專利名稱：高密度增壓流化床煤氣化裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高密度增壓流化床煤氣化裝置及方法，屬于煤氣化技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
煤氣化可以更好地解決煤直接燃燒過程中的污染問題，如整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)是最潔凈 的燃煤發(fā)電方式；不僅如此，煤氣化還能形成高價(jià)值的產(chǎn)品，如以煤為原料的化工生產(chǎn)，尤 其是以生產(chǎn)合成氨、甲醇、制H2和液體燃料等，在我國能源戰(zhàn)略中起著非常重要的地位。
目前，工業(yè)化的煤氣化裝置主要有固定床、流化床和氣流床氣化爐三大類型。這些氣化 工藝都有其有缺點(diǎn)和適用范圍(1)氣流床氣化爐是當(dāng)前發(fā)展較快的氣化工藝，它的特點(diǎn)是 碳轉(zhuǎn)化率高，冷煤氣效率和熱效率較之其它氣化工藝高，且適于大型化生產(chǎn)，最大單臺氣化 爐的日處理煤量可達(dá)2000 3000噸；但由于它是液態(tài)排渣，因此只適用于灰熔點(diǎn)小于1400 度的煤，對高灰、高灰熔點(diǎn)的煤也不適用；此外氣化氧耗也較之其它工藝高；(2)固定床氣 化爐的優(yōu)點(diǎn)是單位能耗比較小，對煤種有較寬的適應(yīng)范圍，熱效率較高；但是固定床氣化工 藝對煤的粒度有較嚴(yán)格的要求，僅適用于弱粘結(jié)性塊煤或型煤的氣化，且為防止結(jié)渣，操作 溫度較低，水蒸汽用量大，產(chǎn)生的副產(chǎn)物焦油和酚難以處理；此外，由于其氣化強(qiáng)度較低， 大型化受到一定的限制；(3)流化床氣化爐的特點(diǎn)是對煤種適應(yīng)性相對比較廣，包括高灰、
低熱值和高灰熔點(diǎn)的煤種，氣化過程氧耗較低，適合于空氣氣化和富氧氣化；目前存在的問 題是對煤種適應(yīng)性較好且已經(jīng)工業(yè)化的KRW和U-Gas爐型的放大性能受到一定的限制； 增壓鼓泡流化床(如HTW)和循環(huán)流化床氣化爐已經(jīng)成功放大到日處理煤量740噸，當(dāng)二者 僅適用于粘性較好的煤。
我國的煤炭資源不僅分布廣、類型多，而且三高煤(高灰熔點(diǎn)、高灰、高硫)在煤的總 儲量中占很大的比例，其中高灰熔點(diǎn)煤約占總儲量的50%，含硫量超過2%的高硫煤約占20~ 40%，煤炭中的平均含灰量大于20%?，F(xiàn)有的氣化工藝無法直接應(yīng)用于我國儲量豐富的高硫、 高灰、高灰熔點(diǎn)煤的氣化，因此亟需開發(fā)對煤種適應(yīng)性廣特別適合于處理我國儲量豐富的高 硫、高灰、高灰熔點(diǎn)煤，且氣化過程碳轉(zhuǎn)化率高、煤氣熱值高、投資低、環(huán)保性能優(yōu)越的先 進(jìn)氣化技術(shù)。
發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題針對目前各種氣化技術(shù)在高硫、高灰、高灰熔點(diǎn)煤氣化上存在的問題，本發(fā) 明提出一種高密度增壓流化床煤氣化裝置及方法，目的在于提供一種對煤種適應(yīng)性廣，特別 是適合于處理我國儲量豐富的高硫、高灰、高灰熔點(diǎn)煤，且氣化過程碳轉(zhuǎn)化率高、煤氣熱值
高、投資低、環(huán)保性能優(yōu)越的氣化方法及裝置。
