一种循环流化床煤炭气化炉的制作方法

本发明涉及一种煤炭清洁高效利用领域，尤其是涉及一种循环流化床煤炭气化炉。

背景技术：

我国的能源结构为富煤、少油、缺气。我国煤炭资源丰富，产量巨大，煤炭占我国能源消费总量的70%；但是，煤炭的直接燃烧导致严重的环境污染，对国家经济可持续发展及人民生活都造成了较大的影响。如今，煤炭气化技术受到越来越多的关注，通过气化技术可以将煤炭转化为较为清洁的气体进行利用。煤气化技术是煤炭高效、清洁利用的核心技术之一，具体指将煤与气化介质在气化炉中反应而制得粗煤气，再将粗煤气除尘脱硫净化得到干净煤气的过程。由气化炉顶部引出的气流主要包括气体混合物产物以及含有煤和灰的含碳固体颗粒，其经过旋风分离器后，其中90％以上的颗粒收集下来经返料管返料至炉膛，在流化床气化炉内则形成物料的内循环。为此人们设计出了很多关于循环流化床煤炭气化炉的专利，如公开号为cn203513612u的中国专利，公开了一种大型循环流化床气化炉，其特征在于返料器安装于旋风分离器的底部，返料器出口连接于密相室的侧壁，密相室底部依次安装布风板、均压室。

该专利的不足之处在于：（1）返料器直接与密相室相接，而密相室处于高温环境，使得含碳固体颗粒进入不了密相室，甚至会出现含碳固体颗粒逆流堵塞返料器的情况；（2）含碳固体颗粒与原煤直接混合后进行气化反应，影响气体的质量与效果；（3）含碳固体颗粒含有无实际气化效果的固体杂质，不断的对这部分含碳固体颗粒循环严重影响气体的效率及质量。

技术实现要素：

本发明主要解决现有技术所存在的含碳固体颗粒会产生逆流、气化效率及质量不佳等的技术问题，提供一种循环过程中不会产生逆流，气化效率高，根据煤炭质量分批次进行气化，实现自动循环的循环流化床煤炭气化炉。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种循环流化床煤炭气化炉，包括气化炉、旋风分离器及与所述的气化炉相连的给料机，所述的气化炉的粗煤气出口与所述的旋风分离器相连，其特征在于，所述的气化炉底部设有布风板，所述的旋风分离器通过下降管与返料箱相连，所述的返料箱包括排料出口及与所述的给料机相连的给料出口，所述的给料出口处设有常闭状态的给料控制阀，所述的排料出口处设有常闭状态的排料控制阀，所述的旋风分离器的煤气出口设有用于检测煤气浓度的浓度检测模块，所述的返料箱内设有用于检测所述的返料箱内固体煤颗粒容量的容量检测模块，所述的给料机、浓度检测模块、给料控制阀、排料控制阀、容量检测模块均分别与设有煤气浓度下限值的控制模块相连。将气化炉进行预加热，待气化炉温度达到约600℃时，气化介质首先由布风板进入气化炉内，使得气化炉内的石英砂进入流化状态，接着对经干燥化的原煤破碎后由给料机输送至气化炉，并与气化介质及石英砂快速混合，混合后煤炭中的c与氧气发生反应产生大量的热，促使c与水蒸气继续发生反应，并把反应温度控制在900℃-1000℃，反应气体不断上升后经粗煤气出口后离开气化炉，进入旋风分离器，旋风分离器对反应气体进行气固分离，其中气化产生的气体重要成分为co、h2、co2、h2s、ch4、n2、h2o，含碳固体颗粒是指含有半焦、灰、石英砂的含碳固体颗粒，分离后的气体由煤气出口排出进行下一步处理，而分离下来的含碳固体颗粒经下降管至返料箱中，返料箱中的容量检测模块检测到返料箱内的含碳固体颗粒超出临界存储值时，容量检测模块发送信号至控制模块，控制模块控制给料机停止输送原煤，或者人工利用控制模块停止给料机输送原煤，同时控制模块控制打开给料控制阀，将返料箱内的含碳固体颗粒回送至反应炉，使得含碳固体颗粒的半焦再次接触气化介质进行多次反应，从而提高了碳转换率，降低了灰渣中的含碳量，并利用浓度检测模块对煤气出口的煤气浓度进行不断检测，并将检测数据发送至控制模块，当检测到的煤气浓度低于控制模块中设置的煤气浓度时，控制模块关闭给料控制阀并打开排料控制阀，将多次利用的灰渣排出，因为原煤与半焦的出气化效率与气体质量是不同的，对原煤气化反应产生的粗煤气与半焦气化反应出来的粗煤气的后续处理过程也是不同，所以将原煤与半焦分开气化，将原煤气化反应产生的高质量粗煤气与半焦反应产生的低质量粗煤气分开利用，有利于提高气体的质量，在对含碳固体颗粒气化的过程中，利用浓度检测模块对煤气出口的煤气浓度进行不断检测，并将检测数据发送至控制模块，当检测到的煤气浓度低于控制模块中设定的煤气浓度下限值时，就将含碳固体颗粒当成灰渣排出，在煤气出口检测煤气浓度并传送至控制模块中，这样就可以对煤炭各个时间段的产气量进行统计，布风板上密布有通气孔，且布风板与气化炉抵接设置。

