專利名稱：：一種高爐熔渣復(fù)合煤氣化系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及高爐熔渣利用技術(shù)，特別涉及一種高爐熔渣復(fù)合煤氣化系統(tǒng)及方法。技術(shù)背景鋼鐵工業(yè)是我國國民經(jīng)濟的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，中國鋼鐵工業(yè)自20世紀(jì)90年代以來快速發(fā)展，1996年我國的粗鋼產(chǎn)量己達(dá)世界第一，隨著鋼產(chǎn)量的增長，鋼鐵工業(yè)產(chǎn)生的固體廢棄物總量也越來越多，在固體廢棄物之中，高爐渣又占了很大比例。高爐渣是由鐵礦石中的脈石、燃料中的灰分和溶劑中非揮發(fā)組分形成的物質(zhì)，在鋼鐵生產(chǎn)過程中，卨爐渣的出爐溫度高達(dá)1400~1600'C，其所含的顯熱相當(dāng)于55Kg64Kg標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒所產(chǎn)生的熱量。目前，國內(nèi)外處理高爐渣基本采用水淬法，此法的缺點是不僅高爐渣的顯熱無法利用，而且造成水資源的大量浪費，對大氣、水和土壤也造成了嚴(yán)重的污染，惡化了工作環(huán)境。因此，如何有效地回收高爐渣的高溫顯熱，減少其處理過程中對環(huán)境造成的污染，又不影響其處理后的實用價值，就成為一個急需解決的問題。我國是-個油氣資源短缺而煤炭資源相對豐富的國家。據(jù)地質(zhì)工作者對煤炭資源進(jìn)行遠(yuǎn)景調(diào)査結(jié)果，煤炭在我國化石能源剩余可采總儲量中占92.6%，占有絕對優(yōu)勢。因此一直以來，我國的能源消耗都是以煤炭為主，其在一次能源中占總消耗量的60%以上。而對于價格R益上漲的石油資源,綜合近幾年的數(shù)據(jù)我們可以看到，我國石油對外依存度高達(dá)50%左右。因此，要像其他國家一樣將能源供應(yīng)建立在石油基礎(chǔ)之上是行不通的，雖然進(jìn)口石油也能解決能源短缺問題，但就我國目前的實力來講這樣的能源戰(zhàn)略是沒有安全保障的。另一方面，隨著我國經(jīng)濟的長期高速發(fā)展，對能源的需求日益增長，所以發(fā)展基于煤氣化的煤基能源及化工系統(tǒng)是在可預(yù)見范圍內(nèi)最有效的技術(shù)途徑。目前，中國己成為世界上最大的煤氣化爐市場，2020年前我國對煤氣化爐的需求量預(yù)計將達(dá)到2250套。當(dāng)前我國正在興起的煤制油、甲醇、合成氨及煤制烯烴等煤化工產(chǎn)業(yè)，需要大量的大型煤氣化爐；另外，我國還有約占全國煤炭總儲量約20%以上的高硫煤，這些煤要獲得高效、清潔利用，也必須以氣化技術(shù)為龍頭。目前，常見的煤氣化技術(shù)主要有固定床、流化床以及氣流床，現(xiàn)有的煤氣化工藝各有特點，對煤質(zhì)也有不同的要求，盡管不同煤階、不同粒度、不同的礦物質(zhì)組成和含量的煤都能用于氣化，但是很難找到適用于所有煤種，各種粒度煤和不同煤灰成分的"萬能氣化爐"，因此圍繞著提高碳轉(zhuǎn)化率和過程效率這一核心，擴大對煤種和粒度的適應(yīng)范圍，特別是解決高灰、高硫煤等劣質(zhì)煤的氣化，提高氣化強度、煤氣質(zhì)量、氣化效率以及單爐生產(chǎn)能力已成為當(dāng)前煤氣化技術(shù)主要的發(fā)展趨勢和急需解決的問題。
發(fā)明內(nèi)容針對現(xiàn)有的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種高爐熔渣復(fù)合煤氣化系統(tǒng)及方法，目的在于利用高爐熔渣的顯熱進(jìn)行煤粉的煤氣化過程，達(dá)到節(jié)能減排的效果。本發(fā)明的高爐熔渣復(fù)合煤氣化系統(tǒng)包括熔渣氣化爐、換熱器、煤氣除塵器、儲氣罐、給煤裝置、噴槍、二次給煤裝置和顆粒氣化爐；給煤裝置與噴槍的一端連接，噴槍的另一端插入熔渣氣化爐的內(nèi)部，熔渣氣化爐的煤氣出口與換熱器的進(jìn)氣口連通，換熱器的出氣口與煤氣除塵器的進(jìn)口連通，煤氣除塵器的出口與儲氣罐連通；熔渣氣化爐的熔渣出口通過管道分別與二次給煤裝青和顆粒氣化爐連通。熔渣氣化爐的內(nèi)部設(shè)有隔墻，靠近熔渣氣化爐的熔渣出口設(shè)有擋板；熔渣進(jìn)U和熔渣出口分別位十隔墻兩側(cè)的熔渣氣化爐的側(cè)壁上，熔渣進(jìn)口與熔渣出口的高度差為熔渣氣化爐直徑的0.5~2倍；隔墻的兩個側(cè)邊與熔渣氣化爐的側(cè)壁連接，隔墻的底邊與熔渣氣化爐的底部連接，隔墻頂邊低于熔渣進(jìn)口，高于熔渣出口，隔墻與熔渣氣化爐軸線的水平距離為熔渣氣化爐直徑的80~85%。