CN100390254C - 双循环流化床煤气-蒸汽联产方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及的煤气—蒸汽联产方法和联产炉，燃料在燃烧室中燃烧，产生的烟气经旋风分离器进入热交换器加热水产生蒸汽，被旋风分离器捕集的循环灰一部分直接返回燃烧室，另一部分进入气化室，燃料发生热解气化反应产生煤气，反应后的焦/半焦返回燃烧室燃烧；联产炉具有双循环流化床回路，即循环流化床燃烧室、烟气分离器、返料器组成的燃烧回路，和循环流化床气化室、煤气分离器、返料器组成的气化回路，两个回路通过热灰分配器和床料返料器耦合，使燃烧和气化过程既相互关联，又相对独立，从而实现蒸汽与煤气稳定输出、独立调节；其运行方式灵活，除作为联产炉运行外，还可独立运行。除煤之外，该方法还可用于热解或气化含碳废弃物或替代燃料。

Description

双循环流化床煤气-蒸汽联产方法及装置
技术领域
本发明涉及一种双循环流化床煤气-蒸汽联产方法及双循环流化床煤气-蒸汽联产装置。
技术背景
现有的燃煤锅炉和气化炉只能单一地产生蒸汽或者煤气，而现有的煤气-蒸汽联产锅炉又往往只保证煤气生产的稳定，不能同时保证蒸汽生产的稳定。对于流化床煤气-蒸汽联产设备，常用的煤气化室有两种形式：移动床煤气化室和鼓泡床煤气化室。在移动床煤气化室中，循环灰不易与煤混合均匀，制约了碳转化率的提高；此外，气化室中的半焦返回燃烧室常采用自流方式，这种方式无法控制物料在气化室中的停留时间，影响了碳的转化率；而常规循环流化床锅炉上的返料器也不适用于移动床气化室，因为半焦的粒径远大于常规循环流化床锅炉的循环灰粒径，流动性也大不相同。鼓泡床气化室可以方便地控制物料的返料，但由于流化气速高于移动床，被扬析夹带的颗粒大大增加，增大了飞灰含碳损失，还增加了煤气中的杂质含量。同时，现有的流化床煤气-蒸汽联产工艺，多采用循环灰全部进入气化室的方式，使得燃烧和气化难以分别控制，煤气和蒸汽产率独立调节困难。
中国发明专利92100503.2提供了一种燃气蒸汽联产工艺及装置，采用流化床煤气化炉，煤通过气化炉进入炉膛，在气化炉内的反应时间较短；而且燃烧产生的循环灰全部进入气化炉，只能保证煤气产率，不能同时保证蒸汽和煤气的供应及调节；产生的煤气直接外供，飞灰损失较大，降低了碳转化率。
中国发明专利92100912.7提供了一种生产干馏煤气的方法及装置，由循环流化床锅炉、流化床干燥器、干馏器及物料气力输送***等构成。循环物料部分直接回到炉膛，部分进入干馏器；但干馏器以移动床方式运行，循环灰与煤分别加入，不易混合均匀，气化效率不高；加入干馏器的煤通过干馏器进入炉膛，在干馏器中的反应时间较短；此外物料分配通过机械阀实现，可靠性低。
中国实用新型专利01230778.5提供了一种循环流化床粉煤气化煤气发生炉，具有双流化床，流化床燃烧炉后带有烟气分离器，流化床煤气炉后带有煤气分离器，但所有物料都要依次流过煤气炉、煤气分离器、燃烧炉和烟气分离器，因而其燃烧与气化不具备单独循环回路，而是燃烧回路与气化回路的串联循环，并不是严格意义上的双循环流化床；循环气化反应所需热量都是通过燃烧产生的热物料带入煤气炉的；该炉仅供应煤气，不能同时生产蒸汽。此外，经过气化后的煤粒尺度较小，部分煤粒未经燃尽就会随烟气或煤气排放了，降低了碳转化率；所有物料都是交替通过煤气炉和燃烧炉，这种运行方式要求煤颗粒必须较细才能一次带出，与常规循环流化床(物料粒径在0-10mm之间)有很大区别，这样无法发挥循环流化床的多次循环和多次燃烧的作用，且使***调节困难，气化效率和燃烧效率势必较低。