作为优选，所述的气化炉包括反应炉及通气炉，所述的通气炉下方设有出灰口，所述的反应炉通过反应隔板将所述的反应炉分割为左右设置的主反应炉与副反应炉，所述的主反应炉与所述的副反应炉通过所述的反应隔板上设置的主反应通气孔相连，所述的主反应通气孔设于所述的反应隔板远离所述的通气炉一端，所述的主反应炉底部与所述的通气炉相接，所述的布风板设于所述的通气炉底部，所述的粗煤气出口设于所述的副反应炉与所述的主反应炉相连另一侧，所述的通气炉上设有透视窗口。气化介质由布风板进入气化炉内，使得气化炉内的石英砂进入硫化状态，接着对经干燥后的原煤破碎后由给料机输送至气化炉，并与气化介质及石英砂快速混合，并在气化炉高温的环境下进行充分反应，气化介质持续由布风板进入气化炉内，使得混合后的反应气体由于气压差不断从主反应炉通过主反应通孔进入副反应炉，最后通过粗煤气出口通向旋风分离器，旋风分离器将反应气体进行气固分离，同时设置主反应炉与副反应炉的作用是增加煤炭与介质在反应炉内的反应时间，以增强煤炭与介质之间的反应效果，提高产气率。所述的通气炉上设有透视窗口的作用是使得操作人员可以充分了解气化炉内的杂质情况，以便对气化炉内的杂质进行清理。

作为优选，所述的副反应炉通过副反应隔板将所述的副反应炉分隔为左右设置的第一副反应炉与第二副反应炉，所述的第一副反应炉与第二副反应炉通过设于所述的副反应隔板底部的副反应通气孔相连，所述的粗煤气出口设于所述的第二反副应炉与第一副反应炉相连另一侧，所述的副反应通气孔与所述的粗煤气通气孔相错设置。气化介质由布风板进入气化炉内，使得气化炉内的石英砂进入流化状态，接着对经干燥后的原煤破碎后由给料机输送至气化炉，并与气化介质及石英砂快速混合，并在气化炉高温高压的环境下进行充分反应，因为布风板持续在通气，使得混合后的反应气体由于气压差不断从主反应炉通过主反应通孔进入第一副反应炉，然后通过副反应通孔从第一副反应炉进入第二副反应炉，最后通过粗煤气出口通向旋风分离器，旋风分离器将反应气体进行气固分离，将副反应炉分割成为第一副反应炉与第二副反应炉的作用是增加煤炭与介质在反应炉内的反应时间，以增强煤炭与介质之间的反应效果，提高产气率，所述的第一副反应炉与第二副反应炉通过设于所述的反应隔板底部的副反应通气孔相连，所述的副反应通气孔与所述的粗煤气出口相错设置的作用是这样当粗煤气在第一副反应炉后往下游走，然后通过副反应通气孔后流向第二副反应炉，最后向上游走经过粗煤气出口流向旋风分离器，使得反应气体在反应炉内不断上下流动形成折流增加了反应时间。

