CN207313543U - 一种卧式循环流化床气化装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种卧式循环流化床气化装置，涉及固体含碳燃料气化技术领域。所述装置采用分室气化，包括第一气化室、第二气化室、第一旋风分离器、第二旋风分离器、第一回料装置、第二回料装置，加入第一气化室内的固体含碳燃料在第一气化室内与第一气化剂进行气化反应生成粗煤气,所述粗煤气经第一旋风分离器分离出未反应的含碳固体物质和第一煤气；所述含碳固体物质经第一回料装置进入第二气化室,与第二气化剂在第二气化室内，以较第一气化室内更高气化温度下进一步气化产生第二煤气，所述第二煤气与第一煤气混合，形成含固体物料的混合煤气，再经第二旋风分离器后形成净煤气输出，经第二旋风分离器分离的固体物料经第二回料装置返回第一气化室；第一气化室底部固态排渣。本实用新型提高碳转化率和冷煤气效率。

Description

一种卧式循环流化床气化装置

技术领域

本实用新型涉及固体含碳燃料气化技术领域；具体来说涉及一种卧式循环流化床气化装置，属于流化作用下固体含碳燃料气化制燃气或合成气技术领域。

背景技术

中国发明专利201410117504.1，申请日2014.3.26，公开日2014.7.9，公开号CN103911179A，名称：煤气化方法和装置；其公开了现有的固态排渣的循环流化床气化炉的固态渣中的含碳量较高、煤气中飞灰量大、含碳量高的问题。而中国发明专利申请201510641319.7，申请日2015.9.30，公开日2017.4.5，公开号CN106554826A，名称：带细粉灰熔融的循环流化床煤气化方法及装置；其公开了现有的循环流化床气化由于气化操作温度低，导致随气流夹带出的细粉灰中含碳量高，质量分数占30％～50％，飞灰占总灰量70％～80％导致系统的总碳利用率不高；且其中细粉灰的利用处置也是一大难题。

在传统的循环流化床煤气化炉中，由于采用固态排渣的方式，煤气化温度较低，一般低于灰熔点150～200℃。受煤的反应活性及灰熔点的影响，一般循环流化床煤气化炉的气化温度选为950℃～1050℃左右。循环流化床煤气化炉采用的入炉煤粉的粒径通常在10mm左右以下，煤粉进入循环流化床煤气化炉的炉膛后，与高温循环床料快速混合，被快速加热，发生水分的快速蒸发、快速热解反应，在这个过程中，受到煤粉的热稳定性和机械稳定性的影响，部分煤粉会破碎，产生小粒径半焦，甚至细粉半焦。半焦在提升管内与气化剂反应，产生煤气，未反应完的半焦进入旋风分离器，大部分半焦被旋风捕集后，经过立管和返料器，回到提升管与气化剂继续反应，剩余少部分半焦随高温煤气逃逸出去，成为飞灰。

一般循环流化床的飞灰量大且飞灰中含碳量高，一般20％以上，有些煤种气化的飞灰中含碳量甚至可达70％。飞灰中含碳量高，一方面对循环流化床煤气化炉的碳转化率和冷煤气效率等造成重要负面影响，甚至导致碳转化率降低10％左右，有些煤种甚至达18％左右，煤气产率和系统热效率显著降低。另一方面，飞灰中的高含碳量，燃烧和气化活性低，不利于飞灰的直接利用。

采用二次风方式，上部温度高，可用于气化，但是二次风中O₂会优先与煤气燃烧，产生CO₂、H₂O，此处生产的CO₂与C的气化反应速率很慢了，不像在底部生成，停留时间相对较长。

有的循环流化床煤气化技术中，对高灰量、高含碳量飞灰的处理，一般采用对逃逸出循环流化床气化炉的旋风分离器的飞灰利用燃烧、气化两种方法进行处理，而不是直接强化气化炉内的反应，降低飞灰中的碳含量。

如中国发明专利201410117504.1采用将循环流化床气化炉产生的粗煤气经过再一级旋风分离后，分离的飞灰通过热风炉燃烧产生高温烟气，送循环流化床气化炉作为热源，这个过程混入了较大量N₂，稀释煤气，煤气热值降低，另外燃烧烟气的温度高达1300～1400℃，且热风炉采用液态排渣，因此输入气化炉的高温烟气中会混有液态渣滴，在气化炉内与床料粘结，团聚，破坏流动。

中国发明专利01123960.3，申请日2001.8.8，公开日2003.3.5，公开号CN1400289，名称：粉煤流化床气化方法及气化炉；其公开了单个炉膛气化(分高温燃烧区+密相区+稀相区)，灰团聚排渣，气化灰+单段细粉半焦燃烧，烟气进高温燃烧区。

