CN1328356C - 一种干粉固体燃料气化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种干粉固体燃料气化方法，包括固体燃料干粉制备、干粉燃料输送加料过程、气化过程和粗煤气换热净化洗涤过程，制粉机制得的固体燃料干粉经选粉器、集粉器和料斗进入加料器，加料器内的干粉以流化态方式与氧气或富氧和水蒸气混合物从气化炉顶部送入炉膛内进行气化反应，生产的粗煤气经过激冷洗涤后，经气化炉底部辐射锅炉或气化炉底部辐射锅炉和对流锅炉的换热降温后，经管式混合器和洗涤水预混合后进入气体洗涤器进一步得以洗涤净化，干净的煤气送下一工序应用。本发明的优点是气化装置投入费用低，原料的消耗低，气化效率高，固体燃料制粉及输送加料系统简单，煤气的清灰简单，固体燃料的热能得到最大合理的利用。

Description

一种干粉固体燃料气化方法
技术领域
本发明涉及能源化工及资源洁净高效利用领域中一种合成气或燃料气的制备方法，特别是涉及一种干粉固体燃料的气化方法。
背景技术
众所周知，含碳氢物质的部分氧化法生产合成气或燃料气技术是重要的化工单元技术之一，引起人们高度重视，从上世纪五十年代初开始一直到现在，经过五六十年技术方面的不断进步，已得到了广泛的应用。固定床、流化床、气流床气化技术在国内外的发展取得巨大的成功，尤其在国内能源资源日益紧俏的今天，气流床气化技术因其气化指标好、节能高效、适应性广，环境友好性，备受众多生产厂家的青睐。
气流床气化技术有干煤粉气流床气化、湿法料浆气化等。Shell气化技术是一种工业化较为成功的干煤粉气化技术，采用多喷嘴加料，喷嘴的数目多，干粉煤的输送计量控制系统复杂，增添了影响气化炉的正常运行的不确定因素，目前用于合成气生产的装置截止现在没有工业化运行的业绩，况且这种气化装置投入费用较高，运行成本亦高；湿法料浆气化技术有水煤浆气化和国内开发的多元料浆气化技术等，在国内多家生产装置上得以应用和推广，但是类似的这种湿法气化的料浆中，含有约40％的水分，导致其气化效率偏低，原料和氧气的消耗较高。
发明内容
本发明的目的是为了克服背景技术的不足，而提供一种气化装置投入费用低，原料消耗低且气化效率高的干粉固体燃料气化方法。
本发明的目的是这样实现的：一种干粉固体燃料气化方法，包括固体燃料干粉制备、干粉燃料输送加料过程、气化过程和粗煤气换热净化洗涤过程，其特征在于：所述固体燃料干粉制备为将粒度小于10mm固体燃料经计量后与来自热风炉7的热风送入制粉机1进行固体燃料的制粉和干燥，进入制粉机1的热风温度控制在180～300℃，含氧量控制在小于0.5％，出制粉机1的温度控制在80～200℃；在热风气力带动下，固体燃料干粉沿管道17进入选粉器2，选粉器2中合格的固体燃料干粉在引风机26提供的输送动力作用下沿管道19进入集粉器3，集粉器3内收集的干粉沿管道22进入料斗4，同时管道20来的介质气为料斗4加压，固体燃料干粉因重力作用进入加料器5，在来自管道15、24的流化气体作用下，加料器5内的干粉以流化态沿管道29与来自管道12的氧气或富氧和水蒸气混合物经单喷嘴34从气化炉6顶部送入气化反应区内进行气化反应，生产出的炽热粗煤气或经过激冷洗涤后，折流向上流向气化炉6侧面的煤气出口，离开气化炉6沿管道40直接进入管式混合器41，和来自管道44的洗涤水预混合后进入气体洗涤器11进一步得以洗涤净化，干净的煤气经管道45送下一工序应用，气体洗涤器11底部洗涤水由泵42沿管道36送气化炉6底部水浴做补充水。
