一种组合床煤气化系统及方法与流程

本发明涉及一种组合床煤气化系统及方法，属于节能环保及清洁煤气化
技术领域：
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背景技术：
：循环流化床煤气化生产工业煤气属于清洁煤气化技术。循环流化床煤气化对入炉原料要求低，煤种适应广，设备及系统流程简单，装置投资低，已在工业燃气和化工领域广泛应用；但由于循环流化床采用固态排渣，反应温度偏低，气流速度大，且反应温度不均匀沿流化方向有所衰减，使循环流化床内碳转化率低，飞灰排量大且残碳含量高；飞灰挥发分低，反应活性差，难以处理，是循环流化床气化技术亟待解决的问题。气流床气化技术采用液态排渣，反应温度高，碳转化率高，但煤种适应性较差，对入炉原料粒径要求高，一般小于0.1mm，后续系统流程复杂，热效率低，投资高。将循环流化床与气流床气化技术的特点结合，可克服循环流化床技术中存在的碳转化率低、飞灰排放量大且难以处理、常规处理方法中飞灰的有效利用率差、系统热效率低、气流床易结焦堵渣的问题。中国发明专利申请号201410117504.1，公开号cn103911179a，公开日2014-07-09的专利文件公开了一种煤气化方法和装置。该煤气化方法包括：将粉煤和气化剂送入循环流化床气化炉进行反应；使反应生成的气化炉烟气经第一气固分离器分离出返料粉煤和带粉煤气流，并将返料粉煤循环回循环流化床气化炉继续反应，将带粉煤气流经第二气固分离器分离出煤气和含碳飞灰；将含碳飞灰送入热风炉，使其在高于1300℃燃烧，将产生的热风炉烟气返回循环流化床气化炉中参加反应，而燃烧产生的液态渣经冷却后排出。该发明提供的煤气化方法和装置，通过设置热风炉对循环流化床气化炉产生的飞灰进行了循环利用，提高了碳的转化率。但该发明存在以下不足：飞灰在热风炉中过氧燃烧，热风炉烟气中主要含有co2、n2、o2和h2o，对煤气而言均是无效组份，有效气产量低，未能实现飞灰的有效利用；热风炉烟气温度在1300-1400℃，进入循环流化床之前未能充分回收烟气的热量，热效率低；烟气中夹带有液态灰渣，烟气返回循环流化床后，易造成循环流化床设备或系统结焦。中国发明专利申请号201710500836.1，公开号cn107118809a，公开日2017-09-01的专利文件公开了一种气流床与循环流化床组合循环气化系统及其两段式气化方法。该发明的组合循环气化系统，包括互相连通的气流床和循环流化床，气流床气化采用整个系统的飞灰作为原料，飞灰循环利用，提高了固体燃料的利用率，循环流化床气化采用气流床产生的一定温度压力的烟气作为一次风和气化剂，烟气的再利用使循环流化床无需持续的补充一次风和气化剂，通过调节气流床的压力、氧气与飞灰含碳的质量比，使循环流化床产生的可燃性气体产物压力、热值可调范围大，能够实现飞灰零排放，燃料综合利用率达到99％以上。该发明改变了传统处理循环流化床飞灰的方法，达到了将飞灰中的残碳综合利用，提高固体燃料利用率的目的。但该发明存在以下不足：气流床产生的一定温度压力的烟气不足以作为循环流化床的一次风和气化剂使用，反而导致循环流化床飞灰和渣的含碳量增大，碳转化率低；为使循环流化床内气化反应充分进行，提高碳转化率，需要调大进入气流床的氧气与飞灰含碳质量比，造成气流床中飞灰过氧燃烧，未能实现飞灰的有效利用；气流床产生的烟气夹带熔融灰渣下行通过内置换热器ⅱ，极易导致设备结焦和堵渣。技术实现要素：本发明提供一种组合床煤气化系统及方法，解决现有的循环流化床技术中存在的碳转化率低、飞灰排放量大且难以处理、常规处理方法中飞灰的有效利用率差、系统热效率低、气流床易结焦堵渣的问题。为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种组合床煤气化系统，包括原料煤给料单元、飞灰循环给料单元、组合床煤气化单元、热量回收及除尘单元，所述组合床煤气化单元包括循环流化床气化炉和气流床气化炉，所述原料煤给料单元的输出管道通入循环流化床气化炉的下部；所述气流床气化炉上部设有辐射废锅室，所述循环流化床气化炉上部设有补热反应区，所述辐射废锅室顶部出口通过输气导管与所述补热反应区相连；所述飞灰循环给料单元与所述热量回收及除尘单元的飞灰输出口连接，所述所述灰循环给料单元的输出管道通入所述气流床气化炉的燃烧室内。