[发明专利]一种U形煤气化反应装置及利用该装置进行煤气化的工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种U形煤气化反应装置及利用该装置进行煤气化的工艺。

背景技术

我国是世界煤炭生产和消费大国，目前，煤炭在我国一次能源消费结构中占70％左右，其中一半以上的煤炭都是采用直接燃烧的方式加以利用，由此产生的燃煤污染物对生态环境造成了严重的污染。煤气化技术是最重要的洁净煤技术之一，利用煤气化技术可以生产工业燃料气、民用燃料气、化工合成原料气、合成燃料油原料气、氢燃料电池、合成天然气、火箭燃料等。当前主要的煤气化技术有移动床(固定床)气化、流化床气化、气流床气化和熔融床气化，其中，气流床气化技术因其气化强度高、单炉生产能力大、煤种适应范围广、碳转化率高等优点已成为煤炭气化技术的主要发展方向。

当前已经工业化的气化技术中，主要采用激冷流程和废锅流程两种气流床气化技术。激冷流程如由上海锅炉厂有限公司公开的气化专利CN105255522A、西门子公司公开的气化专利CN204097415U、CN101255362A所述，在合成气离开气化室后，采用洗涤冷却的方法将温度为1200℃～1600℃的高温合成气和灰渣冷却至约200℃，合成气中大部分显热被激冷水带走，能源有效利用率低。另外一种为废锅流程，如Shell公司公开的气化专利CN1639306 所述，通过循环合成气激冷和废锅热回收的方法使合成气降温。该流程虽然能够回收合成气显热，但在运行过程中经常出现废锅积灰结垢、堵塞合成气通道的问题，迫使工厂非计划停车，此外该流程的后续工段中需要复杂的工艺设备来处理含尘合成气，成本较高。

另外，现有气化技术中，煤粉在气化炉内的停留时间短，导致煤粉中的碳未能完全反应，随合成气排出气化炉的飞灰量大，飞灰含碳量高，气化炉碳转化率低，增加了气化的成本。例如：一套耗煤量为1000吨/天的煤气化装置，年生成飞灰量约为2万吨，飞灰含碳量约为 10％～30％，每年生成的飞灰中浪费掉的碳的质量约为2000～6000吨，折算成耗煤成本约为 100～300万元。

发明内容

本发明是要解决现有气流床气化炉飞灰生成量大、飞灰含碳量高、碳转化率低以及能源利用率低的问题，而提供一种U形煤气化反应装置及利用该装置进行煤气化的工艺。

本发明一种U形煤气化反应装置由气化炉体、水平烟道和废锅组成；所述气化炉体由气化炉烧嘴、气化炉膛、水冷壁管和渣池组成；所述废锅由辐射换热室、对流换热室、中间炉墙和合成气出口组成；所述气化炉体内设置有气化炉膛，所述气化炉膛由水冷壁管围成，所述气化炉体的上部设置有气化炉烧嘴，所述气化炉烧嘴与气化炉膛相连通，所述气化炉体的底部设置有渣池，所述渣池与气化炉膛相连通；所述废锅由中间炉墙分隔为辐射换热室和对流换热室，所述废锅的上部设置有烟气通道用以连通辐射换热室和对流换热室，所述辐射换热室的下部为二次气化室，所述二次气化室的底部设置有废锅入口，所述二次气化室内设置有反C形气流转向装置，所述反C形气流转向装置设置在废锅入口相对的中间炉墙上，所述对流换热室内设置有若干组对流受热面，所述对流换热室的底部设置有合成气出口；所述气化炉体与废锅通过水平烟道相连通，所述水平烟道的两端分别与气化炉膛和二次气化室相连通，所述气化炉体、水平烟道和二次气化室组成U形的煤气化反应区；所述U形的煤气化反应区的内壁均敷设有一层耐火保温材料层。

本装置的工作原理：本发明中煤气化反应发生在气化炉体与水平烟道以及二次气化区三者组成的U形煤气化反应区中。煤粉和气化剂由气化炉烧嘴进入气化炉膛，在气化炉膛内发生气化反应。伴随着气化反应的进行，煤粉颗粒内的灰分在高温状态下迅速熔融，形成液态熔渣，一部分液态渣沉积在气化炉膛的内壁面，并沿气化炉膛的内壁面流入渣池，在渣池中冷却后排出，剩余液态熔渣与反应生成的合成气及未反应气化剂组成混合气流。进入二次气化室后，混合气流受到反C形气流转向装置的阻挡，气流快速转向，使得混合气流中夹带的液态渣在惯性力作用下从气流中分离出来，沉积到二次气化室的底部，同时，在反C形气流转向装置的强烈扰动作用下，气流混合强度增大，液态熔渣中的未反应碳和气化剂在二次气化室内发生二次气化反应。经过二次气化反应后，液态熔渣中的残碳和气化剂已经完全反应。最终生成的合成气流经废锅，向对流受热面传递热量，最后由合成气出口流出。

利用上述装置进行煤气化的工艺是按以下步骤进行：

一、设定气化炉膛内部压力为0.1～4MPa，气化炉膛的运行温度为1250℃～1600℃；