CN110872531B - 利用固体颗粒热载体热解气化的梯级余热回收装置及方法 - Google Patents

利用固体颗粒热载体热解气化的梯级余热回收装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明的利用固体颗粒热载体热解气化的梯级余热回收装置及方法。装置包括气化炉，热解炉，固体分离器及烟气处理***，气化炉，热解炉和固体分离器依次连接，气化炉与热解炉的烟道出口汇合并与烟气处理***连接。方法为：高温颗粒进入气化炉，含碳固废材料A在气化剂携带下进入气化炉，经气化反应生成可燃煤气与一次降温后颗粒，降温后颗粒与含碳固废材料B进入热解炉进行热解反应，生成热解气和固体半焦，经筛分后，固体半焦产率为20‑23％，固定碳含量高达77‑79.1％，作为气化炉燃料。该发明将固体颗粒余热回收效率提高至80‑84％，
Figure DDA0002319584880000011
效率提高至70‑77％，同时可获得热值为5000‑7000kJ/3的可燃性洁净煤气，并减少CO2排放量。

Description

利用固体颗粒热载体热解气化的梯级余热回收装置及方法
技术领域：
本发明属于余热回收及节能技技术领域，具体涉及利用固体颗粒热载体热解气化的梯级余热回收装置及方法。
背景技术：
冶金、建材、化工等行业的生产工艺具有大量高温固体散装料及固体颗粒物，如，烧结矿、球团矿及直接还原铁等。此外，冶金渣(如，高炉渣、钢渣、铜渣、镍渣等)等是金属冶炼过程排出的副产品，其排出温度高(>1200℃)，蕴含有大量的显热。目前对于冶金渣传统的处理方式为水淬法，该种处理方式消耗了大量水资源，而且冲渣水所引起的环境污染也比较严重。仅以高炉渣为例，高炉渣出炉温度为1500℃左右，吨渣显热约合60kg标煤。我国高炉渣2018年产量可达2.5亿吨，约合1500万吨标准煤。因此，实现冶金工业固废的高效清洁余热回收是我国工业节能减排的关键。
为了实现冶金渣余热高效回收，改变传统方法导致的耗水、污染严重的现状，实现工艺流程末端的节能减排改造，冶金渣干法粒化及余热回收工艺是不消耗新水的前提下，通过粒化装置(如转杯、转筒、转鼓、转盘等)将液态高温炉渣转变为固体高温(1100℃左右)颗粒，继而通过与传热介质直接或者间接接触回收其颗粒的高温显热。随着粒化技术和工艺的发展成熟，干法粒化得到的渣粒球形度好，玻璃体含量高，便于后续余热回收和资源化利用。
目前的高温固体颗粒的余热回收工艺主要是物理法。该方法以水、空气等为换热介质，具有能源转换次数多、余热回收效率低的特点，回收后可产生热水或蒸汽或热空气等，其品质难以从本质上提高。采用物理法回收余热产生热水或热蒸汽，热效率为76％，
Figure BDA0002319584860000011
效率为14.4％，34.2％。化学法主要是通过典型的吸热化学反应吸收颗粒的高温显热，产生具有较高产品附加值的化工产品。该方法将颗粒的热能转变为化学能，提高了回收过程
Figure BDA0002319584860000012
效率。在现已公开的专利中，专利CN 201910236543.6、CN 201910305887.8、CN200910012471.3、CN 201510283249.2等均是以熔渣为热载体，驱动煤气化反应制备合成气。
因此，如何高效回收工业生产中高温颗粒显热，降低生产过程的能耗，开发一种高效回收高温固体颗粒的余热回收方法是我国急需解决的问题。这也引起了国内外高校、研究所、企业的高度关注，但是截止目前尚未有关于该领域相关技术推广应用的报道。
发明内容：
本发明的目的是克服上述现有技术存在的不足，提供一种利用固体颗粒热载体热解气化的梯级余热回收装置及方法，可以实现高温固体颗粒余热高效回收的目标，解决了高温固体颗粒余热回收难及回收效率低的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
利用固体颗粒热载体热解气化的梯级余热回收装置，包括气化炉，热解炉，固体分离器及烟气处理***，其中：
所述气化炉，热解炉和固体分离器依次连接，气化炉与热解炉的烟道出口汇合并与烟气处理***连接。
所述烟气处理***包括旋风分离器、气液分离器及净化器，各部件顺次连接。
