CN208362269U - 用于流化床气化炉的底渣处理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于流化床气化炉的底渣处理装置(2)，所述底渣处理装置(2)具有热渣入口和冷渣出口，所述热渣入口用于与气化炉(1)连接以接收热渣(D)，所述冷渣出口用于排出冷渣(K)，所述底渣处理装置(2)被配置为对热渣(D)进行再燃和冷却处理。根据本实用新型的用于流化床气化炉的底渣处理装置，底渣含碳量低，不易结渣，效率高，能够节能降耗。

Description

用于流化床气化炉的底渣处理装置

技术领域

本实用新型涉及气化技术领域，尤其涉及一种用于流化床气化炉的底渣处理装置。

背景技术

作为高效清洁的洁净煤技术，气化技术是将煤炭等固态一次能源转化为气态清洁二次能源的主要途径，该技术主要用于合成氨、合成甲醇、制氢、高炉还原炼铁等化工冶金行业、联合循环发电领域以及工业和民用燃气领域中。

按固体燃料的运动状态分类，现代气化工艺主要包括固定床气化法、气流床气化法和流化床气化法。流化床气化技术是最早工业化的气化工艺之一，其工艺为具有一定压力的气化剂从床层下部经过布风板吹入，将床上的碎煤托起，当气化剂上升时，煤粒呈悬浮状态运动，上下翻滚，与气化剂充分接触进行气化反应。此类技术中，包括传统的流化床气化技术和近年来发展起来的循环流化床气化技术。

目前，流化床气化技术已经实现了工业化应用，并取得很好的环境效益、经济效益和社会效益。但从现有的流化床气化炉的运行情况来看，存在如下问题：

(1)底渣含碳量高，尤其是对于反应活性较低的煤种，底渣含碳量≥15％；

(2)排渣系统的操作弹性小，排渣过程中易于结渣，一旦结渣，热煤气极易从排渣系统窜出，存在严重安全隐患，影响气化炉的长周期稳定运行。

(3)冷渣系统的能耗和水耗较大，且未能充分回收热渣(温度大于 900℃)的显热。

实用新型内容

本实用新型的目的在于至少部分地克服现有技术的缺陷，提供一种用于流化床气化炉的底渣处理装置。

本实用新型的目的还在于提供一种用于流化床气化炉的底渣处理装置，解决现有的流化床气化炉底渣含碳量高的问题，提高冷煤气效率。

本实用新型的目的还在于提供一种用于流化床气化炉的底渣处理装置，确保流化床气化炉排渣顺畅，减少安全隐患，实现长周期稳定运行。

本实用新型的目的还在于提供一种用于流化床气化炉的底渣处理装置，解决排渣过程中易于结渣的问题。

本实用新型的目的还在于提供一种用于流化床气化炉的底渣处理装置，其能够合理利用热渣的显热，达到节能降耗的目的。

为达到上述目的或目的之一，本实用新型的技术解决方案如下：

一种用于流化床气化炉的底渣处理装置，所述底渣处理装置具有热渣入口和冷渣出口，所述热渣入口用于与气化炉连接以接收热渣，所述冷渣出口用于排出冷渣，所述底渣处理装置被配置为对热渣进行再燃和冷却处理。

根据本实用新型的一个优选实施例，所述底渣处理装置包括氧化剂入口、冷却剂入口和返炉气体出口，所述氧化剂入口用于向底渣处理装置内通入氧化剂，所述冷却剂入口用于向底渣处理装置内通入冷却剂，所述返炉气体出口用于将返炉气体返回气化炉。

根据本实用新型的一个优选实施例，氧化剂入口在竖直方向上的位置高于冷却剂入口在竖直方向上的位置，并且返炉气体出口在竖直方向上的位置高于氧化剂入口在竖直方向上的位置。

根据本实用新型的一个优选实施例，所述底渣处理装置还包括密封气体入口，用于向底渣处理装置内通入密封气体，并且密封气体入口在竖直方向上的位置低于冷却剂入口在竖直方向上的位置。

根据本实用新型的一个优选实施例，所述底渣处理装置包括竖直延伸段和位于竖直延伸段上方的倾斜段，所述倾斜段相对于竖直延伸段的纵向轴线向竖直延伸段的一侧倾斜，其中所述倾斜段与气化炉相接，并且竖直延伸段的下端形成与竖直延伸段的纵向轴线不垂直的倾斜表面。

