CN201151710Y - 分级煤气化装置 - Google Patents

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Abstract

一种分级煤气化装置包括流化床反应器、固定床反应器、气流床反应器，其特征在于流化床气化反应器下端通过排灰加料段连通有固定床气化反应器，顶部由出口管经烧嘴与气流床气化反应器连通，并利用现有的煤气净化系统、排渣系统、水处理系统以及渣水处理系统实现煤的分级气化。该装置所用的原料煤范围广，碳转化率及热效率高，投资及消耗费用低，煤气中的CH4及CO2含量小，适宜于大规模或超大规模煤基合成气的生产。

Description

分级煤气化装置
技术领域
本实用新型是一种原料煤分级气化的装置，尤其是流化床气化反应器、固定床气化反应器以及气流床反应器集成的一种分级煤气化装置。
背景技术
现有的煤气化装置主要有固定床、移动床、流化床及气流床三种气化装置，其装置各有特点及适用范围。
以Lurgi为代表的固定床结构的煤气化炉，使用碎煤6mm～50mm为原料，可气化含水量高达20％、含灰量高达40％、灰熔点大于1500℃的高硫低活性煤，其入炉煤料的处理费用较低，气化效率达89％，碳转化率达99.7％；操作弹性可低至30％，但致命的缺点是煤气中富含甲烷成份，对合成气生产不利，且含有大量煤尘、焦油等干馏有机物；蒸汽分解率只有36％～38％，使生产过程中的蒸汽耗量大，煤气净化过程中产生大量的高含尘、焦油、轻油、酚及有机酸等有机物的废水，废水处理费用大且不易达标排放；另外由于不能够使用0mm～6mm的煤粉，不能适应现代化采煤及供煤的要求，即使液态排渣的BGL技术，也无法完全采用粉煤供料；再者由于床层透气性的要求，无法使用CSN超过7的强粘接性煤。
以Winkler及HTW为代表的流化床煤气化炉，可大量使用0.5mm～6mm的粉煤原料，由于入炉原煤无须磨细，相对处理费用较低；气化过程温度适中、均匀，不产生焦油、轻油类高污染有机物，可减轻煤气水处理费用；尤其以U-gas为代表的灰融聚气化炉结构，使原料煤的适应性增强，气化效率及碳转化有了进一步的提高；由于炉内温度均匀且接触面积大，可使用石灰等脱硫剂进行炉内脱硫，节省煤气处理费用。但其最大的缺点是大量粉尘随煤气后移，使其控制粉尘的除尘费用较大，且造成后续设备的较大磨损；另外由于细粉煤的连续加料，要求入炉水分有较严格的限制，为此需增加煤的干燥，提高了煤的处理费用；再者，由于高温排渣及粉尘后移等影响，其气化效率只有76％～78％，碳转化率只有95％～97％。
以Texaco、Shell、Prenflo等为代表的气流床煤气化炉，由于高温操作，其煤气成份中不含焦油、酚类等物质，甲烷含量极低，对合成气生产极为有利；灰渣以玻璃态排出，不需增加处理费用；对原料活性要求低，煤种适应性较强；尤其是干煤粉进料技术的发展，使其冷煤气效率及碳转化率进一步提高，可分别达到78％～81％和98％～99％；但由于其煤粒在炉内的停留时间很短，要求煤的粒度＜0.1mm～1mm不仅需要进行煤的研磨而且还应将其水分干燥至＜2％以下，使其入炉煤的处理费用很高；为保持较高的气化效率及碳转化率，对其反应活性及灰份有较严的要求，尤其不适合高灰熔点、高灰分和低活性煤的气化。
上述三种煤气化炉结构不同，不能够适用各种煤原料及各种煤产品气的生产，但三种煤气化炉具有一定的互补性，对此国内外均作了有益的工作，如流化床与气流床结合的CGT(Carbon Gas Technologie Gmbh)煤气化炉结构，固定床与气流床相结合的碎煤气化炉结构，但未将三种气化炉的结构优势充分发挥出来，发明人在这方面作了进一步的探讨。