所述气化炉为固定床或流化床，所述气化炉设有颗粒给料装置，气化炉燃料喷嘴和颗粒出口。
所述热解炉为固定床，所述热解炉内设置有搅拌装置。
所述气化炉的颗粒出口与热解炉颗粒给料装置连接，热解炉的颗粒出口与固体分离器相连。
所述固体分离器通过提升装置与气化炉燃料喷嘴连接。固体分离器分离出的半焦混合物为气化炉提供燃料。
采用利用固体颗粒热载体热解气化的梯级余热回收装置，进行余热回收的方法，包括以下步骤：
步骤1，高温颗粒余热回收：
高温颗粒进入气化炉，含碳固废材料A在气化剂携带下进入气化炉，高温颗粒在自身重力的作用下在气化炉内自上而下运动，气化剂和含碳固废材料A在炉内发生气化反应，生成可燃煤气，同时获得一次降温后颗粒，其中，所述的高温颗粒温度为900～1200℃，按摩尔比，气化剂中气化反应成分：含碳固废材料A中C元素＝(0.2～1):1，按质量比，高温颗粒质量：含碳固废材料A中C元素＝1:(0.02～0.05)；
步骤2，中低温颗粒余热回收：
一次降温后颗粒与含碳固废材料B进入热解炉，按质量比，含碳固废材料B：一次降温后颗粒＝(0.5～1):1，颗粒在热解炉内自上而下运动，含碳固废材料B在炉内发生热解反应，生成热解气和固体半焦，并获得冷却后颗粒。
步骤3，固体分离：
冷却后的颗粒与固体半焦混合物进入固体分离器中，在固体分离器中进行筛分及分离，获得冷却后颗粒与固体半焦，其中，所述固体半焦进入气化炉，作为燃料为气化炉提供热量，所述固体半焦产率为20-23％，固体半焦中固定碳含量为77-79.1％。
所述步骤1中，高温颗粒为钢铁冶炼排放的高炉渣颗粒或钢渣颗粒，粒径为1～10mm，其中：
所述高炉渣颗粒包括组分及质量百分含量为CaO 41.21％，MgO 8.22％，SiO234.38％，Al2O3 11.05％，Fe2O3 2.78％，TiO2 0.35％，余量其他；
所述钢渣颗粒包括组分及质量百分含量为CaO 41.18％，MgO 9.26％，SiO220.49％，Al2O3 3.08％，Fe2O3 20.35％，余量其他。
所述步骤1中，气化剂为水蒸气，CO2，富CO2气体或空气，所述富CO2气体为工业炉窑或锅炉产生的含CO2废气，气化剂中气化反应成分为H2O、CO2/或O2。
所述步骤1中，气化剂为富CO2烟气，烟气中CO2含量为10-40％，N含量为60-90％。
所述步骤1中，气化反应快速吸收颗粒的热量，并产生可燃煤气；与此同时，高温颗粒温度被快速冷却，一次降温后颗粒温度为500～800℃，一次降温后颗粒通过颗粒出口进入热解炉的颗粒给料装置。
所述步骤1中，可燃煤气携带有半焦及灰分。
所述步骤1中，气化炉气化反应的化学反应方程式如下：
C+CO2(g)＝2CO(g) 173.4kJ/mol (1)
C+H2O(g)＝CO(g)+H2(g) 135.6kJ/mol (2)
所述步骤1和2中，含碳固废材料A或B为煤粉或生物质或污泥或塑料或橡胶等工业、农业及生物含碳废弃材料，其碳元素含量在20-70％。
所述步骤1和2中，含碳固废材料A或B在进入热解炉或气化炉前需要进行干燥处理。
所述步骤1和2中，含碳固废材料为煤粉。
所述步骤2中，热解反应快速吸收一次降温后颗粒的热量，一次降温后颗粒温度被进一步冷却，冷却后颗粒温度≤200℃。冷却后的颗粒与热解后产生的固体半焦通过颗粒出口进入固体分离器。
所述步骤2中，热解气中包括煤气，热解气与步骤1获得的可燃煤气汇合，经气液分离器分离出热解气中的凝结性焦油和可燃煤气中的半焦与灰分，经净化器分离烟尘，获得洁净煤气。洁净煤气的热值在5000-7000kJ/m3。
所述利用固体颗粒热载体进行热解气化的梯级余热回收方法，经过梯级余热回收后，热效率达80-84％，
Figure BDA0002319584860000031
效率为70-77％。
本发明的有益效果：
(1)利用所述工艺***及方法可高效回收固体颗粒余热，将固体颗粒余热回收效率提高至80-84％，
Figure BDA0002319584860000041
效率提高至70-77％；
(2)该方法可将固体颗粒余热转换为热值为5000-7000kJ/3的可燃性洁净煤气、固定碳含量在77-79.1％的固体半焦等具有高附加值产品；
(3)在保护环境、节约资源的同时，该***及方法采用富CO2烟气为气化剂时，回收每kg炉渣颗粒余热，可减少温室气体CO2 30L以上。
