专利名称：带飞灰多次煤气化装置的流化床或喷动床的固体燃料燃烧及气化装置的制作方法
技术领域：
本发明专利涉及一种含碳和氢的固体燃料(可简化为煤)的气化和燃烧装置，特
别涉及一种带飞灰多次煤气化装置的流化床和喷动床的固体燃料气化或燃烧装置。
背景技术：
煤的气化反应是发生在碳和氢和载氧的气化剂(02、H20、C02)之间的一种部分或不 完全氧化反应。煤气化技术是发展煤制气、煤制油、煤基化学品、联合循环发电系统等过程 的工业基础。煤的气化现有固定床(W-G炉、UGI炉、Lurgi炉)、流化床(Winkler炉、CFB 或PCFB循环流化床炉、恩德炉、U-gas炉等)、气流床(K-T炉、Texco炉、Shel1炉、GSP等) 以及熔融床装置。固定床气化炉一般以块煤为原料，筛分范围为6-50mm，煤与气化剂在炉 内反向流动，块煤由气化炉上部加入，空气或氧气从气化炉底部鼓入，炉渣自炉底排出，固 定床反应温度较低和生产的煤气中含有烃类及焦油等。流化床或喷动床的原料煤粒度一 般为l-15mm左右，原料煤被气化剂吹起悬浮并保持沸腾状态运动，产生的煤气和灰渣在炉 温下导出，反应温度较高因而煤气中基本不含焦油类物质。气流床气化炉中，将原料粉煤 (70%以上以通过200目)被气化剂输送入炉中，在高温火焰中进行反应，炉内温度最高，煤 气中不含焦油等物质。气流床炉也可将粉煤制成水煤浆进料(如Texco炉)，由于增加了 水分蒸发，故耗氧量和耗煤量较高。流化床粉煤气化技术可分为常压(0. 1Mpa)和加压(> 0. 1Mpa)两种条件下操作。常压下操作的缺点是生产能力低，后续工艺所需压縮功高。美国 专利USP4315758公开了一种煤制燃料气的生产工艺技术，该工艺技术由加料单元、流化床 气化单元、气化剂分布流化单元、飞灰循环单元组成。 其中气化剂分布流化单元由分布板、中心管及文丘里管组成。中国专利号 94202278. 5，授权公告日1994年10月26日，发明专利为"灰熔聚流化床气化装置"。该申 请案公开了一种灰熔聚流化床气化装置，它由流化床气化单元、灰熔聚分离单元、飞灰循环 单元及废热回收单元组成。上述专利的气化剂分布与流化单元由分布板、中心管和文丘里 管组成。其中分布板为倒锥形，表面钻有不同数量的小孔，达到一定的开孔率以保证通过小 孔的气体达到带出速度，从而对进入气化单元的粉煤产生流化作用。其不足之处在于原料 煤粒度为0-6mm，颗粒度较偏小而飞灰偏多。同时该专利的流化床气化单元没有设置二次燃 风及二次煤气化装置，造成粗煤气中飞灰带出过多和煤气中有效气体成份偏低。
发明内容
本发明专利的目的在于提供一种解决流化床和喷动床的固体燃料气化或燃烧装 置中存在的产品气中含飞灰量多并含碳量高，碳利用率低下的问题；消除飞灰的同时也提 高了产品气中有效气体成份的流化床和喷动床固体燃料气化或燃烧装置。
为达到上述目的，本发明专利采用的技术方案是 本发明专利的第一特点是常用的固体燃料流化床和喷动床的气化炉或燃烧锅炉会产生较多的飞灰需处理，否则会降低碳的利用率。我们可使用二次或多次空气或氧气进 行燃烧并回收热量的工艺(废热锅炉流程)。 我们也可使用二次空气或氧气进行燃烧，并喷水、水蒸气或二氧化碳进行二次煤 气化。二次煤气化工艺不但消除了飞尘而且增加了产品气产量和有效气体含量。
本发明专利的第二特点是所述的气化剂水、水蒸气、二氧化碳、氧气或空气的加 入口喷嘴，位于流化床浓相区上部扩大段的炉壁上，每组视作一个气化层，可以布置多层， 推荐1-4层。 本发明专利的第三特点是所述的多次煤气化装置，包括使用在流化床、气流床的 装置中使用的单通道式喷嘴或多通道组合式喷嘴， 本发明专利的第四特点是所述的多次煤气化装置，包括使用在流化床、气流床的 装置中的产品气或灰渣下的干式或湿式激冷装置，或各种浸没燃烧装置。 本发明专利的第五特点是所述的装置可使用按于上部的气化剂向下喷射式的喷 枪系统，也可使用装置按于下部的气化剂向上喷射式的喷枪系统，及使用按于侧面的气化 剂向内喷射式的喷枪系统。 本发明专利的第六特点是所述的多次煤气化装置，可使用较高的气化温度，不仅 提高了固体燃料中炭和氢的利用率，提高了粗煤气中的有效气成分；还大幅降低了煤气中 的粉尘夹带和焦油甲烷等高分子烃等有害物含量，消除了飞灰和焦油对后续工段的影响。
