專利名稱：一種水蒸氣輸送煤粉的氣流床氣化系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種煤的氣化設備，屬于煤氣化和煤炭轉換技術。
背景技術：
煤氣化技術是一種清潔的煤炭轉化和利用技術，也是產生工業合成氣的重要手段，在化工和能源領域有著重要的應用。氣流床煤氣化方法是目前一種較為先進的氣化方式，具有氣化容量大、碳轉化率高、可連續氣化等優點。氣流床氣化爐的特點是氣化劑和原料煤被同時高速射入氣化爐中，在爐內高溫高壓的環境下形成高溫氣化火焰。煤粉或煤漿在氣化火焰中被迅速加熱，快速完成揮發分脫除、焦炭氣化反應等一系列過程。氣流床氣化方法中，根據供料方式主要可以分為水煤漿氣化技術和干煤粉氣化技術。其中，干煤粉氣化技術避免了將水加熱成水蒸氣的環節，節約了大量顯熱，可以達到更高的理論碳轉化效率和更高的冷煤氣效率，也具有相對較低的耗氧量。但干粉進料的氣化方式仍存在著一些缺點和有待改進之處，主要有一、氣流床氣化爐屬于高溫氣化技術，氣流床出口粗煤氣溫度較高，顯熱損失比較大，這要求在氣化系統中采用合適的余熱回收設備，提高整體熱效率。二、在目前常用的煤粉濃相輸送方法中，一般采用惰性氣體作為載氣，由于惰性氣體本身并不參與氣化反應，因而它們的加入會造成一定的熱損失，也會降低合成氣的純度。三、常溫下煤粉濃相輸送中，煤中的水分會造成輸送過程的不穩定，影響氣化爐的安全運行，制約了氣化爐的熱效率和合成氣的純度的提高。如果利用合理手段以高溫載氣同時對煤粉進行加熱和輸運，就能抑制或去除液態水分的影響，提高煤粉輸送的穩定性。四、在現有氣流床氣化工藝的基礎上，如果能夠進一步降低氣化過程的耗氧量，就可降低空氣分離制氧的成本，從而帶來巨大的經濟效益。
實用新型內容為了實現氣化反應余熱的合理利用，提高氣化爐入口給煤溫度并保證穩定的煤粉輸送，在保證氣化效率的基礎上進一步降低氧耗，本實用新型提出一種水蒸氣輸送煤粉的氣流床氣化系統。本實用新型的技術方案如下一種水蒸氣輸送煤粉的氣流床氣化系統，包括氣流床氣化爐、空分裝置和煤粉發料罐，煤粉發料罐底部的出口通過濃相煤粉輸送管與氣流床氣化爐頂部的入口相連接，空分裝置通過純氧輸送管與氣流床煤氣化爐頂部的入口相連接，其特征在于所述的氣流床煤氣化爐內部敷設有水冷壁，在水冷壁的底部和頂部分別設有給水入口和水蒸氣出口，在所述的水蒸氣出口與煤粉發料罐之間設有一條水蒸氣輸送管，該水蒸氣輸送管將水蒸氣出口與煤粉發料罐的內部相連接，或者將該水蒸氣出口與煤粉發料罐底部出口相連接。本實用新型具有以下突出優點及突出效果①通過敷設水冷壁獲取高溫過熱水蒸氣的方式實現氣化爐氣化反應余熱的回收，減少了高溫粗合成氣的顯熱損失；②利用獲得的高溫過熱水蒸氣作為熱源和載氣，直接對煤粉進行加熱和輸送，提高了煤粉的溫度，保證了濃相煤粉輸送的穩定性；③以高溫過熱水蒸氣作為煤粉濃相輸送的載氣，避免了使用惰性氣體作為載氣的情形下相應的熱損失，并且，在氣化爐中，水蒸氣作為吸熱型氧化劑直接參與氣化反應，可以減少氣化過程的耗氧量，降低空氣分離裝置制氧的成本。
圖1為本實用新型提供的氣流床氣化系統的一種實施例的結構原理示意圖。圖2為本實用新型另一種實施例的結構原理示意圖。圖中1-氣流床氣化爐；2-水冷壁；3-濃相煤粉輸送管；4-純氧輸送管；5-水蒸氣輸送管；6-煤粉發料罐；7-空分裝置。
具體實施方式
以下結合附圖進一步說明本實用新型的原理、結構及實施方式。圖1為本實用新型提供的氣流床氣化系統的一種實施例的結構原理示意圖，該系統主要包括氣流床氣化爐1、空分裝置7和煤粉發料罐6，煤粉發料罐6底部的出口通過濃相煤粉輸送管3與氣流床氣化爐1頂部的入口相連接，空分裝置7通過純氧輸送管4與氣流床煤氣化爐1頂部的入口相連接；在所述的氣流床煤氣化爐內部敷設有水冷壁2，在水冷壁的底部和頂部分別設有給水入口和水蒸氣出口，在該水蒸氣出口與煤粉發料罐6之間設有一條水蒸氣輸送管5，該水蒸氣輸送管5將水蒸氣出口與煤粉發料罐6的內部相連接。圖2為本實用新型的另一種實施例的結構原理示意圖，此方案與第一種實施例不同的是，水蒸氣出口與煤粉發料罐6之間的水蒸氣輸送管5將該水蒸氣出口與煤粉發料罐 6的底部出口相連接。在該水蒸氣輸送煤粉的氣流床氣化系統中，主要實現以下過程在氣流床氣化爐1內，煤粉、氧氣和水蒸氣發生高溫氣化反應。