[发明专利]射流预氧化热解流化床气化含碳固体燃料的方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于固体燃料的能源高效利用领域，涉及一种射流预氧化热解流化床气化含碳固体燃料的方法及气化装置，特别涉及利用含碳固体燃料在流化床气化炉中采用喷射进料的工艺制造一氧化碳、氢气为主的粗煤气或合成气的气化方法及基于此方法的气化装置。该含碳固体燃料的气化方法及装置可以适用于包括黏结性煤在内的各种等级的煤种、生物质、石油焦及其它含碳固体废弃物的气化。

背景技术

气化是指以含碳燃料(煤、煤焦或生物质等)为原料，以氧气(空气、富氧或工业纯氧)、水蒸汽或氢气等作气化剂，在特定的设备内，在一定温度及压力下发生一系列化学反应，将固体燃料转化为含有CO、H₂、CH₄等可燃气体的过程。随着世界天然气、石油资源的日益紧缺，世界各国纷纷把煤或生物质的气化作为替代能源的主要方法开展了工艺开发和产业化研究。

流化床气化是最重要的气化方法之一，气化原料在反应器内呈流化状态，在一定温度、压力条件下与气化剂反应生成可燃气体。其主要优点是床层温度均匀，传热传质效率高，气化强度大。如果使用粉煤原料，价格便宜，且煤种适应范围宽，产品煤气中基本不含焦油和酚类物质。其主要缺点是气体中带出的细粉过多而影响了碳转化率，但通过采用细粉循环流化床技术，此缺点可得到一定程度的克服。具有代表性的流化床技术主要有：

(1)温克勒(Winkler)气化炉：最早的流化床气化技术，根据运行情况的不同可以分为低温和高温温克勒气化炉。两种气化炉都以碎煤或粉煤为原料，以氧气或空气和水蒸汽为气化剂。低温温克勒气化炉在常压运行，气化温度为900～950℃，碳转化率为91％左右，而高温温克勒气化炉在1Mpa的压力下运行，气化温度为950～1100℃左右，碳转化率可达96％。

(2)KRW气化炉：属于一种灰熔聚流化床煤气化技术。KRW气化炉炉内按作用不同，自上而下可分为分离段、气化段、燃烧段和灰分离段。气化炉操作压力为1.6MPa，设计最高操作压力为2.1MPa，气化温度为740～900℃，碳转化率大于90％。KRW气化炉最大的特点就是由一喷嘴在炉体下部给入燃料，煤粉在喷射区附近快速脱除挥发分形成半焦，同时喷入的气化剂在喷口附近形成射流高温燃烧区，这种高速气流喷嘴的射流作用有助于煤粒快速析出挥发分后的分散，因此黏结性的煤同样能操作。

(3)恩德气化炉：恩德煤气化炉是中国抚顺恩德机械有限公司在德国温克勒气化炉基础上经过改进形成的新技术，属于一种循环流化床气化技术。气化炉中上部增设二次进风喷嘴，出口增设干式旋风除尘器，将煤气夹带的细煤粉和热灰回收，返回气化炉内。恩德炉对褐煤、长焰煤、不黏煤、弱黏煤等均可进行有效气化，它的气化温度为950～1050℃，常压运行，碳转化率可达90％以上。

上述几种流化床气化炉中，低温温克勒气化炉，由于没有循环回料，灰渣中含碳量较高，所以碳转化率较低；KRW气化炉可以处理黏结煤，碳转化率高，但是采用灰熔聚技术难度大，运行很难稳定；恩德粉煤气化炉技术成熟可靠，运行安全稳定，投资较少，但是处理黏结性煤难度较大，碳转化率较低。

发明内容

本发明的目的是克服上述流化床气化技术的缺点，通过射流预氧化热解含碳固体燃料(煤、煤焦、生物质及其它含碳固体废弃物等)，并在进料时分散含碳固体燃料颗粒，强化热解，同时热解与半焦气化反应解耦，使分别控制热解和气化过程可能，并与直接供入流化床相比，预氧化明显降低含碳固体燃料颗粒在下部密相流化床层的黏结结焦可能性，增强对黏结性含碳固体燃料的适应性，从而提供一种射流预氧化热解流化床气化含碳固体燃料的方法。

本发明的另一个目的是提供一种能够实现上述射流预氧化热解流化床气化含碳固体燃料方法的射流预氧化热解流化床气化装置。

本发明的方法是采用含氧气化剂气体携带含碳固体燃料颗粒，以高速射流的方式输送含碳固体燃料颗粒到流化床气化炉中，使燃料颗粒在高速射流中预先氧化热解，同时使燃料颗粒高度分散；含碳固体燃料颗粒在流化床气化炉的稀相区中强化热解，然后形成的含碳固体燃料颗粒的半焦进入流化床气化炉的密相床层参加燃烧气化反应，本发明的方法对煤种适应范围广。