CN204607937U - 一种煤气化反应装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及煤气化领域，尤其涉及一种煤气化反应装置。能够提高飞灰的碳转化率并延长装置的稳定运行周期。克服了现有技术中气化反应区温度与气速较低，导致飞灰的碳转化率低，以及飞灰容易结渣和烧结使得装置运行不稳定的缺陷。本实用新型实施例提供的一种煤气化反应装置，包含流化床气化单元，飞灰分离单元及返灰单元；其中，气化单元产生的包含飞灰的煤气进入飞灰分离单元进行气固分离，所分离的飞灰通过所述返灰单元进入所述气化单元的中心射流区进行二次气化。

Description

一种煤气化反应装置

技术领域

本实用新型涉及煤气化领域，尤其涉及一种煤气化反应装置。

背景技术

煤气化是煤炭高效、清洁利用的核心技术之一，目前在各种煤炭气化工艺中，流化床工艺具有气固物料混合充分的特点，利于传热、传质和气化反应，成为煤炭气化工艺中最为成熟的工艺。流化床是指将大量固体颗粒悬浮于运动的流体之中，从而使颗粒具有流体的某些表观特征，这种流固接触状态也称为固体流态化。然而，在流化床工艺中，所产生的煤气夹带飞灰的含碳量较高，如果不能对飞灰进行再利用会造成能源的浪费，因此，需要对飞灰进行再利用。

目前飞灰的再利用主要有两种：循环燃烧和二次气化。循环燃烧是将旋风分离器补集到的飞灰通入另外一台流化床再燃烧的过程，此工艺虽然能够提高飞灰的再利用率，但是工艺复杂；二次气化是将飞灰通过返料系统送入气化炉进行再次气化的过程，现有技术是将飞灰通过返灰系统送入气化炉气化反应区再次气化，参见图1，该区的温度低于飞灰最佳转化温度，导致飞灰碳转化率低，同时该区的气速较低，大量物料堆积不能及时分散容易造成结渣，导致装置运行稳定性差。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于，提供一种煤气化反应装置，能够提高飞灰的碳转化率并延长装置的稳定运行周期。

为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

本实用新型实施例提供一种煤气化反应装置，包含流化床气化单元，飞灰分离单元及返灰单元；

其中，所述流化床气化单元包含气化炉，所述气化炉用于进行煤气化反应，且所述煤气化反应产生的包含飞灰的煤气进入所述飞灰分离单元；

所述飞灰分离单元用于将所述包含飞灰的煤气进行气固分离，且所分离的飞灰通过所述返灰单元进入所述气化炉的中心射流区进行二次气化。

优选的，所述返灰单元与所述气化炉的气体分布板区连通，使得进入返灰单元的飞灰经所述气体分布板区进入所述中心射流区进行二次气化。

其中，所述返灰单元包括返灰控制器，气力输送管以及第一返灰管，所述第一返灰管的进口与所述返灰控制器连通，出口的一端位于所述气化炉气室内且出口设置于气体分布器与排渣管的连接处。

