一種循環流化床氣化系統及其氣化方法

一種循環流化床氣化系統及其氣化方法
【專利摘要】本發明公開了一種循環流化床氣化系統及其氣化方法，包括燃料破碎給料系統、流化床氣化系統、排渣系統、合成氣余熱回收系統、飛灰脫除循環輸送利用系統、粗煤氣凈化分配系統等組成。本發明采用了全余熱回收系統和飛灰再利用系統，合成氣氣化顯熱全部用于產生飽和水蒸汽和過熱蒸汽，飛灰可采用循環回爐氣化和送鍋爐燃燒兩種方案，實現了能源利用效率最大化和水資源消耗最低化，適用于陶瓷、工業窯爐、玻璃窯爐、煉鋼等產業燃料氣制備系統，具有成為煤制燃料氣站主流技術的廣闊前景。
【專利說明】
-種循環流化床氣化系統及其氣化方法
技術領域
[0001] 本發明設及一種循環流化床氣化系統及其氣化方法，屬于煤氣化技術領域。
【背景技術】
[0002] 世界上褐煤等低階煤儲量豐富，目前我國褐煤等低階煤資源約占全國已探明煤炭 儲量的55%，東南亞地區存量煤80%W上為褐煤，此外，澳洲、非洲等地也有儲量豐富的褐煤 等低階煤。褐煤等低階煤具有低熱、高水、高揮發分的顯著特征，部分褐煤還伴有低灰、高硫 的特征。目前，褐煤主要通過流化床鍋爐和煤粉爐燃燒發電利用，其中流化床鍋爐應用較為 普遍，少量含水偏低的煤種可進行煤粉鍋爐燃燒發電。由于大量的褐煤與電力需求產能的 不匹配，褐煤作為廉價資源長期得不到有效合理利用。
[0003] 流化床氣化作為最早將煤進行氣化后再利用的技術之一，對于褐煤等低階煤的利 用具有獨特的優勢，類似于流化床鍋爐處理低階煤相對更加經濟可行。因此，流化床氣化處 理褐煤等低階煤具有如下公認優勢： 1. 粉體和顆粒混合進料，原料制備和給料系統相對簡單； 2. 可W處理高水分褐煤，對原料熱值、灰分和灰烙點要求較低； 3. 產出合成氣熱值較高，系統效率較低； 4. 可采用富氧或者空氣氣化，公用工程簡單，投資低。
[0004] 但是，流化床氣化操作可W復雜，存在如下問題： 1. 加壓流化床氣化爐內床層高度波動較大，碳轉化率較低； 2. 流化床氣化后產物夾帶大量顆粒物，余熱回收設備使用壽命短； 3. 流化床氣化多采用循環回料方式，高效旋風分離器設計難度高； 4. 流化床氣化排渣設計獨特，操作工況惡劣，可靠性較低； 5. 高溫高壓操作難度較大，單爐處理量較低； 6. 流化床氣化后飛灰殘炭含量較高，粒徑較細，后處理難度大。
[0005] 因此，有必要開發一種操作條件溫和，氣化效率高，維護簡單，成本低廉的適合于 低階煤等煤炭資源的氣化反應器，從而填補氣流床和固定床氣化高成本或高污染的技術空 白。

【發明內容】

[0006] 本發明要解決的技術問題是：提供一種循環流化床氣化工藝方法及其氣化方法， 采用碎煤側下方進料，底部干法排渣，上部合成氣出口，氣化劑從底部Ξ個部分進入，分別 為中屯、管、排渣管和布風板。合成氣夾帶灰渣顆粒通過兩級旋風分離器分離后通過回料裝 置從氣化爐側下方進入氣化爐，氣化后的高溫合成氣經過余熱回收系統降溫除塵，再依次 經除塵裝置除塵、合成氣換熱器降溫、脫硫系統脫硫后進入氣柜產出產品氣，流化床氣化過 程產生的未完全反應灰渣通過回收利用方式實現能源利用效率最大化。
[0007] 為了解決上述技術問題，本發明的技術方案是提供了一種循環流化床氣化工藝方 法及其氣化方法，包括燃料破碎給料系統、流化床氣化系統、排渣系統、合成氣余熱回收系 統、飛灰脫除循環輸送利用系統、粗煤氣凈化分配系統等。
