CN114479944A - 冷渣装置及流化床气化炉 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种冷渣装置及流化床气化炉，冷渣装置包括：冷渣罐，沿竖直方向设置并具有冷渣罐入口和冷渣罐出口；分布器，固定设置在冷渣罐内，分布器具有顶部和边缘部，顶部朝向冷渣罐入口，边缘部设置有沿竖直方向延伸的贯穿通道，顶部上设置有顶点，顶点与边缘部上的任一点的连线为第一直线，第一直线与水平面之间的夹角为锐角；第一冷却气喷入管，设置在分布器的下方并与贯穿通道的位置对应，第一冷却气喷入管能够向冷渣罐内输入气体。本发明的有益效果为：采用二氧化碳气体作为冷却气体可避免因通入水蒸汽或喷水降温时出现底渣板结、排渣不畅问题，从而可保障流化床气化炉长周期稳定运行。

Description

冷渣装置及流化床气化炉

技术领域

本发明涉及碳氢燃料能源化工技术领域，具体涉及一种冷渣装置及流化床气化炉。

背景技术

流化床气化技术通常采用0～10mm的粉煤为原料，气化温度较温和，部分粗颗粒煤未能充分转化而形成高温底渣。在流化床气化过程中，为了保障连续、安全生产，需要将高温底渣冷却后排出系统。与入炉原料煤相比，底渣的粒径分布相对较窄，并且以大颗粒为主、细颗粒少，超细颗粒极少甚至不含；这样的粒径分布特征使得底渣料层的空隙率高，不能起到料封的作用；气化剂及煤气极容易反窜进入冷渣系统，并与高温底渣反应导致结渣。由此可见，高温底渣的高效冷却及与气化炉的协调匹配是顺利及安全排渣的重要前提，也是确保气化炉长期稳定运行的关键因素。

传统的流化床气化工艺通常采用滚筒冷渣机对高温底渣进行冷却，但存在以下两方面问题：一方面，滚筒冷渣机采用循环水对高温底渣进行间接换热，换热效率低、热量无法回收利用，采用喷水或通入水蒸汽的方法可辅助高温底渣冷却，但会消耗大量水资源；并且采用水蒸汽冷渣对操作要求非常苛刻，在与热渣接触过程中，如果水蒸汽量调控不当，或局部混合/流化不均，或局部温度较低，容易导致水蒸气冷凝引发底渣板结、排渣不畅等问题；喷水容易出现汽化不完全或汽化后局部再冷凝的问题，并导致底渣板结、排渣不畅，影响气化炉的长周期稳定运行；另一方面，滚筒冷渣机不具备压力密封功能，容易发生气化剂/煤气反窜，存在安全运行隐患。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种冷渣装置及流化床气化炉，以解决传统流化床气化炉冷渣效率低、底渣易板结、排渣不畅的问题。

本说明书实施例提供以下技术方案：一种冷渣装置，包括：冷渣罐，沿竖直方向设置并具有冷渣罐入口和冷渣罐出口；分布器，固定设置在冷渣罐内，分布器具有顶部和边缘部，顶部朝向冷渣罐入口，边缘部设置有沿竖直方向延伸的贯穿通道，顶部上设置有顶点，顶点与边缘部上的任一点的连线为第一直线，第一直线与水平面之间的夹角为锐角；第一冷却气喷入管，设置在分布器的下方并与贯穿通道的位置对应，第一冷却气喷入管能够向冷渣罐内输入气体。

