固體燃料分級氣化-燃燒雙床多聯產系統與方法

2023-06-03 00:29:41 2

固體燃料分級氣化-燃燒雙床多聯產系統與方法
【專利摘要】本發明公開了固體燃料分級氣化-燃料雙床多聯產系統，包括燃燒系統、氣化系統、合成氣冷卻淨化系統和合成氣甲烷化系統，燃燒系統通過循環回料系統與氣化系統關聯。燃燒系統主要採用循環流化床燃燒方式，氣化系統採用流化床不完全氣化方法，產生的半焦回燃燒系統再利用，合成氣淨化冷卻單元採用水循環和可燃物再循環利用，在甲烷化單元中副產的CO2和水蒸汽在系統可實現循環利用，使系統內能量利用效率實現最大化。
【專利說明】固體燃料分級氣化-燃燒雙床多聯產系統與方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種固體燃料分級氣化-燃料雙床多聯產系統與方法，屬於多聯產【技術領域】。
【背景技術】
[0002]以煤炭資源替代部分油、氣資源，是我國經濟建設可持續發展的必由之路。我國能源結構的特點決定了尋求油、氣的替代能源是我國經濟發展與能源戰略安全的長遠戰略。現代煤化工技術發展以潔淨煤利用為前提，正在以煤為原料朝著多元化利用為目標方向發展。
[0003]煤基多聯產技術，按照現有技術應用情況可分為兩類，一類是以氣化技術為龍頭技術，產品以合成氣為主，可副產部分中低壓蒸汽，該系統可實現合成氣用於燃氣輪機發電、蒸汽輪機發電、合成氣轉化成化工原料合成化學品，以及實現區域供暖等功能的多聯產系統，從技術分類的角度可劃分為氣流床煤氣化技術、固定床煤氣化技術和流化床煤氣化技術為核心的煤基多聯產技術，如中國山東兗礦集團建設的我國首座60MW級IGCC發電和24萬噸甲醇/年示範工程 即以華東理工大學等開發的氣流床煤氣化技術為基礎。另外一種技術是基於燃燒發電的煤基多聯產技術，聯合熱解爐實現發電、合成氣、煤焦油等為主要產品的多聯產系統，如中國專利CN200910153522和CN201210064139等，具有代表性的技術為浙江大學等開發的煤基發電-熱解多聯產技術，該技術在國內已建成了 300MW等級燃煤循環流化床複合熱解多聯產裝置，並投入試運行。以循環流化床鍋爐為基礎集成化工反應系統實現的多聯產技術相對投資低、技術可靠，但必須充分發揮熱電和化工兩個不同專業方向各自的技術優勢，將其最佳融合和集成，才能實現多聯產系統的高效、穩定和經濟運行。目前已投運的循環流化床-熱解多聯產技術存在熱解後焦油難分離，導致管道、閥門系統堵塞和腐蝕等問題，熱解系統過分依賴鍋爐系統提供的熱量，負荷受限，使系統可靠性和穩定性收嚴重影響。。

【發明內容】

[0004]本發明的目的是提供一種易於執行大型化放大、運行穩定可靠的多聯產系統，同時兼顧發電、供暖和煤化工生產的多聯產技術。
[0005]為了解決上述技術問題，本發明的一個技術方案是提供了一種固體燃料分級氣化-燃燒雙床多聯產系統，其特徵在於:包括循環流化床燃燒鍋爐、循環流化床氣化鍋爐、合成氣淨化單元及甲烷化單元:
[0006]在循環流化床燃燒鍋爐底部設有燃燒爐下渣口及燃燒爐流化風入口，流化風進入燃燒爐流化風入口後經由燃燒爐布風單元與循環流化床燃燒鍋爐相通，燃料中的一部分通過燃燒爐燃料給料口進入循環流化床燃燒鍋爐內，燃燒產生的煙氣經由煙風道進入至少一級燃燒爐旋風分離單元，分離後的煙氣直接排出，分離下來的灰渣顆粒通過燃燒爐回料腿送回循環流化床燃燒鍋爐內，燃燒過程中產生的熱量被用於產生燃燒爐水蒸汽，燃燒爐水蒸汽用於外供及向循環流化床氣化鍋爐供應；