作为优选，所述的副反应隔板高度占所述的副反应炉高度的1/2至3/5。所述的副反应隔板高度占所述的副反应炉高度的1/2至3/5的作用是给副反应通气孔留下足够的空间，避免反应气体从第一副反应炉流至第二副反应炉时出现流动困难的情况。

作为优选，所述的通气炉与所述的副反应炉之间通过卸渣通孔相连，所述的卸渣通孔设于所述的反应炉与所述的通气炉相连一端，所述的卸渣通孔处设有与所述的卸渣通孔适配的卸渣板，所述的卸渣板与所述的反应隔板转动相连，所述的卸渣板通过卸渣板转动机构与控制模块相连。当气化炉内需要对煤渣或者其他杂质进行清理或者副反应炉内的煤渣或者其他杂质过多时，控制模块控制卸渣板转动机构让卸渣板向下转动，打开副反应炉与通气炉之间的卸渣通气孔，使得副反应炉内的煤渣或其他杂质通过卸渣通孔进入通气炉内然后通过出灰孔进行排灰，这样就可以保证副反应炉内的煤渣及其他杂质就不会积累。

作为优选，所述的返料箱外设有降温装置，所述的降温装置为水冷管，所述的水冷管均匀缠绕在所述的返料箱外，所述的水冷管为铝合金材质，所述的水冷管一端与水源相连，另一端与所述的布风板相通，所述的水冷管靠近所述的布风板一端设有蒸汽喷嘴，所述的水冷管靠近所述的蒸汽喷嘴一端设有用于控制蒸汽流量的流量控制阀，所述的水冷管上设有泄压阀。水冷管通水后对返料箱降温，使得返料箱内的温度迅速降低，避免返料箱内的含碳固体颗粒继续反应，返料箱对水冷管内的水，气化反应后通过蒸汽喷嘴为反应炉提供水蒸气，当水冷管内气压过大时泄压阀打开排出多余水蒸气，使得在对返料箱降温的同时对水蒸气进行了再次利用，实现了水的多次利用，所述的水冷管为铝合金材质的作用是因为铝合金的导热性比较好这样可以充分吸收返料箱的热量，为返料箱迅速降温，所述的水冷管上设有用于控制蒸汽流量的流量控制阀的作用是这样可以控制水冷管管为反应炉提供水蒸气量的大小。

作为优选，所述的主反应气化炉积占所述的气化炉积的1/2,所述的第一副反应气化炉积占所述的副反应气化炉积的1/2。

作为优选，所述的容量检测模块为红外线接发装置，所述的排料出口与废料箱相连。所述的容量检测模块为红外线接发装置的作用是当返料箱的含碳固体颗粒覆盖住红外线接发装置后，红外线接发装置将红外线发射出去后就接受不到反射的红外线，此时表明返料箱内的含碳固体颗粒达到了上限值，这样就可以对返料箱内的含碳固体颗粒进行处理，所述的排料出口与废料箱相连的作用是当含碳固体颗粒达不到相应的产气率时，就可以通过排料出口直接排向废料箱，并进行集中处理。

作为优选，所述的原煤破碎后的粒径控制在10mm以下。所述的原煤破碎后的粒径控制在10mm以下的作用是避免出现当原煤过大时在反应炉内就得不到充分的反应，成气率及转换效果就会下降。

本发明还提供了上述一种循环流化床煤炭气化炉的控制方法，它包括如下过程：

a.将气化炉预加热，待气化炉温度达到约600℃时，气化介质首先由布风板进入气化炉内，使气化炉内的石英砂进入流化状态，接着对经干燥后的原煤破碎后由给料机输送至气化炉，并与气化介质及石英砂快速混合；

b.混合后煤炭中的c与氧气发生反应产生大量的热，促使c与水蒸气继续发生反应，并把反应温度控制在900℃-1000℃，反应气体不断上升后经粗煤气出口离开气化炉并进入旋风分离器，旋风分离器对反应气体进行气固分离，分离后的气体由煤气出口排出进行下一步处理，而分离下来的含炭含碳固体颗粒经下降管至返料箱中；

