CN100577775C - 一种循环流化床煤气化装置及使用该装置生成煤气的方法 - Google Patents

Abstract

一种循环流化床煤气化装置及使用该装置生成煤气的方法，包括有上煤***、发生炉、旋风除尘器、余热锅炉、水冷塔和文丘里洗涤器，其中发生炉上设有上、下两排气化剂喷咀，底部设有螺旋除灰机和贮灰槽，上部设有与旋风除尘器相通的煤气管，旋风除尘器底部设有与发生炉相通的回料管，旋风除尘器通过煤气管与余热锅炉相通，余热锅炉通过煤气管与水冷塔相通，水冷塔通过煤气管与文丘里洗涤器相通，其特点是旋风除尘器通向发生炉膛的回流管为带有小型流化床的返料器，旋风除尘器为至少两组串联的旋风除尘器组成，上煤***中有风力输送，上煤***中还设有粉煤干燥机。本发明实现了煤气化技术由沸腾床到循环流化床的转变，提高了***气化效率。

Description

一种循环流化床煤气化装置及使用该装置生成煤气的方法

技术领域

本发明涉及一种煤气生产设备及其工艺流程，特别是涉及一种煤炭气化特别是劣质煤炭气化的循环流化床煤气化装置及使用该装置生成煤气的方法，是对现有煤气生产设备及其工艺流程的改进，属于煤气化生产技术。

背景技术

煤气化技术视炉内气-固状态和运动形式，主要分为三大类：以块煤(10～50mm)为原料的固定床；以粉煤(小于10mm)为原料的流化床；以粉煤(小于0.1mm)为原料的气流床。为提高单炉能力和降低能耗，现代气化炉均在适当的压力(1.5～4.5MPa)下运行，相应地出现了增压固定床、增压流化床和增压气流床技术。

先进的固定床气化工艺以鲁奇移动床加压气化为代表，其主要优点包括：可以使用劣质煤气化；加压气化生产能力高；氧耗量低，是目前三类气化方法中氧耗量最低的方法。其缺点是固定床气化只能以不粘块煤为原料，不仅原料昂贵，气化强度低，而且气-固逆流换热，出炉气带有大量水分和煤焦油、苯和酚等，冷凝和洗涤下来的污水处理***比较复杂，使净化流程加长，增加了投资和成本。

以粉煤为原料的气流床(德士古炉、K-T炉、壳牌炉)在极高温度下运行(1300-1500℃)，气化强度极高，单炉能力已达2500吨煤/日，气体中不含焦油、酚类，非常适合化工生产和先进发电***的要求。气流床气化工艺的优点包括.煤种适应范围较宽，工艺灵活，合成气质量高，产品气可适用于化工合成，制氢和联合循环发电等.气化压力高，生产能力高.不污染环境，三废处理较方便。该工艺缺点是，水煤浆气化炉一般情况下不宜气化褐煤(成浆困难)，高温气化为使灰渣易于排出，要求所用煤灰熔点低(小于1300℃)，含灰量低(低于10％-15％)，否则需加人助熔剂(CaO或Fe2O3)并增加运行成本。这一点特别不利于我国煤种的使用。此外，高温气化炉耐火材料和喷嘴均在高温下工作，寿命短、价格昂贵、投资高，气化炉在高温运行，氧耗高，制粉制浆困难等也提高了煤气生产成本。

国内绝大多数正在运行的气化炉仍为水煤气或半水煤气固定床，亟待更新改造。所面临的问题是：原料煤利用受限制，现在气化炉的原材料仅限于无烟块煤，造成煤源紧张；无烟块煤价格太高，现价800多元/吨；间歇法的吹风气污染大；采用shell等技术不但成本投资太高，而且每年还要交大量的技术使用费。使用粉煤为原料的流化床技术因其原料煤可用烟煤、褐煤、煤矸石等劣质煤，且其产能大，设备投资少等特点，比较适合我国国情而受到关注。循环流化床气化炉所采用的褐煤，不仅价格便宜，而且产源丰富，初步计算，吨价比块煤便宜二分之一至三分之一；因为连续气化，没有吹风气污染，炉出口温度高，没有焦油含酚污水，环保得到很大改善；循环流化床气化炉煤气出口压力属于常压，符合现在中小化肥的流程，把现有固定间歇炉改为流化床炉，在流程上不需做大的改动，技术改造相对容易，且投资少，易为企业所接受。