[0007]在循環流化床氣化鍋爐底部設有半焦出口及氣化爐流化風入口，氣化所需的氣化劑被送入進入氣化爐流化風入口後經由氣化爐布風單元與循環流化床氣化鍋爐相通，氣化劑中的水蒸汽來自燃燒爐水蒸汽和/或甲烷化單元產生的水蒸汽，二氧化碳來自甲烷化單元產生的二氧化碳，燃料中的另一部分通過氣化爐燃料給料口進入循環流化床氣化鍋爐內，氣化產生的半焦自半焦出口排出後送入燃燒爐燃料給料口，合成氣則自循環流化床氣化鍋爐頂部的合成氣出口進入至少一級氣化爐旋風分離單元，分離後的合成氣被送入合成氣淨化單元，分離下來的灰渣顆粒則通過氣化爐回料腿送回循環流化床氣化鍋爐內和/或送至燃燒爐燃料給料口:
[0008]合成氣淨化單元，對合成氣進行初步洗滌除塵，並利用水為冷卻介質採用熱交換方式對合成氣進行冷卻後送至甲烷化單元，對冷卻過程中產生的至少部分汙水進行油水分離，分離得到的雜質或送至燃燒爐燃料給料口，或送至氣化爐燃料給料口，或為副產品進行深加工；
[0009]甲烷化單元，利用低溫甲醇洗過程及甲烷化過程將送入的合成氣製成為合成天然氣，將低溫甲醇洗過程產生的二氧化碳送至氣化爐流化風入口，甲烷化過程副產的水蒸汽或送至氣化爐流化風入口，或補充甲烷化單元自身所需水蒸汽，或外排作為其他用途。
[0010]優選地，所述氣化爐旋風分離單元採用由一級旋風分離器及二級旋風分離器組成的二級旋風分離結構，一級旋風分離器分離下來的灰渣顆粒通過所述氣化爐回料腿送回所述循環流化床氣化鍋 爐內，二級旋風分離器分離下來的灰渣顆粒送至所述燃燒爐燃料給料□。
[0011]優選地，在所述循環流化床氣化鍋爐上還設有側氣化劑給入口，側氣化劑給入口位於所述氣化爐流化風入口的上方，氧氣及水蒸汽被送入該側氣化劑給入口。
[0012]優選地，所述合成氣淨化單元對所述合成氣進行冷卻過程中產生的水蒸汽被引入所述氣化爐流化風入口。
[0013]優選地，所述合成氣淨化單元包括洗滌冷卻器、廢熱鍋爐、冷卻單元、第一油水分離器、第二油水分離器及汙水澄清罐，合成氣出所述氣化爐旋風分離單元後或被送入洗滌冷卻器，或被送入廢熱鍋爐；
[0014]當合成氣被送入洗滌冷卻器時，洗滌冷卻器、廢熱鍋爐及冷卻單元依次級聯，由洗滌冷卻器對送入的合成氣初步洗滌除塵和降溫後進入廢熱鍋爐，廢熱鍋爐還同步通入除鹽水，除鹽水在廢熱鍋爐內與合成氣換熱後作為洗滌/冷卻水被引入洗滌冷卻器中，換熱後的合成氣再進入冷卻單元，冷卻單元還同步接入自汙水澄清罐送出的作為冷卻介質的上清液，合成氣出冷卻單元後被送入所述甲烷化單元；廢熱鍋爐及冷卻單元在換熱過程中產生的汙水分別通過各自的管路與第一油水分離器及第二油水分離器相連，第一油水分離器、第二油水分離器及汙水澄清罐依次級聯，部分汙水經過第一油水分離器分離後作為洗滌/冷卻水被引入洗滌冷卻器中，第一油水分離器及第二油水分離器分離得到的雜質或送至燃燒爐燃料給料口，或送至氣化爐燃料給料口，或為副產品進行深加工，部分汙水經過第一油水分離器及第二油水分離器後被汙水澄清罐收集，汙水澄清罐初步處理後的上清液送至冷卻單元，得到的沉積物送界區外處理，剩餘送至界區外進行汙水處理；
[0015]當合成氣被送入廢熱鍋爐時，廢熱鍋爐、洗滌冷卻器及冷卻單元依次級聯，廢熱鍋爐同步通入除鹽水及來自所述氣化爐旋風分離單元的合成氣，除鹽水在廢熱鍋爐內與合成氣換熱後形成水蒸汽，該水蒸汽作為氣化劑被送入所述氣化爐流化風入口，換熱後的合成氣送入洗滌冷卻器內，由洗滌冷卻器對送入的合成氣初步洗滌除塵和降溫後進入冷卻單元，冷卻單元還同步接入自汙水澄清罐送出的作為冷卻介質的上清液，合成氣出冷卻單元後被送入所述甲烷化單元；洗滌冷卻器及冷卻單元在換熱過程中產生的汙水分別通過各自的管路與第一油水分離器及第二油水分離器相連，第一油水分離器、第二油水分離器及汙水澄清罐依次級聯，部分汙水經過第一油水分離器分離後作為洗滌/冷卻水被引入洗滌冷卻器中，第一油水分離器及第二油水分離器分離得到的雜質或送至燃燒爐燃料給料口，或送至氣化爐燃料給料口，或為副產品進行深加工，部分汙水經過第一油水分離器及第二油水分離器後被汙水澄清罐收集，汙水澄清罐初步處理後的上清液送至冷卻單元，得到的沉積物送界區外處理，剩餘送至界區外進行汙水處理。
