CN101220298B - 循环流化床热解气化方法及装置 - Google Patents

循环流化床热解气化方法及装置 Download PDF

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Abstract

一种循环流化床热解气化方法及装置，涉及煤气化技术，用于煤、生物质及其它多种含碳废弃物的热解或气化。该方法为：燃料在热解气化室中进行热解或气化反应，产生煤气和半焦；半焦在燃烧室中燃烧产生的高温循环灰送入热解气化室，为热解气化反应提供热量；热解气化室产生的半焦经设置于该室底部的半焦返料器送入燃烧室下部燃尽。该装置包括热解气化室、半焦返料器、燃烧室、分离器、循环灰返料器、细灰分离器、细灰返料器；热解气化室下部为收缩段，收缩段顶部设有布风装置，收缩段底部与半焦返料器相通。本发明可以用于热解工艺，也可用于气化工艺；产生的煤气成分稳定，热值高。

Description

循环流化床热解气化方法及装置
技术领域
本发明涉及煤气化技术领域，特别是一种循环流化床热解气化方法及装置，用于煤、生物质及其它含碳废弃物的热解或气化。
背景技术
常用的流化床煤气化装置有两种形式：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，流化特性也不相同。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。
发明内容
本发明目的是提供一种循环流化床热解气化方法，该方法可以用于煤、生物质及其它含碳废弃物的热解或气化，生产煤气。
本发明的目的还在于提供一种循环流化床热解气化装置，该装置可以用于煤、生物质及其它含碳废弃物的热解或气化，生产煤气。
本发明的循环流化床热解气化方法技术方案是：
燃料A在热解气化室1中进行热解或气化反应，产生煤气F和半焦B；半焦B在燃烧室3中燃烧产生的高温循环灰送入热解气化室1，为热解气化反应提供热量；
燃烧室3为循环流化床式，底部通入流化气体C，烟气E从燃烧室3上部流入分离器4，从烟气E中分离出的循环灰D经循环灰返料器5送入热解气化室1；
热解气化室1中下部通入流化气体，布风装置12下方为移动床，上方为鼓泡流化床，煤气F从热解气化室1上部流入细灰分离器6，从煤气F中分离出的细灰G经细灰返料器7送入燃烧室3中下部燃尽；
热解气化室1产生的半焦B经设置于该室底部的半焦返料器2送入燃烧室3下部燃尽。
上述燃料A为煤、生物质或其它含碳废弃物。
上述热解气化室1内通入的流化气体为气化剂，如空气或空气与蒸汽的混合气体，燃料A在热解气化室1内发生气化反应；燃烧室3为绝热式的，其内不设受热面。
上述热解气化室1内也可以通入蒸汽或煤气或二者的混合气体，燃料A在热解气化室1内发生热解反应。
上述热解气化室1产生的半焦B有一部分经半焦返料器2排出炉外，燃烧室3为绝热式的，其内不设受热面。
上述从烟气E中分离出的循环灰D有一部分经循环灰返料器5送回燃烧室3，燃烧室3内设有受热面。
本发明的循环流化床热解气化装置是：
循环流化床热解气化装置包括热解气化室1、半焦返料器2、燃烧室3、分离器4、循环灰返料器5、细灰分离器6、细灰返料器7；热解气化室1底部与半焦返料器2相通，半焦返料器2出口与燃烧室3下部相通，燃烧室3上部与分离器4相通，分离器4底部与循环灰返料器5相通，循环灰返料器5出口与热解气化室1相通，热解气化室1上部与细灰分离器6相通，细灰分离器6底部与细灰返料器7相通，细灰返料器7出口与燃烧室3相通；热解气化室1下部为收缩段11，收缩段11顶部设有布风装置12，向热解气化室1内通入流化气体；收缩段11上方的热解气化室1上部直段侧壁上设有加料口14和循环灰返料口13；半焦返料器2由下降段21、水平段22、上升段23及出口管24依次连通组成，下降段21、水平段22和上升段23底部分别通入流量可调的流化气体，下降段21与热解气化室1底部相通，出口管与燃烧室3下部连通；细灰分离器6顶部设有煤气出口管61，所述分离器4顶部设有烟气出口管41；燃烧室3底部设有布风装置通入流化气体，侧壁中下部设有细灰返料口31，侧壁下部设有半焦返料口32。
