CN210915953U - 流化床气化炉和煤气化系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种流化床气化炉和煤气化系统，流化床气化炉包括炉体，炉体的稀相区开设有进煤口，炉体的密相区开设有旋风飞灰返回管道，低温区的顶部开设有粗煤气出口，密相区的底部设置有锥形气体分布板，锥形气体分布板的下方设置有中心排渣管道、细粉尘返回管道以及气化剂入口，细粉尘返回管道贯穿炉体的外壁连接在锥形气体分布板上，并与密相区连通。通过设置旋风飞灰返回管道可以对旋风飞灰系统的旋风飞灰进行回炉，设置细粉尘返回管道可以实现对精除尘系统的细灰进行回炉，从而减少了粉尘的排放，提高了碳转化率。

Description

流化床气化炉和煤气化系统

技术领域

本实用新型涉及煤炭资源利用领域，具体涉及一种流化床气化炉和煤气化系统。

背景技术

中国煤炭资源丰富，煤炭在我国的能源消费中保持最高比例。煤气化工艺是实现煤炭清洁高效转化的一种重要方式。流化床气化炉因温度场均匀、能处理廉价粉煤，在煤气化领域受到更多关注。

随着环保要求的日益严格，煤气化过程因三废排放问题受到较多质疑。现有流化床气化工艺，因流化床出口粉尘夹带量大，分离再次利用不彻底、导致系统碳转化率低、能源利用效率降低；另外现有流化床气化系统普遍采用湿法排渣、粗煤气水洗冷却除尘工艺，水耗高，且气化炉出口粉尘大量进入后续废水中，给废水处理及热量回收利用带来诸多困难。除此，现有流化床气化工艺还存在酸性气体(CO₂)排放高、产物单一(产粗煤气)、经济性受市场供需影响大等问题。

因此，现有的流化床气化炉处理工艺依然存在较多技术缺陷。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种流化床气化炉和煤气化系统，针对粉煤加压流化床气化工艺，开发一种多联产煤气化系统，解决现有流化床气化炉出口粉尘分离回用不彻底、碳转化率低的问题。

为实现上述目的，本实用新型首先提供了一种流化床气化炉，包括炉体，所述炉体内部自上至下形成有低温区、流化床反应区，所述流化床反应区包括自上至下分布的稀相区和密相区；

所述炉体的稀相区开设有进煤口，所述炉体的密相区开设有旋风飞灰返回管道，所述低温区的顶部开设有粗煤气出口，所述密相区的底部设置有锥形气体分布板，所述锥形气体分布板的下方设置有中心排渣管道、细粉尘返回管道以及气化剂入口，所述细粉尘返回管道贯穿所述炉体的外壁连接在所述锥形气体分布板上，并与所述密相区连通；

所述旋风飞灰返回管道用于回炉旋风系统的旋风飞灰，所述细粉尘返回管道用于回炉精除尘系统的细灰。

可选地，所述旋风飞灰返回管道的出口与所述炉体中心轴线的垂直连线和所述细粉尘返回管道的出口与所述炉体中心轴线的垂直连线之间的夹角为90°。

可选地，所述旋风飞灰返回管道深入所述炉体内部一定长度，且所述旋风飞灰返回管道的轴向与水平方向夹角为40°-70°。

可选地，所述旋风飞灰返回管道的末端与所述炉体内壁的距离为所述炉体直径的1/3～1/2。

可选地，所述细粉尘返回管道设置两个，并在炉体底部对称分布。

可选地，所述中心排渣管道与所述锥形气体分布板之间形成的环隙内设置有一圈喷嘴，所述喷嘴用于输送气化剂。

可选地，所述喷嘴与水平方向夹角为45°-90°。

可选地，所述喷嘴的末端的位置高于所述锥形气体分布板的底端，并与所述细粉尘返回管道所在的位置齐平。

本实用新型另一方面提供一种煤气化系统，包括：本实用新型提供的流化床气化炉，还包括排渣系统、旋风系统、高温废热锅炉、精除尘系统、以及进料系统；

所述进料系统与所述进煤口连通，所述排渣系统与所述中心排渣管道连通，所述旋风系统的进气口与所述粗煤气出口连通，所述旋风系统的出气口与所述高温废热锅炉连通，所述旋风系统的排灰口与所述旋风飞灰返回管道连通，所述高温废热锅炉与所述精除尘系统连通，所述精除尘系统与所述细粉尘返回管道连通。

