循環流化床熱解氣化方法及裝置的製作方法

2023-06-29 22:39:31

專利名稱：循環流化床熱解氣化方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及煤氣化技術領域，特別是 一 種循環流化床熱 解氣化方法及裝置，用於煤、生物質及其它含碳廢棄物的熱 解或氣化。
背景技術：
常用的流化床煤氣化裝置有兩種形式移動床煤氣化室 和鼓泡床煤氣化室。在移動床煤氣化室中，循環灰不易與煤 混合均勻，制約了碳轉化率的提高；此外，氣化室中的半焦 返回燃燒室常採用自流方式，這種方式無法控制物料在氣化 室中的停留時間，影響了碳的轉化率；而常規循環流化床鍋 爐上的返料器也不適用於移動床氣化室，因為半焦的粒徑遠 大於常規循環流化床鍋爐的循環灰粒徑，流化特性也不相同。 鼓泡床氣化室可以方便地控制物料的返料，但由於流化氣速 高於移動床，被揚析夾帶的顆粒大大增加，增大了飛灰含碳 損失，還增加了煤氣中的雜質含量。發明內容本發明目的是提供 一 種循環流化床熱解氣化方法，該方 法可以用於煤、生物質及其它含碳廢棄物的熱解或氣化，生 產煤氣。本發明的目的還在於提供 一 種循環流化床熱解氣化裝 置，該裝置可以用於煤、生物質及其它含碳廢棄物的熱解或 氣化，生產煤氣。本發明的循環流化床熱解氣化方法技術方案是 燃料A在熱解氣化室1中進行熱解或氣化反應，產生煤 氣F和半焦B;半焦B在燃燒室3中燃燒產生的高溫循環灰送入熱解氣化室1，為熱解氣化反應提供熱量；燃燒室3為循環流化床式，底部通入流化氣體C，煙氣E 從燃燒室3上部流入分離器4，從煙氣E中分離出的循環灰 D經循環灰返料器5送入熱解氣化室1;熱解氣化室1中下部通入流化氣體，布風裝置12下方為 移動床，上方為鼓泡流化床，煤氣F從熱解氣化室1上部流 入細灰分離器6，從煤氣F中分離出的細灰G經細灰返料器 7送入燃燒室3中下部燃盡；熱解氣化室1產生的半焦B經設置於該室底部的半焦返 料器2送入燃燒室3下部燃盡。上述燃料A為煤或生物質、其它含碳廢棄物。上述熱解氣化室1內通入的流化氣體為氣化劑，如空氣 或空氣與蒸汽的混合氣體，燃料A在熱解氣化室1內發生氣 化反應；燃燒室3為絕熱式的，其內不設受熱面。上述熱解氣化室1內也可以通入蒸汽或煤氣或二者的混 合氣體，燃料A在熱解氣化室1內發生熱解反應。上述熱解氣化室1產生的半焦B有一部分經半焦返料器2 排出爐外，燃燒室3為絕熱式的，其內不設受熱面。上述從煙氣E中分離出的循環灰D有一部分經循環灰返 料器5送回燃燒室3，燃燒室3內設有受熱面。本發明的循環流化床熱解氣化裝置是循環流化床熱解氣化裝置包括熱解氣化室1、半焦返料器 2、燃燒室3、分離器4、循環灰返料器5、細灰分離器6、細 灰返料器7;熱解氣化室1底部與半焦返料器2相通，半焦 返料器2出口與燃燒室3下部相通，燃燒室3上部與分離器 4相通，分離器4底部與循環灰返料器5相通，循環灰返料 器5出口與熱解氣化室1相通，熱解氣化室1上部與細灰分離器6相通，細灰分離器6底部與細灰返料器7相通，細灰 返料器7出口與燃燒室3相通；熱解氣化室1下部為收縮段11，收縮段11頂部設有布風裝置12，向熱解氣化室1內通 入流化氣體；收縮段11上方的熱解氣化室1上部直段側壁上 設有加料口 14和循環灰返料口 13;半焦返料器2由下降段 21、水平段22、上升段23及出口管24依次連通組成，下降 段21、水平段22和上升段23底部分別通入流量可調的流化 氣體，下降段21與熱解氣化室1底部相通，出口管與燃燒室 3下部連通；細灰分離器6頂部設有煤氣出口管61，所述分 離器4頂部設有煙氣出口管41;燃燒室3底部設有布風裝置 12通入流化氣體，側壁中下部設有細灰返料口 31，側壁下部 設有半焦返料口 32。