氣固兩相流高溫反應系統顆粒回收裝置和方法與流程
2023-12-02 10:24:06
本發明涉及一種氣固兩相流高溫反應系統顆粒回收裝置和方法，屬於煤氣化技術領域。
背景技術：
隨著環保要求的不斷提高，傳統的固定床煤氣化制燃料氣和固定床煤氣發生爐制原料氣技術因為環保要求不達標、環保處理費用高等問題，將逐漸被淘汰。但是，天然氣資源相對匱乏的國度依然希望選擇煤炭作為替代資源，故傳統煤炭氣化技術急需得到升級換代，市場容量巨大。
由於燃料氣行業主要採用劣質煤和低階煤作為原料製取相對要求不高的低熱值燃料氣，因此在氣化技術方面，已經實現大型化的加壓氣流床氣化技術已經滿足不了技術經濟性要求，其巨大的投資和運行成本已被業界公認。
流化床氣化作為最早將煤進行氣化後再利用的技術之一，對於褐煤等低階煤的利用具有獨特的優勢，類似於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，原料製備和給料系統相對簡單；
2、可以處理高水分褐煤，對原料熱值、灰分和灰熔點要求較低；
3、產出合成氣熱值較高，系統效率較低；
4、可採用富氧或者空氣氣化，公用工程簡單，投資低。
但是，流化床氣化屬於中高溫氣化幹法排灰/渣技術，存在如下問題：
1、系統碳轉化率低；
2、飛灰含碳量高，不易直接作為建築材料利用；
3、飛灰顆粒極細，運輸儲存難度大；
4、系統可靠性低等。
飛灰的含碳量通常高達70％左右，其嚴重影響了系統效率和產出，使單位產出的比氧耗和比煤耗居高不下，而且導致現場粉塵汙染，如何解決循環流化床氣化系統的氣化飛灰已經成為制約循環流化床氣化技術發展的關鍵要素。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題是提供一種氣固兩相流高溫反應系統顆粒回收方法與裝置，放置粉塵汙染。
為了解決上述技術問題，本發明的技術方案是提供了一種氣固兩相流高溫反應系統顆粒回收裝置，包括氣化爐，氣化爐的兩側設有兩個噴槍，氣化爐上連接有給料腿、回料腿，氣化爐底部設有風室風入口、中心管、排渣管，排渣管底部為排渣口，排渣管上設有排渣管風入口，其特徵在於，所述氣化爐通過第一旋風分離器、第二旋風分離器與高溫廢鍋連接，高溫廢鍋的下部與對流廢鍋的頂部連接，高溫廢鍋、對流廢鍋的底部均通過灰鎖鬥二與灰儲倉頂部連接，灰儲倉依次連接灰循環鎖鬥、飛灰發送罐，飛灰發送罐與氣化爐的噴槍一或中心管連接；對流廢鍋的下部與除灰器的頂部連接，除灰器的頂部設有粗煤氣出口，除灰器的底部通過灰鎖鬥三與灰儲倉的頂部連接；
氣化爐、第一旋風分離器、第二旋風分離器與高溫廢鍋之間的連接方式為以下的兩種方式之一：
氣化爐的頂部連接第一旋風分離器，第一旋風分離器的頂部連接第二旋風分離器，第二旋風分離器頂部與高溫廢爐的頂部連接，第一旋風分離器的底部設有集灰鬥一，集灰鬥一連接回料器一，回料器一連接氣化爐的回料腿一；第二旋風分離器的底部設有集灰鬥二，集灰鬥二通過灰鎖鬥一與灰儲倉的頂部連接；
或者氣化爐的頂部連接第一旋風分離器，第一旋風分離器的頂部連接第二旋風分離器，第二旋風分離器頂部與高溫廢爐的頂部連接，第一旋風分離器的底部設有集灰鬥一，集灰鬥一連接回料器一，回料器一連接氣化爐的回料腿一；第二旋風分離器的底部設有集灰鬥二，集灰鬥二連接回料器二，回料器二連接氣化爐的回料腿二。
優選地，所有的灰鎖鬥均通過飛灰氣提冷卻罐與灰儲倉的頂部連接。
優選地，所有的灰鎖鬥及所述灰儲倉、灰循環鎖鬥、飛灰發送罐內設有隔熱襯裡。
本發明還提供了一種氣固兩相流高溫反應系統顆粒回收方法，其特徵在於，採用上述氣固兩相流高溫反應系統顆粒回收裝置，包括以下步驟：
步驟1)：粗煤氣夾帶的顆粒首先在第一旋風分離器分離下來，顆粒直接通過回料器和輸送管路從氣化爐的側面返回氣化爐；
步驟2)：從第一旋風分離器出來的粗煤氣和夾帶的顆粒進入第二旋風分離器，在第二旋風分離器內分離下來的顆粒通過回料器直接回氣化爐，或通過灰鎖鬥一排灰進入灰循環系統；
