[发明专利]粉煤流化床气化方法及气化炉

说明书

本发明涉及一种粉煤流化床气化方法及装置。它属于煤炭气化领域。

目前较为先进的粉煤流化床气化炉以粉煤(0-10mm)为原料，能适应多种变质程度煤种和高灰低质煤的气化，气化强度居固定床和气流床之间，气化过程无焦油污染物，气化操作温度适中(900-1100℃)，可采用常规设备材料及控制技术。其缺点是仍然存在其特有的“上吐下泻”问题，使其过程的气化效率受到限制。所谓“上吐”指的是在气化过程中，大量的飞灰随煤气离开气化炉，虽然目前已采取了旋风除尘、飞灰循环的操作，但实践证明，这些方法不能彻底解决飞灰问题，飞灰循环入炉，并不能如想像地被有效地转化，而是很快又被带出炉外，生产过程不断产生细粉，飞灰不断积累，造成煤气的后续系统的堵塞、磨损及污染等问题；所谓“下泻”指的是气化炉排出的灰渣中含有大量碳。由于流化床气化炉内床料强烈混合，在采用常规方法排灰时，排料中的固体组成可能与气化炉床料相似，因而其含碳很高；已有发展和应用的灰粘聚技术可使得排灰含碳高的问题得以改善或在一定程度上的解决，但现有的不适当设计并不能保证降低排灰含碳目的的达到。飞灰含碳高和灰渣含碳高不仅导致气化过程能源效率低，而且造成固体飞灰的环境污染。这些问题的存在大大影响了流化床气化技术的发展和推广应用。

本发明所要解决的技术问题就是有效解决“上吐下泻”的粉煤流化床气化方法及其气化炉的结构，并通过下面的措施来达到，原料煤[C0]破碎后过10mm筛，小于10mm的煤由气力分离器[E1]顶部进入，来自鼓风机的空气[K0]由气力分离器[E1]的底部进入，自下而上的气流与煤相接触，煤颗粒表面的水分进入气体中。气体沿切线方向进入增加扰动和延长固体停留时间，增进水分进入气流中的效果。在气力分离器[E1]的上段也通入适量气流，增加扰动，使可能在大颗粒表面粘附的细粉颗粒与大颗粒脱离，从而保证高的细粉分离效果。小于0.5mm煤料被气流夹带离开气力分离器[E1]，进入旋风分离器[E18]中，在旋风除尘器中固体被收集，其后的气体被水洗后放空。在进入旋风除尘器[E18]之前的管道上，辅助喷洒适量水雾，以提高固体分离效率，同时也可使分离的细粉料免于扬尘，易于处理。未被气流夹带的煤粒[C1]则下落至煤箱中，经加料器[E16]进入气化炉[E0]。在旋风分离器中收集到的固体，送成型机[E2]中，在[E2]中同时加入粘结剂[A1]、粘结性粉煤[A2]和催化剂[A3]以及适量水等，在此采用挤条成型机械，完成粉料的成型。成型前，煤粉与粘结剂、粘结性粉煤和催化剂在混捏机器中均匀混合。粘结剂采用纸浆废液类等有机型，也可以采用含Ca、Al等的无机粘结剂；粘结性粉煤指的是粘结性较强的气煤、肥煤等煤的细粉；催化剂为工业纯度级或工业废料含有K、Na等的碱、盐类固体或液体物质。粘结性煤与煤粉的比例为1∶1至1∶4之间范围。催化剂使用量为煤料重量的2％至10％。加入适量的水使成型物料含水为5至15％之间。挤条产品的直径选择3至6mm。在气化炉低压操作时，挤条机械直接与气化炉相连接，挤出产品直接进入气化炉稀相段。也可采用滚球成型机械，此时加水为10-20％，成球粒径为2-5mm，成球颗粒送入一移动床式干燥中，在此，采用200-250℃的烟道气与颗粒层逆流干燥。干燥产品与气力分离器输出的粗颗粒物料混合进入气化炉。鼓风机或压缩机[E11]的空气(或氧气)分成四路进入气化炉，它们分别是：气体[G1]为与灰渣进行换热部分的气流，[G2]则为进入热备灰盘狭缝的气流，它的流量要足以保证正常操作时能使灰渣被顺利从托盘吹落，[G1]与[G2]的总流量为文丘里控制排灰速度所决定。气流[G3]供给高温燃烧区的气化剂，[G4]为气化炉的主气化剂流体，它与来自锅炉的蒸汽[G5]混合后经喷嘴组[E15]进入气化炉的密相段，维持气化炉达到稳定的流态化，蒸汽与空气的比例高低则根据气化炉的温度而调节。煤在气化炉中与气化剂反应后生成煤气，同时煤颗粒中的碳被逐步消耗。煤料中的灰份被富集和粘聚、团聚，高含灰的灰渣被排灰管[E6]选择性排出后，经热备式灰盘[E7]落下后在移动床式换热器中与来自底部的冷气体[G1]换热后，[H1]由螺旋排灰机[E9]排出至[E10]。气化煤气离开气化炉时仍然夹带部分飞灰，在一级旋风除尘器[E12]中分离出的飞灰[H2]经料腿送至飞灰燃烧器燃烧[E17]后返回气化炉并送至高温燃烧区[E5]，在此飞灰参加再燃烧，并经与高温灰球碰撞发生粘聚。而在二级旋风除尘器[E13]收集的飞灰[H3]不直接进入气化炉，而是送至飞灰造粒器[E14]中，在此，粘结性煤粉[A4]被切向喷入，与自上分散而下的热飞灰接触混合，煤被加热发生干馏过程，与混合的飞灰一起经软化、熔融流动、固化和收缩等阶段，最终形成具有相当强度的半焦小颗粒[H4]，这部分料被返回原料煤箱，再次进入气化炉气化。飞灰造粒根据如下原理设计：粘结性粉煤受热发生干馏过程，飞灰参加这个过程并一起形成半焦，干馏所需热量是由热飞灰提供的。飞灰造粒的具体实施如下：飞灰具有800℃以上的高温，其粒度一般小于0.1mm，参与造粒的为具有较强或很强粘结性的粘结性煤之煤粉，在造粒器中随热飞灰下落时，粘结性煤粉旋流喷入，两种细粉混合，在450-750℃温度下，粘结性煤粉受热经历干馏过程，其发生的软化、熔融、固化和半焦收缩等进程是将飞灰包含在一起完成的，由此由细粉而生成了细颗粒产物。造粒产物送至气化原料或直接送回气化炉进行气化。粘结性煤与飞灰的比例为1∶1至1∶2，由粘结性煤的粘结指数和飞灰的特性决定。