一種煤氣化灰渣氧化脫碳的組合循環(huán)流化床反應(yīng)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于煤氣化灰渣回收領(lǐng)域，特別涉及一種煤氣化灰渣氧化脫碳的組合循環(huán)流化床反應(yīng)器。
【背景技術(shù)】
[0002]我國化石能源呈現(xiàn)“富煤貧油少氣”的資源稟賦，以煤炭為原料制石油化工替代產(chǎn)品的新型煤化工產(chǎn)業(yè)得以快速發(fā)展，同時(shí)也造成了嚴(yán)峻的環(huán)境污染。煤炭制石化替代產(chǎn)品主要以合成氣-甲醇為關(guān)鍵平臺(tái)原料。煤氣化是煤化工產(chǎn)業(yè)的源頭，相關(guān)技術(shù)發(fā)展迅速。Lurgi爐、BGL爐、GE氣化爐、多噴嘴爐、清華爐、航天爐、Shell爐、GSP爐等多種煤氣化爐取得了豐富的產(chǎn)業(yè)化成果。典型的煤氣化技術(shù)主要以煤粉或水煤漿形式進(jìn)料。不同煤種經(jīng)不同煤氣化技術(shù)氣化后均會(huì)得到大量氣化灰渣。氣化灰渣主要由氣化爐爐底灰渣和爐頂飛灰兩部分組成。煤氣化過程中產(chǎn)生的大量灰渣，不僅要占用大量土地儲(chǔ)存，而且其滲濾液會(huì)對(duì)土壤和水體造成污染。煤氣化灰渣含碳量一般高于20%，不能直接用于生產(chǎn)建筑材料、回填或作肥料。煤氣化灰渣的資源化利用成為煤化工產(chǎn)業(yè)亟需解決的關(guān)鍵課題，尤其氣化灰渣回收過程的反應(yīng)器研發(fā)具有重要的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。
[0003]在各種煤氣化技術(shù)中，氣化灰渣的副產(chǎn)是一個(gè)普遍存在的問題。煤氣化灰渣的資源化回收利用既能提高灰渣的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，又能解決灰渣儲(chǔ)存帶來的環(huán)境問題。CN104759249A提出將煤氣化灰渣回收可溶性鉀，并得到活性殘?jiān)姆椒āN 103991898A提出將煤氣化灰渣中的堿金屬催化劑和稀有金屬Ga同時(shí)回收的方法。CN 102980195A提出將氣化灰渣與煤泥按一定比例均勻摻混，然后加入白泥漿，在流化床鍋爐內(nèi)燃燒得以回收利用。研發(fā)煤氣化灰渣氧化脫碳專用的反應(yīng)器具有重要的工業(yè)應(yīng)用前景，可以高效地實(shí)現(xiàn)氣化灰渣的資源化回收利用，所得灰分可制作建筑材料，而灰渣中的碳燃燒釋放熱可能回收利用，例如聯(lián)產(chǎn)蒸汽。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)上述技術(shù)流程復(fù)雜和成本高等不足，本發(fā)明提供了一種煤氣化灰渣氧化脫碳組合循環(huán)流化床裝置。本發(fā)明組合循環(huán)流化床裝置適合煤氣化灰渣氧化脫碳的需求，具有操作穩(wěn)定、反應(yīng)脫碳率高、反應(yīng)效率高和換熱能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)。
