一種粉煤流態化的氣化方法

2024-01-27 06:20:15

專利名稱：一種粉煤流態化的氣化方法
技術領域：
本發明是一種粉煤的流態化氣化方法。
我國煤炭資源豐富，品種齊全，所以能源供應是以煤炭為主，將煤炭氣化後使用，可比直接燃燒提高燃燒效率10-20%，同時，燃燒煤氣可以減少汙染，便於操作、控制、回收煙氣熱量，節約能源，易於實現生產過程的機械化、自動化。因此，這種方法是舉世公認的煤炭利用的技術發展方向。
各種煤的氣化方法中，以流態化氣化方法具有很多優點，它可以使用近代機械化採煤產生的80%左右的碎煤，亦可使用灰份較高的粉煤。生產過程中，沒有焦油、苯、酚的汙染。該法氣化強度大，適應性強、負荷調節性好，根據中國建築工業出版社出版，盧永昌著的「氣化概論」介紹了溫克勒氣化法，採用空氣和水蒸汽作氣化介質，可得到發熱值為4200-4500KJ/m3的煤氣，若採用氧和水蒸汽時，煤氣發熱值可達10000-11000KJ/m3。氣化介質通過分布板使氣化爐內的粉煤呈沸騰流態化狀態。溫克勒氣化法的缺點主要是煤氣的發熱值低，爐氣出口溫度較高，煤氣中帶出的可燃物高，灰渣中碳含量較高，碳的利用率低。Cogas氣化法是由氣化裝置和燃燒裝置組合構成，是粉煤流化床熱分解與半焦粉流化床氣化的聯合過程，整個過程由煤的預處理、熱分解、油的加氫處理和氣化等四個主要部分組成。在燃燒器內將870℃焦炭粒提高至940℃，氣化器內爐溫控制在900℃，用空氣助燃可得到1900℃的煙氣，它是加熱循環焦炭粉的熱源和循環焦炭粉的提升氣。由於燃燒器在高溫和高壓下液態排渣，技術上難度較大，目前尚未達到工業性應用。
本發明的目的是針對溫克勒氣化法的缺點，採用將整個流化床分為三類區域，還原氣化區、氧化供熱區和殘渣燃盡區，採用預熱空氣和過熱蒸氣來有效地利用煤氣和煙氣的餘熱，採用二級旋風除塵及輸入燃盡區提高碳的利用率和煤氣的發熱值。
本發明粉煤流態化氣化裝置的結構示於附圖
，流化床的氧化供熱區(1)，還原氣化區(2)和殘碳燃盡區(3)。分布板下面分別輸入預熱空氣(4)，過熱蒸汽(5)和常溫空氣(6)。還原氣化區上方集氣室(7)收集產生的煤氣。熱煤氣經過蒸汽過熱器(8)，二段旋風除塵器(9)，文氏除塵器(10)和水箱(11)，可將煤氣冷卻脫水至室溫，而熱煙氣進入重力除塵室(12)，空氣預熱器(13)和餘熱鍋爐(14)，經回收其熱量後排至大氣。粉煤經過煤倉(15)和給料器(16)，首先進入還原氣化區，然後往返於氧化供熱區和還原氣化區，最後進入殘渣燃盡區，充分降低殘渣中碳量，經排渣器(17)連續排至爐外。
本發明粉煤流態化氣化法，在流態化裝置內，粉煤經給料器輸入還原氣化區，經氧化供熱區進入殘碳燃盡區，將預熱空氣通入氧化供熱區，粉煤燃燒放熱向還原氣化區提供熱量，過熱水蒸汽通入還原氣化區生產高溫煤氣，由收集器收集，經過熱器，二級旋風除塵器、文氏除塵器、水冷卻器後，煤氣降至室溫。預熱空氣和常溫空氣進入氧化供熱區和殘碳燃盡區產生高溫煙氣，經重力除塵室、空氣預熱器進入餘熱鍋爐回收餘熱後，排入大氣，殘渣經排渣器排去。
還原氣化區內的氣化反應煤氣中的主要成份為CO、H2、CH4;不可燃成份為CO2、H2O及少量的N2，煤氣冷卻過程除去H2O和CO2。
氧化供熱區內，進行低含氧量的燃燒反應
煙氣中主要成份為不可燃成份CO2、N2及少量的可燃成份CO，由於流化床內摻混作用，還原氣化區內少量的CO、H2、CH4可燃成份，經殘碳燃盡區時，與過剩氧的作用全部轉為CO2和H2O。
殘碳燃盡區內，進行過氧燃燒反應排出的煙氣全部為不可燃成份CO2、H2O，N2。
本發明選用粉煤粒度＜8mm，粉煤首先進入還原氣化區脫除煤的揮發分，增加了煤氣的發熱值。充分利用流化狀態傳遞熱量，往返於氧化供熱區和還原氣化區，最後進入殘碳燃盡區，粉煤含碳量達25%以上，經充分燃燒後，將碳降至2%以下，其剩餘灰渣由排渣口連續排出。空氣預熱溫度大於300℃，蒸汽過熱溫度大於300℃分別輸入氧化供熱區和還原氣化區，未預熱的空氣輸入殘碳燃盡區，其空床速度應≥1.2倍的臨界流化速度。