进一步地，在水平投影面内，第一冷却气喷入管伸入冷渣罐内的长度为L1，贯穿通道的内侧端部与冷渣罐内壁之间的距离为L2，其中，2L1≤L2。

进一步地，第一冷却气喷入管的轴线与水平面平行。

进一步地，第一冷却气喷入管的轴线与水平面之间的夹角范围是5°～60°。

进一步地，贯穿通道为多个，沿分布器的边缘部对称分布，第一冷却气喷入管也为多个，每个贯穿通道均与至少一个第一冷却气喷入管位置对应。

进一步地，在水平投影面内，多个贯穿通道的投影面积之和为s，冷渣罐出口的横截面积为S，其中，0.8S≤s≤1.25S。

进一步地，冷渣装置还包括冷却器喷入管组，设置在分布器的上方与冷渣罐入口之间。

进一步地，冷却器喷入管组包括沿竖直方向间隔设置的至少一个喷管层，每个喷管层均包括间隔设置的至少两个第二冷却气喷入管。

进一步地，第二冷却气喷入管能够向冷渣罐内输入二氧化碳气体和水蒸汽中的一种或者多种组合。

进一步地，冷渣装置还包括安保冷渣罐，安保冷渣罐沿竖直方向设置，安保冷渣罐入口与冷渣罐出口连接，安保冷渣罐内设置有循环水冷组件。

进一步地，安保冷渣罐还包括第三冷却气喷入管，设置在循环水冷组件的下方并能够向安保冷渣罐内输入二氧化碳气体或氮气。

本发明还提供了一种流化床气化炉，包括上述的冷渣装置，流化床气化炉还包括：气化炉炉膛，设置在冷渣罐的上方，气化炉炉膛的出口与冷渣罐入口连通；气固分离器，与气化炉炉膛的气体出口连接，并用于对气化炉炉膛排出的气体进行气固分离；降温除尘组件，与气固分离器的气体出口连接，用于对气固分离器排出的含尘煤气进行降温和除尘。

进一步地，流化床气化炉还包括返料器，返料器的入口与气固分离器的固体出口连接，返料器的出口与气化炉炉膛连通，返料器能够将气固分离器分离的固体物料输送至气化炉炉膛内。

进一步地，流化床气化炉还包括：水-煤气变换组件，入口与降温除尘组件的出口连接，水-煤气变换组件用于将降温除尘组件排出的清洁煤气转化为二氧化碳气体和氢气；气体分离组件，与水-煤气变换组件的出口连接，气体分离组件的二氧化碳气体出口与第一冷却气喷入管的入口连接，气体分离组件能够将二氧化碳气体和氢气分离，并能够将二氧化碳气体输送至第一冷却气喷入管处。

进一步地，流化床气化炉还包括连接管和多个冷渣装置，连接管包括一个入口端和多个并联的出口端，连接管的入口端与气化炉炉膛的出口连接，连接管的多个出口端与多个冷渣装置一一对应连接。

与现有技术相比，本说明书实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到的有益效果至少包括：采用二氧化碳冷渣，可避免因通入水蒸气或喷水降温时出现底渣板结、排渣不畅问题，从而可保障流化床气化炉长周期稳定运行。与氮气、水蒸汽相比，二氧化碳的比热高，携带热量的能力强，降温效果显著、直接换热效率高；冷却相同的底渣时，设备体积小。

从气化炉排出的底渣温度高，二氧化碳可与底渣中残留的碳发生气化反应，从而降低底渣含碳量、提升碳转化率；未反应的二氧化碳可进入气化炉继续参与气化反应，实现了二氧化碳的资源化利用。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明第一实施例中冷渣装置的结构示意图；

图2为分布器在装配位置时的俯视图；

图3为本发明第二实施例中冷渣装置的结构示意图；

图4为本发明第三实施例中冷渣装置的结构示意图；

图5为流化床气化炉的第一种实施例的结构示意图；

图6为流化床气化炉的第二种实施例的结构示意图；

图7为流化床气化炉的第三种实施例的结构示意图；

图8为本发明一种实施例中冷渣装置的结构示意图；

图9为图8在装配位置时的俯视图；

图10为本发明另一种实施例中冷渣装置的结构示意图；

图11为图10在装配位置时的俯视图。

图中附图标记：10、气化炉炉膛；11、气固分离器；12、返料器；13、煤气冷却器；14、除尘器；15、水-煤气变换组件；16、气体分离组件；20、冷渣罐；21、冷渣罐入口；22、冷渣罐出口；23、分布器；24、贯穿通道；25、第一冷却气喷入管；26、阀门；27、第二冷却气喷入管；30、安保冷渣罐；31、安保冷渣罐的出口；32、第三冷却气喷入管；33、循环水冷组件。

具体实施方式

下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。

以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本申请，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目和方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。

还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本申请的基本构想，图式中仅显示与本申请中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。