中国发明专利201610644936.7，申请日2016.8.8，公开日2016.11.16，公开号CN106118750A，名称:梯级组合床气化系统；其公开了一段流化床气化+二段气流床气化(高温)，液态排渣，单段排渣，气化灰。但是二段气化剂为氧气或富氧空气。

中国发明专利201110431593.3，申请日2011.12.14，公开日2012.7.4，公开号CN102533345A，名称：复合式流化床煤气化的方法及装置；其公开了一种灰融聚气化+细粉半焦气流床气化(固态排渣)+高温煤气入气化炉。其采用一段流化床气化+二段气流床气化(1100～1300℃)，单段排渣，灰融聚排渣；二段气化炉的原料为飞灰，来自于二级旋风分离器、热煤气辐射废热回收锅炉、煤气陶瓷过滤器，而不是一级旋风分离器的、高循环倍率的细粉半焦；气流床的细渣随高温煤气进入气化炉；需要氧气作为气化剂，提高碳转化率、产高温煤气；对低灰熔点煤，气流床要么产液态渣，再冷却，破坏流化床气化炉内的流动，要么需降低气化温度，效率低。待流化床气化炉下部气化稳定后，将细粉由细粉加料输送罐输送至气流床燃烧喷嘴，再向燃烧喷嘴通入氧气和蒸汽，按氧气干煤粉比0.5～0.7Nm3/kg、蒸汽煤比0.1～0.3kg/kg进行操作，气流床操作温度在1100～1300℃范围，流化床内的流化床与气流床交汇段温度在1050～1150℃范围；

中国实用新型专利201520571134.9，申请日2015.8.3，公开日2016.3.2，公开号CN205061998U，名称：一种粉煤循环节能气化炉；其中公开了一种设备，采用单段炉膛气化，飞灰排放或去飞灰锅炉燃烧产蒸汽；高温空气温度600℃以上，配合饱和蒸汽作为气化剂。

中国发明专利申请号201510641319.7，申请日2015.9.3，公开日2017.4.5，公开号CN106554826A，名称：带细粉灰熔融的循环流化床煤气化方法及装置；其公开了一种设备，采用常规CFB煤气化+飞灰熔融气化，固态排渣+液态排渣；从旋风分离器损失的飞灰(粒径20～40μm、含碳高、流率大)被收集到，再经燃料预热段预热、高温熔融段气化；二段煤气回送CFB气化炉膛。采用灰熔融方法气化飞灰，再回气化炉上部补热，缺点是液态排渣，飞灰灰分含量高(如50％～70％)，能耗高，且需氧。

现有的这些循环流化床煤气化炉都存在着固态渣中含碳量较高、煤气中飞灰量大、含碳量高的问题。

发明内容

针对现有技术中存在的循环流化床煤气化炉都存在着固态渣中含碳量较高、煤气中飞灰量大、飞灰含碳量高的问题，本实用新型实施例要解决的技术问题是提出一种效果更好的卧式循环流化床气化装置。

为了解决上述问题，本实用新型提出了一种卧式循环流化床气化装置，包括第一气化室、第二气化室、第一旋风分离器、第二旋风分离器、第一回料装置、第二回料装置；所述第一气化室产生的粗煤气经第一旋风分离器分离为第一煤气和未反应的含碳固体物质，所述未反应的含碳固体物质经所述第一回料装置进入所述第二气化室，与第二气化剂在所述第二气化室内进一步气化，产生第二煤气，所述第一煤气与所述第二煤气混合，经第二旋风分离器分离形成净煤气输出，经第二旋风分离器分离的固体物料经第二回料装置返回所述第一气化室；所述第一气化室的底部设有第一气化剂入口，所述第二气化室的底部设有第二气化剂入口；

优选地，所述第一气化剂和第二气化剂分别为空气，或者空气、蒸汽的混合气体，或者富氧空气、蒸汽的混合气体，或者纯氧、蒸汽的混合气体；

优选地，其中空气、富氧空气或者纯氧的预热温度为200-850℃，过热时蒸汽的压力为0.6-9.8MPa，温度为200-600℃；

优选地，所述第一气化室的运行温度为900-1100℃；第二气化室的运行温度为1000-1200℃。

优选地，所述第一气化室底部设有用于固态排渣的排渣口；

优选地，所述第一回料装置为立管接回料斜管结构或立管接返料器结构，所述立管与所述旋风分离器的底部和所述返料器连通；

优选地，所述第二回料装置包括立管和返料器，所述立管与所述旋风分离器的底部和所述返料器连通，所述返料器通过向下倾斜的连接管连接第一气化室。

本实用新型的上述技术方案的有益效果如下：上述技术方案提出了一种卧式循环流化床气化装置，其克服了现有使用的循环流化床煤气化炉固态渣中含碳量较高、煤气中飞灰量大、飞灰含碳量高的问题，提高碳转化率和冷煤气效率，底渣、飞灰可以直接做建材等使用，更有效利用固体含碳燃料。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的卧式循环流化床气化装置结构示意图；

