CN206318952U - “三高”劣质粉煤气化炉及工艺系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种“三高”劣质粉煤气化工艺系统，包括气化炉（10），所述气化炉（10）的合成气出口（6）通过管路与旋风分离器（11）的物料进口连接，所述旋风分离器（11）的顶部气体出口通过管路与换热单元（12）的物料进口连接，所述换热单元（12）的物料出口通过管路与陶瓷过滤器（13）的物料进口连接，所述陶瓷过滤器（13）的顶部气体出口通过管路与脱硫塔（14）的顶部进口连接，所述脱硫塔（14）的底部出口通过管路连接汽水分离器（15）后输出产品气。该煤气化工艺系统能够选用成本较低、难以气化的“三高”（高灰熔点、高灰分、高硫）劣质粉煤为原料，既降低了原料成本，又使“三高”劣质粉煤产地的煤炭可以本地化使用。

Description

“三高”劣质粉煤气化炉及工艺系统

技术领域

本实用新型涉及煤化工领域设备，具体为一种“三高”劣质粉煤气化炉及工艺系统。

背景技术

在现代煤化工领域，“气化是龙头”，煤气化是煤炭高效、清洁利用的核心技术之一。目前国内外主流的煤气化工艺有三种：鲁奇炉、BGL等为代表的固定床加压气化（原料为块煤）；U-gas、恩德炉、山西煤化所灰熔聚气化技术为代表的流化床加压气化（原料为碎煤）；德士古、壳牌、GSP、航天炉等为代表的气流床加压气化（原料为水煤浆或干煤粉）。其中固定床加压气化原料需为块煤，而现代煤炭开采技术所产煤炭85%以上都为粉煤，且固定床加压气化过程产生废水较多，含酚类物质，不易处理；煤气组分中甲烷含量较高，一般适合煤制天然气项目。流化床加压气化对原料要求较低，但受气化工艺影响，气化过程中产生的大量细粉需要返回进入气化炉，造成气化效率下降，气化现场环境比较恶劣。气流床加压气化原料要求为细粉（干煤粉）或水煤浆，两者都要求原料煤的灰熔点低于1500℃，且水煤浆还需原料煤具有一定的可磨性和成浆性。现代新建煤化工项目大部分采用高效的气流床加压气化技术，这就要求原料煤具有较低的灰熔点，对于高灰熔点煤来讲只能通过配煤或添加助熔剂来进行气化，限制了这部分煤的使用，并增加了企业的产品成本。另外，现有煤气化技术对“三高”（高灰熔点、高灰分、高硫）劣质粉煤的利用也非常有限，这部分煤只能少开采或在电厂做燃料煤来掺烧。

“三高”劣质粉煤大部分储存于山西、贵州、河南等省。主要指煤种的灰熔点较高，一般T₂都在1500℃以上，需要较高的温度（一般大于1600℃以上）才能完成气化；煤种的灰分含量较高，一般在25%左右，部分超过30%，会直接影响煤气化的效率；煤种的硫含量高，接近2%，部分超过3%，对气化装置及后系统形成严峻考验。正是受气化效率、环境影响等综合因素影响，因此国家会限制开采或低水平利用这部分煤。

目前采用固态排渣的鲁奇加压气化技术可以气化高灰熔点块煤，其要求原料尺寸为8～50mm，产生的煤气中甲烷含量较高，适合做城市燃气或煤制天然气项目；煤气净化系统中洗涤冷却器会产生大量的含酚、焦油等有机废水，污染较大，不易处理且处理成本较高。国内航天炉也在积极进行原料为全部“三高”无烟煤的试烧，但其气化流场决定了若将气化温度提升到1600℃以上或者更高，需要消耗更多的氧气，对气化炉挂渣、排渣形成考验；且气化段煤粉返流现象严重，导致气化效率下降。采用水煤浆为原料的清华炉（现已升级为晋华炉）也一直在进行全部以“三高”劣质粉煤为原料的试烧实验，其热效率利用较高，但对于“三高”劣质粉煤的可磨性和成浆性等特性还有待于工业装置的实际考验。

现有煤气化工艺，其气化原料主要为低灰熔点的粉煤（烟煤、褐煤）或者是高灰熔点的块煤（无烟块煤），而对于“三高”劣质粉煤的直接气化技术还没有开发成功及工业运用。

因此，国内目前还没有真正意义上可以完全气化“三高”劣质粉煤的气化技术。

发明内容

本实用新型的主要目的在于，开发一种新型煤气化工艺设置，直接气化目前难以直接利用的“三高”劣质粉煤，重点解决目前新型煤化工市场难以直接气化高灰熔点劣质煤的问题，拓宽煤化工企业的原料范围并大幅降低煤化工产品成本，提高单位效益。

本实用新型是采用如下技术方案实现的：

一种“三高”劣质粉煤气化炉，包括炉体，所述炉体顶部安装气化烧嘴；位于同一平面的多个气化烧嘴均布于炉体顶部，所述炉体顶端位于气化烧嘴上方安装送料分流器，每个气化烧嘴与送料分流器相应的送料通道联通。