本发明专利的第七特点是所述的多次煤气化装置可大幅降低了产品气中的粉尘 夹带，大幅减少飞灰含量，减轻了旋风分离器的负荷，净化也不一定需使用布袋除尘器。对 后工段水洗水冷系统减少了湿煤粉堵塞与需要经常清理的问题。 本发明专利的第八特点是所述的多次煤气化装置可用于流化床和喷动床煤气化 器或锅炉。包括FBC、 PFBC、 IGCC、加压流化床和喷动床煤气化炉或加压锅炉。
具体实施例方式
下面结合附
图1对本发明专利的结构和工作原理作进一步说明。
本发明专利包括上下连通的流化床或喷动床装置12和飞灰多次气化装置10和 11。煤仓2通过相互连通的煤锁3和5、星型阀4和6，由螺旋给煤机7送入炉内。进煤管 8和9与流化床密相区相连通，且在进煤管上还设置有吹送气。飞灰多次气化装置专10和 11与一级旋风除尘器18相连通。 一级旋风除尘器的一个出口通过高温球阀、一旋料腿与流 化床浓相区12相连通。 一级旋风除尘器18的另一出口与二级旋风除尘器19相连通。第 二级旋风除尘器下端的出口通过二旋料腿也与流化床浓相区12相连通。流化床或喷动床 密相区12的下端与灰渣激冷段和排灰管相连通，排灰管的出口还依次设置有灰锁斗13和 15，星形阀14和16。且在浓相区上部的炉壁上开设有飞灰二次或多次气化的气化剂入口。
本发明专利的二次或多次气化剂加入口位于稀相区扩大段部，入口与水平面夹角 为±75° ，最好为±45° 。 本发明专利是由备煤工段将符合要求的原料煤送至计量煤仓2，煤经煤锁斗3和 5，及星形给料器4和6经螺旋给煤机7向气化炉连续加煤。为防止煤气倒流进入螺旋给煤 机和给煤斗，给煤斗5的压力设定高于气化炉压力。在螺旋给煤机与气化炉之间的进煤管 9上装有带联锁的安全球阀，防止气化炉高温煤气倒入螺旋给煤机，并在进煤管9的上部按
4有吹风气管吹送粉煤，以保证气化炉进煤顺畅。 经计量后的气化剂(氧气、空气、二氧化碳、水、水蒸汽)进入气化炉下部。在高温 流化状态下发生煤的破碎、脱挥发份、焦油的裂解、煤焦的氧化还原反应和灰渣的分离。气 化生成的气体主要是C0、 H2、 C02、 CH4、 H2S、 H20、 N2。
出流化床气化炉的气体温度约850-1000°C，压力大于0. 1 MPaG。在占总气化剂量一定比例的二次风和各种气化剂通过流化床上部的飞灰多 次气化装置10和11的加入口进入。使粗煤气中的C02、 H20、 CH4和含碳颗粒间发生二次和 多次气化反应，飞灰中碳和粗煤气进一步生成CO及H2，从而增加了粗煤气中有效气体数量 和含量，并降低了粗煤气中甲烷的含量。 经过多次煤气化装置10和ll，其中大多数的含碳飞灰颗粒转为CO及H"含较少 量的碳颗粒的粗煤气进入第一级旋风除尘器18，分离出的含碳粉尘通过高温球阀、一旋料 腿返回流化床浓相段再气化。出一级旋风除尘器18的气体再进入第二级旋风除尘器19， 进一步分离气体中的含碳粉尘，分离出的含碳粉尘，通过二旋料腿也返回浓相区或者通过 下端的粉尘回收系统排出界区。出二级旋风分离器的粗煤气进入余热锅炉回收热量降低温 度，以备进一步净化。 由气化炉尾端和飞灰多次气化段排出的高温灰渣(约850°C )，连续地经激冷段落 入星形阀14和16和灰锁斗13和15，定期送至界区外。由二级旋风除尘器19排出的细灰 也可经气力输送系统直接排出界区外。 本发明专利的流化床粉煤气化装置的气化过程是将原料粉煤连续加入流化床或