可选的，所述气体分布器与排渣管之间设置有渐缩管，所述第一返灰管的出口设置于所述渐缩管与所述气体分布器的连接处。

进一步可选的，所述流化床气化单元还设置有中心射流管且所述中心射流管的出口水平高度低于所述第一返灰管的出口。

优选的，所述中心射流管位于所述气体分布器，渐缩管和排渣管的中轴线上。

可选的，所述第一返灰管与所述气化炉炉壁的夹角为90-160度。

其中，所述第一返灰管的出口中心线与所述中心射流管的中心线夹角为20-60度。

优选的，所述第一返灰管的出口中心线与所述中心射流管的中心线夹角为40度。

进一步优选的，所述返灰单元包括至少两个第一返灰管，其中所述至少两个第一返灰管的出口均匀分布于所述渐缩管上。

本实用新型实施例提供的一种煤气化反应装置，当返灰单元的飞灰进入所述中心射流区进行二次气化时，由于所述中心射流区为负压区，降低了飞灰进入气化炉的难度，而所述中心射流区的温度与气速与所述气化反应区相比都较高，使得飞灰能够充分流化，减少飞灰的结渣与烧结，从而提高飞灰的碳转化率。克服了现有技术中气化反应区温度与气速较低，导致飞灰的碳转化率低，以及飞灰容易结渣和烧结使得装置运行不稳定的缺陷。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述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实用新型的一些实施例，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为现有技术提供的一种煤气化反应装置图；

图2为本实用新型实施例提供的一种煤气化反应装置图；

图3为本实用新型实施例提供的另一种煤气化反应装置图；

图4为本实用新型实施例提供的另一种煤气化反应装置图；

图5为本实用新型实施例提供的另一种煤气化反应装置图；

图6为本实用新型实施例提供的另一种煤气化反应装置图；

图7为本实用新型实施例中提供的一种二次气化反应区局部放大图；

图8为本实用新型实施例提供的再一种二次气化反应区局部放大图；

图9为本实用新型实施例提供的一种煤气化反应方法流程图。

其中，1-气化炉；2-旋风分离器；3-第二返灰管；4-返回控制器；5—气力输送管；6-第一返灰管；7-气体分布器；8-渐缩管；9-排渣管；10-中心射流管；11-气室；12-环管气化剂进气管；13-气化剂进气管；14-进煤管；A-气化反应区；B-二次气化反应区；C-气体分布板区；D-中心射流区。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

参见图2，为本实用新型实施例提供的一种煤气化反应装置的具体实施例，包括：流化床气化单元100，飞灰分离单元200及返灰单元300；

所述流化床气化单元100包含气化炉1，所述气化炉1用于进行煤气化反应，且所述煤气化反应产生的包含飞灰的煤气进入所述飞灰分离单元200；

所述飞灰分离单元200用于将所述包含飞灰的煤气进行气固分离，且所分离的飞灰通过所述返灰单元300进入所述气化炉的中心射流区D进行二次气化。

本实用新型实施例提供的一种煤气化反应装置，当通过返灰单元的飞灰进入所述气化炉的中心射流区D进行二次气化时，由于所述中心射流区D为负压区，降低了飞灰进入气化炉的难度，而所述中心射流区D的温度和气速与所述气化反应区A相比都较高，使得飞灰能够充分流化，减少飞灰的结渣与烧结，从而提高飞灰的碳转化率，延长装置的稳定运行周期；克服了现有技术中气化反应区温度与气速较低，导致飞灰的碳转化率低，以及飞灰容易结渣和烧结使得装置运行不稳定的缺陷。

为了方便描述，将所述气化炉1划分为几个区域，参见图3，其中，所述气化炉1的气化反应区为图3中A所示的区域，该区域包括进煤管14，该区域位于所述二次气化反应区B上方，为煤在气化炉1内发生煤气化反应的主要区域，该区温度较所述气体分布板区C和所述中心射流区D低，一般为700℃-900℃

其中，所述气化炉1的二次气化反应区为图3中B所示区域。

所述二次气化反应区B中的气体分布板区为图3中C所示区域，该区温度一般为750℃-950℃；所述二次气化反应区B中的中心射流区为图2中D所示区域，为蒸汽与氧气的混合气体喷入气化炉1内形成的局部高温区，该区温度最高，一般为800℃-1000℃。

参见图3，气室11、气体分布器7与排渣管9处在所述二次气化反应区B，其中，所述排渣管9上设置有环管气化剂进气管12，所述气室11上设置有气化剂进气管13。其中，气体分布器7位于气室11的上部，呈倒锥状，气体分布器7上有均匀分布的气体出口，所述气体分布器7和气室11可设置耐火及保温材料。所述气室11为气化剂经过的区域，该区域温度最低，一般为450℃-550℃。