发明内容
本实用新型基于上述现有技术存在的问题，提供一种集固定床、流化床及气流床为一体的对原料煤进行分级气化的装置。
本实用新型根据流化床气化技术以及流态化原理，在适中的气化温度下对中等粒度的煤进行气化的同时，可为固定床气化炉提供大粒状原料，同时由于气流夹带可为气流床气化炉提供原料，实施其原料煤的炉内分级。
根据现代化采煤技术以及原料煤的粒度构成，煤粉及流化床夹带可满足气流床原料要求直接供流化床气化。而固定床气化时要求大颗粒粒径，这样采用原煤供料只需将占约5％～10％原煤进行简单的破碎而无须筛分及干燥即可满足分级气化的入炉原料要求。考虑固定床供料由流化床底部排料进行时的选择性及尽可能提高流化床负荷的要求，破碎粒径原则上应考虑＜25mm为佳，最大50mm。
同时分析流化床气化出口煤气特性，其出口气体温度约950℃～1100℃，甲烷含量2％～4％，CO212％～16％，H2O10％～15％，粉尘(含碳60％～70％)约5～10Kg/m3，其粒径构成为＜25μm约占2.6％，＜67μm约占20.8％，＜127μm约占72.8％，＜167μm约占92.8％，＜355μm约占99.8％，最大粒径≯0.5mm，对比典型的干式进料气流床对入炉煤要求＜25μm≥94％，密相输送含固量达25Kg/m3，客观上具备流化床出口高含尘气体直接进行干式进料气流床进一步气化的条件。
再者流化床气化底部的排料其一是由入炉煤沉降速度高于流化速度的大颗粒原料，其二是流化床反应形成的高灰含量的渣粒组成，其两部分排料含碳量分别为60％～70％及20％～30％，粒度5mm～25mm，最大50mm，同时由于排料温度高达950℃～1000℃且挥发份基本吹除，对大颗粒原料煤又具有瘦化作用，完全满足固定床对气化供煤的要求，使较强粘接煤使用成为可能。
综上所述，只要有效地将上述三种气化反应器结构合理耦合，可以实施原料煤的高效分级气化。
本实用新型实施分级煤气化装置的技术方案包括流化床气化反应器、固定床气化反应器、气流床气化反应器，固态或液态排渣系统，煤气净化和水处理以及渣水处理系统，其结构特征在于流化床气化反应器是由流化床气化反应器密相段和流化床气化反应器稀相段构成，流化床气化反应器下端通过排料段连通有固定床反应器，其中设有炉篦气化剂分布器及炉篦驱动马达，下端连通有下灰室和灰锁，流化床气化反应器稀相段通过流化床气化反应器气体出口管经气流床气化反应器顶部的烧嘴与气流床气化反应器连通，其中设有激冷环，下端连通有激冷室、受渣斗及渣锁。
上述分级煤气化装置的技术方案中至少包括一台流化床气化反应器；至少包括一个带有气化剂入口的并于流化床气化反应器气体出口直接连通的烧嘴；至少包括一台可实施液态或固态排渣的气流床气化反应器以及一台同样可实施液态或固态排渣的并直接连通流化床气化反应器密相区底部的固定床气化反应器。其固定床气化反应器的床层高度小于现有固定床气化反应器的床层高度。其固定床气化反应器可以是固态排渣也可以是液态排渣。其烧嘴的通道至少是两个以上的多通道的烧嘴。
本实用新型采用分级煤气化装置是以流化床气化反应器为基础，以流态化原理对原料煤进行炉内分级及流化反应，起到承上启下的核心作用。流化床气化反应器下方直接连接固定床气化反应器，而上部直接通过烧嘴与气流床气化反应器连接，实施高效分级气化。