如图1和图2所示，本发明的第一实施例提供了一种冷渣装置，包括冷渣罐20、分布器23和第一冷却气喷入管25。冷渣罐20沿竖直方向设置并具有冷渣罐入口21和冷渣罐出口22；分布器23固定设置在冷渣罐20内，分布器23具有顶部和边缘部，分布器23的顶部朝向冷渣罐入口21，分布器23的边缘部设置有沿竖直方向延伸的贯穿通道24，并且顶部上设置有顶点，顶点与边缘部上的任一点的连线为第一直线，所述第一直线与所述水平面之间的夹角为锐角；第一冷却气喷入管25设置在分布器23的下方并与贯穿通道24的位置对应，第一冷却气喷入管25能够向冷渣罐20内输入气体(优选为二氧化碳气体)。

在本发明一种实施例中分布器23的形状为椎体状，该椎体包括圆锥状或者棱锥状结构，如图8和图9所示。更进一步地，上述椎体的倾斜表面可以为光滑表面也可以为鳞片状表面(例如瓦片堆叠状结构)，凡是可以使底渣顺利滑下的结构均应该在本申请的保护范围内。

如图10和图11所示，在本发明另一种实施例中分布器23的形状为阶梯的塔状结构，该塔状结构沿由上至下的方向截面尺寸逐渐增大，且塔状结构各段之间的过渡结构为过渡倾斜面，以使底渣能够由顶部顺畅地朝向边缘部滑动，不会发生存渣的问题。过渡倾斜面可以为光滑表面也可以为鳞片状表面。需要说明的是，塔状结构各段上表面均应该为向下倾斜设置的，以避免存渣问题发生。

本发明还提供了一种未图示的实施例，在该实施例中分布器23的形状为屋顶状结构，该屋顶状结构的顶部为至少一条脊，脊与边缘部之间设置有多个连接倾斜面。同理，该连接倾斜面可以为光滑表面也可以为鳞片状表面。一摩尔的碳与二氧化碳气体反应吸收的热量是其与水蒸气反应吸热量的1.3倍，采用二氧化碳气体作为冷却气可通过反应的进行显著降低高温底渣的温度。再者，二氧化碳气体的比热高于水蒸气，携带热量的能力强，降温效果显著；冷却相同的底渣时，设备体积小。将二氧化碳气体引入到冷渣装置，不仅可以资源化利用二氧化碳，将其转化成煤气中的有效气一氧化碳(CO)，并且可以充分利用二氧化碳的高比热特性，从而提高冷渣效率。

需要说明的是，二氧化碳气体的性质稳定，采用二氧化碳气体作为冷却气体可避免因通入水蒸汽或喷水降温时出现底渣板结、排渣不畅问题，从而可保障流化床气化炉长周期稳定运行。

工作时，二氧化碳气体C从第一冷却气喷入管25通入到冷渣罐20内，一部分二氧化碳气体经贯穿通道24向上流动，与向下流动的底渣逆流接触，进行直接换热及吸热反应，从而实现底渣的冷却；另一部分二氧化碳气体随冷却后的底渣一同从冷渣罐出口22排出，这部分二氧化碳气体能够起到气封的作用，可有效抑制高温底渣与二氧化碳气体反应生成的CO向下流动，从而避免气体反窜。

需要说明的是，第一冷却气喷入管25中二氧化碳气体的喷口速度为15m/s～45m/s，并且能够使向下流通的另一部分二氧化碳气体约占总二氧化碳气体量的20％以内。

同时，本发明实施例中贯穿通道24下方设置第一冷却气喷入管25，并且除贯穿通道24之外的分布器23的锥面边缘部与冷渣罐壁面固定密封连接，从而使高温底渣均须从贯穿通道24向下移动并与二氧化碳气体直接接触，可确保高温底渣充分冷却，避免沟流现象发生。

如图2所示，在水平投影面内，第一冷却气喷入管25伸入冷渣罐20内的长度为L1，贯穿通道24的内侧端部与冷渣罐20内壁之间的距离为L2(贯穿通道24的宽度)，其中，2L1≤L2。控制第一冷却气喷入管25伸入冷渣罐20内的长度与贯穿通道24的宽度之比，可以使第一冷却气喷入管25喷入的二氧化碳气体与底渣充分接触，同时也不影响底渣落料。

