CN105838451A - 一种串联双床粉煤分步气化方法 - Google Patents

一种串联双床粉煤分步气化方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种串联双床粉煤分步气化方法，该方法采用循环流化床气化炉串联气流床气化炉的形式。发明的核心是在气流床中利用氧气对循环流化床气化产生的高温含尘气进行二次气化。本发明以循环流化床气化为主体，煤炭气化主要在循环流化床内完成，借助循环流化床气化的优势，扩大气化装置的煤种适应性，提高单套气化装置的产能。以气流床气化作为补充，借助其反应温度高及粗煤气需经激冷水洗涤的特点，解决循环流化床气化存在的碳转化率低、合成气有效气含量低、所产粗煤气细灰含量高、含有热解产物等一系列问题。

Description

一种串联双床粉煤分步气化方法
技术领域
本发明涉及煤炭气化领域，尤其是褐煤气化领域，具体为一种串联双床粉煤分步气化技术。
背景技术
煤炭气化是煤炭资源清洁利用中最有应用前景的技术。气流床气化技术和循环流化床气化技术是新型煤气化技术中应用最广泛的两种技术。
气流床气化反应温度高，碳转化率高，所得粗煤气中煤炭热解产物含量少，粗煤气净化处理方便，技术清洁度高，但气流床对煤种要求高，煤种适应性较差。
循环流化床气化可以利用热值低、挥发分含量高的褐煤、烟煤，在煤种适应性方面具有很大优势。但由于气化剂在循环流化床床层内搅动作用强烈，气化炉出口的粗煤气即使经过回流旋风分离器，依然夹带较多细灰。虽然循环流化床床层内温度均一，使得气化空间大，气化能力强，但是床层内温度低(900～1000℃)，造成细灰中残炭量高达30～40％，而且气化粗煤气中含有一定量的甲烷、焦油、酚类等煤炭热解组分，这些组分在粗煤气净化***中富集后存在于外排废水中，造成煤气净化***流程长、污水处理困难、技术清洁度下降。
本发通过采用双床串联，提供一种结合气流床及循环流化床优点的新型气化技术。
发明内容
本发明的目的是提供一种串联双床粉煤分步气化方法，该技术采用一级循环流化床与二级气流床相结合的气化方式，煤炭气化在串联双床内分步完成。以循环流化床气化为主体，煤炭气化主要在循环流化床内完成。气流床气化作为补充，借助其反应温度高及粗煤气需经激冷水、洗气水洗涤的特点,解决循环流化床气化存在的碳转化率低、所产粗煤气细灰含量高、含有热解产物等一系列问题。
本发明的技术方案是：一种循环流化床与气流床串联的粉煤气化方法，其特征是：
利用循环流化床串联气流床，以循环流化床作为气化主体，煤炭气化反应主要在循环流化床内完成；出循环流化床气化炉的粗煤气首先进入回流旋风分离器，回流旋风分离器上部产生的含尘煤气从含尘煤气入口送入气流床气化炉。
循环流化床气化炉由气化炉本体、气化剂入口、粉煤入口、布风装置、回流旋风分离器组成。气化炉本体铺设耐火材料衬里，气化剂入口位于气化炉本体下部，粉煤入口位于气化剂入口上部。气化剂入口可以设置2～20个入口，均匀分布在气化炉四周。
气流床气化炉包括燃烧段和激冷段两部分。燃烧段由气化炉炉膛，含尘煤气入口及氧气喷嘴组成，气化炉炉膛铺设耐火材料衬里，氧气喷嘴位于燃烧段顶部，燃烧段上部设置2～10个含尘煤气入口，成对布置在气化炉四周，含尘煤气入口中轴线与气化炉炉膛之间夹角为45～90°。
激冷段由气化炉壳体、激冷水入口、激冷水分布器、洗气水入口、洗气塔板、导气管及粗煤气出口组成。导气管中轴线与气化炉壳体的中轴线重合。洗气塔板位于导气管外。正常操作时，激冷水由塔板与导气管间隙流下，合成气与洗气水在塔板上逆流接触。
激冷段设置2～10个激冷水入口，激冷水入口均匀布置在气化炉壳体四周。激冷水分布器使得激冷水均匀地从导气管外壁流下。设置2～10个洗气水入口，洗气水入口均匀布置在气化炉壳体四周，洗气水与上升的煤气在洗气塔板上逆流接触，设置2～8块洗气塔板。
采用本发明的一般气化流程如下：
粉煤从循环流化床下部的粉煤入口通过给料机加入，气化剂从气化剂入口加入，通过布风装置在气化炉底部形成高速气流区，使得粉煤颗粒处于流化态。循环流化床内操作温度800～1100℃，操作压力0～5.0MPaG，煤粉在床层空间内发生气化反应，煤气及夹带粉尘从气化炉顶部流出，进入回流旋风分离器。
回流旋风分离器上部产生的含尘煤气通过含尘煤气入口进入气流床气化炉，与气流床气化炉顶部喷入的氧气进一步反应，反应温度1100～1500℃，反应压力0～5.0MPaG，由于反应温度高，细灰中的残炭及热解产物均深度转化为CO、H2、CO2、CH4、H2O，各种生成物达到反应条件下的热力学平衡含量。生成的粗煤气和灰渣通过导气管进入洗气水，激冷水通过激冷水分布器均匀地从导气管外壁流下，上升的粗煤气在洗气塔板上与洗气水逆流接触，从激冷室上部的粗煤气出口流出。