本实用新型用于分级煤气化的装置。原料煤利用公知技术加入流化床气化反应器下部密相区，利用气化剂及固定床出口煤气作为流化介质进行床层流化分级反应。反应后的气体经流化床气化反应器的顶部烧嘴，利用气化剂在烧嘴中混合进入气流床气化反应器中进行细煤粒的反应及气体成份的调整，离开气流床气化反应器的气体及熔渣由激冷环进入激冷室，在此激冷及气体洗涤饱和，激冷饱和后的粗煤气及玻璃态渣由公知技术排出及处理；反应后的固态高温渣及分级后的大粒径入炉煤通过选择分离段进入固定床气化反应器，并在此利用气化剂进行以氧化反应为主的气化过程，固定床反应产生的热煤气作为选择性排灰段的流化介质，在控制入炉渣残碳后进入流化床气化反应器密相区进一步进行气体调整及反应，固定床气化反应后的低残碳渣通过气化剂冷却后经炉篦进入下灰室进而利用公知技术排出系统。
本实用新型采用分级煤气化的装置，其显著的特点之一是原料煤可使用原煤，且只需简单的破碎无须筛分即可进入系统，同时由于采用0mm～25mm最大50mm的颗粒进料，无须干燥即可直接使用＜20％水分的原料，备煤只需设置简单的干煤棚即可，大大降低了入炉煤的处理费用。
特点之二是原料煤种几乎可以使用除强粘结性的焦煤之外的所有煤种，扩大了原料煤供应途径。由于流化床气化反应器密相区的瘦化作用，对于固定床气化反应器在不增加搅拌装置的情况下可气化较强粘结性煤，又由于固定床气化反应器的高热效率及高碳转化率可以使原料煤的灰分要求放宽至40％，灰熔点可达到1500℃以上，由于气流床气化反应器操作温度可达1400℃以上，煤的反应活性要求可以大幅度降低，包括无烟煤、石油焦及石煤均可作为气化原料使用。
特点之三是携带有大量粉尘的富含甲烷及较高CO2成份的流化床气化反应器出口高温气体，经多通道烧嘴直接进入气流床气化反应器，不仅大大减化了流程及除尘热回收投资，且充分利用了气体中未分解的水蒸汽并显著地节约了O2耗量。
特点之四是固定床气化反应器及气流床气化反应器针对不同原料可实施固-液态不同的排渣方式，以提高其整体热效率及碳转化率。
特点之五是由于采用分级气化装置，其三种气化反应器的负荷可以进行灵活调整，易于规模及超大规模化，尤其固定床气化反应器及气流床气化反应器均可小型化，可有效降低设备及厂房高度。
特点之六是装置入炉煤系统、固态(液态)排渣系统、煤气净化、渣水、煤气水处理系统均可采用公知技术，增加系统可靠性。
特点之七是由于实施分级气化及不同类型气化反应器的高效耦合，利用固定床气化反应器及气流床气化反应器降低了渣中残碳及回收了绝大部分渣中的热量，有效地提高了系统碳转化率及热效率；利用流化床气化反应器的瘦化作用，避免了固定床气化反应器的结焦，利用固定床气化反应器的生成气作为流化床的流化介质，不仅可以对流化床气化系统作选择性排放、减少作为流化介质的蒸汽耗量，而且克服了固定床气化水蒸汽分解率低的问题，并且利用气流床气化反应器进一步提高了蒸汽分解率，降低了蒸汽耗量，利用气流床气化反应器使其固定床气化反应器及流化床气化反应器中CH4及CO2成份得以转化和调整，利用固定床气化反应器及气流床气化反应器高温供料大大降低了装置O2耗。
综上所述，本实用新型分级煤气化装置的优势在于入炉煤可以使用仅需要简单破碎的原煤且不需要干燥，入炉煤处理费用低；煤种适应性强，可以使用除强粘结性外的几乎所有煤种，尤其适应高水份、高灰份、高灰熔点和低活性煤；碳转化率及热效率高；投资及消耗费用低；煤气中CH4及CO2含量小、有效气成份高；适宜于大规模或超大规模煤基合成气的生产。
附图说明
附图是本实用新型装置的原理流程结构示意图
图中：1：流化床气化反应器密相段  2：流化床气化反应器稀相段  3：排灰加料段  4：固定床气化反应器  5：炉篦气化剂分布器  6：下灰室  7：炉篦驱动马达  8：灰锁 9：流化床气化反应器气体出口管  10：烧嘴  11：气流床气化反应器  12：激冷室  13：激冷环  14：受渣斗  15：渣锁  16：原料煤入口  17：气化剂入口  18：低残碳渣排出口  19：含尘粗煤气管  20：气化剂入口  21：冷却水进口  22：粗煤气出口  23：待处理激冷水出口  24：激冷水入口  25：循环冲渣水入口  26：循环冲渣水出口  27：充压灰水进口  28：玻璃态渣出口  29：气化剂入口  30：冷却水出口