技術(shù)方案本發(fā)明的高密度增壓流化床煤氣化裝置主要由氣化反應(yīng)器、兩級高效旋風(fēng)分 離器、兩級返料閥等組成。氣化反應(yīng)器由耐火磚砌筑或耐火材料澆注而成，設(shè)置在壓力殼內(nèi)， 壓力殼與反應(yīng)器之間填有保溫層；反應(yīng)器自下而上分為密相湍流流化段、高密度環(huán)核流動段、 高密度快速流動段。密相湍流流化段的上部設(shè)有一級返料口，下部設(shè)有煤和石灰石進(jìn)口，底 部設(shè)有布風(fēng)板和排渣管；為了密相湍流流化段布風(fēng)均勻、排渣順暢和防止高溫結(jié)焦，布風(fēng)板 上裝有中間定向風(fēng)帽和周邊流化風(fēng)帽，布風(fēng)板下部為風(fēng)室，風(fēng)室由中間風(fēng)室和周邊風(fēng)室組成； 中間風(fēng)室底部設(shè)有細(xì)排灰口和過熱蒸汽入口；周邊風(fēng)室設(shè)有主氣化劑進(jìn)口，底部設(shè)置有兩個(gè) 粗排灰口；排渣管穿過中間風(fēng)室和壓力殼通向爐外。高密度環(huán)核流動段為密相湍流流化段和 高密度快速流動段之間的放大膛體，下部設(shè)有一級二次氣化劑進(jìn)口，中部設(shè)有二級二次氣化 劑進(jìn)口， 二級返料口設(shè)置在一級二次氣化劑進(jìn)口上方。高密度快速流動段的直徑與密相湍流 流化段段相同，其上部側(cè)面的反應(yīng)器出口與一級高效旋風(fēng)分離器相連，分離器的底部接有一 級落料管，落料管的下部接有一級返料閥，其返料管與反應(yīng)器軸線成30 45度連接一級返料 口 ； 一級高效旋風(fēng)分離器上部的出口接有二級高效旋風(fēng)分離器，與一級高效旋風(fēng)分離器成60 90度且在較高的位置布置，分離器的底部接有二級落料管，落料管的下部接有二級返料閥， 其返料管與反應(yīng)器軸線成30~45度連接二級返料口。
本發(fā)明的高密度增壓流化床煤氣化方法與現(xiàn)有工藝的技術(shù)方案完全不同，具體方式是 根據(jù)高硫、高灰、高灰熔點(diǎn)煤的氣化特征，在不同特征的流態(tài)下進(jìn)行加壓分段氣化,氣化壓力 為1.0 2.5MPa。密相湍流流化段為顆粒體積濃度0.3 0.45、料層高度為2 5m的密相區(qū)， 采用溫度850~1050度、氣速1 1. 5m/s的湍流流化運(yùn)行方式，其功能是實(shí)現(xiàn)床料、煤和石 灰石、氣化劑和一級返料的良好混合和熱質(zhì)傳遞，以及進(jìn)行煤的脫揮發(fā)份、燃燒和部分氣化 反應(yīng)；床料采用粒徑為0 3mm惰性床料；煤和石灰石從密相湍流流化段加入，采用粒徑為0 10mm的顆粒；氣化劑為氣化所需的80 93%的過熱蒸汽和100%的空氣或純氧或富氧空氣混 合而成，氣化劑采用分級加入的方式，30 50%的氣化劑從高密度環(huán)核流動段的一、二級二 次氣化劑進(jìn)口加入，50~70%的氣化劑從周邊風(fēng)室的主氣化劑進(jìn)口加入。高密度環(huán)核流動段 和高密度快速流動段是氣化反應(yīng)和脫硫反應(yīng)的主要區(qū)段，密相湍流流化段部分氣化后生成的 半焦在此區(qū)段氣化，石灰石將氣化過程產(chǎn)生的H2S脫除。高密度環(huán)核流動段高度為5~8m、 采用溫度1000 1200度、顆粒體積濃度為0.1 0.2和氣速1. 5 2m/s的高密度環(huán)核流動運(yùn)行 方式；該區(qū)段截面較大，通過在該區(qū)段中、下部加入二次氣化劑和下部加入二級返料，形成 高密度環(huán)核流動，近壁面區(qū)氣固的滑移和返混加強(qiáng)了氣固之間的相互作用，可提高氣化反應(yīng) 和含硫污染物脫除速率。高密度快速流動段高度為3 5m，采用溫度1100度左右、顆粒體積 濃度大于0.1 .和氣速2. 5 3m/s的高密度快速流動運(yùn)行方式;足夠高的反應(yīng)區(qū)段和高密度快速 流動所形成的湍動，保證了顆粒的提留時(shí)間，使碳轉(zhuǎn)化率和污染物脫除效率提高。釆用兩級 高效旋風(fēng)分離器來分離生成煤氣中的固體顆粒(主要為飛灰、未反應(yīng)完全的焦碳、脫硫產(chǎn)生 的CaS和細(xì)惰性床料等)，使粒徑為IO微米以上的顆粒全部被分離下來，總分離效率大于99