上述热解气化室1收缩段11高度与半焦返料器下降段21高度之和，与半焦返料器下降段21直径之比不小于3∶1。
上述热解气化室下部收缩段11为上大下小的倒圆台形，锥角小于60°，下底面直径与半焦返料器下降段21直径相等，上底面所在区域设有向热解气化室1内通入流化气体的布风装置12。
上述热解气化室下部收缩段11也可以为直径与半焦返料器下降段21相等的直段；热解气化室1上部直段底面、收缩段11顶部的***设有向热解气化室1内通入流化气体的布风装置12。
本发明的原理是：
当热解气化室内只进行热解反应时，所需热量较少，无需将所有半焦都送回燃烧室燃尽，因此可以排出部分半焦，冷却后储存，作为燃料用于其它装置；也可以采用一进两出式的循环灰返料器，将分离器从烟气中分离出的部分循环灰送回燃烧室，燃烧室内布置受热面，以吸收这部分热量。当热解气化室内进行气化反应时，所需热量较多，则将燃烧室产生的高温循环灰全部送入热解气化室，同时燃烧室设计为绝热式，不布置受热面，以便为气化反应提供尽可能多的热量。
热解气化室中下部设有布风装置，其上方为低速鼓泡流化床，燃料与高温循环灰掺混完全，产生的煤气中夹带的细颗粒较少；热解气化室中下部布风装置的下方为移动床，延长了物料的停留时间，同时产生的煤气在截面积较小的收缩段中还可以起到流化气体的作用，减少了流化气体的通入量，有利于提高煤气热值。
热解气化室内的半焦从其底部通过半焦返料器排出，半焦返料器下降段与热解气化室收缩段高度之和，与半焦返料器下降段直径之比不小于3∶1，以保证有足够高度的移动床料柱，使半焦返料器具有良好的物料流率调节特性，可以控制半焦及循环灰流率，从而控制物料在热解气化室内的停留时间，进而实现对热解气化室温度和煤气产率的调节。
热解气化室中产生的半焦送入燃烧室燃尽，可有效提高煤炭利用率；热解气化室产生的煤气流经细灰分离器分离出细灰的同时，所含的焦油也会在高温下裂解，降低了煤气中的焦油含量。
本发明的特点在于：
①可以用于热解工艺，也可用于气化工艺；
②热解气化室以低速鼓泡床和移动床结合的运行，燃料与循环灰掺混均匀，在热解气化室内停留时间长，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可以用于热解或气化煤、生物质以及其它多种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热解气化室内产生的半焦送入燃烧室燃尽，可有效提高燃料利用率。
附图说明
图1和图2为本发明实施例1的示意图；
图3为本发明实施例2的示意图。
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：
实施例1
如图1所示，生物质在热解气化室1中进行热解反应，产生热解煤气和半焦；半焦在燃烧室3中燃烧产生的高温循环灰部分送入热解气化室1，为热解反应提供热量；另一部分从循环灰返料器5排出。
燃烧室3为循环流化床式，底部通入流化气体，烟气从燃烧室3上部流入分离器4，从烟气中分离出的循环灰经循环灰返料器5送入热解气化室1；
热解气化室1中下部通入蒸汽，布风装置12下方为移动床，上方为鼓泡流化床，生物质在热解气化室1内发生热解反应，产生的煤气从热解气化室1上部流入细灰分离器6，从煤气中分离出的细灰经细灰返料器7送入燃烧室3中下部燃尽；产生的半焦经设置于该室底部的半焦返料器2送入燃烧室3下部燃尽。