可选地，所述旋风系统包括相互连通的一级旋风系统和二级旋风系统，所述一级旋风系统和所述二级旋风系统的排灰口均与所述旋风飞灰返回管道连通。

可选地，所述排渣系统包括依次连通的移动床排渣装置、变压排渣装置以及常压排渣装置；所述移动床排渣装置与所述中心排渣管道连通。

可选地，所述移动床排渣装置上设置水冷装置，在所述移动床排渣装置底部区域设置有冷却松动气进口，所述移动床排渣装置连接至所述变压排渣装置的管线上也设置有松动气口。

通过设置旋风飞灰返回管道可以对旋风飞灰系统的旋风飞灰进行回炉，设置细粉尘返回管道可以实现对精除尘系统的细灰进行回炉，从而减少了粉尘的排放，提高了碳转化率。

附图说明

图1是本实用新型一实施方式中流化床气化炉的示意图；

图2是图1的局部视图；

图3是本实用新型一实施方式中煤气化系统的示意图。

附图标记：

10-炉体；11-低温区；12-流化床反应区；12a-稀相区；12b-密相区； 13-进煤口；14-旋风飞灰返回管道；15-粗煤气出口；16-锥形气体分布板；17-中心排渣管道；18-细粉尘返回管道；19-气化剂入口；

20-喷嘴；

30-排渣系统；31-移动床排渣装置；32-变压排渣装置；33-常压排渣装置；

40-旋风系统；41-一级旋风系统；42-二级旋风系统；

50-高温废热锅炉；

60-精除尘系统；

70-进料系统。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参阅图1和图2，本实施方式提供一种流化床气化炉，包括炉体 10，所述炉体10内部自上至下形成有低温区11、流化床反应区12，所述流化床反应区12包括自上至下分布的稀相区12a和密相区12b，所述炉体10的稀相区12a开设有进煤口13，所述炉体10的密相区12b 开设有旋风飞灰返回管道14，所述低温区11的顶部开设有粗煤气出口 15，所述密相区12b的底部设置有锥形气体分布板16，所述锥形气体分布板16的下方设置有中心排渣管道17、细粉尘返回管道18以及气化剂入口19，所述细粉尘返回管道18贯穿所述炉体10的外壁连接在所述锥形气体分布板16上，并与所述密相区12b连通；所述旋风飞灰返回管道14用于回炉旋风系统的旋风飞灰，所述细粉尘返回管道18 用于回炉精除尘系统的细灰。通过设置旋风飞灰返回管道14可以对旋风飞灰系统的旋风飞灰进行回炉，设置细粉尘返回管道18可以实现对精除尘系统的细灰进行回炉，从而减少了粉尘的排放，提高了碳转化率。

在一个具体地实施例中，所述旋风飞灰返回管道14的出口与所述炉体10中心轴线的垂直连线和所述细粉尘返回管道18的出口与所述炉体10中心轴线的垂直连线之间的夹角为90°。也就是说俯视炉体 10的时候，旋风飞灰返回管道14的出口位置和细粉尘返回管道18的出口位置成90°分布。这种角度设置有利于减少返料对炉内流场及底部气化剂在炉内分散的影响。

其中，细粉尘返回管道18可以设置两个，在炉体10底部对称分布。两路细粉尘返料和一路旋风飞灰返料形成三路返料。

进一步，所述旋风飞灰返回管道14深入所述炉体10内部一定长度，且所述旋风飞灰返回管道14的轴向与水平方向夹角为40°～70°。这里的“一定长度”是指深入炉体10内即可，具体长度不做限制。较佳地：所述旋风飞灰返回管道14的末端与所述炉体10内壁的距离为所述炉体10直径的1/3～1/2。这种设置是为了保证发旋风飞灰在一定气流吹送下顺利进入炉体10，同时保证进入炉体10中心区域，在底部气流和气泡作用下，同较大颗粒床料碰撞、混合，均匀分散在床料中，进而在含氧气化剂作用下参与气化反应转化掉，避免直接入炉，未来得及进入中心区域均匀分散，经炉体10内壁上行再次被夹带出炉体 10，停留时间过短、转化不彻底。

进一步，深入炉体10内部的部分旋风飞灰返回管道14中间层为金属壁，内外两侧加设耐磨耐热耐火材料，可以为耐火砖或耐火浇注料，避免气化炉内部床料对其的冲刷磨损。

结合图2，所述中心排渣管道17与所述锥形气体分布板16之间形成的环隙内设置有一圈喷嘴20，所述喷嘴20用于输送气化剂。

气化剂入口19也用于输送气化剂，但是位置不同，气化剂入口19 输送的气化剂在锥形气体分布板16的下方形成布气场，经锥形气体分布板16上开设的水平孔进入密相区12b。设置的一圈喷嘴20用于强化床层内部的返混和气固接触，打破锥形气体分布板16进气在中心区域的聚并，避免形成较大气泡，气化剂入口19通氧气浓度在20％以下的蒸汽、氧气混合介质，喷嘴20通氧气浓度在30％以下的蒸汽、氧气混合介质，中心的中心排渣管道17不通气化剂。