%，其中第一級大于95%，第二級大于85%。采取獨(dú)立返料方式，第一級返料進(jìn)入密相湍流 流化段，第二級返料進(jìn)入高密度環(huán)核流動段，兩級返料互不干擾返料風(fēng)采用氣化所需的2 5%過熱蒸汽；此外，為提高返料的流動性，在返料管中添加一定量的粒徑200微米以下惰性 細(xì)床料，以保證兩級返料總共達(dá)到50以上的高循環(huán)倍率，使沒有反應(yīng)完全半焦和石灰石通過 不斷的循環(huán)來提高碳的轉(zhuǎn)化率和含硫污染物的脫除效率。氣化過程產(chǎn)生的渣粒由排渣管排出， 氣化所需的5~15%過熱蒸汽通入中間風(fēng)室，經(jīng)由中間定向風(fēng)帽進(jìn)入氣化反應(yīng)器，氣化產(chǎn)生的 渣粒在過熱蒸汽的定向吹動下順利進(jìn)入排渣管，由排渣設(shè)備間斷或連續(xù)排出，該過熱蒸汽還 可起到調(diào)溫作用，通過加入過熱蒸汽的量調(diào)節(jié)布風(fēng)板區(qū)域的溫度，防止高溫結(jié)焦；由于氣化 反應(yīng)器內(nèi)氣固脈動落入中間風(fēng)室的細(xì)灰或渣或惰性床料由其底部的細(xì)排灰口排出，而落入周 邊風(fēng)室的細(xì)灰或渣或惰性床料由其底部的粗排灰口排出。
有益效果本發(fā)明的裝置與方法針對目前各種氣化技術(shù)在高硫、高灰、高灰熔點(diǎn)煤氣化 上存在的問題，結(jié)合了流化床和氣流床氣化工藝的優(yōu)點(diǎn)，且具有如下的特色及優(yōu)點(diǎn)
1、 反應(yīng)器采用密相湍流流化段、高密度環(huán)核流動段和高密度快速流動段三段設(shè)計(jì)，在不同特 征的流態(tài)下進(jìn)行加壓分段氣化，保證了粗顆粒煤、細(xì)顆粒煤和脫硫劑在不同區(qū)段都有充分 的反應(yīng)時(shí)間，且這些區(qū)段的流動動力特征放大性能好。
2、 風(fēng)室分區(qū)設(shè)置，布風(fēng)板上裝有中間定向風(fēng)帽和周邊流化風(fēng)帽，使密相湍流流化段布風(fēng)均勻、 排渣順暢和有效防止高溫結(jié)焦。
3、 根據(jù)煤氣化后續(xù)的生產(chǎn)對象，氣化劑可采用蒸汽加空氣、富氧空氣或純氧等多種形式。
4、 氣化劑采用分級加入的方式，有利于氣化器內(nèi)溫度的合理分布；其中，下部密相湍流流化 段氣化溫度較低，可防止局部溫度過高而結(jié)焦，中部高密度環(huán)核流動段和上部高密度快速 流動段采用較高反應(yīng)溫度，有利于提高氣化反應(yīng)的碳轉(zhuǎn)化率，克服一般流化床氣化碳轉(zhuǎn)化 率偏低的弱點(diǎn)。
5、 采用加壓氣化，大幅度提高了單位面積的氣化強(qiáng)度，縮小了氣化裝置的體積。
6、 采用兩級高效旋風(fēng)分離器，可高效分離煤氣中粒徑10微米以上的細(xì)顆粒，總分離效率達(dá) 99%以上； 一方面使煤氣的品質(zhì)高，特別適合于高灰煤種的氣化；另一方面高的分離效率
為形成高的循環(huán)倍率創(chuàng)造了條件。
7、 考慮了第一、二級旋風(fēng)分離器的壓差，采用兩級獨(dú)立返料方式，便于控制；此外，在返料 管中添加一定量的惰性細(xì)床料可提高循環(huán)物料在旋風(fēng)分離器下部落料管的流動性能和返 料的順暢，形成高的循環(huán)倍率，保證了高密度環(huán)核流動段和高密度快速流動段具有高的顆 粒濃度，促進(jìn)碳轉(zhuǎn)化率提高。
8、 采用0 10mm寬篩分煤，粒徑范圍寬，適合處理目前機(jī)械化開采的碎煤，對煤粉制備系統(tǒng) 要求較低。
9、 對煤種的適應(yīng)性好，特別適合氣化我國儲量豐富的高硫、高灰、高灰熔點(diǎn)煤。
圖1是本發(fā)明的高密度增壓流化床煤氣化裝置總體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明的高密度增壓流化床煤氣化裝置底部結(jié)構(gòu)放大示意圖。
圖3是本發(fā)明的高密度增壓流化床煤氣化裝置實(shí)施系統(tǒng)示意圖。