本发明的循环流化床热解气化装置包括热解气化室1、半焦返料器2、燃烧室3、分离器4、循环灰返料器5、细灰分离器6、细灰返料器7。
热解气化室1底部与半焦返料器2相通，半焦返料器2出口与燃烧室3下部相通，燃烧室3上部与分离器4相通，分离器4底部与循环灰返料器5相通，循环灰返料器5出口与热解气化室1相通，热解气化室1上部与细灰分离器6相通，细灰分离器6底部与细灰返料器7相通，细灰返料器7出口与燃烧室3相通。
热解气化室1下部为上大下小的倒圆台形收缩段11，锥角为45°，下底面直径与半焦返料器下降段21直径相等，上底面所在区域设有向热解气化室1内通入流化气体的布风装置12。收缩段11上方的热解气化室1上部直段侧壁上设有加料口14和循环灰返料口13。
半焦返料器2由下降段21、水平段22、上升段23及出口管24依次连通组成，下降段21、水平段22和上升段23底部分别通入流量可调的流化气体；热解气化室1收缩段11高度与半焦返料器下降段21高度之和，与半焦返料器下降段21直径之比为5∶1；下降段21与热解气化室1底部相通，出口管24与燃烧室3下部连通。
细灰分离器6顶部设有煤气出口管61，分离器4顶部设有烟气出口管41；燃烧室3底部设有布风装置通入流化气体，侧壁中下部设有细灰返料口31，侧壁下部设有半焦返料口32。
半焦返料器2上设有半焦排出口25，可将部分半焦排出炉外；燃烧室3为绝热式的，其内不设受热面，
该方法和装置同样可用于煤及其它含碳废弃物的热解。
类似的，如图2所示，循环灰返料器5也可以为一进二出式，有两个分别与燃烧室3和热解气化室1相通的出口，将循环灰一部分送回燃烧室3，另一部分送入热解气化室1；燃烧室3内设有受热面。
此外，该装置还可与一余热锅炉相连，高温烟气从分离器烟气出口管41流入余热锅炉，可生产热水或蒸汽。
实施例2
如图3所示，煤在热解气化室1中进行气化反应，产生煤气和半焦；半焦在燃烧室3中燃烧产生的高温循环灰送入热解气化室1，为气化反应提供热量；
燃烧室3为循环流化床式，底部通入流化气体，烟气从燃烧室3上部流入分离器4，从烟气中分离出的循环灰经循环灰返料器5送入热解气化室1；
热解气化室1中下部通入空气和蒸汽的混合气体，布风装置12下方为移动床，上方为鼓泡流化床，煤在热解气化室1内发生气化反应，产生的煤气从热解气化室1上部流入细灰分离器6，从煤气中分离出的细灰经细灰返料器7送入燃烧室3中下部燃尽；产生的半焦经设置于该室底部的半焦返料器2送入燃烧室3下部燃尽。
本发明的循环流化床热解气化装置包括热解气化室1、半焦返料器2、燃烧室3、分离器4、循环灰返料器5、细灰分离器6、细灰返料器7。
热解气化室1底部与半焦返料器2相通，半焦返料器2出口与燃烧室3下部相通，燃烧室3上部与分离器4相通，分离器4底部与循环灰返料器5相通，循环灰返料器5出口与热解气化室1相通，热解气化室1上部与细灰分离器6相通，细灰分离器6底部与细灰返料器7相通，细灰返料器7出口与燃烧室3相通。
热解气化室1下部为直径与半焦返料器下降段21相等的直段；热解气化室1上部直段底面、收缩段11顶部的***设有向热解气化室1内通入流化气体的布风装置12。收缩段11上方的热解气化室1上部直段侧壁上设有加料口14和循环灰返料口13。
半焦返料器2由下降段21、水平段22、上升段23及出口管24依次连通组成，下降段21、水平段22和上升段23底部分别通入流量可调的流化气体；热解气化室1收缩段11高度与半焦返料器下降段21高度之和，与半焦返料器下降段21直径之比为3∶1；下降段21与热解气化室1底部相通，出口管与燃烧室3下部连通。
细灰分离器6顶部设有煤气出口管61，分离器4顶部设有烟气出口管41；燃烧室3为绝热式的，其内不设受热面，底部设有布风装置通入流化气体，侧壁中下部设有细灰返料口31，侧壁下部设有半焦返料口32。
该方法和装置同样可用于生物质及其它含碳废弃物的气化。

