CN101608136B - 高效煤炭气化炉 - Google Patents
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Abstract
一种高效煤炭气化炉。本发明的煤炭气化炉使用单一高温过热蒸汽做气化剂将煤炭连续气化成高热值的优质水煤气，煤气中仅含微量的N2、CO2。本发明的独特之处是在气化炉的气化段使用循环煤气，并将中温循环煤气首先经过汽化除尘装置回收煤气显热产生大量蒸汽，煤气中的灰尘被清除，煤气与水蒸气均匀混合，形成温度70～130℃低温混合气体，然后经高温气体发生器产生1000℃以上的高温混合气体做为热载体和气化剂送入炉内，使气化反应连续进行。同时大幅度增加炉内的对流传热与传质，反应速度大大提高，显著提高气化效率及热效率。气化段气化反应产生的气化煤气向上通过干馏段与煤炭进行热交换，对煤炭进行低温干馏与预热，充分利用煤气显热提高热效率，煤炭气化效率及***热效率均比目前公知使用的煤炭气化炉有大幅度的提高。
Description
所属技术领域
本发明属于一种煤炭气化炉，是将固体燃料的煤炭气化成气体燃料的装置。
现有技术背景
煤炭的直接燃烧产生大量污染，高效及清洁利用煤炭是一个重大课题。将煤炭转化为煤气，即煤气化可明显改善燃烧状况，减少对大气的污染，提高燃烧效率及自动化水平。目前国内、外公知的煤炭气化技术有多种方式，其共同特点均采用在气化炉内部燃烧部分煤炭的方法提供气化反应所需的热量。采用空气、蒸汽气化方法成本较低，设备简单。由于鼓入空气燃烧部分煤炭后造成大量N2及CO2进入煤气中，现有的煤气化炉普遍存在煤气热值较低等问题。采用高压、氧气气化，上述问题得到缓解，但又遇到设备投资大，运行成本高等问题。采用纯蒸汽作为气化剂气化煤炭可产生煤气热值较高的水煤气，且煤气中几乎不含有N2、CO2，但现有的煤炭气化炉由于技术所限，无法将水蒸气加热到1000℃以上，水蒸气所带入物理热远不能满足气化反应所需的热量，因此必须采用在炉内燃烧部分煤炭的方法提供反应热。因此现有的水煤气生产必须采用间歇式操作方法周期性地进行工作，部分煤气被放散，生产成本较高，煤气中N2、CO2含量超过10％，气化效率及热效率均低于60％。
发明内容
从能量转换和能源利用的角度，现有的水煤气气化技术效率很低，所以主要为化工行业所使用，无法做为大规模气化工艺。其原因主要是煤炭气化反应必须在高达1000℃左右的温度下进行，且为吸热反应。若使反应连续进行，采用水蒸气做为单一气化剂时，水蒸气温度必须达到1800℃，现有技术无法做到。
本发明采用蓄热式技术并使用部分煤气循环方法产生1000℃以上的高温过热水蒸气和煤气的混合气体做为热载体，为煤炭气化反应提供反应热，为煤炭高效连续气化并生产高热值煤气技术提供了可靠途径。采用蓄热式技术可使用单一高温过热蒸汽作为气化剂，煤气中仅含有微量N2、CO2，CO和H2含量各占接近50％，气化反应区煤层温度保持稳定促使反应完全，气化效率及热效率大幅度提高。
发明的突出特点与显著进步
本发明的煤炭气化炉采用单一的高温过热水蒸气进行气化，产生高热值的水煤气，煤气中几乎不含N2、CO2。本发明的气化炉为竖炉，煤炭由炉顶经加煤密封装置进入炉内，炉内自上而下依次分为干馏段和气化段，并设有2个煤气出口。炉体上部的干馏段煤气出口为低温外供煤气出口，炉体下部气化段的煤气出口为中温循环煤气出口。由中温循环煤气出口导出的气化段中温循环煤气经中温管道进入除尘汽化装置，在中温循环煤气进入除尘汽化装置的同时向装置内喷入大量的循环水，将煤气的显热用于汽化水产生水蒸汽，同时煤气中的灰尘被清除，煤气温度被降到70～130℃，并与产生的大量水蒸汽充分混合。除尘汽化装置产生的低温混合气体由与此装置相连的循环风机及管道送入蓄热式高温气体发生器。在高温气体发生器内，该气体被加热到1000℃以上，然后经管道及煤炭气化炉下部的喷口被送入炉内。此高温混合气体为煤炭气化反应提供反应热和气化剂，煤炭与其中的水蒸气反应生成水煤气。由于气化反应由高温混合气体提供反应热，水蒸气作为气化剂，使气化炉内煤炭的气化反应连续进行，在炉内没有常规气化炉的煤炭直接燃烧过程，所以煤气中几乎没有N2、CO2，煤气热值大幅度提高，煤炭气化效率及热效率均可达到90％以上。
