CN215712836U - 流化床分离换热装置以及双流化床系统 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种流化床分离换热装置以及双流化床系统，该流化床分离换热装置包括换热壳体，换热壳体具有料封室和冷却室；料封室上设置有物料进口，料封室的底部具有用于供料封室内的物料进入至冷却室中的第一进料间隙；冷却室具有流化气入口、物料出口和气体排放口；流化气入口用于供流化气进入至冷却室内，以对物料进行降温，且将物料中的至少部分碳分离出；气体排放口用于与气化炉连通，以使被流化气携带出的碳进入至气化炉中；物料出口用于与燃烧炉的进料口连通，以使冷却室中的其余物料进入至燃烧炉内，从而在无需增大气化炉体积的情况下，提高了碳转化率。

Description

流化床分离换热装置以及双流化床系统

技术领域

本公开涉及煤气化技术领域，尤其涉及一种流化床分离换热装置以及双流化床系统。

背景技术

双流化床系统包括气化炉和燃烧炉，气化炉中通入高温过热水蒸气为流化气和气化剂，燃烧炉中通入空气为流化气和助燃剂。燃料进入气化炉中，在高温下发生热解，同时燃料中的碳与水蒸气发生气化反应，生成一氧化碳、氢气、二氧化碳和甲烷。未反应的碳、惰性床料和燃料灰通过返料器进入燃烧炉进行高温燃烧，被加热后的惰性床料和燃料灰通过返料器再进入气化炉，为气化炉的燃料的热解和气化提供热量。

现有技术一般将气化炉的体积做的较大，以延长碳在气化炉中的停留时间，提高碳转化率，但是气化炉体积增大，必然会导致整个双流化床的体积增大，制约双流化床气化技术的发展。

实用新型内容

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本公开提供了一种流化床分离换热装置以及双流化床系统。

第一方面，本公开提供了一种流化床分离换热装置，包括换热壳体，所述换热壳体具有料封室以及位于所述料封室一侧的冷却室；

所述料封室上设置有用于与气化炉的溢流口连通的物料进口，所述料封室的底部具有用于供所述料封室内的物料进入至所述冷却室中的第一进料间隙；

所述冷却室具有流化气入口、物料出口和气体排放口；所述流化气入口用于供流化气进入至所述冷却室内，以对所述物料进行降温，且将所述物料中的至少部分碳分离出；所述气体排放口用于与气化炉连通，以使被所述流化气携带出的碳进入至所述气化炉中；所述物料出口用于与燃烧炉的进料口连通，以使所述冷却室中的其余物料进入至所述燃烧炉内。

可选的，所述换热壳体内设置有第一隔板，所述第一隔板将所述换热壳体的内腔分隔为所述料封室和所述冷却室，且所述第一隔板的底端与所述换热壳体的内底壁之间形成所述第一进料间隙。

可选的，所述第一隔板包括竖直段和连接在所述竖直段底部的倾斜段，所述倾斜段朝向所述料封室的方向向下倾斜设置，所述倾斜段的底端与所述换热壳体的内底壁之间形成所述第一进料间隙；

所述料封室具有吹送气入口，所述吹送气入口用于供吹送气进入，以将所述料封室内的物料经所述第一进料间隙吹送至所述冷却室。

可选的，所述倾斜段在所述换热壳体的内底壁上的投影长度不小于所述第一进料间隙的高度的3倍。

可选的，所述冷却室内设置有第二隔板，所述第二隔板将所述冷却室分隔为第一冷却腔室和第二冷却腔室，所述第一冷却腔室位于所述第一隔板和所述第二隔板之间，所述第二隔板的顶端与所述换热壳体的内顶壁之间形成可供所述第一冷却腔室内的物料进入至所述第二冷却腔室内的第二进料间隙；

所述气体排放口和所述物料出口设置在所述第二冷却腔室上，所述流化气入口位于所述冷却室的底部。

可选的，所述料封室的与所述第一进料间隙相对的侧壁底部形成为斜面，所述斜面朝向所述第一进料间隙的方向向下倾斜设置。

可选的，所述料封室上设置有用于检测所述料封室内的料位的第一料位压差计；所述冷却室上设置有用于检测所述冷却室内的料位的第二料位压差计。

可选的，所述流化床分离换热装置还包括第一旋风分离器；

所述第一旋风分离器具有与所述气体排放口连通的进气口、用于与所述气化炉连通的固体颗粒出口以及用于与所述燃烧炉连通的气体出口；所述第一旋风分离器用于对由所述气体排放口排出的流化气和碳进行气固分离，且使分离出的碳经所述固体颗粒出口进入至所述气化炉中，使分离出的气体经所述气体出口进入至所述燃烧炉中。

