解耦富氧气化方法及装置与流程

本发明涉及富氧气化技术领域，尤其是涉及一种解耦富氧气化方法及装置。

背景技术：

富氧气化可大幅提高所产煤气的热值，有效地降低煤气生产成本，并便于煤气的输送和使用，具有很好的技术和经济优势，且富氧度越高，煤气热值越高。但随着富氧度的提高，尤其是在高浓度富氧或者纯氧条件下，容易造成局部反应不均而出现局部反应剧烈温度飞升，而使气化炉内出现高温结渣堵塞炉膛的现象，使气化炉操作难度增加，严重时会导致停炉甚至出现安全生产事故，为了确保富氧气化能正常运行，一般只能采用低富氧浓度气化，并且所用载气为空气。由于空气中氮气不参与气化反应而直接进入煤气中，导致煤气中有效成分降低，影响了煤气的热值。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明提出一种解耦富氧气化方法，可避免因气化炉内局部温度过高而产生结渣堵塞炉膛的问题发生。

本发明还提出一种解耦富氧气化装置。

根据本发明实施例的解耦富氧气化方法，包括如下步骤：将固体燃料和富氧气体排入到燃烧炉内发生氧化反应以产生含有二氧化碳的高温烟气；将固体燃料和所述燃烧炉排出的并与氧气混合的富氧高温烟气排入到气化炉内进行还原反应以生成高温煤气。

根据本发明实施例的解耦富氧气化方法，通过将气化过程中所含的燃烧过程和气化过程进行解耦，将剧烈放热的燃烧反应与吸热的气化过程分别在燃烧炉和气化炉内进行，这样避免了相关技术中由于富氧气体中氧气浓度较高且因燃烧反应与吸热的气化过程同时在一个气化炉中进行使得气化炉内局部温度过高而产生结渣堵塞炉膛的问题发生，提高装置在高富氧浓度下的可操作性，提高了气化过程的安全性，同时有利于提高富氧气体中的氧气浓度，从而可提高煤气中的有效成分以及煤气的热值。

根据本发明的一些实施例，解耦富氧气化方法还包括如下步骤：采用烟气冷却装置对从所述燃烧炉排出的一部分高温烟气进行冷却，冷却后的低温烟气与氧气混合后形成所述富氧气体排入到所述燃烧炉内，采用煤气冷却装置对从所述气化炉排出的高温煤气进行冷却，冷却过程中回收的高温煤气的热量重新进入气化炉内再利用。

根据本发明实施例的解耦富氧气化装置，包括：燃烧炉，所述燃烧炉设有第一进料口、富氧气体入口和烟气出口，从所述富氧气体入口排入的富氧气体与从所述第一进料口排入的固体燃料在所述燃烧炉内发生氧化反应以生成含有二氧化碳的高温烟气；气化炉，所述气化炉设有第二进料口、富氧烟气进口和煤气出口，所述富氧烟气进口与所述烟气出口连通，从所述烟气出口排出的含有二氧化碳的高温烟气排入到所述气化炉内进行还原反应，所述气化炉内生成的高温煤气从所述煤气出口排出。

根据本发明实施例的解耦富氧气化装置，通过设置燃烧炉和气化炉，可将气化过程中所含的燃烧过程和气化过程进行解耦，将剧烈放热的燃烧反应与吸热的气化过程分别在燃烧炉和气化炉内独自进行，这样避免了相关技术中由于富氧气体中氧气浓度较高且因燃烧反应与吸热的气化过程同时在一个气化炉中进行使得相关技术中的气化炉内局部温度过高而产生结渣堵塞炉膛的问题发生，提高了解耦富氧气化装置在高富氧浓度下的可操作性，提高了气化过程的安全性，同时有利于提高富氧气体中的氧气浓度，从而便于获得有效成分较多且热值较高的煤气。

根据本发明的一些实施例，解耦富氧气化装置还包括用于对从所述烟气出口排出的一部分高温烟气进行冷却的烟气冷却装置，所述烟气冷却装置包括高温烟气排入口和低温烟气排出口，所述高温烟气排入口与所述烟气出口连通，所述低温烟气排出口与所述富氧气体入口连通。