[0008]所述的破碎給料系統主要由原煤倉、破碎機、受煤斗和斗提機、碎煤倉、鎖斗、給料 罐和給料器組成； 所述的流化床氣化系統主要由氣化爐本體、一級旋風分離器、二級旋風分離器、布風 板、中屯、管、排渣套管和二次氣化劑給入口組成； 所述的排渣系統主要由高溫加壓冷渣器、加壓集渣罐、排渣鎖斗和常壓低溫冷渣器組 成； 所述的合成氣余熱回收系統主要包括福射廢鍋、對流廢鍋、省煤器、除鹽水預熱器組成 合汽包組成； 所述的對流廢鍋設為上段高溫過熱段和下段低溫對流換熱段組成； 所述的飛灰脫除循環輸送系統主要包括飛灰脫除裝置、飛灰收集罐、飛灰鎖斗噴吹罐 及輸送管路組成； 所述的飛灰脫除裝置可采用袋式除塵或過濾器除塵等方式； 所述的粗煤氣凈化分配系統主要由合成氣脫硫系統和合成氣氣柜組成； 所述的粗煤氣脫硫系統可采用低溫甲醇洗技術、N皿脫硫技術等各類脫硫工藝； 所述的流化床氣化系統可采用空氣、富氧空氣(氧氣濃度大于21%)或純氧進行氣化，氣 化壓力0. .OMPa，氣化溫度9〇0°C~l3〇0°C ; 本發明還提出了一種配合上述工藝系統的氣化方法。具體步驟如下： 1) 經過初步干燥的原煤控制外水不超過5%直接進入原煤倉經過破碎篩分，控制粒度< 10mm，進入受煤斗，通過斗提機送往原料倉； 2) 原料倉在底部流化風作用下送入鎖斗，鎖斗加壓提高壓力至給料壓力0.1~l.OMPa， 在送入給料罐，給料罐通過轉動給料設備在輸送風的噴吹作用下從氣化爐側下方給入； 3) 空氣經過分子篩吸附系統將氧氣提純至30%~50%后經過氧氣預熱器預熱至150°C~ 350°C，混合過熱水蒸汽(15(TC~350°C)，分別從中屯、管、布風板和排渣管進入氣化爐； 4) 其中，中屯、管W富氧空氣為主，約占總氧氣的50~80%，混合少量水蒸汽5%~25%，布風 板進入氧氣占總量5%~25%，進入的水蒸汽占總量的30%~60%，排渣管進入的氧氣占總量5%~ 25%，進入的水蒸汽占總量的40%~70%; 5) 合成氣出口夾帶大量細灰顆粒依次進入一級旋風分離器和二級旋風分離器進行旋 風除灰，分離下來的顆粒通過回料腿和回料閥重新從氣化爐側下方進入氣化爐，合成氣出 口溫度900°C~1100°C，旋風分離器采用絕熱式設計； 6) 合成氣進入福射廢鍋后降溫至450°C~600°C，再進入對流廢鍋降溫，過熱段降至350 °C~500°C，經對流段降溫至200°C~35(rC，經合成氣冷卻器降溫至100°C~20(rC ; 7) 合成氣在進入合成氣冷卻器之前進行了嚴格的除塵，將粉塵含量降至30mg/Nm3W 下，再進入合成氣冷卻器降溫后進入脫硫系統，脫硫后合成氣經過氣柜可根據用戶需求減 壓至各等級產品氣； 8) 經過福射廢鍋、對流廢鍋和飛灰除塵器脫除的細灰采用氮氣或其他惰性氣體輸送至 鍋爐燃燒或循環回流化床氣化爐再氣化，當采用循環至氣化爐再氣化時送入氣化爐中屯、管 或二次氣化劑噴槍。
[0009] 本發明運行穩定可靠、易于大型化放大、環保節能，相比現有技術，本發明還具有 如下有益效果： (1) 本發明采用循環流化床氣化系統可W采用lOmmW下碎煤顆粒進料，且在中高溫條 件下進行加壓氣化，產生煤氣含有3~5%甲燒，熱值加高，適合于做燃料氣； (2) 采用飛灰再循環利用，提高整體碳轉化率和能源利用效率，同時，本系統采用干法 排渣和干法除灰技術，無廢水排放和處理，環保性能極佳，水耗非常低； (3) 本發明采用了全余熱回收系統，合成氣中900°CW上高溫顯熱和900°CW上高溫灰 渣的熱量全部被充分吸收再利用，系統能源利用效率提高10%W上； 本發明采用90(TC W上溫度進行氣化，可有效分解焦油等大分子有機物，后系統合成氣 凈化除塵工藝大大簡化，有效氣產率大大提高，設備運行和維護成本大大降低。