顆粒氣化爐包括渣粒捕集器、轉(zhuǎn)杯、氣化床體和底部噴槍，渣粒捕集器側(cè)壁設(shè)有水冷壁，轉(zhuǎn)杯位于水冷壁內(nèi)部，渣粒捕集器底部連接氣化床體，底部噴槍穿過氣化床體插入渣粒捕集器內(nèi)部；其中渣粒捕集器頂部設(shè)有進(jìn)料口和頂部出氣口，進(jìn)料口通過管道分別與熔渣氣化爐的熔渣出口和二次給煤裝置連通，頂部出氣口與第二換熱器的進(jìn)氣口連通，第二換熱器的出氣口與第二煤氣除塵器的進(jìn)口連通，第二煤氣除塵器的出口與第二儲氣罐連通；氣化床體上設(shè)有出渣口。其中轉(zhuǎn)杯位于進(jìn)料口的正下方。插入熔渣氣化爐的噴槍至少為1個，噴槍插入熔渣氣化爐的位置是頂部、底部和/或側(cè)部，當(dāng)噴槍插入熔渣氣化爐的位置是頂部或底部時，噴槍與水平面垂直；當(dāng)噴槍插入熔渣氣化爐的位置是側(cè)部時，噴槍與水平面成5。~30°夾角。當(dāng)噴槍位于熔渣氣化爐底部或側(cè)部時，噴槍出氣口與氣化爐爐底之間的距離為噴槍出氣口直徑的0.5~3倍，當(dāng)噴槍位于熔渣氣化爐頂部時，噴槍出氣口高于熔渣出口。本發(fā)明的采用高爐熔渣氣化系統(tǒng)實施高爐熔渣氣化的方法按以下步驟進(jìn)行1、將高爐熔渣經(jīng)渣流溝由熔渣進(jìn)口放入熔渣氣化爐中；將經(jīng)過干燥破碎的煤粉置于給煤裝置中，煤粉粒度在lmm以下，煤粉中水的質(zhì)量百分比小于10%。2、當(dāng)熔渣氣化爐內(nèi)的熔渣液面高于熔渣進(jìn)口時，將煤粉和氣化劑通過噴槍噴吹到熔渣氣化爐內(nèi)，進(jìn)入熔渣氣化爐內(nèi)的煤粉中的固定碳與熔渣的質(zhì)量流速比為0.010.02;氣化劑為C02、水蒸汽和/或空氣，在相同時間內(nèi)，進(jìn)入熔渣氣化爐的氣化劑與煤粉的流量按以下方式配比當(dāng)氣化劑為C02時，氣化劑中O原子和煤粉中的C原子的個數(shù)比為1.9~2.5;當(dāng)氣化劑為水蒸汽時，氣化劑中的O原子和煤粉中的C原子的個數(shù)比為0.9-1.5;當(dāng)氣化劑為空氣時，氣化劑中的O原子和煤粉中的C原子的個數(shù)比為0.91.5;當(dāng)氣化劑為混合氣體時，氣化劑中的O原子與氣化劑和煤粉中的C原子的個數(shù)比為0.9~1.5。煤粉與氣化劑受熱反應(yīng)生成的煤氣通過熔渣氣化爐的煤氣出口進(jìn)入換熱器；熔渣從熔渣出口越過擋板流出，進(jìn)入顆粒氣化爐；通過調(diào)節(jié)擋板的高度控制熔渣出口的熔渣流出速度，使熔渣在氣化反應(yīng)時保持穩(wěn)定的高度和流出熔渣的溫度。此時位于熔渣氣化爐頂部的噴槍的噴槍出氣口位于所處理熔渣外部；從熔渣出口流出的熔渣溫度為1320士2(TC。步驟2中，熔渣氣化爐內(nèi)的熔渣溫度為1300~1600°C。煤氣進(jìn)入換熱器后，經(jīng)過換熱器冷卻至200'C以下，進(jìn)入煤氣除塵器，經(jīng)過除塵處理后氣體中的灰塵含量低于10mgZm3，然后進(jìn)入儲氣罐儲存。3、熔渣從熔渣出口流出時，二次給煤裝置放出經(jīng)過千燥破碎的煤粉，煤粉粒度在lmm以下，煤粉中水的質(zhì)量百分比小于10%;熔渣與煤粉經(jīng)渣粒捕集器的進(jìn)料口落入旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)杯上，轉(zhuǎn)杯轉(zhuǎn)速為60(K2000r/min;通過底部噴槍向顆粒氣化爐內(nèi)噴吹氣化劑，氣化劑流速為0.5~30m/s，在相同時間內(nèi)，落入轉(zhuǎn)杯上的熔渣與煤粉中固定碳的質(zhì)量比為1:0.03~0.04;熔渣在轉(zhuǎn)杯作用下被破碎成顆粒，同時煤粉吸收熔渣的熱量升溫，與底部噴槍噴出的氣化劑反應(yīng)生成煤氣，煤氣由頂部出氣口進(jìn)入第二換熱器；未完全反應(yīng)的煤粉在熔渣顆粒的裹挾下與熔渣顆粒一起撞擊在水冷壁上，落入顆粒氣化爐的底部進(jìn)一步與氣化劑反應(yīng)，產(chǎn)生的煤氣由頂部出氣口進(jìn)入第二換熱器；反應(yīng)剩余的煤灰和熔渣顆粒從出渣口排出，進(jìn)入余熱鍋爐，與余熱鍋爐中的水通過鍋爐管進(jìn)行下一次換熱，使水汽化產(chǎn)生水蒸汽；換熱后形成熱渣從余熱鍋爐底部排出，溫度低于20(TC。