[发明专利]流化床和熔融床相组合的煤气化装置及其方法

说明书

本发明涉及一种流化床和熔融床相组合的气化装置及方法，解决了现有技术中存在的碳转化率和气化强度偏低、有效气浓度偏低以及气化炉运行稳定性和可靠性差的问题，本发明通过采用一种流化床和熔融床相组合的气化装置，由上方流化床气化段和下方熔融床气化段组成。其特征在于两个气化段采用喉口相连接，流化床气化段下部设有原料进口和回料进口，熔融床气化段侧面设有气化剂喷嘴。主要包括以下步骤：含碳原料和气化剂在流化床气化段内进行气化反应，未反应完全的飞灰通过旋风分离器和回料装置收集并循环通入流化床气化段内，产生的粗渣在熔融床气化段进一步燃烧的技术方案，较好地解决了上述问题，可应用于煤气化领域。

技术领域

本发明涉及一种煤气化装置及方法，更具体地，本发明设计一种流化床和熔融床相组合的气化装置及方法，属于煤气化领域。

背景技术

我国拥有丰富的煤炭资源，随着我国经济发展，对煤炭的需求量也与日俱增。在我国的煤炭消费结构中，发电和供热行业占50％左右，然而煤燃烧排放的大量粉尘、二氧化硫和氮氧化物等有害物质严重影响着人体健康和自然环境。煤气化技术作为一种煤炭清洁高效利用的重要途径，已广泛应用于冶金、化工、建材、机械等工业行业和工业燃气。现有的煤气化技术主要包括固定床、流化床和气流床。

流化床气化技术是原料固体在气化床层区域内悬浮运动并气化，原料固体与气化剂充分混合，有利于传热、传质和气化反应。流化床气化炉产生的煤气中焦油含量较低、气体组分和热值稳定，适用于粘结性低和高挥发分的煤种，是一种重要的煤气化技术。但是传统的流化床气化炉的灰渣中碳含量高，易造成碳转化率低。

美国专利USP4229289介绍了一种灰融聚流化床气化反应装置，在气化炉底部文丘里管中插入一个通入氧气或者空气的射流管，形成床内局部高温，使灰渣团聚成球，借助重量差异，达到灰球与含碳物料的分离，从而提高了原料碳的利用率。控制文丘里喉管的气速，可以控制下落灰球的大小或重量。但其文丘里喉管的结构复杂，加工制造困难。

专利CN200710018513.5提出了一种灰融聚流化床气化方法及气化装置，包括流化床气化单元、融聚灰分离单元、飞灰循环单元及废热回收单元组成，其排灰结构由垂直分离管与渐缩管直接相连，省去了结构复杂加工困难的文丘里管段，飞灰循环操作控制方便并带有废热回收的灰融聚流化床气化装置。中心射流管通入氧化剂，形成床内局部高温，使灰渣团聚成球，借助重量差异，达到灰球与含碳物料的分离，从而提高了原料碳的利用率。

综上所述，研究者已经进行了较多的工作开发新型的流化床气化技术，但是仍难以解决碳转化率低和运行不稳定的问题。灰的熔融团聚会导致煤灰颗粒变大，操作条件的波动易造成大块的熔渣，堵塞气化炉的出口，并且熔融态的球状颗粒与避免接触时容易粘附在排灰管中。排灰管内的气速调节范围有限，使得排灰量受到限制，并且排出的灰渣中的仍含有残炭，碳转化率一般在90～95％之间。而本发明通过流化床和熔融床的结合有针对性地解决了这些问题。

发明内容

本发明主要解决的技术问题之一是现有技术中碳转化率和气化强度低、有效气浓度偏低以及气化炉运行稳定性和可靠性差的问题，本发明提出了一种流化床和熔融床相组合的气化装置，该装置由流化床气化段和熔融床气化段组成，将流化床气化段中未反应完全的残炭在熔融床气化段中进一步反应，实现了物料平衡，提高了碳转化率和有效气浓度，并且该装置运行稳定，易于放大。

本发明所要解决的技术问题二是提供一种与解决技术问题之一相对应的气化反应方法。