本发明实施例中的贯穿通道24在水平面的投影形状为拱形，贯穿通道24的宽度为拱形的高度，但本发明实施例并不限于上述图示实施例，例如贯穿通道24还可以为具有一定宽度的圆弧孔结构，上述第一冷却气喷入管25设置在贯穿通道24的中部。

优选地，上述第一冷却气喷入管25的轴线与水平面平行或者第一冷却气喷入管25的轴线与水平面之间的夹角范围是5°～60°。第一冷却气喷入管25的轴线与水平面平行可以保证二氧化碳气体的顺利喷出，且能够通过简单计算即可实现底渣的流量控制。第一冷却气喷入管25的轴线与水平面之间具有夹角可以避免底渣在向下移动过程中落入第一冷却气喷入管25，同时可以增强分布器23底部物料的扰动、有利于将冷却后的底渣排出。

如图1和图2所示，本发明第一实施例中贯穿通道24为多个，沿分布器23的边缘部对称分布，第一冷却气喷入管25也为多个，每个贯穿通道24均与至少一个第一冷却气喷入管25位置对应。

设置多个贯穿通道24和多个第一冷却气喷入管25，可以通过调节第一冷却气喷入管25的二氧化碳气体流量和第一冷却气喷入管25启用数量等调控底渣的排出量。

优选地，在水平投影面内，多个贯穿通道24的投影面积之和为s，冷渣罐出口22的横截面积为S，其中，0.8S≤s≤1.25S。通过调整贯穿通道24的投影面积之和与冷渣罐出口22的横截面积可以控制进入冷渣罐20进行换热的底渣量，并通过与二氧化碳气体的协调工作，可以控制排出系统的渣量。

更进一步地，分布器23为锥顶朝上的圆锥体，分布器23仅由锥面构成，分布器23的底部不封闭，且锥面边缘部与冷渣罐20的内壁面密封连接。在本发明第一实施例中可以在分布器23的底部(朝向冷渣罐出口22)的一侧内壁上设置振动组件，用于使分布器23产生振动，从而促使底渣顺利落入贯穿通道24内。

如图1所示，冷渣罐出口22可以通过阀门26与输渣机连接，当需要排渣时，调节阀门26的开度并启动输渣机，从而将冷却后的低温底渣排出系统。经过本实施例冷却后的底渣的温度不高于100℃。

如图3所示，本发明提供了第二种实施例，在该第二实施例中冷渣装置还包括冷却器喷入管组，设置在分布器23的上方与冷渣罐入口21之间。

冷却器喷入管组的高度高于第一冷却气喷入管25的高度，并且更接近于炉膛底部高温区域，因此，冷却器喷入管组所在的区域底渣温度高，可选的冷却气为二氧化碳气体和水蒸汽中的一种或者多种组合，由于冷却器喷入管组所在的区域底渣温度高，因此采用喷入水蒸汽的方法也不会造成冷凝的问题出现。

本发明第二实施例中冷却气的通入可采用以下方案：在第一冷却气喷入管25通入二氧化碳气体C，充分利用二氧化碳的强吸热特性及稳定性，确保高温底渣在排出冷渣罐20之前得到充分冷却；冷却器喷入管组可通入冷却气S(例如水蒸汽)，充分利用此区域的底渣温度高的特性，实现水蒸汽预热并与高温底渣中的碳反应生成煤气有效成分。

优选地，在冷却器喷入管组通入水蒸汽与二氧化碳的混合气，以水蒸汽和二氧化碳混合气体为气化剂时，可实现两种气化剂的协同作用，从而促进碳的转化，反应速率及碳转化率高于任意一种单一气体与碳的反应效果。

如图3所示，冷却器喷入管组包括沿竖直方向间隔设置的至少一个喷管层，每个喷管层均包括间隔设置的至少两个第二冷却气喷入管27。本实施例中第二冷却气喷入管27的数量以及截面积大小均可以通过不同工况需要进行选取，且不同喷管层的第二冷却气喷入管27的截面积以及布置位置可以不同，以应对不同工况需求。

