CN102041101B - 一种带煤气余热利用的气化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带煤气余热利用的气化方法，涉及气化技术，在气化炉炉膛中加入含碳燃料，并通入气化剂，使之发生热解和气化反应，产生煤气，所述气化剂为空气、富氧空气或纯氧，或这三者之一与蒸汽的组合，利用气化炉产生的煤气的显热加热给水或外来蒸汽，产生过热蒸汽，再利用过热蒸汽预热通入气化炉炉膛的空气、富氧空气或纯氧。本发明方法充分利用煤气余热，简单、安全、投资少，大大提高了单床气化的煤气热值。

Description

一种带煤气余热利用的气化方法

技术领域

本发明涉及气化技术领域，是一种带煤气余热利用的气化方法。

背景技术

含碳燃料的气化，通常在800℃以上的高温下进行，煤气从气化炉中排出时，温度也高达800℃以上，如果直接送入净化***，将损失大量显热，因此需要回收煤气余热。现有技术中，通常为气化炉配余热锅炉，以吸收煤气的显热，产生饱和蒸汽，除了少部分蒸汽可用作气化炉气化剂外，其余蒸汽均外供。这种做法虽然回收了煤气余热，但由于气化炉操作条件所限，不可能将所有蒸汽都通入气化炉，大部分蒸汽只能外供，因此回收的热量只有少部分可用于提高煤气热值。

在现有技术中，主要的气化剂是空气、富氧空气或纯氧，蒸汽只是起辅助作用的气化剂。只有提高空气、富氧空气或纯氧的温度，才能大幅度提高煤气热值。但如果像普通锅炉的空气预热器那样，直接用煤气预热气化剂，一旦空气预热器发生泄露，将很可能发生***。现有技术中，有利用氮气作为中间热载体、从高温煤气中吸热、再预热空气的方案，但是氮气***造价昂贵，而且氮气循环需要动力消耗，因此很不经济。现有技术中还有利用蓄热体和换向阀来进行空气预热的，但由于高温煤气中含尘较多，易发生磨损等影响寿命的问题，也很不理想。

发明内容

本发明的目的是提供一种带煤气余热利用的气化方法，回收利用高温煤气的显热，用于预热气化剂以及干燥煤，以提高煤气热值。该方法简单、安全。

为达到上述目的，本发明的技术解决方案如下：

一种带煤气余热利用的气化方法，在气化炉炉膛中加入含碳燃料，并通入气化剂，使之发生热解和气化反应，产生煤气，所述气化剂为空气、富氧空气或纯氧，或这三者之一与蒸汽的组合，其利用气化炉产生的煤气的显热加热给水或外来蒸汽，产生过热蒸汽，再利用过热蒸汽预热通入气化炉炉膛的空气、富氧空气或纯氧。

所述的带煤气余热利用的气化方法，其包括步骤：

(a)气化炉产生的煤气，依次流经过热器、蒸发受热面和省煤器放热；

(b)同时将给水通入省煤器吸热升温后，引入汽包，汽包中的饱和水流入蒸发受热面，被加热为饱和蒸汽；

(c)将饱和蒸汽再由汽包引入过热器，使之在过热器中被加热为过热蒸汽；

(d)将过热蒸汽引入空气蒸汽换热器中，预热空气、富氧空气或纯氧；

(e)将经过预热的空气、富氧空气或纯氧通入气化炉炉膛作为气化剂。

所述的带煤气余热利用的气化方法，其包括步骤：

(a)气化炉产生的煤气，流经过热器；

(b)同时将外来蒸汽引入过热器，使之在过热器中被加热为过热蒸汽；

(c)将过热蒸汽引入空气蒸汽换热器中，预热空气、富氧空气或纯氧；

(d)将经过预热的空气、富氧空气或纯氧通入气化炉炉膛作为气化剂。

所述的带煤气余热利用的气化方法，其所述空气蒸汽换热器出口的蒸汽温度不低于饱和温度。

所述的带煤气余热利用的气化方法，其还包括向气化炉炉膛通入蒸汽，该蒸汽为从过热器出口引出的过热蒸汽或从空气蒸汽换热器出口引出的蒸汽。

所述的带煤气余热利用的气化方法，其所述的气化炉为循环流化床气化炉，经预热的空气、富氧空气或纯氧从循环流化床气化炉炉膛底部通入；所述的含碳燃料为粉煤；所述的气化炉产生的煤气，是从气化炉炉膛顶部引出、经分离器分离出的固体颗粒后、从分离器气体出口引出的煤气。