其中，优选地，所述气流床气化炉为上行辐射废锅型气化炉，所述气流床气化炉内位于所述辐射废锅室的下方依次设有煤气稳流段、燃烧室和冷渣室。其中，优选地，所述冷渣室的输出管道与渣锁斗连接，所述渣锁斗的输出管道通入渣池内，所述燃烧室连接有第一气化剂输入管。其中，优选地，所述循环流化床气化炉下部设有密相反应区，所述补热反应区顶部通过管道与循环反应区连接，所述循环反应区顶部通过管道与所述热量回收及除尘单元连接，所述循环反应区底部设有循环管道，所述循环管道通入所述密相反应区。其中，优选地，所述热量回收及除尘单元包括依次连接的换热器i、除尘器和换热器ii，所述换热器i与所述循环反应区连接，所述除尘器顶部与所述换热器ii连接，所述除尘器底部设有飞灰循环管路，所述飞灰循环管道路上设有飞灰循环给料单元，所述飞灰循环给料单元包括灰仓和灰锁，所述灰锁的输出管道通入所述燃烧室内，所述燃烧室还连接有第一气化剂输入管。其中，优选地，所述原料煤给料单元包括依次连接的煤仓、煤锁和给煤机，所述给煤机的输出管道通入通入所述循环流化床气化炉的下部。其中，优选地，所述循环流化床气化炉的底部连接有灰渣排出管和第二气化剂输入管。本发明并提供了一种煤气化的方法，包括下述步骤：步骤一、循环流化反应：将原料煤和气化剂送入循环流化床气化炉，依次在炉内密相反应区、补热反应区、循环反应区进行氧化还原反应；步骤二、热量回收及除尘：循环流化床反应生成的合成气送入热量回收及除尘单元，依次通过换热器ⅰ、除尘器、换热器ⅱ，降温除尘后的合成气送至后工段；步骤三、飞灰循环与反应：热量回收及除尘单元收集的飞灰，通过飞灰循环给料单元与气化剂送入气流床气化炉的燃烧室进行氧化还原反应；步骤四、飞灰反应热回收：飞灰气化反应生成的合成气上行，经辐射废锅室副产高压蒸汽；步骤五、循环流化床补热：辐射废锅室出口合成气经输气导管送入循环流化床气化炉的补热反应区，为循环流化床补充反应所需热量；步骤六、气流床排渣：气流床气化炉燃烧室生成的熔融态灰渣下行进入冷渣室冷却固化后经渣锁斗排至渣池。其中，优选地，所述气流床气化炉的燃烧室反应温度在1200-1650℃，产生的合成气经煤气稳流段上行进入辐射废锅室降温至700-1100℃；所述辐射废锅室出口的合成气经输气导管进入循环流化床补热反应区，并使补热反应区与循环反应区的温度在650-950℃且趋于均匀；所述循环流化床气化炉和气流床气化炉的压力在0-1.2mpa。其中，优选地，所述原料煤为煤、焦炭、生物质、生活垃圾、工业固废危废、石油焦中的一种或多种；所述原料煤的粒径为0-10mm；所述组合床气化剂为水蒸气和含氧气体的混合气体，所述含氧气体为空气、富氧空气、纯氧中的一种或多种。本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有以下有益效果：(1)本发明提供的一种组合床煤气化系统，将循环流化床气化炉的补热反应区和气流床气化炉的辐射废锅室通过输气导管连通形成组合床煤气化单元，气流床气化炉辐射废锅室出口合成气携带热量进入循环流化床补热反应区，提高循环流化床补热反应区和循环反应区的反应温度并提高循环流化床气化炉内各反应区温度的均匀性，进而提高了碳转化率，降低飞灰排放量和飞灰残碳含量；(2)本发明提供的一种组合床煤气化系统，组合床煤气化单元产生的合成气由热量回收及除尘单元统一处理，降低了热量回收及除尘单元的投资；(3)本发明提供的一种组合床煤气化系统，气流床气化炉采用上行辐射废锅型式，液态熔融灰渣下行进入冷渣室，合成气夹带少量固态飞灰上行进入辐射废锅室，有效解决了辐射废锅结焦堵渣问题；(4)本发明提供的一种组合床煤气化系统，将飞灰循环反应产生的合成气上行进入辐射废锅回收部分热量，副产高压蒸汽，合成气温度降至700-1100℃，实现飞灰有效利用的同时提高了煤气化过程的热效率；(5)本发明提供的一种组合床煤气化系统，利用气流床气化炉燃烧室下部设置的冷渣室将熔融灰渣进行冷却固化，以玻璃态排出，实现飞灰无害化处理，解决了飞灰难以处理的问题；(6)本发明提供的一种组合床煤气化系统，利用热量回收及除尘单元设置的多级换热设备和除尘设备，回收合成气热量并分离收集合成气中的飞灰，热效率高，合成气清洁程度高，能够满足化工、冶金、陶瓷、垃圾或固废焚烧处