CN210176801U

CN210176801U - 一种气流床与循环流化床组合气化系统

Info

Publication number: CN210176801U
Application number: CN201921099645.XU
Authority: CN
Inventors: Xiang Zhang; 张翔
Original assignee: Henan Xinxiang Environmental Technology Co ltd
Current assignee: Shaanxi Dexinxiang Energy Technology Co ltd
Priority date: 2019-07-12
Filing date: 2019-07-12
Publication date: 2020-03-24
Anticipated expiration: 2029-07-12

Abstract

本实用新型公开了一种气流床与循环流化床组合气化系统，属于气化技术和环保技术领域，包括循环流化床气化单元和降温除尘单元；所述降温除尘单元包括依次连接的第一换热器、除尘器和第二换热器，所述第一换热器与所述循环流化床气化单元的气体输出管道连接，所述除尘器底部连接有飞灰循环管道；所述飞灰循环管道上依次设有飞灰循环单元和气流床气化单元，所述气流床气化单元的气体出口与所述循环流化床气化炉顶部的气体入口连接。本实用新型实现了飞灰零排放，提高了组合气化系统的碳转化率，降低了气流床气化炉设备投资造价，提高了组合气化系统的热效率，解决了气流床辐射废锅结焦堵渣的问题，可在气化技术领域和环保领域推广应用。

Description

一种气流床与循环流化床组合气化系统

技术领域

本实用新型涉及一种气流床与循环流化床组合气化系统，属于气化技术和环保技术领域。

背景技术

在气化技术和环保技术领域，循环流化床气化技术应用广泛，具有原料适应广、流程简单、投资造价低、建设周期短等明显优势，广泛应用在工业燃气制备、固体废物处理等领域。循环流化床气化温度较低、原料在炉膛内停留时间短、炉膛内温度不均匀，特别是炉膛上部存在低温区，导致原料反应速率较低、原料转化不充分、单程碳转化率较低，后系统飞灰夹带量大、飞灰残碳含量高、总碳转化率较低，同时也不满足节能环保要求。

气流床气化技术近年来在行业内也有非常成熟的应用，其气化温度高、原料反应速率高，具有碳转化率高的优势；特别是带有辐射废锅回收热量的气流床技术，能充分回收气化反应的高品位热量，热回收效率高，经济性好。但辐射废锅设备尺寸较大，投资造价高，设备结构复杂，易造成结焦堵渣问题。

采用优化的带有辐射废锅的气流床气化技术，并结合循环流化床和气流床气化技术的特点，形成一种气流床与循环流化床组合气化系统及方法，同时解决上述技术问题，是气化和环保技术领域的研究热点。

中国实用新型专利申请号201410117504.1，公开号CN103911179A，公开日 2014-07-09的专利文件公开了一种煤气化方法和装置。该煤气化方法包括：将粉煤和气化剂送入循环流化床气化炉进行反应；使反应生成的气化炉烟气经第一气固分离器分离出返料粉煤和带粉煤气流，并将返料粉煤循环回循环流化床气化炉继续反应，将带粉煤气流经第二气固分离器分离出煤气和含碳飞灰；将含碳飞灰送入热风炉，使其在高于1300℃燃烧，将产生的热风炉烟气返回循环流化床气化炉中参加反应，而燃烧产生的液态渣经冷却后排出。该实用新型提供的煤气化方法和装置，通过设置热风炉对循环流化床气化炉产生的飞灰进行了循环利用，提高了碳的转化率。但该实用新型存在以下不足：飞灰在热风炉中过氧燃烧，热风炉烟气中主要含有CO₂、N₂、O₂和H₂O，对煤气而言均是无效组份，有效气产量低，未能实现飞灰的有效利用；热风炉烟气温度在1300-1400 ℃，未设置热量回收设施，热效率低。

