專利名稱：一種帶煤氣余熱利用的氣化方法
技術領域：
本發(fā)明涉及氣化技術領域，是一種帶煤氣余熱利用的氣化方法。
背景技術：
含碳燃料的氣化，通常在800°C以上的高溫下進行，煤氣從氣化爐中排出時，溫度 也高達800°C以上，如果直接送入凈化系統(tǒng)，將損失大量顯熱，因此需要回收煤氣余熱?，F(xiàn)有 技術中，通常為氣化爐配余熱鍋爐，以吸收煤氣的顯熱，產生飽和蒸汽，除了少部分蒸汽可 用作氣化爐氣化劑外，其余蒸汽均外供。這種做法雖然回收了煤氣余熱，但由于氣化爐操作 條件所限，不可能將所有蒸汽都通入氣化爐，大部分蒸汽只能外供，因此回收的熱量只有少 部分可用于提高煤氣熱值。在現(xiàn)有技術中，主要的氣化劑是空氣、富氧空氣或純氧，蒸汽只是起輔助作用的氣 化劑。只有提高空氣、富氧空氣或純氧的溫度，才能大幅度提高煤氣熱值。但如果像普通鍋 爐的空氣預熱器那樣，直接用煤氣預熱氣化劑，一旦空氣預熱器發(fā)生泄露，將很可能發(fā)生爆 炸。現(xiàn)有技術中，有利用氮氣作為中間熱載體、從高溫煤氣中吸熱、再預熱空氣的方案，但是 氮氣系統(tǒng)造價昂貴，而且氮氣循環(huán)需要動力消耗，因此很不經濟?，F(xiàn)有技術中還有利用蓄熱 體和換向閥來進行空氣預熱的，但由于高溫煤氣中含塵較多，易發(fā)生磨損等影響壽命的問 題，也很不理想。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種帶煤氣余熱利用的氣化方法，回收利用高溫煤氣的顯 熱，用于預熱氣化劑以及干燥煤，以提高煤氣熱值。該方法簡單、安全。為達到上述目的，本發(fā)明的技術解決方案如下一種帶煤氣余熱利用的氣化方法，在氣化爐爐膛中加入含碳燃料，并通入氣化劑， 使之發(fā)生熱解和氣化反應，產生煤氣，所述氣化劑為空氣、富氧空氣或純氧，或這三者之一 與蒸汽的組合，其利用氣化爐產生的煤氣的顯熱加熱給水或外來蒸汽，產生過熱蒸汽，再利 用過熱蒸汽預熱通入氣化爐爐膛的空氣、富氧空氣或純氧。所述的帶煤氣余熱利用的氣化方法，其包括步驟(a)氣化爐產生的煤氣，依次流經過熱器、蒸發(fā)受熱面和省煤器放熱；(b)同時將給水通入省煤器吸熱升溫后，引入汽包，汽包中的飽和水流入蒸發(fā)受熱 面，被加熱為飽和蒸汽；(c)將飽和蒸汽再由汽包引入過熱器，使之在過熱器中被加熱為過熱蒸汽；(d)將過熱蒸汽引入空氣蒸汽換熱器中，預熱空氣、富氧空氣或純氧；(e)將經過預熱的空氣、富氧空氣或純氧通入氣化爐爐膛作為氣化劑。所述的帶煤氣余熱利用的氣化方法，其包括步驟氣化爐產生的煤氣，流經過熱器；(b)同時將外來蒸汽引入過熱器，使之在過熱器中被加熱為過熱蒸汽；