理等不同行业的需求；(7)本发明提供的一种组合床煤气化方法，将煤气化过程产生的飞灰全部收集并循环回气流床气化炉进行利用，提高了煤气化过程总的碳转化率和原料煤的利用率，理论上可以实现飞灰零排放，解决了飞灰难以处理的问题；(8)本发明提供的一种组合床煤气化方法，将辐射废锅室出口700-1100℃合成气经输气导管进入循环流化床补热反应区，提高了补热反应区与循环反应区反应温度并使其在650-950℃，并使循环流化床气化炉内各反应区的温度趋于均匀，提高了碳转化率，降低了飞灰排放量和飞灰残碳含量；(9)本发明提供的一种组合床煤气化方法，将辐射废锅室出口700-1100℃合成气经输气导管进入循环流化床补热反应区，为循环流化床气化反应提供热量，降低了循环流化床气化炉的气化剂消耗和原料煤消耗；(10)本发明提供的一种组合床煤气化方法，所述原料煤适应性广泛，可在煤气化
技术领域：
及节能环保领域使用，粒径要求范围宽(0-10mm)，无需设置原料煤制粉设施，降低了系统投资；(11)本发明提供的一种组合床煤气化方法，组合床煤气化单元的压力在0-1.2mpa，能够满足化工、冶金、陶瓷、垃圾或固废焚烧处理等不同行业的需求，应用范围广。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明的组合床煤气化系统的流程示意图；图2为本发明的工艺流程图。图中：1、原料煤给料单元；2、飞灰循环给料单元；3、组合床煤气化单元；4、热量回收及除尘单元；101、煤仓；102、煤锁；103、给煤机；201、灰仓；202、灰锁；203、第一气化剂输入管；301、气流床气化炉；302、辐射废锅室；303、煤气稳流段；304、燃烧室；305、冷渣室；306、渣锁斗；307、渣池；308、输气导管；309、循环流化床气化炉；310、密相反应区；311、补热反应区；312、循环反应区；313、循环管道；314、灰渣排出管；315、第二气化剂输入管，401、换热器ⅰ；402、除尘器；403、换热器ⅱ具体实施方式下面将结合本发明具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例1如图1和图2所示，本实施例提供一种组合床煤气化系统，包括原料煤给料单元1、飞灰循环给料单元2、组合床煤气化单元3、热量回收及除尘单元4，组合床煤气化单元3包括循环流化床气化炉309和气流床气化炉301，原料煤给料单元1的输出管道通入循环流化床气化炉309的下部；气流床气化炉301上部设有辐射废锅室302，循环流化床气化炉309上部设有补热反应区311，辐射废锅室302顶部出口通过输气导管308与所述补热反应区311相连；飞灰循环给料单元2与热量回收及除尘单元4的飞灰输出口连接，飞灰循环给料单元2的输出管道通入气流床气化炉301的燃烧室304内。其中，气流床气化炉301为上行辐射废锅型气化炉，气流床气化炉301内位于辐射废锅室302的下方依次设有煤气稳流段303、燃烧室304和冷渣室305。其中，冷渣室305的输出管道与渣锁斗306连接，渣锁斗306的输出管道通入渣池307内，燃烧室304连接有第一气化剂输入管203。其中，循环流化床气化炉309下部设有密相反应区310，补热反应区311顶部通过管道与循环反应区312连接，循环反应区312顶部通过管道与热量回收及除尘单元4连接，循环反应区312底部设有循环管道313，循环管道313通入密相反应区310。其中，热量回收及除尘单元4包括依次连接的换热器i401、除尘器402和换热器ii403，换热器i401与循环反应区312连接，除尘器402顶部与换热器ii403连接，除尘器402底部设有飞灰循环管路，飞灰循环管道路上设有飞灰循环给料单元，飞灰循环给料单元包括灰仓201和灰锁202，灰锁202的输出管道通入燃烧室304内。其中，原料煤给料单元1包括依次连接的煤仓101、煤锁102和给煤机103，给煤机103的输出管道通入所述循环流化床气化炉309下部。其中，循环流化床气化炉309的底部连接有灰渣排出管314和第二气化剂输入管315。