專(zhuān)利名稱(chēng)：一種水蒸汽輸送煤粉的氣流床氣化系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種煤的氣化系統(tǒng)及方法，屬于煤氣化和煤炭轉(zhuǎn)換技術(shù)。
背景技術(shù)：
煤氣化技術(shù)是一種清潔的煤炭轉(zhuǎn)化和利用技術(shù)，也是產(chǎn)生工業(yè)合成氣的重要手段，在化工和能源領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。氣流床煤氣化方法是目前一種較為先進(jìn)的氣化方式，具有氣化容量大、碳轉(zhuǎn)化率高、可連續(xù)氣化等優(yōu)點(diǎn)。氣流床氣化爐的特點(diǎn)是氣化劑和原料煤被同時(shí)高速射入氣化爐中，在爐內(nèi)高溫高壓的環(huán)境下形成高溫氣化火焰。煤粉或煤漿在氣化火焰中被迅速加熱，快速完成揮發(fā)分脫除、焦炭氣化反應(yīng)等一系列過(guò)程。氣流床氣化方法中，根據(jù)供料方式主要可以分為水煤漿氣化技術(shù)和干煤粉氣化技術(shù)。其中，干煤粉氣化技術(shù)避免了將水加熱成水蒸汽的環(huán)節(jié)，節(jié)約了大量顯熱，可以達(dá)到更高的理論碳轉(zhuǎn)化效率和更高的冷煤氣效率，也具有相對(duì)較低的耗氧量。但干粉進(jìn)料的氣化方式仍存在著一些缺點(diǎn)和有待改進(jìn)之處，主要有一、氣流床氣化爐屬于高溫氣化技術(shù)，氣流床出口粗煤氣溫度較高，顯熱損失比較大，這要求在氣化系統(tǒng)中采用合適的余熱回收設(shè)備，提高整體熱效率。二、在目前常用的煤粉濃相輸送方法中，一般采用惰性氣體作為載氣，由于惰性氣體本身并不參與氣化反應(yīng)，因而它們的加入會(huì)造成一定的熱損失，也會(huì)降低合成氣的純度。三、常溫下煤粉濃相輸送中，煤中的水分會(huì)造成輸送過(guò)程的不穩(wěn)定，影響氣化爐的安全運(yùn)行，制約了氣化爐的熱效率和合成氣的純度的提高。如果利用合理手段以高溫載氣同時(shí)對(duì)煤粉進(jìn)行加熱和輸運(yùn)，就能抑制或去除液態(tài)水分的影響，提高煤粉輸送的穩(wěn)定性。四、在現(xiàn)有氣流床氣化工藝的基礎(chǔ)上，如果能夠進(jìn)一步降低氣化過(guò)程的耗氧量，就可降低空氣分離制氧的成本，從而帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

發(fā)明內(nèi)容
為了實(shí)現(xiàn)氣化反應(yīng)余熱的合理利用，提高氣化爐入口給煤溫度并保證穩(wěn)定的煤粉輸送，在保證氣化效率的基礎(chǔ)上進(jìn)一步降低氧耗，本發(fā)明提出一種水蒸汽輸送煤粉的氣流床氣化系統(tǒng)及方法。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種水蒸汽輸送煤粉的氣流床氣化系統(tǒng)，包括氣流床氣化爐、空分裝置和煤粉發(fā)料罐，煤粉發(fā)料罐底部的出口通過(guò)濃相煤粉輸送管與氣流床氣化爐頂部的入口相連接，空分裝置通過(guò)純氧輸送管與氣流床煤氣化爐頂部的入口相連接，其特征在于所述的氣流床煤氣化爐內(nèi)部敷設(shè)有水冷壁，在水冷壁的底部和頂部分別設(shè)有給水入口和水蒸汽出口，在所述的水蒸汽出口與煤粉發(fā)料罐之間設(shè)有一條水蒸汽輸送管，該水蒸汽輸送管將水蒸汽出口與煤粉發(fā)料罐的內(nèi)部相連接，或者將該水蒸汽出口與煤粉發(fā)料罐底部出口相連接。應(yīng)用所述系統(tǒng)的一種水蒸汽輸送煤粉的氣流床氣化方法，其特征在于，該方法包括如下步驟