將過熱蒸汽引入空氣蒸汽換熱器中，預熱空氣、富氧空氣或純氧；(d)將經過預熱的空氣、富氧空氣或純氧通入氣化爐爐膛作為氣化劑。所述的帶煤氣余熱利用的氣化方法，其所述空氣蒸汽換熱器出口的蒸汽溫度不低 于飽和溫度。所述的帶煤氣余熱利用的氣化方法，其還包括向氣化爐爐膛通入蒸汽，該蒸汽為 從過熱器出口引出的過熱蒸汽或從空氣蒸汽換熱器出口引出的蒸汽。所述的帶煤氣余熱利用的氣化方法，其所述的氣化爐為循環(huán)流化床氣化爐，經預 熱的空氣、富氧空氣或純氧從循環(huán)流化床氣化爐爐膛底部通入；所述的含碳燃料為粉煤； 所述的氣化爐產生的煤氣，是從氣化爐爐膛頂部引出、經分離器分離出的固體顆粒后、從分 離器氣體出口引出的煤氣。所述的帶煤氣余熱利用的氣化方法，其還包括向返料器底部通入蒸汽，作為返料 氣體；向返料器底部通入的蒸汽，為從過熱器出口引出的蒸汽或從空氣蒸汽換熱器出口引 出的蒸汽。所述的帶煤氣余熱利用的氣化方法，其所述含碳燃料在加入氣化爐爐膛前，先經 干燥器進行干燥；干燥器中通入蒸汽，作為干燥熱源；干燥器中通入的蒸汽，為從過熱器出 口引出的蒸汽或從空氣蒸汽換熱器出口引出的蒸汽。本發(fā)明的帶煤氣余熱利用的氣化方法，巧妙的利用高溫煤氣的顯熱產生過熱蒸 汽，再用過熱蒸汽預熱氣化用空氣、富氧空氣或純氧，避免了煤氣-空氣或氧氣直接換熱帶 來的安全隱患，同時充分回收系統(tǒng)熱量并在系統(tǒng)中充分利用，能夠顯著提高煤氣熱值。


圖1為本發(fā)明一種帶煤氣余熱利用的氣化方法的實施例1示意圖；圖2為本發(fā)明一種帶煤氣余熱利用的氣化方法的實施例2示意圖。圖3為本發(fā)明一種帶煤氣余熱利用的氣化方法的實施例3示意圖；圖4為本發(fā)明一種帶煤氣余熱利用的氣化方法的實施例4示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明一種帶煤氣余熱利用的氣化方法的原理是提高煤氣熱值，有三個主要的手段一是預熱氣化所需的空氣，二是干燥用于氣化 的煤，三是向氣化爐內通入高溫的蒸汽。通常，高溫煤氣從氣化爐引出后，會被引入余熱鍋爐，將給水加熱成為飽和蒸汽， 大部分外供，少部分作為氣化爐的輔助氣化劑，但飽和蒸汽的溫度與氣化溫度相比，仍然偏 低。本發(fā)明通過設置過熱器，充分利用煤氣顯熱，將經省煤器和蒸發(fā)受熱面加熱的給 水或外來蒸汽進一步加熱成為過熱蒸汽；再利用過熱蒸汽預熱空氣、富氧空氣或純氧等氣 化劑，既解決了氣化劑需要預熱的問題，又避免空氣、富氧空氣或純氧等氣化劑與煤氣直接 換熱，消除了爆炸隱患。使用過熱蒸汽、而不使用飽和蒸汽預熱空氣，可以大幅度提高空氣 預熱溫度。這樣，通入氣化爐的氣化劑，無論是空氣、富氧空氣、純氧，還是蒸汽，溫度都比現(xiàn) 有技術大幅提高，從而可使煤氣熱值大幅提高。
而且，現(xiàn)有技術中的煤氣只經余熱鍋爐冷卻，余熱鍋爐通常不設省煤器，工質最低 溫度即100°c，因此煤氣未經充分冷卻，即被引入凈化系統(tǒng)。而本發(fā)明的方法應用于沒有外 來蒸汽的場合時，設有省煤器，煤氣經省煤器冷卻后溫度更低，煤氣余熱回收更充分。氣化爐中由于通入的空氣量少，流化速度偏低，煤在爐膛下部燃燒放熱，難以支持 爐膛中上部的氣化所需熱量。向爐膛中通入蒸汽，可以提高流化速度，提升爐膛中上部溫 度，優(yōu)化爐膛溫度分布，有利于氣化反應的進行。同時，通過調節(jié)通入的蒸汽量，還可以調節(jié) 氣化爐爐膛溫度。因此，氣化爐中除了通入空氣、富氧空氣或純氧作為氣化劑外，還可通入 適量蒸汽。