所述的带煤气余热利用的气化方法，其还包括向返料器底部通入蒸汽，作为返料气体；向返料器底部通入的蒸汽，为从过热器出口引出的蒸汽或从空气蒸汽换热器出口引出的蒸汽。

所述的带煤气余热利用的气化方法，其所述含碳燃料在加入气化炉炉膛前，先经干燥器进行干燥；干燥器中通入蒸汽，作为干燥热源；干燥器中通入的蒸汽，为从过热器出口引出的蒸汽或从空气蒸汽换热器出口引出的蒸汽。

本发明的带煤气余热利用的气化方法，巧妙的利用高温煤气的显热产生过热蒸汽，再用过热蒸汽预热气化用空气、富氧空气或纯氧，避免了煤气-空气或氧气直接换热带来的安全隐患，同时充分回收***热量并在***中充分利用，能够显著提高煤气热值。

附图说明

图1为本发明一种带煤气余热利用的气化方法的实施例1示意图；

图2为本发明一种带煤气余热利用的气化方法的实施例2示意图。

图3为本发明一种带煤气余热利用的气化方法的实施例3示意图；

图4为本发明一种带煤气余热利用的气化方法的实施例4示意图。

具体实施方式

本发明一种带煤气余热利用的气化方法的原理是：

提高煤气热值，有三个主要的手段：一是预热气化所需的空气，二是干燥用于气化的煤，三是向气化炉内通入高温的蒸汽。

通常，高温煤气从气化炉引出后，会被引入余热锅炉，将给水加热成为饱和蒸汽，大部分外供，少部分作为气化炉的辅助气化剂，但饱和蒸汽的温度与气化温度相比，仍然偏低。

本发明通过设置过热器，充分利用煤气显热，将经省煤器和蒸发受热面加热的给水或外来蒸汽进一步加热成为过热蒸汽；再利用过热蒸汽预热空气、富氧空气或纯氧等气化剂，既解决了气化剂需要预热的问题，又避免空气、富氧空气或纯氧等气化剂与煤气直接换热，消除了***隐患。使用过热蒸汽、而不使用饱和蒸汽预热空气，可以大幅度提高空气预热温度。这样，通入气化炉的气化剂，无论是空气、富氧空气、纯氧，还是蒸汽，温度都比现有技术大幅提高，从而可使煤气热值大幅提高。

而且，现有技术中的煤气只经余热锅炉冷却，余热锅炉通常不设省煤器，工质最低温度即100℃，因此煤气未经充分冷却，即被引入净化***。而本发明的方法应用于没有外来蒸汽的场合时，设有省煤器，煤气经省煤器冷却后温度更低，煤气余热回收更充分。

气化炉中由于通入的空气量少，流化速度偏低，煤在炉膛下部燃烧放热，难以支持炉膛中上部的气化所需热量。向炉膛中通入蒸汽，可以提高流化速度，提升炉膛中上部温度，优化炉膛温度分布，有利于气化反应的进行。同时，通过调节通入的蒸汽量，还可以调节气化炉炉膛温度。因此，气化炉中除了通入空气、富氧空气或纯氧作为气化剂外，还可通入适量蒸汽。但现有技术中回收煤气余热只产生饱和蒸汽，因此只能以饱和蒸汽作为气化剂，而本发明通入气化炉炉膛的是温度更高的过热蒸汽，因此更有利于提高煤气热值。

本发明还利用回收的煤气余热干燥气化用含碳燃料。燃料经过干燥、去除部分水分后再进入气化炉炉膛，避免了这部分水分在气化炉炉膛中吸热升温后、却又在煤气净化***中降温冷凝，减少了***的热损失，也有利于提高煤气热值。

这样，用来预热空气的蒸汽，除了在空气蒸汽换热器中放热加热空气、富氧空气或纯氧等气化剂，还可用于燃料的干燥、气化剂以及返料器的流化气体，剩余部分再外供，无需在***中循环，从而省去了循环所需的动力消耗。