此外冷热物料的输送通过机械式的螺旋输送机完成，降低了***运行的可靠性。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种煤气-蒸汽联产方法。燃料在燃烧室中燃烧，产生的烟气经旋风分离器进入热交换器加热水产生蒸汽，被旋风分离器捕集的循环灰一部分直接返回燃烧室，另一部分进入气化室，燃料发生热解和部分煤气化反应产生煤气，反应后的焦/半焦返回燃烧室燃烧；特点是：物料在燃烧室及烟气分离器、返料器组成的燃烧循环回路，和气化室及煤气分离器、返料器组成的气化循环回路，两个循环回路内部循环，同时还在两循环回路之间循环流动，两循环回路可联合运行也可独立运行；燃烧产生的热量用于加热给水或/和提供热解气化反应所需热量；热解气化反应所需热量来自燃烧产生的高温循环灰，或者燃料和煤气的补燃；燃料和循环灰掺混均匀，在气化炉中停留时间长，所产煤气成分稳定热值高；***调节灵活，燃料的利用率高；该方法可以用于热解或气化的燃料不仅包括煤，还包括含碳废弃物和替代燃料(如生物质、破碎的橡胶、塑料和干燥污泥等)。
本发明的目的还在于提出一种双循环流化床煤气-蒸汽联产装置，该联产装置具有双循环流化床回路，即循环流化床燃烧室、烟气分离器、返料器组成的燃烧回路，和循环流化床气化室、煤气分离器、返料器组成的气化回路，其中燃烧室所配返料器为可将循环灰送至燃烧室和气化室的热灰分配器，气化室所配返料器为将循环灰返送回气化室的常规返料器；两个循环回路之间通过热灰分配器和气化室底部的床料返料器连通，进行耦合，使燃烧和气化过程即相互关联，又相互独立，从而实现蒸汽和煤气的稳定输出和独立调节。
本发明的技术方案如下：
本发明提供的双循环流化床煤气-蒸汽联产方法，燃料在燃烧室中燃烧，产生的烟气经旋风分离器进入热交换器加热水产生蒸汽，被旋风分离器捕集的循环灰一部分直接返回燃烧室，另一部分进入气化室，燃料发生热解和部分气化反应产生煤气，反应后的半焦返回燃烧室燃烧；其特征在于：物料在燃烧室及烟气分离器、返料器组成的燃烧循环回路，以及气化室及煤气分离器、返料器组成的气化循环回路，两个循环回路内部循环；同时还在两循环回路之间循环流动，燃烧产生的循环灰通过气动控制的热灰分配器分配，一部分直接返回炉膛，另一部分进入气化室，气化室中的焦/半焦及循环灰通过气化室底部的气动控制的床料返料器返送至燃烧室；两循环回路可联合运行也可独立运行；气化室的流化介质为空气、蒸汽和煤气，或者为空气与蒸汽的混合气，或者为空气与煤气的混合气；燃烧产生的热量用于加热给水或/和提供热解气化反应所需热量；热解气化反应所需热量主要来自燃烧产生的高温循环灰，如果气化室温度不够高，可以采用燃料和煤气的补燃。
该方法可以用于热解或气化的燃料不仅包括煤，还包括含碳废弃物和替代燃料(如生物质、破碎的橡胶、塑料和干燥污泥等)。
所述燃料和煤气的补燃在气化室内、热灰分配器内或煤气出口进行。所述燃烧室的工作温度为800-1000℃，热解气化室的工作温度为700-950℃。
本发明提供的双循环流化床煤气-蒸汽联产装置，包括：
一燃烧室1；所述的流化床燃烧室1下部室壁上设有炉前给料口11、脱硫剂加入口14、循环灰返料口12和半焦返料口13，燃烧室1底部设有流化空气入口15以及底渣排放口，燃烧室1内布置有水冷受热面或做成绝热壁面；