爐內壁敷設有水冷壁2，利用爐內氣化反應的余熱，獲得300°C 500°C的高溫過熱水蒸氣。經給料裝置預熱至 180°C 240°C的煤粉被輸送至煤粉發料罐6中。在圖1所示系統中，該高溫過熱水蒸氣經水蒸氣輸送管5輸送至煤粉發料罐6內部，在煤粉發料罐內與煤粉快速混合和傳熱；或者在圖2所示的系統中，上述高溫過熱水蒸氣經水蒸氣輸送管5輸送至煤粉發料罐6底部出口處，在煤粉發料罐出口和濃相煤粉輸送管3中快速混合和傳熱。兩種情形下，都保證水蒸氣與煤粉的混合溫度在265°C 270°C。混合后，水蒸氣攜帶煤粉，通過濃相煤粉輸送管3至氣化爐1內。水蒸氣對煤粉的加熱和輸送過程中，保證不發生煤的快速裂解以及煤粉軟化。 同時，空分裝置7分離制得的純氧經純氧輸送管4進入氣化爐。在氣化爐內，上述水蒸氣、 純氧與煤粉發生氣化反應。水冷壁2對反應余熱進行回收，產生新的300°C 500°C的高溫過熱水蒸氣，從而實現了系統的連續穩定運行。水冷壁至煤粉發料罐的高溫過熱水蒸氣質量流量為煤粉輸送量的20% 35%。該水蒸氣輸送煤粉的氣流床氣化系統實現了氣化反應余熱的回收利用，提高了氣化系統的熱效率；高溫過熱水蒸氣對煤粉的加熱和輸運，提高了濃相煤粉輸送的穩定性，避免了使用惰性氣體作為載氣的情形下相應的熱損失；在氣化爐中，水蒸氣作為吸熱型氧化劑直接代替氧氣參與氣化反應，可以減少氣化過程的耗氧量，降低空氣分離裝置制氧的成本。實施例設定氣化用煤發熱量為^MJ/kg，給煤量為lkg/s，水冷壁產生的高溫過熱水蒸氣的質量流量為給煤量25%，即0. 25kg/s，則水冷壁吸收煤發熱量的2%的熱量，可將該初始溫度為67°C的不飽和水加熱為溫度為480°C，壓力5. 5MPa的高溫過熱水蒸氣。用該高溫過熱水蒸氣將供給量為lkg/s的初始溫度為187°C的煤粉加熱，最終形成270°C的水蒸氣與煤粉的混合物。在上述質量比下，水蒸氣與煤粉混合物中煤粉的濃度遠低于常規氮氣輸送煤粉的濃度，從根本上緩解了堵粉事故。以高溫過熱水蒸氣作為載氣，避免了水在爐內相變造成的熱量損失，煤粉在進入氣化爐之前也得到進一步的加熱，而這些輸入熱量均來自于氣化余熱，使得低品位的余熱代替了煤燃燒釋放的熱量。另一方面，高溫過熱水蒸氣為吸熱型氧化劑，與焦炭反應生成CO和H2，這一反應所需的熱量剛好由整個工藝過程利用的余熱進行補償。高溫過熱水蒸氣的加入，帶入了大量氧原子，余熱的利用又提高了整體熱效率， 因此在保證氣化效率的同時，能夠降低化的消耗量，根據反應平衡模型，在上述的假定參數下，計算得到A消耗量可降低3%左右，具有明顯的經濟效益。
權利要求1. 一種水蒸氣輸送煤粉的氣流床氣化系統，包括氣流床氣化爐(1)、空分裝置(7)和煤粉發料罐(6)，煤粉發料罐(6)底部的出口通過濃相煤粉輸送管( 與氣流床氣化爐(1)頂部的入口相連接，空分裝置(7)通過純氧輸送管(4)與氣流床煤氣化爐(1)頂部的入口相連接，其特征在于所述的氣流床煤氣化爐內部敷設有水冷壁O)，在水冷壁的底部和頂部分別設有給水入口和水蒸氣出口，在所述的水蒸氣出口與煤粉發料罐(6)之間設有一條水蒸氣輸送管(5)，該水蒸氣輸送管( 將水蒸氣出口與煤粉發料罐(6)的內部相連接，或者將該水蒸氣出口與煤粉發料罐(6)底部出口相連接。
專利摘要一種水蒸氣輸送煤粉的氣流床氣化系統，屬于煤氣化和煤炭轉換技術領域。系統包括氣流床氣化爐、空分裝置和煤粉發料罐，煤粉發料罐底部出口通過濃相煤粉輸送管與氣流床氣化爐頂部入口相連接，空分裝置通過純氧輸送管與氣流床煤氣化爐頂部入口相連接，在氣流床煤氣化爐內部敷設有水冷壁，在水冷壁的底部和頂部分別設有給水入口和水蒸氣出口，在所述的水蒸氣出口與煤粉發料罐之間設有一條水蒸氣輸送管，該水蒸氣輸送管將水蒸氣出口與煤粉發料罐的內部相連接，或者將該水蒸氣出口與煤粉發料罐底部出口相連接。該系統利用氣化反應余熱產生高溫過熱水蒸氣，實現給煤的預加熱以及濃相煤粉輸送，并能降低現有氣流床氣化爐的耗氧量，提高整體煤氣化效率。
文檔編號C10J3/76GK202246594SQ201120403810
公開日2012年5月30日 申請日期2011年10月20日 優先權日2011年10月20日
發明者劉靜豪, 呂俊復, 吳玉新, 唐菲, 岳光溪, 張建勝 申請人:德瑞集群(北京)科技有限公司, 清華大學