以上的圖中有氣化反應(yīng)器l、壓力殼2、 一級高效旋風(fēng)分離器3、 一級落料管4、 一級 返料閥5、 二級高效旋風(fēng)分離器6、 二級落料管7、 二級返料閥8、密相湍流流化段9、高密度 環(huán)核流動段10、高密度快速流動段11、輔助氣化劑進(jìn)口 12、煤和石灰石進(jìn)口 13、 一級返料 口 14、布風(fēng)板15、排渣管16、風(fēng)室17、中間定向風(fēng)帽18、周邊流化風(fēng)帽19、中間風(fēng)室20、 周邊風(fēng)室21、細(xì)排灰口22、蒸汽入口23、主氣化劑進(jìn)口24、粗排灰口 25、 一級二次氣化劑 進(jìn)口26、 二級二次氣化劑進(jìn)口27、 二級返料口28、反應(yīng)器出口29、 一級返料管30、 二級返 料管31、 一級惰性床料加入口32、 二級惰性床料加入口33、保溫層34、余熱鍋爐35、除塵 凈化設(shè)備36、化工生產(chǎn)設(shè)備37、 CFB鍋爐38、加熱器39、混合器40。煤和石灰石A、主氣 化劑B、 二次氣化劑C、空氣或純氧或富氧空氣D、氣固混合物E、粗煤氣F、 一級分離料G、 一級返料H、 一級凈化煤氣I、 二級分離料J、 二級返料K、高溫凈煤氣L、渣粒M、進(jìn)中間 風(fēng)室細(xì)灰或渣或惰性床料N、進(jìn)周邊風(fēng)室細(xì)灰或渣或惰性床料O、過熱蒸汽P、氣化劑Q、低 溫蒸汽R、高溫蒸汽S、低溫凈煤氣T、排灰U、精煤氣V、化工產(chǎn)品W。
具體實(shí)施例方式
參見附圖1和圖2氣化反應(yīng)器1分為密相湍流流化段9、高密度環(huán)核流動段10、高密度 快速流動段11,根據(jù)高硫、高灰、高灰熔點(diǎn)煤的氣化特征進(jìn)行加壓分段氣化,氣化壓力為1. 0 2.5MPa。密相湍流流化段9為顆粒體積濃度0.3 0.45、料層高度為2 5m的密相區(qū)，采用溫 度850 1050度、氣速l 1.5ra/s的湍流流化運(yùn)行方式，其功能是實(shí)現(xiàn)床料、煤和石灰石A、 氣化劑Q和一級返料H的良好混合和熱質(zhì)傳遞，以及進(jìn)行煤的脫揮發(fā)份、燃燒和部分氣化反 應(yīng)；床料采用粒徑為0 3mm惰性床料，如石英砂；煤和石灰石A從密相湍流流化段9加入， 采用粒徑為0 10min的顆粒；氣化劑Q為氣化所需的80 93%的過熱蒸汽P和100%的空氣 或純氧或富氧空氣D混合而成，氣化劑Q采用分級加入的方式，30 50%的二次氣化劑C從 高密度環(huán)核流動段10的一級二次氣化劑進(jìn)口 26和二級二次氣化劑進(jìn)口 27加入，50 70%的 主氣化劑B從周邊環(huán)形風(fēng)室21的主氣化劑進(jìn)口 24加入密相湍流流化段9煤揮發(fā)份脫出和 空氣或氧氣發(fā)生燃燒反應(yīng)提供氣化反應(yīng)熱量，然后蒸汽與煤發(fā)生部分氣化反應(yīng)，產(chǎn)生煤氣和 半焦。高密度環(huán)核流動段10和高密度快速流動段11是氣化反應(yīng)和脫硫反應(yīng)的主要區(qū)段，密 相湍流流化段9部分氣化后生成的半焦在此區(qū)段氣化，石灰石將氣化過程產(chǎn)生的H2S脫除。高 密度環(huán)核流動段10和高密度快速流動段11是氣化反應(yīng)和脫硫反應(yīng)的主要區(qū)段，密相湍流流 化段9部分氣化后生成的半焦在此區(qū)段氣化，石灰石將氣化過程產(chǎn)生的H2S脫除。高密度環(huán)核 流動段10高度為5 8m、采用溫度1000 1200度、顆粒體積濃度為0.1 0.2和氣速1. 5 2m/s 的髙密度環(huán)核流動運(yùn)行方式；該區(qū)段截面較大，通過在該區(qū)段中、下部加入二次氣化劑C和 下部加入二級返料K，形成高密度環(huán)核流動，近壁面區(qū)氣固的滑移和返混加強(qiáng)了氣固之間的相