公开号为CN1299859的中国发明专利给出了一种《沸腾床粉煤气化装置及其工艺流程》，包括粉煤漏斗、贮煤槽和从漏斗向贮煤槽送煤的输送机，发生炉和从贮煤槽向发生炉送煤的供煤机，以及圆筒形旋风分离器、废热锅炉、发生炉下部的排灰机和贮灰槽，其特征是采用了有上、下两层气化剂喷咀、无炉篦的沸腾床粉煤气发生炉和在壳体内具有垂直管束的蒸汽发生器、多层蛇管蒸汽过热器和软水预热器于一体的废热锅炉；下部为圆锥形的旋风分离器置于发生炉附近，其顶端高于发生炉顶端，上有煤气管与发生炉相通，下有回流管通向发生炉膛，废热锅炉置于装置尾部，有煤气管将其与旋风分离器相通，在废热锅炉入口下部、壳体和煤气出口的下部均有排灰管分别***水封槽内。上述技术方案中给出的沸腾床粉煤气化装置及其工艺流程，虽提高了气化效率和热效率高，具有产量大、污染低等优点，但旋风分离器无法满足除尘要求，致使其后的废热锅炉中不得不采用特制的具有垂直管束的蒸汽发生器，从而使设备的制造成本加大，运输维修不方便；上述技术方案直接采用回料管连接旋风除尘器和气化炉，不但因为炉内正压，分离器内负压而导致烟气短路，直接由回料管进入分离器内筒，甚至因分离器负压导致回料困难，在分离器内积灰，结焦，而迫使停炉检修。此外该装置还存在着气化效率仍较低、飞灰量大而且飞灰中含炭量较高、废热回收效率低、240℃煤气直接水冷掉等缺点。

发明内容

本发明的目的就在于克服现有技术存在的上述不足，通过研究改进，给出一种新型的循环流化床煤气化装置及使用该装置生成煤气的方法。本发明将化工生产视为一个整体的***工程，对工艺流程中的各工序所用设备进行整体设计、改进，并进行科学的布置，力求克服现有技术的不足，例如，本发明采用带有小型流化床的返料器，实现了煤气化方法由流化床到循环流化床的彻底转变；本发明采用串联的旋风分离器进行2级或多级收尘，明显降低飞灰产量，提高气化效率，降低飞灰含炭率；本发明还选用标准的通用设备，尽量减少非标设备，从而降低了设备的采购成本；本发明在余热回收后增加了粉煤干燥装置，不但可以利用合成气体的余热来生产过热蒸汽，还可以用来干燥粉煤，和现有技术相比不但节省了能耗而且还可以进一步降低合成气体的温度，缓解了后面泠却设备的压力。