具体实施方式
本实用新型分级煤气化可以在如下装置中实施。
这种装置的基本特征是：一台带有流化床气化反应器密相段(1)和流化床气化反应器稀相段(2)的流化床气化反应器，在流化床气化反应器密相区(1)的底部通过排灰加料段(3)直接连接一台固定床气化反应器(4)，在流化床气化反应器稀相区(2)的顶部通过烧嘴(10)直接连接气流床气化反应器(11)，原料煤入口(16)设在流化床气化反应器密相区(1)，依据三段气化反应的不同目的在流化床气化反应器、固定床气化反应器(4)及气流床气化反应器(11)上均设有不同蒸汽与氧气比例的气化剂入口(17、20)，包括两套固态或液态排渣系统(6、8及14、15)，及未涉及的加煤、粗煤气洗涤净化煤气水及渣水处理系统均可采用公知技术实施。
用一实例进一步说明本实用新型：
使用0mm～25mm(最大50mm)的烟煤为原料，操作压力3.0MPa，操作温度分别为1050℃(流化床)、1200℃(固定床)、1400℃(气流床)，通过分级气化装置后粗煤气气体成份(激冷前)为：
H2：34.68％  CO2：7.70％  CO：39.26％  CH4：0.06％  N2：1.41％  H2S：0.08％
NH3：0.01％  H2O：16.8％
碳转化率：98.37％  冷煤气效率：78.96％
消耗指标为(KNm3CO+H2)煤耗：508.49Kg  汽耗：418.51Kg O2消耗：226.80Nm3
投资强度：220～260元/(KNm3CO+H2)
整体上无论从气体成份、消耗指标，还是投入产出比均明显优于任何一种单独气化方法，且节能减排效果明显。

Claims (5)

1.一种分级煤气化装置，包括流化床气化反应器、固定床气化反应器、气流床气化反应器，固态或液态排渣系统，煤气净化和水处理以及渣水处理系统，其特征在于流化床气化反应器是由流化床气化反应器密相段(1)和流化床气化反应器稀相段(2)构成，流化床气化反应器下端通过排灰加料段(3)连通有固定床气化反应器(4)，其中设有炉篦气化剂分布器(5)及炉篦驱动马达(7)，下端连通有下灰室(6)和灰锁(8)，流化床气化反应器稀相段(2)通过流化床气化反应器气体出口管(9)经气流床气化反应器(11)顶部的烧嘴(10)与气流床气化反应器(11)连通，其中设有激冷环(13)，下端连通有激冷室(12)、受渣斗(14)及渣锁(15)。
2.如权利要求1所述的分级煤气化装置，其特征在于该装置至少包括一台流化床气化反应器；至少包括一个带有气化剂入口(20)的并于流化床气化反应器气体出口直接连通的烧嘴(10)；至少包括一台可实施液态或固态排渣的气流床气化反应器(11)以及一台同样可实施液态或固态排渣的并直接连通流化床气化反应器密相段(1)底部的固定床气化反应器(4)。
3.如权利要求1所述的分级煤气化装置，其特征在于固定床气化反应器(4)的床层高度小于现有固定床气化反应器的床层高度。
4.如权利要求1、2或3所述的分级煤气化装置，其特征在于固定床气化反应器(4)是固态排渣或是液态排渣。
5.如权利要求1或2所述的分级煤气化装置，其特征在于烧嘴(10)的通道至少是两个以上的多通道的烧嘴。
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