【附圖說明】
[0010] 圖1為一種帶飛灰送鍋爐系統燃燒利用的循環流化床氣化工藝系統示意圖； 圖2為一種帶飛灰再循環氣化的循環流化床氣化工藝示意圖。
[00川附圖標記說明 1-原煤;2-原煤倉;3-破碎機;4-受煤斗;5-斗提機;6-給煤倉;7-煤鎖斗;8-煤 給料罐;9-轉動給料機;10-布風板氣化劑入口；11-排渣管氣化劑入口；12-中屯、管氣化 劑入口； 13 -流化床氣化爐本體;14 -二次氣化劑入口； 15 -集渣罐;16 -排渣鎖斗；17 -常 壓低溫冷渣器；18a\18b-除鹽水；19a-排渣；19b-渣循環回路；20a，20b-回料閥；21曰， 21b-旋風分離器；22-福射廢鍋；23-福射下降管；24-汽包；25-過熱蒸汽進氣化爐； 26-高溫加壓冷渣器;27-對流廢鍋;27a -對流廢鍋過熱段;27b-對流廢鍋對流段;28a， 28b-集灰罐;29a、29b-灰氣提鎖斗；30-飛灰除灰器;31-合成氣冷卻器;32-福射上升 管;33-對流上升管;34-對流下降管;35-過熱段給水管;36-合成氣冷卻器出水管;37- 預熱水;38 -預熱蒸汽；39-蒸汽減壓閥；40 -除鹽水預熱器;41 -冷凝液;42 -飽和蒸汽； 43 -過熱蒸汽;44 -脫硫系統;45 -氣柜;46a，46b，46c -煤氣減壓閥；47 -灰循環管;48 - 鍋爐，；49-輸送氣；50-空氣;51-水蒸汽;52-氧氣預熱器;53-氧氣或富氧空氣;54-冷 凝液;55 -分子篩或空分;56 -輸送氣；57 -給料腿;58 -回料腿;59a，59b，59c -水夾套上 升管;60a，6化，60c-水夾套進水;61-排渣管。
【具體實施方式】
[0012]為使本發明更明顯易懂，茲從優選實施例，并配合附圖作詳細說明如下。
[0013] -種循環流化床氣化系統，包括燃料破碎給料系統、流化床氣化系統、排渣系統、 合成氣余熱回收系統、飛灰脫除循環輸送利用系統、粗煤氣凈化分配系統等組成。
[0014] 本發明所述的燃料包括所有含碳固體燃料，將燃料1輸送至原煤倉2,經過破碎機3 破碎后到受煤斗4，通過斗提機5提升至給煤倉6，經煤鎖斗7加壓后進入給煤倉8，在輸送氣 56和轉動給料機9的作用下通過給料腿57進入氣化爐13,氣化劑由空氣50經空分或分子篩 55提高其中氧氣濃度后獲得富氧空氣53經氧氣預熱器52預熱，分Ξ路進入氣化爐底部，分 別為中屯、管12、排渣管11和分布板10,在操作需要時，部分富氧空氣從氣化爐二段氣化劑給 入口 14進入氣化爐。合成氣夾帶顆粒在一級旋風分離器21a和二級旋風分離器2化作用下分 離大部分顆粒，分別通過回料閥20a和20b經回料腿58返回氣化爐側下方。粗煤氣經福射廢 鍋22、對流廢鍋27降溫后進入飛灰除塵器30進一步脫除顆粒，再進入合成氣冷卻器31降溫 后進入脫硫系統44脫硫和硫回收，至此獲得產品燃料氣經氣柜45可分配給不同用戶。其中， 氣化爐、一級旋風分離器、二級旋風分離器均可設計帶有水夾套冷卻壁面。另外，考慮到底 渣含碳量，可W設置渣循環回路19b將渣循環進入給料裝置受煤斗4再次進入氣化系統氣 化，W提高整體碳轉化率。
[0015] 本發明中所述的福射廢鍋22、對流廢鍋27底部飛灰統一收集于集灰罐28曰，飛灰除 塵器30底部排灰收集于集灰罐28b，分別經由輸送氣49經氣提冷卻罐29a和29b輸送至鍋爐 48燃燒或流化床氣化爐13二次氣化。