气化炉工作流程如下：经过预处理的原料煤进入粉煤仓，通过气力输送，和气化剂氧气、蒸汽一起按比例进入位于气化装置烧嘴上部的送料分流器中，混合后进入均布于气化炉顶端的气化烧嘴，在燃烧区域进行高温煤气化反应，通过试验装置推算，此处反应温度在2500℃以上，足以直接气化“三高”劣质粉煤；均匀分布的多个气化烧嘴内射流出的各种介质通过燃烧区域段（放热反应），进入气化区域段（吸热反应），完成全部气化；产生的原料合成气向下依次进入冷煤气激冷区域段和水激冷区域段，除尘降温后从气化炉原料合成气出口排出，进入后续净化系统；反应后的熔融炉渣通过气化炉下部渣浴区域段定期排出。

上述气化炉应用于粉煤气化工艺系统中，所述气化炉的合成气出口通过管路与旋风分离器的物料进口连接，所述旋风分离器的顶部气体出口通过管路与换热单元的物料进口连接，所述换热单元的物料出口通过管路与陶瓷过滤器的物料进口连接，所述陶瓷过滤器的顶部气体出口通过管路与脱硫塔的顶部进口连接，所述脱硫塔的底部出口通过管路连接汽水分离器后输出产品气。

该新型煤气化工艺系统的气化工艺流程：煤粉及气化剂（氧气、蒸汽）从气化烧嘴进入气化炉顶部，在气化区域经过约0.5秒的气化反应后，熔渣进入排渣系统，合成气经半激冷（气激冷+水激冷）后降温至317℃依次进入旋风分离器、陶瓷过滤器、脱硫塔、汽水分离器等后续除尘、净化系统。同现有气化技术最大的区别是气化炉内的气化流场不同，现有气化技术中，除固定床常压气化外，粉煤（水煤浆）等气化原料气化过程中在气化炉内的停留时间一般为3～5秒，通常只安装一个气化烧嘴，那么在气化烧嘴附近的煤粉大部分存在返混和紊流现象，且少部分煤粉会“绕道”或“逃逸”气化区域，造成气化效率的下降。本实用新型开发的气化炉的气化流场采用平推流（活塞流）气化技术，在气化炉内，由于位于同一平面的多个气化烧嘴均布于炉体顶部，所以气化物料以平推流方式流动，不会产生返混，且能将气化温度提高至高灰熔点煤熔融温度（T₂）100℃以上，致使气化物料在气化反应区的停留时间仅为普通气化反应时间的十分之一，可以在不配煤或添加助溶剂的情况下直接气化高灰熔点煤，极大地提高了气化效率。

本实用新型设计合理，新型煤气化工艺系统能够选用成本较低、难以气化的“三高”（高灰熔点、高灰分、高硫）劣质粉煤为原料，既降低了原料成本，又使“三高”劣质粉煤产地的煤炭可以本地化使用，同时也为现代新型煤化工技术及劣质煤的利用提供了新的选择方法，具有较好的推广应用价值。

附图说明

图1表示顶部均布有气化烧嘴的气化炉示意图。

图2表示“三高”劣质粉煤气化工艺系统示意图。

图中：1-送料分流器，2-气化烧嘴，3-燃烧区域段，4-气化区域段，5-冷煤气激冷区域段，6-合成气出口，7-水激冷区域段，8-渣浴区域段，9-粉煤仓，10-气化炉，11-旋风分离器，12-换热单元，13-陶瓷过滤器，14-脱硫塔，15-汽水分离器，16-火炬。

具体实施方式

下面对本实用新型的具体实施例进行详细说明。

一种“三高”劣质粉煤气化工艺系统，如图2所示，包括气化炉10，所述气化炉10的合成气出口6通过管路与旋风分离器11的物料进口连接，所述旋风分离器11的顶部气体出口通过管路与换热单元12的物料进口连接，所述换热单元12的物料出口通过管路与陶瓷过滤器13的物料进口连接，所述陶瓷过滤器13的顶部气体出口通过管路与脱硫塔14的顶部进口连接，所述脱硫塔14的底部出口通过管路连接汽水分离器15后输出产品气。图2表示为实验时，产品气通过火炬16燃烧后排放，具体应用时，产品气通入后续工序。

其中，如图1所示，气化炉10包括炉体，所述炉体顶部安装气化烧嘴2；以下依次为燃烧区域段3、气化区域段4、冷煤气激冷区域段5、水激冷区域段7及渣浴区域段8，其中，水激冷区域段7上设置合成气出口6，渣浴区域段8底部为气化排渣口；位于同一平面的多个气化烧嘴2均布于炉体顶部，所述炉体顶端位于气化烧嘴2上方安装送料分流器1，每个气化烧嘴2与送料分流器1相应的送料通道联通。