具体地，所述烟气冷却装置包括蒸汽过热器和水冷却器，所述蒸汽过热器设有相互换热的第一烟气腔室和第一冷却通道，所述第一烟气腔室设有所述高温烟气排入口，所述水冷却器设有相互换热的第二烟气腔室和第二冷却通道，所述第二烟气腔室的进口与所述第一烟气腔室的出口连通，所述第二烟气腔室设有所述低温烟气排出口。

可选地，所述第一冷却通道的入口与所述第二冷却通道的出口连通且所述烟气冷却装置的第一冷却介质出口与所述富氧烟气进口连通。

可选地，解耦富氧气化装置还包括用于对从所述煤气出口排出的煤气进行冷却的煤气冷却装置，所述煤气冷却装置包括高温煤气入口和低温煤气排出口，所述高温煤气入口与所述煤气出口连通。

具体地，所述煤气冷却装置包括第一子冷却器和第二子冷却器，所述第一子冷却器设有相互换热的第一煤气腔室和第三冷却通道，所述第一煤气腔室设有所述高温煤气入口，所述第二子冷却器设有相互换热的第二煤气腔室和第四冷却通道，所述第二煤气腔室的进口与所述第一煤气腔室的出口连通，所述第二煤气腔室设有所述低温煤气排出口。

可选地，所述第三冷却通道的入口与所述第四冷却通道的出口连通，所述煤气冷却装置的第二冷却介质出口与所述富氧烟气进口连通。

附图说明

图1是根据本发明一些实施例的解耦富氧气化装置；

图2是根据本发明另一些实施例的解耦富氧气化装置；

图3是根据本发明又一些实施例的解耦富氧气化装置。

附图标记：

解耦富氧气化装置100；

燃烧炉1；第一进料口11；富氧气体入口12；烟气出口13；返料口14；

气化炉2；第二进料口21；富氧烟气进口22；煤气出口23；出料口24；

烟气冷却装置3；高温烟气排入口31；低温烟气排出口32；蒸汽过热器33；第一烟气腔室331；第一冷却通道332；水冷却器34；第二烟气腔室341；第二冷却通道342；第一冷却介质出口35；第一冷却介质入口36；

煤气冷却装置4；高温煤气入口41；低温煤气排出口42；第一子冷却器43；第一煤气腔室431；第三冷却通道432；第二子冷却器44；第二煤气腔室441；第四冷却通道442；第二冷却介质出口45；第二冷却介质入口46；

分离器5；气体出口51；固体出口52；

第一返料器6；第二返料器7。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面参考图1-图3描述根据本发明实施例的解耦富氧气化装置100。

如图1-图3所示，根据本发明实施例的解耦富氧气化装置100，可以包括燃烧炉1和气化炉2。

具体地，燃烧炉1设有第一进料口11、富氧气体入口12和烟气出口13，从富氧气体入口12排入的富氧气体可与从第一进料口11排入的固体燃料在燃烧炉1内发生氧化反应以生成含有二氧化碳的高温烟气。

气化炉2设有第二进料口21、富氧烟气进口22和煤气出口23，富氧烟气进口22与烟气出口13连通，从烟气出口13排出的含有二氧化碳的高温烟气排入到气化炉2内进行还原反应，气化炉2内生成的高温煤气从煤气出口23排出。

具体而言，从富氧气体入口12排入的富氧气体可与从第一进料口11排入的固体燃料在燃烧炉1内发生氧化反应以生成含有二氧化碳的高温烟气，同时放出大量的热，随后高温烟气从烟气出口13排出。从烟气出口13排出的含有二氧化碳的高温烟气可排入到气化炉2内，并与从气化炉2的第二进料口21排入的固体物料在气化炉2内发生还原反应以生成高温煤气，气化炉2内生成的高温煤气可从煤气出口23排出。

