[发明专利]一种循环流化床气化劣质粉煤气化系统及气化方法

说明书

本申请公开了一种循环流化床气化劣质粉煤气化系统及气化方法，气化系统包括：气化炉、热返粉子系统和/或冷返粉子系统，热返粉子系统的入口端与气化炉顶部连通设置，其返粉端连接至设置在气化炉中的喷嘴或中心喷射管；冷返粉子系统的入口端与热返粉子系统的出口端连通设置，其返粉端连接至喷嘴或中心喷射管。气化方法，包括：碎煤/粉煤在气化炉中进行气化；进行热返粉工序；和/或进行冷返粉工序；飞灰颗粒经过热返粉工序，和/或冷返粉工序后通过喷嘴或者中心喷射管返粉至气化炉。本申请提高了流化床气化炉大量副产飞灰的二次返粉效率且解决了“三高”(高灰分、高灰熔点、高焦渣指数)、低活性煤或煤泥的有效气化问题。

技术领域

本申请属于流化床气化炉技术领域，特别适用于高灰分、高灰熔点、高焦渣指数、低活性等劣质煤或焦粉的气化，具体涉及一种循环流化床气化劣质粉煤气化系统及气化方法。

背景技术

我国是贫油多煤国家，煤化工是国民经济的重要命脉，其中，煤气化生产清洁能源和C1化学品又是煤化工发展的基础和原料来源。按照气化炉内气体流速差异，煤气化技术分为移动床气化炉(以下简称移动床)、流化床气化炉(以下简称流化床)及气流床气化炉(以下简称气流床)三大类，其中流化床气化炉又分为普通循环流化床气化炉(结构类似于循环流化床锅炉，无中心喷射管)和喷动循环流化床气化炉(内置中心喷射管)。

上述煤气化技术的最主要差别在于煤种适应性。移动床气化炉只能气化8～50mm低灰高热值的块煤，如神木煤，单炉负荷低且气化废水含焦油和难以处理的酚，存在严重的污染问题。气流床和普通循环流化床气化炉也只能气化高活性烟煤，如神木粉煤，不能气化高灰、高灰熔点、高焦渣指数(CRC)和低活性的劣质煤。而我国尽管是一个煤炭储量大国，但优质煤神木煤则相对分布较集中在陕西榆林附近，其它地区当地煤多为高灰分、或高灰熔点、或高焦渣指数、或低活性煤，这限制了上述煤气化技术的应用。

另一方面，循环流化床气化炉产生大量没有活性、热值与“三高”煤类似的飞灰，这类飞灰的处理已成为行业内的棘手问题。普通循环流化床气化炉或锅炉没有中心喷射的高温区，飞灰通过外部旋风返回气化炉不能转化，因此无内置中心喷射管的普通流化床气化炉将此类飞灰气力输送至结构和燃烧温度都几乎完全相同的CFB燃煤锅炉，但由于飞灰没有活性且粒径远小于入炉煤，飞灰难以燃烧造成二次污染，基本没有解决飞灰问题。飞灰另一个处理方式是返回气化炉二次转化，此项技术即为返粉技术。返粉技术不断发展，并随之诞生了不少现有技术，但如何设置高温区、如何将飞灰气力输送至高温区，实现飞灰二次转化包括二次燃烧和气化效率却有很大差异。

中国发明专利CN102477314B公布了一种上述飞灰输送至喷射循环流化床气化炉中心高温区的方法。流化床气化炉设置了两级旋风，飞灰被合成气夹带从二级旋风出口至余热回收系统，降温后至飞灰除尘器12，并被捕集至飞灰锁斗和飞灰输送罐，再由载气将飞灰气力输送至气化炉。该返粉方法属于冷返粉方法，飞灰穿过气化炉分布板靠近中心区的管口被载气夹带进气化炉。该方法存在的问题是：尽管飞灰能够被载气输送至气化炉接近高温区，但相当一部分飞灰在升温过程中即被气流夹带出高温区，这部分飞灰在进行无效循环，并造成飞灰单程转化率低，因此需要加大飞灰循环量才能转化入炉煤产生的一次飞灰。另外，该返粉方法运行路线长，飞灰被粗合成气夹带出气化炉稀相区，需经过高温旋风、余热锅炉系统、再到飞灰除尘器12，相应由于部分飞灰无效循环所增加的飞灰循环量，也增加了高温旋风和余热锅炉设备的磨损和设备故障率，最终影响飞灰循环及转化系统的稳定运行。

中国发明专利CN 105189712 A公布了另一种返粉方法，其中，飞灰由高温旋风或可能的高温除尘器12捕集至料腿，再由载气输送至喷射流化床排渣环管的分级器，在分级器内飞灰再由载气继续夹带至气化炉中心区，或直接回料至气化炉密相区。此为热返粉方法。但该方法存在致命的问题，即由于排渣环管内底渣向下移动，且基本已充满环管，载气难以将飞灰向上反吹至环管入口高温区，否则仅依靠增加载气气量将引起排渣堵塞及结焦。而旋风回料至分布板之上远离中心高温区的气化炉密相区，则无助于转化飞灰，只会造成无效循环和气化炉飞灰累积，最终会影响气化炉稳定运行。