附图说明：
图1为本发明实施例1的利用固体颗粒热载体热解气化的梯级余热回收方法工艺流程图；
图2为本发明实施例1的利用固体颗粒热载体热解气化的梯级余热回收装置结构示意图；
图3为本发明实施例2的利用固体颗粒热载体热解气化的梯级余热回收方法工艺流程图；
图4为本发明实施例2的利用固体颗粒热载体热解气化的梯级余热回收装置结构示意图；其中：
1-气化炉，2-热解炉，3-固体分离器，4-旋风分离器，5-气液分离器，6-净化器，7-高温颗粒给料装置，8-料仓，9-气化炉燃料喷嘴，10-气化炉颗粒出口，11-中低温颗粒给料装置，12-热解炉燃料喷嘴，13-搅拌装置，14-热解炉颗粒出口。
具体实施方式：
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
下面以1kg炉渣颗粒为例，按照质量守恒及能量守恒定律对气化及热解过程中所需物料及生成的产物进行计算。
计算条件如下：
气化炉内高温炉渣颗粒入口温度为1100℃，出口温度为700℃；热解炉内中低温炉渣颗粒入口温度为700℃，出口温度为100℃，炉渣比热容为Cm1＝1.2kJ/(kg·℃)，炉渣颗粒质量用m1。
气化及热解炉内燃料均为煤粉，煤粉中C＝64.4％，H＝4.2％，O＝8.8％，灰分含量＝20％，固定碳含量为44.8％，挥发分含量为32.8％，煤粉比热容Cm2为1.1kJ/(kg·℃)，煤粉质量用m2表示。
气化剂为富CO2烟气，烟气成分为(CO2＝40％，N2＝60％)，比热容用Cm3表示，N2比热容1.03kJ/(kg·℃)，CO2比热容0.84kJ/(kg·℃)，气化剂质量用m3表示。
气化炉产生的煤气出口温度为800℃；热解炉产生的热解气出口温度为300℃。
气化过程碳转化率、热解转化率均按照100％计算。
(1)气化炉
根据能量守恒定律：炉渣释放的热量＝气化反应吸收的热量，煤气化反应所需煤粉的物质的量为：
热量收入项如下：
1)炉渣代入的物理热
Qin-1＝Cm1×1×t1＝1.2×1×(1100)kJ＝1320.0kJ (3)
2)煤粉带入的物理热
Qin-2＝Cm2×m2×t2＝1.1×m2×(20) (4)
3)气化剂带入的物理热
Qin-3＝Cm3×m3×t3＝0.954×m3×(20) (5)
热量支出项如下：
4)气化反应吸收的热量
Figure BDA0002319584860000051
5)颗粒带走物理热量
Qout-2＝Cm1×1×t1'＝1.2×1×(700)kJ＝840.0kJ (7)
6)煤渣带出的物理热
Qout-3＝Cm2×m2×0.2×t2'＝1.1×m2×0.2×900＝198×m2kJ (8)
7)烟气带出的物理热
Figure BDA0002319584860000052
根据煤粉与CO2气化反应质量关系可得：
Figure BDA0002319584860000053
根据能量守恒定律，Qin＝Qout，联立方程，根据设定条件可计算出在气化炉中每处理1kg炉渣颗粒，需要消耗煤粉0.0296kg，产生CO 0.089kg(约合71L)，气化炉热效率为57.4％。若考虑烟气在冷却器余热回收，当烟气余热回收率为60％，则气化炉热效率可达82％。气化过程采用的富CO2气化剂为工业炉窑或锅炉产生的含CO2废气，即利用本发明的方法每处理1kg炉渣，就可以吸收0.07kg的CO2废气，那么按照每年我国产生的2.5亿吨炉渣计算，用此方法每年就可以吸收CO2高达1750万吨。气化炉物料投入量及产物产出量计算结果如表1所示。
表1气化炉中物料投入量及产物产出量计算结果
Figure BDA0002319584860000061
表2气化炉热收支平衡表
Figure BDA0002319584860000062
(2)热解过程
煤分解热按照448kJ/(kg)计算，煤热分解产物按照CO和H2计算，煤粉中C元素转变为固定碳及CO，H元素完全转变为H2。
同理，按照上述计算方式，可得热解炉内物料投入量及产物产出量计算结果如表3所示。
表3热解炉中物料投入量及产物产出量计算结果
Figure BDA0002319584860000063
表4热解炉热收支平衡表
Figure BDA0002319584860000071