根据本发明实施例的解耦富氧气化装置100，通过设置燃烧炉1和气化炉2，可将气化过程中所含的燃烧过程和气化过程进行解耦，将剧烈放热的燃烧反应与吸热的气化过程分别在燃烧炉1和气化炉2内独自进行，这样避免了相关技术中由于富氧气体中氧气浓度较高且因燃烧反应与吸热的气化过程同时在一个气化炉中进行使得相关技术中的气化炉内局部温度过高而产生结渣堵塞炉膛的问题发生，提高了解耦富氧气化装置100在高富氧浓度下的可操作性，提高了气化过程的安全性，同时有利于提高富氧气体中的氧气浓度，从而便于获得有效成分较多且热值较高的煤气。

根据本发明的一些实施例，如图1-图3所示，解耦富氧气化装置100还包括用于对从烟气出口13排出的一部分高温烟气进行冷却的烟气冷却装置3，烟气冷却装置3包括高温烟气排入口31和低温烟气排出口32，高温烟气排入口31与烟气出口13连通，低温烟气排出口32与富氧气体入口12连通。也就是说，从燃烧炉1的烟气出口13排出的高温烟气中的大部分可经过气化炉2的富氧烟气进口22排入气化炉2内，高温烟气中的另一部分可经过高温烟气排入口31排入到烟气冷却装置3内进行冷却，冷却后形成的低温烟气可从低温烟气排出口32，从低温烟气排出口32排出的低温烟气再次经过富氧气体入口12进入到燃烧炉1内。

此处可选地，从低温烟气排出口32排出的低温烟气可与纯氧气混合后形成富氧气体经过富氧气体入口12进入到燃烧炉1内再次参与燃烧反应。当然，在另一些实施例中，从低温烟气排出口32排出的低温烟气也可与富氧气体混合后形成新的富氧气体经过富氧气体入口12进入到燃烧炉1内再次参与燃烧反应。

具体地，烟气冷却装置3具有相互换热的烟气通道和冷却介质通道，烟气通道分别具有上述的高温烟气排入口31和低温烟气排出口32，冷却介质通道具有第一冷却介质入口36和第一冷却介质出口35，从高温烟气排入口31排入烟气通道的高温烟气可与从第一冷却介质入口36进入到冷却介质通道的冷却介质(例如水)进行换热，换热后形成的低温烟气可从低温烟气排出口32排出且从低温烟气排出口32排出的低温烟气可再次经过富氧气体入口12进入到燃烧炉1内，而换热后的冷却介质形成为过热蒸汽，其可从第一冷却介质出口35排出。

当然，本发明不限于此，在另一些具体实施例中，如图3所示，烟气冷却装置3可以包括蒸汽过热器33和水冷却器34，蒸汽过热器33设有相互换热的第一烟气腔室331和第一冷却通道332，第一烟气腔室331设有所述高温烟气排入口31，水冷却器34设有相互换热的第二烟气腔室341和第二冷却通道342，第二烟气腔室341的进口与第一烟气腔室331的出口连通，第二烟气腔室341设有所述低温烟气排出口32。也就是说，从燃烧炉1的烟气出口13排出的高温烟气中的大部分可经过气化炉2的富氧烟气进口22排入气化炉2内，高温烟气中的另一部分可经过高温烟气排入口31排入到第一烟气腔室331内并与第一冷却通道332内的冷却介质进行换热，随后高温烟气冷却成中温烟气并进入到第二烟气腔室341内与第二冷却通道342内的冷却介质进行换热，冷却后形成的低温烟气可从低温烟气排出口32，从低温烟气排出口32排出的低温烟气可再次经过富氧气体入口12进入到燃烧炉1内。

具体地，第一冷却通道332的入口与第二冷却通道342的出口相连，第一冷却通道332具有第一冷却介质出口35，第二冷却通道342具有第一冷却介质入口36。由此，从第一冷却介质入口36排入到第二冷却通道342的冷却介质可与第二烟气腔室341内的中温烟气进行换热，换热后冷却介质形成为饱和蒸汽并排入到第一冷却通道332内，饱和蒸汽在第一冷却通道332内与第一烟气腔室331内的高温烟气进行换热，换热后形成过热蒸汽并从第一冷却介质出口35排出。