根据本实用新型的一个优选实施例，所述氧化剂入口设置在倾斜段上，并且所述冷却剂入口设置在竖直延伸段上。

根据本实用新型的一个优选实施例，所述底渣处理装置还包括集气管，所述集气管设置在底渣处理装置内部，并且与返炉气体出口相连通。

根据本实用新型的一个优选实施例，所述底渣处理装置呈大致圆筒形结构，并且所述集气管设置在底渣处理装置的中心使得集气管的中心轴线与底渣处理装置的中心轴线同轴。

根据本实用新型的一个优选实施例，所述底渣处理装置包括上渐缩段、下渐缩段和介于上渐缩段和下渐缩段之间的筒体段，并且氧化剂入口、冷却剂入口和密封气体入口均设置在筒体段上。

根据本实用新型的一个优选实施例，所述底渣处理装置还包括锁气器，所述锁气器设置在底渣处理装置的底部。

在本实用新型的用于流化床气化炉的底渣处理装置中，气化炉的热渣可以被送入底渣处理(包括再燃和冷却)装置与氧化剂进行反应，生成富含CO₂或富含CO和H₂的热烟气，有效降低了热渣中的含碳量；同时，底渣中碳发生的还原反应以及冷却剂与热渣之间的直接换热，可有效降低热渣温度；可以配置气化炉的底渣出口压力与底渣处理装置的压力，有效防止气化剂被携带进入底渣处理装置或底渣再燃单元中，避免了已有的排渣方式易于结渣以及煤气窜气等问题，消除了运行安全隐患，保证流化床气化炉长周期稳定运行；热烟气及被热渣过热后的蒸汽或冷却水被热渣加热生成的蒸汽被回送回气化单元，促进气化反应的进行，提高系统冷煤气效率；此外，热渣的温度可被降至100℃以下，可以取消冷渣机等设备，而直接采用输送皮带输送热渣，节约投资及运行维护成本。

附图说明

图1为根据本实用新型的流化床气化系统的流程示意图；

图2为根据本实用新型的实施例的用于流化床气化炉的底渣处理装置的结构示意图；以及

图3为根据本实用新型的另一个实施例的用于流化床气化炉的底渣处理装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本实用新型的示例性的实施例，其中相同或相似的标号表示相同或相似的元件。另外，在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本披露实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。在其他情况下，公知的结构和装置以图示的方式体现以简化附图。

根据本实用新型的总体构思，提供了一种用于流化床气化炉的底渣处理装置，所述底渣处理装置具有热渣入口和冷渣出口，所述热渣入口用于与气化炉连接以接收热渣，所述冷渣出口用于排出冷渣，所述底渣处理装置被配置为对热渣进行再燃和冷却处理。

图1为根据本实用新型的流化床气化系统的总体示意图，如图1所示，流化床气化系统包括气化炉1和底渣处理装置2。气化炉1包括燃料入口、气化剂入口、煤气和飞灰出口、热渣出口和返炉气体入口，其中，燃料入口用于向气化炉1内通入燃料A(例如煤)，气化剂入口用于向气化炉1 内通入气化剂，气化炉1产生的煤气和飞灰C从煤气和飞灰出口导出，热渣出口用于热渣D的导出，返炉气体入口用于与下述的返炉气体出口连接，接收返炉气体E。

底渣处理装置2上设置有热渣入口、冷渣出口、氧化剂入口、冷却剂入口、密封气体入口和返炉气体出口。其中，热渣入口与气化炉1的底渣出口直接或间接连通，以接收热渣D；冷渣出口用于排出冷渣K；氧化剂入口用于向底渣处理装置2内通入氧化剂F，冷却剂入口用于向底渣处理装置2内通入冷却剂G；密封气体入口用于向底渣处理装置2内通入密封气体H；返炉气体出口与气化炉1(或称气化单元)的返炉气体入口直接或间接连通，用于将返炉气体E返回气化炉1。

通过设置氧化剂入口和冷却剂入口，可以向底渣处理装置2内通入氧化剂F和冷却剂G，对热渣D进行再燃和冷却处理。下面结合附图1对根据本实用新型的流化床气化系统的工作过程进行说明。具体地，流化床气化系统的工作过程包括如下步骤：

a)将燃料(以煤为例)A与气化剂B通入气化炉1进行气化，生成煤气和飞灰C和热渣D；煤气和飞灰C离开系统；从气化炉1炉膛底部排出的热渣D进入底渣处理装置2；

b)将氧化剂F和冷却剂G通入底渣处理装置2，热渣D与氧化剂F发生反应，生成热烟气；冷却剂G与热渣D进行直接接触换热，使热渣温度降低至输渣允许温度，形成冷渣K；

c)氧化剂F与热渣D反应生成的热烟气和吸热以后的冷却剂G作为返炉气体E返回气化炉1；

d)生成的冷渣K离开系统。

其中，所述步骤a)中的热渣D为固态排渣产物，温度在800℃-1300℃的范围内；所述步骤b)中的氧化剂F为空气、富氧空气或纯氧，或者前述三者之一与水蒸气的组合；可以通过调整氧化剂F中的氧量或蒸汽量使所述步骤b)中热渣D与氧化剂F的最高反应温度比燃料A的软化温度低 150℃，以避免燃料结渣，保证顺畅固态排渣。例如，降低氧化剂F的氧含量，热渣燃烧产生的放热量少，热渣D与氧化剂F的反应温度降低，因而不易结渣。