图2为本实用新型实施例2的卧式循环流化床气化装置结构示意图；

附图1标记说明：

1：第一气化室；

2：第二气化室；

3：第一旋风分离器；

4：第二旋风分离器；

5：第二旋风分离器下方的第二立管；

6：第二旋风分离器下方的第二返料器；

7：净煤气出口；

8：第一旋风分离器下方的第一立管；

9：第一旋风分离器下方的第一回料斜管；

10：返料风入口；

G1：第一气化剂；

G2：第二气化剂；

W:固态排渣；

X：固体含碳燃料。

附图2标记说明：

1：第一气化室；

2：第二气化室；

3：第一旋风分离器；

4：第二旋风分离器；

5：第二级旋风分离器下方的第二立管；

6：第二级旋风分离器下方的第二返料器；

7：净煤气出口；

8：第一级旋风分离器下方的第一立管；

9：第一级旋风分离器下方的第一返料器；

10：第二返料器的第二返料风入口；

11：第一返料器的第一返料风入口；

G1：第一气化剂；

G2：第二气化剂；

W:固态排渣；

X：固体含碳燃料。

具体实施方式

为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

实施例1

本实用新型实施例提出了一种卧式循环流化床气化装置，其采用分室气化的技术。因第一气化室内固体床料的含灰量较高，调节控制第一气化室的气化温度，避免发生结渣现象，在第一气化室的底部排渣，固体排渣；第二气化室的固体物料是随第一气化室气化产生的粗煤气夹带的含碳固体物料，与第一气化室内的固体物料相比，含碳量较高、含灰量较低、粒径较细；利用高碳含量、低灰含量半焦的灰熔点较高的特点适当提高第二气化室的气化温度，来强化气化速率、气化强度、降低飞灰的含碳量和流率、降低底渣的含碳量。

具体的，如图1所示的，本实用新型实施例的卧式循环流化床气化装置，主要包括：第一气化室1、第二气化室2、第一旋风分离器3、第二旋风分离器4、第二立管5、第二返料器6、净煤气出口7、第一立管8、第一回料斜管9、返料风入口10；其中所述第一气化室1的顶部与所述第一旋风分离器3连通；所述第一旋风分离器3与所述第二气化室2连通；所述第二气化室2与第二旋风分离器4连通，所述旋风分离器4顶部设有净煤气出口7，第二旋风分离器4底部与第二立管5连通，第二返料器6分别与第二立管5和第一气化室1连通；其中，所述第一气化室1的底部设有第一气化剂入口G1和固态排渣口W；所述第二气化室2的底部设有第二气化剂入口G2；第一气化室1设有固体含碳燃料加料口X，固体含碳燃料在第一气化室1内与第一气化剂气化生成粗煤气，所述粗煤气C经过第一气化室1顶部到达第一旋风分离器3，粗煤气C分离为第一煤气和未反应完的含碳固体物质，所述含碳固体物质依次通过第一立管8、第一回料斜管进入第二气化室2，与第二气化剂在较第一气化室1更高的气化温度下，进一步气化为第二煤气，所述第二煤气与第一煤气在第二气化室2的还原区混合为混合煤气；混合煤气进入第一旋风分离器4。

例1，采用灰熔点(ST)为1100℃的煤，第一气化室的气化温度为900℃，第二气化室的运行温度为1000℃，气化剂为预热空气，预热空气温度为600℃。第一气化室排渣含碳量为4.6％，出第二旋风分离器的飞灰含碳量降低到13％以下。

例2，采用灰熔点(ST)为1200℃的煤，第一气化室的气化温度为1100℃，第二气化室的运行温度为1150℃，气化剂为预热空气与过热蒸汽的混合物，预热空气温度为850℃，过热蒸汽压力、温度分别为0.6MPa、200℃。第一气化室排渣含碳量为3％，飞灰含碳量降低到7.2％。

实施例2：

具体的，如图2所示的，本实用新型实施例的卧式循环流化床气化装置，主要包括：第一气化室1、第二气化室2、第一旋风分离器3、第二旋风分离器4、第二立管5、第二返料器6、净煤气出口7、第一立管8、第一返料器9、第一返料风入口10、第二返料风入口11；其中所述第一气化室1的顶部与所述第一旋风分离器3连通；所述第一旋风分离器3与所述第二气化室2连通；所述第二气化室2与第二旋风分离器4连通，所述旋风分离器4顶部设有净煤气出口7，第二旋风分离器4底部与第二立管5连通，第二返料器6分别与第二立管5和第一气化室1连通；其中，所述第一气化室1的底部设有第一气化剂入口G1和固态排渣口W；所述第二气化室2的底部设有第二气化剂入口G2；第一气化室1设有固体含碳燃料加料口X，固体含碳燃料在第一气化室1内与第一气化剂气化生成粗煤气，所述粗煤气C经过第一气化室1顶部到达第一旋风分离器3，粗煤气C分离为第一煤气和未反应完的含碳固体物质，所述含碳固体物质依次通过第一立管8、第一返料器9进入第二气化室2，与第二气化剂在较第一气化室1更高的气化温度下，进一步气化为第二煤气，所述第二煤气与第一煤气在第二气化室2的还原区混合为混合煤气；混合煤气进入第一旋风分离器4。

