本發(fā)明涉及一種爐內(nèi)自脫焦油式有機(jī)固體燃料氣化裝置與方法。

背景技術(shù)：

在世界能源儲(chǔ)量中，煤炭約占79％，石油與天然氣約占12％，煤炭利用技術(shù)的研究和開發(fā)是能源戰(zhàn)略的重要內(nèi)容之一。但隨著石油化學(xué)工業(yè)的興起與發(fā)展，煤在化工原料中所占的比例不斷下降并逐漸被石油和天然氣替代，直到20世紀(jì)70年代末，由于石油價(jià)格大幅攀升，影響了世界石油化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，同時(shí)煤化工在煤氣化、煤液化等方面取得了顯著的進(jìn)展。特別是20世紀(jì)90年代后，世界石油價(jià)格長期在高位運(yùn)行，且呈現(xiàn)不斷上升趨勢，這就更加促進(jìn)了煤化工技術(shù)的發(fā)展，煤化工重新受到了人們的重視。中國的不可再生資源儲(chǔ)備又有著富煤、貧油、少氣的特點(diǎn)，褐煤、長焰煤等低階煤又占我國煤炭儲(chǔ)量的30％以上，是我國重要的能源組成部分，因此低階煤氣化是我國重點(diǎn)研究的領(lǐng)域。

煤的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了低階煤揮發(fā)分高、活性強(qiáng)。由于水分和氧含量高而熱值低，直接利用(燃燒或氣化)效率低，經(jīng)濟(jì)價(jià)值遠(yuǎn)不如高階煤，大規(guī)模開發(fā)利用必須先對其進(jìn)行加工提質(zhì)。最為科學(xué)和常用的方法之一是熱解，即“干餾”或熱分解。熱解是指煤在隔絕空氣或在惰性氣體條件下持續(xù)加熱至較高溫度時(shí)，所發(fā)生的一系列物理變化和化學(xué)反應(yīng)。在此過程中煤會(huì)發(fā)生交聯(lián)鍵斷裂、產(chǎn)物重組和二次反應(yīng)，最終得到氣體(煤氣)、液體(焦油)、及固體(半焦)等產(chǎn)物。焦油相比，熱解實(shí)現(xiàn)了煤中不同成分的梯級轉(zhuǎn)化，是一種資源高效綜合利用方法，具有減少燃煤造成的環(huán)境污染，提高低階煤資源綜合利用價(jià)值的優(yōu)勢，可創(chuàng)造顯著的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。但是由于低階煤的特性，熱解產(chǎn)生的大量氣態(tài)焦油、大部分揮發(fā)分和水份會(huì)一同進(jìn)入到氣化氣中，焦油含量過高會(huì)導(dǎo)致其極易析出堵塞管道，而使用凈化氣化氣又需要使用大量水來進(jìn)行洗滌冷卻，產(chǎn)生大量廢水，處理難度大，成本過高直接排放又會(huì)對環(huán)境造成嚴(yán)重污染，同樣類似的問題也出現(xiàn)在生物質(zhì)氣化領(lǐng)域。

因此如何提供一種其既能實(shí)現(xiàn)良好的除焦油效果，實(shí)現(xiàn)焦化廢水零排放，又能在過程中優(yōu)化氣體品質(zhì)，提高能源效率，降低運(yùn)營成本的固體燃料氣化裝置成為了業(yè)界需要解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的是提供一種爐內(nèi)自脫焦油式有機(jī)固體燃料氣化裝置與方法，其既能實(shí)現(xiàn)良好的除焦油效果，實(shí)現(xiàn)焦化廢水零排放，又能在過程中優(yōu)化氣體品質(zhì)，提高能源效率，降低運(yùn)營成本。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種爐內(nèi)自脫焦油式有機(jī)固體燃料氣化裝置，包括進(jìn)料裝置1、氣化裝置2、氣化氣飛灰旋風(fēng)分離裝置或飛灰分離過濾裝置4、冷凝裝置5、冷凝水蒸發(fā)裝置8、氣化介質(zhì)預(yù)熱裝置7、灰渣排出裝置3和儲(chǔ)氣罐9；

所述的進(jìn)料裝置1包括進(jìn)料口1a、兩級密封進(jìn)料閥1b和螺旋進(jìn)料器1c，進(jìn)料口1a出口與兩級螺旋進(jìn)料器1b入口相連，兩級螺旋進(jìn)料器1b出口處設(shè)有螺旋進(jìn)料器1c，與氣化裝置2爐膛頂部相連；