实施例1

如图1所示的应用了本发明的带煤气余热利用的气化方法的两段炉气化***，包括两段炉气化炉炉膛1、过热器4和空气蒸汽换热器7。将块煤从炉顶加入气化炉炉膛1，并通入空气A，气化产生的高温煤气G流经过热器4放热，将外来饱和蒸汽SS通入过热器4中吸热升温至过热蒸汽S，将过热蒸汽S通入空气蒸汽换热器7中，预热空气A。将经过预热的空气A和部分从过热器4引出的过热蒸汽S通入气化炉炉膛1；从空气蒸汽换热器7引出的蒸汽S外供。

实施例2

如图2所示的应用了本发明的带煤气余热利用的气化方法的循环流化床双床气化***，包括循环流化床锅炉10、循环流化床气化炉炉膛1、旋风分离器2、返料器3构成的循环回路，还包括尾部受热面9、过热器4、空气蒸汽换热器7，以及煤气净化装置、底渣冷却装置等辅助***(辅助***未在图中示出)。

将干化污泥C加入循环流化床气化炉炉膛1，并从其底部通入空气A，同时循环流化床锅炉10产生的高温循环灰也送入循环流化床气化炉炉膛1，为热解反应和气化反应提供热量，产生的煤气G从炉膛1顶部引出、流入旋风分离器2；旋风分离器2从煤气G中分离出的固体颗粒通过返料器3返回炉膛1，煤气G从分离器2气体出口排出，流经过热器4放热后，流入煤气净化***，得到干煤气产品。

气化炉炉膛1产生的气化半焦送入循环流化床锅炉10燃烧，产生的高温烟气F流经尾部受热面9，将给水W加热为饱和蒸汽SS。将锅炉产生的饱和蒸汽SS引入气化炉的过热器4，加热为600℃的过热蒸汽S。将从过热器4引出的过热蒸汽S通入空气蒸汽换热器7中，将空气A预热至400℃，通入气化炉炉膛1底部；在空气蒸汽换热器7的蒸汽出口，蒸汽S被冷却至300℃的过热蒸汽外供，少量通入返料器3作为流化气体。

实施例3

如图3所示的应用了本发明的带煤气余热利用的气化方法的循环流化床单床气化***，包括由循环流化床气化炉炉膛1、旋风分离器2、返料器3构成的循环回路，还包括过热器4、蒸发受热面5、汽包51、省煤器6和空气蒸汽换热器7，以及煤气净化装置、底渣冷却装置等辅助***(辅助***未在图中示出)。

将生物质燃料C加入循环流化床气化炉炉膛1，并从其底部通入富氧空气A和蒸汽S，生物质燃料C在炉膛1下部部分燃烧、提供热量，使生物质燃料C在高温下发生热解反应和气化反应，产生的煤气G从炉膛1顶部引出、流入旋风分离器2；旋风分离器2从煤气G中分离出的固体颗粒通过返料器3返回炉膛1，煤气G从分离器2气体出口排出，依次流经过热器4、蒸发受热面5、省煤器6，最后流入煤气净化***，得到干煤气。

将给水W先通入省煤器6吸热升温后，引入汽包51，汽包51中的饱和水流入蒸发受热面5，被加热为1MPa、179℃的饱和蒸汽，再由汽包51引入过热器4，在过热器4中被加热为550℃的过热蒸汽S。

将从过热器4引出的过热蒸汽S通入空气蒸汽换热器7中，将富氧空气A预热至310℃，通入气化炉炉膛1底部；在空气蒸汽换热器7的蒸汽出口，蒸汽S被冷却为190℃的过热蒸汽，一部分通入气化炉炉膛1，用作流化气体和炉膛温度调节手段，一部分通入返料器3作为流化气体，其余蒸汽S外供。

实施例4

如图4所示的循环流化床单床粉煤气化***，包括由循环流化床气化炉炉膛1、旋风分离器2、返料器3构成的循环回路，还包括过热器4、蒸发受热面5、省煤器6、空气蒸汽换热器7和干燥器8，以及煤气净化装置、底渣冷却装置等辅助***(辅助***未在图中示出)；还包括煤的干燥***。

将经过干燥的粒径在0～10mm之间的粉煤C加入循环流化床气化炉炉膛1，并从其底部通入纯氧0和蒸汽S，粉煤C在炉膛1下部部分燃烧、提供热量，使粉煤C在高温下发生热解反应和气化反应，产生的煤气G从炉膛1顶部引出、流入旋风分离器2；旋风分离器2从煤气G中分离出的固体颗粒通过返料器3返回炉膛1，煤气G从分离器2气体出口排出，依次流经过热器4、蒸发受热面5、省煤器6，最后流入煤气净化***，得到干煤气产品。