根据设定条件可计算出在热解炉中每处理1kg炉渣颗粒，需要消耗煤粉1.263kg，产生CO 0.195kg(约合155L)，H2 0.053kg(约合590L)，产生半焦0.818kg，热解炉的理论热效率为82.3％。
Figure BDA0002319584860000073
效率的计算式如下。
Figure BDA0002319584860000072
通过整体计算，气化炉及热解炉组成的工艺***，整体热效率可达84.7％，
Figure BDA0002319584860000074
效率可达77.4％。
通过对利用固体颗粒热载体热解气化的梯级余热回收装置及方法中气化及热解部分的理论分析及计算可知，本发明为高温颗粒的梯级余热回收提供了崭新思路。
利用固体颗粒热载体热解气化的梯级余热回收装置，包括气化炉，热解炉，固体分离器及烟气处理***，其中：
所述气化炉，热解炉和固体分离器依次连接，气化炉与热解炉的烟道出口汇合并与烟气处理***连接。
所述烟气处理***包括旋风分离器、气液分离器及净化器，各部件顺次连接。
所述气化炉为固定床或流化床，所述气化炉设有颗粒给料装置，气化炉燃料喷嘴和颗粒出口。
所述热解炉为固定床，所述热解炉内设置有搅拌装置。
所述气化炉的颗粒出口与热解炉颗粒给料装置连接，热解炉的颗粒出口与固体分离器相连。
所述固体分离器通过提升装置与气化炉燃料喷嘴连接。固体分离器分离出的半焦混合物为气化炉提供燃料。
采用利用固体颗粒热载体热解气化的梯级余热回收装置，进行余热回收的方法，包括以下步骤：
步骤1，高温颗粒余热回收：
高温颗粒进入气化炉，含碳固废材料A在气化剂携带下进入气化炉，高温颗粒在自身重力的作用下在气化炉内自上而下运动，气化剂和含碳固废材料A在炉内发生气化反应，生成可燃煤气，同时获得一次降温后颗粒，其中，所述的高温颗粒温度为900～1200℃，按摩尔比，气化剂中气化反应成分：含碳固废材料A中C元素＝(0.2～1):1，按质量比，高温颗粒质量：含碳固废材料A中C元素＝1:(0.02～0.05)；
步骤2，中低温颗粒余热回收：
一次降温后颗粒与含碳固废材料B进入热解炉，按质量比，含碳固废材料B：一次降温后颗粒＝(0.5～1):1，颗粒在热解炉内自上而下运动，含碳固废材料B在炉内发生热解反应，生成热解气和固体半焦，并获得冷却后颗粒。
步骤3，固体分离：
冷却后的颗粒与固体半焦混合物进入固体分离器中，在固体分离器中进行筛分及分离，获得冷却后颗粒与固体半焦，其中，所述固体半焦进入气化炉，作为燃料为气化炉提供热量，所述固体半焦产率为20-23％，固体半焦中固定碳含量为77-79.1％。
所述步骤1中，高温颗粒为钢铁冶炼排放的高炉渣颗粒或钢渣颗粒，粒径为1～10mm，其中：
所述高炉渣颗粒包括组分及质量百分含量为CaO 41.21％，MgO 8.22％，SiO234.38％，Al2O3 11.05％，Fe2O3 2.78％，TiO2 0.35％，余量其他；
所述钢渣颗粒包括组分及质量百分含量为CaO 41.18％，MgO 9.26％，SiO220.49％，Al2O3 3.08％，Fe2O3 20.35％，余量其他。
所述步骤1中，气化剂为水蒸气，CO2，富CO2气体或空气，所述富CO2气体为工业炉窑或锅炉产生的含CO2废气，气化剂中气化反应成分为H2O、CO2/或O2。
所述步骤1中，气化剂为富CO2烟气，烟气中CO2含量为10-40％，N含量为60-90％。
所述步骤1中，气化反应快速吸收颗粒的热量，并产生可燃煤气；与此同时，高温颗粒温度被快速冷却，一次降温后颗粒温度为500～800℃，一次降温后颗粒通过颗粒出口进入热解炉的颗粒给料装置。
所述步骤1中，可燃煤气携带有半焦及灰分。
所述步骤1中，气化炉气化反应的化学反应方程式如下：
C+CO2(g)＝2CO(g) 173.4kJ/mol (1)
C+H2O(g)＝CO(g)+H2(g) 135.6kJ/mol (2)
所述步骤1和2中，含碳固废材料A或B为煤粉或生物质或污泥或塑料或橡胶等工业、农业及生物含碳废弃材料，其碳元素含量在20-70％。
所述步骤1和2中，含碳固废材料A或B在进入热解炉或气化炉前需要进行干燥处理。
所述步骤1和2中，含碳固废材料为煤粉。