本发明给出的技术解决方案是：这种循环流化床煤气化装置包括有由煤粉碎、筛分设备、煤炭贮槽和加料仓组成的上煤***、发生炉、旋风除尘器、余热锅炉、水冷塔和文丘里洗涤器，其中所述的加料仓底设有向发生炉送煤的螺旋加煤机，发生炉上设有上、下两排气化剂喷咀，发生炉底部设有螺旋除灰机和贮灰槽，发生炉上部设有与旋风除尘器上端相通的煤气管，旋风除尘器底部设有与发生炉相通的回料管，旋风除尘器通过煤气管与余热锅炉相通，余热锅炉通过煤气管与水冷塔相通，水冷塔通过煤气管与文丘里洗涤器相通，其特点是所述的旋风除尘器下端通向发生炉膛的回流管为带有小型流化床的返料器，可动态调节回料量，有效的实现了两个关键功能：一是使再循环床料从旋风除尘器连续稳定地回到炉膛；二是提供旋风除尘器负压和下燃烧室正压之间的密封；该返料器由立管、风帽或风管、底部风室、侧部风室、返料管、流化室、横向布风板和纵向布风板构成，其中返料器内设有横向布风板和纵向布风板，并将返料器内的空间分割成流化室、底部风室和侧部风室三部分，所述的立管的一端与旋风除尘器相连接，其另一端与流化室相连接，返料管的一端与流化室相连接，其另一端与发生炉相连接，来自鼓风机的高压气体通过进气管进入底部风室和侧部风室，由布风板上的风帽或风管吹向流化室中的回流粉尘，从而构成一个小型流化床，其中侧部风室中纵向放置的布风板吹风时，会使立管与流化室相连接处的下方区域形成一个负压区，既有利于来自旋风除尘器的飞灰通过立管顺利进入流化室，也解决了现有技术中U型、J型、L型等返料器出现的由立管反窜以及飞灰量少时无法通过返料管循环回发生炉膛的问题。

为更好的完成本发明的目的，有利于积灰的流化和循环，也有利于对流化床和和除尘器的密封，所述的底部风室内设置有一竖直隔板，该隔板上端与横向布风板相连接处有一结点，该隔板可绕结点在0——180度之间调节，通过调节隔板的角度可实现布风板上结点左右两部分风压。

为更好的完成本发明的目的，降低飞灰产量，提高气化效率，降低飞灰含炭率，所述的旋风除尘器为至少两组串联的旋风除尘器组成，其中前一组旋风除尘器上有煤气管与发生炉相通，下有带有小型流化床的返料器通向发生炉膛，后一组旋风除尘器顶端高于前一组旋风除尘器顶端，上有煤气管与前一组旋风除尘器相通，下有带有小型流化床的返料器通向发生炉膛。

为更好的完成本发明的目的，所述的上煤***中包括有由压缩机、安全气体缓冲罐、煤炭锁斗和过滤罐组成的风力输送***，其中的压缩机通过管道分别与安全气体缓冲罐、煤炭锁斗和过滤罐相通，煤炭贮槽和贮灰槽上分别设有安全气体入口，过滤罐设置在加料仓上端并与加料仓相通，煤炭锁斗设置在煤炭贮槽底部通往过滤罐的管道上。

为更好的完成本发明的目的，充分利用合成气体的余热，所述的上煤***中的煤粉碎、筛分设备与煤炭贮槽之间还设有粉煤干燥机，该粉煤干燥机通过输送带分别与煤粉碎、筛分设备与煤炭贮槽相连接，该粉煤干燥机中还穿有连接余热锅炉与水冷塔的煤气管。

本发明给出的按上述循环流化床煤气化装置制备煤气的方法，其特点是包括有以下步骤：

(1).原料煤经粉碎、筛分后进入粉煤干燥机干燥，该干燥机上留有蒸汽入口和烟气入口，当合成气体热量不足时可补充蒸汽或其他烟气，干燥好的粉煤输送至煤炭贮槽，经煤炭锁斗通过风力输送至过滤罐，在此实现气煤分离，分离后的安全气体回送到安全气体缓冲罐，实现循环利用；

(2).过滤罐中分离的煤进入加料仓中，经螺旋加煤机送入到煤气发生炉，在经上下两层喷嘴喷入的气化剂的作用下迅速气化，生成的合成气体夹杂有大量飞灰和没充分气化的煤粉，经至少两组串联的旋风除尘器多级收尘，分离出的灰经旋风除尘器下端的带有小型流化床的返料器返回到气化炉内，炉底灰渣经螺旋除灰机排到灰槽中，为防止螺旋除灰机过热，可通有循环水冷却；