步驟3中，熔渣在顆粒氣化爐內(nèi)的溫度為800~1300°C，熔渣顆粒在余熱鍋爐內(nèi)的溫度為200~800°C，從余熱I&爐排出的熱渣溫度為20(TC。顆粒氣化爐內(nèi)生成的煤氣進(jìn)入第二換熱器后，經(jīng)過第二換熱器冷卻至20(TC以下，進(jìn)入第二煤氣除塵器，經(jīng)過除塵處理后氣體中的灰塵含量低于10mg/m3，然后進(jìn)入第二儲氣罐儲存。步驟3中所述的氣化劑為水蒸汽、空氣、C02中的一種或幾種。本發(fā)明實施例中的轉(zhuǎn)杯轉(zhuǎn)速為6002000r/min。在相同時間內(nèi)，進(jìn)入顆粒氣化爐的氣化劑與煤粉的流量按以下方式配比當(dāng)氣化劑為C02時，氣化劑中的O原子和煤粉中的C原子的個數(shù)比值為1.9~2.5;當(dāng)氣化劑為水蒸汽時，氣化劑中的0原子和煤粉中的C原子的個數(shù)比值為0.9~1.5;當(dāng)氣化劑為空氣時，空氣中的.O原子和煤粉中的C原子的個數(shù)比值為0.9~1.5;當(dāng)氣化劑為混合氣體時，氣化劑中的O原子與氣化劑和煤粉中的C原子的個數(shù)比值為0.91.5。上述的高爐熔渣氣化的方法采用間歇處理或連續(xù)處理；當(dāng)反應(yīng)完成后，通過熔渣氣化爐底部的放料口將熔渣氣化爐內(nèi)的殘余熔渣排凈。本發(fā)明的方法主要是利用高爐熔渣的顯熱為煤的氣化提供所需的熱量，從氣化方式來說屬于外熱型反應(yīng)，由上述內(nèi)容可知，高爐熔渣的處理過程是一個放熱過程，在該過程中，一噸高爐熔渣釋放出的熱量大約相當(dāng)于55Kg61Kg標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒所放出的熱量，而煤氣化反應(yīng)中碳和二氧化碳的反應(yīng)是一個吸熱反應(yīng)，其反應(yīng)方程式為C+C'6>2—2CO—173.4yU7wo/在該過程中，氣化反應(yīng)吸收高爐熔渣冷卻放出的熱量而達(dá)到使煤氣化的目的，不僅使高爐熔渣得以冷卻，而且還保護(hù)了環(huán)境，不必浪費大量的水資源，解決了高爐渣處理過程中的一系列問題，此外還可以獲得較高質(zhì)量的煤氣，如果該氣化過程采用二氧化碳(可用燃燒尾氣)作為氣化劑，那么在取得上述成果的同時還可以吸收二氧化碳，起到了減排的作用，綜合以上分析可以看到，采用高爐熔渣作為熱載體進(jìn)行煤氣化這一方法對我國實現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)具有重要的意義。僅從化學(xué)反應(yīng)的角度進(jìn)行分析，通過對煤氣化高溫反應(yīng)動力學(xué)的研究發(fā)現(xiàn)，煤氣化在常爪沒有催化劑存在的情況下，開始反應(yīng)的溫度大約在900'C左右，而高爐熔渣的溫度高達(dá)1460'C，完全可以保證氣化反應(yīng)的進(jìn)行。從提高化學(xué)反應(yīng)速率和碳轉(zhuǎn)化率的角度來看，氣化溫度對煤的氣化反應(yīng)具有十分重要的影響，在高溫下，煤的氣化溫度和灰熔點溫度十分接近，實驗表明當(dāng)煤焦的氣化溫度低于煤焦的灰熔點溫度時，煤焦的碳轉(zhuǎn)化率和氣化反應(yīng)速率隨氣化溫度的升高而增大；當(dāng)煤焦的氣化溫度高于煤焦的灰熔點溫度時，煤焦的碳轉(zhuǎn)化率和氣化反應(yīng)速率變化十分緩慢；當(dāng)煤焦的氣化溫度為煤焦的灰熔點溫度時，煤焦的氣化反應(yīng)速率達(dá)到最大值。從化學(xué)反應(yīng)的角度來看，該反應(yīng)不僅能夠進(jìn)行，而且其反應(yīng)速率和碳轉(zhuǎn)化率都會達(dá)到很高的水平。從熔渣物理化學(xué)性質(zhì)分析，高爐渣是由鐵礦石中的脈石、燃料中的灰分和溶劑(一般是石灰石)中非揮發(fā)組分形成的物質(zhì)，其主要成分氧化鈣、氧化鎂、三氧化二鋁以及二氧化硅，該反應(yīng)體系屬于Ca-Mg-Al-Si-O-C共存的一個化學(xué)反應(yīng)體系，體系中的化學(xué)反應(yīng)復(fù)雜，體系中的很多物質(zhì)相互之間都存在相互反應(yīng)的可能。通過査閱文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)在該反應(yīng)體系中，其主要反應(yīng)仍然是碳和二氧化碳的反應(yīng)，其他反應(yīng)比如硅和碳的反應(yīng)等，不是缺乏其所需要的必要條件，就是由于反應(yīng)的量很小可以忽略。