所述的氣化裝置2包括熱解干燥段2a、螺旋落料裝置、氣化燃燒段2c和灰渣段2e，在氣化裝置2內(nèi)部，從上到下，依次為熱解干燥段2a、氣化燃燒段2c和灰渣段2e，熱解干燥段2a和氣化燃燒段2c間設(shè)有第一螺旋落料裝置2b，氣化燃燒段2c和灰渣段2e間設(shè)有第二螺旋落料裝置2d；氣化燃燒段2c與灰渣段2e間設(shè)有氣化劑入口，該入口位于第二螺旋落料裝置2d下；熱解干燥段2a分為干燥段和熱解段兩部分，干燥段位于熱解段上方；

所述的灰渣排出裝置3包括螺旋出料器3a、兩級密封出料閥3b和出渣口3c，氣化裝置2的灰渣段2e底部與螺旋出料器3a入口相連，螺旋出料器3a出口與出渣口3c相連，螺旋出料器3a與出渣口3c間設(shè)有兩級密封出料閥3b；

所述的氣化裝置2氣化氣出口與氣化氣飛灰旋風(fēng)分離裝置或飛灰分離過濾裝置4入口相連，氣化氣飛灰旋風(fēng)分離裝置底部或飛灰分離過濾裝置與飛灰回收管入口相連，飛灰回收管出口與灰渣排出裝置3的出渣口3c相連；氣化氣飛灰旋風(fēng)分離裝置上側(cè)或飛灰分離過濾裝置設(shè)有氣化氣出口，氣化氣出口與氣化介質(zhì)預(yù)熱裝置7氣化氣入口相連，氣化介質(zhì)預(yù)熱裝置7氣化氣出口與冷凝水蒸發(fā)裝置8氣化氣入口相連，氣化介質(zhì)預(yù)熱裝置7設(shè)有空氣氧氣入口，氣化介質(zhì)預(yù)熱裝置7預(yù)熱空氣或氧氣出口與氣化裝置2氣化劑入口相連，冷凝水蒸發(fā)裝置8氣化氣出口與儲(chǔ)氣罐9相連；

熱解干燥段2a的頂部氣化氣出口與冷凝裝置5氣化氣入口相連，冷凝裝置5氣化氣出口與抽氣泵6入口相連，抽氣泵6出口與儲(chǔ)氣罐9相連，冷凝裝置5冷凝水出口與冷凝水蒸發(fā)裝置8冷凝水入口相連，冷凝水蒸發(fā)裝置8設(shè)有補(bǔ)充水入口，冷凝水蒸發(fā)裝置8蒸氣出口與氣化裝置2氣化劑入口相連；

每個(gè)螺旋落料裝置由多個(gè)螺旋傳動(dòng)裝置組成，相鄰螺旋落料裝置間隔小于1.2倍螺距，且運(yùn)動(dòng)方向相反。

所述的氣化裝置2內(nèi)熱解干燥段、氣化燃燒段、尾灰段之間設(shè)有多層螺旋落料裝置，螺旋落料裝置處設(shè)有多孔支撐隔板。

一種爐內(nèi)自脫焦油式有機(jī)固體燃料氣化方法，即為一種將焦油于裝置內(nèi)先吸附后燃燒并為氣化過程提供熱量的方法，具體步驟如下：

(1)將固體燃料從進(jìn)料口1a加入，通過兩級密封進(jìn)料閥1b隔絕空氣后，進(jìn)入氣化裝置2爐體上部的熱解干燥段2a，經(jīng)過干燥烘焙后的固體燃料在氣化裝置2內(nèi)向下移動(dòng)，進(jìn)入到熱解段，經(jīng)過熱解后的熱解產(chǎn)物半焦通第一過螺旋落料裝置2b進(jìn)入氣化燃燒段2c，氣化反應(yīng)后的炙熱灰通過第二螺旋落料裝置進(jìn)入尾灰段2e，冷卻灰通過螺旋出料器3a送出系統(tǒng)；

(2)氣化燃燒段2c產(chǎn)生的一部分氣化氣由下至上進(jìn)入熱解干燥段2a，為熱解反應(yīng)和物料干燥提供必要熱量，與熱解干燥過程中產(chǎn)生的熱解氣、焦油及水蒸氣等氣態(tài)產(chǎn)物混合后一起進(jìn)入干燥段，熱解氣態(tài)產(chǎn)物在向上經(jīng)過熱解干燥段2a時(shí)被冷卻，大部分焦油在降溫過程被冷物料吸附再次隨物料進(jìn)入熱解段進(jìn)行熱解，吸附在冷物料上的冷凝焦油在熱解段遇高溫又形成氣態(tài)焦油向上，此過程反復(fù)進(jìn)行，氣態(tài)焦油在此過程中以形成固體焦碳的形式繼續(xù)參與后續(xù)反應(yīng)，被冷卻的熱解氣與干燥段水蒸氣由反應(yīng)器排出進(jìn)入冷凝裝置5，氣化氣冷凝脫除水蒸氣和少量輕質(zhì)焦油后，通過抽氣泵6送入儲(chǔ)氣罐9儲(chǔ)存，脫除的冷凝水和少量輕質(zhì)焦油送入冷凝水蒸發(fā)裝置8中；

