一种立式循环流化床汽化方式与装置

一种立式循环流化床汽化方式与装置

技术领域

[0001]本发明牵涉固体含碳燃料汽化技术领域;具体来说牵涉一种立式循环流化床汽化 方法与装置，属于流化作用下固体含碳燃料汽化制煤气或合成气技术领域。

背景技术

[0002]中国发明专利2〇14101175〇4_1，申请日2〇14_3.26，公开日2014.7.9，公开号 CN103911179A，名称:煤气化方式和装置;其公开了现有的固态灰渣的循环流化床气化炉的 固态渣中的含碳量较高、煤气中飞灰量大、含碳量高的问题。而中国发明专利申请 2015H)641319.7,申请日2015.9.30，公开日2017.4.5，公开号0附06554826六，名称：带细粉 灰溶融的循环流化床煤汽化方式及装置;其公开了现有的循环流化床汽化因为汽化操作温 度低，导致随气流夹带出的细粉灰中含碳量高，质量分数占30%50%，飞灰占总灰量7〇% 80%造成系统的总碳利用率不高;且其中细粉灰的运用处置只是一大瓶颈。

[0003]在传统的循环流化床煤气化炉中，由于选用固态灰渣的方法，煤气化气温较低，一 般高于灰恪点150200°C。受煤的反应活性及灰熔点的影响，一般循环流化床煤气化炉的 气化气温选为95〇°C105(TC左右。循环流化床煤气化炉选用的入炉褐煤的粒径一般在 10_左右以下，煤粉踏入循环流化床煤气化炉的窑炉后，与低温循环床料迅速混和，被迅速 加热，发生水份的迅速蒸发、快速热解反应，在这个过程中，受到褐煤的热稳定性和机械稳 定性的影响，部分烟煤会破碎，产生小粒径半焦生物质锅炉，甚至细粉半焦。半焦在提高管内与气化剂 反应，产生燃气，未反应完的半焦踏入旋风分离器，大部分半焦被旋风捕集后，经过立管和 返料器，回到提升管与气化剂继续反应，剩余少部份半焦随低温燃气逃匿回去，成为飞灰。 [0004] —般循环流化床的飞灰量大且飞灰中含碳量高，一般20%以上，有些煤种汽化的 飞灰中含碳量并且可达70%。飞灰中含碳量高，一方面对循环流化床煤气化炉的碳转化率 和冷燃气效率等导致重要负面影响，甚至造成碳转化率增加10%左右，有些煤种并且达 1S%左右，煤气丰度和系统热效率明显减少。另一方面，飞灰中的高含碳量，燃烧和汽化活 性低，不利于飞灰的直接运用。

[000S]采用二次风形式，上部气温高，可适于汽化，但是二次风中〇2会优先与燃气燃烧， 产生(：〇2、出0,此处生产的C0^C的汽化反应速度很慢了，不像在顶部生成，停留时间相对较 长。

[0006]有的循环流化床煤气化技术中，对高灰量、高含碳量飞灰的处理，一般选用对逃匿 出循环流化床气化炉的旋风分离器的飞灰运用燃烧、气化两种方式进行处理，而不是直接 强化气化炉内的反应，降低飞灰中的碳浓度。

[0007]如中国发明专利201410117504.1选用将循环流化床气化炉形成的粗燃气经过再 一级旋风分离后，分离的飞灰通过热风炉燃烧形成低温烟气，送循环流化床气化炉作为热 源，这个过程混进了较大量N2，稀释燃气，煤气灰分增加，另外燃烧烟气的气温高达1300 1400°C，且热风炉选用液态浮渣，因此键入气化炉的低温烟气中会混有液态渣滴，在气化炉 内与床料黏结，团聚，破坏流动。

[0008] 中国发明专利0112396〇 3，申请日2〇01 8 8，公开日2003 3 5，公开号CN1400289， 名称:粉煤流化床气化方式及气化炉;其公开了单个窑炉汽化(分低温燃烧区+密相区+稀相 区），灰团圆浮渣，气化灰+单段细粉半焦燃烧，烟气进低温燃烧区。

[0009] 中国发明专利2〇161〇644936_7，申请日2〇16.8.8，公开日2016.11.16，公开号 CN106118750A，名称:梯级组合床汽化系统;其公开了一段流化床气化+二段气流床气化(高 温），液态浮渣，单段浮渣，气化灰。但是二段汽化剂为二氧化碳或富氧空气。