上述熱解氣化室1收縮段11高度與半焦返料器下降段21 高度之和，與半焦返料器下降段21直徑之比不小於3:1。上述熱解氣化室下部收縮段11為上大下小的倒圓臺形， 錐角小於60° ,下底面直徑與半焦返料器下降段21直徑相 等，上底面所在區域設有向熱解氣化室1內通入流化氣體的 布風裝置12。上述熱解氣化室下部收縮段11也可以為直徑與半焦返料 器下降段21相等的直段；熱解氣化室1上部直段底面、收縮 段11頂部的外圍設有向熱解氣化室1內通入流化氣體的布風 裝置12。本發明的原理是當熱解氣化室內只進行熱解反應時，所需熱量較少，無 需將所有半焦都送回燃燒室燃盡，因此可以排出部分半焦， 冷卻後儲存，作為燃料用於其它裝置；也可以採用一進兩出 式的循環灰返料器，將分離器從煙氣中分離出的部分循環灰 送回燃燒室，燃燒室內布置受熱面，以吸收這部分熱量。當 熱解氣化室內進行氣化反應時，所需熱量較多，則將燃燒室 產生的高溫循環灰全部送入熱解氣化室，同時燃燒室設計為絕熱式，不布置受熱面，以便為氣化反應提供儘可能多的熱熱解氣化室中下部設有布風裝置，其上方為低速鼓泡流 化床，燃料與高溫循環灰摻混完全，產生的煤氣中夾帶的細 顆粒較少；熱解氣化室中下部布風裝置的下方為移動床，延長了物料的停留時間，同時產生的煤氣在截面積較小的收縮 段中還可以起到流化氣體的作用，減少了流化氣體的通入量， 有利於提高煤氣熱值。熱解氣化室內的半焦從其底部通過半焦返料器排出，半 焦返料器下降段與熱解氣化室收縮段高度之和，與半焦返料器下降段直徑之比不小於3:1，以保證有足夠高度的移動床 料柱，使半焦返料器具有良好的物料流率調節特性，可以控 制半焦及循環灰流率，從而控制物料在熱解氣化室內的停留 時間，進而實現對熱解氣化室溫度和煤氣產率的調節。熱解氣化室中產生的半焦送入燃燒室燃盡，可有效提高 煤炭利用率；熱解氣化室產生的煤氣流經細灰分離器分離出 細灰的同時，所含的焦油也會在高溫下裂解，降低了煤氣中 的焦油含量。本發明的特點在於① 可以用於熱解工藝，也可用於氣化工藝；② 熱解氣化室以低速鼓泡床和移動床結合的運行，燃料 與循環灰摻混均勻，在熱解氣化室內停留時間長，氣 化反應完全，產生的煤氣經旋風分離器淨化後輸出， 成分穩定，煤氣熱值高；③ 可以用於熱解或氣化煤、生物質以及其它多種含碳廢 棄物和替代燃料，如生物質、破碎的橡膠、塑料和幹 燥汙泥等；④ 熱解氣化室內產生的半焦送入燃燒室燃盡，可有效提 高燃料利用率。