[0016]優選地，當合成氣被送入洗滌冷卻器時，所述廢熱鍋爐經由換熱器與所述第一油水分離器相連。
[0017]優選地，當合成氣被送入洗滌冷卻器時，合成氣經所述洗滌冷卻器後出口溫度為150°C~250°C ;經所述廢熱鍋爐後出口溫度為120°C~180°C ;經所述冷卻單元後出口溫度為 25°C~45°C。[0018]優選地，所述甲烷化單元包括依次級聯的變換反應單元、低溫甲醇洗單元及甲烷化單元，合成氣依次經過變換反應單元、低溫甲醇洗單元及甲烷化單元後形成合成天然氣，低溫甲醇洗單元產生的二氧化碳送至所述氣化爐流化風入口，甲烷化單元副產的水蒸汽或送至所述氣化爐流化風入口，或補充所述變換反應單元自身所需水蒸汽，或外排作為其他用途。
[0019]本發明的另一個技術方案是提供了一種使用上述的固體燃料分級氣化-燃料雙床多聯產系統的多聯產方法，其特徵在於，包括以下步驟:
[0020]步驟I):將燃料一分為二，一部分送入燃燒爐燃料給料口，一部分投入氣化爐燃料給料口，燃料在循環流化床燃燒鍋爐內燃燒產生的渣從燃燒爐下渣口排出，產生的煙氣從頂部排出，煙氣中夾帶的部分顆粒物通過燃燒爐旋風分離單元分離後通過燃燒爐回料腿回循環流化床燃燒鍋爐進一步燃燒，循環流化床燃燒鍋爐產生的水蒸汽用於發電、供暖和其他用途，循環流化床燃燒鍋爐採用空氣作為流化風和氧化劑；
[0021]步驟2):循環流化床氣化鍋爐氣化產生的半焦從半焦出口排出，被送回循環流化床燃燒鍋爐進一步燃燒利用，合成氣則從頂部排出，合成氣中夾帶有部分顆粒物，通過氣化爐旋風分離單元後收集顆粒物，顆粒物可通過氣化爐回料腿回循環流化床氣化鍋爐進一步氣化利用或返回循環流化床燃燒鍋爐燃燒利用；
[0022]步驟3):由合成氣淨化單元對合成氣進行初步洗滌除塵，並利用水為冷卻介質採用熱交換方式對合成氣進行冷卻後送至甲烷化單元，對冷卻過程中產生的至少部分汙水進行油水分離，分離得到的雜質或送至燃燒爐燃料給料口，或送至氣化爐燃料給料口，或為副廣品進彳丁深加工；
[0023]步驟4):由甲烷化單元利用低溫甲醇洗過程及甲烷化過程將送入的合成氣製成為合成天然氣，將低溫甲醇洗過程產生的二氧化碳送至氣化爐流化風入口，甲烷化過程副產的水蒸汽或送至氣化爐流化風入口，或補充甲烷化單元自身所需水蒸汽，或外排作為其他用途。
[0024]優選地，步驟2)中所述循環流化床氣化鍋爐的操作壓力為O~8.0MPa,合成氣出口的溫度達到650°C~1050°C。
[0025]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，本發明還具有如下有益效果:
[0026]第一、採用雙流化床組合實現燃燒、氣化的有機結合，可對煤炭等固體燃料實現分級利用，同時副產電、熱、氣和油燈多種環保產品，屬於多元化利用的清潔燃煤技術；
[0027]第二、利用氣化爐還原性氣氛下很難實現燃料完全燃燒的特性，解放氣化效率的束縛，將未氣化完全的殘炭回爐至流化床燃燒爐燃燒，可使系統燃料實現徹底的利用，碳轉化率遠遠高於本【技術領域】其他氣化技術；
[0028]第三、將氣化與電站鍋爐、化工合成相結合，利用電站鍋爐產汽、甲烷化過程產汽，以及低溫甲醇洗過程產CO2的特性，將水蒸汽與CO2混合氧氣作為氣化爐的氣化劑回爐，大大提聞了副廣物的利用效率；