(3).旋风除尘后的煤气进入余热锅炉回收余热，生产过热蒸汽，经余热锅炉后煤气进入粉煤干燥机进一步降温、回收余热，并干燥粉煤，煤气温度降至150℃以下，再进入到水冷塔进一步降温除尘后，经文丘里洗涤器脱硫，成为常温洁净煤气。

在本发明中所述的主要生产设备，例如煤粉碎、筛分设备、发生炉、旋风除尘器、余热锅炉、水冷塔和文丘里洗涤器等，均为现有技术中所使用的设备；所述的气化剂与现有技术中所使用的气化剂相同。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1.采用带有小型流化床的返料器，实现了煤气化技术由沸腾床到循环流化床的彻底转变，明显提高了***气化效率。

2.采用串联的旋风分离器进行2级收尘，明显降低飞灰产量，提高气化效率，降低飞灰含炭率；

3.在余热回收后增加了粉煤干燥装置，不但可以利用合成气体的余热来生产过热蒸汽，还可以用来干燥粉煤，不但节省了能耗而且还可以进一步降低合成气体的温度，缓解了后面泠却设备的压力；

4.选用标准的通用设备，尽量减少非标设备，从而降低了设备的采购成本，也便于日常维护；

5.煤炭贮槽上下通有安全气体，采用风力输送粉煤，即环保又安全，还能减少煤耗。

附图说明

图1是本发明的设备联接示意图；

图2是带有小型流化床的返料器的结构示意图。

图中标号为：1.安全气体缓冲罐，2.煤炭贮槽，3.加料仓，4.发生炉，5.贮灰槽，6、7.旋风除尘器，8.余热锅炉，9.粉煤干燥机，10.煤粉碎、筛分设备，11.水冷塔，12.文丘里洗涤器，13.循环水池，14.压缩机，15.煤炭锁斗，16.螺旋加煤机，17.过滤罐，18、19.气化剂喷嘴，20.带有小型流化床的返料器，21.螺旋除灰机，22.水封槽，23.立管，24.风帽或风管，25.底部风室，26.侧部风室，27.流化室，28.横向布风板，29.纵向布风板，30.返料管，31.结点，32.隔板，33.负压区，34、35.安全气体入口，36.安全气体补充入口，37.原料煤输送，38.粉碎后煤输送，39.干燥后煤输送，40.气化剂管路，41.冷却用的循环水。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的具体技术方案做进一步说明：

如图1所述，这种循环流化床煤气化装置包括有由煤粉碎、筛分设备10、煤炭贮槽2和加料仓3组成的上煤***、设有上、下两排气化剂喷咀18和19的发生炉4、由两组串联的旋风除尘器6和7组成的旋风除尘器、余热锅炉8、水冷塔11和文丘里洗涤器12，其中所述的加料仓3底设有向发生炉4送煤的螺旋加煤机16，发生炉4底部设有螺旋除灰机21和贮灰槽5，发生炉4上部设有与前一组旋风除尘器6上端相通的煤气管，旋风除尘器6底部设有与发生炉4相通的带有小型流化床的返料器20，前一组旋风除尘器6上端设有与后一组旋风除尘器7相通的煤气管，后一组旋风除尘器7的底部也设有与发生炉4相通的带有小型流化床的返料器20，旋风除尘器7上端通过煤气管与余热锅炉8相通，余热锅炉8通过煤气管与水冷塔11相通，水冷塔11通过煤气管与文丘里洗涤器12相通，所述的上煤***中还包括有由压缩机14、安全气体缓冲罐1、煤炭锁斗15和过滤罐17组成的风力输送***，其中的压缩机14通过管道分别与安全气体缓冲罐1、煤炭锁斗15和过滤罐17相通，煤炭贮槽2和贮灰槽5上分别设有安全气体入口35和34，过滤罐17设置在加料仓3上端并与加料仓3相通，煤炭锁斗15设置在煤炭贮槽2底部通往过滤罐17的管道上，所述的上煤***中的煤粉碎、筛分设备10与煤炭贮槽2之间还设有粉煤干燥机9，该粉煤干燥机9通过输送带分别与煤粉碎、筛分设备10与煤炭贮槽2相连接，该粉煤干燥机9中还穿有连接余热锅炉8与水冷塔11的煤气管。为尽量减少污水排放，还设有循环水池13，以处理各道工序排放的污水。

