[发明专利]高密度增压流化床煤气化装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高密度增压流化床煤气化装置及方法，属于煤气化技术领域。

技术背景

煤气化可以更好地解决煤直接燃烧过程中的污染问题，如整体煤气化联合循环是最洁净的燃煤发电方式；不仅如此，煤气化还能形成高价值的产品，如以煤为原料的化工生产，尤其是以生产合成氨、甲醇、制H₂和液体燃料等，在我国能源战略中起着非常重要的地位。

目前，工业化的煤气化装置主要有固定床、流化床和气流床气化炉三大类型。这些气化工艺都有其有缺点和适用范围：(1)气流床气化炉是当前发展较快的气化工艺，它的特点是碳转化率高，冷煤气效率和热效率较之其它气化工艺高，且适于大型化生产，最大单台气化炉的日处理煤量可达2000～3000吨；但由于它是液态排渣，因此只适用于灰熔点小于1400度的煤，对高灰、高灰熔点的煤也不适用；此外气化氧耗也较之其它工艺高；(2)固定床气化炉的优点是单位能耗比较小，对煤种有较宽的适应范围，热效率较高；但是固定床气化工艺对煤的粒度有较严格的要求，仅适用于弱粘结性块煤或型煤的气化，且为防止结渣，操作温度较低，水蒸汽用量大，产生的副产物焦油和酚难以处理；此外，由于其气化强度较低，大型化受到一定的限制；(3)流化床气化炉的特点是对煤种适应性相对比较广，包括高灰、低热值和高灰熔点的煤种，气化过程氧耗较低，适合于空气气化和富氧气化；目前存在的问题是：对煤种适应性较好且已经工业化的KRW和U-Gas炉型的放大性能受到一定的限制；增压鼓泡流化床(如HTW)和循环流化床气化炉已经成功放大到日处理煤量740吨，当二者仅适用于粘性较好的煤。

我国的煤炭资源不仅分布广、类型多，而且三高煤(高灰熔点、高灰、高硫)在煤的总储量中占很大的比例，其中高灰熔点煤约占总储量的50％，含硫量超过2％的高硫煤约占20～40％，煤炭中的平均含灰量大于20％。现有的气化工艺无法直接应用于我国储量丰富的高硫、高灰、高灰熔点煤的气化，因此亟需开发对煤种适应性广特别适合于处理我国储量丰富的高硫、高灰、高灰熔点煤，且气化过程碳转化率高、煤气热值高、投资低、环保性能优越的先进气化技术。

发明内容

技术问题：针对目前各种气化技术在高硫、高灰、高灰熔点煤气化上存在的问题，本发明提出一种高密度增压流化床煤气化装置及方法，目的在于提供一种对煤种适应性广，特别是适合于处理我国储量丰富的高硫、高灰、高灰熔点煤，且气化过程碳转化率高、煤气热值高、投资低、环保性能优越的气化方法及装置。

技术方案：本发明的高密度增压流化床煤气化装置主要由气化反应器、两级高效旋风分离器、两级返料阀等组成。气化反应器由耐火砖砌筑或耐火材料浇注而成，设置在压力壳内，压力壳与反应器之间填有保温层；反应器自下而上分为密相湍流流化段、高密度环核流动段、高密度快速流动段。密相湍流流化段的上部设有一级返料口，下部设有煤和石灰石进口，底部设有布风板和排渣管；为了密相湍流流化段布风均匀、排渣顺畅和防止高温结焦，布风板上装有中间定向风帽和周边流化风帽，布风板下部为风室，风室由中间风室和周边风室组成；中间风室底部设有细排灰口和过热蒸汽入口；周边风室设有主气化剂进口，底部设置有两个粗排灰口；排渣管穿过中间风室和压力壳通向炉外。高密度环核流动段为密相湍流流化段和高密度快速流动段之间的放大膛体，下部设有一级二次气化剂进口，中部设有二级二次气化剂进口，二级返料口设置在一级二次气化剂进口上方。高密度快速流动段的直径与密相湍流流化段段相同，其上部侧面的反应器出口与一级高效旋风分离器相连，分离器的底部接有一级落料管，落料管的下部接有一级返料阀，其返料管与反应器轴线成30～45度连接一级返料口；一级高效旋风分离器上部的出口接有二级高效旋风分离器，与一级高效旋风分离器成60～90度且在较高的位置布置，分离器的底部接有二级落料管，落料管的下部接有二级返料阀，其返料管与反应器轴线成30～45度连接二级返料口。