可选地，第一冷却通道332为缠绕在第一烟气腔室331的外周壁上的管道，第二冷却通道342为缠绕在第二烟气腔室341的外周壁上的管道。从而有利于提高换热效果。

在本发明的一些实施例中，上述实施例中的第一冷却介质出口35可与富氧烟气进口22连通。由此，从第一冷却介质出口35排出的过热蒸汽可与从烟气出口13排出的大部分的高温烟气一起进入到气化炉2内参与到气化反应中，同时还可以为气化过程提供热量。

在本发明的一些实施例中，解耦富氧气化装置100还包括用于对从煤气出口23排出的煤气进行冷却的煤气冷却装置4，煤气冷却装置4包括高温煤气入口41和低温煤气排出口42，高温煤气入口41与煤气出口23连通。也就是说，从气化炉2的煤气出口23排出的高温煤气可经过高温煤气入口41排入到煤气冷却装置4内进行冷却，冷却后形成的低温煤气可从低温煤气排出口42排出。可选地，低温煤气排出口42可与煤气管道连通以便于用户使用。

可选地，煤气冷却装置4具有相互换热煤气通道和煤气冷却通道。如图1所示，煤气通道分别具有上述的高温煤气入口41和低温煤气排出口42，煤气冷却通道具有第二冷却介质入口46和第二冷却介质出口45，从高温煤气入口41排入煤气通道的高温煤气可与从第二冷却介质入口46排入到煤气冷却通道的冷却介质(例如水)进行换热，换热后的低温煤气可从低温煤气排出口42排出，而换热后的冷却介质形成为过热蒸汽，其可从第二冷却介质出口45排出。

当然，本发明不限于此，在另一些具体实施例中，如图2和图3所示，煤气冷却装置4可以包括第一子冷却器43和第二子冷却器44，第一子冷却器43设有相互换热的第一煤气腔室431和第三冷却通道432，第一煤气腔室431设有所述高温煤气入口41，第二子冷却器44设有相互换热的第二煤气腔室441和第四冷却通道442，第二煤气腔室441的进口与第一煤气腔室431的出口连通，第二煤气腔室441设有所述低温煤气排出口42。也就是说，从煤气出口23排出的高温煤气可经过高温煤气入口41进入到第一煤气腔室431内并与第三冷却通道432内的冷却介质进行换热，随后高温煤气冷却成中温煤气并进入到第二煤气腔室441内与第四冷却通道442内的冷却介质进行换热，冷却后形成的低温煤气可从低温煤气排出口42排出。可选地，第一子冷却器43可以为第一蒸汽过热器，第二子冷却器44可以为第一水冷却器。

具体地，第三冷却通道432的入口与第四冷却通道442的出口连通，第三冷却通道432具有第二冷却介质出口45，第四冷却通道442具有第二冷却介质入口46。由此，从第二冷却介质入口46排入到第四冷却通道442的冷却介质可与第二煤气腔室441内的中温煤气进行换热，换热后冷却介质形成为饱和蒸汽并排入到第三冷却通道432内，饱和蒸汽在第三冷却通道432内与第一煤气腔室431内的高温煤气进行换热，换热后形成过热蒸汽并从第二冷却介质出口45排出。

可选地，第三冷却通道432为缠绕在第一煤气腔室431的外周壁上的管道，第四冷却通道442为缠绕在第二煤气腔室441的外周壁上的管道。从而可提高换热效果。

可选地，上述实施例中的第二冷却介质出口45与富氧烟气进口22连通。由此，从第二冷却介质出口45排出的过热蒸汽可与从烟气出口13排出的大部分的高温烟气一起进入到气化炉2内参与到气化反应中，同时还可以为气化过程提供热量。