在該反應(yīng)體系中，由于是煤和氣化劑直接加入溫熔渣之中，固體和氣體被浸入在液體熔渣之中，所以傳熱速度特別快，反應(yīng)物在很短的時間內(nèi)就可以升高到很高的溫度進(jìn)行迅速反應(yīng)，此外，熔渣中的各種物質(zhì)盡管不會參與煤與氣化劑的反應(yīng)，但是在反應(yīng)的過程中可以起到催化作用，以促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行。由于該反應(yīng)屬于氣液固三項共存的反應(yīng)，'所以在反應(yīng)中需要考慮傳熱傳質(zhì)傳動量和化學(xué)反應(yīng)四個方面，在渣中，由于二氧化硅的存在，b」—以增加熔渣的流動性，對傳質(zhì)過程十分有利，可以促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行，并且在高爐熔渣中，二氧化硅的含量高達(dá)34.38%，對f氣化反應(yīng)的進(jìn)行將起到十分重要的作用；氧化鈣的影響氧化鈣隨氣化反應(yīng)的影響是多方面的，首先氧化鈣作為一種氣化反應(yīng)的催化劑，在很大程度上，它可以促進(jìn)煤焦氣化反應(yīng)的進(jìn)行，可以降低煤焦的灰熔點溫度，使溶液的流動性增強。此外，由于氧化鈣可以和煤中的硫發(fā)生反應(yīng)，可以起到固硫的作用，對于環(huán)境保護(hù)具有十分重要的意義。實驗表明，渣中的氧化鎂對煤的氣化反應(yīng)也可以起到促進(jìn)作用，而三氧化一鋁對煤焦的氣化反應(yīng)起到一定的阻礙作用，但是從高爐渣的成分分析可以看到，三氧化二鋁的比例較小，相比來說，并不占優(yōu)勢地位，所以總體分析，高爐渣的物理化學(xué)性質(zhì)對煤焦的氣化反應(yīng)是有利的。以一噸髙爐渣為基礎(chǔ)進(jìn)行計算，僅考慮其在液體狀態(tài)所具有的能量(熔渣溫度高于1300'C)，即熔渣氣化階段，且采用二氧化碳作為氣化劑。假設(shè)一噸高爐渣釋放的能量可以使X千克碳?xì)饣?。計算方法如下進(jìn)入爐內(nèi)的熱量計算方法為煤的燃燒熱Q燃=4.187x81xl00X=33914.7XKJ煤的物理熱g煤=XCiA。=41.87XKJ44C02的物理熱g"=—XC2Af2=61.40933XKJ熔渣提供的熱量=C3Af3=239000KJ從爐中出去的熱量計算方法為CO的物理熱2ra=mC4A"=7031.024XKJCO的化學(xué)熱0燃?xì)?12630x^x44.8=47152XKJ熱平衡方稃<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>上述各公式中C"(^,q,Q分別為煤、C02、熔渣和CO的平均比熱；A、,A^A^A"分別為煤、C02、熔渣和CO的溫差；m為CO質(zhì)量。根據(jù)熱平衡方程計算可知一噸高爐熔渣從液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)，即僅在其熔渣氣化階段便可使11.85219kg的碳?xì)饣?；在該過程屮消耗的C02量為22.12409m3(合43.45804kg);產(chǎn)生的CO量為44.24819m3(合55,31023kg)。以一噸高爐渣為例，考慮其在顆粒氣化階段(80(TC130(TC)的氣化能力，且采用二氧化碳作為氣化劑。假設(shè)一噸高爐渣釋放的能量可以使X千克碳?xì)饣Ｓ嬎惴椒ㄈ缦逻M(jìn)入爐內(nèi)的熱量計算方法為煤的燃燒熱<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>煤的物理熱<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>C02的物理熱<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>熔渣提供的熱量<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>從爐中出去的熱量計算方法為CO的物理熱<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>CO的化學(xué)熱<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>熱平衡方禾？<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>上述各公式中C',，C2,C、，C4分別為煤、C02、熔渣和CO的平均比熱；A^A^，A"，A"分別為煤、C02、熔渣和CO的溫差；m為CO質(zhì)量。