如图2所示，所述的旋风除尘器下端通向发生炉膛的带有小型流化床的返料器的结构，由立管23、风帽或风管24、底部风室25、侧部风室26、返料管30、流化室27、横向布风板28、纵向布风板29和隔板32构成，其中返料器内设有横向布风板28和纵向布风板29，并将返料器内的空间分割成流化室27、底部风室25和侧部风室26三部分，立管23的一端与旋风除尘器相连接，其另一端与流化室27相连接，返料管30的的一端与流化室27相连接，其另一端与发生炉4相连接，来自鼓风机的高压气体通过进气管分别进入底部风室25和侧部风室26，由横向布风板28和纵向布风板29上的风帽或风管24吹向流化室27中的回流粉尘，从而构成一个小型流化床，其中底部风室25对来自风机的高压气体起缓冲作用，可使横向布风板28的风帽或凤管24压力均匀，使流化室27内积灰的流化态稳定，避免了死角，对维持循环回料稳定有着重要作用；侧部风室26中放置的纵向布风板29吹风时，会使立管23与流化室27相连接处的下方区域形成一个负压区33，既有利于来自旋风除尘器的飞灰通过立管23顺利进入流化室27，也解决了现有技术中U型、J型、L型等返料器出现的由立管反窜以及飞灰量少时无法通过返料管循环回发生炉膛的问题。底部风室25内还设置有一个竖直隔板32，该隔板32上端与横向布风板28相连接处有一结点31，该隔板32可绕结点31在0～180度之间调节，通过调节隔板32的角度可实现横向布风板28上结点31左右两部分风压，有利于积灰的流化和循环，也有利于对流化床和和分离器的密封。

回料量可根据飞灰含量动态调整，既起到使再循环床料从旋风除尘器连续稳定地回到炉膛，又能提供旋风除尘器负压和下燃烧室正压之间的密封。返料管26的弧形高度可由设计人员根据现场发生炉4炉膛的压力与除尘器内压差计算确定，可恰好能起到密封作用，又能促进飞灰循环。

作业时为做到安全生产，煤炭贮槽2、贮灰槽5中通有安全气体，防止发生炉4中气体逆流；过滤槽17内有过滤网可使粉煤与安全气体分离，实现安全气体循环利用；加料仓3底部的螺旋加煤机16用于往发生炉4中送煤，发生炉4拥有两层气化喷嘴18、19，有利于气化；炉渣通过有循环水冷却的螺旋除尘机21排放到密闭的贮灰槽5中，它下有闸门有利于排灰；前后两组旋风分离器6和7的内衬均设有保温层，采用2级分离可大大减小飞灰产量，使绝大部分飞灰中未完全气化的碳通过返料器循环回发生炉4中重新气化，碳气化效率90％以上，比现有技术提高近10个百分点，大大的提高了气化效率；余热锅炉8和粉煤干燥机9的连用，不但可以利用合成气体的余热来生产过热蒸汽，还可以干燥粉煤，和其他工艺相比，节省了能耗而且还可以进一步降低合成气体的温度，缓解了后面水冷塔11的压力；水冷塔11可进一步对合成气体降温除尘，文丘里洗涤器12可对合成气体有效脱硫。

本发明取得的试验数据为：

1.碳气化效率90％以上，比现有技术提高10个百分点以上；

2.热值根据汽化剂的配比可在1500-2500大卡内调节；

3.每生产1000M³煤气可副产蒸汽550-650kg。

Claims (6)