较佳地，所述喷嘴20朝上方倾斜，并与水平方向夹角为45°～90°。所述喷嘴20的末端的位置高于所述锥形气体分布板16的底端，并与所述细粉尘返回管道18所在的位置齐平。该角度和位置的设置是为了保证环隙喷嘴20进入的气化剂同锥形气体分布板16水平孔进入的气化剂形成一定角度分布，将锥形气体分布板16底部沉积的大颗粒推向中心排渣管道17，增加锥形气体分布板16附近颗粒的返混及运动速度，进而避免因大颗粒沉积、水平方向阻力过大、导致锥形气体分布板16水平进入的气化剂短路沿锥形板面壁面上行、导致锥形气体分布板16进入的气化剂分布不均匀，同时对锥形气体分布板16区域形成的气泡有一股剪切力，避免形成大气泡，影响气固接触效果；同时有利于降低返回细粉尘进入炉内因床料过密导致的阻力大、细粉尘进入不到床层内部、与含氧气化剂接触不充分、反应不彻底的问题，返回的细粉尘在环隙喷嘴20喷射气化剂作用下、充分同床料混合、同时与含氧气化剂接触，足够的停留时间及温度，促使细粉尘高效转化。

参阅图3，本实施方式进一步提供一种煤气化系统，包括：本实施方式提供的流化床气化炉，还包括排渣系统30、旋风系统40、高温废热锅炉50、精除尘系统60、以及进料系统70；所述进料系统70与所述进煤口13连通，所述排渣系统30与所述中心排渣管道17连通，所述旋风系统40的进气口与所述粗煤气出口15连通，所述旋风系统40 的出气口与所述高温废热锅炉50连通，所述旋风系统40的排灰口与所述旋风飞灰返回管道14连通，所述高温废热锅炉50与所述精除尘系统60连通，所述精除尘系统60与所述细粉尘返回管道18连通。

其中，所述旋风系统40包括相互连通的一级旋风系统41和二级旋风系统42，所述一级旋风系统41和所述二级旋风系统42的排灰口均与所述旋风飞灰返回管道14连通。

炉体10内产生的含尘粗煤气在低温区11经炉体10顶部设置的多组多层喷淋水喷嘴降温后排出炉体10，进入后续的一级旋风系统41 和二级旋风系统42，一级旋风系统41和二级旋风系统42为加压设备、金属外壳内衬耐磨浇注料。旋风分离器底部通过飞灰返回系统与炉体 10的旋风飞灰返回管道14相连，具体为二级旋风系统42分离下来的飞灰先返回至一级旋风系统41的返料结构上，汇同一级旋风分离器分离下来的飞灰一并返回炉体10。

二级旋风系统42与高温废热锅炉50相连，粗煤气在高温废热锅炉50内冷介质换热降温、回收热量，产生高压饱和蒸汽，送入蒸汽涡轮发电系统产生电力。高温废热锅炉50与精除尘系统60相连，一次降温后粗煤气进入精除尘系统60进行粉尘的二次过滤，除去更细的飞灰颗粒。分离下来的细粉尘通过细粉尘返回管道18返回锥形气体分布板16上方的高温密相区12b内。经过除尘的煤气可进行收集进一步利用，在此不予赘述。

在一个具体的实施方式中，所述排渣系统30包括依次连通的移动床排渣装置31、变压排渣装置32以及常压排渣装置33；所述移动床排渣装置31与所述中心排渣管道17连通。

其中移动床排渣装置31为加压容器、上部圆柱、下部圆锥形结构，外部设置水冷却夹套、内部设置有水冷却盘管，内壁上设置有水冷却喷嘴，底部锥形区域设置有冷却松动气进口，气化炉中心排渣管贯通延伸至移动床排渣装置31中部位置，管线上设置有松动气入口。移动床排渣装置31连接至下部变压排渣装置32的管线上也设置有松动气口。该排渣系统30解决了现有工艺湿法排渣水耗高、输送困难、废水量大的问题。