可选的，所述流化床分离换热装置还包括用于储存碳的碳仓；

所述碳仓具有碳入口和碳出口，所述碳入口与所述固体颗粒出口连通，所述碳出口用于与所述气化炉连通。

第二方面，本公开提供了一种双流化床系统，包括气化炉、燃烧炉以及如上所述的流化床分离换热装置。

本公开实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：

本公开提供的流化床分离换热装置以及双流化床系统，通过设置换热壳体，换热壳体具有料封室和冷却室，使料封室的物料进口与气化炉的溢流口连通，在料封室底部设置供料封室内的物料进入至冷却室内的第一进料间隙，通过冷却室的流化气入口向冷却室内输送流化气，实现对物料的降温，并将物料中的至少部分碳分离出来，通过将冷却室的气体排放口与气化炉连通，以使被流化气携带出的碳进入至气化炉中，也就是说，使得由气化炉溢流口排出的物料中的至少部分碳能够再次返入至气化炉中，从而进一步提高了碳转化率，且无需增大气化炉的体积。另外，当通过返料器将由物料出口排出的物料返入燃烧炉中时，由于经物料出口排出的物料已得以降温，从而可降低对物料出口与燃烧炉之间的返料器的耐温要求，通过常规的机械阀返料器即可实现气化炉和燃烧炉之间的正常返料。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

为了更清楚地说明本公开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，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本公开实施例所述的双流化床系统的结构示意图；

图2为本公开实施例所述的流化床分离换热装置的结构示意图；

图3为图2中I处的结构放大图。

其中，1、气化炉；11、进料口；12、水蒸气入口；13、溢流口；2、燃烧炉；21、空气入口；22、排出口；3、流化床分离换热装置；31、换热壳体；311、风室；32、料封室；321、物料进口；322、第一进料间隙；323、吹送气入口；324、斜面；33、冷却室；331、流化气入口；332、物料出口；333、气体排放口；334、第一冷却腔室；335、第二冷却腔室；336、第二进料间隙；34、第一隔板；341、竖直段；342、倾斜段；35、第二隔板；36、第一料位压差计；37、第二料位压差计；38、第一旋风分离器；381、进气口；382、固体颗粒出口；383、气体出口；39、碳仓；391、碳入口；392、碳出口；4、第一返料器；5、第二返料器；6、第二旋风分离器；7、第三返料器；8、余热回收装置；9、烟气净化装置。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例一

参照图1至图3所示，本实施例提供一种流化床分离换热装置3，该流化床分离换热装置3具体可应用在双流化床系统中，该双流化床系统包括气化炉1和燃烧炉2。气化炉1具体可以为流化床气化炉。气化炉1具有水蒸气入口12、进料口11和溢流口13。燃烧炉2具有入料口、空气入口21和排出口22。流化床分离换热装置3具体连接在气化炉1和燃烧炉2之间。

该流化床分离换热装置3具体包括换热壳体31，换热壳体31具有料封室32以及位于料封室32一侧的冷却室33。其中，料封室32上设置有用于与气化炉1的溢流口13连通的物料进口321，也就是说，从溢流口13流出的物料M经过物料进口321进入至料封室32内。料封室32的底部具有用于供料封室32内的物料进入至冷却室33中的第一进料间隙322。

其中，冷却室33具有流化气入口331、物料出口332和气体排放口333。流化气入口331用于供流化气D进入至冷却室33内，以对物料进行降温，且将物料中的至少部分碳分离出。可以理解的是，流化气D的温度低于进入至冷却室33内的物料M的温度，从而实现对物料M的降温。气体排放口333用于与气化炉1连通，以使被流化气D携带出的碳进入至气化炉1中。物料出口332用于与燃烧炉2的进料口连通，以使冷却室33中的其余物料进入至燃烧炉2内。此处的其余物料具体为除被流化气D携带出冷却室33的碳之外的物料。

