CN211199137U - 循环流化床粉煤热解-气化装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种循环流化床粉煤热解‑气化装置，包括：给料机；流化床热解炉，其通过进料斜管与给料机相连；流化床气化炉，其通过热解斜管与流化床热解炉相连；快速床气化炉，其下部入口与流化床气化炉的上部出口相连；流化床燃烧室，其上部入口与流化床气化炉的下部出口相连；细粉沉降/汽提器，其设置于快速床气化炉的外部，并通过气化斜管与流化床热解炉相连。

Description

循环流化床粉煤热解-气化装置

技术领域

本实用新型属于煤炭气化领域，涉及一种循环流化床粉煤热解-气化装置。

背景技术

煤、石油、天然气是世界三大一次能源，其中煤炭在世界能源储量中约占79％，煤是产生动力、热、煤焦加工和副产柏油的主要燃料资源之一。我国是一个以煤炭为主要能源结构的国家，在未来很长一段时间内不会改变，据统计，2015年我国的一次能源消费结构中，煤炭达到了63.7％。随着石油资源的日益紧缺，有效利用煤炭资源已成为我国能源可持续发展的一项策略。我国低阶煤储量占煤炭资源总量的55％以上，但其含水分高、煤化程度低，直接燃烧的效率低，不仅浪费资源而且污染环境，造成了酸雨、PM2.5，以及SOx和NOx等温室气体的排放。煤气化技术是实现煤洁净、高效、综合利用的关键技术，是煤炭转化的重要途径，也是合成化学品、联合循环发电以及煤制代用天然气的关键技术之一。是实现煤炭高效洁净利用是我国实现能源可持续发展的关键，也是解决全球面临的能源和环境问题的有效途径。

我国是世界上最大的煤气化技术应用市场，目前，多种煤气化技术已成功实现工业化应用。当前较为广泛的属于气流床气化技术，以高温高压为代价提高碳转化率，这就带来了能耗高、气体净化困难、对设备要求苛刻等问题。同时，气流床熔渣气化技术过高的操作温度使气流床的投资、维修和操作成本提高。美国电力研究院(EPRI)的研究报告指出，现有工业气流床气化炉不适合高灰、高灰熔点煤的气化，世界需要工业化的流化床气化技术。流化床技术无论燃烧或气化均具有适应高灰熔点、高灰煤种的本性，循环流化床锅炉已成功燃烧煤矸石即为明证。

专利CN102212399B公布了一种热解气化联合方法及装置，提出燃料在低速床热解炉中热解，半焦经返料装置送入循环流化床气化炉中气化，气化炉产生的煤气夹带着固体颗粒进入旋风分离器；旋风分离器捕集的固体颗粒，送入热解炉密相区上方，为燃料热解提供热量。该装置采用循环流化床为气化炉，或气化炉体积很大，能耗高；或无法保证高的碳转化率，气化强度低。

专利CN102504842A公布了一种三流化床固体热载体煤热解气化燃烧梯级利用方法。该方法以高温循环灰为固体热载体，煤在流化床热解炉中与高温循环灰混合，发生热解析出挥发分，挥发分经冷却分离得到焦油和热解煤气，而煤热解所产生的热解半焦则被送到流化床气化炉，以水蒸气和O2为气化剂，发生气化反应，制取合成气，气化炉中未被完全气化的半焦再被送到循环流化床燃烧炉，鼓入空气进行常规燃烧，或者鼓入O2/CO2进行富氧燃烧，加热固体热载体循环灰，同时燃烧产生的高温烟气用于生产气化炉所需的气化剂蒸汽。本实用新型的优点是通过煤的热解气化燃烧梯级利用实现了焦油、热解煤气和合成气的联产，但其燃烧、热解、气化的热量梯级利用顺序不合理，对能量的合理利用存在进一步改进和优化的空间。

综上所述，现有的热解-气化耦合分级利用技术虽然从一定程度上解决了传统气化制合成气以及热解制油的缺点，但是由于采用流化床技术和工艺条件限制，致使碳转化率和气化强度低。因此，如何进一步提高碳转化率和气化强度、合理运用燃烧、气化、热解的热量梯级利用，实现真正意义上的热解-气化一体化粉煤分质分级高效、清洁利用是煤气化技术发展的关键。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术存在的碳转化率和气化强度低、粉煤利用率较低、以及低阶煤难以利用的问题，提供一种新的循环流化床粉煤热解-气化装置。