[0010] 中国发明专利201110431593.3,申请日2011.12.14,公开日2012.7.4,公开号 CN102533345A，名称:复合式流化床煤气化的方式及装置;其公开了一种灰融聚汽化+细粉 半焦气流床气化(固态灰渣)+高温燃气入气化炉。其选用一段流化床气化+二段气流床气化 (11001300°C)，单段浮渣，灰融聚灰渣;二段气化炉的原料为飞灰，来自于二级旋风分离 器、热燃气幅射废热回收机组、煤气陶瓷过滤器，而不是一级旋风分离器的、高循环倍率的 细粉半焦;气流床的细渣随低温燃气踏入气化炉；需要氢气作为气化剂，提高碳转化率、产 高温燃气;对低灰硬度煤，气流床要么产液态渣，再冷却，破坏流化床气化炉内的流动，要么 需增加汽化体温，效率低。待流化床气化炉上部汽化稳定后，将细粉由细粉加料输送罐输送 至气流床燃烧喷管，再向燃烧喷管通入二氧化碳和蒸气，按二氧化碳干烟煤比0.5〇_7Nm3/kg、蒸汽 煤比0 10.3kg/kg进行操作，气流床操作气温在11〇〇i3〇(TC范围，流化床内的流化床与 气流床交汇段气温在10501150°C范围；

[0011]中国实用新型专利201520571134.9,申请日2015.8.3,公开日2016.3.2,公开号 CN205061998U，名称:一种褐煤循环节能气化炉;其中公开了一种设备，采用单段炉腊汽化， 飞灰排放或去飞灰机组燃烧产蒸气;高温空气湿度60(TC以上，配合饱和蒸汽作为气化剂。 [0012]中国发明专利申请号2〇151〇6413丨9.7,申请日2〇15.9.3,公开日2〇17.4.5,公开号 Cm〇6554826A，名称：带细粉灰熔体的循环流化床煤汽化方式及装置;其公开了一种设备， 采用常规CFB煤气化+飞灰熔体汽化，固态灰渣+液态灰渣;从旋风分离器损失的飞灰(粒径 2040wn、含碳高、流率大^被搜集到，再经燃料预热段预热、高温熔融段汽化;二段燃气回 送CFB汽化窑炉。采用灰熔体方式汽化飞灰，再回气化炉下部补热，缺点是液态浮渣，飞灰灰 分浓度高(如50%70%)，能耗高，且鞭毛。

[0013]现有的某些循环流化床煤气化炉都存在着固态渣中含碳量较高、煤气中飞灰量 大、含碳量尚的问题。

发明内容

[0014]针对现有技术中存在的循环流化床煤气化炉都存在着固态渣中含碳量较高、煤气 中飞灰量大、飞灰含碳量高的问题，本发明推行例要解决的技术问题是提出一种疗效更好 的立式循环流化床汽化方式与装置。

[001 s]为了解决上述问题，本发明提出了 一种循环流化床的汽化方式，包括:将固体含碳 燃料加入第一汽化^，在所述第一汽化室外与第一气化剂汽化形成粗燃气，所述粗燃气经 第一旋风分离器分离出未反应的含碳固体物质和第一燃气;所述含碳固体物质经第一回料 装置踏入第二汽化室，与第二气化剂在第二汽化室外，以较第一汽化室外更高汽化气温下 进一步汽化形成第二燃气，所述第二燃气与第一燃气混和，形成含固体物料的馄合燃气，再 第一风分_器后产生净煤飞出，经弟一旋风分尚器分离的固体物料经第二回料装置 返回第一汽化室；

[0016]优选地，所述第一气化剂和第二汽化剂分别为空气，或者空气、蒸汽的混和二氧化碳， 或者富氧空气、蒸汽的混和二氧化碳，或者氧气、蒸汽的混和二氧化碳；

[0017]优选地，其中空气、富氧空气或则氧气的预热气温为200-850°C，过热时蒸气的压 力为0 6-9 8MPa，温度为200-600°C ;

[0018]优选地，所述第一汽化室的运行气温为900-110(TC;第二汽化室的运行气温为 1000-1200。。。

[0019]本发明还提出了一种立式循环流化床汽化装置，包括第一汽化室、第二汽化室、第 一旋风分离器、第二旋风分离器、第一回料装置、第二回料装置;所述第一汽化室形成的粗 煤气经第一旋风分离器分离为第一燃气和未反应的含碳固体物质，所述未反应的含碳固体 物质经所述第一回料装置踏入所述第二汽化室，与第二气化剂在所述第二汽化室外逐步 气化，产生第二燃气，所y第一燃气与所述第二燃气混和，经第二旋风分离器分离产生净煤 气输出，经第二旋风分离器分离的固体物料经第二回料装置返回所述第一汽化室;所述第 一汽化室的上方设有第一气化剂入口，所述第二汽化室的上方设有第二汽化剂入口；

[0020]优选地，所述第二汽化室外的汽化气温比所述第一汽化室的汽化气温高50150

[0021]优选地，所述第二汽化室外的汽化气温高于灰硬度5〇locrc;