[0005]—種煤氣化灰渣氧化脫碳組合循環(huán)流化床裝置，所述組合循環(huán)流化床裝置包括一個(gè)快速流化床和一個(gè)密相流化床組合而成；所述快速流化床為提升管式床體，優(yōu)選為直徑統(tǒng)一的提升管式床體；所述密相流化床包括床層段、錐形連接段和擴(kuò)大段；所述快速流化床下端設(shè)置氣化灰渣入口 101、流化氣入口 102、循環(huán)灰入口 104和換熱介質(zhì)入口 105，上端設(shè)置換熱介質(zhì)出口 107和流體出口 108，內(nèi)部設(shè)置板式氣體分布器103和換熱管束106 ;所述密相流化床下端設(shè)置循環(huán)灰出口 113、灰分出口 114、和流化氣入口 115，床層段設(shè)置換熱介質(zhì)入口 116和換熱介質(zhì)出口 110，上端設(shè)置流體入口 109和煙氣出口 118，內(nèi)部設(shè)置環(huán)管式氣體分布器112、換熱管束111和氣灰分離器117 ;快速流化床上端所設(shè)置流體出口通過管路與密相流化床上端所設(shè)置流體入口聯(lián)接；密相流化床下端所設(shè)置循環(huán)灰出口 113與快速流化床下端所設(shè)置循環(huán)灰入口 104聯(lián)接。
[0006]所述快速流化床內(nèi)部設(shè)置的板式氣體分布器103設(shè)置多個(gè)孔或多個(gè)噴嘴；所述板式氣體分布器103的開孔率占分布板橫截面積的0.1%?20%。
[0007]所述密相流化床內(nèi)部設(shè)置的管式氣體分布器112為環(huán)數(shù)為1?5環(huán)的環(huán)式結(jié)構(gòu)，每個(gè)環(huán)上設(shè)置多個(gè)孔或多個(gè)噴嘴:所述管式氣體分布器112的開孔面積或噴嘴面積占密相流化床床層段橫截面積的0.1%?20%。
[0008]所述換熱管束平行于流化床軸向排列；快速流化床內(nèi)換熱管束橫截面積占床層橫截面積的0.1?25% ;密相流化床內(nèi)換熱管束橫截面積占床層段橫截面積的0.1?25%。
[0009]所述換熱介質(zhì)為冷卻水、熱水、蒸汽或?qū)嵊偷囊环N或多種；
[0010]所述氣灰分離器為旋風(fēng)分離器、絲網(wǎng)過濾器或燒結(jié)管過濾器的一種或多種；
[0011]所述流化床裝置的材質(zhì)為耐高溫碳鋼或不銹鋼。
[0012]所述流化床裝置的床層溫度為550°C?850°C。
[0013]所述流化床裝置的床層操作壓力為常壓?0.5MPa。
[0014]所述流化氣為空氣或氧氣；流化氣同時(shí)起到氧化劑作用。
[0015]所述流化床的操作方法為:
[0016]a.氣化灰渣從灰渣入口 101投料入快速流化床，熱灰分從循環(huán)灰入口 104進(jìn)入快速流化床，流化氣從流化氣入口 102進(jìn)入快速流化床后經(jīng)氣體分布器103分布后將氣化灰渣和循環(huán)灰混合提升，在提升過程中部分流化氣與灰渣發(fā)生氧化脫碳反應(yīng)，然后混合流體從流體出口 108離開快速流化床，混合流體可以包括煙氣、灰分及未脫碳灰渣；與此同時(shí)，換熱介質(zhì)通過換熱介質(zhì)入口 105進(jìn)入流化床內(nèi)的換熱管束106，吸收反應(yīng)熱后從換熱介質(zhì)出口 107離開快速流化床；
[0017]b.離開快速流化床的混合流體從流體入口 109進(jìn)入密相流化床床層，流化氣從流化氣入口 115進(jìn)入密相流化床后經(jīng)氣體分布器112分布后使床層密相流化，流化過程中流化氣與未脫碳灰渣繼續(xù)發(fā)生氧化脫碳反應(yīng)，灰分分別經(jīng)循環(huán)灰出口 113和灰分出口 114離開密相流化床，煙氣經(jīng)氣灰分離器117之后由煙氣出口 118離開密相流化床；與此同時(shí)，換熱介質(zhì)通過換熱介質(zhì)入口 116進(jìn)入密相流化床內(nèi)的換熱管束111，吸收反應(yīng)熱后從換熱介質(zhì)出口 110離開快速流化床。