根據(jù)熱平衡方程計算可知一噸高爐瑢渣在其顆粒氣化階段便可使34.2195kg的碳?xì)饣?；在該過程中消耗的C02量為63.8764m3(合125.47kg);產(chǎn)生的CO量為127.75m3(合159.69kg)。綜合以上可以看到，將高爐瑢渣氣化和高溫顆粒氣化聯(lián)合使用，每噸高爐渣可產(chǎn)生160m3CO。以一年產(chǎn)1000萬噸生鐵的鋼鐵廠進(jìn)行經(jīng)濟效益和環(huán)境效益分析(僅考慮單-熔渣氣化方式帶來的效益)對于一個年產(chǎn)1000萬噸的鋼鐵企業(yè)，1年產(chǎn)生300萬噸的高爐渣，則氣化用煤6.0萬噸，消耗13.2萬噸C02，生產(chǎn)1.32億立方米CO,為企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。從經(jīng)濟效益來看，按目前國際CDM機制的二氧化碳交易價格，每噸二氧化碳可售價8歐元，那么購買13.2萬噸C02將花費950.4萬元人民幣；目前市場上，民用煤氣的價格是1.4元/m3，那么將1.32億立方米的CO全部看做民用煤氣，則其售價將達(dá)到1.848億人民幣；在刨除購買煤的原料費4200萬元，則僅僅是其在高溫段的一次氣化階段就可以為企業(yè)帶來1.5億元的經(jīng)濟效益。從環(huán)境效益來看，目前國內(nèi)外認(rèn)為最有前景性的處理二氧化碳技術(shù)為CCS技術(shù)，國內(nèi)采用CCS處理一噸二氧化碳的成本約為4070美元，那么處理13.2萬噸C02將花費3692~6468萬人民幣，況且目前世界上最先進(jìn)的CCS二氧化碳封存技術(shù)，世界上的最為成功一個試驗項目計劃在2009年到2010年間，捕集15萬噸二氧化碳，而采用本發(fā)明的方法一座年產(chǎn)1000萬噸生鐵的鋼鐵廠就可以吸收13.2萬噸的C02。本發(fā)明的方法對煤種的適應(yīng)性廣，氣化效率高，并且具有巨大的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益，對我國節(jié)能減排目標(biāo)的實現(xiàn)具有重要的意義。圖1為本發(fā)明實施例1中的高爐熔渣煤氣化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，圖中1、高爐渣溝，2、熔渣進(jìn)口，3、熔渣氣化爐，4、給煤裝置，5、噴槍，6、換熱器，7、煤氣除塵器，8、儲氣罐，9、轉(zhuǎn)杯，10、渣粒捕集器，11、底部噴槍，12、電機，13、氣化床體，14、熔渣出口，15、隔墻，16,進(jìn)料口，17、顆粒氣化爐，18、煤氣出口，19、頂部出氣口，20二次給煤裝置，21、出煤口，22、第二換熱器，23、第二除塵器，24、第二儲氣罐，25出渣口、26、擋板。具體實施方式本發(fā)明實施例中采用的熔渣為鞍鋼高爐渣，主要成分如表1所示。表1鞍鋼高爐渣主要成分分析結(jié)果(wt%)<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>本發(fā)明實施例中采用的給煤裝置為螺旋給料機。本發(fā)明實施例中采用的破碎設(shè)備為磨煤機，干燥設(shè)備為煤粉干燥機。本發(fā)明實施例中采用的煤氣除塵器為旋風(fēng)除塵器。本發(fā)明實施例中采用的轉(zhuǎn)杯內(nèi)徑120mm，深度40mm。本發(fā)明實施例中熔渣氣化爐的頂部噴槍的設(shè)置方式為噴槍出氣口與所處理熔渣液面的距離為該噴槍出氣口直徑的1~5倍。隔墻高度的設(shè)置方式為隔墻的高度為所處理熔渣液面高度的60~80%。本發(fā)明實施例中的轉(zhuǎn)杯轉(zhuǎn)速為6002000r/min。以下為本發(fā)明優(yōu)選實施例。實施例1高爐熔渣復(fù)合煤氣化系統(tǒng)如圖l所示，包括熔渣氣化爐3、換熱器6、煤氣除塵器7、儲氣罐8、給煤裝置4、噴槍5、二次給煤裝置20和顆粒氣化爐17;熔渣氣化爐3直徑lm，高1.5m，其側(cè)壁設(shè)有熔渣進(jìn)口2和熔渣出口14，頂部設(shè)有煤氣出口18，內(nèi)部設(shè)有隔墻15。其中熔渣出口14與熔渣氣化爐3底部的高度差為100mm。熔渣進(jìn)口2與熔渣出口14的直徑為100mm，兩者之間的高度差為500mm。隔墻15為矩形，其兩個側(cè)邊與熔渣氣化爐3的側(cè)壁連接，其底邊與熔渣氣化爐3的底部連接，隔墻15高為550mm;隔墻15與熔渣氣化爐3軸線的水平距離為1.275m。熔渣進(jìn)口2和熔渣出口14分別位于隔墻15的兩側(cè)。