综上所述，本实用新型，针对粉煤加压流化床气化工艺，提供了一种流化床气化炉和煤气化系统，解决现有流化床原煤气化工艺存在的夹带出炉的细粉尘分离、回炉转化不彻底、碳转化率低的问题，同时对现有系统水耗高(湿法排渣、水耗高，后系统直接冷却、废水产量大、废水废热回收利用不充分等)、酸性气体(CO₂)排放高、产物单一(产粗煤气)、经济性受市场供需影响大等的问题也提供了很好的解决方案。

通过设置不同粉尘返料位置、改变锥形分布板排渣及布气方式，实现更细粉尘的顺利返炉及高效转化利用，设置移动床干法排渣系统，解决了现有工艺湿法排渣水耗高、输送困难、废水量大的问题；通过后续设置的精除尘、两级废热回收、净化系统等，大大降低了废水产量、回收的更多的热量，联产了电力；过程中将产生的温室气体，在系统内实现了高效转化利用，获取了高附加值化学品，提高了工艺整体技术经济性。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种流化床气化炉，包括炉体(10)，所述炉体(10)内部自上至下形成有低温区(11)、流化床反应区(12)，所述流化床反应区(12)包括自上至下分布的稀相区(12a)和密相区(12b)，其特征在于，

所述炉体(10)的稀相区(12a)开设有进煤口(13)，所述炉体(10)的密相区(12b)开设有旋风飞灰返回管道(14)，所述低温区(11)的顶部开设有粗煤气出口(15)，所述密相区(12b)的底部设置有锥形气体分布板(16)，所述锥形气体分布板(16)的下方设置有中心排渣管道(17)、细粉尘返回管道(18)以及气化剂入口(19)，所述细粉尘返回管道(18)贯穿所述炉体(10)的外壁连接在所述锥形气体分布板(16)上，并与所述密相区(12b)连通；

所述旋风飞灰返回管道(14)用于回炉旋风系统的旋风飞灰，所述细粉尘返回管道(18)用于回炉精除尘系统的细灰。

2.根据权利要求1所述的流化床气化炉，其特征在于，所述旋风飞灰返回管道(14)的出口与所述炉体(10)中心轴线的垂直连线和所述细粉尘返回管道(18)的出口与所述炉体(10)中心轴线的垂直连线之间的夹角为90°。

3.根据权利要求1所述的流化床气化炉，其特征在于，所述旋风飞灰返回管道(14)深入所述炉体(10)内部一定长度，且所述旋风飞灰返回管道(14)的轴向与水平方向夹角为40°-70°；

所述旋风飞灰返回管道(14)的末端与所述炉体(10)内壁的距离为所述炉体(10)直径的1/3～1/2。

4.根据权利要求1所述的流化床气化炉，其特征在于，所述细粉尘返回管道(18)设置两个，并在炉体(10)底部对称分布。

5.根据权利要求1所述的流化床气化炉，其特征在于，所述中心排渣管道(17)与所述锥形气体分布板(16)之间形成的环隙内设置有一圈喷嘴(20)，所述喷嘴(20)用于输送气化剂。

6.根据权利要求5所述的流化床气化炉，其特征在于，所述喷嘴(20)与水平方向夹角为45°-90°。

7.根据权利要求5所述的流化床气化炉，其特征在于，所述喷嘴(20)的末端的位置高于所述锥形气体分布板(16)的底端，并与所述细粉尘返回管道(18)所在的位置齐平。

8.一种煤气化系统，其特征在于，包括：权利要求1-7任意一项所述的流化床气化炉，还包括排渣系统(30)、旋风系统(40)、高温废热锅炉(50)、精除尘系统(60)、以及进料系统(70)；

所述进料系统(70)与所述进煤口(13)连通，所述排渣系统(30)与所述中心排渣管道(17)连通，所述旋风系统(40)的进气口与所述粗煤气出口(15)连通，所述旋风系统(40)的出气口与所述高温废热锅炉(50)连通，所述旋风系统(40)的排灰口与所述旋风飞灰返回管道(14)连通，所述高温废热锅炉(50)与所述精除尘系统(60)连通，所述精除尘系统(60)与所述细粉尘返回管道(18)连通。

9.根据权利要求8所述的煤气化系统，其特征在于，所述排渣系统(30)包括依次连通的移动床排渣装置(31)、变压排渣装置(32)以及常压排渣装置(33)；所述移动床排渣装置(31)与所述中心排渣管道(17)连通。

10.根据权利要求9所述的煤气化系统，其特征在于，所述移动床排渣装置(31)上设置水冷装置，在所述移动床排渣装置(31)底部区域设置有冷却松动气进口，所述移动床排渣装置(31)连接至所述变压排渣装置(32)的管线上也设置有松动气口。

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