但現(xiàn)有技術中回收煤氣余熱只產生飽和蒸汽，因此只能以飽和蒸汽作為氣化劑， 而本發(fā)明通入氣化爐爐膛的是溫度更高的過熱蒸汽，因此更有利于提高煤氣熱值。本發(fā)明還利用回收的煤氣余熱干燥氣化用含碳燃料。燃料經過干燥、去除部分水 分后再進入氣化爐爐膛，避免了這部分水分在氣化爐爐膛中吸熱升溫后、卻又在煤氣凈化 系統(tǒng)中降溫冷凝，減少了系統(tǒng)的熱損失，也有利于提高煤氣熱值。這樣，用來預熱空氣的蒸汽，除了在空氣蒸汽換熱器中放熱加熱空氣、富氧空氣或 純氧等氣化劑，還可用于燃料的干燥、氣化劑以及返料器的流化氣體，剩余部分再外供，無 需在系統(tǒng)中循環(huán)，從而省去了循環(huán)所需的動力消耗。實施例1如圖1所示的應用了本發(fā)明的帶煤氣余熱利用的氣化方法的兩段爐氣化系統(tǒng)，包 括兩段爐氣化爐爐膛1、過熱器4和空氣蒸汽換熱器7。將塊煤從爐頂加入氣化爐爐膛1，并 通入空氣A，氣化產生的高溫煤氣G流經過熱器4放熱，將外來飽和蒸汽SS通入過熱器4中 吸熱升溫至過熱蒸汽S，將過熱蒸汽S通入空氣蒸汽換熱器7中，預熱空氣A。將經過預熱 的空氣A和部分從過熱器4引出的過熱蒸汽S通入氣化爐爐膛1 ；從空氣蒸汽換熱器7引 出的蒸汽S外供。實施例2如圖2所示的應用了本發(fā)明的帶煤氣余熱利用的氣化方法的循環(huán)流化床雙床氣 化系統(tǒng)，包括循環(huán)流化床鍋爐10、循環(huán)流化床氣化爐爐膛1、旋風分離器2、返料器3構成的 循環(huán)回路，還包括尾部受熱面9、過熱器4、空氣蒸汽換熱器7，以及煤氣凈化裝置、底渣冷卻 裝置等輔助系統(tǒng)(輔助系統(tǒng)未在圖中示出)。將干化污泥C加入循環(huán)流化床氣化爐爐膛1，并從其底部通入空氣A，同時循環(huán)流 化床鍋爐10產生的高溫循環(huán)灰也送入循環(huán)流化床氣化爐爐膛1，為熱解反應和氣化反應提 供熱量，產生的煤氣G從爐膛1頂部引出、流入旋風分離器2 ；旋風分離器2從煤氣G中分 離出的固體顆粒通過返料器3返回爐膛1，煤氣G從分離器2氣體出口排出，流經過熱器4 放熱后，流入煤氣凈化系統(tǒng)，得到干煤氣產品。氣化爐爐膛1產生的氣化半焦送入循環(huán)流化床鍋爐10燃燒，產生的高溫煙氣F流 經尾部受熱面9，將給水W加熱為飽和蒸汽SS。將鍋爐產生的飽和蒸汽SS引入氣化爐的過 熱器4，加熱為600°C的過熱蒸汽S。將從過熱器4引出的過熱蒸汽S通入空氣蒸汽換熱器 7中，將空氣A預熱至400°C，通入氣化爐爐膛1底部；在空氣蒸汽換熱器7的蒸汽出口，蒸 汽S被冷卻至300°C的過熱蒸汽外供，少量通入返料器3作為流化氣體。實施例3如圖3所示的應用了本發(fā)明的帶煤氣余熱利用的氣化方法的循環(huán)流化床單床氣化系統(tǒng)，包括由循環(huán)流化床氣化爐爐膛1、旋風分離器2、返料器3構成的循環(huán)回路，還包括 過熱器4、蒸發(fā)受熱面5、汽包51、省煤器6和空氣蒸汽換熱器7，以及煤氣凈化裝置、底渣冷 卻裝置等輔助系統(tǒng)(輔助系統(tǒng)未在圖中示出)。