熔渣出口14處設(shè)有擋板26，該擋板高度可調(diào)，通過調(diào)節(jié)擋板26能夠調(diào)節(jié)熔渣從熔渣氣化爐3向熔渣出口14外流出的速度。.熔渣氣化爐3的煤氣出口18與換熱器6的進(jìn)氣口連通，換熱器6的出氣口與煤氣除塵器7的進(jìn)口連通，煤氣除塵器7的出口與儲氣罐8連通'；熔渣氣化爐3的熔渣出口14與二次給煤裝置20通過管道連通，并且該管道與顆粒氣化爐17連通。系統(tǒng)中共設(shè)有4個給煤裝置4，每個給煤裝置連接一個噴槍5，噴槍5插入熔渣氣化爐3的內(nèi)部。4個噴槍中的兩個插入熔渣氣化爐頂部，兩個插入熔渣氣化爐的底部；插入頂部的兩個噴槍的出氣口直徑均為20mm,噴槍出氣口位于熔渣進(jìn)口上方且距離熔渣進(jìn)口的距離分別為20mm和40mm;位于底部的兩個噴槍出氣口直徑均為8mm，出氣口與熔渣氣化爐爐底的距離分別為4mm和24mm。顆粒氣化爐17包括渣粒捕集器10、轉(zhuǎn)杯9、氣化床體13和底部噴槍11，渣粒捕集器IO為圓桶狀，其側(cè)壁設(shè)有水冷壁，頂部設(shè)有進(jìn)料口16和頂部出氣口19。轉(zhuǎn)杯9位于水冷壁的內(nèi)部，且位于進(jìn)料口16的正下方，轉(zhuǎn)杯9與電機12裝配在一起。渣粒捕集器10底部連接氣化床體B，氣化床體13上設(shè)有出渣口25，底部噴槍11穿過氣化床體13插入渣粒捕集器10內(nèi)部，底部噴槍11與水平面垂直。氣化床體13的出渣口25連接余熱鍋爐。渣粒捕集器10的進(jìn)料口16同時與熔渣氣化爐3及二次給煤裝置20通過管道連通；渣11粒捕集器10的頂部出氣口19連通第二換熱器22的進(jìn)口，第二換熱器22的出口連接第二煤氣除塵器23的進(jìn)口，第二煤氣除塵器23的出口連接第二儲氣罐24。采用上述裝置進(jìn)行高爐熔渣煤氣化，將高爐熔渣經(jīng)渣流溝放入熔渣氣化爐中；將經(jīng)過干燥破碎的煤粉覽于給煤裝置中，煤粉粒度在lmm以下，煤粉中水的質(zhì)量百分比小于10%。當(dāng)熔渣氣化爐內(nèi)的熔渣液面高于熔渣進(jìn)口時，將煤粉和空氣通過噴槍吹到熔渣氣化爐內(nèi)，進(jìn)入熔渣氣化爐內(nèi)的煤粉中的固定碳與熔渣的質(zhì)量流速比值為0.01，在相同時間內(nèi)，進(jìn)入熔渣氣化爐的空氣中的O原子和煤粉中的C原于的個數(shù)比值為0.9~1.5。煤粉與氣化劑受熱反應(yīng)生成的煤氣通過熔渣氣化爐的煤氣出口進(jìn)入換熱器；熔渣從熔渣出口越過擋板流出，進(jìn)入顆粒氣化爐；通過調(diào)節(jié)擋板的高度控制熔渣出口的熔渣流出速度，使熔渣在氣化反應(yīng)式保持穩(wěn)定的高度和流出熔渣的溫度。此時從熔渣出口流出的熔渣溫度為1320土2(TC，熔渣液面與熔渣進(jìn)口高度一致。'熔渣氣化爐內(nèi)的熔渣溫度為1300~1600°C。煤氣進(jìn)入換熱器后，經(jīng)過換熱器冷卻至200'C以下，進(jìn)入煤氣除塵器，經(jīng)過除塵處理后氣體中的灰塵含量低于10mgZm3，然后進(jìn)入儲氣罐儲存。熔渣從熔渣出口流出時，二次給煤裝置放出經(jīng)過干燥破碎的煤粉，煤粉粒度在lmm以下，煤粉中水的質(zhì)量百分比小于10%;熔渣與煤粉在管道內(nèi)混合，經(jīng)顆粒氣化爐的進(jìn)料口落入旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)杯上；通過底部噴槍向顆粒氣化爐內(nèi)噴吹氣化劑空氣，空氣流速為10m/s，在相同時間內(nèi)，進(jìn)入顆粒氣化爐的空氣中的O原子和煤粉中的C原子的個數(shù)比值為1.9~2.5;在相同時間內(nèi)，落入轉(zhuǎn)杯上的熔渣與煤粉中固定碳的質(zhì)量比為1:0.03;熔渣在轉(zhuǎn)杯作用下被破碎成顆粒，同時煤粉吸收熔渣的熱量升溫，與底部噴槍噴出的空氣反應(yīng)生成煤氣，'煤氣由頂部出氣口進(jìn)入第二換熱器；未完全反應(yīng)的煤粉在熔渣顆粒的裹挾下與熔渣顆粒一起撞擊在水冷壁上，落入顆粒氣化爐的底部進(jìn)一步與空氣反應(yīng)，產(chǎn)生的煤氣由頂部出氣口進(jìn)入第二換熱器；反應(yīng)剩余的煤灰和熔渣顆粒從出渣口排出，進(jìn)入余熱鍋爐，與余熱鍋爐中的水通過鍋爐管進(jìn)行下一次換熱，使水汽化產(chǎn)生水蒸汽；換熱后形成熱渣從余熱鍋爐底部排出，溫度低于200。C。