本发明优于现有技术的主要特点为：
(1)采用双床串联分步气化的方式，提高了循环流化床技术的煤种适用性。不仅可以处理循环流化床的气化煤种，而且利用气流床的再次气化作用，还可气化需要高温高压气化环境的煤种，如煤化度高的烟煤。
(2)与循环流化床相比，煤炭中未低温气化产物进入气流床，在气流床高温高压的气化环境内进一步气化。不仅提高了原料煤的碳转化率，而且将低温下的气化产物，如CH4等低碳物质，进一步转化为合成气的有效成分。
(3)通过气流床的高温转化及洗气水的洗涤作用，降低了循环流化床气化所产粗煤气中的飞灰及低温热解产物的含量，避免了循环流化床***粗煤气净化所需的飞灰收集及含油废水处理流程。
(4)由于采用循环流化床作为主气化反应器，达到相同转化程度的氧耗、煤耗均小于气流床气化。
(5)气流床激冷流程，避免了循环流化床气化所需的煤气降温流程，而且使得煤气中的水汽比提高，无需补加蒸汽即可参加变换反应。
附图说明
图1是本发明一种串联双床粉煤分步气化方法的工艺流程图。
图中，循环流化床(1)、气化炉本体(2)、气化剂入口(3)、粉煤入口(4)、布风装置(5)、回流旋风分离器(6)、气流床(7)、燃烧段(8)、气化炉炉膛(9)、含尘煤气入口(10)、氧气喷嘴(11)激冷段(12)、气化炉壳体(13)、激冷水入口(14)、激冷水分布器(15)、洗气塔板(16)、导气管(17)、洗气水入口(18)、粗煤气出口(19)、气化剂混合器(20)、粉煤加料机(21)、排渣机(22)、冷灰机(23)。
具体实施方式
如图1所示，循环流化床(1)由气化炉本体(2)、气化剂入口(3)、粉煤入口(4)、布风装置(5)、回流旋风分离器(6)组成。气化炉本体(2)铺设耐火材料衬里，气化剂入口(3)位于气化炉本(2)体下部，粉煤入口(4)位于气化剂入口(3)上部。气化炉本体(2)铺设耐火材料衬里，气化剂入口共设置四个入口，成90°分布在气化炉四周。
气流床(7)气化炉包括燃烧段(8)和激冷段(12)两部分。燃烧段由气化炉炉膛(9)、含尘煤气入口(10)、氧气喷嘴(11)组成，激冷段由气化炉壳体(13)、激冷水入口(14)、激冷水分布器(15)、洗气塔板(16)、导气管(17)、洗气水入口(18)及粗煤气出口(19)组成。
气化炉炉膛铺设耐火材料衬里，氧气喷嘴(11)位于燃烧段顶部，设置两个含尘煤气入口(10)，成180°布置在气化炉两侧，含尘煤气入口(10)中轴线与气化炉炉膛(9)之间夹角为90°。导气管(17)中轴线与气化炉壳体(13)的中轴线重合。设置三块洗气塔板(16)，洗气塔板(16)与导气管(17)之间留有激冷水下降的间隙。
粉煤从循环流化床下部的粉煤入口(4)通过粉煤加料机(21)加入，蒸汽和氧气在气化剂混合器(20)中混合后，通过两个气化剂入口(3)分别加入，下部气化剂通过布风装置(5)在气化炉底部形成高速气流区，使得粉煤颗粒处于流化态。循环流化床内操作温度900℃，操作压力2.5MPaG，粉煤在床层空间内发生气化反应，煤气及夹带粉尘从气化炉顶部流出，进入回流旋风分离器(6)。
回流旋风分离器(6)上部产生的含尘煤气通过含尘煤气入口(10)进入气流床气化炉，与气流床气化炉顶部喷入的高压氧气进一步反应，反应温度1300℃，反应压力2.4MPaG，由于反应温度高，细灰中的残炭及热解产物均深度转化为CO、H2、CO2、CH4、H2O，各种生成物达到反应条件下的热力学平衡含量。生成的粗煤气和灰渣通过导气管(17)进入洗气水，激冷水通过激冷水分布器(15)均匀地从导气管(17)外壁流下，上升的粗煤气在洗气塔板(16)上与洗气水逆流接触，从激冷室上部的粗煤气出口(19)流出。
循环流化床产生的炉渣通过排渣机(22)送入冷渣机(23)冷却后外排，气流床产生的炉渣与水的混合物送至渣水处理。
经过本发明所述气化装置处理：
1.循环流化床排灰中的残炭量不超过4％，气流床排渣中残炭不超过3％，提高了单一气化过程碳转化率。
2.出气化炉粗煤气中甲烷含量降至0.1％以下，循环流化床气化产生的热解产物已转化为有效气。
3.气化炉渣水中不含焦油等物质，只需重力沉降后即可作为循环洗水返回气化单元进行回用，简化了水处理净化流程，降低了水处理装置的投资，同时增加了装置清洁性。