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種對(duì)煤氣化灰渣進(jìn)行處理的流化床裝置，包括:一個(gè)快速流化床和一個(gè)密相流化床；快速流化床下端設(shè)置氣化灰渣入口(101)、流化氣入口(102)、循環(huán)灰入口(104)和換熱介質(zhì)入口(105)，上端設(shè)置換熱介質(zhì)出口(107)和流體出口(108)，快速流化床還設(shè)置有第一換熱器(106);所述密相流化床下端設(shè)置循環(huán)灰出口(113)、灰分出口(114)、和流化氣入口(115)，密相流化床上設(shè)置有換熱介質(zhì)入口(116)、換熱介質(zhì)出口(110)、流體入口(109)，密相流化床上端設(shè)置有煙氣出口(118)，內(nèi)部設(shè)置有氣灰分離器(117)，密相流化床還設(shè)置有第二換熱器(111);快速流化床上端所設(shè)置的流體出口(108)通過管路與密相流化床上所設(shè)置的流體入口(109)聯(lián)接；密相流化床下端所設(shè)置的循環(huán)灰出口(113)與快速流化床下端所設(shè)置的循環(huán)灰入口(104)聯(lián)接，以及所述流化氣包含空氣或氧氣作為氧化劑。
[0019]在一個(gè)示例中，所述快速流化床為直徑統(tǒng)一的提升管式床體。
[0020]在一個(gè)示例中，所述密相流化床為湍動(dòng)流化床，包括床層段、錐形連接段和擴(kuò)大段。
[0021]在一個(gè)示例中，所述第一換熱器為換熱管束，設(shè)置在快速流化床內(nèi)部，所述第二換熱器為換熱管束，設(shè)置在湍動(dòng)流化床內(nèi)部。
[0022]在一個(gè)示例中，所述快速流化床內(nèi)部設(shè)置有板式氣體分布器(103)，所述湍動(dòng)流化床內(nèi)部設(shè)置環(huán)管式氣體分布器(112)。
[0023]當(dāng)流化氣不包含空氣或氧氣或者包含的空氣或氧氣不足以進(jìn)行氧化脫碳反應(yīng)時(shí)，在快速流化床和湍動(dòng)流化床上設(shè)置有氧化劑入口，用于通入氧化劑。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種對(duì)煤氣化灰渣進(jìn)行處理的流化床裝置，包括一個(gè)密相流化床，密相流化床設(shè)置有氣化灰渣入口、流化氣入口、氧化劑入口、循環(huán)灰入口和換熱介質(zhì)入口、換熱介質(zhì)出口、煙氣出口和換熱器；所述密相流化床還設(shè)置有循環(huán)灰出口、灰分出口 ；其中循環(huán)灰出口通過外部管路連接到循環(huán)灰入口，以及流化氣通過流化氣入口進(jìn)入，氧化劑通過氧化劑入口進(jìn)入。在一個(gè)示例中，所述密相流化床是湍動(dòng)流化床。在一個(gè)示例中，流化氣中包含空氣或氧氣時(shí)，空氣或氧氣兼用作氧化劑，流化氣入口與氧化劑入口為同一入口。
[0025]本發(fā)明的有益效果為:
[0026]本發(fā)明煤氣化灰渣氧化脫碳組合循環(huán)流化床裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)不同煤種氣化灰渣氧化脫碳制灰分并回收利用熱能技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室研究到大規(guī)模工業(yè)化的突破。
[0027]本發(fā)明煤氣化灰渣氧化脫碳組合循環(huán)流化床裝置，將快速流化床和密相流化床組合起來，灰渣氧化脫碳反應(yīng)充分，保證了高脫碳率；流化床處理能力大，換熱能力強(qiáng)。
【附圖說明】
[0028]圖1為本發(fā)明的一種煤氣化灰渣氧化脫碳組合循環(huán)流化床裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
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