中国实用新型专利申请号201710500836.1，公开号CN107118809A，公开日 2017-09-01的专利文件公开了一种气流床与循环流化床组合循环气化系统及其两段式气化方法。该实用新型的组合循环气化系统，包括互相连通的气流床和循环流化床，气流床气化采用整个系统的飞灰作为原料，飞灰循环利用，提高了固体燃料的利用率，循环流化床气化采用气流床产生的一定温度压力的烟气作为一次风和气化剂，烟气的再利用使循环流化床无需持续的补充一次风和气化剂，通过调节气流床的压力、氧气与飞灰含碳的质量比，使循环流化床产生的可燃性气体产物压力、热值可调范围大，能够实现飞灰零排放，燃料综合利用率达到99％以上。该实用新型改变了传统处理循环流化床飞灰的方法，达到了将飞灰中的残碳综合利用，提高固体燃料利用率的目的。但该实用新型存在以下不足：气流床产生的一定温度压力的烟气全部送入循环流化床底部，进一步造成了循环流化床炉膛内的温度不均匀性，反而导致循环流化床飞灰和渣的含碳量增大，碳转化率低；气流床气化炉内采用简单型式的换热器回收热量，易发生结焦堵渣，换热面积小，热回收效率低，设备庞大，投资造价高；气流床气化炉采用顶部燃烧器单烧嘴顶喷进料，炉膛挂渣效果差，且处理量受限，难以实现大型化。

实用新型内容

本实用新型提供一种气流床与循环流化床组合气化系统，结合循环流化床气化与气流床气化技术的特点，解决现有的循环流化床技术中存在的炉膛温度均匀性差、碳转化率低、飞灰排放量大且残碳含量高、现有循环流化床与气流床组合气化技术热效率低、投资造价高、易结焦堵渣的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供的技术方案为：

一种气流床与循环流化床组合气化系统，包括循环流化床气化单元和降温除尘单元；所述降温除尘单元包括依次连接的第一换热器、除尘器和第二换热器，所述第一换热器与所述循环流化床气化单元的气体输出管道连接，所述除尘器底部连接有飞灰循环管道，所述第二换热器连接有洁净气体输送管道；所述飞灰循环管道上依次设有飞灰循环单元和气流床气化单元，所述气流床气化单元的气体出口与所述循环流化床气化炉顶部的气体入口连接。

其中，优选地，所述循环流化床气化单元包括循环流化床气化炉和旋风分离器，所述循环流化床气化炉顶部的气体入口位于距顶部1/3-1/2处，所述循环流化床气化炉的下部连接有循环流化床进料系统，所述循环流化床的底部连接第一气化剂输入管和灰渣排出管，所述旋风分离器与所述循环流化床气化炉顶部的气体输出管道连接。

其中，优选地，所述旋风分离器底部设有返料器，所述返料器通过返料管道与所述循环流化床气化炉的底部连接；所述循环流化床气化炉设有温度差监测调控系统，以监测循环流化床气化炉底部和顶部的温度差值，所述温度差监测系统的温度差值由第二气化剂和第一气化剂的通入量的体积比例调节控制。

其中，优选地，所述飞灰循环单元包括依次连接的飞灰收集罐、飞灰中间罐和飞灰给料罐，所述飞灰给料罐与所述气流床气化单元连接。

其中，优选地，所述气流床气化单元采用带有辐射废锅的气化炉，所述气化炉从上至下由依次连接的燃烧室、辐射废锅和冷渣室构成；所述燃烧室采用多烧嘴侧喷型式；所述辐射废锅为双通道膜式水冷壁型式；所述气化炉底部连接有渣锁斗，所述渣锁斗下方设有渣池。

其中，优选地，所述烧嘴个数在3-6个，设置在距所述燃烧室顶部1/4-1/3 高度处；所述烧嘴水平安装角度均同向与径向形成2°-6°的偏离角α，所述烧嘴连接有第二气化剂输入管。

其中，优选地，所述辐射废锅包括第一膜式水冷壁、内侧管屏、外侧管屏、第二膜式水冷壁，所述第一膜式水冷壁内侧为圆形的第一气体通道，设有均布的内侧管屏，使气体与所述内侧管屏换热；所述第一膜式水冷壁与所述第二膜式水冷壁之间形成环形的第二气体通道，设有均布的外侧管屏，使气体与所述外侧管屏换热；所述第一膜式水冷壁的直径与第二膜式水冷壁的直径比例在1:1.2-1:1.5；所述内侧管屏数量在4-20组，外侧管屏数量在4-20组。

本实用新型提供的技术方案，与现有技术相比，具有以下有益效果：

(1)本实用新型提供的一种气流床和循环流化床组合气化系统，将循环流化床气化炉产生的飞灰在降温除尘单元分离收集后全部送至气流床气化炉，飞灰闭路循环，提高了原料的碳转化率，理论上可实现飞灰零排放；