[0016] 本發明所述的余熱回收部分脫鹽水18c經預熱器40預熱后進入合成氣冷卻器31， 合成氣冷卻器31、對流廢鍋27b、福射廢鍋22、氣化爐水夾套59、冷渣器26和17等產生的水蒸 汽均通過汽包24產出飽和水蒸汽42。
[0017] 圖1中所示的工藝流程將氣化后的煤灰通過氣力輸送直接送煤粉鍋爐燃燒利用， 圖2中所示的工藝流程將氣化后的煤灰通過氣力輸送返回氣化爐底部中屯、管二次進入氣化 爐，在氣化爐內實現再氣化利用，實現兩個系統的整體碳轉化率達到最高水平。
[001引實施例1 W -套日處理煤量500噸（空干基）的循環流化床氣化工藝系統為例。燃料煤的煤質數 據見表1所示。氣化反應裝置的設計參數如下： 操作壓力:0.3MPaG; 操作溫度:1000 °C; 氣化劑:富氧35%和水蒸汽； 碎煤燃料粒徑:0~10mm，平均粒徑6mm，總質量占比80%; 粉煤燃料粒徑:0~200 /m，平均粒徑65 /m，總質量占比15%，采用化輸送； 飛灰全部送鍋爐燃燒處理。
[0019] 氣化劑分配:中屯、射流氣化燒嘴占50%，布風板25%，二段燒嘴室15%、排渣管10%; 排渣溫度:950°C; 富氧空氣預熱至180°C; 余熱回收系統富產飽和蒸汽等級：1.5MPa，約30t/h。
[0020] 表1燃料煤煤質分析數據_

' 氣化反應出口合成氣主要氣體組成:
' ' C0:22.26;出：24.13 ;邸4:3.05 ;C〇2:13.26;出 0:7.97;化：29.27 合成氣流量:55164 Nm3A; 合成氣溫度:992 °C; 水蒸汽消耗:6450kg/h; 氧氣消耗:752化g/h; 氮氣消耗:19966Nm3A; 氣化系統碳轉化率:90%; 能源利用效率:87%; 飛灰產出：2.07t A，含殘炭65%具有較高的可燃性； 飛灰循環回氣化爐再氣化時碳轉化達到96%W上，粗煤氣產出提高5~6的百分點。
[0021] 從W上數據可W得出，本發明專利所述的循環流化床氣化工藝系統及其氣化方法 在氧氣消耗、水蒸汽消耗等消耗指標上優于國內外同類技術，碳轉化率高出約5個百分點W 上，操作溫度適中，當采用實現了粉煤與碎煤同時進料氣化，飛灰回鍋爐燃燒碳轉化率達 99%W上，，回氣化爐再氣化達到96%W上，產生煤灰可作為建材利用并無害化處理。全余熱 回收系統使熱效率提高10~15%，水耗降到最低，全系統無污水和廢水排放，實現了超潔凈煤 氣化工藝要求。
[0022] 綜上所述，本發明專利具有明顯的技術創新優勢，適用于為陶瓷、工業害爐、玻璃、 煉鋼等行業提供質優價廉的燃料氣，替代高價天然氣和高污染的固定床煤氣發生爐裝置。
【主權項】
1. 一種循環流化床氣化系統，其特征在于，包括燃料破碎給料系統、流化床氣化系統、 排渣系統、合成氣余熱回收系統、飛灰脫除循環輸送利用系統、粗煤氣凈化分配系統等組 成； 所述的燃料破碎給料系統主要由原煤倉(2)、破碎機(3)、受煤斗(4)、斗提機(5 )、給煤 倉(6)、煤鎖斗(7)、煤給料罐(8)和轉動給料機(9)組成； 所述的流化床氣化系統主要由氣化爐本體（13)、一級旋風分離器、二級旋風分離器、布 風板氣化劑入口（10)、排渣管氣化劑入口（11)、中心管氣化劑入口（12)、排渣管(61)和二次 氣化劑給入口（14)組成； 所述的排渣系統主要由高溫加壓冷渣器（26)、加壓集渣罐（15)、排渣鎖斗（16)和常壓 低溫冷渣器(17)組成； 所述的合成氣余熱回收系統包括:輻射廢鍋（22)、對流廢鍋(27)、省煤器、除鹽水預熱 器(40)和汽包(45); 所述的飛灰脫除循環輸送系統包括：飛灰除塵器（30)、飛灰收集罐(28a、28b)、灰氣提 鎖斗（29a、29b)及輸送管路； 所述的粗煤氣凈化分配系統主要由合成氣脫硫系統(44)和合成氣氣柜(45)組成； 所述的粗煤氣脫硫系統(44)可采用低溫甲醇洗技術、NHD脫硫技術等各類脫硫工藝。