具体实施时，炉体顶部可以均布有六个气化烧嘴2，具体布置时，将一个气化烧嘴布置于圆心，其余5个烧嘴均匀布置于以其为圆心的圆周上（即圆周上每隔72度布置一个烧嘴），满足实际气化应用要求。或者炉体顶部可以均布有七个气化烧嘴2，具体布置时，将一个气化烧嘴布置于圆心，其余6个烧嘴均匀布置于以其为圆心的圆周上（即圆周上每隔60度布置一个烧嘴），满足实际气化应用要求。

工作时，经过预处理的原料煤进入粉煤仓9，通过气力输送，和气化剂氧气、蒸汽一起按比例进入位于气化炉10的气化烧嘴2上部的送料分流器1中，混合后进入均布于气化炉10顶部的各个气化烧嘴2，在燃烧区域3进行高温煤气化反应，通过试验装置推算，此处反应温度在2500℃以上，足以直接气化“三高”劣质粉煤；均匀分布的多个气化烧嘴2内射流出的各种介质通过燃烧区域段3（放热反应），进入气化区域段4（吸热反应），完成全部气化；产生的原料合成气向下依次进入冷煤气激冷区域段5和水激冷区域段7，反应后的熔融炉渣通过气化炉下部渣浴区域段8定期排出，粗渣进入渣仓，除尘降温后从气化炉原料合成气出口6排出，进入后续净化系统。合成气经半激冷（气激冷+水激冷）后降温至317℃依次进入旋风分离器11、陶瓷过滤器3、脱硫塔14、汽水分离器15等后续除尘、净化系统。其中，旋风分离器11出来的粗渣进入渣仓，换热单元12用于移走合成气热量，便于合成气进入陶瓷过滤器13，进行过滤，细粉进入粉仓。该系统中气化炉10的气化流场采用平推流（活塞流）气化技术，在气化炉内，由于位于同一平面的多个气化烧嘴均布于炉体顶部，所以气化物料以平推流方式流动，不会产生返混，且能将气化温度提高至高灰熔点煤熔融温度（T₂）100℃以上，致使气化物料在气化反应区的停留时间仅为普通气化反应时间的十分之一，可以在不配煤或添加助溶剂的情况下直接气化高灰熔点煤，能够极大地提高气化效率。

为进一步验证本气化系统对“三高”劣质粉煤的气化效果，已建立一套中试气化装置，并将山西典型“三高”劣质粉煤（阳泉新景煤）在此中试装置进行长、短周期测试，实验流程及相关内容如下：

在不配煤、不添加任何助熔剂的情况下，进行阳泉新景煤的直接气化，气化效果理想，冷煤气效率、有效气含量、炉壁挂渣情况等技术指标达均达到设计值，如下：

1）气化烧嘴核心温度≥2500℃；

2）碳转化率≥99%；

3）冷煤气效率≥83%；

4）合成气有效气（CO+H₂）含量≥90%；

5）比氧耗：≤380Nm³/1000Nm³(CO+H₂）；

6）比煤耗：≤480Kg/1000Nm³(CO+H₂)。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照本实用新型实施例进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本实用新型的技术方案的精神和范围，其均应涵盖权利要求保护范围中。

Claims (5)

1.一种“三高”劣质粉煤气化炉，包括炉体，所述炉体顶部安装气化烧嘴（2）；其特征在于：位于同一平面的多个气化烧嘴（2）布置于炉体顶部，所述炉体顶端位于气化烧嘴（2）上方安装送料分流器（1），每个气化烧嘴（2）与送料分流器（1）相应的送料通道联通。

2.根据权利要求1所述的“三高”劣质粉煤气化炉，其特征在于：所述炉体顶部均布有6~7个气化烧嘴（2）。

3.一种“三高”劣质粉煤气化工艺系统，其特征在于：包括气化炉（10），所述气化炉（10）的合成气出口（6）通过管路与旋风分离器（11）的物料进口连接，所述旋风分离器（11）的顶部气体出口通过管路与换热单元（12）的物料进口连接，所述换热单元（12）的物料出口通过管路与陶瓷过滤器（13）的物料进口连接，所述陶瓷过滤器（13）的顶部气体出口通过管路与脱硫塔（14）的顶部进口连接，所述脱硫塔（14）的底部出口通过管路连接汽水分离器（15）后输出产品气。

4.根据权利要求3所述的“三高”劣质粉煤气化工艺系统，其特征在于：所述气化炉（10）包括炉体，所述炉体顶部安装气化烧嘴（2）；以下依次为燃烧区域段（3）、气化区域段（4）、冷煤气激冷区域段（5）、水激冷区域段（7）及渣浴区域段（8），其中，水激冷区域段（7）上设置合成气出口（6），渣浴区域段（8）底部为气化排渣口；

位于同一平面的多个气化烧嘴（2）布置于炉体顶部，所述炉体顶端位于气化烧嘴（2）上方安装送料分流器（1），每个气化烧嘴（2）与送料分流器（1）相应的送料通道联通。

5.根据权利要求4所述的“三高”劣质粉煤气化工艺系统，其特征在于：所述炉体顶部均布有6~7个气化烧嘴（2）。