將生物質燃料C加入循環(huán)流化床氣化爐爐膛1，并從其底部通入富氧空氣A和蒸汽 S，生物質燃料C在爐膛1下部部分燃燒、提供熱量，使生物質燃料C在高溫下發(fā)生熱解反應 和氣化反應，產生的煤氣G從爐膛1頂部引出、流入旋風分離器2 ；旋風分離器2從煤氣G中 分離出的固體顆粒通過返料器3返回爐膛1，煤氣G從分離器2氣體出口排出，依次流經過 熱器4、蒸發(fā)受熱面5、省煤器6，最后流入煤氣凈化系統(tǒng)，得到干煤氣。將給水W先通入省煤器6吸熱升溫后，引入汽包51，汽包51中的飽和水流入蒸發(fā) 受熱面5，被加熱為lMPa、179°C的飽和蒸汽，再由汽包51引入過熱器4，在過熱器4中被加 熱為550°C的過熱蒸汽S。將從過熱器4引出的過熱蒸汽S通入空氣蒸汽換熱器7中，將富氧空氣A預熱至 310°C，通入氣化爐爐膛1底部；在空氣蒸汽換熱器7的蒸汽出口，蒸汽S被冷卻為190°C的 過熱蒸汽，一部分通入氣化爐爐膛1，用作流化氣體和爐膛溫度調節(jié)手段，一部分通入返料 器3作為流化氣體，其余蒸汽S外供。實施例4如圖4所示的循環(huán)流化床單床粉煤氣化系統(tǒng)，包括由循環(huán)流化床氣化爐爐膛1、旋 風分離器2、返料器3構成的循環(huán)回路，還包括過熱器4、蒸發(fā)受熱面5、省煤器6、空氣蒸汽 換熱器7和干燥器8，以及煤氣凈化裝置、底渣冷卻裝置等輔助系統(tǒng)(輔助系統(tǒng)未在圖中示 出)；還包括煤的干燥系統(tǒng)。將經過干燥的粒徑在0 IOmm之間的粉煤C加入循環(huán)流化床氣化爐爐膛1，并從 其底部通入純氧0和蒸汽S,粉煤C在爐膛1下部部分燃燒、提供熱量，使粉煤C在高溫下發(fā) 生熱解反應和氣化反應，產生的煤氣G從爐膛1頂部引出、流入旋風分離器2 ；旋風分離器2 從煤氣G中分離出的固體顆粒通過返料器3返回爐膛1，煤氣G從分離器2氣體出口排出， 依次流經過熱器4、蒸發(fā)受熱面5、省煤器6，最后流入煤氣凈化系統(tǒng)，得到干煤氣產品。將給水W先通入省煤器6吸熱升溫后，引入汽包51，汽包51中的飽和水流入蒸發(fā) 受熱面5，被加熱為2MPa、211°C的飽和蒸汽，再由汽包51引入過熱器4，在過熱器4中被加 熱為480°C的過熱蒸汽S。
從過熱器4引出的過熱蒸汽S，一部分通入空氣蒸汽換熱器7中，將純氧0預熱至 260°C，通入氣化爐爐膛1底部；在空氣蒸汽換熱器7的蒸汽出口，蒸汽S被冷卻為211°C的 飽和蒸汽，部分通入干燥器8中，作為干燥熱源，其余外供。從過熱器4引出的其余過熱蒸 汽S, 一部分通入氣化爐爐膛1，用作流化氣體和爐膛溫度調節(jié)手段，另一部分通入返料器3 作為流化氣體。 干燥器8可以是流化床式的，蒸汽流經床層中的換熱盤管放熱，使煤中的水分蒸 發(fā)；干燥器8也可以是滾筒式的，蒸汽流過滾筒放熱。通入干燥器的蒸汽S，也可以是從過 熱器引出的過熱蒸汽。
權利要求
1.一種帶煤氣余熱利用的氣化方法，在氣化爐爐膛中加入含碳燃料，并通入氣化劑，使 之發(fā)生熱解和氣化反應，產生煤氣，所述氣化劑為空氣、富氧空氣或純氧，或這三者之一與 蒸汽的組合，其特征在于，利用氣化爐產生的煤氣的顯熱加熱給水或外來蒸汽，產生過熱蒸 汽，再利用過熱蒸汽預熱通入氣化爐爐膛的空氣、富氧空氣或純氧。