一与燃烧室1上部相连通的烟气分离器2；该烟气分离器2的顶部烟气出口管21连通一带蒸汽出口的热交换器8；
一热灰分配器5；所述热灰分配器5包括设置在上部的进料段51和位于进料段51两侧的返料段52和53；进料段51和返料段52，53的底部相连通，其下方布置有带风帽的布风板54；布风板54下方布置一字排列的风室55，56，57和58；其左侧风室55位于左侧返料段52的正下方，右侧风室58位于右侧返料段53的正下方，位于中间的风室56和57位于进料段51的正下方；所述进料段51与烟气分离器2底部相连通；所述左侧返料段52与燃烧室1下部的循环灰返料口12相连通；
一热解气化室3；所述热解气化室3下部室壁上设有给料口31、燃烧循环灰入口32和气化循环灰返料口33，底部设有气化剂入口34；所述燃烧循环灰入口32与热灰分配器5的返料段53相连通；
一床料返料器6；该床料返料器6位于气化室3底部并与气化室3底部相通，包括设置在热解气化室布风板以下的进口段61和位于进口段61另一侧的出口段62，进口段61与出口段62底部连通，其下方布置有带风帽的布风板63，布风板63下方布置有一字排列的风室64、65和66，右侧风室64位于进口段61正下方，左侧风室65位于出口段62正下方，所述出口段62与燃烧室1下部半焦返料口13相连通；
一煤气分离器4；该煤气分离器4入口与气化室3上部相连通，顶部设有煤气出口管41；
一返料器7；该返料器7位于煤气分离器4下方，其入口与煤气分离器4相连通，出口与气化室3下部的气化循环灰返料口33相连通。
本发明的联产方法和联产装置，能够同时稳定地生产蒸汽和煤气，能分别调节热解气化参数和蒸汽参数，并且可控制物料在热解气化室中的停留时间，提高气化效率，还可通过控制热解气化室的温度抑制大分子(如焦油)的生成；可以通过向热解气化室内加入石灰石等脱硫剂，可以实现炉内高效脱硫，大幅度降低煤气中H2S的浓度。
本发明的联产方法和联产装置，具有两个循环流化床物料回路，一个燃烧回路和一个气化回路，两个回路通过热灰分配器和床料返料器耦合，使燃烧和热解气化过程既相互关联又相对独立，从而实现蒸汽与煤气稳定输出和独立调节。
本发明的联产方法和联产装置，运行方式灵活，除联产方式运行外，还可作为两个独立的装置运行，即热灰分配器将循环灰全部返送回燃烧室，热解气化室底部的床料返料器不返送物料至燃烧室；燃烧室仍生产蒸汽，热解气化室以部分燃烧部分气化方式运行，生产煤气。
本发明的联产方法和联产装置，燃烧室以常规燃烧方式运行，热解气化室可以三种方式运行：
a)燃料的热解。热解气化室通入煤气或CO2、N2等惰性气体作为流化介质，燃料吸收热灰分配器送入的循环灰带入的热量，发生热解反应，产生热解煤气；
b)燃料的气化。气化室通入空气、水蒸汽、氧气或这些气体的混合物作为流化介质，燃料在气化室中发生气化反应，产生煤气；
c)燃料的气化和补燃。当热解气化室内温度偏低时，燃料在热解气化过程中易产生焦油等大分子有机物；此时可以通过燃烧一部分燃料或煤气的方式提升温度，分解这些大分子有机物。补燃可在三种位置进行：①在气化室内进行补燃，通入空气或者蒸汽与空气的混合气作为气化室的流化介质，部分燃料和煤气燃烧放出热量，作为燃料发生气化反应所需热量的补充；②在热灰分配器与气化室连通的返料段内进行补燃，通入空气作为该返料段的流化介质，使循环灰中的燃料继续燃烧，提高循环灰的温度，从而带入更多热量到气化室中，并提高气化室的温度；③在气化室煤气出口进行补燃，在煤气出口提供空气与部分煤气燃烧放热，提高煤气温度。