一种干粉固体燃料气化方法，包括固体燃料干粉制备、干粉燃料输送加料过程、气化过程和粗煤气换热净化洗涤过程，其特征在于：所述固体燃料干粉制备为将粒度小于10mm固体燃料经计量后与来自热风炉7的热风送入制粉机1进行固体燃料的制粉和干燥，进入制粉机1的热风温度控制在180～300℃，含氧量控制在小于0.5％，出制粉机1的温度控制在80～200℃；在热风气力带动下，固体燃料干粉沿管道17进入选粉器2，选粉器2中合格的固体燃料干粉在引风机26提供的输送动力作用下沿管道19进入集粉器3，集粉器3内收集的干粉沿管道22进入料斗4，同时管道20来的介质气为料斗4加压，固体燃料干粉因重力作用进入加料器5，在来自管道15、24的流化气体作用下，加料器5内的干粉以流化态沿管道29与来自管道12的氧气和水蒸气或富氧和水蒸气混合物经单喷嘴34从气化炉6顶部送入气化反应区内进行气化反应，生产出的炽热粗煤气经过激冷洗涤后，经气化炉6底部辐射锅炉或气化炉6底部辐射锅炉和与气化炉6煤气出口连接的对流锅炉9的换热降温后，经管式混合器41和来自管道44的洗涤水预混合后进入气体洗涤器11进一步得以洗涤净化，干净的煤气经管道45送下一工序应用，气体洗涤器11底部洗涤水由泵42沿管道36送气化炉6底部水浴做补充水。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、气化原料来源广泛，原料包括煤、石油焦、沥青、残渣等所有含碳氢元素的固体物质，经一种干粉固体燃料气化方法转化成CO、H2、CO2为主要组分的原料气；
2、由于气化原料采用干粉进料，气化炉的操作温度在1200～1800℃，碳的转化率高，原料的消耗较低；
3、气化炉采用水冷壁结构，气化炉内耐火层内置盘管或列管水冷壁，保护并延长气化炉耐火材料的使用寿命，气化原料以单喷嘴下喷的方式送入气化炉反应区，气化加料简单，生成的粗煤气和熔渣并流沿气化炉竖直方向下行，经激冷或换热冷却后，固体渣大部分因向下的惯性浸入炉底部水浴，经渣罐排出。本气化方法清灰方式简单，粗煤气携带的灰尘量低；
4、本方法最大限度的充分合理的利用了粗煤气携带的部分物理热，气化炉水冷壁、气化炉下部辐射锅炉、对流锅炉对气化产生的炽热粗煤气携带的湿热以副产蒸汽的方式及时有效地进行了回收；
5、本方法干粉燃料的制备和输送采用密封形式，气化温度高，碳转化率高，废水、废渣、废气排放量小，对环境友好。
附图说明
图1为本发明所需设备的结构示意图。
具本实施方式
如附图1所示，包括固体燃料干粉制备、干粉燃料输送加料过程、气化过程和粗煤气换热净化洗涤过程。由制粉机1、热风炉7、选粉器2、集粉器3、引风机26组成固体燃料制粉系统，制备固体燃料(煤、石油焦、沥青、焦炭等)干粉以载气(N2或CO2)为输送介质，经料斗4和加料器5组成的单列加料系统连续为气化炉6送料，气化炉6为水冷壁式结构，干粉固体燃料与氧气或富氧和水蒸汽的混合物经喷嘴34从气化炉6顶部以单喷嘴下喷的方式送入气化反应区(气化炉6炉膛)内进行气化反应，生产粗煤气，炽热的粗煤气经过激冷洗涤后，经气化炉6底部辐射锅炉或气化炉6底部辐射锅炉和与气化炉6煤气出口连接的对流锅炉9的换热降温，副产了蒸汽，充分合理的利用了粗煤气携带的部分物理热。大部分灰渣从气化炉6底部渣罐8排出，粗煤气随后经管式混合器41和来自管道44的洗涤水预混合后进入气体洗涤器11进一步得以洗涤净化，较为干净的煤气送下一工序应用。