例3，采用灰熔点(ST)为1250℃的煤，第一气化室的气化温度为1050℃，第二气化室的运行温度为1200℃，气化剂为富氧空气与过热蒸汽的混合物，富氧空气温度为450℃，过热蒸汽温度为9.8MPa、600℃。第一气化室排渣含碳量为4.1％，飞灰含碳量降低到8.2％。

例4，采用灰熔点(ST)为1130℃的煤，第一气化室的气化温度为980℃，第二气化室的运行温度为1050℃，气化剂为纯氧与过热蒸汽的混合物，温度为200℃。第一气化室排渣含碳量为4％，飞灰含碳量降低到约9％。

例5，采用灰熔点(ST)为1050℃的生物质，第一气化室的气化温度为900℃，第二气化室的运行温度为1000℃，气化剂为预热空气，预热空气温度为200℃。第一气化室排渣含碳量为3.9％，出第二旋风分离器的飞灰含碳量降低到约7％。

本实用新型实施例的卧式循环流化床气化装置具有以下优势：

(1)将现有循环流化床的炉膛分成两个气化室(第一气化室1、第二气化室2)和两个旋风分离器(第一旋风分离器3、第二旋风分离器4)，第一气化室1产生的粗煤气经第一旋风分离器3分离为第一煤气后，第一煤气在第二气化室2的还原区进入第二气化室，与第二气化室2产生的第二煤气在还原区混合，因此第一气化室1产生的煤气不会被第二气化室2的气化剂中的氧气燃烧掉；

(2)受限于灰熔点(尤其是软化温度ST)及现有循环流化床气化炉底部灰含量高的特点，气化温度一般控制在比ST低约150～200℃。本实用新型，将主要是高含灰固体物料气化的第一气化室1与主要是低灰含量、高碳含量固体物料气化的第二气化室2分开，分别控制运气化温度，而且第二气化室2比第一气化室1采用更高的气化温度，这样不仅可以提高第二气化室2内的气化反应速率，进而提高整个气化炉的气化强度、碳转化率、冷煤气效率等，而且第二气化室内不结渣。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种卧式循环流化床气化装置，其特征在于：包括第一气化室、第二气化室、第一旋风分离器、第二旋风分离器、第一回料装置、第二回料装置；所述第一气化室产生的粗煤气经第一旋风分离器分离为第一煤气和未反应的含碳固体物质，所述未反应的含碳固体物质经所述第一回料装置进入所述第二气化室，与第二气化剂在所述第二气化室内进一步气化，产生第二煤气，所述第一煤气与所述第二煤气混合，经第二旋风分离器分离形成净煤气输出，经第二旋风分离器分离的固体物料经第二回料装置返回所述第一气化室；所述第一气化室的底部设有第一气化剂入口，所述第二气化室的底部设有第二气化剂入口。

2.根据权利要求1所述的卧式循环流化床气化装置，其特征在于，所述第一气化剂和第二气化剂分别为空气，或者空气、蒸汽的混合气体，或者富氧空气、蒸汽的混合气体，或者纯氧、蒸汽的混合气体。

3.根据权利要求2所述的卧式循环流化床气化装置，其特征在于，其中空气、富氧空气或者纯氧的预热温度为200-850℃，过热时蒸汽的压力为0.6-9.8MPa，温度为200-600℃。

4.根据权利要求1所述的卧式循环流化床气化装置，其特征在于，所述第一气化室的运行温度为900-1100℃；第二气化室的运行温度为1000-1200℃。

5.根据权利要求1所述的卧式循环流化床气化装置，其特征在于，所述第一气化室底部设有用于固态排渣的排渣口。

6.根据权利要求1所述的卧式循环流化床气化装置，其特征在于，所述第一回料装置为立管接回料斜管结构或立管接返料器结构，所述立管与所述旋风分离器的底部和所述返料器连通。

7.根据权利要求1所述的卧式循环流化床气化装置，其特征在于，所述第二回料装置包括立管和返料器，所述立管与所述旋风分离器的底部和所述返料器连通，所述返料器通过向下倾斜的连接管连接第一气化室。