所述步骤2中，热解反应快速吸收一次降温后颗粒的热量，一次降温后颗粒温度被进一步冷却，冷却后颗粒温度≤200℃。冷却后的颗粒与热解后产生的固体半焦通过颗粒出口进入固体分离器。
所述步骤2中，热解气中包括煤气，热解气与步骤1获得的可燃煤气汇合，经气液分离器分离出热解气中的凝结性焦油和可燃煤气中的半焦与灰分，经净化器分离烟尘，获得洁净煤气。洁净煤气的热值在5000-7000kJ/m3。
所述利用固体颗粒热载体进行热解气化的梯级余热回收方法，经过梯级余热回收后，热效率达80-84％，
Figure BDA0002319584860000092
效率为70-77％。
以下实例中，采用的煤粉中C＝64.4％，H＝4.2％，O＝8.8％，灰分含量＝20％，固定碳含量为44.8％，挥发分含量为32.8％，煤粉比热容Cm2为1.1kJ/(kg·℃)。
实施例1
本发明实施采用的炉渣来源于国内某钢铁企业高炉的排渣，主要成分如表5所示。
表5炉渣颗粒化学成分％
Figure BDA0002319584860000091
利用固体颗粒热载体热解气化的梯级余热回收装置结构示意图如图2所示，包括气化炉1，热解炉2，固体分离器3及其附属设备，热解炉2、气化炉1主要由炉体，送料装置***及烟气处理装置***组成。送料装置***设有高颗粒给料装置7，中低温颗粒给料装置11，气化炉燃料喷嘴9，热解炉燃料喷嘴12，气化炉颗粒出口10，热解炉颗粒出口14；烟气处理***设有旋风分离器4，气液分离器5，净化器6。此外，热解炉内设置有搅拌装置13。气化炉1，热解炉2，固体分离器3分别顺次连接。气化炉颗粒出口10与热解炉中低温颗粒给料装置11连接，热解炉颗粒出口14与固体分离器3相连。气化炉1与热解炉2的烟道出口汇合并与旋风分离器4、气液分离器5及净化器6顺次连接。
气化炉1为流化床，流化床1中煤粉类型为无烟煤；热解炉2为固定床，热解炉2中煤粉为褐煤。两个装置中煤粉在进入前需要经过干燥并磨碎至为100目以下。
可燃煤气经旋风分离器后，获得未能完全燃烧的固体，未完全燃烧固体经料仓收集。料仓呈漏斗状收集后并通过输运装置运送至气化炉，由气化炉燃料喷嘴进入气化炉。
气化炉1中所述气化剂为某石灰窑富CO2废气，成分及含量为CO2 32.2％，N2 59.6，O21.8％，CO 2.6％，H2O 3％，其他2.6％。
采用上述装置进行梯级余热回收的方法，工艺流程图如图1所示。该工艺主要由气化、热解及分离三部分组成。气化炉的主要原料为煤粉、气化剂，产品为合成气。热解炉主要原料为煤粉，产品为热解气。高温颗粒分别流经气化炉及热解炉，并通过气化反应及热解反应两种化学反应分两步降温，具体步骤如下：
(1)高温颗粒余热回收
1100℃的高温颗粒(粒径为1mm～10mm)通过高温颗粒给料装置7进入气化炉1，煤粉经干燥处理后，在气化剂的携带下通过气化炉燃料喷嘴9进入气化炉1，在高温颗粒给料装置7中内部通过水冷进行冷却。高温颗粒在气化炉1内自上而下运动，气化反应快速吸收颗粒的热量，并产生煤气；高温颗粒温度迅速降低至700℃。随后，一次降温后颗粒及产生的煤渣通过气化炉颗粒出口10进入热解炉2的中低温颗粒给料装置11。
气化剂中CO2与煤粉中C元素的摩尔比为CO2/C为1:1。高温颗粒质量与煤粉中C元素质量比为1:0.02。
(2)中低温颗粒余热回收
一次降温后700℃的颗粒以及煤粉分别通过中低温颗粒给料装置11、热解炉燃料喷嘴12进入热解炉2。热解炉中，煤粉：一次降温后颗粒的质量比为0.8:1。颗粒在热解炉内自上而下运动，搅拌装置13在内部将煤粉与颗粒进行充分搅拌混合。煤粉通过热解反应快速吸收颗粒的热量生成固体半焦及热解气。与此同时，颗粒温度被进一步冷却，温度降低至120℃。冷却后的颗粒与热解后产生的半焦通过颗粒出口进入固体分离器3。
热解及气化过程的产气混合后经过旋风分离器4将煤气携带出的半焦及灰分进行分离，气液分离器5通过冷却降温将煤气中的具有凝结性的焦油进行分离，煤气净化器6将煤气进一步净化成洁净煤气，洁净煤气产率为32％，洁净煤气热值约为7000kJ/m3。
(3)固体分离
冷却后的颗粒与半焦混合物在固体分离器3中根据粒径大小的不同完成筛分及分离。固体半焦产率为21％，半焦组分及质量百分含量为水分0.79％，挥发分12.2％，固定碳78.2％，灰分8.8％。