本发明第二实施例除上述技术特征外，其他技术特征均与在先的第一实施例相同，此处不再进行赘述。

如图4所示，本发明还提供了第三种实施例，在该实施例中冷渣装置还包括安保冷渣罐30，安保冷渣罐30沿竖直方向设置在冷渣罐20的下方，安保冷渣罐入口与冷渣罐出口22连接，安保冷渣罐30内设置有循环水冷组件33。

通过设置串联的安保冷渣罐30可以对冷渣罐20内排出的降温后的底渣进行再次热交换，从而实现热量的回收利用。本实施中通过向循环水冷组件33中通入循环水W来实施上述换热操作。

优选地，安保冷渣罐30还包括第三冷却气喷入管32，设置在循环水冷组件33的下方并能够向安保冷渣罐30内输入二氧化碳气体或氮气。

在安保冷渣罐30的底部设置第三冷却气喷入管32，通过喷入安保气体C1的方式进行辅助降温，同时安保气体C1能够起到气封的作用，以避免一氧化碳外泄。本实施例中安保气体C1可以为二氧化碳或氮气，优选二氧化碳。

本发明实施例可以单独采用循环水冷组件33或者单独采用第三冷却气喷入管32进行底渣降温，也可以采用循环水冷组件33和第三冷却气喷入管32的组合形式进行底渣降温。

安保冷渣罐的出口31设置在安保冷渣罐30的底端，安保冷渣罐的出口31设置有阀门26，通过开启阀门26可以将降温后的底渣排出，本实施例中的阀门26可以为输渣机的入口。

本发明第三实施例除上述技术特征外，其他技术特征均与在先的第二实施例相同，此处不再进行赘述。

需要说明的是，煤的反应性与气化炉操作条件、煤气化性能指标密切相关。国家标准规定了煤的反应性的测定方法，即煤对二氧化碳化学反应性的测定方法(国标GB/T 220-2018)。该方法为：先将煤样干馏，除去挥发物(如试样为焦炭则不需要干馏处理)。然后将其筛分并选取一定粒度(3-6mm)的焦渣装入反应管中加热。加热到一定温度后(首先升温到750℃(褐煤)，或800℃(烟煤、无烟煤和焦炭)，之后每50℃一个间隔)，以一定的流量通入二氧化碳与试样反应。测定加热过程中反应后气体中二氧化碳的含量，以被还原成一氧化碳的二氧化碳量占通入的二氧化碳量的体积分数，即二氧化碳还原率α(％)，绘制温度-二氧化碳还原率的反应性曲线。根据温度-二氧化碳还原率的反应性曲线，可以得知煤的反应性随温度的变化趋势，从而可为二氧化碳与底渣反应调控、冷却温度的合理选择提供参考，为底渣的分级冷却、能量的分质利用及与气化系统整体性能的协调匹配提供理论依据。

在本实施例中，当底渣的温度大于700℃时，二氧化碳才可能与底渣(碳)发生气化反应并生成一氧化碳。从冷渣罐20排出的底渣的温度，以T表示，应满足以下条件：T≤700℃。因此，当采用安保冷渣罐30与冷渣罐20串联并严格控制排出冷渣罐20的底渣的温度不高于700℃时，则具有以下几点有益效果：

(1)在冷渣罐20内，不必将高温底渣直接降温至100℃以下，可以使其在相对较高的温度水平运行，如大于400℃，优选地大于700℃，从而提高二氧化碳的预热温度并强化冷渣罐20内高温底渣与二氧化碳的气化反应。

(2)冷渣罐20内未能完全反应的二氧化碳虽然可进入气化炉继续进行气化反应，但过多的二氧化碳会对煤气化反应产生不利影响，并且增加后续分离的负担，因此，冷渣罐20内通入的二氧化碳不是越多越好。采用安保冷渣罐30与冷渣罐20串联，通入到冷渣罐20的二氧化碳量比将底渣直接冷却至100℃以内时减少，有利于冷渣过程及气化系统的协调组织。