互作用，可提高氣化反應(yīng)和含硫污染物脫除速率。高密度快速流動段ll高度為3 5m，采用 溫度1100度左右、顆粒體積濃度大于0.1和氣速2. 5~3m/s的高密度快速流動運(yùn)行方式；足 夠高的反應(yīng)區(qū)段和高密度快速流動所形成的湍動，保證了顆粒的提留時(shí)間，使碳轉(zhuǎn)化率和污 染物脫除效率提高。采用兩級高效旋風(fēng)分離器來分離生成的煤氣中的固體顆粒(主要為飛灰、 未反應(yīng)完全的焦碳、脫硫產(chǎn)生的CaS和細(xì)惰性床料等)，使粒徑為IO微米以上的顆粒全部被 分離下來，總分離效率大于99%，其中第一級大于95%，第二級大于85%。采取獨(dú)立返料方 式， 一級返料H進(jìn)入密相湍流流化段9， 二級返料K進(jìn)入高密度環(huán)核流動段IO，兩級返料互 不干擾；返料風(fēng)采用氣化所需的2 5%過熱蒸汽P;此外，為提高返料的流動性，在返料管 中添加一定量的粒徑200微米以下惰性細(xì)床料，以保證兩級返料總共達(dá)到50以上的高循環(huán)倍 率，使沒有反應(yīng)完全半焦和石灰石通過不斷的循環(huán)來提高碳的轉(zhuǎn)化率和含硫污染物的脫除效 率。氣化過程產(chǎn)生的渣粒M由排渣管排16出，氣化所需的5 15%過熱蒸汽P通入中間風(fēng)室 20，經(jīng)由中間定向風(fēng)帽18進(jìn)入氣化器1，氣化產(chǎn)生的渣粒M在過熱蒸汽P的定向吹動下順利 進(jìn)入排渣管16，由排渣設(shè)備間斷或連續(xù)排出，該過熱蒸汽P還可起到調(diào)溫作用，通過加入過 熱蒸汽P的量調(diào)節(jié)布風(fēng)板15區(qū)域的溫度，防止高溫結(jié)焦；由于氣化反應(yīng)器1內(nèi)氣固脈動落入 中間風(fēng)室20的細(xì)灰或渣或惰性床料N由其底部的細(xì)排灰口 22排出，而落入周邊風(fēng)室的細(xì)灰 或渣或惰性床料O由其底部的粗排灰口 25排出。
具體結(jié)構(gòu)是氣化反應(yīng)器1由耐火磚砌筑或耐火材料澆注而成，設(shè)置在壓力殼2內(nèi)，壓 力殼2與氣化反應(yīng)器1之間填有保溫層34;氣化反應(yīng)器1自下而上分為密相湍流流化段9、 高密度環(huán)核流動段IO、高密度快速流動段ll。密相湍流流化段的上部設(shè)有一級返料口 14，下 部設(shè)有煤和石灰石進(jìn)口 13，底部設(shè)有布風(fēng)板15和排渣管16;為了密相湍流流化段9布風(fēng)均 勻、排渣順暢和防止高溫結(jié)焦，布風(fēng)板15上裝有中間定向風(fēng)帽18和周邊流化風(fēng)帽19;布風(fēng) 板15下部為風(fēng)室17，風(fēng)室17由中間風(fēng)室20和周邊風(fēng)室21組成；中間風(fēng)室20底部設(shè)有細(xì)排 灰口 22和過熱蒸汽入口 23;周邊風(fēng)室21的側(cè)面設(shè)有主氣化劑進(jìn)口 24，底部設(shè)置有兩個(gè)粗排 灰口 25;排渣管16穿過中間風(fēng)室20和壓力殼2通向爐外。高密度環(huán)核流動段10為密相湍流 流化段9和高密度快速流動段11之間的放大膛體，下部側(cè)面設(shè)有一級二次氣化劑進(jìn)口 26,中 部設(shè)有二級二次氣化劑進(jìn)口 27, 二級返料口 28設(shè)置在一級二次氣化劑進(jìn)口 26上方。高密度 快速流動段11的直徑與密相湍流流化段9相同，其上部側(cè)面的反應(yīng)器出口 29與一級高效旋 風(fēng)分離器3相連，分離器的底部接有一級落料管4，落料管的下部接有一級返料閥5， 一級返 料管30與反應(yīng)器軸線成30 45度連接一級返料口 14， 一級返料管30上設(shè)有一級惰性床料加 入口32; —級高效旋風(fēng)分離器3上部的出口接有二級高效旋風(fēng)分離器6，與一級高效旋風(fēng)分 離器3成60 90度且在較高的位置布置，分離器的底部接有二級落料管7，落料管的下部接 有二級返料閥8， 二級返料管31與反應(yīng)器軸線成30 45度連接二級返料口 28， 二級返料管 31上設(shè)有二級惰性床料加入口 33。
參照圖3，根據(jù)本發(fā)明而實(shí)施的日處理量為200噸的高硫、高灰、高灰熔點(diǎn)煤氣化工藝 的具體過程為