步驟3)：粗煤氣夾帶的灰渣顆粒從第二旋風分離器出口進入高溫廢鍋，高溫廢鍋採用立式布置，部分灰渣顆粒在重力沉降作用下在高溫廢鍋底部沉積，該部分灰渣顆粒通過灰鎖鬥二降壓後進入灰儲倉；
步驟4)：粗煤氣經過除灰器除去絕大部分顆粒，使粗煤氣中顆粒含量降至20mg/N·m3以下，除灰器底部飛灰通過灰鎖鬥三降壓後進入灰儲倉；
步驟5)：灰儲倉中飛灰顆粒依次通過灰循環鎖鬥和飛灰發送罐，在輸送氣的作用下將灰顆粒重新輸送至氣化爐的中心管或氣化爐側面的噴槍一進入氣化爐內再氣化。
優選地，所述灰循環鎖鬥從灰儲倉受灰後加壓向飛灰發送罐送灰，飛灰從灰儲倉常壓狀態轉至加壓狀態送至飛灰發送罐，保障飛灰可連續加壓發送。
優選地，所述第二旋風分離器分離下來的飛灰顆粒平均粒徑為50微米，溫度為950℃；所述高溫廢鍋底灰和除灰器底灰的顆粒平均粒徑為30微米，溫度為500℃。
該裝置內主要循環的顆粒分別來自第一旋風分離器、第二旋風分離器、高溫廢鍋底部排灰和除灰器排灰。
所述飛灰氣提冷卻罐用於將950℃的第二旋風分離器底灰、500℃的高溫廢鍋底灰和200℃的除灰器底灰的混合物進行降溫冷卻至80℃。
所述飛灰儲倉作為三路飛灰冷卻後臨時收集，可保障6～10小時的飛灰連續存儲。
所述的第二旋風分離器根據煤種含灰量不同可採用獨立回料器獨立回料至氣化爐進行二次氣化，實現該部分的顆粒循環回收。
飛灰氣提冷卻罐的設置，或灰鎖鬥、灰儲倉和灰發送罐等設備採用隔熱襯裡，是為了抵抗高溫飛灰高溫。
本發明運行穩定可靠、易於大型化放大、環保節能，相比現有技術，本發明具有如下有益效果：
(1)本發明採用循環流化床氣化系統飛灰再循環氣化，實現全系統飛灰零排放，且採用幹法處理過程，無水耗，無粉塵汙染；
(2)飛灰再循環後系統中飛灰殘碳進一步得到氣化，煤種灰分完全通過底渣形式排出，系統碳轉化率得到較大提高；
(3)飛灰再循環過程採用多條線獨立設置，操作更加靈活，尤其是第二旋風分離器獨立循環回氣化爐的設置，可避免對第一旋風分離器的影響，操作更加簡單。
附圖說明
圖1為實施例1提供的氣固兩相流高溫反應系統顆粒回收裝置的示意圖；
圖2為實施例2提供的氣固兩相流高溫反應系統顆粒回收裝置的示意圖；
圖3為實施例3提供的氣固兩相流高溫反應系統顆粒回收裝置的示意圖。
具體實施方式
為使本發明更明顯易懂，茲以優選實施例，並配合附圖作詳細說明如下。
實施例1
如圖1所示，為本實施例提供的一種氣固兩相流高溫反應系統顆粒回收裝置，其包括氣化爐1，氣化爐1的兩側設有兩個噴槍，氣化爐1上連接有給料腿3、回料腿，氣化爐1底部設有風室風入口6、中心管9、排渣管，排渣管底部為排渣口8，排渣管上設有排渣管風入口7。所述氣化爐1通過第一旋風分離器10、第二旋風分離器11與高溫廢鍋13連接，高溫廢鍋13的下部與對流廢鍋14的頂部連接，高溫廢鍋13、對流廢鍋14的底部均通過灰鎖鬥二17b與灰儲倉19頂部連接，灰儲倉19依次連接灰循環鎖鬥20、飛灰發送罐23，飛灰發送罐23與氣化爐1的中心管9連接；對流廢鍋14的下部與除灰器15的頂部連接，除灰器15的頂部設有粗煤氣出口16，除灰器15的底部通過灰鎖鬥三17c與灰儲倉19的頂部連接。所有的灰鎖鬥均通過飛灰氣提冷卻罐18與灰儲倉19的頂部連接。
氣化爐1、第一旋風分離器10、第二旋風分離器11與高溫廢鍋13之間的連接方式為：氣化爐1的頂部連接第一旋風分離器10，第一旋風分離器10的頂部連接第二旋風分離器11，第二旋風分離器11頂部與高溫廢鍋13的頂部連接，第一旋風分離器10的底部設有集灰鬥一12a，集灰鬥一12a連接回料器一4a，回料器一4a連接氣化爐1的回料腿一5a；第二旋風分離器11的底部設有集灰鬥二12b，集灰鬥二12b通過灰鎖鬥一17a與灰儲倉19的頂部連接。
一種氣固兩相流高溫反應系統顆粒回收方法：
步驟1：粗煤氣夾帶的顆粒首先在第一旋風分離器10分離下來，顆粒直接通過回料器和輸送管路從氣化爐1的側面返回氣化爐；