(3)氣化燃燒段2c產(chǎn)生的另一部分氣化氣進(jìn)入氣化氣旋風(fēng)分離裝置或飛灰分離過濾裝置4脫除細(xì)灰后，通過氣化氣旋風(fēng)分離裝置上端或飛灰分離過濾裝置氣化氣出口進(jìn)入氣化介質(zhì)預(yù)熱裝置7與氣化劑氧氣(空氣)進(jìn)行熱交換后進(jìn)入冷凝水蒸發(fā)裝置，預(yù)熱氧氣(空氣)通過氣化裝置2氣化劑入口送入氣化裝置2參與氣化反應(yīng)，進(jìn)入冷凝水蒸發(fā)裝置8的氣化氣繼續(xù)為冷凝水、補(bǔ)充水和少量輕質(zhì)焦油蒸發(fā)提供熱量降溫后送入儲(chǔ)氣罐儲(chǔ)存；

(4)冷凝裝置5中的冷凝水和少量輕質(zhì)焦油送入冷凝水蒸發(fā)裝置8后與補(bǔ)充水一起蒸發(fā)后通過氣化裝置2氣化劑入口送入氣化裝置2用做氣化劑參與氣化反應(yīng)。

本發(fā)明的有益效果：

1.干燥段和熱解段的溫差使焦油在氣態(tài)和液態(tài)之間反復(fù)轉(zhuǎn)化，增加了焦油在爐內(nèi)的停留時(shí)間，使焦油在此過程中不斷濃縮聚合，形成固體焦炭繼續(xù)參與后續(xù)反應(yīng)，避免了焦油對氣化氣管道的堵塞，同時(shí)省去了后續(xù)焦油洗滌凈化工藝，節(jié)約成本，大大提高了能量利用率。

2.進(jìn)入熱解干燥段的氣化氣在熱解段帶出的熱解氣、水蒸氣等氣態(tài)產(chǎn)物，通過冷凝裝置和冷凝水蒸發(fā)裝置在尾灰收集段和氣化段間氣化劑入口回到氣化裝置內(nèi)，繼續(xù)參與氣化反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了廢水廢氣零排放，同時(shí)在過程中提高了氣化氣熱值和氣化爐熱效率，提高了出爐氣化氣的品質(zhì)。

3.氣化爐結(jié)構(gòu)簡單緊湊，安裝方便，相比于循環(huán)流化床、雙床汽化器等氣化裝置，適用范圍廣，中、小型工業(yè)領(lǐng)域也可使用。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的氣化爐的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1進(jìn)料裝置；1a進(jìn)料口；1b兩級密封進(jìn)料閥；1c螺旋進(jìn)料器；

2氣化裝置；2a熱解干燥段；2b第一螺旋落料裝置；2c氣化燃燒段；

2d第二螺旋落料裝置；2e尾灰段；3灰渣排出裝置；3a螺旋出料器；

3b兩級密封出料閥；3c出渣口；

4氣化氣飛灰旋風(fēng)分離裝置或飛灰分離過濾裝置；5冷凝裝置；6抽氣泵；

7氣化介質(zhì)預(yù)熱裝置；8冷凝水蒸發(fā)裝置；9儲(chǔ)氣罐。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和技術(shù)方案，進(jìn)一步說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式。

實(shí)施例

一種爐內(nèi)自脫焦油式有機(jī)固體燃料氣化裝置與方法，該裝置包括進(jìn)料裝置1、氣化裝置2、氣化氣飛灰旋風(fēng)分離裝置或飛灰分離過濾裝置4、冷凝裝置5、冷凝水蒸發(fā)裝置7、氣化介質(zhì)預(yù)熱裝置8、灰渣排出裝置3和儲(chǔ)氣罐9；所述進(jìn)料裝置1包括進(jìn)料口1a、兩級密封進(jìn)料閥1b和螺旋進(jìn)料器1c，進(jìn)料口1a出口與螺旋進(jìn)料器1c入口相連，螺旋進(jìn)料器1c出口與氣化裝置2爐膛頂部相連；所述氣化裝置2包括熱解干燥段2a、螺旋落料裝置2b2d、氣化燃燒段2c和灰渣段2e，氣化燃燒段2c與灰渣段2e之間設(shè)有氣化劑入口；所述灰渣排出裝置3包括螺旋出料器3a、兩級密封出料閥3b和落料口3c，灰渣段2e底部與螺旋出料器3a入口相連，螺旋出料器3a出口與落料口3c相連；