本实施例中，热效率为84％，
Figure BDA0002319584860000112
效率为77％。
实施例2
利用固体颗粒热载体热解气化的梯级余热回收装置结构示意图如图4所示，采用上述装置进行梯级余热回收的方法，工艺流程图如图3所示。
与实施例1相比，其不同点在于：
(1)工艺方法上，实施例2中气化炉1中燃料为热解炉2中产生的半焦，装置结构上，固体分离器3的出口物料通过提升装置进入气化炉燃料喷嘴9。
(2)实施例2中气化炉1中产品为可燃煤气及多孔性焦炭，多孔性焦炭比表面积在1100m2/g以上。可燃煤气经旋风分离器，气液分离器和净化器，去除挥发分和凝结性焦油，获得洁净煤气，洁净煤气产率为30％，洁净煤气热值为5000kJ/m3。
(3)实施例2中气化剂为某锅炉烟气，成分及含量为CO2 12.8％，N2 77.1％，O26.1％，CO 0.06％，H2O 3％，其他0.04％。
(4)实施例2中气化炉1中烟气中CO2与煤粉中C元素的摩尔比为CO2/C 0.2:1。气化炉中高温颗粒质量与煤粉C元素质量比为1:0.05。
(6)一次降温后颗粒温度为600℃，热解炉中，一次降温后颗粒质量与煤粉中C元素质量比为0.5：1。
冷却后的颗粒与半焦混合物在固体分离器3中根据粒径大小的不同完成筛分及分离，冷却后颗粒温度为100℃，固体半焦产率为23％，半焦组分及质量百分含量为水分0.82％，挥发分11.7％，固定碳77.1％，灰分10.3％。
本实施例中，热效率为80％，
Figure BDA0002319584860000113
效率为70％。
实施例3
同实施例1，其不同点在于：
(1)实施例3中高温颗粒为钢渣，钢渣温度为1200℃，主要成分如表6所示。
表6钢渣颗粒化学成分％
Figure BDA0002319584860000111
(2)实施例3中，洁净煤气产率为33％，洁净煤气热值约为6000kJ/m3；
(4)实施例3中，气化剂为某炉窑烟气，成分及含量为CO2 30.8％，N2 60.1％，O20.6％，CO 3.2％，H2O 5％，SO2 0.26％，其他0.04％。
(5)实施例3中，气化炉1中烟气中CO2与煤粉中C元素的摩尔比为CO2/C 1:1。高温颗粒质量与煤粉C元素质量比为1:0.05，一次降温后颗粒温度为800℃。
热解炉中，一次降温后颗粒质量与煤粉中C元素质量比为0.8：1-；
获得的冷却后的颗粒与半焦混合物在固体分离器3中根据粒径大小的不同完成筛分及分离。冷却后颗粒温度为150℃，固体半焦产率为20％，半焦组分及质量百分含量为水分0.69％，挥发分12.5％，固定碳79.1％，灰分7.8％。
本实施例中，热效率为82％，
Figure BDA0002319584860000121
效率为74％。

Claims (3)

1.利用固体颗粒热载体热解气化的梯级余热回收的方法，其特征在于，采用一种利用固体颗粒热载体热解气化的梯级余热回收装置，所述的梯级余热回收装置包括气化炉，热解炉，固体分离器及烟气处理***，其中：所述气化炉，热解炉和固体分离器依次连接，气化炉与热解炉的烟道出口汇合并与烟气处理***连接，所述固体分离器通过提升装置与气化炉燃料喷嘴连接；
所述的方法包括以下步骤：
步骤1，高温颗粒余热回收：
高温颗粒进入气化炉，含碳固废材料A在气化剂携带下进入气化炉，高温颗粒在气化炉内自上而下运动，气化剂和含碳固废材料A在炉内发生气化反应，生成可燃煤气，同时获得一次降温后颗粒，其中，所述的高温颗粒温度为900~1200℃，按摩尔比，气化剂中气化反应成分：含碳固废材料A中C元素=1:1，按质量比，高温颗粒质量：含碳固废材料A中C元素=1:0.02，所述的高温颗粒为钢铁冶炼排放的高炉渣颗粒或钢渣颗粒，粒径为1~10mm，其中：所述高炉渣颗粒包括组分及质量百分含量为CaO 41.21%，MgO 8.22%，SiO2 34.38%，Al2O3 11.05%，Fe2O3 2.78%，TiO2 0.35%，余量其他；所述钢渣颗粒包括组分及质量百分含量为CaO41.18%，MgO 9.26%，SiO2 20.49%，Al2O3 3.08%，Fe2O3 20.35%，余量其他；所述的气化剂为富CO2烟气，所述富CO2烟气为工业炉窑或锅炉产生的含CO2废气，烟气中CO2含量为10-40%，N含量为60-90%；所述的含碳固废材料A中碳元素含量在20-70%；