[0029]第四、流化床氣化過程相比於熱解過程問題提高，焦油產量大大降低，少量合成氣夾帶的焦油經初步分離可作為流化床伴燒燃料回爐燃燒，也可作為焦油原料出售，解決了熱解過程大量焦油給合成氣處理系統帶來的沉重負擔，系統黑水採用內部循環，水資源利用效率高。 [0030]本發明適合於富煤缺水的西部地區發展煤基熱電氣多聯產，並具有大規模放大和推廣應用前景。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]圖1為一種氣化爐側面不設置氣化劑給入口的固體燃料分級氣化-燃料雙床多聯廣系統不意圖；
[0032]圖2為一種氣化爐側面設置氣化劑給入口的固體燃料分級氣化-燃料雙床多聯產系統不意圖；
[0033]圖3為一種餘熱回收式固體燃料分級氣化-燃料雙床多聯產系統示意圖。
【具體實施方式】
[0034]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。
[0035]實施例1
[0036]如圖1所示，本實施例公開的一種固體燃料分級氣化-燃燒雙床多聯產系統，包括循環流化床燃燒鍋爐1、循環流化床氣化鍋爐2、合成氣淨化單元及甲烷化單元。
[0037]燃料(在本實施例中，燃料為煤、煤矸石、石油焦、生物質等含碳固體燃料的一種或其混合物)主要被分為兩部分給入，從燃燒爐燃料給料口 4a和氣化爐燃料給料口 4b分別給入循環流化床燃燒鍋爐I和循環流化床氣化鍋爐2。循環流化床燃燒鍋爐I燃燒燃料所需的氧化劑從燃燒爐流化風入口 5進入燃燒爐布風單元6a後進入循環流化床燃燒鍋爐
I。燃料燃燒過程產生的灰渣從燃燒爐下渣口 7排出，燃燒產生的煙氣則從煙風道8進入旋風分離器3a後從其頂部9排出，被分離下來的灰渣顆粒則通過燃燒爐回料腿IOa回入循環流化床燃燒鍋爐I中，燃燒過程產生的熱量被用於產生燃燒爐水蒸汽46a，燃燒爐水蒸汽46a可用於供暖46b、發電47和經由管路46c輸往循環流化床氣化鍋爐2。
[0038]循環流化床氣化鍋爐2的氣化所需的氣化劑來自經由管路46c送來的燃燒爐水蒸汽46a和來自甲烷化單元的水蒸汽44，氧氣則來自界區外51，二氧化碳53來自甲烷化單元。氣化劑經氣化爐流化風入口 IlaUlb及氣化爐布風單元6b進入循環流化床氣化鍋爐2，氣化產生的半焦從半焦出口 49排出，合成氣從合成氣出口 13經過一級旋風分離器3b和二級旋風分離器3c分離後進入合成氣冷卻淨化單元，一級旋風分離器3b和二級旋風分離器3c之間連接有合成氣導流管14，二級旋風分離器3c與合成氣冷卻淨化單元之間則連接有合成氣管路15。一級旋風分離器3b分離下來的灰渣顆粒通過氣化爐回料腿IOb送回循環流化床氣化鍋爐2內，二級旋風分離器3c分離下來的灰渣顆粒經由集渣鬥12收集後送至燃燒爐燃料給料口 4a或氣化爐燃料給料口 4b。
[0039]合成氣淨化單元包括洗滌冷卻器16、廢熱鍋爐19、冷卻單元22、第一油水分離器25、第二油水分離器26及汙水澄清罐36。在本實施例中，洗滌冷卻器16、廢熱鍋爐19及冷卻單元22通過合成氣管路18、21依次級聯，冷卻單元22通過合成氣管路23連接甲烷化單