(2)本实用新型提供的一种气流床和循环流化床组合气化系统，将辐射废锅出口的700-1100℃气体送入循环流化床气化炉以提高炉膛顶部的反应温度，并通过温度差监测系统和调节控制第二气化剂和第一气化剂的通入量的体积比例，缩小了循环流化床气化炉炉膛底部与顶部的温度差值，使整个循环流化床气化炉炉膛内的温度趋于均匀，提高了循环流化床气化炉内的气化反应速率，提高了单程碳转化率，降低了飞灰的残碳含量和飞灰的循环量；

(3)本实用新型提供的一种气流床和循环流化床组合气化系统，气流床气化炉燃烧室采用多烧嘴侧喷型式，原料和气化剂在燃烧室流场分布效果好，提高了气化性能以及灰渣在燃烧室内壁的附着挂渣性能；

(4)本实用新型提供的一种气流床和循环流化床组合气化系统，辐射废锅采用双通道膜式水冷壁型式，第一膜式水冷壁内侧和外侧均为高温气体的受热面，气体过流通道大，辐射废锅尺寸小但传热效率高，降低了设备的投资造价，解决了结焦堵渣问题，提高了热回收效率；

(5)本实用新型提供的一种气流床和循环流化床组合气化系统，可用于煤等固体燃料、固体废物气化，可在气化领域和环保领域推广应用。

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，下面将对实施例或现有技术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他的实施例。

图1为本实用新型的气流床与循环流化床组合气化系统的流程示意图；

图2为循环流化床气化炉温度差监测系统和调节控制原理示意图；

图3为气流床侧喷型式多烧嘴安装示意图；

图4为气流床双通道膜式水冷壁型式辐射废锅结构示意图；

图中：100、循环流化床气化单元；101、循环流化床气化炉；102、旋风分离器；103、返料器；104、循环流化床进料系统；105、第一气化剂输入管；106、灰渣排出管；200、降温除尘单元；201、第一换热器；202、除尘器；203、第二换热器；204、洁净气体输送管道；205、飞灰循环管道；300、飞灰循环单元；301、飞灰收集罐；302、飞灰中间罐；303、飞灰给料罐；400、气流床气化单元；401、气流床气化炉；402、燃烧室；403、烧嘴；404、辐射废锅；405、冷渣室；406、渣锁斗；407、渣池；408、气体出口；409、第二气化剂输入管； 410、第一膜式水冷壁；411、第二膜式水冷壁；412、内侧管屏；413、外侧管屏；414、第一气体通道；415、第二气体通道；416、偏离角α；500、温度差监测调控系统；501、炉膛底部温度监测器；502、炉膛顶部温度监测器；503、温度差监测器；504、气化剂通入比例控制器；505、第一气化剂通入量控制器；506、第二气化剂通入量控制器。

具体实施方式

下面将结合本实用新型具体实施例，对本实用新型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。

如图1、图2、图3和图4所示，本实施例提供一种气流床与循环流化床组合气化系统，包括循环流化床气化单元100和降温除尘单元200；降温除尘单元 200包括依次连接的第一换热器201、除尘器202和第二换热器203，第一换热器201与循环流化床气化单元100的气体输出管道连接，除尘器202底部连接有飞灰循环管道205，第二换热器203连接有洁净气体输送管道204；飞灰循环管道205上依次设有飞灰循环单元300和气流床气化单元400，气流床气化单元 400的气体出口408与循环流化床气化炉101顶部的气体入口连接。

循环流化床气化单元100包括循环流化床气化炉101和旋风分离器102，循环流化床气化炉101顶部的气体入口位于距顶部1/3处，循环流化床气化炉101 的下部连接有循环流化床进料系统104，循环流化床的底部连接第一气化剂输入管 105和灰渣排出管106，旋风分离器102与循环流化床气化炉101顶部的气体输出管道连接。

旋风分离器102底部设有返料器103，返料器103通过返料管道与循环流化床气化炉101的底部连接。循环流化床气化炉101设有温度差监测调控系统500，以监测循环流化床气化炉101底部和顶部的温度差值，温度差监测系统的温度差值由第二气化剂和第一气化剂的通入量的体积比例调节控制。