步骤2，中低温颗粒余热回收：
一次降温后颗粒与含碳固废材料B进入热解炉，按质量比，含碳固废材料B：一次降温后颗粒=(0.5~1):1，颗粒在热解炉内自上而下运动，含碳固废材料B在炉内发生热解反应，生成热解气和固体半焦，并获得冷却后颗粒，其中，所述的一次降温后颗粒温度为500-800℃，所述的含碳固废材料A中碳元素含量在20-70%；
所述的含碳固废材料A或B为煤粉或生物质或污泥或塑料；
所述的热解气中包括煤气，热解气与步骤1获得的可燃煤气汇合，经气液分离器分离出热解气中的凝结性焦油和可燃煤气中的半焦与灰分，经净化器分离烟尘，获得洁净煤气，洁净煤气的热值在5000-7000kJ/m3；
步骤3，固体分离：
冷却后的颗粒与固体半焦混合物进入固体分离器中，在固体分离器中进行筛分及分离，获得冷却后颗粒与固体半焦，其中，所述固体半焦进入气化炉，作为燃料为气化炉提供热量，所述固体半焦产率为20-23%，固体半焦中固定碳含量为77-79.1%，所述的利用固体颗粒热载体进行热解气化的梯级余热回收方法，经过梯级余热回收后，热效率达84%，㶲效率为77%。
2.根据权利要求1所述的利用固体颗粒热载体热解气化的梯级余热回收的方法，其特征在于：所述烟气处理***包括旋风分离器、气液分离器及净化器，各部件顺次连接；
所述气化炉为固定床或流化床，所述气化炉设有颗粒给料装置，气化炉燃料喷嘴和颗粒出口；
所述热解炉为固定床，所述热解炉内设置有搅拌装置；
所述气化炉的颗粒出口与热解炉颗粒给料装置连接，热解炉的颗粒出口与固体分离器相连。
3.根据权利要求1所述的利用固体颗粒热载体热解气化的梯级余热回收的方法，其特征在于，所述含碳固废材料A或B在进入热解炉或气化炉前需要进行干燥处理。
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Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110872531B (zh) * 2019-12-12 2021-07-13 青岛理工大学 利用固体颗粒热载体热解气化的梯级余热回收装置及方法
CN111423085A (zh) * 2020-04-22 2020-07-17 青岛理工大学 一种利用冶金渣余热分级处理污泥制备富氢合成气的方法
CN111733322A (zh) * 2020-06-22 2020-10-02 青岛理工大学 一种基于煤气化反应梯级吸收铜渣余热的装置***及方法
CN112625709A (zh) * 2020-12-09 2021-04-09 青岛理工大学 利用去铁尾渣余热驱动煤与污泥共热解的装置***及方法
CN113392529A (zh) * 2021-06-18 2021-09-14 马鞍山钢铁股份有限公司 一种高炉区域热状态在线分析方法
CN113981248B (zh) * 2021-10-09 2022-09-13 济南恒誉环保科技股份有限公司 一种利用固废热解产物处理钛铁矿矿石的装置
CN113944925B (zh) * 2021-10-14 2023-08-15 北京工商大学 一种高含水颗粒燃料间壁式强化换热解耦气化燃烧***
CN113976091A (zh) * 2021-11-16 2022-01-28 北京航天环境工程有限公司 一种废颗粒活性炭再生余热利用的装置及其工艺
CN114369691A (zh) * 2022-01-04 2022-04-19 中冶南方工程技术有限公司 基于高炉渣余热利用的城市固废与炼铁协同***及方法
CN115216346B (zh) * 2022-06-27 2024-04-12 上海蓝瑞环保能源科技有限公司 一种利用有机固废制备富氢燃气的方法和***
CN115287100B (zh) * 2022-07-05 2023-06-27 西安交通大学 一种富油煤地下原位气化-热解-余热利用一体化***
CN115449402A (zh) * 2022-09-13 2022-12-09 北京航天迈未科技有限公司 一种固体有机物的处理***及处理方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101113341A (zh) * 2007-09-11 2008-01-30 昆明理工大学 利用冶金熔融渣与固体可燃物制备可燃气的方法