本实用新型提供了一种循环流化床粉煤热解-气化装置，包括：

给料机；

流化床热解炉，其通过进料斜管与给料机相连；

流化床气化炉，其通过热解斜管与流化床热解炉相连；

快速床气化炉，其下部入口与流化床气化炉的上部出口相连；

流化床燃烧室，其上部入口与流化床气化炉的下部出口相连；

细粉沉降/汽提器，其设置于快速床气化炉的外部，并通过气化斜管与流化床热解炉相连；

快速床旋风分离器，其与所述快速床气化炉的上部出口相连。

根据本实用新型的一些实施方式，所述流化床热解炉由下至上包括密相区和烯相区。

根据本实用新型的优选实施方式，密相区的侧壁下部分别设置有粉煤入口和气化半焦入口，粉煤入口通过与进料斜管与给料机相连；气化半焦入口通过气化斜管与细粉沉降/汽提器相连；密相区的侧壁中部设置有热解半焦出口，其通过热解斜管与流化床气化炉相连。

根据本实用新型的优选实施方式，烯相区内设置有流化床热解炉旋风分离器，用于对密相区产生的气体进行分离。

根据本实用新型的优选实施方式，在所述流化床热解炉的底部设置有热解流化气入口，用于接收热解流化气。

根据本实用新型的优选实施方式，在所述流化床热解炉的顶部设置有热解气出口，其与流化床热解炉旋风分离器的气体出口相连，用于排出经分离的热解气。

根据本实用新型的优选实施方式，所述流化床气化炉与流化床热解炉并列布置。

根据本实用新型的一些实施方式，所述流化床气化炉的侧壁下部设置有热解半焦入口，其通过热解斜管与流化床热解炉相连。

根据本实用新型的优选实施方式，在所述流化床气化炉的侧壁下部设置有气化剂入口，气化剂入口用于接收气化剂。

根据本实用新型的优选实施方式，流化床气化炉的下部出口与流化床燃烧室的上部入口相连。

根据本实用新型的一些实施方式，所述流化床燃烧室的内部下方设置气体分布板；所述流化床燃烧室的底部设置有灰渣排出口，灰渣排出口与灰渣罐相连。

根据本实用新型的优选实施方式，所述流化床气化炉的上部出口缩径后与快速床气化炉的下部入口相连。

根据本实用新型的优选实施方式，所述快速床气化炉从细粉沉降/汽提器底部中心沿轴向申入其中，两者通过快速床气化炉旋风分离器连通。

根据本实用新型的一些实施方式，所述细粉沉降/汽提器包括汽提段、细粉沉降段和细粉沉降/汽提器旋风分离器；所述细粉沉降/汽提器的侧壁下部设置有汽提气入口，用于接收汽提气；所述细粉沉降/汽提器的侧壁下部设置有半焦出口，其通过气化斜管与流化床热解炉相连；所述细粉沉降/汽提器的顶部设置有合成气出口，其与细粉沉降/汽提器旋风分离器的气体出口相连，用于排出分离后的合成气。

根据本实用新型的优选实施方式，在所述热解斜管上设置有热解半焦返料阀，其为非机械返料阀，优选为U阀、J阀、L阀或M阀。向所述热解半焦阀内通入松动气，通过调节松动气的风量来控制热解半焦的循环量，或流化床气化炉的床层密度，或流化床热解炉的料位。

根据本实用新型的优选实施方式，在所述气化斜管上设置有气化半焦返料阀，其为非机械返料阀，优选为U阀、J阀、L阀或M阀。向所述气化半焦阀内通入松动气，通过调节松动气的风量来控制气化半焦的循环量，或细粉沉降/汽提器的料位，或流化床热解炉的温度。

本实用新型的技术方案在热解炉进行粉煤原料的热解，获得热解气(包含煤焦油)和气化原料—热解半焦，通过热解获得气化原料，扩大了煤种的适应范围。在气化炉中进行热解半焦颗粒的气化反应，产生合成气。且大部分未气化完的高温气化半焦颗粒作为载热体，循环进入热解炉中作为热解的热源，降低了能耗，也节省了传统工艺外加载热体的成本。小部分未气化完的气化半焦颗粒进入燃烧室与氧气发生燃烧反应，将半焦转化为灰渣，提高了碳转化率和残炭的利用率。燃烧反应产生的热量用来提供气化反应中热量的消耗和热损，并为气化反应提供了必要的气化剂。本实用新型专设了细粉沉降/汽提器，其目的是为了去除进入热解炉的高温气化半焦中夹带的飞灰，从而减少热解气中夹带的飞灰，避免飞灰对相关设备的堵塞，降低液固分离的难度。

本实用新型将热解与气化、气化与燃烧耦合在一起，可生产合成气和煤焦油，实现低阶煤的分质分级利用。可进行粉煤直接气化或粉煤催化气化，实现煤炭的高效、清洁、合理的综合利用。