1)利用氣流床氣化爐內(nèi)氣化反應(yīng)的余熱將通入水冷壁O)中的水加熱，產(chǎn)生溫度范圍為300°C 500°C的高溫過(guò)熱水蒸汽；2)該高溫過(guò)熱水蒸汽經(jīng)水蒸汽輸送管輸送至煤粉發(fā)料罐內(nèi)部或底部出口，高溫過(guò)熱水蒸汽與煤粉在煤粉發(fā)料罐內(nèi)或煤粉發(fā)料罐出口快速混合和傳熱，混合溫度為265°C 270°C，水蒸汽與煤粉的混合物通過(guò)濃相煤粉輸送管至氣流床氣化爐內(nèi)，同時(shí)，空分裝置分離得到的氧氣通過(guò)純氧輸送管輸送至氣流床氣化爐內(nèi)；3)在氣流床氣化爐內(nèi)，煤粉、氧氣和高溫過(guò)熱水蒸汽發(fā)生氣化反應(yīng)。本發(fā)明所述的水蒸汽輸送煤粉的氣流床氣化方法，其特征在于水蒸汽輸送管內(nèi)的高溫過(guò)熱水蒸汽的質(zhì)量流量為煤粉輸送量的20% 35%。本發(fā)明具有以下突出優(yōu)點(diǎn)及突出效果①通過(guò)敷設(shè)水冷壁獲取高溫過(guò)熱水蒸汽的方式實(shí)現(xiàn)氣化爐氣化反應(yīng)余熱的回收，減少了高溫粗合成氣的顯熱損失；②利用①中獲得的高溫過(guò)熱水蒸汽作為熱源和載氣，直接對(duì)煤粉進(jìn)行加熱和輸送，提高了煤粉的溫度，保證了濃相煤粉輸送的穩(wěn)定性；③以高溫過(guò)熱水蒸汽作為煤粉濃相輸送的載氣，避免了使用惰性氣體作為載氣的情形下相應(yīng)的熱損失，并且，在氣化爐中，水蒸汽作為吸熱型氧化劑直接參與氣化反應(yīng)，可以減少氣化過(guò)程的耗氧量，降低空氣分離裝置制氧的成本。


圖1為本發(fā)明提供的氣流床氣化系統(tǒng)的一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)原理示意圖。圖2為本發(fā)明的另一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)原理示意圖。1-氣流床氣化爐；2-水冷壁；3-濃相煤粉輸送管；4-純氧輸送管；5-水蒸汽輸送管；6-煤粉發(fā)料罐；7-空分裝置。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的原理、結(jié)構(gòu)及實(shí)施方式。圖1為本發(fā)明提供的氣流床氣化系統(tǒng)的一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)原理示意圖，該系統(tǒng)主要包括氣流床氣化爐1、空分裝置7和煤粉發(fā)料罐6，煤粉發(fā)料罐6底部的出口通過(guò)濃相煤粉輸送管3與氣流床氣化爐1頂部的入口相連接，空分裝置7通過(guò)純氧輸送管4與氣流床煤氣化爐1頂部的入口相連接；在所述的氣流床煤氣化爐內(nèi)部敷設(shè)有水冷壁2，在水冷壁的底部和頂部分別設(shè)有給水入口和水蒸汽出口，在該水蒸汽出口與煤粉發(fā)料罐6之間設(shè)有一條水蒸汽輸送管5，該水蒸汽輸送管5將水蒸汽出口與煤粉發(fā)料罐6的內(nèi)部相連接。圖2為本發(fā)明的另一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)原理示意圖，此方案與第一種實(shí)施例不同的是，水蒸汽出口與煤粉發(fā)料罐6之間的水蒸汽輸送管5將該水蒸汽出口與煤粉發(fā)料罐6的底部出口相連接。