CN101597658A (zh) * 2009-07-10 2009-12-09 东北大学 一种高炉熔渣煤气化***及方法
RU2521638C2 (ru) * 2012-09-17 2014-07-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова" Способ газификации углеродосодержащих твердых видов топлива
CN107325846A (zh) * 2017-06-28 2017-11-07 大连理工大学 一种基于低阶煤梯级利用的煤热解化学链气化耦合工艺
CN107760383A (zh) * 2017-11-13 2018-03-06 中国矿业大学(北京) 高炉渣余热催化裂解生物质制燃气技术
CN109777519A (zh) * 2019-03-27 2019-05-21 东北大学 一种高炉熔渣余热驱动气化反应***

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102191088B (zh) * 2011-04-12 2013-06-12 浙江大学 固体燃料双流化床热解气化分级转化装置及方法
CN105567327B (zh) * 2016-02-25 2018-01-09 青岛理工大学 一种基于高炉渣余热回收的高湿污泥气化制取富氢燃气的方法
CN106944458A (zh) * 2017-03-15 2017-07-14 北京神雾环境能源科技集团股份有限公司 处理生活垃圾的***和方法
CN110358578A (zh) * 2019-06-28 2019-10-22 华中科技大学 一种燃煤耦合生物质发电联产生物炭***
CN110923387B (zh) * 2019-12-12 2021-05-11 青岛理工大学 一种含铁冶金渣粒梯级余热回收及直接还原***及方法
CN110872531B (zh) * 2019-12-12 2021-07-13 青岛理工大学 利用固体颗粒热载体热解气化的梯级余热回收装置及方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101113341A (zh) * 2007-09-11 2008-01-30 昆明理工大学 利用冶金熔融渣与固体可燃物制备可燃气的方法
CN101597658A (zh) * 2009-07-10 2009-12-09 东北大学 一种高炉熔渣煤气化***及方法
RU2521638C2 (ru) * 2012-09-17 2014-07-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова" Способ газификации углеродосодержащих твердых видов топлива
CN107325846A (zh) * 2017-06-28 2017-11-07 大连理工大学 一种基于低阶煤梯级利用的煤热解化学链气化耦合工艺
CN107760383A (zh) * 2017-11-13 2018-03-06 中国矿业大学(北京) 高炉渣余热催化裂解生物质制燃气技术
CN109777519A (zh) * 2019-03-27 2019-05-21 东北大学 一种高炉熔渣余热驱动气化反应***

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"煤在高炉渣中气化特性的实验研究";杜文亚;《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技I辑》;《中国学术期刊（光盘版）》电子杂志社有限公司;20130415(第3期);正文第14页第7段至15页第1段,正文第17页及图1.6 *

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