进一步地，可以通过调整氧化剂F的给入量，使所述步骤b)中的热烟气为富含CO₂或富含CO和H₂的气体。所述步骤b)中的冷却剂G为水或水蒸气。

在所述步骤b)中还可以向底渣处理装置2内通入密封气体H，在起到密封作用的同时，密封气体H与冷却剂G共同作用将热渣D的温度降低至输渣允许温度；同时，密封气体H也作为部分返炉气体E返回气化炉1。所述的密封气体H为CO₂或氮气等惰性气体。密封气体H的给入量为热渣量及底渣处理装置结构尺寸的函数。

优选地，在所述步骤a)中，气化炉1的底渣出口处压力P₀小于底渣处理装置2内的压力P₁，以避免煤气泄漏。

图2为根据本实用新型的实施例的用于流化床气化炉的底渣处理装置的结构示意图，如图2所示，气化炉1设置燃料入口、气化剂入口和煤气及飞灰出口。需要说明的是，气化炉1还包括返炉气体入口，返炉气体入口可以设置在气化炉1的气化剂入口上方，这是因为经过底渣处理装置2 的燃烧和换热后的返炉气体E温度较高，可直接参与气化炉1内的反应。

在图2中，底渣处理装置2包括竖直延伸段和位于竖直延伸段上方的倾斜段，所述倾斜段相对于竖直延伸段的纵向轴线向竖直延伸段的一侧倾斜，其中所述倾斜段与气化炉1相接，并且竖直延伸段的下端形成与竖直延伸段的纵向轴线不垂直的倾斜表面氧化剂入口和返炉气体出口设置在倾斜段上，返炉气体出口高于氧化剂入口，并且所述冷却剂入口设置在竖直延伸段上。以这种方式，氧化剂入口在竖直方向上的位置高于冷却剂入口在竖直方向上的位置，并且返炉气体出口在竖直方向上的位置高于氧化剂入口在竖直方向上的位置。这样，热渣在下落过程中先接触氧化剂，再接触冷却剂，而不是相反，这保证了热渣在较高温度下与氧化剂反应，有利于反应的进行。

氧化剂入口和冷却剂入口可以分别包括多个，优选地，多个氧化剂入口沿圆周方向均匀布置，并且多个冷却剂入口沿圆周方向均匀布置。优选地，氧化剂入口被构造为多排布置的多个氧化剂入口，并且任一排氧化剂入口中的氧化剂入口与相邻排的氧化剂入口中的氧化剂入口交错排列，并且冷却剂入口被构造为多排布置的冷却剂入口，并且任一排冷却剂入口中的冷却剂入口与相邻排的冷却剂入口中的冷却剂入口交错排列。

在图2的实施例中，底渣处理装置2还包括锁气器22，所述锁气器 22设置在底渣处理装置2的底部。锁气器22用来控制排渣的同时，阻止气体从冷渣出口逸出，在工作过程中，锁气器22可以封住冷渣出口，锁住气体，避免气体泄漏。

锁气器22可以被构造为阀门，在排渣时打开阀门。或者替代地，锁气器22包括入口、第一腔室、第二腔室、中间腔室和出口，中间腔室介于第一腔室和第二腔室之间，入口设置在第一腔室上，出口设置在第二腔室上，在第一腔室和中间腔室之间设置第一阀门，在中间腔室和第二腔室之间设置第二阀门。在工作时，可以关闭第二阀门、然后打开第一阀门，这样冷渣出口排出的底渣通过入口、第一腔室直接进入中间腔室，待中间腔室内的底渣积累到一定程度，关闭第一阀门、然后打开第二阀门，这样底渣可以进入第二腔室并可以从与第二腔室连通的出口排出，排空中间腔室的底渣后，再关闭第二阀门、然后打开第一阀门。以这种方式，可以避免煤气外泄。