在該水蒸汽輸送煤粉的氣流床氣化系統(tǒng)中，主要實(shí)現(xiàn)以下過(guò)程在氣流床氣化爐1內(nèi)，煤粉、氧氣和水蒸汽發(fā)生高溫氣化反應(yīng)。爐內(nèi)壁敷設(shè)有水冷壁2，利用爐內(nèi)氣化反應(yīng)的余熱，獲得300°C 500°C的高溫過(guò)熱水蒸汽。經(jīng)給料裝置預(yù)熱至 180°C 240°C的煤粉被輸送至煤粉發(fā)料罐6中。在圖1所示系統(tǒng)中，該高溫過(guò)熱水蒸汽經(jīng)水蒸汽輸送管5輸送至煤粉發(fā)料罐6內(nèi)部，在煤粉發(fā)料罐內(nèi)與煤粉快速混合和傳熱；或者在圖2所示的系統(tǒng)中，上述高溫過(guò)熱水蒸汽經(jīng)水蒸汽輸送管5輸送至煤粉發(fā)料罐6底部出口處，在煤粉發(fā)料罐出口和濃相煤粉輸送管3中快速混合和傳熱。兩種情形下，都保證水蒸汽與煤粉的混合溫度在265°C 270°C?；旌虾?，水蒸汽攜帶煤粉，通過(guò)濃相煤粉輸送管3至氣化爐1內(nèi)。水蒸汽對(duì)煤粉的加熱和輸送過(guò)程中，保證不發(fā)生煤的快速裂解以及煤粉軟化。 同時(shí)，空分裝置7分離制得的純氧經(jīng)純氧輸送管4進(jìn)入氣化爐。在氣化爐內(nèi)，上述水蒸汽、 純氧與煤粉發(fā)生氣化反應(yīng)。水冷壁2對(duì)反應(yīng)余熱進(jìn)行回收，產(chǎn)生新的300°C 500°C的高溫過(guò)熱水蒸汽，從而實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。水冷壁至煤粉發(fā)料罐的高溫過(guò)熱水蒸汽質(zhì)量流量為煤粉輸送量的20% 35%。該水蒸汽輸送煤粉的氣流床氣化系統(tǒng)及方法在系統(tǒng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)了氣化反應(yīng)余熱的回收利用，提高了氣化系統(tǒng)熱效率；高溫過(guò)熱水蒸汽對(duì)煤粉的加熱和輸運(yùn)，提高了濃相煤粉輸送的穩(wěn)定性，避免了使用惰性氣體作為載氣的情形下相應(yīng)的熱損失；在氣化爐中，水蒸汽作為吸熱型氧化劑直接代替氧氣參與氣化反應(yīng)，可以減少氣化過(guò)程的耗氧量，降低空氣分離裝置制氧的成本。實(shí)施例設(shè)定氣化用煤發(fā)熱量為^MJ/kg，給煤量為lkg/s，水冷壁產(chǎn)生的高溫過(guò)熱水蒸汽的質(zhì)量流量為給煤量25%，即0. 25kg/s，則水冷壁吸收煤發(fā)熱量的2%的熱量，可將該初始溫度為67°C的不飽和水加熱為溫度為480°C，壓力5. 5MPa的高溫過(guò)熱水蒸汽。用該高溫過(guò)熱水蒸汽將供給量為lkg/s的初始溫度為187°C的煤粉加熱，最終形成270°C的水蒸汽與煤粉的混合物。在上述質(zhì)量比下，水蒸汽與煤粉混合物中煤粉的濃度遠(yuǎn)低于常規(guī)氮?dú)廨斔兔悍鄣臐舛龋瑥母旧暇徑饬硕路凼鹿?。以高溫過(guò)熱水蒸汽作為載氣，避免了水在爐內(nèi)相變?cè)斐傻臒崃繐p失，煤粉在進(jìn)入氣化爐之前也得到進(jìn)一步的加熱，而這些輸入熱量均來(lái)自于氣化余熱，使得低品位的余熱代替了煤燃燒釋放的熱量。另一方面，高溫過(guò)熱水蒸汽為吸熱型氧化劑，與焦炭反應(yīng)生成CO和H2，這一反應(yīng)所需的熱量剛好由整個(gè)工藝過(guò)程利用的余熱進(jìn)行補(bǔ)償。高溫過(guò)熱水蒸汽的加入，帶入了大量氧原子，余熱的利用又提高了整體熱效率， 因此在保證氣化效率的同時(shí)，能夠降低化的消耗量，根據(jù)反應(yīng)平衡模型，在上述的假定參數(shù)下，計(jì)算得到A消耗量可降低3%左右，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。