本实施例并提供了采用上述组合床煤气化系统进行煤气化的方法，包括下述步骤：步骤一、循环流化反应：煤仓101中粒度为0-10mm的原料煤经煤锁102、给煤机103进入循环流化床气化炉309下部，与空气和水蒸气组成的气化剂(空气与水蒸气重量比在2.0:1)在炉内密相反应区310、补热反应区311、循环反应区发生循环流化及氧化还原反应，反应压力0.05mpa；步骤二、热量回收及除尘：产生的合成气夹带少量飞灰进入换热器ⅰ401副产0.5mpa低压饱和蒸汽回收部分热量后降温至180℃，进入除尘器402脱除飞灰，除尘后的合成气飞灰含量低于10mg/nm3，经换热器ⅱ403进一步冷却至40℃后送至后工段；步骤三、飞灰循环与反应：除尘器402捕集的飞灰输送至灰仓201，经灰锁202送入气流床气化炉301燃烧室304，与富氧空气(氧气含量50％)和水蒸气组成的气化剂在1450℃下进行氧化还原反应，反应压力0.1mpa。步骤四、飞灰反应热回收：产生的合成气上行经煤气稳流段303进入辐射废锅室302，副产5mpa饱和高压蒸汽；步骤五、循环流化床补热：合成气温度降至950℃经输气导管308送入循环流化床补热反应区311，以提高补热反应区311和循环反应区温度至850℃(与密相反应区310温度接近)；步骤六、气流床排渣：气流床气化炉301燃烧室304产生的液态熔融灰渣下行进入冷渣室305，灰渣被冷却固化为玻璃态，经渣锁斗306排至渣池307。本实施例采用的原料煤为褐煤，煤质分析数据如下表1：表1实施例1中采用的褐煤煤质分析数据通过本实施例的组合床气化系统，送至后工段的合成气飞灰含量低于10mg/nm3，飞灰全部循环利用，气流床渣池307粗渣的残碳含量低于3％，循环流化床底灰渣残碳含量低于5％，原料煤总碳转化率高于98.3％，原料煤消耗量低于350kg/knm3(co+h2)，5.0mpa高压饱和蒸汽产量高于450kg/knm3(co+h2)，0.5mpa低压饱和蒸汽产量高于350kg/knm3(co+h2)。实施例2本实施例采用的原料煤和基本工艺流程同实施例1，不同和改进之处在于，气化剂采用富氧空气和水蒸气(富氧空气含氧50％，富氧空气与水蒸气重量比2.5:1)，通过提高进入气流床的气化剂的氧含量和气化剂流量，从而提高燃烧室304反应温度至1500℃，使辐射废锅室302出口送至循环流化床补热反应区311的合成气温度提高至1000℃，进而提高循环流化床补热反应区311和循环反应区的温度至880℃，达到降低循环飞灰残碳含量和飞灰循环量、提高循环流化床碳转化率的目的。通过本实施例的组合床气化系统，气流床渣池307粗渣的残碳含量低于2.5％，循环流化床底灰渣残碳含量低于3％，原料煤总碳转化率高于99.5％，原料煤消耗量低于346kg/knm3(co+h2)，5.0mpa高压饱和蒸汽产量高于465kg/knm3(co+h2)，0.5mpa低压饱和蒸汽产量高于370kg/knm3(co+h2)，送至后工段的合成气飞灰含量低于8mg/nm3。实施例3本实施例采用的气化剂和基本工艺流程同实施例2，不同和改进之处在于，采用含油污泥(属于工业固体危废)作为原料煤，经原料煤给料单元1进入循环流化床气化炉309下部，循环流化床气化炉309密相反应区310、补热反应区311、循环反应区312的反应温度在900℃，气流床气化炉301燃烧室304的反应温度在1600℃，辐射废锅室302出口送至循环流化床补热反应区311的合成气温度在1100℃，组合床气化单元3的反应压力在0.08mpa。本实施例采用的含油污泥分析数据如下表2：表2实施例3中采用的含油污泥分析数据序号分析项目单位数值1空干基水分％0.482空干基灰分％50.383空干基碳％47.534空干基氢％0.435空干基氮％0.446空干基硫％0.527空干基氧％0.018空干基镍％0.149空干基钒％0.0710收到基低位发热量mj/kg16.711灰熔点℃1280通过本实施例的组合床气化系统，含油污泥总碳转化率高于99.5％，5.0mpa高压饱和蒸汽产量高于470kg/knm3(co+h2)，0.5mpa低压饱和蒸汽产量高于378kg/knm3(co+h2)，送至后工段的合成气飞灰含量低于8mg/nm3，含油污泥中的镍和钒被含油污泥的灰分捕集并共融，形成无害化的玻璃态固态灰渣排至渣池，镍和钒的捕集率高于99％。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12