所述飞灰分离单元可以包括旋风分离器2与第二返灰管3；所述返灰单元包括返灰控制器4、气力输送管5与第一返灰管6；所述旋风分离器2与所述气化炉1的顶部连通，并通过第二返灰管3与所述返灰控制器4连通，所述返灰控制器4通过第一返灰管6与气化炉1的气体分布板区C连通。

具体的反应过程为：煤粉经所述进煤管14进入气化炉1内的气化反应区A，同时，气化剂分别通过环管气化剂进气管12与气化剂进气管13由气体分布器7上均匀分布的气体出口进入气化炉1内，所述煤粉与所述气化剂在气化反应区A逆流接触发生气化反应，气化反应后产生夹带飞灰的煤气和固体残渣，固体残渣在重力作用下通过排渣管9排出，而夹带飞灰的煤气从气化炉1顶部进入到旋风分离器2，经旋风分离器2分离后气体由旋风分离器上部离开，而飞灰在重力作用下，流出旋风管排灰口进入所述第二返灰管3，所述第二返灰管3可以为立式返灰管，使得飞灰通过所述第二返灰管3到达返灰单元；此时，飞灰输送气经返灰单元的气力输送管5流入返灰控制器4，将返灰控制器4中的飞灰经过第一返灰管6送入到气化炉1中的中心射流区D进行二次气化。

需要说明的是，飞灰经过第一返灰管6可以进入气化炉1中的气体分布板区C、中心射流区D或者气化反应区A，但是，飞灰经过第一返灰管6可以进入气化炉1中的气化反应区A时，如图1所示，该区的温度低于飞灰最佳转化温度，导致飞灰碳转化率低，同时该区的气速较低，大量物料堆积不能及时分散容易造成结渣，而只有当飞灰经过第一返灰管6可以进入气化炉1中的中心射流区D时，由于此区温度和气速较高，能够提高飞灰的碳转化率，减少飞灰的烧结与结渣。

为了使得飞灰经过所述第一返灰管6进入中心射流区D，有多种实现方式，优选的，所述第一返灰管6的进口与所述返灰控制器4连通，出口的一端位于所述气室11内且出口设置于气体分布器7与排渣管9的连接处。此时，由于气室11内温度较低，且为气化剂经过的区域，能够避免气化炉物料对第一返灰管6外壁的烧结与磨损，延长第一返灰管6的使用寿命。

为了使返灰效果更好，优选的，参见图4、图5、图6与图8，所述气体分布器7与排渣管9之间设置有渐缩管8，所述第一返灰管6的出口设置于所述渐缩管8与所述气体分布器7的连接处。

需要说明的是，在此对第一返灰管6与所述气化炉1的连接方式不做限定，例如，可以为焊接、法兰连接等，为了便于拆卸维修，优选的，所述第一返灰管6与所述气化炉1的连接方式为法兰连接。

为了保持飞灰的最佳流动状态，优选的，参见图2、图3、图4与图5，所述第一返灰管6与所述气化炉1炉壁的夹角b为90-160度。

进一步优选的，参见图4与图6，所述第一返灰管6与所述气化炉1炉壁的夹角b为90度。

其中，所述第一返灰管6的出口设置于所述渐缩管8与所述气体分布器7的连接处时，一种实现方式是，如图3、图4与图5所示，处在气体分布板区的第一返灰管6的出口直接设置于所述渐缩管8与所述气体分布器7的连接处，另一种实现方式是，如图6所示，处在气体分布板区A的第一返灰管6的出口以一定的角度c设置于所述渐缩管8与所述气体分布器7的连接处；对所述一定的角度c不做限定，只要飞灰在所述第一返灰管6中能够平滑流动即可。