圖1和圖2為本發明實施例1的示意圖； 圖3為本發明實施例2的示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明作進 一 步的描述 實施例1如圖1所示，生物質在熱解氣化室1中進行熱解反應，產 生熱解煤氣和半焦；半焦在燃燒室3中燃燒產生的高溫循環 灰部分送入熱解氣化室1，為熱解反應提供熱量；另一部分 從循環灰返料器5排出。燃燒室3為循環流化床式，底部通入流化氣體，煙氣從 燃燒室3上部流入分離器4，從煙氣中分離出的循環灰經循環灰返料器5送入熱解氣化室1;熱解氣化室l中下部通入蒸汽，布風裝置12下方為移動床，上方為鼓泡流化床，生物質在熱解氣化室1內發生熱解反應，產生的煤氣從熱解氣化室1上部流入細灰分離器6， 從煤氣中分離出的細灰經細灰返料器7送入燃燒室3中下部 燃盡；產生的半焦經設置於該室底部的半焦返料器2送入燃 燒室3下部燃盡。本發明的循環流化床熱解氣化裝置包括熱解氣化室1、半 焦返料器2、燃燒室3、分離器4、循環灰返料器5、細灰分 離器6、細灰返料器7。熱解氣化室1底部與半焦返料器2相通，半焦返料器2出 口與燃燒室3下部相通，燃燒室3上部與分離器4相通，分 離器4底部與循環灰返料器5相通，循環灰返料器5出口與 熱解氣化室1相通，熱解氣化室1上部與細灰分離器6相通， 細灰分離器6底部與細灰返料器7相通，細灰返料器7出口 與燃燒室3相通。熱解氣化室1下部為上大下小的倒圓臺形收縮段11，錐角為45° ，下底面直徑與半焦返料器下降段21直徑相等， 上底面所在區域設有向熱解氣化室1內通入流化氣體的布風 裝置12。收縮段11上方的熱解氣化室1上部直段側壁上設 有加料口 14和循環灰返料口 13。半焦返料器2由下降段21、水平段22、上升段23及出口 管24依次連通組成，下降段21、水平段22和上升段23底部分別通入流量可調的流化氣體；熱解氣化室1收縮段11高 度與半焦返料器下降段21高度之和，與半焦返料器下降段21直徑之比為5:1;下降段21與熱解氣化室1底部相通，出口 管24與燃燒室3下部連通。細灰分離器6頂部設有煤氣出口管61，分離器4頂部設 有煙氣出口管41;燃燒室3底部設有布風裝置12通入流化 氣體，側壁中下部設有細灰返料口 31，側壁下部設有半焦返 料口 32。半焦返料器2上設有半焦排出口 25，可將部分半焦排出 爐外；燃燒室3為絕熱式的，其內不設受熱面，該方法和裝置同樣可用於煤及其它含碳廢棄物的熱解。類似的，如圖2所示，循環灰返料器5也可以為一進二出 式，有兩個分別與燃燒室3和熱解氣化室1相通的出口 ，將 循環灰一部分送回燃燒室3，另一部分送入熱解氣化室1;燃 燒室3內設有受熱面。此外，該裝置還可與一餘熱鍋爐相連，高溫煙氣從分離 器煙氣出口管41流入餘熱鍋爐，可生產熱水或蒸汽。實施例2如圖3所示，煤在熱解氣化室1中進行氣化反應，產生煤 氣和半焦；半焦在燃燒室3中燃燒產生的高溫循環灰送入熱解氣化室1，為氣化反應提供熱量；燃燒室3為循環流化床式，底部通入流化氣體，煙氣從 燃燒室3上部流入分離器4，從煙氣中分離出的循環灰經循環灰返料器5送入熱解氣化室1;熱解氣化室1中下部通入空氣和蒸汽的混合氣體，布風 裝置12下方為移動床，上方為鼓泡流化床，煤在熱解氣化室 1內發生氣化反應，產生的煤氣從熱解氣化室1上部流入細 灰分離器6，從煤氣中分離出的細灰經細灰返料器7送入燃 燒室3中下部燃盡；產生的半焦經設置於該室底部的半焦返 料器2送入燃燒室3下部燃盡。本發明的循環流化床熱解氣化裝置包括熱解氣化室1、半 焦返料器2、燃燒室3、分離器4、循環灰返料器5、細灰分 離器6、細灰返料器7。