附图说明

图1为本实用新型循环流化床热解-气化装置的示意图：

图1中，1为给料机；2为流化床热解炉；3为流化床热解炉密相区；4为流化床热解炉稀相区；5为流化床热解炉旋风分离器；6为热解半焦返料阀；7为流化床燃烧室；8流化床气化炉；9为细粉沉降/汽提器；10为汽提段；11为细粉沉降段；12为细粉沉降/汽提器旋风分离器；13为快速床气化炉；14为快速床气化炉旋风分离器；15为气体分布板；16为灰渣排出口；17为灰渣罐；18为气化半焦返料阀；19为进料斜管；20为热解斜管；21为气化斜管。A为粉煤原料；B为热解流化气；C为氧化剂；D为气化剂；E为汽提气；F、G、H、I为松动气；K为热解气；L为灰渣。

具体实施方式

下面通过实施例对本实用新型作进一步的阐述，但不仅限于本实施例。

本实用新型装置的工作流程如下：粉煤原料由给料机(1)送入密相区(3)，和高温气化半焦混合被加热，发生热解反应，夹带细煤粉的热解气经气固分离后回收的细煤粉返回密相区(3)，而热解半焦经热解半焦返料阀(6)控制循环量后进入流化床气化炉(8)下部。热解半焦与气化剂D接触，在流化床气化炉(8)和快速床气化炉(13)发生气化反应生成合成气，经快速床气化炉旋风分离器(14)分离未气化完的气化半焦后，进入细粉沉降/汽提器(9)上部沉降段(11)，未气化完的气化半焦落入细粉沉降/汽提器(9)下部的汽提段(10)内。含碳气化半焦从流化床气化炉(8)底部落入流化床燃烧室(7)，与氧化剂C接触混合，发生燃烧反应将含碳的半焦转化为灰渣。燃烧生成的高温气体向上进入流化床气化炉(8)作为气化剂，并为气化介质提供热量。快速床气化炉旋风分离器(14)顶部出来的合成气，经细粉沉降段(11)和细粉沉降/汽提器旋风分离器(12)回收细粉后，离开气化装置进入后续分离净化装置，细粉沉降/汽提器旋风分离器(12)回收的细粉经料腿落入汽提段(10)。汽提段(10)采用汽提气E对未反应完的含碳半焦和灰渣进行汽提，减少未反应完的含碳半焦和灰渣中夹带的飞灰，汽提后的含碳半焦和灰渣化合物进入气化斜管(21)，经气化半焦返料阀(18)控制循环量后进入流化床热解炉(2)密相区(3)下部，和新鲜粉煤混合，加热新进粉煤进行热解。

应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的任何限制。通过参照典型实施例对本实用新型进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本实用新型权利要求的范围内对本实用新型作出修改，以及在不背离本实用新型的范围和精神内对本实用新型进行修订。

Claims (10)

1.一种循环流化床粉煤热解-气化装置，其特征在于，包括：

给料机；

流化床热解炉，其通过进料斜管与给料机相连；

流化床气化炉，其通过热解斜管与流化床热解炉相连；

快速床气化炉，其下部入口与流化床气化炉的上部出口相连；

流化床燃烧室，其上部入口与流化床气化炉的下部出口相连；

细粉沉降/汽提器，其设置于快速床气化炉的外部，并通过气化斜管与流化床热解炉相连；

快速床旋风分离器，其与所述快速床气化炉的上部出口相连。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述流化床热解炉包括密相区和烯相区。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述密相区的侧壁下部分别设置有粉煤入口和气化半焦入口，粉煤入口通过与进料斜管与给料机相连；气化半焦入口通过气化斜管与细粉沉降/汽提器相连；密相区的侧壁设置有热解半焦出口，其通过热解斜管与流化床气化炉相连。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述烯相区内设置有流化床热解炉旋风分离器。

5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，在所述流化床热解炉的底部设置有热解流化气入口，用于接收热解流化气。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述流化床热解炉的顶部设置有热解气出口，其与流化床热解炉旋风分离器的气体出口相连，用于排出热解气。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述流化床气化炉的侧壁下部设置有热解半焦入口，所述热解半焦入口通过热解斜管与流化床热解炉相连；在所述流化床气化炉的侧壁下部设置有气化剂入口，气化剂入口用于接收气化剂。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述流化床燃烧室的底部设置有灰渣排出口，灰渣排出口与灰渣罐相连。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述细粉沉降/汽提器包括汽提段、细粉沉降段和细粉沉降/汽提器旋风分离器。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述细粉沉降/汽提器的侧壁下部设置有汽提气入口，用于接收汽提气；所述细粉沉降/汽提器的侧壁下部设置有半焦出口，其通过气化斜管与流化床热解炉相连；所述细粉沉降/汽提器的顶部设置有合成气出口，其与细粉沉降/汽提器旋风分离器的气体出口相连，用于排出合成气。

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