[发明专利]一种气化飞灰资源化处理及热能再利用系统及方法

说明书

本发明涉及一种气化飞灰资源化处理及热能再利用系统及方法，包括：循环流化床气化炉、换热器、除尘器设备、飞灰熔融炉和高温分离器。在原有循环流化床煤气化炉中配套飞灰熔融炉实现对气化飞灰的资源化处理，从飞灰熔融炉中出来的高温烟气或煤气与部分二级气化剂混合，混合后形成高温混合烟气或煤气，在此过程中可实现对部分二级气化剂的预热，并可实现对高温烟气或煤气的急冷，把烟气或煤气中携带的熔融颗粒物淬化成小球体。气化飞灰中的大部分化学热转变成烟气焓或煤气焓进入气化炉中，实现了热能再利用；高温混合烟气或煤气中的CO₂作为补充气化剂参与到气化反应中，能有效提高整个气化系统的碳转化率和冷煤气效率。

技术领域

本发明涉及一种气化飞灰资源化处理及热能再利用系统及方法，应用在煤气化领域，气化飞灰资源化处理单元与气化炉紧密耦合，实现对气化飞灰的资源化处理以及热能有效再利用。

背景技术

煤气化技术是现代能源、化工领域的重要技术。不同的气化工艺都存在的气化飞灰问题，成为制约煤气化技术发展的关键问题。一般大煤气化工艺中，在产生合格煤气或工业燃气的同时会产生含碳量为30％～50％的气化飞灰，导致气化炉碳转化率偏低，冷煤气效率也受严重影响。

随着工业燃气及合成氨市场需求的日益增长，循环流化床煤气化技术在技术先进性和低成本两个方面优势明显，大量循环流化床煤气化炉投产使用。但如何降低气化飞灰的含碳量，进而实现气化飞灰的资源化处理，在处理过程中如何有效利用气化飞灰的化学热，从而提高整个气化系统的碳转化率，并提高系统的冷煤气效率是循环流化床煤气化技术面临的重大难题。

针对如何降低气化飞灰的含碳量，目前通常采用飞灰回送技术，但该技术降低气化飞灰的含碳量有限，且不能彻底实现气化飞灰的资源化处理。

中国专利申请201310093369.7公开了一种带有飞灰强制回注系统的粉煤气化方法，通过将气体引射器安装在粉煤流化床煤焦粉循环系统垂直下料管与气化炉之间，通过气体引射器将回收的飞灰颗粒通过气体分布板下方，直接进入气化炉中心部位的高温氧化区，再次发生燃烧和气化反应。

中国专利申请201510500635.2公开了流化床飞灰返炉气化设备及方法，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出口处充分混合地注入气化炉内进行燃烧反应。

上述两个专利有异曲同工之处，其核心是通过气体引射器和飞灰注入装置把流化床气化飞灰送入气化炉内，并不能完成把气化飞灰中的碳反应完全，未反应的气化飞灰再次变成低含碳量的飞灰，无法实现飞灰的资源化处理及剩余化学能的有效利用。

美国U-gas气化技术直接把从旋风分离器分离的半焦与旋风除尘器分离的气化飞灰混合后送回气化炉中下部，使气化飞灰继续进入气化炉内参与气化反应，实际上为了延长气化飞灰在炉内的停留时间。

这些技术在降低气化飞灰的含碳量方面有限，未能充分利用气化飞灰剩余的化学热；高含碳量的飞灰资源化利用难度很大，处置也困难。

采用气化飞灰直接送入气化炉再次参与气化反应的技术方案，并未从根本上解决气化飞灰的资源化处理，也并未从实质上解决气化飞灰的处理问题。因气化飞灰从炉内离开后其反应活性已低于刚刚进入炉内的碳颗粒，直接把气化飞灰送回炉内因飞灰的粒径很小，在炉内的停留时间有限，加之温度是气化反应活性的主要影响因素，不能在整体或局部营造高温区，气化飞灰的反应速率基本是定值。因此，为了实现气化飞灰的资源化处理及热能的有效利用，开发出新的气化飞灰处理系统非常必要。

现有技术最主要的技术缺陷：不能完全实现流化床气化飞灰的资源化处理，会带来气化炉碳转化率低，飞灰二次处理污染环境且增加处理成本。