氣化裝置2氣化氣出口與氣化氣飛灰旋風(fēng)分離裝置或飛灰分離過濾裝置4入口相連，氣化氣飛灰旋風(fēng)分離裝置或飛灰分離過濾裝置4底部與飛灰回收管入口相連，飛灰回收管出口與出渣口3c相連，氣化氣飛灰旋風(fēng)分離裝置或飛灰分離過濾裝置4上側(cè)設(shè)有氣化氣出口，氣化氣出口與氣化介質(zhì)預(yù)熱裝置7氣化氣入口相連，氣化介質(zhì)預(yù)熱裝置7氣化氣出口與冷凝水蒸發(fā)裝置8氣化氣入口相連，氣化介質(zhì)預(yù)熱裝置7設(shè)有空氣(氧氣)入口，氣化介質(zhì)預(yù)熱裝置7預(yù)熱空氣(氧氣)出口與氣化裝置2氣化劑入口相連，冷凝水蒸發(fā)裝置8氣化氣出口與儲(chǔ)氣罐9相連，熱解干燥段2a的頂部氣化氣出口與冷凝裝置5氣化氣入口相連，冷凝裝置5氣化氣出口與抽氣泵6入口相連，抽氣泵6出口與儲(chǔ)氣罐9相連，冷凝裝置5冷凝水出口與冷凝水蒸發(fā)裝置8冷凝水入口相連，冷凝水蒸發(fā)裝置8設(shè)有補(bǔ)充水入口，冷凝水蒸發(fā)裝置8蒸氣出口與氣化裝置氣化劑入口相連；

所述爐內(nèi)熱解干燥段2a、氣化燃燒段2c、尾灰段2e之間設(shè)有多層螺旋落料裝置2b2d及多孔支撐隔板。

一種將焦油于裝置內(nèi)先吸附后燃燒并為氣化過程提供熱量的方法，具體步驟如下：

(1)將固體燃料從進(jìn)料口加入，通過兩級密封插板閥隔絕空氣后，進(jìn)入氣化裝置爐體上部的熱解干燥段，經(jīng)過干燥烘焙后的固體燃料在氣化爐內(nèi)向下移動(dòng)，進(jìn)入到熱解段，經(jīng)過熱解后的熱解產(chǎn)物半焦通過螺旋落料裝置進(jìn)入氣化燃燒段，氣化反應(yīng)后的炙熱灰通過螺旋落料裝置進(jìn)入尾灰段，冷卻灰通過螺旋出料器送出系統(tǒng)；

(2)氣化燃燒段產(chǎn)生的一部分氣化氣由下至上進(jìn)入熱解干燥段，為熱解反應(yīng)和物料干燥提供必要熱量，與熱解干燥過程中產(chǎn)生的熱解氣、焦油及水蒸氣等氣態(tài)產(chǎn)物混合后一起進(jìn)入干燥段，熱解氣態(tài)產(chǎn)物在向上經(jīng)過干燥段時(shí)被冷卻，大部分焦油在降溫過程被冷物料吸附再次隨物料進(jìn)入熱解段進(jìn)行熱解，吸附在冷物料上的冷凝焦油在熱解段遇高溫又形成氣態(tài)焦油向上，此過程反復(fù)進(jìn)行，氣態(tài)焦油在此過程中以形成固體焦碳的形式繼續(xù)參與后續(xù)反應(yīng)，被冷卻的熱解氣與干燥段水蒸氣由反應(yīng)器排出進(jìn)入冷凝裝置，氣化氣冷凝脫除水蒸氣和少量輕質(zhì)焦油后，通過抽氣泵送入儲(chǔ)氣罐儲(chǔ)存，脫除的冷凝水和少量輕質(zhì)焦油送入冷凝水蒸發(fā)裝置中；

氣化燃燒段產(chǎn)生的另一部分氣化氣進(jìn)入氣化氣旋風(fēng)分離裝置或飛灰分離過濾裝置脫除細(xì)灰后，通過氣化氣旋風(fēng)分離裝置上端或飛灰分離過濾裝置氣化氣出口進(jìn)入氣化介質(zhì)預(yù)熱裝置與氣化劑氧氣(空氣)進(jìn)行熱交換后進(jìn)入冷凝水蒸發(fā)裝置，預(yù)熱氧氣(空氣)通過氣化裝置氣化劑入口送入氣化裝置參與氣化反應(yīng)，進(jìn)入冷凝水蒸發(fā)裝置的氣化氣繼續(xù)為冷凝水、補(bǔ)充水和少量輕質(zhì)焦油蒸發(fā)提供熱量降溫后送入儲(chǔ)氣罐儲(chǔ)存；

冷凝裝置中的冷凝水和少量輕質(zhì)焦油送入冷凝水蒸發(fā)裝置后與補(bǔ)充水一起蒸發(fā)后通過氣化裝置氣化劑入口送入氣化裝置用做氣化劑參與氣化反應(yīng)。