圆柱2的气流沿中空圆柱2的内腔壁旋转并下行，密度较大的半焦下行坠落至圆台4内面，经圆台4内面滑进半焦导管6，再由返焦器8送入气化炉1循环气化。密度较小的煤渣随气流下行并改向进入煤气导管3和煤渣导管5之间设置的分渣区域，煤气导管3与中空圆柱2之间的通流面积大于分渣区域径向外表面积，使得分离半焦后的含渣煤气加速进入分渣区域，将煤渣带进分渣区域内，由于煤气导管3通流面积大于煤气导管3与中空圆柱2之间的通流面积，使得向上流入煤气导管3的含渣煤气速度迅速减慢，煤气与煤渣缓流后分离，煤气在煤气导管3中向上进入煤气输出管，煤渣坠落进入煤渣导管5，再由输渣管7进入排渣设备9。
附图2所示的是本发明实施例二的实施方式，气化剂的强大气流一方面对气化炉1中的煤助燃，另一方面将煤托起在气化炉1炉腔内沸腾流化气化，气化后的煤气、半焦和煤渣的混合气流进入出气管，出气管与中空圆柱2相连通，出气管流入中空圆柱2的气流沿中空圆柱2的内腔旋转并下行，密度较大的半焦下行坠落至圆台4内面，经圆台4内面滑进半焦导管6，再由返焦器8送入气化炉1循环气化。密度较小的煤渣随气流下行并改向进入煤气导管3和煤渣导管5之间的分渣区域，煤气导管3与中空圆柱2之间的通流面积大于分渣区域径向外表面积，使得分离半焦后的含渣煤气加速进入分渣区域，将煤渣带进所述分渣区域，由于煤气导管3通流面积大于煤气导管3与中空圆柱2之间的通流面积，使得向上流入煤气导管3的含渣煤气速度迅速减慢，煤气与煤渣缓流后分离，煤气在煤气导管3中向上进入煤气输出管，煤渣坠落进入煤渣导管5，再由输渣管7进入排渣设备9。若煤渣中残碳含量较高，则调节挡风板10减小挡风量，进入分渣区域的含渣煤气流速减慢；若返焦器8中含渣量较高，则调节挡风板10增大挡风量，进入分渣区域含渣煤气流速增大。

Claims (5)

1.一种精细分离焦渣的煤制气循环流化床，它由气化炉和分离装置组成，所述气化炉包含有：炉体和炉腔，炉体上设有进煤管、进气化剂管、返焦器和出气管，所述进煤管和进气化剂管分别向炉腔内输送原料煤和气化剂，所述返焦器向炉腔内输送循环的半焦，且一端与炉腔相连通，其特征在于：
所述原料煤和气化剂在炉腔内循环气化后，含半焦、煤渣和煤气的气流全部从出气管送入所述分离装置；
所述分离装置包含分离腔和分离导管，所述分离腔外部为壳体，所述壳体上部为中空圆柱、下部为上大下小的中空圆台，所述分离导管包含：半焦导管、煤渣导管和煤气导管，所述半焦导管一端与所述中空圆台内腔相连通，另一端与所述返焦器的另一端相连接，所述煤渣导管的上端置于所述中空圆台空腔上部，下端与排渣设备相连通；
所述中空圆柱顶部中心设有煤气出口，所述煤气导管设置在分离腔内，上端与所述煤气出口相连接，下端置于所述中空圆柱空腔下部，所述煤气输出管设置在所述壳体外部与煤气出口相连接；所述中空圆柱的上侧部设有进气口，所述出气管通过所述进气口与所述分离腔切向连接，含有半焦、煤渣和煤气的气流进入分离腔后呈螺旋状旋转下行，所述气流中密度较大的半焦逐步趋向所述气流外围，并沿分离腔内壁下行，坠落至中空圆台内，经中空圆台内面滑进所述半焦导管，再由返焦器送入气化炉循环气化，气流中的煤渣随煤气流动，形成含渣煤气；
所述煤气导管下端与所述煤渣导管上端之间设置分渣区域，其为煤渣导管上端与煤气导管下端有距离设置的空间，且分渣区域径向外表面积设置成小于煤气导管与中空圆柱之间的通流面积，迫使含渣煤气改向并加速进入分渣区域内；并将煤气导管通流面积设置成大于煤气导管与中空圆柱之间的通流面积，导致向上进入煤气导管的所述含渣煤气流速减慢，实现煤渣迅速缓流沉淀，煤气经煤气导管进入煤气输出管，煤渣坠落进入煤渣导管输至排渣设备。
2.根据权利要求1所述的一种精细分离焦渣的煤制气循环流化床，其特征在于：所述煤渣导管的上端与所述煤气导管下端之间的距离小于煤气导管直径的1/4。
3.根据权利要求1所述的一种精细分离焦渣的煤制气循环流化床，其特征在于：所述煤渣导管的直径在［煤气导管直径﹣100mm，煤气导管直径﹢100mm］的区间内。
4.根据权利要求1所述的一种精细分离焦渣的煤制气循环流化床，其特征在于：所述分渣区域的径向表面设置挡风板，调节进入分渣区域含渣煤气的流速。
5.根据权利要求1或4所述的一种精细分离焦渣的煤制气循环流化床，其特征在于：所述挡风板的数量为2个或多个。
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