1.一种循环流化床煤气化装置，包括有由煤粉碎、筛分设备、煤炭贮槽和加料仓组成的上煤***、发生炉、旋风除尘器、余热锅炉、水冷塔和文丘里洗涤器，其中所述的加料仓底设有向发生炉送煤的螺旋加煤机，发生炉上设有上、下两排气化剂喷咀，发生炉底部设有螺旋除灰机和贮灰槽，发生炉上部设有与旋风除尘器上端相通的煤气管，旋风除尘器底部设有与发生炉相通的回料管，旋风除尘器通过煤气管与余热锅炉相通，余热锅炉通过煤气管与水冷塔相通，水冷塔通过煤气管与文丘里洗涤器相通，其特征在于所述的旋风除尘器下端通向发生炉膛的回流管为带有小型流化床的返料器，该返料器由立管、风帽或风管、底部风室、侧部风室、返料管、流化室、横向布风板和纵向布风板构成，其中返料器内设有横向布风板和纵向布风板，并将返料器内的空间分割成流化室、底部风室和侧部风室三部分，所述的立管的一端与旋风除尘器相连接，其另一端与流化室相连接，返料管的一端与流化室相连接，其另一端与发生炉相连接。

2.根据权利要求1所述的循环流化床煤气化装置，其特征在于所述的底部风室内设置有一竖直隔板，该隔板上端与横向布风板相连接处有一结点。

3.根据权利要求1或2所述的循环流化床煤气化装置，其特征在于所述的旋风除尘器为至少两组串联的旋风除尘器组成，其中前一组旋风除尘器上有煤气管与发生炉相通，下有带有小型流化床的返料器通向发生炉膛，后一组旋风除尘器顶端高于前一组旋风除尘器顶端，上有煤气管与前一组旋风除尘器相通，下有带有小型流化床的返料器通向发生炉膛。

4.根据权利要求3所述的循环流化床煤气化装置，其特征在于所述的上煤***中包括有由压缩机、安全气体缓冲罐、煤炭锁斗和过滤罐组成的风力输送***，其中的压缩机通过管道分别与安全气体缓冲罐、煤炭锁斗和过滤罐相通，煤炭贮槽和贮灰槽上分别设有安全气体入口，过滤罐设置在加料仓上端并与加料仓相通，煤炭锁斗设置在煤炭贮槽底部通往过滤罐的管道上。

5.根据权利要求4所述的循环流化床煤气化装置，其特征在于所述的上煤***中的煤粉碎、筛分设备与煤炭贮槽之间还设有粉煤干燥机，该粉煤干燥机通过输送带分别与煤粉碎、筛分设备与煤炭贮槽相连接，该粉煤干燥机中还穿有连接余热锅炉与水冷塔的煤气管。

6.按权利要求1所述的循环流化床煤气化装置制备煤气的方法，其特征在于包括有以下步骤：

(1).原料煤经粉碎、筛分后进入粉煤干燥机干燥，该干燥机上留有蒸汽入口和烟气入口，当合成气体热量不足时可补充蒸汽，干燥好的粉煤输送至煤炭贮槽，经煤炭锁斗通过风力输送至过滤罐，在此实现气煤分离，分离后的安全气体回送到安全气体缓冲罐，实现循环利用；

(2).过滤罐中分离的煤进入加料仓中，经螺旋加煤机送入煤气发生炉，在经上下两层喷嘴喷入的气化剂的作用下迅速气化，生成的合成气体夹杂有大量飞灰和没充分气化的煤粉，经至少两组串联的旋风除尘器多级收尘，分离出的灰经旋风除尘器下端的带有小型流化床的返料器返回到气化炉内，炉底灰渣经螺旋除灰机排到灰槽中，为防止螺旋除灰机过热，通有循环水冷却；

(3).旋风除尘后的煤气进入余热锅炉回收余热，生产过热蒸汽，经余热锅炉后煤气进入粉煤干燥机进一步降温、回收余热，并干燥粉煤，煤气温度降至150℃以下，再进入到水冷塔进一步降温除尘后，经文丘里洗涤器脱硫，成为常温洁净煤气。

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