[发明专利]一种高效流态化气化反应器气化工艺方法

说明书

一种高效流态化气化反应器气化工艺方法，涉及一种环保装置的设计工艺方法，本发明根据快速流化床气化反应器出口的最后一级旋风分离器所能分离出的飞灰，以完成粒径小于被分离的飞灰颗粒在快速流化床气化反应器中的完全气化为控制目标，使飞灰含碳量降低。气化工艺包括快速流化床气化反应器、初级旋风分离器、二级旋风分离器、颗粒循环返料阀等设备，初级旋风分离器分离得到的颗粒经返料阀被循环送入气化反应器，二级旋风分离得到的小颗粒以气流喷射方式送入气化反应器，本发明可以有效降低飞灰碳含量。

技术领域

本发明涉及一种环保装置的设计工艺方法，特别是涉及一种高效流态化气化反应器气化工艺方法。

背景技术

飞灰，又称粉煤灰，是目前我国排量较大的工业副产品之一，主要为粉煤燃烧或气化后的工业固体废弃物。气化飞灰的形成是煤中固定碳和矿物质在气化条件下相互作用的结果。

煤炭洁净转化是实现资源、能源、环境整体优化和生态环境可持续发展的重要途径，其中，流化床气化工艺是现在常用的煤气化生产工艺，具有气固物料混合充分的特点，煤种适应广，炉内固硫和生成氮化物少等优点，利于传热、传质和气化反应，是煤转化技术发展的重要方向。然而，产生的煤气中飞灰夹带较多，由于飞灰被大量带出系统，导致后续除尘设备负荷大幅提升，远超过其处理能力，被排出系统的飞灰后续处理是非常困难的事情，由于飞灰含碳量较高，甚至超过30％，如直接排放，必然导致煤炭利用效率降低，而且飞灰粒度在5微米以下，处理不当会造成严重的环境污染。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。如何降低飞灰含碳量，这是人们共同关注并深入研究的一大课题。

飞灰利用形式主要有燃烧和气化两种。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，但是因飞灰经过气化后产生，只剩下固定碳，且粒度较细，燃点升高，使得飞灰燃烧总体利用率较低。

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。

公开号为CN204569854U的实用新型专利提出了一种流化床气化炉，该流化床气化炉能够使灰渣液态化、玻璃体化，从而解决灰渣的排放问题，但是不能处理飞灰及其中的残碳。现有的气化技术领域和环保技术领域也为处理高残碳量的飞灰做过诸多尝试，如将飞灰作为流化床气化炉的辅助燃料或作为陶粒生产的原料，等等，但是，由于流化床气化炉飞灰中残碳的碳原子排列发生了改变，以上方法均不能使残碳燃烧完全，也就不能有效处理高残碳量的飞灰。

公开号为CN103450946A的专利申请公开了一种用于有独立燃烧室的流化床气化反应方法的装置，该装置设置一燃烧室，用来燃烧飞灰中的残碳和灰渣。但是燃烧室与流化床气化炉是分开设置的，使用时，需要将灰渣从气化炉中取出，再送入燃烧室，既会造成能量损失，又增加改造成本，燃烧后燃烧室产生的高温气体必须经冷却后才能进入气化炉，进一步增加能量消耗和生产成本。此外，该燃烧室只加入空气或氧气助燃，很难将飞灰中的残碳反应完全，并且最终燃烧室会产生大量的固态灰渣，仍然是工业固体废物，需进一步处理，不能直接排放。

专利申请号为201510500635.2的中国专利涉及一种流化床飞灰返炉气化设备及方法。在此发明中，返炉飞灰在吹送气的推动下，同含氧气化剂一起经由飞灰注入装置从气化炉底部注入到气化炉的富氧燃烧高温区中进行燃烧。由于飞灰注入装置分为内外两层通道，分别通入返灰吹送气与飞灰的混合物和含氧气化剂，使得含氧气化剂气流可在通道出口处对飞灰进行有效撞击、扰动，从而与飞灰充分混合，延长飞灰在含氧气氛中的停留时间，使其充分燃烧，有效提高飞灰中的碳转化率。然而飞灰粒度较细，使其燃点升高，飞灰燃烧总体利用率较低。

发明内容