c.返料箱中的容量检测模块检测到返料箱内的含碳固体颗粒已经超出临界存储值时，容积检测模块发送信号至控制模块，控制模块控制给料机停止输送原煤，或者人工利用控制模块停止给料机提供原煤；

d.同时控制模块控制打开给料控制阀，将返料箱内的含碳固体颗粒通过给料机回送至反应炉，使得含碳固体颗粒再次接触气化介质进行多次反应；

e.并利用浓度检测模块对煤气出口的煤气浓度进行不断检测，并将检测数据发送至控制模块，当检测到的煤气浓度低于控制模块中设置的煤气浓度时，控制模块关闭给料控制阀并打开排料控制阀，将多次利用的含碳固体颗粒排出。

本发明带来的有益效果是提供一种循环过程中不会产生逆流，气化效率高，根据煤炭质量分批次进行气化，实现自动循环的循环流化床煤炭气化炉。

因此，本发明具有结构合理，使用方便，利用率高等特点。

附图说明

附图1是本发明气化炉煤炭反应时的一种结构示意图；

附图2是本发明气化炉出灰时的一种结构示意图；

附图3是本发明返料箱向给料机供料的一种线路示意图；

附图4是本发明返料箱向外排料的一种线路示意图。

图中件号说明：1.旋风分离器、2.给料机、3.粗煤气出口、4.布风板、5.下降管、6.返料箱、7.排料出口、8.给料出口、9.给料控制阀、10.排料控制阀、11.煤气出口、12.浓度检测模块、13.容量检测模块、14.控制模块、15.通气炉、16.出灰口、17.反应隔板、18.主反应炉、19.主反应通气孔、20透视窗口、21.副反应隔板、22.第一副反应炉、23.第二副反应炉、24.副反应通气孔、25.卸渣通孔、26.卸渣板、27.卸渣板转动机构、28.水冷管、29.水源、30.蒸汽喷嘴、31.流量控制阀、32.泄压阀、33.废料箱。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

根据图1至图4所示的一种循环流化床煤炭气化炉，包括气化炉、旋风分离器1及与所述的气化炉相连的给料机2，所述的气化炉的粗煤气出口3与所述的旋风分离器1相连，其特征在于，所述的气化炉底部设有布风板4，所述的旋风分离器1通过下降管5与返料箱6相连，所述的返料箱6包括排料出口7及与所述的给料机2相连的给料出口8，所述的给料出口8处设有常闭状态的给料控制阀9，所述的排料出口7处设有常闭状态的排料控制阀10，所述的旋风分离器1的煤气出口设有用于检测煤气浓度的浓度检测模块12，所述的返料箱6内设有用于检测所述的返料箱6内固体煤颗粒容量的容量检测模块13，所述的给料机2、浓度检测模块12、给料控制阀9、排料控制阀10、容量检测模块13均分别与设有煤气浓度下限值的控制模块14相连。所述的气化炉包括反应炉及通气炉15，所述的通气炉15下方设有出灰口16，所述的反应炉通过反应隔板17将所述的反应炉分割为左右设置的主反应炉18与副反应炉，所述的主反应炉18与所述的副反应炉通过所述的反应隔板17上设置的主反应通气孔19相连，所述的主反应通气孔19设于所述的反应隔板17远离所述的通气炉15一端，所述的主反应炉18底部与所述的通气炉15相接，所述的布风板4设于所述的通气炉15底部，所述的粗煤气出口3设于所述的副反应炉与所述的主反应炉18相连另一侧，所述的通气炉15上设有透视窗口20。所述的副反应炉通过副反应隔板21将所述的副反应炉分隔为左右设置的第一副反应炉22与第二副反应炉23，所述的第一副反应炉22与第二副反应炉23通过设于所述的副反应隔板21底部的副反应通气孔24相连，所述的粗煤气出口3设于所述的第二反副应炉与第一副反应炉22相连另一侧，所述的副反应通气孔24与所述的粗煤气通气孔相错设置。所述的副反应隔板21高度占所述的副反应炉高度的1/2至3/5。所述的通气炉15与所述的副反应炉之间通过卸渣通孔25相连，所述的卸渣通孔25设于所述的反应炉与所述的通气炉15相连一端，所述的卸渣通孔25处设有与所述的卸渣通孔25适配的卸渣板26，所述的卸渣板26与所述的反应隔板17转动相连，所述的卸渣板26通过卸渣板转动机构27与控制模块14相连。所述的返料箱外设有降温装置，所述的降温装置为水冷管28，所述的水冷管28均匀缠绕在所述的返料箱外，所述的水冷管28为铝合金材质，所述的水冷管28一端与水源29相连，另一端与所述的布风板相通，所述的水冷管28靠近所述的布风板一端设有蒸汽喷嘴30，所述的水冷管28靠近所述的蒸汽喷嘴30一端设有用于控制蒸汽流量的流量控制阀31，所述的水冷管28上设有泄压阀32。所述的主反应气化炉积占所述的气化炉积的1/2,所述的第一副反应气化炉积占所述的副反应气化炉积的1/2。所述的容量检测模块13为红外线接发装置，所述的排料出口7与废料箱33相连。所述的原煤破碎后的粒径控制在10mm以下。