本发明的特点在于：①可单独作为蒸汽锅炉运行，也可实现煤气-蒸汽联产，蒸汽可用于工业应用或发电，煤气中大分子有机物(如焦油)的含量很低；②可应用于新建循环流化床煤气-蒸汽联产炉，也可以用于将常规循环流化床锅炉改建为煤气-蒸汽联产炉；③热解气化炉以循环流化床方式运行，燃料与循环灰掺混均匀，在气化炉内停留时间长，气化反应完全，产生的煤气经旋风分离器净化后输出，成分稳定，煤气热值高；③热解气化炉可以热解或气化煤，以及含碳废弃物和替代燃料(如生物质、破碎的橡胶、塑料和干燥污泥等)；④煤气生产流程运行方式多样，***运行调节灵活机动；⑤气化炉中产生的半焦送入燃烧室燃尽，可有效提高燃料利用率；⑥通过向热解气化室内加入石灰石等脱硫剂，可以实现炉内高效简廉脱硫，减少环境污染。
附图说明
图1是本发明实施例的示意图；
图2是本发明实施例的热灰分配器部件图；
图3是本发明实施例的床料返料器部件图。
燃烧室1         炉前给料口11         循环灰返料口12
半焦返料口13    脱硫剂加入口14       流化空气入口15
烟气分离器2     烟气出口管21         气化室3
气化室给料口31  燃烧循环灰入口32     气化循环灰返料口33
气化剂入口34    煤气分离器4          煤气出口管41
热灰分配器5    进料段51               返料段52，53
布风板54       风室55、56、57、58     床料返料器6
返料器7        热交换器8
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述：
如附图1所示，本发明提供双循环流化床煤气-蒸汽联产炉，包括燃烧室1、烟气分离器2、热灰分配器5、气化室3、煤气分离器4、返料器7、床料返料器6及辅助管道等；
所述的燃烧室1下部室壁上设有炉前给料口11、脱硫剂加入口14、循环灰返料口12和半焦返料口13，燃烧室1的底部设有流化空气入口15，燃烧室壁为水冷受热面或绝热壁面；
所述的烟气分离器2入口与燃烧室1上部相连通，顶部的烟气出口21与热交换器6连通；
所述的气化室3下部室壁上设有给料口31、燃烧循环灰入口32和气化循环灰返料口33，底部设有气化剂入口34；
所述的煤气分离器4入口与气化室3上部相连通，顶部设有煤气出口管41；
如附图2所示，所述热灰分配器5包括设置在上部的进料段51和位于进料段31两侧的返料段52和53；进料段51、返料段52和返料段53底部相连通，其下方布置有带风帽的布风板54；布风板54下方布置一字排列的风室55、56、57和58；其左侧风室55位于左侧返料段52的正下方，右侧风室58位于右侧返料段53的正下方，位于中间的风室56和57位于进料段51的正下方；所述进料段51与烟气分离器2的底部相连通；所述左侧返料段52与燃烧室1下部连通；所述右侧返料段53与气化室3下部连通；
所述返料器7入口与煤气分离器4相连通，出口与气化室3下部的气化循环灰返料口33相连通；
如附图3所示，所述床料返料器6包括设置在气化室布风板以下的入口段61和与燃烧室1下部半焦返料口13连通的出口段62；进口段61与出口段62底部连通，其下方布置有带风帽的布风板63，布风板下方布置风室64、65和66，右侧风室64位于进口段61正下方，左侧风室65位于出口段62正下方，中间风室66位于进口段61与出口段62之间的底部连通部分的正下方；