權(quán)利要求
1.一種水蒸汽輸送煤粉的氣流床氣化系統(tǒng)，包括氣流床氣化爐(1)、空分裝置(7)和煤粉發(fā)料罐(6)，煤粉發(fā)料罐(6)底部的出口通過(guò)濃相煤粉輸送管( 與氣流床氣化爐(1)頂部的入口相連接，空分裝置(7)通過(guò)純氧輸送管(4)與氣流床煤氣化爐(1)頂部的入口相連接，其特征在于所述的氣流床煤氣化爐內(nèi)部敷設(shè)有水冷壁O)，在水冷壁的底部和頂部分別設(shè)有給水入口和水蒸汽出口，在所述的水蒸汽出口與煤粉發(fā)料罐(6)之間設(shè)有一條水蒸汽輸送管(5)，該水蒸汽輸送管( 將水蒸汽出口與煤粉發(fā)料罐(6)的內(nèi)部相連接，或者將該水蒸汽出口與煤粉發(fā)料罐(6)底部出口相連接。
2.采用如權(quán)利要求1所述系統(tǒng)的一種水蒸汽輸送煤粉的氣流床氣化方法，其特征在于，該方法包括如下步驟1)利用氣流床氣化爐內(nèi)氣化反應(yīng)的余熱將通入水冷壁O)中的水加熱，產(chǎn)生溫度范圍為300°C 500°C的高溫過(guò)熱水蒸汽；2)該高溫過(guò)熱水蒸汽經(jīng)水蒸汽輸送管( 輸送至煤粉發(fā)料罐(6)內(nèi)部或底部出口， 高溫過(guò)熱水蒸汽與煤粉在煤粉發(fā)料罐內(nèi)或煤粉發(fā)料罐出口快速混合和傳熱，混合溫度為 265°C 270°C，水蒸汽與煤粉的混合物通過(guò)濃相煤粉輸送管C3)至氣流床氣化爐內(nèi)，同時(shí)， 空分裝置(7)分離得到的氧氣通過(guò)純氧輸送管(4)輸送至氣流床氣化爐(1)內(nèi)；3)在氣流床氣化爐內(nèi)，煤粉、氧氣和高溫過(guò)熱水蒸汽發(fā)生氣化反應(yīng)。
3.據(jù)權(quán)利要求2所述的一種水蒸汽輸送煤粉的氣流床氣化方法，其特征在于水蒸汽輸送管(5)內(nèi)的高溫過(guò)熱水蒸汽的質(zhì)量流量為煤粉輸送量的20% 35%。
全文摘要
一種水蒸汽輸送煤粉的氣流床氣化系統(tǒng)及方法，屬于煤氣化和煤炭轉(zhuǎn)換技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的氣化系統(tǒng)由帶有水冷壁的氣流床氣化爐、煤粉發(fā)料罐、空分裝置、水蒸汽輸送管和濃相煤粉輸送管組成。采用該系統(tǒng)的水蒸汽輸送煤粉的氣流床氣化過(guò)程，包括水冷壁出口的高溫過(guò)熱水蒸汽被輸送至煤粉發(fā)料罐體或煤粉發(fā)料罐出口，加熱煤粉，并作為載氣攜帶煤粉通過(guò)濃相煤粉輸送管送至氣流床氣化爐內(nèi)；空分裝置向氣流床氣化爐提供純氧；純氧、水蒸汽和煤粉在氣流床氣化爐內(nèi)發(fā)生氣化反應(yīng)。本發(fā)明利用氣化反應(yīng)余熱產(chǎn)生高溫過(guò)熱水蒸汽，實(shí)現(xiàn)給煤的預(yù)加熱以及濃相煤粉輸送，也能降低現(xiàn)有氣流床氣化爐的耗氧量，提高整體煤氣化效率。
文檔編號(hào)C10J3/80GK102433164SQ201110321900
公開(kāi)日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月20日
發(fā)明者劉靜豪, 呂俊復(fù), 吳玉新, 唐菲, 岳光溪, 張建勝 申請(qǐng)人:德瑞集群(北京)科技有限公司, 清華大學(xué)