所述固体燃料干粉制备为将粒度小于10mm固体燃料，经计量后经制粉机1入口的固体燃料输送管道14与来自热风炉7的热风一并送入制粉机1内进行固体燃料的制粉和干燥，进入制粉机1的热风温度控制在180～300℃，含氧量控制在小于0.5％，出制粉机1的温度控制在80～200℃；在热风气力带动下，固体燃料干粉沿管道17进入选粉器2，选粉器2中粒度较粗的颗粒被选粉器2分离出经管道16返回制粉机1入口，选粉器2中合格的固体燃料干粉(水分含量小于10％，最佳含水量小于2％，70％的粒度小于200目，最佳粒度85％小于200目)，这些固体燃料干粉在引风机26提供的输送动力作用下，沿管道19进入集粉器3，在集粉器3内，输送风和固体燃料干粉分离，输送风由管道27进入引风机26，为了维持输送风中的水汽平衡以及热风能量的最大利用，出引风机26的输送风一部分放空，一部分经管道13进入热风炉7循环利用，和热风炉7产生的高温气体混合作为制粉系统的干燥热风。在另一方案中，亦可采用温度在180～300℃，含氧量小于0.5％的工业废气为干燥和输送风源。集粉器3内收集的干粉，沿管道22进入料斗4。
所述集粉器3内的固体燃料干粉是周期性进入料斗4，料斗4内干粉加到一定程度，管道22上的阀门47关闭，管道20来的介质气(介质气选用N2、CO2或冷却的粗煤气)为料斗4加压，压力控制在0～8.0MPa范围，当料斗4和加料器5的压力相等或者料斗4比加料器5压力略高，打开管道23上的阀门48，固体燃料干粉因重力作用进入加料器5，料斗4的干粉全部加入加料器5时，关闭阀门48，打开阀门28，料斗4内介质气携带少量干粉经管道18进入管道19，料斗4的压力降为常压，关闭阀门28，打开阀门47，料斗4开始接受固体燃料干粉。本方法始终维持加料器5内有一定量的固体燃料干粉，满足气化的连续进行。加料器5底部为一干粉流化区，干粉流化气体为介质气，介质气可选用N2、CO2或冷却的粗煤气，干粉以流化态的输送方式沿管道29送至气化单喷嘴34。加料器5的加料方式亦可采用流化态的输送方式+粉煤输送泵组合方式为气化炉6加料，这一方式在附图中未示出。
料斗4的加压气体由介质气输送总管15提供，由阀门21调节控制，沿管道20进入料斗4，加料器5的流化输送介质气体由总管15提供，沿管道24进入加料器5底部的干粉流化区，使固体燃料干粉处于流化状态，可平稳为气化炉6进行加料。
所述的气化反应物料——固体燃料干粉由单喷嘴34送入气化炉6，氧气或富氧和水蒸汽的混合物经管道12和单喷嘴34送入气化炉6，所述气化炉6为水冷壁式结构，水冷壁式结构为盘管或列管水冷壁，管道32为气化炉6水冷壁进水管，管道30为气化炉6水冷壁水汽出口管；管道43为炽热粗煤气激冷介质进口管；单喷嘴34置于气化炉6顶部，以单喷嘴下喷的方式送反应物料入气化反应区(气化炉6炉膛)，在1200～1800℃温度范围内，在0～8.0MPa压力下进行气化反应，生成炽热的粗煤气；粗煤气在渣口下部被来自管道43的激冷介质(激冷介质选用水或冷煤气或蒸汽)冷却至180～300℃并处于饱和状态，气化产生的熔渣迅速固化。粗煤气中携带的大部分固化的灰渣由于向下惯性力的作用，浸入气化炉6底部水浴中，水浴中的灰渣，由气化炉6底部渣阀控制，排入渣罐8中，然后周期性外排；粗煤气然后折流向上流向气化炉6侧面的煤气出口，离开气化炉6沿管道40直接进入管式混合器41。粗煤气在管式混合器41内和来自管道44的水混合，携带的少量飞灰被水浸润，易于水洗净化，粗煤气和水的混合物随后进入气体洗涤器11底部的水浴中，粗煤气被水浴和来自管道46的洗涤水水进一步洗涤净化，干净的粗煤气温度为150～280℃沿管道45送入下一工序应用，气体洗涤器11底部洗涤水由泵42沿管道36送气化炉6底部水浴做补充水或其它设备做补充水，气化炉6底部水浴水沿管道35外排处理。