(3)可保证安保冷渣罐30内的温度不高于700℃，即处于相对安全的运行温度。安保冷渣罐30与冷渣罐20工作过程中，冷渣罐20内通入的一部分二氧化碳会随底渣一同从冷渣罐出口22进入安保冷渣罐30，并且，安保冷渣罐30底部也可通入一定量的二氧化碳作为安保气体。当安保冷渣罐30内的温度不高于700℃时，二氧化碳仅通过吸收底渣的显热使其降温，不会与底渣发生气化反应，可避免产生一氧化碳、避免泄漏的风险。

现有技术中煤种多样，煤质成分差异大，不同煤种的反应活性差异大。煤对二氧化碳的反应活性与温度具有直接关联，随着温度的升高，反应活性整体呈增加趋势并趋于100％；当温度较低时，如750℃、800℃，反应活性较差，部分高阶煤反应性极差、甚至不发生反应。因此，针对不同的煤种，优选的排出冷渣罐20的底渣的温度为：T≤T5％；其中，T5％表示通过煤对二氧化碳反应活性实验方法，获得的二氧化碳还原率为5％时对应的温度，此温度条件下，二氧化碳的反应性较差，产生一氧化碳的几率低，并且，当冷渣罐20排出的底渣通入到安保冷渣罐30后，温度继续降低，此温度条件下的底渣不再具有与二氧化碳反应的可能性，可保证运行的安全性。

控制排出冷渣罐20的底渣的温度为T≤T5％的有益效果还在于，可以精准的调控进入冷渣罐20的二氧化碳气量，使得二氧化碳尽可能的与高温底渣发生气化反应，从而促进底渣中碳的进一步转化，提高系统碳转化率。

向安保冷渣罐30通入一部分二氧化碳的目的包括以下几点：首先，这部分二氧化碳可与安保冷渣罐30内的底渣继续换热，降低底渣的温度；此外，这部分二氧化碳起到气封的作用，可以避免冷渣罐20内生成的一氧化碳反窜至安保冷渣罐30，可避免安全隐患，保障系统安全稳定运行；再者，这部分二氧化碳可以起到物料携带的作用，有利于安保冷渣罐30内经过冷却后的底渣顺利排出系统。

从安保冷渣罐30排出的底渣的温度不高于100℃。为了精准调控通入到安保冷渣罐30的二氧化碳气量，在安保冷渣罐的出口31附近设置有测温点(图中未画出)，测温点与通入的二氧化碳C1流量设置联锁，实现自动控制。

优选地，冷渣罐出口22至安保冷渣罐30之间的管路上可以设置阀门并与气化系统设置联锁，从而实现减压与降温的功能。

如图5所示，本发明还提供了一种流化床气化炉，包括上述的冷渣装置，流化床气化炉还包括气化炉炉膛10、气固分离器11和降温除尘组件。气化炉炉膛10设置在冷渣罐20的上方，气化炉炉膛10的出口与冷渣罐入口21连通；气固分离器11与气化炉炉膛10的气体出口连接，并用于对气化炉炉膛10排出的粗煤气进行气固分离；降温除尘组件与气固分离器11的气体出口连接，用于对气固分离器11排出的含尘煤气进行降温和除尘。

本发明实施例的流化床气化炉能够解决传统流化床气化炉冷渣效率低、底渣易板结、排渣不畅等问题，同时，本发明实施例的流化床气化炉能够实现能量回收利用及系统的优化运行。

本发明实施例中降温除尘组件包括煤气冷却器13和除尘器14，其中煤气冷却器13的入口与气固分离器11的气体出口连接，煤气冷却器13的出口与除尘器14的入口连接，粗煤气经过上述组件的作用即可分离得到飞灰D和清洁煤气F。

优选地，流化床气化炉还包括返料器12，返料器12的入口与气固分离器11的固体出口连接，返料器12的出口与气化炉炉膛10连通，返料器12能够将气固分离器11分离的固体物料输送至气化炉炉膛10内。

在流化床气化过程中，气化剂A和燃料B加入到气化炉炉膛10，气固分离器11分离下来的粗颗粒半焦经返料器12返回到气化炉炉膛10，在900～1100℃的高温下发生燃烧及气化反应，未能完全反应的高温底渣(900～1100℃)从气化炉炉膛10底部通入到冷渣罐20，经冷却后从冷渣罐20底部排出系统。从气固分离器11排出的高温含尘煤气经煤气冷却器13降温、除尘器14除尘后，分别得到飞灰D和清洁煤气F。