所述热交换器8与烟气分离器2的烟气出口管21相连，来自燃烧室1水冷受热面的热水，或直接进入热交换器8的给水，被来自烟气分离器2的烟气加热，产生蒸汽。
本发明的双循环流化床煤气-蒸汽联产炉运行时，从炉前给料口11加入的燃料在燃烧室1内流化燃烧，燃烧室1温度控制在950℃左右，烟气流经烟气分离器2，循环灰被捕集，烟气经烟气出口管21流经热交换器8，加热来自燃烧室1水冷受热面的热水或给水，产生蒸汽；温度约930℃左右的循环灰进入热灰分配器5，一部分直接返回燃烧室，另一部分进入气化室4，与从气化室给料口31加入的燃料一起被气化剂流化并充分混合，将气化室4内的温度控制在不易产生焦油的850℃左右的范围内，发生热解气化反应，生成煤气，煤气流经煤气分离器4，焦/半焦和循环灰被捕集，经返料器7送回气化室3，煤气经煤气出口管41输出；气化室3内的焦/半焦通过床料返料器6送回燃烧室1继续燃烧；从脱硫剂加入口12加入的石灰石在高温下煅烧分解生成氧化钙，在燃烧回路中与二氧化硫发生反应生成固态的硫酸钙，在气化室4中与燃料中的硫生成的硫化氢发生反应生成固态的硫化钙，它们稳定地富集在底渣和飞灰中排出，大大降低了烟气和煤气中的硫含量。
床料返料器6为一个气动控制的返料阀，其进口段为移动床，出口段为鼓泡床，通过调节风室64、65和66的流化风量，可以控制通过该床料返料器的物料流率，从而实现对从气化室返送回燃烧室的焦/半焦量的控制。
通过改变热灰分配器5的风室55、风室56、风室57和风室58的流化风量的比例，可调节循环灰进入返料段52和返料段53的比例，即调节了循环灰返回燃烧室1与进入气化室3的比例的调节，从而调节了气化室3的温度，配合给料口31的给料量和床料返料器6的返料率的调整，可实现对煤气产率的控制。再调节炉前给料口11的给料量，可实现对蒸汽产率的控制。从而实现了燃烧和气化过程的分开控制，保证了煤气和蒸汽可以同时按额定产率生产。
当蒸汽需求较大，煤气需求较小时，可调节热灰分配器的流化风量，使循环灰主要返回燃烧室，较少甚至不送入气化室；若循环灰带入热量不足以满足气化室内热解气化反应的需要，气化室温度偏低，无法维持在不易产生焦油的温度范围内时，可以从气化室底部通入空气，利用部分燃料在气化室中燃烧放热，满足其余燃料热解气化反应的需要；或者在气化室出口烧掉部分煤气，提高煤气温度分解焦油。

Claims (13)

1.一种双循环流化床煤气-蒸汽联产方法，
向循环流化床燃烧室中加入燃料进行燃烧，产生的烟气经旋风分离器进入热交换器加热水产生蒸汽；
烟气中的循环灰被旋风分离器捕集，通过气动控制的热灰分配器分配，一部分直接返回燃烧室继续燃烧，另一部分进入气化室作为气化的热源；
向气化室中通入流化介质，并加入燃料，进行热解气化反应，产生煤气，煤气中的焦/半焦和循环灰被分离出来送回气化室，煤气输出；
气化室中的焦/半焦及循环灰通过气化室底部的气动控制的床料返料器返送至燃烧室继续燃烧。
2.按权利要求1所述的双循环流化床煤气-蒸汽联产方法，其特征在于，还进行燃料的补燃以提高气化室的温度；所述的燃料的补燃在气化室内或热灰分配器内进行。
3.按权利要求1所述的双循环流化床煤气-蒸汽联产方法，其特征在于，还进行煤气的补燃以提高煤气的温度；所述的煤气的补燃在气化室的煤气出口进行。