可以理解的是，当冷却介质为水时，过热蒸汽进入到气化炉2内可参与气化反应，从而有利于提高生成的煤气的热值。

优选地，当冷却介质为冷却水时，上述实施例中的第一冷却介质入口36和第二冷却介质入口46可分别与供冷却水管网系统连通。

根据本发明的一些实施例，第一进料口11和富氧气体进口可以为一个，例如，富氧气体可与固体燃料混合后被鼓风机鼓入燃烧炉1内。

可选地，如图3所示，解耦富氧气化装置100还可以包括分离器5，分离器5的入口与烟气出口13相连，分离器5的气体出口51可分别与高温烟气排入口31和富氧烟气进口22相连，分离器5的固体出口52可通过第一返料器6与气化炉2相连以将分离出的热灰排入气化炉2内进一步参与反应。

进一步地，气化炉2还具有出料口24，燃烧炉1具有返料口14，返料口14通过第二返料器7与出料口24相连。生物质可通过第二进料口21进入到气化炉2内并与上述的热灰一起参与气化反应，而反应后产生的气化半焦依次经过出料口24、第二返料器7和返料口14返回到燃烧炉1内重新参与燃烧反应。

下面参考图2-图3描述根据本发明两个具体实施例的解耦富氧气化装置100，值得理解的是，下述描述只是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本专利的限制。

实施例一

如图2所示，解耦富氧气化装置100包括燃烧炉1、气化炉2、烟气冷却装置3和煤气冷却装置4。具体地，燃烧炉1为粉煤锅炉，气化炉2为固定床气化炉。

具体地，燃烧炉1设有第一进料口11、富氧气体入口12和烟气出口13，从富氧气体入口12排入的富氧气体可与从第一进料口11排入的固体燃料在燃烧炉1内发生氧化反应以生成含有二氧化碳的高温烟气。

气化炉2设有第二进料口21、富氧烟气进口22和煤气出口23，富氧烟气进口22与烟气出口13连通，从烟气出口13排出的含有二氧化碳的高温烟气排入到气化炉2内进行还原反应，气化炉2内生成的高温煤气从煤气出口23排出。

如图2所示，烟气冷却装置3可用于对从烟气出口13排出的一部分高温烟气进行冷却，烟气冷却装置3包括高温烟气排入口31和低温烟气排出口32，高温烟气排入口31与烟气出口13连通，低温烟气排出口32与富氧气体入口12连通。烟气冷却装置3具有相互换热的烟气通道和冷却介质通道，烟气通道分别具有上述的高温烟气排入口31和低温烟气排出口32，冷却介质通道具有第一冷却介质入口36和第一冷却介质出口35，从高温烟气排入口31排入烟气通道的高温烟气可与从第一冷却介质入口36进入到冷却介质通道的冷却介质(冷却介质为水)进行换热，换热后形成的低温烟气可从低温烟气排出口32排出且从低温烟气排出口32排出的低温烟气可与纯氧气混合成富氧气体再次经过富氧气体入口12进入到燃烧炉1内，而换热后的冷却介质形成为过热水蒸汽，其可从第一冷却介质出口35排出，并经过富氧烟气进口22进入到气化炉2内。如图2所示，煤气冷却装置4用于对从煤气出口23排出的高温煤气进行冷却，煤气冷却装置4包括第一子冷却器43和第二子冷却器44，第一子冷却器43设有相互换热的第一煤气腔室431和第三冷却通道432，第一煤气腔室431设有高温煤气入口41，高温煤气入口41与煤气出口23连通，第二子冷却器44设有相互换热的第二煤气腔室441和第四冷却通道442，第二煤气腔室441的进口与第一煤气腔室431的出口连通，第二煤气腔室441设有低温煤气排出口42，第三冷却通道432的入口与第四冷却通道442的出口连通，第三冷却通道432具有第二冷却介质出口45，第四冷却通道442具有第二冷却介质入口46，第二冷却介质出口45与富氧烟气进口22连通。由此，从第二冷却介质出口45排出的过热水蒸汽可与从烟气出口13排出的大部分的高温烟气以及从第一冷却介质出口35排出的过热水蒸汽一起进入到气化炉2内参与到气化反应中，同时还可以为气化过程提供热量。