主體結(jié)構(gòu)上，氣化反應(yīng)器l總高18m,其中密相湍流流化段9高5m直徑lm、高密度環(huán) 核流動段10高8m直徑1.3m、高密度快速流動段11高5m直徑lm;氣化反應(yīng)器1由耐火材 料(白剛玉或棕剛玉)澆注而成，厚約100mm;設(shè)置在壓力殼2內(nèi)，壓力殼2與氣化反應(yīng)器1 之間填有150mm厚的保溫層34 (如保溫磚或硅酸鋁纖維)；煤和石灰石進(jìn)口 13設(shè)置在布風(fēng)板 15上方1. 5m高度處， 一級返料口 14設(shè)置在布風(fēng)板15上方2. 5m高度處； 一級二次氣化劑進(jìn) 口 26和二級二次氣化劑進(jìn)口 27分別設(shè)置在高密度環(huán)核流動段10的0.8m和4m高度處，二 級返料口 28設(shè)置在該區(qū)段的lm高度處；粗煤氣出口設(shè)置在高密度快速流動段11距上部0.8m 高度處。
具體工藝流程上，先通過螺旋給料裝置，從密相湍流流化段9的煤和石灰石進(jìn)口 13加 入粒度為0 6咖左右的惰性床料(如石英砂或循環(huán)流化床的底渣)，在該區(qū)段先形成4.5 5m的密相區(qū)；采用床下點(diǎn)火啟動方式，柴油或天然氣和空氣在啟動燃燒室燃燒后產(chǎn)生IOO(TC 左右高溫燃?xì)?，借助主氣化劑進(jìn)口24,將高溫燃?xì)馑腿胫苓咃L(fēng)室21，高溫燃?xì)獯┻^布風(fēng)板15 的周邊流化風(fēng)帽19后進(jìn)入密相湍流流化段9加熱惰性床料；此時(shí)先采用N2作為返料風(fēng)，啟 動物料循環(huán)，使一級落料管4、 一級返料閥5和二級落料管7、 二級返料閥8中都充滿一定量 的惰性床料，并且能夠順利循環(huán)起來。當(dāng)惰性床料被高溫燃?xì)饧訜岬?0(TC左右時(shí)，將平均粒 徑為0 10mm的煤從煤和石灰石進(jìn)口 13加到密相湍流流化段9:惰性床料迅速加熱煤粒，煤 揮發(fā)份脫出和空氣或氧氣發(fā)生燃燒反應(yīng)提供氣化反應(yīng)熱量，床溫不斷升高；期間在中間風(fēng)室 20底部的過熱蒸汽入口23通入一定量過熱蒸汽P (壓力2.2MPa，溫度450'C)，為了防止布 風(fēng)板區(qū)域局部高溫結(jié)焦和啟動排渣；當(dāng)床溫達(dá)到800'C左右時(shí)，停止加入高溫燃?xì)?，增大煤?石灰石的量(8. 3噸/小時(shí)、Ca/S比為2. 5)并投入氣化劑Q，同時(shí)調(diào)節(jié)氣化反應(yīng)器1的壓力 至2. OMPa,此時(shí)氣化反應(yīng)器1內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)由常壓燃燒向加壓氣化切換；氣化劑Q與煤發(fā)生 部分氣化反應(yīng)，產(chǎn)生煤氣和半焦；氣化劑Q由氣化所需的88X的過熱蒸汽P (壓力2.2 MPa， 溫度450'C)和100%的氧氣(壓力2. 2 MPa，溫度600°C)在混合器40混合而成，壓力約為 2.2MPa、溫度約為550'C;氣化劑Q采用分級加入的方式，40%的二次氣化劑C從高密度環(huán) 核流動段10的一級二次氣化劑進(jìn)口 26和二級二次氣化劑進(jìn)口 27加入，60%的主氣化劑B從 周邊環(huán)形風(fēng)室21的主氣化劑進(jìn)口 24加入；此時(shí)兩級返料的返料風(fēng)改用過熱蒸汽P，總量占?xì)?化所需過熱蒸汽P的3 5X。
啟動加壓氣化后，密相湍流流化段9、高密度環(huán)核流動段10和高密度快速流動段11的 運(yùn)行方式分別控制在密相湍流流化段9為顆粒體積濃度0.4、料層高度為4m的密相區(qū)，采 用溫度950度、氣速1. 2m/s的湍流流化運(yùn)行方式；高密度環(huán)核流動段10顆粒體積濃度為0.15， 采用溫度1150度、氣速1.8m/s的高密度環(huán)核流動運(yùn)行方式；高密度快速流動段顆粒體積濃 度大于O.l，采用溫度1100度、氣速2.7 m/s的高密度快速流動運(yùn)行方式。