需要说明的是，在气化反应过程中，炉膛底部压力在8-20kpa左右，冷渣罐20的压力与炉膛底部压力设置联锁关系，保持冷渣罐20的压力高于炉膛底部0.5-5kpa。

如图6所示，流化床气化炉还包括水-煤气变换组件15和气体分离组件16。水-煤气变换组件15的入口与降温除尘组件的出口连接，即与除尘器14的出口连接，水-煤气变换组件15用于将降温除尘组件排出的清洁煤气转化为二氧化碳气体和氢气；气体分离组件16与水-煤气变换组件15的出口连接，气体分离组件16的二氧化碳气体出口与第一冷却气喷入管25的入口连接，气体分离组件16能够将二氧化碳气体和氢气分离，并能够将二氧化碳气体输送至第一冷却气喷入管25处。

具有气体分离组件16与水-煤气变换组件15的实施例是针对以氢气H为目标产品的煤气化工艺，煤气化系统制备的清洁煤气F经水-煤气变换组件15和气体分离组件16后，得到大量高浓度的二氧化碳I，这部分二氧化碳如果不加以利用，会导致排放问题。基于二氧化碳良好的理化特性，并结合煤气化系统潜在的二氧化碳排放问题，将煤气化系统分离出的一部分高浓度二氧化碳循环回煤气化系统进行高温热渣的冷却，这部分循环回气化系统的二氧化碳C可对高温底渣进行冷却并参与气化反应，从而实现二氧化碳的资源化利用，富余的二氧化碳J排出系统。通过二氧化碳循环利用的方法，降低了二氧化碳排放量，实现了二氧化碳的资源化利用，并且解决了传统流化床气化底渣冷却技术存在的难题。

如图7所示，本发明实施例中打的流化床气化炉还包括连接管和多个冷渣装置，连接管包括一个入口端和多个并联的出口端，连接管的入口端与气化炉炉膛10的出口连接，连接管的多个出口端与多个冷渣装置一一对应连接。

采用上述多个冷渣装置并联的设置方式，可以采用多个冷渣装置同时运行的方式，也可以采用多个冷渣装置交替运行的方式，从而有利于流化床气化的长周期稳定运行。

需要说明的是，上述冷渣装置可以为上述第一至第三实施例中的任一种或者几种组合，此处并不限于图示相同结构的冷渣装置这一实施例。

本发明的有益效果为：

采用二氧化碳冷渣，可避免因通入水蒸气或喷水降温时出现底渣板结、排渣不畅问题，从而可保障流化床气化炉长周期稳定运行。与氮气、水蒸汽相比，二氧化碳的比热高，携带热量的能力强，降温效果显著、直接换热效率高；冷却相同的底渣时，设备体积小。

从气化炉排出的底渣温度高，二氧化碳可与底渣中残留的碳发生气化反应，从而降低底渣含碳量、提升碳转化率；未反应的二氧化碳可进入气化炉继续参与气化反应，实现了二氧化碳的资源化利用。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例侧重说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于后面说明的方法实施例而言，由于其与系统是对应的，描述比较简单，相关之处参见系统实施例的部分说明即可。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (15)

1.一种冷渣装置，其特征在于，包括：

冷渣罐(20)，沿竖直方向设置并具有冷渣罐入口(21)和冷渣罐出口(22)；

分布器(23)，固定设置在冷渣罐(20)内，分布器(23)具有顶部和边缘部，所述顶部朝向冷渣罐入口(21)，所述边缘部设置有沿竖直方向延伸的贯穿通道(24)，所述顶部上设置有顶点，所述顶点与所述边缘部上的任一点的连线为第一直线，所述第一直线与水平面之间的夹角为锐角；