2.按權利要求1所述的帶煤氣余熱利用的氣化方法，其特征在于，包括步驟a)氣化爐產生的煤氣，依次流經過熱器、蒸發(fā)受熱面和省煤器放熱；b)同時將給水通入省煤器吸熱升溫后，弓丨入汽包，汽包中的飽和水流入蒸發(fā)受熱面，被 加熱為飽和蒸汽；c)將飽和蒸汽再由汽包引入過熱器，使之在過熱器中被加熱為過熱蒸汽；d)將過熱蒸汽引入空氣蒸汽換熱器中，預熱空氣、富氧空氣或純氧；e)將經過預熱的空氣、富氧空氣或純氧通入氣化爐爐膛作為氣化劑。
3.按權利要求1所述的帶煤氣余熱利用的氣化方法，其特征在于，包括步驟a)氣化爐產生的煤氣，流經過熱器；b)同時將外來蒸汽引入過熱器，使之在過熱器中被加熱為過熱蒸汽；c)將過熱蒸汽引入空氣蒸汽換熱器中，預熱空氣、富氧空氣或純氧；d)將經過預熱的空氣、富氧空氣或純氧通入氣化爐爐膛作為氣化劑。
4.按權利要求2或3所述的帶煤氣余熱利用的氣化方法，其特征在于，所述空氣蒸汽換 熱器出口的蒸汽溫度不低于飽和溫度。
5.按權利要求2、3或4所述的帶煤氣余熱利用的氣化方法，其特征在于，還包括向氣化 爐爐膛通入蒸汽，該蒸汽為從過熱器出口引出的過熱蒸汽或從空氣蒸汽換熱器出口引出的 蒸汽。
6.按權利要求1、2、3、4或5所述的帶煤氣余熱利用的氣化方法，其特征在于，所述的氣 化爐為包含循環(huán)流化床氣化爐爐膛、分離器、返料器的循環(huán)流化床氣化爐，經預熱的空氣、 富氧空氣或純氧從循環(huán)流化床氣化爐爐膛底部通入；所述的含碳燃料為粉煤；所述的氣化 爐產生的煤氣，是從氣化爐爐膛頂部引出、經分離器分離出的固體顆粒后、從分離器氣體出 口引出的煤氣。
7.按權利要求6所述的帶煤氣余熱利用的氣化方法，其特征在于，還包括向返料器底 部通入蒸汽，作為返料氣體；向返料器底部通入的蒸汽，為從過熱器出口引出的蒸汽或從空 氣蒸汽換熱器出口引出的蒸汽。
8.按權利要求1、6或7所述的帶煤氣余熱利用的氣化方法，其特征在于，所述含碳燃料 在加入氣化爐爐膛前，先經干燥器進行干燥；干燥器中通入蒸汽，作為干燥熱源；干燥器中 通入的蒸汽，為從過熱器出口引出的蒸汽或從空氣蒸汽換熱器出口引出的蒸汽。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種帶煤氣余熱利用的氣化方法，涉及氣化技術，在氣化爐爐膛中加入含碳燃料，并通入氣化劑，使之發(fā)生熱解和氣化反應，產生煤氣，所述氣化劑為空氣、富氧空氣或純氧，或這三者之一與蒸汽的組合，利用氣化爐產生的煤氣的顯熱加熱給水或外來蒸汽，產生過熱蒸汽，再利用過熱蒸汽預熱通入氣化爐爐膛的空氣、富氧空氣或純氧。本發(fā)明方法充分利用煤氣余熱，簡單、安全、投資少，大大提高了單床氣化的煤氣熱值。
文檔編號C10J3/54GK102041101SQ20091023546
公開日2011年5月4日 申請日期2009年10月14日 優(yōu)先權日2009年10月14日
發(fā)明者呂清剛, 宋國良, 朱治平, 王東宇, 那永潔, 高鳴 申請人:中國科學院工程熱物理研究所