根据该实施例的流化床气化系统，燃料(以煤为例)A与气化剂B通入气化炉1进行气化，生成煤气和飞灰C和热渣D；煤气和飞灰C离开系统，从气化炉1炉膛底部排出的热渣D进入底渣处理装置2，先与氧化剂 F发生气化反应，生成富含CO和H₂的热烟气及低含碳量的热渣，低含碳量的热渣再被冷却剂G冷却至100℃以下，形成冷渣K，同时冷却剂F被加热(或过热)成高温蒸汽。热烟气和高温蒸汽作为返炉气体E从气化炉炉膛中部返回气化炉1，参与气化反应，冷渣K通过底渣材料装置2的锁气器22后离开系统。

图3为根据本实用新型的实施例的用于流化床气化炉的底渣处理装置的结构示意图，如图3所示，气化炉1与图2所示的实施例大致相同。在图3的实施例中，底渣处理装置2呈大致圆筒形结构，包括上渐缩段、下渐缩段和介于上渐缩段和下渐缩段之间的筒体段。底渣处理装置2的筒体段具有小于气化炉1的当量直径。这里，当量直径是指圆柱体的直径或与非圆柱体的水力半径相等的圆柱体的直径，因此，在非圆或非圆柱体的情况下，本文所提的直径均指当量直径。

底渣处理装置2还包括密封气体入口，并且氧化剂入口、冷却剂入口和密封气体入口均设置在筒体段上。其中，氧化剂入口在竖直方向上的位置高于冷却剂入口在竖直方向上的位置，密封气体入口在竖直方向上的位置低于冷却剂入口在竖直方向上的位置，并且返炉气体出口在竖直方向上的位置高于氧化剂入口在竖直方向上的位置。这样，热渣在下落过程中先接触氧化剂，再接触冷却剂，而不是相反，这保证了热渣在较高温度下与氧化剂反应，有利于反应的进行；同时能够保证气体不会从下部泄漏。

所述密封气体入口可以为多个，多个密封气体入口沿筒体段的圆周方向均匀布置。替代地，多个密封气体入口可以不设置在筒体段上，而是设置在下渐缩段的倾斜圆周面上，并且多个密封气体入口沿下渐缩段的圆周方向均匀布置，以相对于筒体段的中心轴线成角度的方式吹送密封气体，有利于密封。密封气体入口也可以被构造为沿圆周方向连续的入口环，以利于均匀吹入密封气体。

所述底渣处理装置2还包括集气管21，所述集气管21设置在底渣处理装置2内部，并且与返炉气体出口相连通，并且所述集气管21设置在底渣处理装置2的中心使得集气管21的中心轴线与底渣处理装置2的中心轴线同轴。

集气管21可以被构造为排管或圆形管组的形式，例如集气管21为排管组，排管组包括三排管，三排管相互交叉使得排管组沿与纵向轴线垂直的横截面呈“米”字形，或者排管组包括两排管，两排管相互交叉使得排管组沿与纵向轴线垂直的横截面呈“十”字形。替代地，集气管21可以为圆形管组，圆形管组由多个圆管紧邻地结合形成圆形。

集气管21的底面开口，并且在集气管21的外周面上可以设置多个通孔，使得气体可以通过底面开口和通孔进入集气管内部，并被引导向返炉气体出口。

替代地，返炉气体出口可以设置在上渐缩段上，这样也利于返炉气体 E的排出。

根据该实施例的流化床气化装置，燃料(以煤为例)A与气化剂B通入气化炉1进行气化，生成煤气和飞灰C和热渣D；煤气和飞灰C离开系统，从气化炉1炉膛底部排出的热渣D进入底渣处理装置2。在底渣含碳量较低的情况下，底渣处理装置2中的热渣D与氧化剂F进行燃烧反应，生成富含CO₂的热烟气及低含碳量的热渣，低含碳量的热渣再被冷却剂G 冷却至200℃以下，形成冷渣K，同时冷却剂F被加热(或过热)成高温蒸汽。热烟气和高温蒸汽被置于底渣处理装置2内的集气管21收集并向上引导，作为返炉气体E返回气化炉1，参与气化反应，冷渣K通过低温阀门进入充压锁斗，经锁斗排渣。

在图3所示的实施例中，返炉气体E先进入置于底渣处理装置内部的集气管，被收集后导出并返回气化炉。返炉气体可以从气化炉炉膛底部或气化炉其他位置(如炉膛上部、返料器等)返回气化炉。