煤氣進(jìn)入第二換熱器后，經(jīng)過第二換熱器冷卻至200'C以下，進(jìn)入第二煤氣除塵器，經(jīng)過除塵處理后氣體中的灰塵含量低于10mg/m3，然后進(jìn)入第二儲氣罐儲存。上述反應(yīng)過程中，熔渣在高溫顆粒氣化系統(tǒng)內(nèi)的溫度為800~1300°C，熔渣顆粒在余熱鍋爐內(nèi)的溫度為200800'C，從余熱鍋爐排除的熱渣溫度為20(TC。通過上述方法每噸高爐熔渣產(chǎn)生CO160m3。'12實施例2采用的高爐熔渣復(fù)合煤氣化系統(tǒng)同實施例1，不同點在于(1)熔渣氣化爐直徑3m,高6m;熔渣出口與熔渣氣化爐爐底的距離為500mm，熔渣進(jìn)口與熔渣出口之間的高度差4m;(2)熔渣氣化爐軸線與隔墻的水平距離為1.2m;隔墻高度為3m,(3)插入熔渣氣化爐的噴槍為6個，其中4個噴槍位于熔渣氣化爐側(cè)部，兩個噴槍位于熔渣氣化爐底部，底部的噴槍與水平面垂直，側(cè)部4個噴槍分布于側(cè)面四周，切圓布置，噴槍與水平面的夾角為15°;側(cè)部的4個噴槍出氣口直徑為20mm，出氣口距離爐底的距離為60mrn;底部兩個噴槍出氣口直徑為8mm，出氣口與熔渣氣化爐爐底的距離為20mm。采用上述裝置進(jìn)行煤氣化操作，方法同實施例1，不同點在于(1)進(jìn)入熔渣氣化爐內(nèi)的煤粉中的固定碳與熔渣的質(zhì)量流速比值為0.02;將煤粉和氣化劑通過噴槍吹到熔渣氣化爐內(nèi)時，氣化劑為二氧化碳，在相同時間內(nèi)，進(jìn)入熔渣氣化爐的二氧化碳中的o原子和煤粉中的C原子的個數(shù)比值為1.9-2.5。(2)在相同時間內(nèi)，落入轉(zhuǎn)杯上的熔渣與煤粉中固定碳的質(zhì)量比為1:0.04。(3)通過底部噴槍向顆粒氣化爐內(nèi)噴吹的氣化劑為二氧化碳，流速為0.5m/s。在相同時間內(nèi)，進(jìn)入顆粒氣化爐的二氧化碳中的0原子和煤粉中的C原子的+數(shù)比值為1.9~2.5。通過上述方法每噸高爐熔渣產(chǎn)生CO158m3。實施例3采用的高爐熔渣復(fù)合煤氣化系統(tǒng)同實施例1。高爐熔渣氣化方法同實施例1，不同點在于(1)將煤粉和氣化劑通過噴槍吹到熔渣氣化爐內(nèi)時，氣化劑為水蒸汽，在相同時間內(nèi)，進(jìn)入熔渣氣化爐的水蒸汽中的O原子和煤粉中的C原子的個數(shù)比值為0.91.5。(2)通過底部噴槍向顆粒氣化爐內(nèi)噴吹的氣化劑為水蒸汽，流速為30m/s，在相同時間內(nèi)，進(jìn)入顆粒氣化爐的水蒸汽中的O原子和煤粉中的C原子的個數(shù)比值為0.9~1.5。權(quán)利要求1、一種高爐熔渣復(fù)合煤氣化系統(tǒng)，包括換熱器、煤氣除塵器、儲氣罐、給煤裝置、噴槍、二次給煤裝置，其特征在于給煤裝置與噴槍的一端連接，噴槍的另一端插入熔渣氣化爐的內(nèi)部，熔渣氣化爐的煤氣出口與換熱器的進(jìn)氣口連通，換熱器的出氣口與煤氣除塵器的進(jìn)口連通，煤氣除塵器的出口與儲氣罐連通；熔渣氣化爐的熔渣出口通過管道分別與二次給煤裝置和顆粒氣化爐連通。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高爐熔渣復(fù)合煤氣化系統(tǒng)，其特征在于所述的熔渣氣化爐的內(nèi)部設(shè)有隔墻，靠近熔渣氣化爐的熔渣出口設(shè)有擋板；熔渣進(jìn)口和熔渣出口分別位于隔墻兩側(cè)的熔渣氣化爐的側(cè)壁上，熔渣進(jìn)口與熔渣出口的垂直距離為熔渣氣化爐直徑的0.5~2倍；隔墻的兩個側(cè)邊與熔渣氣化爐的側(cè)壁連接，隔墻的底邊與熔渣氣化爐的底部連接，隔墻頂邊低于熔渣進(jìn)口，高于熔渣出口，隔墻與熔渣氣化爐軸線的水平距離為熔渣氣化爐直徑的80-85%。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高爐熔渣復(fù)合煤《化系統(tǒng)，其特征在于所述的顆粒氣化爐包括渣粒捕集器、轉(zhuǎn)杯、氣化床體和底部噴槍，渣粒捕集器側(cè)壁設(shè)有水冷壁，轉(zhuǎn)杯位于水冷壁內(nèi)部，渣粒捕集器底部連接氣化床體，底部噴槍穿過氣化床體插入渣粒捕集器內(nèi)部；其中渣粒捕集器頂部設(shè)有進(jìn)料口和頂部出氣口，進(jìn)料口通過管道分別與熔渣氣化爐的熔渣出口和二次給煤裝置連通，頂部出氣口與第二換熱器的進(jìn)氣口連通，第二換熱器的出氣口與第二煤氣除塵器的進(jìn)口連通，第二煤氣除塵器的出口與第二儲氣罐連通；氣化床體上設(shè)有出渣口。