熱解氣化室1底部與半焦返料器2相通，半焦返料器2出 口與燃燒室3下部相通，燃燒室3上部與分離器4相通，分 離器4底部與循環灰返料器5相通，循環灰返料器5出口與 熱解氣化室1相通，熱解氣化室1上部與細灰分離器6相通， 細灰分離器6底部與細灰返料器7相通，細灰返料器7出口 與燃燒室3相通。熱解氣化室1下部為直徑與半焦返料器下降段21相等的直段；熱解氣化室l上部直段底面、收縮段ll頂部的外圍設 有向熱解氣化室1內通入流化氣體的布風裝置12。收縮段11 上方的熱解氣化室1上部直段側壁上設有加料口 14和循環灰 返料口 13。半焦返料器2由下降段21、水平段22、上升段23及出口 管24依次連通組成，下降段21、水平段22和上升段23底部分別通入流量可調的流化氣體；熱解氣化室1收縮段11高 度與半焦返料器下降段21高度之和，與半焦返料器下降段21 直徑之比為3:1;下降段21與熱解氣化室1底部相通，出口 管與燃燒室3下部連通。細灰分離器6頂部設有煤氣出口管61，分離器4頂部設 有煙氣出口管41;燃燒室3為絕熱式的，其內不設受熱面， 底部設有布風裝置12通入流化氣體，側壁中下部設有細灰返料口 31，側壁下部設有半焦返料口 32。該方法和裝置同樣可用於生物質及其它含碳廢棄物的氣化。
權利要求
1. 一種循環流化床熱解氣化方法，燃料(A)在熱解氣化室(1)中進行熱解或氣化反應，產生煤氣(F)和半焦(B)；半焦(B)在燃燒室(3)中燃燒產生的高溫循環灰(D)送入熱解氣化室(1)，為熱解氣化反應提供熱量，其特徵在於，a)燃燒室(3)為循環流化床式，底部通入流化氣體(C)，煙氣(E)從燃燒室(3)上部流入分離器(4)，從煙氣(E)中分離出的循環灰(D)經循環灰返料器(5)送入熱解氣化室(1)；b)熱解氣化室(1)中下部通入流化氣體，布風裝置(12)下方為移動床，上方為鼓泡流化床，煤氣(F)從熱解氣化室(1)上部流入細灰分離器(6)，從煤氣(F)中分離出的細灰(G)經細灰返料器(7)送入燃燒室(3)中下部燃盡；c)熱解氣化室(1)產生的半焦(B)經設置於該室底部的半焦返料器(2)送入燃燒室(3)下部燃盡。
2、 按權利要求1所述的循環流化床熱解氣化方法，其 特徵在於，所述的燃料(A)為煤或生物質、其它含碳廢棄
3、 按權利要求1或2所述的循環流化床熱解氣化方法， 其特徵在於，所述的熱解氣化室(1)內通入的流化氣體為氣 化劑，如空氣或空氣與蒸汽的混合氣體，燃料(A)在熱解 氣化室(1)內發生氣化反應；燃燒室(3)為絕熱式的，其 內不設受熱面。
4、 按權利要求1或2所述的循環流化床熱解氣化方法， 其特徵在於，所述的熱解氣化室(1)內通入蒸汽或煤氣或二 者的混合氣體，燃料(A )在熱解氣化室(1 )內發生熱解反應。
5、 按權利要求4所述的循環流化床熱解氣化方法，其 特徵在於，所述的熱解氣化室(1 )產生的半焦(B )有 一 部分經半焦返料器(2 )排出爐外，燃燒室(3 )為絕熱式的， 其內不設受熱面。
6、 按權利要求4所述的循環流化床熱解氣化方法，其 特徵在於，所述的從煙氣中分離出的循環灰(D )有 一 部分 經循環灰返料器(5)送回燃燒室(3),燃燒室(3)內設有 受熱面。