具体而言，如图2所示，将25℃燃烧用纯氧气a与燃烧炉1产生的且经烟气冷却装置3冷却的约200℃低温烟气g及粉煤b混合成的混合燃烧物料c经燃烧炉1的第一进料口11鼓入燃烧炉1并燃烧生成温度约为1000℃的高温烟气d，高温烟气d从烟气出口13排出后，其中的一部分高温烟气e进入燃烧炉1尾部烟道内，并进一步进入到布置在尾部烟道内的烟气冷却装置3的烟气通道内与从第一冷却介质入口36流入到冷却介质通道内的温度约为25℃的锅炉给水h换热并被冷却成温度约为200℃的低温烟气g并从低温烟气排出口32排出，并经风机输送至燃烧炉1第一进料口11进入燃烧炉1内循环利用，而锅炉给水h受热变成温度约为170℃的过热蒸汽i，过热蒸汽i从第一冷却介质出口35排出后与剩余的温度约为1000℃的高温烟气f及冷却煤气产生的过热蒸汽r混合成温度约为600℃高温高蒸汽烟气j。

高温高蒸汽烟气j与气化用纯氧气k混合后形成温度约为700℃的富氧气体m并经过富氧烟气进口22进入到气化炉2；同时通过第二进料口21向气化炉2内加入粉煤n。粉煤n和富氧气体m在高温下发生气化反应生成温度约为900℃的高温煤气p，并从煤气出口23排出。

从气化炉2内排出的高温煤气p经第一子冷却器43的高温煤气入口41进入到第一煤气腔室431内并与从第四冷却通道442流入到第三冷却通道432的的温度约为250℃的饱和蒸汽r换热并被冷却成温度约为500℃的初冷煤气t，从第一子冷却器43流向第二煤气腔室441，而饱和蒸汽r受热变成温度约为450℃的过热蒸汽r并从第二冷却介质出口45排出。

从第二冷却介质出口45排出的过热蒸汽r与高温烟气f和过热蒸汽i及气化用纯氧气k混合而成温度约为700℃的富氧气体m进入气化炉2内进行气化反应。

从第一子冷却器43排出的初冷煤气t流向第二子冷却器44的第二煤气腔室441，初冷煤气t在第二煤气腔室441内与从第二冷却介质入口46进入到第四冷却通道442的温度约为25℃的冷却水q换热而被冷却成温度约为180℃的终冷煤气s并从低温煤气排出口42排出后进行后续处理，而换热后冷却水q变成温度约为250℃的饱和蒸汽r从第四冷却通道442流向第三冷却通道432。

实施例二

如图3所示，根据本发明实施例的解耦富氧气化装置100包括燃烧炉1、气化炉2、烟气冷却装置3、煤气冷却装置4、分离器5、第一返料器6和第二返料器7。其中，解耦富氧气化装置100为循环流化床双床解耦富氧气化装置100。燃烧炉1为提升管燃烧炉1。

具体地，燃烧炉1设有第一进料口11、富氧气体入口12、烟气出口13和返料口14，从富氧气体入口12排入的富氧气体可与从第一进料口11排入的固体燃料在燃烧炉1内发生氧化反应以生成含有二氧化碳的高温烟气。

气化炉2设有第二进料口21、富氧烟气进口22、煤气出口23和出料口24，分离器5的入口与烟气出口13相连，分离器5的固体出口52可通过第一返料器6与气化炉2相连以将分离出的热灰排入气化炉2内进一步参与反应，返料口14通过第二返料器7与出料口24相连。生物质可通过第二进料口21进入到气化炉2内并与上述的热灰一起参与气化反应，而反应后产生的气化半焦依次经过出料口24、第二返料器7和返料口14返回到燃烧炉1内重新参与燃烧反应。

富氧烟气进口22与分离器5的气体出口51连通，从气体出口51排出的含有二氧化碳的高温烟气排入到气化炉2内进行还原反应，气化炉2内生成的高温煤气从煤气出口23排出。