将气化炉进行预加热，待气化炉温度达到约600℃时，气化介质首先由布风板4进入气化炉内，使得气化炉内的石英砂进入流化状态，接着对经干燥化的原煤破碎后由给料机2输送至气化炉，并与气化介质及石英砂快速混合，混合后煤炭中的c与氧气发生反应产生大量的热，促使c与水蒸气继续发生反应，并把反应温度控制在900℃-1000℃，反应气体不断上升后经粗煤气出口3后离开气化炉进入旋风分离器1，旋风分离器1对反应气体进行气固分离，其中气化产生的气体重要成分为co、h2、co2、h2s、ch4、n2、h2o，含碳固体颗粒是指含有半焦、灰、石英砂的含碳固体颗粒，分离后的气体由煤气出口排出进行下一步处理，而分离下来的含碳固体颗粒经下降管至返料箱6中，返料箱6中的容量检测模块13检测到返料箱6内的含碳固体颗粒已经超出临界存储值时，容量检测模块13发送信号至控制模块14，控制模块14控制给料机2停止输送原煤，或者人工利用控制模块14停止给料机2输送原煤，同时控制模块14控制打开给料控制阀9，将返料箱6内的含碳固体颗粒回送至反应炉，使得含碳固体颗粒再次接触气化介质进行多次反应，从而提高了碳转换率，降低了灰渣的含碳量，并利用浓度检测模块12对煤气出口的煤气浓度进行不断检测，将检测数据不断发送至控制模块14，当检测到的煤气浓度低于控制模块14中设置的煤气浓度时，控制模块14关闭给料控制阀9并打开排料控制阀10，将多次利用的含碳固体颗粒排出，因为原煤与半焦的气化效率与气体质量是不同的，对原煤气化反应产生的粗煤气与半焦气化反应产生的粗煤气的后续处理过程也是不同的，所以将原煤与半焦分开气化，将原煤气化反应产生的高质量粗煤气与半焦反应出来的低质量粗煤气分开利用，有利于提高原煤的出气质量，在对半焦气化的过程中，利用浓度检测模块12对煤气出口的煤气浓度进行不断检测，并将检测数据发送至控制模块14，当检测到的煤气浓度低于控制模块14中设定的煤气浓度下限值时，就将灰渣排出，在煤气出口检测煤气浓度并传送至控制模块14中，这样就可以对煤炭各个时间段的产气量进行统计，布风板4上密布有通气孔，且布风板4与气化炉抵接设置。气化介质由布风板4进入气化炉内，使得气化炉内的石英砂进入硫化状态，接着对经干燥化的原煤破碎后由给料机2输送至气化炉，并与气化介质及石英砂快速混合，并在气化炉高温的环境下进行充分反应，因为布风板4持续在通入气体，使得混合后的反应气体由于气压差不断从主反应炉18通过主反应通孔进入第一副反应炉22，然后通过副反应通孔从第一副反应炉22进入第二副反应炉23，最后通过粗煤气出口3通向旋风分离器1，旋风分离器1将反应气体进行气固分离，设置主反应炉18与副反应炉时，并将副反应炉分割成为第一副反应炉22与第二副反应炉23的作用是增加煤炭与介质在反应炉内的反应时间，以增强煤炭与介质之间的反应效果，提高产气率，所述的第一副反应炉22与第二副反应炉23通过设于所述的反应隔板17底部的副反应通气孔24相连，所述的副反应通气孔24与所述的粗煤气出口3相错设置的作用是这样当粗煤气在第一副反应炉22后往下流动，然后通过副反应通气孔24后流向第二副反应炉23，最后向上流动经过粗煤气出口3流向旋风分离器1，这样就会使反应气体在反应炉内不断上下流动形成折流增加了反应时间。所述的副反应隔板21高度占所述的副反应炉高度的1/2至3/5的作用是给副反应通气孔24留下足够的空间，避免反应气体从第一副反应炉22流至第二副反应炉23时出现游走困难的情况。当气化炉内需要对煤渣或者其他杂质进行清理或者副反应炉内的煤渣或者其他杂质过多时，控制模块14控制卸渣板转动机构27让卸渣板26向下转动，打开副反应炉与通气炉15之间的卸渣通气孔，使得副反应炉内的煤渣或其他杂质通过卸渣通孔25进入通气炉15内然后通过出灰孔进行排灰，这样就可以保证副反应炉内的煤渣及其他杂质就不会积累。水冷管28通水后对返料箱降温，使得返料箱内的温度迅速降低，避免返料箱内的含碳固体颗粒继续反应，返料箱对水冷管28内的水，气化反应后通过蒸汽喷嘴30为反应炉提供水蒸气，当水冷管28内气压过大时泄压阀32打开排出多余水蒸气，使得在对返料箱降温的同时对水蒸气进行了再次利用，实现了水的多次利用，所述的水冷管28为铝合金材质的作用是因为铝合金的导热性比较好这样可以充分吸收返料箱的热量，为返料箱迅速降温，所述的水冷管28上设有用于控制蒸汽流量的流量控制阀31的作用是这样可以控制水冷管28管为反应炉提供水蒸气量的大小。所述的容量检测模块13为红外线接发装置的作用是当返料箱6的含碳固体颗粒覆盖住红外线接发装置后，红外线接发装置将红外线发射出去后就接受不到反射的红外线，此时表明返料箱6内的含碳固体颗粒达到了上限值，这样就可以对返料箱6内的含碳固体颗粒进行处理了，所述的排料出口7与废料箱33相连的作用是当含碳固体颗粒没有达不到相应的产气率时就可以通过排料出口7直接排向废料箱33，并进行集中处理。所述的原煤破碎后的粒径控制在10mm以下的作用是当原煤过大时在反应炉内就得不到充分的反应，成气率及转换效果就会下降。