在另一方法中，粗煤气在渣口下部被来自管道43的蒸汽或水激冷至900℃以下，气化产生的熔渣迅速固化，粗煤气下行气化炉6下部，被气化炉6底部辐射锅炉降温至600℃以下，粗煤气中携带的大部分固化的灰渣由于向下惯性力的作用，浸入气化炉6底部水浴中，水浴中的灰渣由气化炉底部渣阀控制，周期性排入渣罐8中，然后外排；粗煤气然后折流向上流向气化炉6侧面的煤气出口，离开气化炉6沿管道40进入管式混合器41；管道33为辐射锅炉进水管，管道31辐射锅炉水汽出口管。粗煤气在管式混合器41内和来自管道44的水混合，携带的少量飞灰被水浸润，易于水洗净化，粗煤气和水的混合物随后进入气体洗涤器11底部的水浴中，粗煤气被水浴和来自管道46的洗涤水进一步洗涤净化，干净的粗煤气温度为150～280℃沿管道45送入下一工序应用，气体洗涤器11底部洗涤水由泵42沿管道36送气化炉6底部水浴做补充水或其它设备做补充水，气化炉6底部水浴水沿管道35外排处理。
在又一方法中，粗煤气在渣口下部，被来自管道43的蒸汽或水激冷至900℃以下，气化产生的熔渣迅速固化，粗煤气下行气化炉6下部，被气化炉6底部辐射锅炉降温至600℃以下，粗煤气中携带的大部分固化的灰渣由于向下惯性力的作用，浸入气化炉6底部水浴中，水浴中的灰渣由气化炉6底部渣阀控制，周期性排入渣罐8中，然后外排；粗煤气然后折流向上流向气化炉6侧面的煤气出口，离开气化炉6沿管道37进入对流锅炉9，粗煤气在对流锅炉9内进一步被换热降温，管道38为对流锅炉9的进水管，管道39对流锅炉9的水汽出口管，粗煤气温度降至300℃以下，粗煤气携带的少量飞灰由于煤气降温，流速降低，沉积在对流锅炉9的底部，由对流锅炉9底部阀门控制，排入飞灰收集罐10中，然后周期性排放；粗煤气上行沿管道40进入管式混合器41。粗煤气在管式混合器41内和来自管道44的水预混合，携带的少量飞灰被水浸润，易于水洗净化，粗煤气和水的混合物随后进入气体洗涤器11底部的水浴中，粗煤气被水浴和来自管道46的洗涤水进一步洗涤净化，干净的粗煤气温度为150～280℃沿管道45送入下一工序应用，气体洗涤器11底部洗涤水由泵42沿管道36送气化炉6底部水浴做补充水或其它设备做补充水，气化炉6底部水浴水沿管道35外排处理。
以陕西神府煤为原料来实施本发明的运行结果。
原料元素分析(质量)如下：
C    70.80
H    4.85
S    0.40
O    12.09
Aad    5.36
Mad    5.60
发热量：29000j/g。
采用的操作条件如下：干粉煤流量2t/h；氧气纯度98％，氧气流量1180Nm3，4.5MPa的蒸汽70kg/h，气化炉操作压力3.0MPa，温度1450℃；干煤气流量4130Nm3/h，CO+H2含量90.50mo1％，副产4.0MPa的蒸汽1.2t/h，灰渣总量136kg/h(干基)。

Claims (3)