氣化生成的粗煤氣F經(jīng)過兩級高效旋風(fēng)分離器來分離其中的固體顆粒(主要為飛灰、未 反應(yīng)完全的焦碳、脫硫產(chǎn)生的CaS和細(xì)床料等)，使粒徑為10微米以上的顆粒全部被分離下 來，總分離效率大于99%;采取獨(dú)立返料方式，兩級返料器互不干擾；在返料管中添加一定
量的100微米以下惰性細(xì)床料來保證50以上的高循環(huán)倍率，使沒有反應(yīng)完全半焦和石灰石通 過不斷的循環(huán)來提高碳的轉(zhuǎn)化率和含硫污染物的脫除效率。氣化過程產(chǎn)生的渣粒M由排渣管 排16出，氣化所需的5 15X過熱蒸汽P通入中間風(fēng)室20，經(jīng)由中間定向風(fēng)帽18進(jìn)入氣化 器l,氣化產(chǎn)生的渣粒M在過熱蒸汽P的定向吹動下順利進(jìn)入排渣管16,由排渣設(shè)備間斷或 連續(xù)排出，該過熱蒸汽P還可起到調(diào)溫作用，通過加入過熱蒸汽P的量調(diào)節(jié)布風(fēng)板15區(qū)域的 溫度，防止高溫結(jié)焦；由于氣化反應(yīng)器1內(nèi)氣固脈動落入中間風(fēng)室20的細(xì)灰或渣或惰性床料 N由其底部的細(xì)排灰口 22排出，而落入周邊風(fēng)室的細(xì)灰或渣或惰性床料O由其底部的粗排灰 口 25排出。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施的日處理量為200噸的高硫、高灰、高灰熔點(diǎn)煤氣化裝置和工藝的主要 技術(shù)參數(shù)如下氣化介質(zhì)為純氧+蒸汽、氣化壓力2.0MPa、氣化爐溫度下部950'C中部1150'C 上部1100'C、氧耗280Nm3O2/1000Nm3(CO+H2+CH4)、碳轉(zhuǎn)化率95。/n、無水無灰基氣耗0.34 kg/kg、無水無灰基煤耗0.65kg/Nm3、粗煤氣有效成分(CO、 H2、 CH4) 78%。
在后續(xù)工藝中，粗煤氣F經(jīng)兩級高效旋風(fēng)分離器凈化后成為帶有一定粉塵的高溫凈煤氣 L，高溫凈煤氣L進(jìn)入余熱鍋爐35降溫，高溫凈煤氣L的顯熱經(jīng)換熱后產(chǎn)生低溫蒸汽R和低 溫凈煤氣T，低溫凈煤氣T經(jīng)除塵凈化設(shè)備36后變成精煤氣V,供化工生產(chǎn)設(shè)備37生產(chǎn)化 工產(chǎn)品W;除塵凈化設(shè)備36的排灰U和氣化器1的排渣M、落入中間風(fēng)室20的細(xì)灰或渣或 惰性床料N和落入周邊風(fēng)室的細(xì)灰或渣或惰性床料O由其底部的粗排灰口 25排出，送入CFB 鍋爐38中燃燒，產(chǎn)生高溫蒸汽S，高溫蒸汽S和余熱鍋爐35產(chǎn)生的低溫蒸汽R并在一起再 經(jīng)過加熱器39加熱后，成過熱蒸汽P;過熱蒸汽P—部分化工生產(chǎn)設(shè)備37使用， 一部分供 定向排渣用， 一部分與空氣或氧氣在混合器38混合后形成氣化劑Q。
權(quán)利要求
1.一種高密度增壓流化床煤氣化裝置，其特征是氣化反應(yīng)器(1)設(shè)置在壓力殼(2)內(nèi)，自下而上分為密相湍流流化段(9)、高密度環(huán)核流動段(10)和密度快速流動段(11)，其中密相湍流流化段(9)上部設(shè)有一級返料口(14)、下部設(shè)有煤和石灰石進(jìn)口(13)，底部設(shè)有布風(fēng)板(15)和排渣管(16)，布風(fēng)板(15)上裝有中間定向風(fēng)帽(18)和周邊流化風(fēng)帽(19)，布風(fēng)板(15)下部為風(fēng)室(17)，風(fēng)室(17)由中間風(fēng)室(20)和周邊風(fēng)室(21)組成；中間風(fēng)室(20)底部設(shè)有細(xì)排灰口(22)和蒸汽入口(23)，周邊風(fēng)室(21)的側(cè)面設(shè)有主氣化劑進(jìn)口(24)，底部設(shè)置有兩個(gè)粗排灰口(25)，排渣管(16)穿過中間風(fēng)室(20)和壓力殼(2)通向爐外；高密度環(huán