4.按权利要求1所述的双循环流化床煤气-蒸汽联产方法，其特征在于，所述的燃料为煤、含碳废弃物或替代燃料；所述的含碳废弃物和替代燃料为生物质、橡胶、塑料或干燥污泥。
5.按权利要求1所述的双循环流化床煤气-蒸汽联产方法，其特征在于，所述燃烧室的工作温度为800～1000℃，所述气化室的工作温度为700～950℃。
6.按权利要求1所述的双循环流化床煤气-蒸汽联产方法，其特征在于，气化室的流化介质为空气、蒸汽或煤气中的一种，或者为空气与蒸汽的混合气体，或者为空气与煤气的混合气体。
7.一种双循环流化床煤气-蒸汽联产装置，包括：
上部相连通的循环流化床燃烧室(1)和烟气分离器(2)；
两两相连通的气化室(3)、煤气分离器(4)和返料器(7)；
烟气分离器(2)的烟气出口管(21)与一带蒸汽出口的热交换器(8)相连通；
其特征在于：
还包括一连烟气分离器(2)与燃烧室(1)和气化室(3)的气动控制的热灰分配器(5)，及一连通气化室(3)与燃烧室(1)的气动控制的床料返料器(6)。
8.按权利要求7所述的双循环流化床煤气-蒸汽联产装置，其特征在于，所述的燃烧室(1)下部室壁上设有炉前给料口(11)、脱硫剂加入口(14)、循环灰返料口(12)和半焦返料口(13)，燃烧室(1)底部设有流化空气入口(15)以及底渣排放口，燃烧室(1)内布置有水冷受热面或做成绝热壁面。
9.按权利要求8所述的双循环流化床煤气-蒸汽联产装置，其特征在于，所述热灰分配器(5)包括设置在上部的进料段(51)和位于进料段(51)两侧的返料段(52)和(53)；进料段(51)和返料段(52，53)的底部相连通，其下方布置有带风帽的布风板(54)；布风板(54)下方布置一字排列的风室(55，56，57和58)；其左侧风室(55)位于左侧返料段(52)的正下方，右侧风室(58)位于右侧返料段(53)的正下方，位于中间的风室(56)和(57)位于进料段(51)的正下方；所述进料段(51)与烟气分离器(2)底部相连通；所述左侧返料段(52)与燃烧室(1)下部的循环灰返料口(12)相连通。
10.按权利要求9所述的双循环流化床煤气-蒸汽联产装置，其特征在于，所述的气化室(3)下部室壁上设有给料口(31)、燃烧循环灰入口(32)和气化循环灰返料口(33)，底部设有气化剂入口(34)；所述燃烧循环灰入口(32)与热灰分配器(5)的返料段(53)相连通。
11.按权利要求8所述的双循环流化床煤气-蒸汽联产装置，其特征在于，所述的床料返料器(6)位于气化室(3)底部并与气化室(3)底部相通，包括设置在气化室布风板以下的进口段(61)和位于进口段(61)另一侧的出口段(62)，进口段(61)与出口段(62)底部连通，其下方布置有带风帽的布风板(63)，布风板(63)下方布置有一字排列的风室(64)、(65)和(66)，右侧风室(64)位于进口段(61)正下方，左侧风室(65)位于出口段(62)正下方；所述出口段(62)与燃烧室(1)下部半焦返料口(13)相连通。
12.按权利要求7所述的双循环流化床煤气-蒸汽联产装置，其特征在于，所述的煤气分离器(4)入口与气化室(3)上部相连通，顶部设有煤气出口管(41)。
13.按权利要求10所述的双循环流化床煤气-蒸汽联产装置，其特征在于，所述的返料器(7)位于煤气分离器(4)下方，其入口与煤气分离器(4)相连通，出口与气化室(3)下部的气化循环灰返料口(33)相连通。
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