发明的实施
附图1是高效煤炭气化炉***示意图。
图中标号表示：1.气化炉炉体，2.干馏段，3.气化段，4.中温循环煤气出口，5.循环水泵，6.除尘汽化装置，7.循环水池，8.低温混合气体管道，9.低温混合气体循环风机，10.高温混合气体发生器，11.高温混合气入口，12.外供煤气出口，13.旋风除尘器，14.电捕焦油器，15.电捕轻油器，16.加压风机
下面结合附图1和实施例对本发明做进一步说明。
在附图1中，气化炉炉体1外部设有钢板密封，上部设有至少一个加煤密封装置防止煤气泄漏。通过加煤密封装置，煤炭进入气化炉炉体l，气化后的灰渣由底部的排灰渣***排出。本发明的气化炉为竖炉，炉内自上而下依次分为干馏段2和气化段3，每段各设有一个煤气出口。炉体上部干馏段2的煤气出口为外供煤气出口12，下部气化段的煤气出口为中温循环煤气出口4。中温循环煤气出口4与除尘汽化装置6之间有中温管道联通。除尘汽化装置6上部设有中温循环煤气入口和循环喷淋水入口，并设有低温混合气体出口，该装置底部***循环水池7内。中温循环煤气与来自循环水泵5的喷淋水在除尘汽化装置6内相遇，大量的水被汽化，其显热用于产生蒸汽，煤气中的灰尘被清除，煤气与水蒸气均匀混合，形成温度70～130℃的低温混合气体。该混合气体经低温混合气体管道8、低温混合气体循环风机9送入蓄热式高温气体发生器10，在其内被加热至1000℃以上，然后经高温混合气体管道由气化炉炉体下部的高温混合气体入口11将高温混合气体送入炉内。此高温混合气体为煤炭气化提供反应热和气化剂，煤炭与其中的水蒸气发生如下反应：C+O2＝CO+H2-118830KJ，反应生成水煤气。由于没有煤炭在炉内直接燃烧，所以煤气中几乎没有N2、CO2，煤气热值大幅度提高。
本发明的独特之处是在气化炉的气化段使用循环煤气，并将高温循环煤气首先经过除尘汽化装置回收煤气显热产生大量蒸汽，煤气中的灰尘被清除，煤气与水蒸气均匀混合，形成温度70～130℃的低温混合气体，然后经高温气体发生器产生1000℃以上的高温混合气体做为热载体和气化剂送入炉内，使气化反应连续进行。同时大幅度增加炉内的对流传热与传质，反应速度大大提高，显著提高气化效率及热效率。气化段3气化反应产生的气化煤气向上通过干馏段2与煤炭进行热交换，对煤炭进行低温干馏与预热，煤炭发生热分解，析出煤炭中的挥发份，形成半焦进入气化段。低温干馏煤气中的焦油没有裂解，焦油质量好，易于处理。干馏段2产生的挥发份与气化段3产生的气化煤气混合经炉体上部外供煤气出口12由管道进入旋风除尘器13、电捕焦油器14、电捕轻油器15及加压风机16送入煤气用户。
Claims (4)
1.一种煤炭气化炉，其特征是：煤炭气化炉设有干馏段与气化段，在气化段设有循环煤气***，并使用高温水蒸汽做为唯一的气化剂，不使用煤炭在炉内直接燃烧的方法提供反应热；煤炭气化炉中部设有循环煤气出口；循环煤气***由中温循环煤气出口、中温管道、除尘汽化装置、低温混合气体管道、低温混合气体循环风机、循环水泵、蓄热式高温气体发生器、高温混合气体管道及煤炭气化炉底部的高温混合气体入口组成；来自煤炭气化炉中部的循环煤气出口的中温循环煤气经中温管道流经除尘汽化装置时，在此装置内使用水喷淋对循环煤气进行除尘，同时利用煤气显热将喷淋水汽化产生水蒸汽，并与煤气均匀混合形成低温混合气体，然后经低温混合气体循环风机送入蓄热式高温气体发生器产生1000℃以上的高温混合气体，并将该气体送入炉内做为煤炭气化的热载体及气化剂。
2.根据权利要求1所述的煤炭气化炉，其特征是：使用除尘汽化装置清除煤气杂质及灰尘，同时利用煤气显热产生蒸汽，并使煤气与蒸汽混合成70～130℃的低温混合气体。
3.根据权利要求2所述的煤炭气化炉，其特征是：使用蓄热式高温气体发生器将70～130℃的低温混合气体加热至1000℃以上做为煤炭气化的热载体及气化剂。
4.根据权利要求3所述的煤炭气化炉，其特征是：在循环煤气***中使用循环风机，循环风机工作在70～130℃的低温侧。
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