需要说明的是，如图6所示，所述处在气体分布板区A的第一返灰管6的出口呈一定角度c设置时，为了消除热应力，优选的，该一定角度c的夹角处采用膨胀节连接。

在本实用新型实施例中，优选的，参见图3、图4、图5、图6与图8，所述流化床气化单元还设置有中心射流管10，且所述中心射流管10的出口水平高度低于所述第一返灰管6的出口，采用此结构，使得飞灰在进入气化炉1中时，与所述中心射流管10喷入的蒸汽与氧气充分接触，而此时蒸汽与氧气的喷入气速较高，将飞灰带入到温度最高的中心射流区进行二次气化，能够提高飞灰的碳转化率，还可以根据返灰量合理设置所述中心射流管10内的气体配比与通入量，进一步提高飞灰的碳转化率。

进一步优选的，参见图3、图4、图5、图6与图8，所述中心射流管10位于所述气体分布器7，渐缩管8和排渣管9的中轴线上。

为了保证飞灰进入气化炉1后能够充分被流化，优选的，参见图3、图5与图6，所述第一返灰管6的出口中心线与所述中心射流管10的中心线夹角a为20-60度。夹角太小，飞灰喷入气化炉1为纵向分散，不利于飞灰的横向流化，夹角太大，飞灰喷入气化炉1为横向分散，不利于飞灰的纵向流化。

进一步优选的，参见图6与图7，所述第一返灰管6的出口中心线与所述中心射流管10的中心线夹角a为40度。

其中，需要说明的是，所述第一返灰管6的直径在此不做限定，可根据返灰量与气化反应来进行灵活确定，以使飞灰能够顺利进入所述中心射流区为宜，当气体量一定，而返灰量大时，若第一返灰管6直径太小，会造成飞灰在所述第一返灰管6中流动阻力大，返灰不稳定，当返灰量一定时，第一返灰管6直径太大所需输送气量太大，会影响气体组分。

需要说明的是，在飞灰量过大时，为了进一步提高飞灰的输送能力，一种优选的装置是，所述返灰单元包括至少两个第一返灰管6，其中所述至少两个第一返灰管6的出口均匀分布于所述渐缩管8或者所述渐缩管8与气体分布器7的连接处。

示例性的，参见图8，所述返灰单元包括两个第一返灰管6，其中所述两个第一返灰管6的出口均匀分布于所述渐缩管8上。此时，当飞灰通过所述第一返灰管6喷入所述中心射流区时，所述两部分飞灰形成对喷，使得飞灰流化更均匀，反应更充分；同时，避免了出口分布不均匀造成飞灰喷到气化炉1内壁，造成设备磨损的缺陷。

另一方面，本实用新型实施例提供一种煤气化反应方法，该方法可以由上述任一实施例所述的煤气化反应装置实现，参见图9，该方法包括：

901、煤在气化炉内进行煤气化反应，产生包含飞灰的煤气；

其中，具体反应过程与上述实施例的反应过程相同，在此不再赘述。

902、将所述包含飞灰的煤气进行气固分离；

具体过程见上述实施例的反应过程，在此不再赘述。

903、将所述分离的飞灰经气化炉的气体分布板区通入气化炉的中心射流区进行二次气化。

具体过程见上述实施例的反应过程，在此不再赘述。

其中，所述煤气化反应的温度为700-900℃，压力为0.1-3.5MPa，所述二次气化的温度比所述煤气化反应的温度高50℃-100℃。

本实用新型实施例提供的一种煤气化反应方法，当进入返灰单元的飞灰经所述气体分布板区进入所述中心射流区进行二次气化时，由于所述中心射流区为负压区，降低了飞灰进入气化炉的难度，而所述中心射流区的温度和气速与所述气化反应区相比都较高，使得飞灰能够充分流化，减少飞灰的结渣与烧结，从而提高飞灰的碳转化率，延长装置稳定运行时间。克服了现有技术中气化反应区温度与气速较低，导致飞灰的碳转化率低，以及飞灰容易结渣和烧结使得装置运行不稳定的缺陷。