如图3所示，烟气冷却装置3包括蒸汽过热器33和水冷却器34，蒸汽过热器33设有相互换热的第一烟气腔室331和第一冷却通道332，第一烟气腔室331设有高温烟气排入口31，高温烟气排入口31与分离器5的气体出口51连通，水冷却器34设有相互换热的第二烟气腔室341和第二冷却通道342，第二烟气腔室341的进口与第一烟气腔室331的出口连通，第二烟气腔室341设有低温烟气排出口32，低温烟气排出口32与富氧气体入口12连通，从低温烟气排出口32排出的低温烟气可与纯氧气混合成富氧气体通过富氧气体进口12进入到燃烧炉1内。第一冷却通道332的入口与第二冷却通道342的出口相连，第一冷却通道332具有第一冷却介质出口35，第二冷却通道342具有第一冷却介质入口36，第一冷却介质出口35与富氧烟气进口22连通。由此，从第一冷却介质入口36排入到第二冷却通道342的冷却介质可与第二烟气腔室341内的中温烟气进行换热，换热后冷却介质形成为饱和蒸汽并排入到第一冷却通道332内，饱和蒸汽在第一冷却通道332内与第一烟气腔室331内的高温烟气进行换热，换热后形成过热蒸汽并从第一冷却介质出口35排出。

煤气冷却装置4用于对从煤气出口23排出的高温煤气进行冷却，煤气冷却装置4包括第一子冷却器43和第二子冷却器44，第一子冷却器43设有相互换热的第一煤气腔室431和第三冷却通道432，第一煤气腔室431设有高温煤气入口41，高温煤气入口41与煤气出口23连通，第二子冷却器44设有相互换热的第二煤气腔室441和第四冷却通道442，第二煤气腔室441的进口与第一煤气腔室431的出口连通，第二煤气腔室441设有低温煤气排出口42，第三冷却通道432的入口与第四冷却通道442的出口连通，第三冷却通道432具有第二冷却介质出口45，第四冷却通道442具有第二冷却介质入口46。第二冷却介质出口45与富氧烟气进口22连通。由此，从第二冷却介质出口45排出的过热蒸汽可与从烟气出口13排出的大部分的高温烟气以及从第一冷却介质出口35排出的过热蒸汽一起进入到气化炉2内参与到气化反应中，同时还可以为气化过程提供热量。

如图3所示，将25℃燃烧用纯氧气a与燃烧炉1产生的且经烟气冷却装置3冷却的约200℃低温烟气n混合而成的低温富氧气体b经燃烧炉1的富氧气体入口12进入燃烧炉1内，同时从气化炉2产生的温度约为900℃的高温半焦c经第二返料器7通过燃烧炉1返料口14进入燃烧炉1内，高温半焦c在高温下与富氧气体b发生燃烧反应，反应生成的温度约为1000℃的高温烟气及热灰混合物d从燃烧炉1的烟气出口13排入分离器5内进行气固分离，分离出的热灰e从固体出口52排出后经第一返料器6进入气化炉2内，为气化提供热量，同时进一步反应(指未完全反应的物料)；分离出的温度约为1000℃高温烟气f经分离器5的气体出口51排出。

从分离器5的气体出口51排出的高温烟气f中的一部分高温烟气g经高温烟气排入口31进入第一烟气腔室331内，并与从第二冷却通道342流入第一冷却通道332的温度约170℃的饱和蒸汽i换热，换热后高温烟气g变成温度约为500℃初冷烟气j，而饱和蒸汽i变成温度约为450℃的过热蒸汽k并从第一冷却介质出口35排出。

初冷烟气j从第一烟气腔室331内流向第二烟气腔室341并与从第一冷却介质入口36进入的温度约为25℃的冷却水m换热而变成温度约为200℃的低温烟气n并从低温烟气排出口32排出，然后通过风机加入燃烧炉1内循环利用；而冷却水m变成温度约为170℃的饱和蒸汽i。