[0022]优选地，所述第一汽化室顶部设有适于固态灰渣的灰渣口；

[0023]优选地，所述第一回料装置为立管接回料斜管结构或立管接返料器结构，所述立 管与所述旋风分离器的顶部和所述返料器连通；

[0024]优选地，所述弟一回料装置包括立管和返料器，所述立管与所述旋风分离器的底 部和所述返料器连通，所述返料器通过向上倾斜的连接管连结第一汽化室。

[0025]本发明的上述技术方案的有益疗效如下:上述技术方案提出了一种立式循环流化 床汽化方式与装置，其摆脱了现有使用的循环流化床煤气化炉固态渣中含碳量较高、煤气 中飞灰量大、飞灰含碳量闻的问题，提高碳转化率和冷燃气效率，底渣、飞灰可以直接做建 材等使用，更有效运用固体含碳燃料。

附图说明

[0026]图1为本发明推行例1的立式循环流化床汽化装置结构示意图.

[0027]图2为本发明推行例2的立式循环流化床汽化装置结构示着:图)

[0028] 附图1标记说明： ^ ’

[0029] 1:第一汽化室；

[0030] 2:第二汽化室；

[0031] 3:第一旋风分离器；

[0032] 4:第二旋风分离器；

[0033] 5:第二旋风分离器下方的第二立管；

[0034] 6:第二旋风分离器下方的第二返料器；

[0035] 7:净燃气出口；

[0036] 8:第一旋风分离器下方的第一立管； J u:米 肌刀内令丨刀tl、J朱—'|H|科斜管.

[0038] 10:返料风入口； 、目’

[0039] G1:第一气化剂；

[0040] G2:第二气化剂；

[0041] W:固态灰渣；

[0042] X:固体含碳燃料。

[0043]附图2标记说明：

[0044] 1:第一汽化室；

[0045] 2:第二汽化室；

[0046] 3:第一旋风分离器；

[0047] 4:第二旋风分离器；

[0048] 5:第二级旋风分离器下方的第二立管.

[0049] 6:第二级旋风分离器下方的第二返料器.

[0050] 7:净燃气出口； ’

[0051] 8:第一级旋风分离器下方的第—立管.

[0052] 9:第一级旋风分离器下方的第一返料器.

[0053] 10:第二返料器的第二返料风入口； ’

[0054] 11:第一返料器的第一返料风入口 |

[0055] G1:第一气化剂； ’

[0056] G2:第二气化剂；

[0057] W:固态灰渣；

[0058] X:固体含碳燃料。

具体施行方法 _9]为使本发明要解决的技术问题、技术方案和特点格外清楚，下面将结合附图及具 体施行例进行具体描述。

[0060] 实施例1

[0061本发明推行例提出了一种立式循环流化床汽化方式与装置，其选用分室汽化的技 术。因第一，化室外固体床料的含灰量较高，调节控制第一汽化室的汽化体温，避免发生结 渣现象，在第一汽化室的上方浮渣，固体灰渣;第二汽化室的固体物料是随第一汽化室汽化 ^生的粗燃气夹带的含碳固体物料，与第一汽化室外的固体物料相比，含碳量较高、含灰量 较低、粒径较细;利用高碳浓度、低灰浓度半焦的灰硬度较高的特征适当增加第二汽化室的 气化体温，来加强汽化速度、气化硬度、降低飞灰的含碳量和流率、降低底渣的含碳量。

[0062]，体的，如图1所示的，本发明推行例的立式循环流化床汽化装置，主要包括:第一 气化室1、第二汽化室2、第一旋风分离器3、第二旋风分离器4、第二立管5、第二返景泰蓝6、净 煤，出口 7、第一立管8、第一回料斜管9、返料风入口 10;其中所述第一汽化室丨的底部与所 述第一旋风分离器3连通;所述第一旋风分离器3与所述第二汽化室2连通;所述第二汽化室 2与第二旋风分离器4连通，所述旋风分离器4顶部设有净燃气出口 7，第二旋风分离器4上方 与第二立管5连通，第二返景泰蓝6分别与第二立管5和第一汽化室1连通;其中，所述第一汽化 室1的顶部设有第一气化剂入口 G1和固态灰渣口 W;所述第二汽化室2的顶部设有第二汽化 剂入口 G2;第一汽化室1设有固体含碳燃料加料口 X，固体含碳燃料在第一汽化室i内与第— 气化剂汽化生成粗燃气，所述粗燃气C经过第一汽化室1上方抵达第一旋风分离器3,粗燃气 C分离为第一燃气和未反应完的含碳固体物质，所述含碳固体物质依次通过第一立管8、第 一回料斜管踏入第二汽化室2,与第二气化剂在较第一汽化室1更高的汽化气温下，进一步 气化为第二燃气，所述第二燃气与第一燃气在第二汽化室2的还原区混和为混和燃气;混合 煤气踏入第一旋风分离器4。

