[发明专利]流化床飞灰返炉气化设备及方法

说明书

技术领域

本发明涉及煤气化技术领域，尤其涉及一种流化床飞灰返炉气化设备及方法。

背景技术

中国以煤为主的能源结构在未来较长时期内难以根本改变，如何加强煤的清洁高效综合利用是煤化工技术发展的重要方向，在众多的技术中，煤气化是煤炭高效、清洁利用的核心技术之一。

目前较为先进的流化床气化工艺具有气固物料混合充分的特点，利于传热、传质和气化反应，是煤炭气化工艺中最为成熟的工艺。流化床是指将大量固体颗粒悬浮于运动的流体之中，从而使颗粒具有流体的某些表观特征，这种流固接触状态也称为固体流态化。然而，在流化床气化工艺中，所产生的煤气中所夹带的飞灰含碳量很高，如果不能对飞灰进行再利用，会造成能源的浪费和整个工艺成本的提高，因此，有必要对流化床气化炉飞灰进行高效再利用。

飞灰利用形式主要有回收燃烧和气化两种。其中，回收燃烧是将旋风分离器补集到的飞灰通入另外一台设备中再燃烧的过程，此工艺虽然能够提高飞灰的转化率，但主要是利用飞灰的热值，使得飞灰总体利用率较低。

在上述基础上，开发了飞灰的气化再利用技术，即将飞灰通过返灰系统送入气化炉进行再次气化的过程。但如图1所示，在现有的飞灰气化技术中，分离后的飞灰在返灰吹送气的推动下是送入到气化区中，而非送入到燃烧区中，从而不能在含氧气化剂的作用下燃烧完全，降低了飞灰的碳转化率。并且，飞灰是从气化炉的一侧通入气化区，飞灰气流的通入会造成气化炉内流场产生偏流、短路现象，从而造成炉内温度分布不均匀，情况严重时，还会产生炉内结渣、无法返灰等现象，从而影响气化炉的正常操作。

因此研究开发一种既能将返炉飞灰高效转化又能使气化炉内流场分布更加均匀的方法和设备显得十分重要。

发明内容

本发明提供了一种流化床飞灰返炉气化设备及方法，能够使返炉飞灰在高效转化的同时，气化炉内的流场分布更加均匀。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种流化床飞灰返炉气化设备，包括飞灰注入装置，所述飞灰注入装置包括内层通道和外层通道，所述内层通道用于通入含氧气化剂、所述外层通道用于通入返灰吹送气与飞灰的混合物，或所述内层通道用于通入返灰吹送气与飞灰的混合物、所述外层通道用于通入含氧气化剂，以使飞灰与含氧气化剂在所述飞灰注入装置的出口处充分混合地从气化炉的底部注入气化炉内进行燃烧反应。

优选的，所述内层通道的出口设有外倒角，所述外层通道的出口设有与所述内层通道的出口外倒角角度一致的缩口。

可选的，所述内层通道和所述外层通道为“L”型。

可选的，所述内层通道和所述外层通道的竖直段长度应满足通道出口处气体均匀分布。

优选的，所述外层通道的竖直段长度大于所述内层通道的竖直段长度。

可选的，所述内层通道和所述外层通道竖直段与水平段的连接位置分别位于通道竖直段的下部，且在通道竖直段底部留有气体涡流缓冲空间。

优选的，所述内层通道的底部设有实心半球状流线补强结构，且半球直径与所述内层通道的外部直径相同。

可选的，所述外层通道与所述内层通道的直径比例为2-4.5倍。

可选的，所述内层通道的出口处的外倒角为45°-75°。

优选的，所述外层通道的缩口的直径尺寸为所述内层通道出口的直径尺寸的1.0-1.2倍。

可选的，当返灰量的固体体积分数≥0.3时，所述内层通道用于通入返灰吹送气与飞灰的混合物，所述外层通道用于通入含氧气化剂；

当返灰量的固体体积分数＜0.3时，所述内层通道用于通入含氧气化剂，所述外层通道用于通入返灰吹送气与飞灰的混合物。

可选的，还包括：

气化炉；

飞灰分离装置，用于对气化炉中排出的带有飞灰的产品气进行气固分离；

飞灰储存装置，用于收集分离后的飞灰，并在返灰吹送气的推动下将飞灰送入所述飞灰注入装置中。

一种流化床飞灰返炉气化方法，包括步骤：

1)对气化炉中排出的带有飞灰的产品气经气固分离装置进行气固分离；

2)将气固分离后的飞灰在返灰吹送气的推动下，与含氧气化剂一起经由飞灰注入装置注入气化炉内进行燃烧反应。

优选的，所述含氧气化剂中氧气的体积浓度为20％-60％。