7、 一種循環流化床熱解氣化裝置，其特徵在於a) 包括熱解氣化室(1)、半焦返料器(2)、燃燒室(3)、 分離器(4)、循環灰返料器(5)、細灰分離器(6)、細灰返 料器(7 );熱解氣化室(1 )底部與半焦返料器(2 )相通， 半焦返料器(2)出口與燃燒室(3)下部相通，燃燒室(3) 上部與分離器(4)相通，分離器(4)底部與循環灰返料器(5)相通，循環灰返料器(5)出口與熱解氣化室(1)相通， 熱解氣化室(1)上部與細灰分離器(6)相通，細灰分離器(6 )底部與細灰返料器(7 )相通，細灰返料器(7 )出口與 燃燒室(3)相通；b) 所述的熱解氣化室(1)下部為收縮段(11)，收縮段 (11)頂部設有布風裝置(12)，向熱解氣化室(1)內通入流化氣體；收縮段(11)上方的熱解氣化室(1)上部直段側 壁上設有加料口 (14)和循環灰返料口 (13);c) 所述的半焦返料器(2)由下降段(21)、水平段(22)、 上升段(23)及出口管依次連通組成，下降段(21)、水平段(22)和上升段(23)底部分別通入流量可調的流化氣體， 下降段(21)與熱解氣化室(1)底部相通，出口管與燃燒室 (3)下部連通；d) 所述的細灰分離器(6)頂部設有煤氣出口管(61)， 所述分離器(4)頂部設有煙氣出口管(41);e) 所述的燃燒室(3)底部設有布風裝置(12)通入流化 氣體，側壁中下部設有細灰返料口 (31)，側壁下部設有半焦 返料口 (32)。
8 、按權利要求7所述的循環流化床熱解氣化裝置，其 特徵在於，所述的熱解氣化室(1 )收縮段(11)高度與半焦返料器下降段(21)高度之和，與半焦返料器下降段(21) 直徑之比不小於3:1。
9、 按權利要求7所述的循環流化床熱解氣化裝置，其 特徵在於，所述的熱解氣化室下部收縮段(11)為上大下小 的倒圓臺形，錐角小於60° ，下底面直徑與半焦返料器下降 段(21)直徑相等，上底面所在區域設有向熱解氣化室(1) 內通入流化氣體的布風裝置(12)。
10、 按權利要求7所述的循環流化床熱解氣化裝置， 其特徵在於，所述的熱解氣化室下部收縮段(11)為直徑與 半焦返料器下降段(21)相等的直段；熱解氣化室(1)上部 直段底部、收縮段(11)頂部的外圍設有向熱解氣化室(1) 內通入流化氣體的布風裝置(12)。
11、 按權利要求7所述的循環流化床熱解氣化裝置， 其特徵在於，所述的半焦返料器(2)上設有半焦排放口。
12、 按權利要求7所述的循環流化床熱解氣化裝置， 其特徵在於，所述的循環灰返料器(5)為一進二出式，有兩 個分別與燃燒室(3)和熱解氣化室(1)相通的出口。
全文摘要
一種循環流化床熱解氣化方法及裝置，涉及煤氣化技術，用於煤、生物質及其它多種含碳廢棄物的熱解或氣化。該方法為燃料在熱解氣化室中進行熱解或氣化反應，產生煤氣和半焦；半焦在燃燒室中燃燒產生的高溫循環灰送入熱解氣化室，為熱解氣化反應提供熱量；熱解氣化室產生的半焦經設置於該室底部的半焦返料器送入燃燒室下部燃盡。該裝置包括熱解氣化室、半焦返料器、燃燒室、分離器、循環灰返料器、細灰分離器、細灰返料器；熱解氣化室下部為收縮段，收縮段頂部設有布風裝置，收縮段底部與半焦返料器相通。本發明可以用於熱解工藝，也可用於氣化工藝；產生的煤氣成分穩定，熱值高。
文檔編號C10J3/56GK101220298SQ200710063368
公開日2008年7月16日 申請日期2007年1月10日 優先權日2007年1月10日
發明者包紹麟, 呂清剛, 孫運凱, 李詩媛, 王東宇, 矯維紅, 貟小銀, 軍 賀, 那永潔, 鳴 高 申請人:中國科學院工程熱物理研究所