[0040]合成氣首先進入洗滌冷卻器16，經過初步洗滌除塵和降溫後進入廢熱鍋爐19，洗滌冷卻器16產生的廢水48則排出，廢熱鍋爐19同步通入除鹽水，除鹽水吸收合成氣的部分預熱後經由循環水管路17作為洗滌/冷卻水接至洗滌冷卻器16。合成氣的部分預熱被除鹽水回收後進入冷卻單元22。冷卻單元22可設置I~3級分級冷卻。廢熱鍋爐19及冷卻單元22在換熱過程中產生的汙水則分別通過各自冷凝管24被送至第一油水分離器25、第二油水分離器26，在廢熱鍋爐19與第一油水分離器25之間的冷凝管上還設置了一個換熱器20。第一油水分 離器25、第二油水分離器26及汙水澄清罐36則依次通過汙水管路34、35級聯，部分汙水經由第一油水分離器25進行油水分離後，通過循環水管路27送至洗滌冷卻器16，由第一油水分離器25及第二油水分離器26分離焦油等雜質後產生的雜質28、29為部分可燃物質，其可燃組分含量可達到5% wt-40% wt，其通過循環迴路30、33經系統燃料混合迴路50回循環流化床燃燒鍋爐I或循環流化床氣化鍋爐2再利用，或作為副產品送深加工31、32。汙水澄清罐36收集的汙水經過初步處理後，產生的上清液38通過循環迴路38回冷卻單元22，部分到界區外進行汙水處理52，剩餘沉積物37送界區外處理。合成氣經洗滌冷卻器16後出口溫度為150°C~250°C ;經廢熱鍋爐19後出口溫度為120°C~1800C ;經冷卻單元22後出口溫度為25°C~45°C。
[0041]合成氣經合成氣淨化單元的降溫除塵等處理後進入甲烷化單元。在本實施例中，甲烷化單元包括依次級聯的變換反應單元39、低溫甲醇洗單元41及甲烷化單元43。變換反應單元39、低溫甲醇洗單元41及甲烷化單元43之間分別通過合成氣管路40、42相連。合成氣經過低溫甲醇洗過程及甲烷化過程後最終得到合格的人造天然氣45。其中低溫甲醇洗單元41在低溫甲醇洗過程中產生二氧化碳53可送循環流化床氣化鍋爐2作為氣化劑，也可作為產品用於深加工54，甲烷化單元43在甲烷化過程中副產的水蒸汽44可送循環流化床氣化鍋爐2作為氣化劑或作為其他用途。
[0042]實施例2
[0043]如圖2所示，本實施例公開的一種固體燃料分級氣化-燃燒雙床多聯產系統與實施例I的區別在於，本實施例根據氣化負荷和煤種的需求，在循環流化床氣化鍋爐2側面設置側氣化劑給入口 11c、lld，氧氣及水蒸汽被送入該側氣化劑給入口 11c、lld，增強氣化強度，加速氣化過程產生的焦油分解，提高系統產氣率。
[0044]其他結構同實施例1。
[0045]實施例3
[0046]如圖3所示，本實施例與實施例1的區別在於:
[0047]第一、廢熱鍋爐19、洗滌冷卻器16及冷卻單元22依次級聯，廢熱鍋爐19同步通入除鹽水55及來自二級旋風分離器3c的合成氣，除鹽水55在廢熱鍋爐19內與合成氣換熱後形成水蒸汽，該水蒸汽作為氣化劑被送入氣化爐流化風入口 lla、llb，換熱後的合成氣送入洗滌冷卻器16內，由洗滌冷卻器16對送入的合成氣初步洗滌除塵和降溫後進入冷卻單元22。洗滌冷卻器16在換熱過程中產生的汙水通過冷凝管24與第一油水分離器25相連。部分汙水經過第一油水分離器25分離後作為洗滌/冷卻水經過循環水管路57被引入洗漆冷卻器16中。
[0048]第二、在甲烷化單元中，變換反應單元39需要水蒸汽，由甲烷化單元43在甲烷化過程中副產的水蒸汽44通過管路58送入變換反應單元39。[0049]其他結構同實施例1。
[0050]本發明還提供一種採用上述實施例1至4中任意一種固體燃料分級氣化-燃燒雙床多聯產系統的多聯產方法，其特徵在於，包括以下步驟:
[0051]步驟I):將燃料一分為二，一部分送入燃燒爐燃料給料口 4a，一部分投入氣化爐燃料給料口 4b，燃料在循環流化床燃燒鍋爐I內燃燒產生的渣從燃燒爐下渣口 7排出，產生的煙氣從頂部排出，煙氣中夾帶的部分顆粒物通過燃燒爐旋風分離單元分離後通過燃燒爐回料腿IOa回循環流化床燃燒鍋爐I進一步燃燒，循環流化床燃燒鍋爐I產生的水蒸汽用於發電、供暖和其他用途，循環流化床燃燒鍋爐I採用空氣作為流化風和氧化劑；