具体地，比如可以在物料出口332与燃烧炉2的进料口之间设置第一返料器4，通过第一返料器4将由物料出口332排出的物料返入至燃烧炉2中。

具体实现时，煤或生物质等燃料由进料口11加入至气化炉1中，高温过热水蒸气由水蒸气入口12加入至气化炉1中，燃料在气化炉1内与水蒸气发生气化反应后，含残余半焦的物料M由溢流口13排出，经流化床分离换热装置3的物料进口321进入至料封室32内，物料经料封室32底部的第一进料间隙322进入至冷却室33。流化气D经冷却室33的流化气入口331进入至冷却室33内，对物料进行冷却，同时流化气D将物料中比床料密度轻的部分碳从物料M中分离出来。流化气D具体可来自于燃烧炉2尾部的循环烟气。流化气D带着分离出来的碳B经气体排放口333排出，进而使得碳B进入至气化炉1中，从而使得碳在气化炉1中进一步得以转化。冷却室33内其余被冷却的物料经物料出口332排出，经过第一返料器4被吹送气E1输送至燃烧炉2中。也就是说，由气化炉1的溢流口13排出的物料经流化床分离换热装置3冷却后，进入至燃烧炉2中，经测试，流化床分离换热装置3能够把气化炉1向燃烧炉2的返料降至300℃以下，从而降低了对第一返料器4的耐温要求，第一返料器4具体可使用常规的星型给料器即可，降低成本的同时，又保证了第一返料器4的使用寿命。

本实施例提供的流化床分离换热装置3，通过设置换热壳体31，换热壳体31具有料封室32和冷却室33，使料封室32的物料进口321与气化炉1的溢流口13连通，在料封室32底部设置供料封室32内的物料进入至冷却室33内的第一进料间隙322，使冷却室33的物料出口332与燃烧炉2连通，使冷却室33的气体排放口333与气化炉1连通，通过冷却室33的流化气入口331向冷却室33内输送流化气，实现对物料的降温，并将物料中的至少部分碳分离出来。由于冷却室33的气体排放口333与气化炉1连通，使得由气化炉1的溢流口13排出的物料中的至少部分碳B能够再次返入至气化炉1中，从而增加了碳在气化炉1中循环次数和停留时间，进一步提高了碳转化率，且无需增大气化炉1的体积。另外，由于物料得以降温，从而可降低对物料出口332与燃烧炉2之间的第一返料器4的耐温要求，通过常规的机械阀返料器即可实现气化炉1和燃烧炉2之间的正常返料。

具体地，料封室32具有吹送气入口323，吹送气入口323用于供吹送气D1进入，以将料封室32内的物料经第一进料间隙322吹送至冷却室33。具体地，如果将吹送气入口323设置的过高，同等返料量时需要更多的吹送气D1，导致吹送气D1消耗过多；但若将吹送气入口323设置的过低，容易吹穿物料，因此，在一些实施例中，具体可将吹送气入口323的中轴线所在的平面与换热壳体31底壁之间的垂直距离设置为1.5H～2H(其中，H为第一进料间隙322的高度)，这样设置在保证返料量的基础上，不会导致吹送气D1耗费过多，且可在一定程度上避免吹送气D1吹穿物料。

其中，换热壳体31内设置有第一隔板34，第一隔板34将换热壳体31的内腔分隔为料封室32和冷却室33，且第一隔板34的底端与换热壳体31的内底壁之间形成上述第一进料间隙322。

具体实现时，第一隔板34可以包括：竖直段341和连接在竖直段341底部的倾斜段342。其中，倾斜段342朝向料封室32的方向向下倾斜设置，倾斜段342的底端与换热壳体31的内底壁之间形成上述第一进料间隙322。这样设置可在一定程度上防止吹送气D1关闭时，冷却室33内的物料流动至料封室32内。其中，可使倾斜段342在换热壳体31的内底壁上的投影长度L不小于第一进料间隙322的高度H的3倍，这样可在更大程度上防止冷却室33的物料流动至料封室32内的情况出现，起到物料自锁的功能。

继续参照图1和图2，其中，冷却室33内设置有第二隔板35，第二隔板35将冷却室33分隔为第一冷却腔室334和第二冷却腔室335，第一冷却腔室334位于第一隔板34和第二隔板35之间，第二隔板35的顶端与换热壳体31的内顶壁之间形成可供第一冷却腔室334内的物料进入至第二冷却腔室335内的第二进料间隙336。示例性的，可将第二进料间隙336的高度设置在100mm～1000mm之间，保证气体在该第二进料间隙336处的速度为6m/s～10m/s。其中，气体排放口333和物料出口332设置在第二冷却腔室335上，流化气入口331位于冷却室33的底部。具体地，气体排放口333位于第二冷却腔室335的侧壁顶部，物料出口332具体位于第二冷却腔室335的底部。具体实现时，第一冷却腔室334和第二冷却腔室335的底部设置有分布板，分布板下部为风室311，流化气D先进入至风室311内，然后通过分布板进入至第一冷却腔室334和第二冷却腔室335内，对冷却室33内的物料进行流化和冷却。