根據煤的種類，流化床內溫度控制在800°-1100℃，粉煤的流化層高度和床層寬度之比小於0.5，分布板開孔率小於5%，且具有15度的傾斜角的直孔分布板。還原氣化區、氧化供熱區和殘碳燃盡區的比例隨煤的種類變化。粉煤內添加附加物或催化劑，可調節溫度，粉煤內加入石灰石，可採用含硫較高的粉煤。
本發明粉煤流態化氣化方法，在採用無煙煤發熱量為25000KJ/kg時，還原氣化區、氧化供熱區和殘碳燃盡區之比為4∶4∶2～5∶3∶2，粉煤量500～1000kg/m3，粒度為1～8mm，分布板開孔率小於5%，空管速度≥1.2倍臨界流化速度。在還原氣化區和氧化供熱區渣中含碳量≥25%，在殘碳燃盡區的渣中含碳量應小於2%，空氣和蒸汽過熱溫度＞300℃，爐溫控制在800～1100℃，料層高度與床寬之比小於0.5，粉煤先輸入還原氣化區內，經二級旋風除塵器回收的飛灰進入氧化供熱區，這時氣化效率大於65%，碳的利用率大於90%。
本發明可使用無煙煤、煙煤，甚至劣質煤。在常壓的條件下，輸入空氣，也可生產出發熱值6500～8500KJ/m3的煤氣，煤氣不含焦油、苯、酚等成份，氣化率大於65%，碳的利用率大於90%。氣化爐內結構簡單，易於操作，維修方便，負荷變動範圍大，適應性強是一種適合於工業爐用燃氣的煤氣生產方法。
權利要求
1.一種粉煤流態化氣化方法，在流化裝置內，採用空氣、水蒸汽通過分布板流化粉煤，造氣，其特徵在於將流化裝置分成氧化供熱區，還原氣化區和殘碳燃盡區，粉煤經給煤器輸入還原氣化區，再經氧化供熱區進入殘碳燃盡區。預熱空氣輸入氧化供熱區，與粉煤燃燒向還原氣化區提供熱量，過熱蒸汽通過還原氣化區反應產生高溫煤氣，由收集器收集後，經過過熱器、二級旋風除塵器、文氏管除塵器、水冷卻器後，煤氣降至室溫。氧化供熱區和殘碳燃盡區產生的高溫煙氣，經重力除塵室、空氣預熱器輸入餘熱鍋爐回收熱量後，排入大氣，殘渣由排渣口排出。
2.根據權利要求1所述的氣化方法，其特徵在於粉煤粒度＜8mm，粉煤首先進入還原氣化區，脫除煤的揮發分，增加煤的發熱值，利用流態化狀態傳遞熱量，粉煤經二級旋風除塵後，送入氧化供熱區，最後進入殘碳燃盡區，此時，粉煤殘渣含炭量為25%以上，再經充分燃燒，將碳降至2%以下，其灰渣由排渣口連續排出。
3.根據權利要求1所述的氣化方法，其特徵在於空氣預熱溫度大於300℃，蒸汽過熱度大於300℃，將其分別輸入氧化供熱區和還原氣化區，常溫空氣輸入殘碳燃盡區，其空床速度應≥1.2倍的臨界流化速度。
4.根據權利要求1所述的氣化方法，其特徵在於床內溫度，根據煤的種類控制在800～1100℃。採用粉煤內添加附加物或催化劑來調節溫度，粉煤內加入石灰石時，可選用含碳較高的粉煤。
5.根據權利要求1所述氣化方法，其特徵在於粉煤流化層高度與床層寬度之比＜0.5，分布板開孔率＜5%，且具有15度的傾斜角的直孔分布板。
6.根據權利要求1所述氣化方法，其特徵在於流化床包括兩個以上氧化供熱區、還原氣化區和殘碳燃盡區，根據所用煤的種類可以選擇三個區域的比例不同，無煙煤的發熱值為25000KJ/kg時，三個區域的比例為4∶4∶2～5∶3∶2。
全文摘要
本發明是一種粉煤流態化氣化方法，它利用粉煤分區流化，以空氣和蒸汽為流化介質，將均勻分布的流態化床分成兩個以上的還原氣化區，氧化供熱區和殘渣燃盡區，實現分區氣化，富集煤氣中的可燃成份，再經旋風除塵器和文氏除塵器，冷卻後得到室溫狀態的煤氣。該法使用煤種廣泛，常壓條件下，輸入空氣和蒸汽，可得到完全滿足工業爐窯供熱要求的煤氣。提高碳的利用率、提高生產率是一種生產價廉的煤氣和操作維修方便的煤氣生產方法。
文檔編號C10J3/54GK1031103SQ87105200
公開日1989年2月15日 申請日期1987年7月31日 優先權日1987年7月31日
發明者蒼大強, 張先擢, 倪學梓, 畢雲江, 尹丹模, 戚以新, 吳懋林, 張洪, 郭峰, 馮旭, 劉學虞, 蔣才保, 張建國, 鄒寅元, 鄧莫萍, 何新華, 王世佩, 張赤 申請人:北京鋼鐵學院, 江蘇常熟市常熟噴嘴廠, 機械工業委員會第五設計研究院