根据本实用新型的另一个方面，还提供了一种用于流化床气化炉的底渣处理方法，所述底渣处理方法使用如前述权利要求中任一项所述的用于流化床气化炉的底渣处理装置。

本实用新型提供的用于流化床气化炉的底渣处理装置和底渣处理方法，相比于现有技术，具有如下优点：

(1)通过底渣再燃，降低底渣中含碳量；返炉气体返回气化炉参与气化反应，有效提高系统碳转化率及冷煤气效率；

(2)充分利用底渣的显热副产蒸汽或使蒸汽过热，提高系统效率；

(3)充分利用底渣的显热预热进入气化炉的气化剂，提高系统效率；

(4)底渣处理装置的压力高于气化炉底渣出口处压力，有效防止气化炉气化剂被携带进入底渣处理装置，避免了现有的排渣方式易于结渣、以及煤气的窜气等问题，消除运行安全隐患，保证流化床气化炉长周期稳定运行；

(5)热渣的温度被降至100℃以下时，可以取消冷渣机等设备，节约投资及运行维护成本；

(6)在加压气化工艺中，热渣冷却后再经过锁斗排渣，可大幅降低锁斗阀门的材料等级，提高系统的可靠性。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行变化。本实用新型的适用范围由所附权利要求及其等同物限定。

附图标记列表：

1 气化炉

2 底渣处理装置

21 集气管

22 锁气器

A 燃料

B 气化剂

C 煤气和飞灰

D 热渣

E 返炉气体

F 氧化剂

G 冷却剂

H 密封气体

K 冷渣。

Claims (10)

1.一种用于流化床气化炉的底渣处理装置，所述底渣处理装置(2)具有热渣入口和冷渣出口，所述热渣入口用于与气化炉(1)连接以接收热渣(D)，所述冷渣出口用于排出冷渣(K)，其特征在于：所述底渣处理装置(2)被配置为对热渣(D)进行再燃和冷却处理；所述底渣处理装置(2)包括氧化剂入口、冷却剂入口和返炉气体出口，所述氧化剂入口用于向底渣处理装置(2)内通入氧化剂(F)，所述冷却剂入口用于向底渣处理装置(2)内通入冷却剂(G)，所述返炉气体出口用于将返炉气体(E)排出底渣处理装置(2)。

2.根据权利要求1所述的用于流化床气化炉的底渣处理装置，其特征在于，所述返炉气体出口用于将返炉气体(E)排出底渣处理装置(2)并返回气化炉(1)。

3.根据权利要求2所述的用于流化床气化炉的底渣处理装置，其特征在于，氧化剂入口在竖直方向上的位置高于冷却剂入口在竖直方向上的位置，并且返炉气体出口在竖直方向上的位置高于氧化剂入口在竖直方向上的位置。

4.根据权利要求2所述的用于流化床气化炉的底渣处理装置，其特征在于，所述底渣处理装置(2)还包括密封气体入口，用于向底渣处理装置(2)内通入密封气体(H)，并且密封气体入口在竖直方向上的位置低于冷却剂入口在竖直方向上的位置。

5.根据权利要求2所述的用于流化床气化炉的底渣处理装置，其特征在于，所述底渣处理装置(2)包括竖直延伸段和位于竖直延伸段上方的倾斜段，所述倾斜段相对于竖直延伸段的纵向轴线向竖直延伸段的一侧倾斜，其中所述倾斜段与气化炉(1)相接，并且竖直延伸段的下端形成与竖直延伸段的纵向轴线不垂直的倾斜表面。

6.根据权利要求5所述的用于流化床气化炉的底渣处理装置，其特征在于，所述氧化剂入口设置在倾斜段上，并且所述冷却剂入口设置在竖直延伸段上。

7.根据权利要求2所述的用于流化床气化炉的底渣处理装置，其特征在于，所述底渣处理装置(2)还包括集气管(21)，所述集气管(21)设置在底渣处理装置(2)内部，并且与返炉气体出口相连通。

8.根据权利要求7所述的用于流化床气化炉的底渣处理装置，其特征在于，所述底渣处理装置(2)呈大致圆筒形结构，并且所述集气管(21)设置在底渣处理装置(2)的中心使得集气管(21)的中心轴线与底渣处理装置(2)的中心轴线同轴。

9.根据权利要求4所述的用于流化床气化炉的底渣处理装置，其特征在于，所述底渣处理装置(2)包括上渐缩段、下渐缩段和介于上渐缩段和下渐缩段之间的筒体段，并且氧化剂入口、冷却剂入口和密封气体入口均设置在筒体段上。

10.根据权利要求2-9中任一项所述的用于流化床气化炉的底渣处理装置，其特征在于，所述底渣处理装置(2)还包括锁气器(22)，所述锁气器(22)设置在底渣处理装置(2)的底部。