将给水W先通入省煤器6吸热升温后，引入汽包51，汽包51中的饱和水流入蒸发受热面5，被加热为2MPa、211℃的饱和蒸汽，再由汽包51引入过热器4，在过热器4中被加热为480℃的过热蒸汽S。

从过热器4引出的过热蒸汽S，一部分通入空气蒸汽换热器7中，将纯氧O预热至260℃，通入气化炉炉膛1底部；在空气蒸汽换热器7的蒸汽出口，蒸汽S被冷却为211℃的饱和蒸汽，部分通入干燥器8中，作为干燥热源，其余外供。从过热器4引出的其余过热蒸汽S，一部分通入气化炉炉膛1，用作流化气体和炉膛温度调节手段，另一部分通入返料器3作为流化气体。

干燥器8可以是流化床式的，蒸汽流经床层中的换热盘管放热，使煤中的水分蒸发；干燥器8也可以是滚筒式的，蒸汽流过滚筒放热。通入干燥器的蒸汽S，也可以是从过热器引出的过热蒸汽。

Claims (8)

1.一种带煤气余热利用的气化方法，在气化炉炉膛中加入含碳燃料，并通入气化剂，使之发生热解和气化反应，产生煤气，所述气化剂为空气、富氧空气或纯氧，或这三者之一与蒸汽的组合，其特征在于，

煤气流经过热器放热，将经省煤器和蒸发受热面加热的给水或外来蒸汽进一步加热为过热蒸汽，再利用过热蒸汽预热通入气化炉炉膛的空气、富氧空气或纯氧。

2.按权利要求1所述的带煤气余热利用的气化方法，其特征在于，包括步骤：

a）气化炉产生的煤气，依次流经过热器、蒸发受热面和省煤器放热；

b）同时将给水通入省煤器吸热升温后，引入汽包，汽包中的饱和水流入蒸发受热面，被加热为饱和蒸汽；

c）将饱和蒸汽再由汽包引入过热器，使之在过热器中被加热为过热蒸汽；

d）将过热蒸汽引入空气蒸汽换热器中，预热空气、富氧空气或纯氧；

e）将经过预热的空气、富氧空气或纯氧通入气化炉炉膛作为气化剂。

3.按权利要求1所述的带煤气余热利用的气化方法，其特征在于，包括步骤：

a）气化炉产生的煤气，流经过热器；

b）同时将外来蒸汽引入过热器，使之在过热器中被加热为过热蒸汽；

c）将过热蒸汽引入空气蒸汽换热器中，预热空气、富氧空气或纯氧；

d）将经过预热的空气、富氧空气或纯氧通入气化炉炉膛作为气化剂。

4.按权利要求2或3所述的带煤气余热利用的气化方法，其特征在于，所述空气蒸汽换热器出口的蒸汽温度不低于饱和温度。

5.按权利要求2或3所述的带煤气余热利用的气化方法，其特征在于，还包括向气化炉炉膛通入蒸汽，该蒸汽为从过热器出口引出的过热蒸汽或从空气蒸汽换热器出口引出的蒸汽。

6.按权利要求1、2或3所述的带煤气余热利用的气化方法，其特征在于，所述的气化炉为包含循环流化床气化炉炉膛、分离器、返料器的循环流化床气化炉，经预热的空气、富氧空气或纯氧从循环流化床气化炉炉膛底部通入；所述的含碳燃料为粉煤；所述的气化炉产生的煤气，是从气化炉炉膛顶部引出、经分离器分离出的固体颗粒后、从分离器气体出口引出的煤气。

7.按权利要求6所述的带煤气余热利用的气化方法，其特征在于，还包括向返料器底部通入蒸汽，作为返料气体；向返料器底部通入的蒸汽，为从过热器出口引出的蒸汽或从空气蒸汽换热器出口引出的蒸汽。

8.按权利要求1、2、3或7所述的带煤气余热利用的气化方法，其特征在于，所述含碳燃料在加入气化炉炉膛前，先经干燥器进行干燥；干燥器中通入蒸汽，作为干燥热源；干燥器中通入的蒸汽，为从过热器出口引出的蒸汽或从空气蒸汽换热器出口引出的蒸汽。