试验例：

为了客观地评价本实用新型的效果，在下面实验例中对本实用新型实施例与现有技术对比例中装置稳定运行后，分别设定相同的装置运行时间，设定射流区温度为880℃-900℃，返灰量也相同，对装置运行情况、飞灰碳转化率与飞灰结渣情况进行对比测试。

对比例：

参见图1，在图1所示装置中，第一返灰管设置于气化反应区。

实施例1

参见图3，在图3所示装置中，第一返灰管设置于气体分布板区，且第一返灰管与气化炉的夹角为160度，中心射流管中心线与第一返灰管出口的中心线夹角为20度。

实施例2

参见图5，在图5所示装置中，第一返灰管设置于气体分布板区，且第一返灰管与气化炉的夹角为120度，中心射流管中心线与第一返灰管出口的中心线夹角为60度。

实施例3

参见图6与图7，在图6与图7所示装置中，第一返灰管设置于气体分布板区，且第一返灰管与气化炉的夹角为90度，中心射流管中心线与第一返灰管出口的中心线夹角为40度。

结果参见表1：

表1

从表1可以得出：在射流区温度和返灰量相同的情况下，本实用新型实施例与现有技术对比例中装置运行相同的时间以24小时为例，本实用新型实施例中飞灰的碳转化率为95.6％，无结渣；而现有技术对比例中飞灰的碳转化率为93.2％，且有结渣，不难得出：本实用新型实施例能够提高飞灰的碳转化率，减少飞灰结渣，进而提高飞灰的再利用率；此时，本实用新型实施例中装置运行情况为正常，而现有技术对比例中装置运行情况则为异常可以得出：本实用新型实施例能够延长装置的稳定运行周期。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种煤气化反应装置，其特征在于，包含流化床气化单元，飞灰分离单元及返灰单元；

其中，所述流化床气化单元包含气化炉，所述气化炉用于进行煤气化反应，且所述煤气化反应产生的包含飞灰的煤气进入所述飞灰分离单元；

所述飞灰分离单元用于将所述包含飞灰的煤气进行气固分离，且所分离的飞灰通过所述返灰单元进入所述气化炉的中心射流区进行二次气化。

2.根据权利要求1所述的煤气化反应装置，其特征在于，所述返灰单元与所述气化炉的气体分布板区连通，使得进入返灰单元的飞灰经所述气体分布板区进入所述中心射流区进行二次气化。

3.根据权利要求1所述的煤气化反应装置，其特征在于，所述返灰单元包括返灰控制器，气力输送管以及第一返灰管，其中所述第一返灰管的进口与所述返灰控制器连通，出口的一端位于所述气化炉气室内且出口设置于气体分布器与排渣管的连接处。

4.根据权利要求3所述的煤气化反应装置，其特征在于，所述气体分布器与排渣管之间设置有渐缩管，所述第一返灰管的出口设置于所述渐缩管与所述气体分布器的连接处。

5.根据权利要求3或4所述的煤气化反应装置，其特征在于，所述流化床气化单元还设置有中心射流管，且所述中心射流管的出口水平高度低于所述第一返灰管的出口。

6.根据权利要求5所述的煤气化反应装置，其特征在于，所述中心射流管位于所述气体分布器和排渣管的中轴线上。

7.根据权利要求3或4所述的煤气化反应装置，其特征在于，所述第一返灰管与所述气化炉炉壁的夹角为90-160度。

8.根据权利要求5所述的煤气化反应装置，其特征在于，所述第一返灰管的出口中心线与所述中心射流管的中心线夹角为20-60度。

9.根据权利要求8所述的煤气化反应装置，其特征在于，所述第一返灰管的出口中心线与所述中心射流管的中心线夹角为40度。

10.根据权利要求4所述的煤气化反应装置，其特征在于，所述返灰单元包括至少两个第一返灰管，其中所述至少两个第一返灰管的出口均匀分布于所述渐缩管上。