喷动床气化炉密相区，气化剂(纯氧、空气、二氧化碳、水和蒸汽)从气化炉底部吹入，使煤
粒沸腾燃烧。在产生的高温条件下，气固两相充分混合接触，发生煤的热解、破碎和碳和氢
的氧化还原反应产生煤气。此外还通过高温把含碳粉尘气进行多次煤气化把飞灰中的碳转
化成煤气，最终实现煤的高效气化。 附图1是本发明专利的整体结构示意图。
权利要求
一种加压流化床和喷动床的固体燃料(下简化为煤代)气化或燃烧装置。包括新型的流化床和喷动床的固体燃料燃烧或气化器、前后连通的飞灰处理单元和循环旋风分离器系统组成的流化床和喷动床燃烧或气化系统。另有煤仓加煤单元与气化炉的入煤口相连通、排灰管与气化炉下端出灰口相连通。其特征在于煤仓下端的螺旋加料器或气流喷嘴与气化炉的密相区相连通，排灰结构与流化床下部的激冷段相连通，且在流化床浓相区上端的炉壁上装有飞灰二次或多次煤气化系统，流化床合成气出气与飞灰燃灰器及多次煤气化装置相连接。
2. 根据权利要求1所述的流化床和喷动床固体燃料气化装置，其特征在于所述的气 化剂的加入口 ，喷嘴位于流化床浓相区上扩大段的炉壁上，每组视作一个气化层，可以布置 多层，推荐1-4层。
3. 根据权利要求1所述的流化床和喷动床固体燃料气化装置，其特征在于在流化床 浓相区上端或喷动床的炉壁上装有飞灰多次煤气化的装置。使用的气化剂包括水、水蒸气、 二氧化碳、氧气或空气。
4. 根据权利要求1所述的流化床和喷动床固体燃料气化装置，其特征在于所述的多 次煤气化装置包括使用在流化床、气流床的装置中用的喷嘴可使用单通道喷嘴或多通道组 合式喷嘴。
5. 根据权利要求1所述的流化床和喷动床固体燃料气化装置，其特征在于飞灰多次 煤气化装置，使用的气化剂水的喷嘴位于浓相区上扩大段。周向布置可以在一个截面上按几个喷嘴，推荐l-4个喷嘴。喷嘴与水平面的夹角为±75° ，推荐±45° 。
6. 根据权利要求1所述的流化床和喷动床固体燃料气化装置，其特征在于所述的气化剂使用的喷嘴可以分开布置，一层氧气或空气、一层水、一层水蒸气或二氧化碳组合为一 个二次气化单元，也可以用其他组合方法。喷嘴可用数个单通道式或用多通道式喷嘴组合。
7. 根据权利要求1所述的流化床和喷动床固体燃料气化装置，其特征在于飞灰处理 单元装置，安装于气化炉后。可是燃灰器或多次煤气化装置，所述的多次煤气化装置，可为流化床和喷动床煤气化器或锅炉。包括FBC、PFBC、 IGCC、加压流化床和喷动床煤气化炉或 加压锅炉。
8. 根据权利要求1所述的流化床和喷动床固体燃料气化装置，其特征在于所述多次 煤气化装置，包括使用装置按于上部的气化剂向下喷射式的喷枪系统，也包括使用装置按 于底部的气化剂向上喷射式的喷枪系统，及使用装置按于侧面接近横式的气化剂喷枪系 统。
9. 根据权利要求1所述的流化床和喷动床固体燃料气化装置，其特征在于所述的流化床和喷动床煤气化装置和多次煤气化装置系统可以组合在一个装置中，也可以分设二个 装置再用管道或设备连接。
全文摘要
本发明公开了一种含碳氢固体燃料的流化床和喷动床燃烧及气化装置，目的在于解决流化床和喷动床固体燃料燃烧和气化装置中存在的飞灰量多和含碳量高、煤利用率低下的问题。装置由给料单元、加压流化床和喷动床单元、飞灰处理单元、飞灰循环单元组成。该装置突出的特征是在固体燃料的流化床和喷动床装置中增设飞灰处理用多次煤气化装置，从而大幅降低了煤气中的飞灰数量及飞灰含碳量，提高了炭利用率，增加了煤气中的有效气成分。该装置可广泛应用于煤，油母页岩或其他有机质废料的燃烧或制气、制油，制氨及碳一化学工业。该装置适用于流化床及喷动床锅炉(PFBC)及煤气化炉，也可用于燃气-蒸汽联合循环的领域(IGCC)。
文档编号C10J3/54GK101712891SQ200810200820
公开日2010年5月26日 申请日期2008年10月7日 优先权日2008年10月7日
发明者顾鸣海 申请人:顾鸣海