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高爐熔渣復(fù)合煤氣化系統(tǒng)，其特征在于插入熔渣氣化爐的噴槍至少為1個，噴槍插入熔渣氣化爐的位置是頂部、底部和/或側(cè)部，當(dāng)噴槍插入熔渣氣化爐的位置是頂部或底部時，噴槍與水平面垂直；當(dāng)噴槍插入熔渣氣化爐的位置是側(cè)部時，噴槍與水平面成5。30°夾角。.5、一種采用權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)實施高爐熔渣煤氣化的方法，其特征在于按以下步驟進(jìn)行(1)將高爐熔渣經(jīng)渣流溝由熔渣進(jìn)口放入熔渣氣化爐中；將經(jīng)過干燥破碎的煤粉置于給煤裝置中；(2)當(dāng)熔渣氣化爐內(nèi)的熔渣液面高于熔渣進(jìn)口時，將煤粉和氣化劑C02、水蒸汽和/或空氣通過噴槍噴吹到熔渣氣化爐內(nèi)，進(jìn)入熔渣氣化爐內(nèi)的煤粉中固定碳與熔渣的質(zhì)量流速比值為0.010.02;通過調(diào)節(jié)擋板的高度控制熔渣出口的熔渣流出速度，從熔渣出口流出的熔渣溫度為1320士2(TC;煤粉與氣化劑受熱反應(yīng)生成的煤氣通過煤氣出口進(jìn)入換熱器，再經(jīng)煤氣除塵器進(jìn)入儲氣罐；(3)熔渣從熔渣出口流出時，二次給煤裝置放出煤粉，熔渣與煤粉在管道內(nèi)混合，經(jīng)渣粒捕集器的進(jìn)料口落入旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)杯上，轉(zhuǎn)杯轉(zhuǎn)速為6002000r/min;通過底部噴槍向顆粒氣化爐內(nèi)噴吹氣化劑，氣化劑流速為0.5~30m/s;在相同時間內(nèi)，落入轉(zhuǎn)杯上的熔渣與煤粉中固定碳的質(zhì)量比為1:0.03-0.04;烙渣在轉(zhuǎn)杯作用下被破碎成顆粒，同時煤粉吸收熔渣的熱量升溫，與底部噴槍噴出的氣化劑反應(yīng)生成煤氣，煤氣由頂部出氣口進(jìn)入第二換熱器，再經(jīng)第二煤氣除塵器進(jìn)入第二儲氣罐；未完全反應(yīng)的煤粉在熔渣顆粒的裹挾下與熔渣顆粒一起撞擊在水冷壁上，落入顆粒氣化爐的底部進(jìn)一步與氣化劑反應(yīng)，生成的煤氣由頂部出氣口進(jìn)入第二換熱器，再經(jīng)第二煤氣除塵器進(jìn)入第二儲氣罐；反應(yīng)剩余的煤灰和熔渣顆粒從出渣口排出。6、根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高爐熔渣復(fù)合煤氣化方法，其特征在于所述的步驟(2)中的通過噴槍噴吹到熔渣氣化爐內(nèi)的煤粉和氣化劑的配比在相同時間內(nèi)，進(jìn)入熔渣氣化爐的氣化劑和煤粉的流速按以下方式配比當(dāng)氣化劑為C02時，氣化劑中的O原子和煤粉中的C原子的個數(shù)比值為1.9~2.5;當(dāng)氣化劑為水蒸汽時，氣化劑中的O原子和煤粉中的C原子的個數(shù)比值為0.9-1.5;當(dāng)氣化劑為空氣時，空氣中的O原子和煤粉中的C原子的個數(shù)比值為0.91.5;所述的步驟(3)中的通過底部噴槍向顆粒氣化爐內(nèi)噴吹氣化劑的配比方式與步驟(2)方式相同。7、根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高爐熔渣復(fù)合煤氣化方法，其特征在于煤氣進(jìn)入換熱器或第二換熱器后，冷卻至20(TC以下，再進(jìn)入煤氣除塵器或第二煤氣除塵器，經(jīng)過除塵處理后氣體中的灰塵含量低于10mg/m3，然后進(jìn)入儲氣罐或第二儲氣罐。全文摘要一種高爐熔渣復(fù)合煤氣化系統(tǒng)及方法，涉及高爐熔渣利用技術(shù)，系統(tǒng)包括熔渣氣化爐、換熱器、煤氣除塵器、儲氣罐、給煤裝置、噴槍、二次給煤裝置和顆粒氣化爐。方法為將高爐熔渣經(jīng)渣流溝由熔渣進(jìn)口放入熔渣氣化爐中；將煤粉和氣化劑噴吹到熔渣氣化爐內(nèi)，生成的煤氣進(jìn)入換熱器，經(jīng)過冷卻和除塵后進(jìn)入儲氣罐，熔渣從熔渣出口流出時與煤粉在管道內(nèi)混合，并與氣化劑反應(yīng)生成煤氣進(jìn)入換熱器，經(jīng)過冷卻和除塵后進(jìn)入儲氣罐。本發(fā)明的方法具有巨大的環(huán)境效益，對我國節(jié)能減排目標(biāo)的實現(xiàn)具有重要的意義。文檔編號C10J3/46GK101597657SQ200910012470公開日2009年12月9日申請日期2009年7月10日優(yōu)先權(quán)日2009年7月10日發(fā)明者于慶波,朋李,勤秦申請人:東北大學(xué)