[0052]步驟2):循環流化床氣化鍋爐2氣化產生的半焦從半焦出口 49排出，被送回循環流化床燃燒鍋爐I進一步燃燒利用，合成氣則從頂部排出，合成氣中夾帶有部分顆粒物，通過氣化爐旋風分離單元後收集顆粒物，顆粒物可通過氣化爐回料腿IOb回循環流化床氣化鍋爐2進一步氣化利用或返回循環流化床燃燒鍋爐I燃燒利用；循環流化床氣化鍋爐2可設為常壓或者加壓系統，其操作壓力為O~8.0MPa，合成氣出口的溫度達到650°C~1050 O。
[0053]步驟3):由合成氣淨化單元對合成氣進行初步洗滌除塵，並利用水為冷卻介質採用熱交換方式對合成氣進行冷卻後送至甲烷化單元，對冷卻過程中產生的至少部分汙水進行油水分離，分離得到的雜質或送至燃燒爐燃料給料口 4a，或送至氣化爐燃料給料口 4b，或為副產品進行深加工；
[0054]步驟4):由甲烷化單元利用低溫甲醇洗過程及甲烷化過程將送入的合成氣製成為合成天然氣，天然氣中CH4含量達到96%以上，將低溫甲醇洗過程產生的二氧化碳送至氣化爐流化風入口 lla、llb，甲烷化過程副產的水蒸汽44或送至氣化爐流化風入口 11a、11b，或補充甲烷化單元自身所需水蒸汽，或外排作為其他用途。
【權利要求】
1.一種固體燃料分級氣化-燃燒雙床多聯產系統，其特徵在於:包括循環流化床燃燒鍋爐(I)、循環流化床氣化鍋爐(2)、合成氣淨化單元及甲烷化單元: 在循環流化床燃燒鍋爐(I)底部設有燃燒爐下渣口(7)及燃燒爐流化風入口(5)，流化風進入燃燒爐流化風入口(5)後經由燃燒爐布風單元^a)與循環流化床燃燒鍋爐(I)相通，燃料中的一部分通過燃燒爐燃料給料口(4a)進入循環流化床燃燒鍋爐(I)內，燃燒產生的煙氣經由煙風道(8)進入至少一級燃燒爐旋風分離單元，分離後的煙氣直接排出，分離下來的灰渣顆粒通過燃燒爐回料腿(IOa)送回循環流化床燃燒鍋爐(I)內，燃燒過程中產生的熱量被用於產生燃燒爐水蒸汽(46a)，燃燒爐水蒸汽(46a)用於外供及向循環流化床氣化鍋爐(2)供應； 在循環流化床氣化鍋爐(2)底部設有半焦出口(49)及氣化爐流化風入口(lla、llb)，氣化所需的氣化劑被送入進入氣化爐流化風入口(IlaUlb)後經由氣化爐布風單元(6b)與循環流化床氣化鍋爐(2)相通，氣化劑中的水蒸汽自燃燒爐水蒸汽(46a)和/或甲烷化單元產生的水蒸汽(44)，二氧化碳來自甲烷化單元產生的二氧化碳(53)，燃料中的另一部分通過氣化爐燃料給料口(4b)進入循環流化床氣化鍋爐(2)內，氣化產生的半焦自半焦出口(49)排出後送入燃燒爐燃料給料口(4a)，合成氣則自循環流化床氣化鍋爐(2)頂部的合成氣出口(13)進入至少一級氣化爐旋風分離單元，分離後的合成氣被送入合成氣淨化單元，分離下來的灰渣顆粒則通過氣化爐回料腿(IOb)送回循環流化床氣化鍋爐(2)內和/或送至燃燒爐燃料給料口(4a)； 合成氣淨化單元，對合成氣進行初步洗滌除塵，並利用水為冷卻介質採用熱交換方式對合成氣進行冷卻後送至甲烷化單元，對冷卻過程中產生的至少部分汙水進行油水分離，分離得到的雜質或送至燃燒爐燃料給料口(4a)，或送至氣化爐燃料給料口(4b)，或為副產品進行深加工； 甲烷化單元，利用低溫甲醇洗過程及甲烷化過程將送入的合成氣製成為合成天然氣，將低溫甲醇洗過程產生的二氧化碳送至氣化爐流化風入口(lla、llb)，甲烷化過程副產的水蒸汽(44)或送至氣化爐流化風入口(lla、llb)，或補充甲烷化單元自身所需水蒸汽，或外排作為其他用途。