步驟2：從第一旋風分離器10出來的粗煤氣和夾帶的顆粒進入第二旋風分離器11，在第二旋風分離器11內分離下來的顆粒通過回料器直接回氣化爐1，或通過灰鎖鬥一17a排灰進入灰循環系統；
步驟3：粗煤氣夾帶的灰渣顆粒從第二旋風分離器11出口進入高溫廢鍋13，高溫廢鍋13採用立式布置，部分灰渣顆粒在重力沉降作用下在高溫廢鍋13底部沉積，該部分灰渣顆粒通過灰鎖鬥二17b降壓和飛灰氣提冷卻罐18冷卻後進入灰儲倉19；氣提冷卻氣22從飛灰氣提冷卻罐18底部進入罐體；
步驟4：粗煤氣經過除灰器15除去絕大部分顆粒，使粗煤氣中顆粒含量降至20mg/N·m3以下，除灰器15底部飛灰通過灰鎖鬥三17c降壓和飛灰氣提冷卻罐18冷卻後進入灰儲倉19；
步驟5：灰儲倉19中飛灰顆粒依次通過灰循環鎖鬥20和飛灰發送罐23，在輸送氣21的作用下將灰顆粒重新輸送至氣化爐1的中心管9或氣化爐1側面的噴槍一2a進入氣化爐1內再氣化。灰循環鎖鬥20從灰儲倉19受灰後加壓向飛灰發送罐23送灰，飛灰從灰儲倉19常壓狀態轉至加壓狀態送至飛灰發送罐23，保障飛灰可連續加壓發送。
第二旋風分離器11分離下來的飛灰顆粒平均粒徑為50微米，溫度為950℃；所述高溫廢鍋13底灰和除灰器15底灰的顆粒平均粒徑為30微米，溫度為500℃。
以一套日處理煤量500噸(空幹基)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：0.4MPaG；
操作溫度：1000℃；
氣化劑：富氧35％和水蒸汽；
碎煤燃料粒徑：0～15mm，平均粒徑6mm，總質量佔比50％；
循環飛灰粒徑：0～200μm，平均粒徑65μm，總質量佔比35％，採用過熱水蒸汽輸送；
低渣全部送界區外作為建築材料。
餘熱回收系統富產過熱蒸汽等級：1.6MPa，320℃，約28t/h。
表1
氣化反應出口合成氣主要氣體組成：
CO：22.26；H2：24.13；CH4：3.05；CO2：13.26；H2O：7.97；N2：29.27
合成氣流量：59287Nm3/h；
合成氣溫度：992℃；
水蒸汽消耗：6450kg/h；
氧氣消耗：7526kg/h；
氮氣消耗：19966Nm3/h；
氣化系統碳轉化率：98.5％；
能源利用效率：92％；
飛灰產出：2.07t/h，含殘炭65％具有較高的可燃性，全部送氣化爐，無灰排放。
從以上數據可以得出，採用顆粒回收再氣化後，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於國內外同類技術，碳轉化率高出約5個百分點以上，操作溫度適中，當採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98％以上，產生煤渣可作為建材利用並無害化處理。全餘熱回收系統使熱效率提高10～15％，水耗降到最低，全系統無汙水和廢水排放，實現了超潔淨煤氣化工藝要求。
綜上所述，本發明可適用於為陶瓷、工業窯爐、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汙染的固定床煤氣發生爐裝置。
實施例2
如圖2所示，為本實施例提供的一種氣固兩相流高溫反應系統顆粒回收裝置，其與實施例1的不同之處在於，飛灰發送罐23與氣化爐1的噴槍一2a連接。
實施例3
如圖3所示，為本實施例提供的一種氣固兩相流高溫反應系統顆粒回收裝置，其與實施例1的不同之處在於，氣化爐1、第一旋風分離器10、第二旋風分離器11與高溫廢鍋13之間的連接方式為：氣化爐1的頂部連接第一旋風分離器10，第一旋風分離器10的頂部連接第二旋風分離器11，第二旋風分離器11頂部與高溫廢鍋13的頂部連接，第一旋風分離器10的底部設有集灰鬥一12a，集灰鬥一12a連接回料器一4a，回料器一4a連接氣化爐1的回料腿一5a；第二旋風分離器11的底部設有集灰鬥二12b，集灰鬥二12b連接回料器二4b，回料器二4b連接氣化爐1的回料腿二5b。