其中，温度差监测调控系统500的控制原理图如图2所示，包括设在循环流化床气化炉101底部的炉膛底部温度监测器501和设在循环流化床气化炉101 顶部的炉膛顶部温度监测器502，炉膛底部温度监测器501和炉膛顶部温度监测器502分别与温度差监测器503连接，温度差监测器503与气化剂通入比例控制器504连接，气化剂通入比例控制器504分别与第一气化剂通入量控制器505 和第二气化剂通入量控制器506连接，第一气化剂通入量控制器505用于控制第一气化剂输入管105上的阀门，第二气化剂通入量控制器506用于控制第二气化剂输入管409上的阀门。

飞灰循环单元300包括依次连接的飞灰收集罐301、飞灰中间罐302和飞灰给料罐303，飞灰给料罐303与气流床气化单元400连接。

气流床气化单元400采用带有辐射废锅404的气化炉，气化炉从上至下由依次连接的燃烧室402、辐射废锅404和冷渣室405构成；燃烧室402采用多烧嘴403侧喷型式；辐射废锅404为双通道膜式水冷壁型式；气化炉底部连接有渣锁斗406，渣锁斗406下方设有渣池407。

烧嘴403个数在3个，设置在距燃烧室402顶部1/3高度处；烧嘴403水平安装角度均同向与径向形成4°的偏离角α416，烧嘴403连接有第二气化剂输入管409。

辐射废锅404包括第一膜式水冷壁410、内侧管屏412、外侧管屏413、第二膜式水冷壁411，第一膜式水冷壁410内侧为圆形的第一气体通道414，设有均布的内侧管屏412，使气体与内侧管屏412换热；第一膜式水冷壁410与第二膜式水冷壁411之间形成环形的第二气体通道415，设有均布的外侧管屏413，使气体与外侧管屏413换热；第一膜式水冷壁410的直径与第二膜式水冷壁411 的直径比例在1:1.4；内侧管屏412数量在12组，外侧管屏413数量在12组。

本实施例并提供了气流床与循环流化床组合的气化方法，包括以下步骤：

步骤一、循环流化反应：将原料烟煤和第一气化剂送入循环流化床气化单元100，在循环流化床气化炉101炉膛内进行气化反应，炉膛底部的反应温度在 900℃，炉膛顶部的反应温度在800℃，反应压力在0.5MPa，产生的气体夹带固体飞灰向上流动经旋风分离器102进行气固分离后，固体经返料器103送回循环流化床气化炉101炉膛，气体夹带少量飞灰送至降温除尘单元200；反应产生的灰渣从循环流化床气化炉101底部排出；

步骤二、降温除尘：循环流化床气化单元100送来的气体依次通过第一换热器201、除尘器202、第二换热器203，气体被冷却50℃，夹带的飞灰被分离收集，送至飞灰循环单元300，降温除尘后气体不含飞灰，送至后工段；

步骤三、飞灰循环与气流床气化反应：降温除尘单元200收集的循环飞灰，通过飞灰循环单元300输送后，入炉飞灰与第二气化剂一起经3个侧喷型式的烧嘴403送入气流床气化炉401的燃烧室402，形成漩涡流流场，进行飞灰气化反应，产生高温气体和液态熔渣，反应温度在1500℃，反应压力在0.8MPa；飞灰高温气化后产生的液态熔渣一部分附着在燃烧室402内壁保护燃烧室402壳体，一部分被高温气体夹带向下进入辐射废锅404。

步骤四、气流床反应热回收：飞灰气化反应后生成的1500℃高温气体夹带液态熔渣向下进入辐射废锅404第一膜式水冷壁410内侧的圆形通道和外侧的环形通道，副产10.0MPa高压蒸汽回收热量，液态熔渣被冷却至950℃后成为固态灰渣，向下落入冷渣室405，高温气体自身温度降低至950℃，经气体出口408 送至循环流化床气化炉101；

步骤五、循环流化床补热：气流床气化炉401出口的950℃气体送入循环流化床气化炉101炉膛距顶部1/3高度处，为循环流化床顶部补热；

步骤六、循环流化床温差调控：根据循环流化床温度差监测调控系统500 反馈的炉膛底部反应温度为900℃、炉膛顶部反应温度为800℃、温度差值为100 ℃，通过将第二气化剂和第一气化剂的通入量的体积比例设定在1:11，将炉膛顶部的反应温度提高至875℃，温度差值控制在25℃，使整个循环流化床炉膛的温度趋于均匀；