通过设置第二隔板35，使得换热壳体31内形成三个腔室。其中，料封室32的物料为堆积状态，防止流化气D窜入至气化炉1内。第一冷却腔室334和第二冷却腔室335被第二隔板35隔开，气化炉1向燃烧炉2返的物料M在第一冷却腔室334和第二冷却腔室335两个流程内被流化气D冷却，使得物料得以两回程换热，从而增大了物料换热温差，进一步提高了冷却效果。一般地，从溢流口13排出的物料M的温度为700℃～800℃，经上述两回程换热后，物料M在出流化床分离换热装置3时的温度≤300℃，从而实现了很好的降温效果。

其中，可使料封室32的与第一进料间隙322相对的侧壁底部形成为斜面324，斜面324朝向第一进料间隙322的方向向下倾斜设置。参照图2所示，料封室32的左侧壁底部形成上述斜面324。具体实现时，可使该斜面324的倾角不小于45°，以防止物料在倾角上堆积。其中，吹送气入口323水平设置在该斜面324上。

进一步地，该流化床分离换热装置3还可以包括第一旋风分离器38，第一旋风分离器38具有与气体排放口333连通的进气口381、用于与气化炉1连通的固体颗粒出口382以及用于与燃烧炉2连通的气体出口383。第一旋风分离器38用于对由气体排放口333排出的流化气和碳进行气固分离，且使分离出的碳经固体颗粒出口382排出，进而进入至气化炉1中，使分离出的气体经气体出口383进入至燃烧炉2中。

也就是说，经流化床分离换热装置3的气体排放口333排出的流化气D和被流化气D携带出的碳B先进入至第一旋风分离器38中，第一旋风分离器38对其进行气固分离，使分离出的碳B进入至气化炉1中，分离出的气体经燃烧炉2底部的风室、分布板送入至燃烧炉2中。通过设置第一旋风分离器38，不仅在一定程度上避免流化气D进入至气化炉1中，且可使分离出来的流化气D进入燃烧炉2中作为流化气使用，提高了气体的再利用率。

此外，该流化床分离换热装置3还可以包括用于储存碳的碳仓39。碳仓39具有碳入口391和碳出口392，碳入口391与固体颗粒出口382连通，碳出口392用于与气化炉1连通。具体地，被第一旋风分离器38分离出的碳B先进入至碳仓39中，经碳出口392处的第二返料器5被吹送气E2送入至气化炉1中。通过设置碳仓39和第二返料器5，可有效控制进入至气化炉1中的碳量等。

具体实现时，如果流化床分离换热装置3分离出来的碳较多，导致燃烧炉2的温度不够，也可以在碳仓39的下部再设置一套给料装置，在燃烧炉2温度不够时，能够给燃烧炉2中补充碳，从而提高燃烧炉2温度。

参照图2所示，料封室32上设置有用于检测料封室32内的料位的第一料位压差计36。冷却室33上设置有用于检测冷却室33内的料位的第二料位压差计37。具体实现时，如果第一料位压差计36内显示料位较低，及时关闭返料吹送气D1，保证料封室32内有足够的料位，防止流化气D向气化炉1内窜入，同时影响双床内物料的正常循环。如果第二料位压差计37内显示料位较高，及时调小或关闭返料吹送气D1，防止流化气D携带大量循环灰从气体排放口333处排出，影响气化炉1与燃烧炉2之间的正常循环。

使用该流化床分离换热装置3的双流化床系统还可以包括：第二旋风分离器6、余热回收装置8和烟气净化装置9。其中，第二旋风分离器6的入口与燃烧炉2的排出口22连通，第二旋风分离器6的气体出口与余热回收装置8的入口连通，第二旋风分离器6的固体颗粒出口通过第三返料器7与气化炉1内腔连通。第二旋风分离器6用于对由燃烧炉2的排出口22排出的物料进行气固分离，使分离出的气体进入至余热回收装置8中进行余热回收，然后再进入至烟气净化装置9进行净化处理，净化处理后的烟气可作为流化气D，由冷却室33的流化气入口331进入至冷却室33中，对物料进行冷却，从而使得烟气得以充分利用。

其中，第三返料器7具体可使用非机械阀返料器。也就是说，整个双流化床系统可只在此处使用非机械阀返料器，其余位置的返料器(比如第一返料器4)用常规的机械阀返料器，通过非机械阀返料器和常规机械阀返料器的结合使用，可有效解决双床压差难以控制的问题。

实施例二

参照图1所示，本实施例提供一种双流化床系统，包括：气化炉1、燃烧炉2以及流化床分离换热装置3。其中，流化床分离换热装置3设置在气化炉1和燃烧炉2之间。

本实施例中的流化床分离换热装置3的具体结构和实现原理与实施例一提供的流化床分离换热装置3相同，并能带来相同或者类似的技术效果，其他技术特征也与实施例一相同，在此不再一一赘述，具体可参照实施例一的描述。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公开。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种流化床分离换热装置，其特征在于，包括换热壳体(31)，所述换热壳体(31)具有料封室(32)以及位于所述料封室(32)一侧的冷却室(33)；