2.如權利要求1所述的一種固體燃料分級氣化-燃燒雙床多聯產系統，其特徵在於:所述氣化爐旋風分離單元採用由一級旋風分離器(3b)及二級旋風分離器(3c)組成的二級旋風分離結構，一級旋風分離器(3b)分離下來的灰渣顆粒通過所述氣化爐回料腿(IOb)送回所述循環流化床氣化鍋爐(2)內，二級旋風分離器(3c)分離下來的灰渣顆粒送至所述燃燒爐燃料給料口(4a)。
3.如權利要求1所述的一種固體燃料分級氣化-燃燒雙床多聯產系統，其特徵在於:在所述循環流化床氣化鍋爐(2)上還設有側氣化劑給入口(Ilc、IId)，側氣化劑給入口(llc、lld)位於所述氣化爐流化風入口(lla、llb)的上方,氧氣及水蒸汽被送入該側氣化劑給入口(IlcUld)。
4.如權利要求1所述 的一種固體燃料分級氣化-燃燒雙床多聯產系統，其特徵在於:所述合成氣淨化單元對所述合成氣進行冷卻過程中產生的水蒸汽被引入所述氣化爐流化風入口 (IlaUlb) ο
5.如權利要求1所述的一種固體燃料分級氣化-燃燒雙床多聯產系統，其特徵在於:所述合成氣淨化單元包括洗滌冷卻器(16)、廢熱鍋爐(19)、冷卻單元(22)、第一油水分離器(25)、第二油水分離器(26)及汙水澄清罐(36)，合成氣出所述氣化爐旋風分離單元後或被送入洗滌冷卻器(16)，或被送入廢熱鍋爐(19)；當合成氣被送入洗滌冷卻器(16)時，洗滌冷卻器(16)、廢熱鍋爐(19)及冷卻單元(22)依次級聯，由洗滌冷卻器(16)對送入的合成氣初步洗滌除塵和降溫後進入廢熱鍋爐(19)，廢熱鍋爐(19)還同步通入除鹽水(55)，除鹽水(55)在廢熱鍋爐(19)內與合成氣換熱後作為洗滌/冷卻水被引入洗滌冷卻器(16)中，換熱後的合成氣再進入冷卻單元(22)，冷卻單元(22)還同步接入自汙水澄清罐(36)送出的作為冷卻介質的上清液(38)，合成氣出冷卻單元(22)後被送入所述甲烷化單元；廢熱鍋爐(19)及冷卻單元(22)在換熱過程中產生的汙水分別通過各自的管路與第一油水分離器(25)及第二油水分離器(26)相連，第一油水分離器(25)、第二油水分離器(26)及汙水澄清罐(36)依次級聯，部分汙水經過第一油水分離器(25)分離後作為洗滌/冷卻水被引入洗滌冷卻器(16)中，第一油水分離器(25)及第二油水分離器(26)分離得到的雜質或送至燃燒爐燃料給料口(4a)，或送至氣化爐燃料給料口(4b)，或為副產品進行深加工，部分汙水經過第一油水分離器(25)及第二油水分離器(26)後被汙水澄清罐(36)收集，汙水澄清罐(36)初步處理後的上清液(38)送至冷卻單元(22)，得到的沉積物(37)送界區外處理，剩餘送至界區外進行汙水處理(52)； 當合成氣被送入廢熱鍋爐(19)時，廢熱鍋爐(19)、洗滌冷卻器(16)及冷卻單元(22)依次級聯，廢熱鍋爐(19)同步通入除鹽水(55)及來自所述氣化爐旋風分離單元的合成氣，除鹽水(55)在廢熱鍋爐(19)內與合成氣換熱後形成水蒸汽，該水蒸汽作為氣化劑被送入所述氣化爐流化風入口(lla、llb)，換熱後的合成氣送入洗滌冷卻器(16)內，由洗滌冷卻器(16)對送入的合成氣初步洗滌除塵和降溫後進入冷卻單元(22)，冷卻單元(22)還同步接入自汙水澄清罐(36)送出的作為冷卻介質的上清液(38)，合成氣出冷卻單元(22)後被送入所述甲烷化單元；洗滌冷卻器(16)及冷卻單元(22)在換熱過程中產生的汙水分別通過各自的管路與第一油水分離器(25)及第二油水分離器(26)相連，第一油水分離器(25)、第二油水分離器(26)及汙水澄清罐(36)依次級聯，部分汙水經過第一油水分離器(25)分離後作為洗滌/冷卻水被引入洗滌冷卻器(16)中，第一油水分離器(25)及第二油水分離器(26)分離得到的雜質或送至燃燒爐燃料給料口(4a)，或送至氣化爐燃料給料口(4b)，或為副產品進行深加工，部分汙水經過第一油水分離器(25)及第二油水分離器(26)後被汙水澄清罐(36)收集，汙水澄清罐(36)初步處理後的上清液(38)送至冷卻單元(22)，得到的沉積物(37)送界區外處理，剩餘送至界區外進行汙水處理(52)。