Claims (9)

1.一种串联双床粉煤分步气化方法，其特征在于，利用循环流化床(1)串联气流床(7)，以循环流化床作为气化主体，煤炭气化反应主要在循环流化床内完成；出循环流化床气化炉的粗煤气首先进入回流旋风分离器(6)，回流旋风分离器上部产生的含尘煤气从含尘煤气入口(10)送入气流床气化炉(7),具体过程如下：
粉煤从循环流化床下部的粉煤入口(4)通过粉煤加料机(21)加入，蒸汽和氧气在气化剂混合器(20)中混合后，通过两个气化剂入口(3)分别加入，下部气化剂通过布风装置(5)在气化炉底部形成高速气流区，使得粉煤颗粒处于流化态，粉煤在床层空间内发生气化反应，煤气及夹带粉尘从气化炉顶部流出，进入回流旋风分离器(6)；
回流旋风分离器(6)上部产生的含尘煤气通过含尘煤气入口(10)进入气流床气化炉，与气流床气化炉顶部喷入的高压氧气进一步反应，反应生成的粗煤气和灰渣通过导气管(17)进入洗气水，激冷水通过激冷水分布器(15)均匀地从导气管外壁流下，上升的粗煤气在洗气塔板(16)上与洗气水逆流接触，从激冷室上部的粗煤气出口(19)流出；
循环流化床产生的炉渣通过排渣机(22)送入冷渣机(23)冷却后外排，气流床产生的炉渣与水的混合物送至渣水处理。
2.如权利要求1所述的串联双床粉煤分步气化方法，其特征在于，循环流化床气化炉由气化炉本体(2)、气化剂入口(3)、粉煤入口(4)、布风装置(5)、回流旋风分离器(6)组成，气化炉本体(2)铺设耐火材料衬里，气化剂入口(3)位于气化炉本体(2)下部，粉煤入口(4)位于气化剂入口(3)上部。
3.如权利要求2所述的串联双床粉煤分步气化方法，其特征在于，气化剂入口(3)可以设置2～20个入口，均匀分布在循环流化床气化炉四周。
4.如权利要求1所述的串联双床粉煤分步气化方法，其特征在于，气流床气化炉包括燃烧段(8)和激冷段(12)两部分，燃烧段(8)由气化炉炉膛(9)，含尘煤气入口(10)及氧气喷嘴(11)组成，气化炉炉膛(9)铺设耐火材料衬里，氧气喷嘴(11)位于燃烧段顶部，燃烧段上部设置含尘煤气入口(10)；激冷段(12)由气化炉壳体(13)、激冷水入口(14)、激冷水分布器(15)、洗气塔板(16)、导气管(17)、洗气水入口(18)及粗煤气出口(19)组成，导气管(17)中轴线与气化炉壳体(13)的中轴线重合，洗气塔板(16)位于导气管(17)外，正常操作时，激冷水由洗气塔板(16)与导气管(17)间隙流下，合成气与洗气水在洗气塔板(16)上逆流接触，激冷水分布器(15)使得激冷水均匀地从导气管外壁流下。
5.如权利要求4所述的串联双床粉煤分步气化方法，其特征在于，含尘煤气入口(10)可以设置2～10个，成对布置在气化炉四周，含尘煤气入口(10)中轴线与气化炉炉膛(9)之间夹角为45～90°。
6.如权利要求4所述的串联双床粉煤分步气化方法，其特征在于，激冷段(12)设置2～10个激冷水入口(14)，激冷水入口(14)均匀布置在气化炉壳体(13)四周。
7.如权利要求4所述的串联双床粉煤分步气化方法，其特征在于，洗气水入口(18)可以设置2～10个，洗气水入口(18)均匀布置在气化炉壳体(13)四周，洗气水与上升的煤气在洗气塔板(16)上逆流接触，设置2～8块洗气塔板(16)。
8.如权利要求1所述的串联双床粉煤分步气化方法，其特征在于，循环流化床内操作温度800～1100℃，操作压力0～5.0MPaG。
9.如权利要求1所述的串联双床粉煤分步气化方法，其特征在于，气流床气化炉内反应温度1100～1500℃，反应压力0～5.0MPaG。
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