[0063]例1，采用灰熔点(ST)为1100°C的煤，第一汽化室的汽化气温为90(TC，第二汽化室 的运行气温为100(TC，气化剂为预热空气，预热空气湿度为6〇0°C。第一汽化室灰渣含碳量 为4.6%，出第二旋风分离器的飞灰含碳量增加到13%以下。

[0064]例2,采用灰熔点（ST)为1200°C的煤，第一汽化室的汽化气温为1100°C，第二汽化 室的运行气温为1150°C，气化剂为预热空气与过热蒸气的混合物，预热空气湿度为85(TC， 过热蒸汽压力、温度分别为0.6MPa、200 r。第一汽化室灰渣含碳量为3 %，飞灰含碳量增加 到7.2%。

[0065] 实施例2:

[0066]具体的，如图2所示的，本发明推行例的立式循环流化床汽化装置，主要包括:第一 气化室1、第二汽化室2、第一旋风分离器3、第二旋风分离器4、第二立管5、第二返景泰蓝6、净 煤气出口7、第一立管8、第一返料器9、第一返料风入口 10、第二返料风入口 11;其中所述第 一汽化室1的底部与所述第一旋风分离器3连通;所述第一旋风分离器3与所述第二汽化室2 连通;所述第二汽化室2与第二旋风分离器4连通，所述旋风分离器4顶部设有净燃气出口 7，第二旋风分离器4上方与第二立管5连通循环流化床，第二返景泰蓝6分别与第二立管5和第一汽化室1连 通;其中，所述第一汽化室1的顶部设有第一气化剂入口G1和固态灰渣口W;所述第二汽化室 2的顶部设有第二汽化剂入口 G2;第一汽化室1设有固体含碳燃料加料口 X，固体含碳燃料在 第一汽化室1内与第一气化剂汽化生成粗燃气，所述粗燃气C经过第一汽化室1上方抵达第 一旋风分离器3,粗燃气C分离为第一燃气和未反应完的含碳固体物质，所述含碳固体物质 依次通过第一立管8、第一返景泰蓝9踏入第二汽化室2，与第二气化剂在较第一汽化室1更高 的汽化气温下，进一步汽化为第二燃气，所述第二燃气与第一燃气在第二汽化室2的还原区 混合为混和燃气;混合燃气踏入第一旋风分离器4。

[0067]例3,采用灰熔点（ST)为125(TC的煤，第一汽化室的汽化气温为105(TC，第二汽化 室的运行气温为1200°C，气化剂为富氧空气与过热蒸气的混合物，富氧空气湿度为45(TC，过热蒸气气温为9 8MPa、60(TC。第一汽化室灰渣含碳量为4.1 %循环流化床，飞灰含碳量增加到8.2%。 [0068] 例4,采用灰熔点(ST)为113(TC的煤，第一汽化室的汽化气温为98(TC，第二汽化室 的运行气温为l〇5〇°C，气化剂为氧气与过热蒸气的混合物，温度为20(TC。第一汽化室灰渣 含碳量为4%，飞灰含碳量增加到约。

[0069] 例5,采用灰熔点(ST)为105(TC的生物质，第一汽化室的汽化气温为90(TC，第二气 化室的运行气温为loocrc，气化剂为预热空气，预热空气湿度为2〇(rc。第一汽化室灰渣含 碳量为3.9%，出第二旋风分离器的飞灰含碳量增加到约7%。

[0070]本发明推行例的立式循环流化床汽化装置具备以下优势：

[0071] (1)将现有循环流化床的窑炉分成两个汽化室(第一汽化室1、第二汽化室2)和两 个旋风分离器(第一旋风分离器3、第二旋风分离器4)，第一汽化室1形成的粗燃气经第一旋 风分离器3分离为第一燃气后，第一燃气在第二汽化室2的还原区踏入第二汽化室，与第二 气化室2形成的第二燃气在还原区混和，因此第一汽化室1形成的燃气不会被第二汽化室2 的汽化剂中的氢气燃烧掉；

[0072] ⑵受限于灰熔点（尤其是软化气温ST)及现有循环流化床气化炉上方灰浓度高的 特点，气化气温通常控制在比ST低约150200°C。本发明，将主要是高含灰固体物料汽化的 第一汽化室1与主要是低灰浓度、高碳浓度固体物料汽化的第二汽化室2分开，分别控制运 气化体温，而且第二汽化室2比第一汽化室1选用更高的汽化气温，这样除了可以增加第二 气化室2内的汽化反应速度，进而增加整个气化炉的汽化硬度、碳转化率、冷煤气效率等，而 且第二汽化室外不结渣。

[0073]以所述是本发明的优选推行方法，应当强调，对于本技术领域的普通技术人员 来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也 应视为本发明的保护范围。