所述料封室(32)上设置有用于与气化炉(1)的溢流口(13)连通的物料进口(321)，所述料封室(32)的底部具有用于供所述料封室(32)内的物料进入至所述冷却室(33)中的第一进料间隙(322)；

所述冷却室(33)具有流化气入口(331)、物料出口(332)和气体排放口(333)；所述流化气入口(331)用于供流化气进入至所述冷却室(33)内，以对所述物料进行降温，且将所述物料中的至少部分碳分离出；所述气体排放口(333)用于与气化炉(1)连通，以使被所述流化气携带出的碳进入至所述气化炉(1)中；所述物料出口(332)用于与燃烧炉(2)连通，以使所述冷却室(33)中的其余物料进入至所述燃烧炉(2)内。

2.根据权利要求1所述的流化床分离换热装置，其特征在于，所述换热壳体(31)内设置有第一隔板(34)，所述第一隔板(34)将所述换热壳体(31)的内腔分隔为所述料封室(32)和所述冷却室(33)，且所述第一隔板(34)的底端与所述换热壳体(31)的内底壁之间形成所述第一进料间隙(322)。

3.根据权利要求2所述的流化床分离换热装置，其特征在于，所述第一隔板(34)包括竖直段(341)和连接在所述竖直段(341)底部的倾斜段(342)，所述倾斜段(342)朝向所述料封室(32)的方向向下倾斜设置，所述倾斜段(342)的底端与所述换热壳体(31)的内底壁之间形成所述第一进料间隙(322)；

所述料封室(32)具有吹送气入口(323)，所述吹送气入口(323)用于供吹送气进入，以将所述料封室(32)内的物料经所述第一进料间隙(322)吹送至所述冷却室(33)。

4.根据权利要求3所述的流化床分离换热装置，其特征在于，所述倾斜段(342)在所述换热壳体(31)的内底壁上的投影长度不小于所述第一进料间隙(322)的高度的3倍。

5.根据权利要求2所述的流化床分离换热装置，其特征在于，所述冷却室(33)内设置有第二隔板(35)，所述第二隔板(35)将所述冷却室(33)分隔为第一冷却腔室(334)和第二冷却腔室(335)，所述第一冷却腔室(334)位于所述第一隔板(34)和所述第二隔板(35)之间，所述第二隔板(35)的顶端与所述换热壳体(31)的内顶壁之间形成可供所述第一冷却腔室(334)内的物料进入至所述第二冷却腔室(335)内的第二进料间隙(336)；

所述气体排放口(333)和所述物料出口(332)设置在所述第二冷却腔室(335)上，所述流化气入口(331)位于所述冷却室(33)的底部。

6.根据权利要求1至5任一项所述的流化床分离换热装置，其特征在于，所述料封室(32)的与所述第一进料间隙(322)相对的侧壁底部形成为斜面(324)，所述斜面(324)朝向所述第一进料间隙(322)的方向向下倾斜设置。

7.根据权利要求1至5任一项所述的流化床分离换热装置，其特征在于，所述料封室(32)上设置有用于检测所述料封室(32)内的料位的第一料位压差计(36)；

所述冷却室(33)上设置有用于检测所述冷却室(33)内的料位的第二料位压差计(37)。

8.根据权利要求1至5任一项所述的流化床分离换热装置，其特征在于，所述流化床分离换热装置还包括第一旋风分离器(38)；

所述第一旋风分离器(38)具有与所述气体排放口(333)连通的进气口(381)、用于与所述气化炉(1)连通的固体颗粒出口(382)以及用于与所述燃烧炉(2)连通的气体出口(383)；所述第一旋风分离器(38)用于对由所述气体排放口(333)排出的流化气和碳进行气固分离，且使分离出的碳经所述固体颗粒出口(382)进入至所述气化炉(1)中，使分离出的气体经所述气体出口(383)进入至所述燃烧炉(2)中。

9.根据权利要求8所述的流化床分离换热装置，其特征在于，所述流化床分离换热装置还包括用于储存碳的碳仓(39)；

所述碳仓(39)具有碳入口(391)和碳出口(392)，所述碳入口(391)与所述固体颗粒出口(382)连通，所述碳出口(392)用于与所述气化炉(1)连通。

10.一种双流化床系统，其特征在于，包括气化炉(1)、燃烧炉(2)以及如权利要求1至9任一项所述的流化床分离换热装置。

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