步骤七、气流床排渣：落入气流床冷渣室405的灰渣进一步冷却，形成固态玻璃态灰渣，经渣锁斗406排至渣池407。

本实施例采用烟煤作为原料，煤质分析数据如下表1：

表1实施例1中采用的烟煤煤质分析数据

本实施例进入循环流化床的烟煤原料量为50t/h，第一气化剂的通入量(以 50％浓度的富氧空气计)为46430Nm³/h；经循环流化床气化后，降温除尘单元 200收集的循环飞灰的量为2.6t/h，循环飞灰的残碳含量为30％(重量含量)，第二气化剂的通入量(以50％浓度的富氧空气计)为4200Nm³/h；辐射废锅404 副产10MPa饱和蒸汽量为5.8t/h，辐射废锅404无结焦堵渣，组合气化系统送出降温除尘后气体的量(以CO+H₂计)为89286Nm³/h，夹带飞灰含量为 10mg/Nm³，飞灰残碳含量为30％，组合气化系统总碳转化率为99.3％。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种气流床与循环流化床组合气化系统，其特征在于：包括循环流化床气化单元和降温除尘单元；所述降温除尘单元包括依次连接的第一换热器、除尘器和第二换热器，所述第一换热器与所述循环流化床气化单元的气体输出管道连接，所述除尘器底部连接有飞灰循环管道，所述第二换热器连接有洁净气体输送管道；所述飞灰循环管道上依次设有飞灰循环单元和气流床气化单元，所述气流床气化单元的气体出口与所述循环流化床气化炉顶部的气体入口连接。

2.根据权利要求1所述的一种气流床与循环流化床组合气化系统，其特征在于：所述循环流化床气化单元包括循环流化床气化炉和旋风分离器，所述循环流化床气化炉顶部的气体入口位于距顶部1/3-1/2处，所述循环流化床气化炉的下部连接有循环流化床进料系统，所述循环流化床的底部连接第一气化剂输入管和灰渣排出管，所述旋风分离器与所述循环流化床气化炉顶部的气体输出管道连接。

3.根据权利要求2所述的一种气流床与循环流化床组合气化系统，其特征在于：所述旋风分离器底部设有返料器，所述返料器通过返料管道与所述循环流化床气化炉的底部连接，所述循环流化床气化炉设有温度差监测调控系统。

4.根据权利要求1所述的一种气流床与循环流化床组合气化系统，其特征在于：所述飞灰循环单元包括依次连接的飞灰收集罐、飞灰中间罐和飞灰给料罐，所述飞灰给料罐与所述气流床气化单元连接。

5.根据权利要求1所述的一种气流床与循环流化床组合气化系统，其特征在于：所述气流床气化单元采用带有辐射废锅的气化炉，所述气化炉从上至下由依次连接的燃烧室、辐射废锅和冷渣室构成；所述燃烧室采用多烧嘴侧喷型式；所述辐射废锅为双通道膜式水冷壁型式；所述气化炉底部连接有渣锁斗，所述渣锁斗下方设有渣池。

6.根据权利要求5所述的一种气流床与循环流化床组合气化系统，其特征在于：所述烧嘴个数在3-6个，设置在距所述燃烧室顶部1/4-1/3高度处；所述烧嘴水平安装角度均同向与径向形成2°-6°的偏离角α，所述烧嘴连接有第二气化剂输入管。

7.根据权利要求5所述的一种气流床与循环流化床组合气化系统，其特征在于：所述辐射废锅包括第一膜式水冷壁、内侧管屏、外侧管屏、第二膜式水冷壁，所述第一膜式水冷壁内侧为圆形的第一气体通道，设有均布的内侧管屏；所述第一膜式水冷壁与所述第二膜式水冷壁之间形成环形的第二气体通道，设有均布的外侧管屏；所述第一膜式水冷壁的直径与第二膜式水冷壁的直径比例在1:1.2-1:1.5；所述内侧管屏数量在4-20组，外侧管屏数量在4-20组。