)核流動段(10)位于密相湍流流化段(9)和高密度快速流動段(11)之間，下部設(shè)有一級二次氣化劑進(jìn)口(26)，中部設(shè)有二級二次氣化劑進(jìn)口(27)，二級返料口(28)設(shè)置在一級二次氣化劑進(jìn)口(26)上方；高密度快速流動段(11)的直徑與密相湍流流化段(9)相同，其上部的反應(yīng)器出口(29)與一級高效旋風(fēng)分離器(3)相連，分離器的底部接有一級落料管(4)，落料管的下部接有一級返料閥(5)，一級返料管(30)與氣化反應(yīng)器(1)軸線成30～45度連接一級返料口(14)，一級返料管(30)設(shè)有一級惰性床料加入口(32)；一級高效旋風(fēng)分離器(3)上部的出口接有二級高效旋風(fēng)分離器(6)，分離器的底部接有二級落料管(7)，落料管的下部接有二級返料閥(8)，二級返料管(31)與反應(yīng)器軸線成30～45度連接二級返料口(28)，二級返料管(31)設(shè)有二級惰性床料加入口(33)。
2. —種用于權(quán)利要求1所述的高密度增壓流化床煤氣化裝置的氣化方法，其特征是根據(jù) 高硫、高灰、高灰熔點(diǎn)煤的氣化特征，自下而上依次采用不同特征的流態(tài)進(jìn)行加壓分段氣化, 氣化壓力為1.0 2.5MPa;其中，密相湍流流化段(9)采用溫度850 1050度、顆粒體積濃 度0. 3 0. 45和氣速1 1. 5m/s的湍流流化運(yùn)行方式；高密度環(huán)核流動段(IO)采用溫度1000 1200度、顆粒體積濃度為0. 05 0. 1和氣速1. 5 2. Om/s的高密度環(huán)核流動運(yùn)行方式；高密 度快速流動段(11)采用溫度1000 1200度、顆粒體積濃度大于0. 1和氣速2. 5 3 m/s的 高密度快速流動運(yùn)行方式；煤和石灰石加入到密相湍流流化段(9)，氣化劑(Q)采用分級加入的方式，30~50%的 二次氣化劑(C)從高密度環(huán)核流動段(10)的一級二次氣化劑進(jìn)口 (26)和二級二次氣化劑 進(jìn)口 (27)加入，50~70%的主氣化劑(B)從周邊環(huán)形風(fēng)室(21)的主氣化劑進(jìn)口 (24)加 入；該氣化劑(Q)為氣化所需的80 93%的過熱蒸汽(P)和100%的空氣或純氧或富氧空 氣D混合而成并；氣化生成的粗煤氣(F)通過串連的一級高效旋風(fēng)分離器(3)和二級高效 旋風(fēng)分離器(6)進(jìn)行分離，總分離效率大于99%;分離下來的固體顆粒落入離器底部的落料 管和返料閥，返料風(fēng)采用氣化所需的2 5%過熱蒸汽P;返料管中添加一定量的粒徑200微 米以下惰性細(xì)床料，以保證兩級返料總共達(dá)到50以上的高循環(huán)倍率；氣化產(chǎn)生的渣粒(M) 在氣化所需的5 15%過熱蒸汽(P)的定向吹動下由排渣管排(16)出，由于氣化反應(yīng)器(1) 內(nèi)氣固脈動落入風(fēng)室(20)的細(xì)灰或渣或惰性床料由其底部排灰口排出。
全文摘要
高密度增壓流化床煤氣化裝置及方法是一種對煤種適應(yīng)性廣特別適合于高效處理我國儲量豐富的高硫、高灰、高灰熔點(diǎn)煤，且氣化過程碳轉(zhuǎn)化率高、煤氣熱值高、投資低、環(huán)保性能優(yōu)越的氣化裝置及方法。氣化反應(yīng)器(1)設(shè)置在壓力殼(2)內(nèi)，自下而上分為密相湍流流化段(9)、高密度環(huán)核流動段(10)和密度快速流動段(11)，根據(jù)高硫、高灰、高灰熔點(diǎn)煤的氣化特征，自下而上依次采用不同特征的流態(tài)進(jìn)行加壓分段氣化，氣化壓力為1.0～2.5MPa。
文檔編號C10J3/56GK101372635SQ20081015510
公開日2009年2月25日 申請日期2008年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月15日
發(fā)明者仲兆平, 樸桂林, 熊源泉, 章名耀, 睿 肖, 金保升, 鐘文琪, 黃亞繼 申請人:東南大學(xué)