2. 如權利要求1所述的循環流化床氣化系統，其特征在于，所述的合成氣余熱回收系統 中氣化爐水夾套、輻射廢鍋(27)、對流廢鍋對流段(27b)、合成氣冷卻器(31)、高溫加壓冷渣 器(26)和常壓低溫冷渣器（17)產生的飽和蒸汽全部到對流廢鍋過熱段(27a)進行過熱，產 生過熱蒸汽。3. 如權利要求1所述的循環流化床氣化系統，其特征在于，所述的飛灰可通過輸送氣 (49)直接氣提輸送至鍋爐(48)燃燒利用，也可送至系統內流化床氣化爐中心管氣化劑入口 (12)或二次氣化劑入口（14)噴入氣化爐。4. 如權利要求1所述的循環流化床氣化系統，其特征在于，所述的氣化爐、旋風分離器 均采用水夾套設計，并在水夾套熱面側設計耐火防磨材料。5. 如權利要求1所述的循環流化床氣化系統，其特征在于，所述的氣化爐底部排渣部分 通過渣循環回路（19b)至受煤斗（4)再次進入氣化爐進行再氣化，考慮總灰量平衡，部分送 至場外運出。6. -種循環流化床氣化方法，使用權利要求1所述的一種循環流化床氣化系統，特征在 于，所述的氣化工藝按照如下氣化方法進行氣化： 1)經過初步干燥的原煤控制外水不超過5%直接進入原煤倉(2)經過破碎篩分，控制粒 度〈10mm，進入受煤斗，通過斗提機送往原料倉； 2) 原料倉（2)在底部流化風作用下送入煤鎖斗（7)，煤鎖斗加壓提高壓力至給料壓力 0.1~1 .OMPa，在送入煤給料罐(8)，煤給料罐通過轉動給料機(9)在輸送風的噴吹作用下從 氣化爐側下方給入； 3) 空氣（500經過分子篩或空風(55)吸附系統將氧氣提純至30%~50%后經過氧氣預熱器 (52)預熱至150°〇350°C，混合過熱水蒸汽（150°〇350°C )，分別從中心管、布風板和排渣管 進入氣化爐； 4) 其中，中心管以富氧空氣為主，約占總氧氣的50~80%，混合少量水蒸汽5%~25%，布風 板進入氧氣占總量5%~25%，進入的水蒸汽占總量的30%~60%，排渣管進入的氧氣占總量5%~ 25%，進入的水蒸汽占總量的40%~70%; 5) 合成氣出口夾帶大量細灰顆粒依次進入一級旋風分離器和二級旋風分離器進行旋 風除灰，分離下來的顆粒通過回料腿和回料閥重新從氣化爐側下方進入氣化爐，合成氣出 口溫度900°01100°(：，旋風分離器采用絕熱式設計； 6) 合成氣進入輻射廢鍋(22)后降溫至450°060(TC，再進入對流廢鍋(27)降溫，過熱段 降至350°0500°C，經對流段降溫至200°0350°C，經合成氣冷卻器降溫至100°0200°C ; 7) 合成氣在進入合成氣冷卻器(31)之前進行了嚴格的除塵，將粉塵含量降至30mg/Nm3 以下，再進入合成氣冷卻器降溫后進入脫硫系統，脫硫后合成氣經過氣柜可根據用戶需求 減壓至各等級產品氣； 8) 經過輻射廢鍋(22)、對流廢鍋(27)和飛灰除塵器脫除的細灰采用氮氣或其他惰性氣 體輸送至鍋爐(48)燃燒或循環回流化床氣化爐再氣化，當采用循環至氣化爐再氣化時送入 氣化爐中心管或二次氣化劑噴槍。
【文檔編號】C10J3/72GK106010666SQ201610585668
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月25日
【發明人】倪建軍, 江晶亮, 池國鎮
【申請人】上海鍋爐廠有限公司