Claims (12)

1.一种循环流化床热解气化方法，燃料(A)在热解气化室(1)中进行热解或气化反应，产生煤气(F)和半焦(B)；半焦(B)在燃烧室(3)中燃烧产生的高温循环灰(D)送入热解气化室(1)，为热解或气化反应提供热量，其特征在于，
a)燃烧室(3)为循环流化床式，底部通入流化气体(C)，烟气(E)从燃烧室(3)上部流入分离器(4)，从烟气(E)中分离出的循环灰(D)经循环灰返料器(5)送入热解气化室(1)；
b)热解气化室(1)中下部通入流化气体，布风装置(12)下方为移动床，上方为鼓泡流化床，煤气(F)从热解气化室(1)上部流入细灰分离器(6)，从煤气(F)中分离出的细灰(G)经细灰返料器(7)送入燃烧室(3)中下部燃尽；
c)热解气化室(1)产生的半焦(B)经设置于该室底部的半焦返料器(2)送入燃烧室(3)下部燃尽。
2.按权利要求1所述的循环流化床热解气化方法，其特征在于，所述的燃料(A)为煤、生物质或其它含碳废弃物。
3.按权利要求1或2所述的循环流化床热解气化方法，其特征在于，所述的热解气化室(1)内通入的流化气体为气化剂，燃料(A)在热解气化室(1)内发生气化反应；燃烧室(3)为绝热式的，其内不设受热面。
4.按权利要求3所述的循环流化床热解气化方法，其特征在于，所述的气化剂为空气，或空气与蒸汽的混合气体。
5.按权利要求1或2所述的循环流化床热解气化方法，其特征在于，所述的热解气化室(1)内通入蒸汽或煤气或二者的混合气体，燃料(A)在热解气化室(1)内发生热解反应。
6.按权利要求5所述的循环流化床热解气化方法，其特征在于，所述的热解气化室(1)产生的半焦(B)有一部分经半焦返料器(2)排出炉外，燃烧室(3)为绝热式的，其内不设受热面。
7.按权利要求5所述的循环流化床热解气化方法，其特征在于，所述的从烟气中分离出的循环灰(D)有一部分经循环灰返料器(5)送回燃烧室(3)，燃烧室(3)内设有受热面。
8.一种循环流化床热解气化装置，其特征在于：
a)包括热解气化室(1)、半焦返料器(2)、燃烧室(3)、分离器(4)、循环灰返料器(5)、细灰分离器(6)、细灰返料器(7)；热解气化室(1)底部与半焦返料器(2)相通，半焦返料器(2)出口与燃烧室(3)下部相通，燃烧室(3)上部与分离器(4)相通，分离器(4)底部与循环灰返料器(5)相通，循环灰返料器(5)出口与热解气化室(1)相通，热解气化室(1)上部与细灰分离器(6)相通，细灰分离器(6)底部与细灰返料器(7)相通，细灰返料器(7)出口与燃烧室(3)相通；
b)所述的热解气化室(1)下部为收缩段(11)，收缩段(11)顶部设有布风装置(12)，向热解气化室(1)内通入流化气体；收缩段(11)上方的热解气化室(1)上部直段侧壁上设有加料口(14)和循环灰返料口(13)；
c)所述的半焦返料器(2)由下降段(21)、水平段(22)、上升段(23)及出口管依次连通组成，下降段(21)、水平段(22)和上升段(23)底部分别通入流量可调的流化气体，下降段(21)与热解气化室(1)底部相通，出口管与燃烧室(3)下部连通；
d)所述的细灰分离器(6)顶部设有煤气出口管(61)，所述分离器(4)顶部设有烟气出口管(41)；
e)所述的燃烧室(3)底部设有布风装置通入流化气体，侧壁中下部设有细灰返料口(31)，侧壁下部设有半焦返料口(32)。
f)所述的热解气化室(1)收缩段(11)高度与半焦返料器下降段(21)高度之和，与半焦返料器下降段(21)直径之比不小于3∶1。
9.按权利要求8所述的循环流化床热解气化装置，其特征在于，所述的热解气化室下部收缩段(11)为上大下小的倒圆台形，锥角小于60°，下底面直径与半焦返料器下降段(21)直径相等，上底面所在区域设有向热解气化室(1)内通入流化气体的布风装置(12)。
10.按权利要求8所述的循环流化床热解气化装置，其特征在于，所述的热解气化室下部收缩段(11)为直径与半焦返料器下降段(21)相等的直段；热解气化室(1)上部直段底部、收缩段(11)顶部的***设有向热解气化室(1)内通入流化气体的布风装置(12)。
11.按权利要求8所述的循环流化床热解气化装置，其特征在于，所述的半焦返料器(2)上设有半焦排出口。
12.按权利要求8所述的循环流化床热解气化装置，其特征在于，所述的循环灰返料器(5)为一进二出式，有两个分别与燃烧室(3)和热解气化室(1)相通的出口。
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