1、一种干粉固体燃料气化方法，包括固体燃料干粉制备、干粉燃料输送加料过程、气化过程和粗煤气换热净化洗涤过程，其特征在于：所述固体燃料干粉制备为将粒度小于10mm固体燃料经计量后与来自热风炉(7)的热风送入制粉机(1)进行固体燃料的制粉和干燥，进入制粉机(1)的热风温度控制在180～300℃，出制粉机(1)的温度控制在80～200℃；在热风气力带动下，固体燃料干粉沿管道(17)进入选粉器(2)，选粉器(2)中合格的固体燃料干粉在引风机(26)提供的输送动力作用下沿管道(19)进入集粉器(3)，集粉器(3)内收集的干粉沿管道(22)进入料斗(4)，同时管道(20)来的介质气为料斗(4)加压，固体燃料干粉因重力作用进入加料器(5)，在来自管道(15、24)的流化气体作用下，加料器(5)内的干粉以流化态沿管道(29)与来自管道(12)的氧气或富氧和水蒸气混合物经单喷嘴(34)从气化炉(6)顶部送入气化反应区内进行气化反应，在1200～1800℃温度范围内，在0～8.0MPa压力下进行气化反应，干粉固体燃料和氧气用量的比例为590Nm3氧气/吨煤，干粉固体燃料和蒸汽的用量比例为35kg蒸汽/吨煤，生产出的炽热粗煤气或经过激冷洗涤后，折流向上流向气化炉(6)侧面的煤气出口，离开气化炉(6)沿管道(40)直接进入管式混合器(41)，和来自管道(44)的洗涤水预混合后进入气体洗涤器(11)进一步得以洗涤净化，干净的煤气经管道(45)送下一工序应用，气体洗涤器(11)底部洗涤水由泵(42)沿管道(36)送气化炉(6)底部水浴做补充水。
2、一种干粉固体燃料气化方法，包括固体燃料干粉制备、干粉燃料输送加料过程、气化过程和粗煤气换热净化洗涤过程，其特征在于：所述固体燃料干粉制备为将粒度小于10mm固体燃料经计量后与来自热风炉(7)的热风送入制粉机(1)进行固体燃料的制粉和干燥，进入制粉机(1)的热风温度控制在180～300℃，出制粉机(1)的温度控制在80～200℃；在热风气力带动下，固体燃料干粉沿管道(17)进入选粉器(2)，选粉器(2)中合格的固体燃料干粉在引风机(26)提供的输送动力作用下沿管道(19)进入集粉器(3)，集粉器(3)内收集的干粉沿管道(22)进入料斗(4)，同时管道(20)来的介质气为料斗(4)加压，固体燃料干粉因重力作用进入加料器(5)，在来自管道(15、24)的流化气体作用下，加料器(5)内的干粉以流化态沿管道(29)与来自管道(12)的氧气或富氧和水蒸气混合物经单喷嘴(34)从气化炉(6)顶部送入气化反应区内进行气化反应，在1200～1800℃温度范围内，在0～8.0MPa压力下进行气化反应，干粉固体燃料和氧气用量的比例为590Nm3氧气/吨煤，干粉固体燃料和蒸汽的用量比例为35kg蒸汽/吨煤，生产出的炽热粗煤气或经过激冷洗涤后，经气化炉(6)底部辐射锅炉或气化炉(6)底部辐射锅炉和与气化炉(6)煤气出口连接的对流锅炉(9)的换热降温后，经管式混合器(41)和来自管道(44)的洗涤水预混合后进入气体洗涤器(11)进一步得以洗涤净化，干净的煤气经管道(45)送下一工序应用，气体洗涤器(11)底部洗涤水由泵(42)沿管道(36)送气化炉(6)底部水浴做补充水。
3、根据权利要求1或2所述的一种干粉固体燃料气化方法，其特征在于：所述气化炉(6)为水冷壁式结构，水冷壁式结构为盘管或列管水冷壁，管道(32)为气化炉(6)水冷壁进水管，管道(30)为气化炉(6)水冷壁水汽出口管；管道(43)为炽热粗煤气激冷介质进口管；管道(33)为辐射锅炉进水管，管道(31)为辐射锅炉水汽出口管，单喷嘴(34)置于气化炉(6)顶部。
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