6.如權利要求5所述的一種固體燃料分級氣化-燃燒雙床多聯產系統，其特徵在於:當合成氣被送入洗滌冷卻器(16)時，所述廢熱鍋爐(19)經由換熱器(20)與所述第一油水分離器(25)相連。
7.如權利要求5所述的一種固體燃料分級氣化-燃燒雙床多聯產系統，其特徵在於:當合成氣被送入洗滌冷卻器(16)時，合成氣經所述洗滌冷卻器(16)後出口溫度為150°C~.250°C;經所述廢熱鍋爐(19)後出口溫度為120°C~180°C;經所述冷卻單元(22)後出口溫度為25°C~45°C。
8.如權利要求1所述的一種固體燃料分級氣化-燃燒雙床多聯產系統，其特徵在於:所述甲烷化單元包括依次級聯的變換反應單元(39)、低溫甲醇洗單元(41)及甲烷化單元(43)，合成氣依次經過變換反應單元(39)、低溫甲醇洗單元(41)及甲烷化單元(43)後形成合成天然氣，低溫甲醇洗單元(41)產生的二氧化碳送至所述氣化爐流化風入口(11a、11b)，甲烷化單元(43)副產的水蒸汽(44)或送至所述氣化爐流化風入口(11a,11b)，或補充所述變換反應單元(39)自身所需水蒸汽，或外排作為其他用途。
9.一種使用如權利要求1所述的固體燃料分級氣化-燃料雙床多聯產系統的多聯產方法，其特徵在於，包括以下步驟: 步驟1):將燃料一分為二，一部分送入燃燒爐燃料給料口(4a)，一部分投入氣化爐燃料給料口(4b)，燃料在循環流化床燃燒鍋爐(1)內燃燒產生的渣從燃燒爐下渣口(7)排出，產生的煙氣從頂部排出，煙氣中夾帶的部分顆粒物通過燃燒爐旋風分離單元分離後通過燃燒爐回料腿(10a)回循環流化床燃燒鍋爐(1)進一步燃燒，循環流化床燃燒鍋爐(1)產生的水蒸汽用於發電、供暖和其他用途，循環流化床燃燒鍋爐(1)採用空氣作為流化風和氧化劑； 步驟2):循環流化床氣化鍋爐(2)氣化產生的半焦從半焦出口(49)排出，被送回循環流化床燃燒鍋爐(1)進一步燃燒利用，合成氣則從頂部排出，合成氣中夾帶有部分顆粒物，通過氣化爐旋風分離單元後收集顆粒物，顆粒物可通過氣化爐回料腿(1Ob)回循環流化床氣化鍋爐(2)進一步氣化利用或返回循環流化床燃燒鍋爐(1)燃燒利用； 步驟3):由合成氣淨化單元對合成氣進行初步洗滌除塵，並利用水為冷卻介質採用熱交換方式對合成氣進行冷卻後送至甲烷化單元，對冷卻過程中產生的至少部分汙水進行油水分離，分離得到的雜質或送至燃燒爐燃料給料口(4a)，或送至氣化爐燃料給料口(4b)，或為副產品進行深加工； 步驟4):由甲烷化單元利用低溫甲醇洗過程及甲烷化過程將送入的合成氣製成為合成天然氣，將低溫甲醇洗過程產生的二氧化碳送至氣化爐流化風入口 (11a,11b)，甲烷化過程副產的水蒸汽(44)或送至氣化爐流化風入口(11a,11b)，或補充甲烷化單元自身所需水蒸汽，或外排作為其他用途。
10.如權利要求9所述的固體燃料分級氣化-燃料雙床多聯產系統多聯產方法，其特徵在於，步驟2)中所述循環流化床氣化鍋爐(2)的操作壓力為O~8.0MPa，合成氣出口的溫度達到650°C~1050°C。
【文檔編號】C10J3/84GK103897743SQ201410120861
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年3月28日 優先權日:2014年3月28日
【發明者】倪建軍, 楊震, 陳楠, 熊杰 申請人:上海鍋爐廠有限公司