第一冷却气喷入管(25)，设置在分布器(23)的下方并与贯穿通道(24)的位置对应，第一冷却气喷入管(25)能够向冷渣罐(20)内输入气体。

2.根据权利要求1所述的冷渣装置，其特征在于，在水平投影面内，第一冷却气喷入管(25)伸入冷渣罐(20)内的长度为L1，贯穿通道(24)的内侧端部与冷渣罐(20)内壁之间的距离为L2，其中，2L1≤L2。

3.根据权利要求2所述的冷渣装置，其特征在于，第一冷却气喷入管(25)的轴线与水平面平行。

4.根据权利要求2所述的冷渣装置，其特征在于，第一冷却气喷入管(25)的轴线与水平面之间的夹角范围是5°～60°。

5.根据权利要求1所述的冷渣装置，其特征在于，贯穿通道(24)为多个，多个贯穿通道(24)沿分布器(23)的边缘部对称分布，第一冷却气喷入管(25)也为多个，每个贯穿通道(24)均与至少一个第一冷却气喷入管(25)位置对应。

6.根据权利要求5所述的冷渣装置，其特征在于，在水平投影面内，多个贯穿通道(24)的投影面积之和为s，冷渣罐出口(22)的横截面积为S，其中，0.8S≤s≤1.25S。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的冷渣装置，其特征在于，所述冷渣装置还包括冷却器喷入管组，所述冷却器喷入管组设置在分布器(23)的上方与冷渣罐入口(21)之间。

8.根据权利要求7所述的冷渣装置，其特征在于，所述冷却器喷入管组包括沿竖直方向间隔设置的至少一个喷管层，每个所述喷管层均包括间隔设置的至少两个第二冷却气喷入管(27)。

9.根据权利要求8所述的冷渣装置，其特征在于，第二冷却气喷入管(27)能够向冷渣罐(20)内输入二氧化碳气体和水蒸汽中的一种或者多种组合。

10.根据权利要求7所述的冷渣装置，其特征在于，所述冷渣装置还包括安保冷渣罐(30)，安保冷渣罐(30)沿竖直方向设置，安保冷渣罐入口与冷渣罐出口(22)连接，安保冷渣罐(30)内设置有循环水冷组件(33)。

11.根据权利要求10所述的冷渣装置，其特征在于，安保冷渣罐(30)还包括第三冷却气喷入管(32)，第三冷却气喷入管(32)设置在循环水冷组件(33)的下方并能够向安保冷渣罐(30)内输入二氧化碳气体或氮气。

12.一种流化床气化炉，包括权利要求1至11任一项所述的冷渣装置，其特征在于，所述流化床气化炉还包括：

气化炉炉膛(10)，设置在冷渣罐(20)的上方，气化炉炉膛(10)的出口与冷渣罐入口(21)连通；

气固分离器(11)，与气化炉炉膛(10)的气体出口连接，并用于对气化炉炉膛(10)排出的气体进行气固分离；

降温除尘组件，与气固分离器(11)的气体出口连接，用于对气固分离器(11)排出的含尘煤气进行降温和除尘。

13.根据权利要求12所述的流化床气化炉，其特征在于，所述流化床气化炉还包括返料器(12)，返料器(12)的入口与气固分离器(11)的固体出口连接，返料器(12)的出口与气化炉炉膛(10)连通，返料器(12)能够将气固分离器(11)分离的固体物料输送至气化炉炉膛(10)内。

14.根据权利要求13所述的流化床气化炉，其特征在于，所述流化床气化炉还包括：

水-煤气变换组件(15)，入口与所述降温除尘组件的出口连接，水-煤气变换组件(15)用于将所述降温除尘组件排出的清洁煤气转化为二氧化碳气体和氢气；

气体分离组件(16)，与水-煤气变换组件(15)的出口连接，气体分离组件(16)的二氧化碳气体出口与第一冷却气喷入管(25)的入口连接，气体分离组件(16)能够将二氧化碳气体和氢气分离，并能够将分离后的二氧化碳气体输送至第一冷却气喷入管(25)处。

15.根据权利要求12所述的流化床气化炉，其特征在于，所述流化床气化炉还包括连接管和多个所述冷渣装置，所述连接管包括一个入口端和多个并联的出口端，所述连接管的入口端与气化炉炉膛(10)的出口连接，所述连接管的多个出口端与多个所述冷渣装置一一对应连接。

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