排出的过热蒸汽k与另一部分约1000℃的高温烟气h及从煤气冷却装置4的第二冷却介质出口45排出的温度约为500℃的过热蒸汽v混合作为载气与气化用纯氧气p混合而成温度约为700℃的富氧气体q并经富氧烟气进口22进入气化炉2内；同时，从第二进料口21加入的生物质r与热灰e形成混合固体燃料并在高温下与气化气体q发生富氧气化反应而生成温度约为950℃的高温煤气s并从煤气出口23排出，而产生的多余的气化半焦c从气化炉2出料口24排出，并经第二返料器7返回燃烧炉1内燃烧。

从气化炉2内排出的高温煤气s经第一子冷却器43的高温煤气入口41进入第一煤气腔室431内并与从第四冷却通道442流入到第三冷却通道432的温度约为170℃的饱和蒸汽t换热并被冷却成温度约为500℃的初冷煤气u并从第一子冷却器43流向第第二煤气腔室441，而饱和蒸汽t受热变成温度约为450℃的过热蒸汽v并从第二冷却介质出口45排出。

从第二冷却介质出口45排出的过热蒸汽v与高温烟气h和过热蒸汽k及气化用纯氧气p混合而成温度约为700℃的富氧气体q进入气化炉2内进行气化反应。

从第一子冷却器43排出的初冷煤气u流向第二子冷却器44的第二煤气腔室441，在第二煤气腔室441内与从第二冷却介质入口46进入到第四冷却通道442的温度约为25℃的冷却水w换热而被冷却成温度约为200℃的终冷煤气z并从低温煤气排出口42排出后进行后续处理，而换热后冷却水w变成温度约为170℃的饱和蒸汽t从第四冷却通道442流向第三冷却通道432。

综上所述，根据本发明实施例的解耦富氧气化装置100，通过将气化过程中所含的燃烧过程和气化过程进行解耦，将剧烈放热的燃烧反应与吸热的气化过程分别在燃烧炉1和气化炉2内进行，避免了相关技术中的集燃烧和气化于一体的气化炉2放热负荷过大的问题，同时，由于气化过程所用载气是主要成分为二氧化碳和水蒸汽组成的高温烟气，二者为可参与气化反应的强吸热物质，在参与气化反应过程中吸收大量的热，从而不会使气化炉2内的热量过于聚集而导致局部或整体超温而结渣堵塞炉膛的事故发生，提高了气化炉2在高富氧浓度下的可操作性。同时，在整个富氧燃烧和气化过程中，所用载气均为主要成分为可参与气化反应的二氧化碳和水蒸汽，整个过程没有惰性气体氮气等的参与，消除了氮气的影响，大幅提高所产煤气中氢气、一氧化碳等有效成分的含量，有效地提高了煤气热值。

根据本发明实施例的解耦富氧气化方法，包括如下步骤：

将固体燃料和富氧气体排入到燃烧炉1内发生氧化反应以产生含有二氧化碳的高温烟气；

将固体燃料和所述燃烧炉1排出的并与氧气混合的富氧高温烟气排入到气化炉2内进行还原反应以生成高温煤气。

根据本发明实施例的解耦富氧气化方法，通过将气化过程中所含的燃烧过程和气化过程进行解耦，将剧烈放热的燃烧反应与吸热的气化过程分别在燃烧炉1和气化炉2内进行，这样避免了相关技术中由于富氧气体中氧气浓度较高且因燃烧反应与吸热的气化过程同时在一个气化炉2中进行使得气化炉2内局部温度过高而产生结渣堵塞炉膛的问题发生，提高装置在高富氧浓度下的可操作性，提高了气化过程的安全性，同时有利于提高富氧气体中的氧气浓度，从而可提高煤气中的有效成分以及煤气的热值。

可选地，解耦富氧气化方法还包括如下步骤：采用上述实施例中的烟气冷却装置3对从燃烧炉1排出的一部分高温烟气进行冷却，冷却后的低温烟气与氧气混合后形成富氧气体排入到燃烧炉1内。

可选地，解耦富氧气化方法还包括如下步骤：采用上述实施例中的煤气冷却装置4对从气化炉2排出的高温煤气进行冷却，从而获得低温煤气，冷却过程中回收的高温煤气的热量重新进入到气化炉2内再利用。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。