本发明还包括如下控制过程：

a.将气化炉预加热，待气化炉温度达到约600℃时，气化介质首先由布风板4进入气化炉内，使炉内的石英砂进入流化状态，接着对经干燥后的原煤破碎后由给料机2输送至气化炉，并与气化介质及石英砂快速混合；

b.混合后煤炭中的c与氧气发生反应产生大量的热，促使c与水蒸气继续发生反应，并把反应温度控制在900℃-1000℃，反应气体不断上升后经粗煤气出口3离开气化炉并进入旋风分离器1，旋风分离器1对反应气体进行气固分离，分离后的气体由煤气出口排出进行下一步处理，而分离下来的含碳固体颗粒经下降管至返料箱6中；

c.返料箱6中的容量检测模块13检测到返料箱6内的含碳固体颗粒已经超出临界存储值时，容积检测模块发送信号至控制模块14，控制模块14控制给料机2停止输送原煤，或者人工利用控制模块14停止给料机2提供原煤；

d.同时控制模块14控制打开给料控制阀9，将返料箱6内的含碳固体颗粒通过给料机2回送至反应炉，使得含碳固体颗粒再次接触气化介质进行多次反应；

e.并利用浓度检测模块12对煤气出口的煤气浓度进行不断检测，并将检测数据发送至控制模块14，当检测到的煤气浓度低于控制模块14中设置的煤气浓度时，控制模块14关闭给料控制阀9并打开排料控制阀10，将多次利用的含碳固体颗粒排出。