專利名稱：一種固定床間歇式高溫熔渣煤氣化的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種煤氣化的裝置和方法，特別是一種固定床間歇式高溫熔渣煤氣化的裝置和方法。
背景技術(shù)：
按照燃料在氣化爐內(nèi)的運(yùn)動(dòng)狀況來(lái)分類是比較通行的方法，一般分為移動(dòng)床(又叫固定床)、沸騰床(又叫流化床)、氣流床和熔融床等。固定床氣化在氣化過(guò)程中，塊煤或碎煤由氣化爐頂部加入，氣化劑由底部通人，煤料與氣化劑逆流接觸，相對(duì)于氣體的上升速度而言，原料下降速度很慢，甚至可視為固定不動(dòng)，因此稱之為固定床氣化；而實(shí)際上，煤料在氣化過(guò)程中是以很慢的速度向下移動(dòng)的，比較準(zhǔn)確的稱其為移動(dòng)床氣化。從常壓固定床間歇式無(wú)煙煤(或焦炭)氣化技術(shù)、常壓固定床無(wú)煙煤(或焦炭)富氧連續(xù)氣化技術(shù)、魯奇固定床煤加壓氣化技術(shù)，到目前世界上較為先進(jìn)的英國(guó)BGL高溫熔渣煤氣化技術(shù)，固定床煤氣化工藝經(jīng)歷了一系列的發(fā)展，總的發(fā)展趨勢(shì)是由煤種的單一性向多樣性發(fā)展，氣化壓力由常壓向高壓發(fā)展，氣化溫度由低溫向高溫發(fā)展，固態(tài)排渣向液態(tài)排渣發(fā)展，工業(yè)規(guī)模由小型化向大型化多聯(lián)產(chǎn)發(fā)展。目前公知的用于生產(chǎn)甲醇、合成氨的水煤氣、半水煤氣固定床間歇式煤氣發(fā)生爐， 其制氣效率不很高，主要表現(xiàn)在水夾套的水冷壁效應(yīng)導(dǎo)致?tīng)t渣殘?zhí)扛摺饣瘡?qiáng)度低；水夾套的目的一是降低爐壁處煤渣層的溫度，防止高溫結(jié)渣掛爐，二是保護(hù)爐下設(shè)備不受高溫?fù)p壞，三是回收熱量副產(chǎn)蒸汽。水夾套的操作壓力在0. Γ0. 2MPa，飽和蒸汽溫度 12(T130°C。固定床煤氣發(fā)生爐的原料一般采用無(wú)煙塊煤或無(wú)煙煤制成的型煤。根據(jù)對(duì)無(wú)煙煤的燃燒速度測(cè)定得知，無(wú)煙煤在55(T60(TC才能開(kāi)始緩慢著火，但是燃燒速度很慢，隨著溫度的上升燃燒速度加快。所以，目前常用的固定床間歇式煤氣發(fā)生爐靠近水夾套地方有部分的煤渣層遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于著火溫度，經(jīng)實(shí)際測(cè)試由于水夾套冷卻效應(yīng)導(dǎo)致水夾套內(nèi)壁周圍 80mm環(huán)區(qū)內(nèi)的原料煤層溫度低，不能很好的燃燒儲(chǔ)熱及氣化，這項(xiàng)原因直接導(dǎo)致了返焦的產(chǎn)生，造成目前煤氣發(fā)生爐所下?tīng)t渣殘?zhí)苛吭?0—20%甚至更高，造成了資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。 另外，在吹風(fēng)時(shí)空氣中的氧氣在此環(huán)區(qū)中不能和煤完全燃燒，導(dǎo)致吹風(fēng)氣中氧含量較高，進(jìn)而影響到水煤氣或半水煤氣中的氧含量較高，使變換反應(yīng)蒸汽消耗增加。針對(duì)水夾套的水冷壁效應(yīng)，有的研究單位采用提高夾套內(nèi)的蒸汽壓力來(lái)提高夾套內(nèi)壁的溫度，但由于蒸汽壓力不可能提得很高，克服水冷壁效應(yīng)的作用很不明顯。有的研究單位采用夾套內(nèi)用導(dǎo)熱油來(lái)控制提溫，由于導(dǎo)熱油的使用溫度一般不能超過(guò)350°C，所以克服夾套水冷壁效應(yīng)的作用也不明顯，并且長(zhǎng)期運(yùn)行控制不好導(dǎo)熱油容易結(jié)焦，甚至出現(xiàn)安全事故。為了克服現(xiàn)有固定床煤氣發(fā)生爐夾套水冷壁效應(yīng)的不足，中國(guó)發(fā)明專利200810006652. O “固定床造氣爐生產(chǎn)合成氣節(jié)能減排的裝置及方法”和中國(guó)實(shí)用新型專利200720017162. 1 “熱壁夾套高效分離煤氣發(fā)生爐”，都提出了在爐膛內(nèi)采用熱壁來(lái)降低水冷壁效應(yīng)提高氣化層周圍壁面溫度的辦法，操作中考慮到高溫結(jié)渣掛爐的原因，爐溫都控制在原料煤灰熔點(diǎn)T2以下，這種非高溫氣化方法不能從根本上消除爐渣高殘?zhí)康默F(xiàn)象。據(jù)中國(guó)發(fā)明專利200910175332. 2“一種碎煤熔渣氣化生產(chǎn)煤制天然氣的工藝”資料介紹，渣熔氣化爐上部沿襲魯奇氣化爐從頂部加入的煤與產(chǎn)品氣逆流接觸的氣化流程， 而下部則更近似熔融床的熔渣氣化。燃燒區(qū)局部溫度高達(dá)2000°c，氣化溫度130(Γ1600 ， 氣化率較魯奇氣化爐大幅提高，氣化強(qiáng)度成倍提高。與其他氣化技術(shù)相比，熔渣氣化技術(shù)的冷煤氣效率最高(>89%)，碳轉(zhuǎn)化率最高(>99. 5%)，其中90%以上的能量被轉(zhuǎn)化成可利用的燃料，而殼牌煤氣化為83%，德士古水煤漿為76 79%。所以熔渣氣化實(shí)質(zhì)是將高溫熔渣氣化技術(shù)與碎煤加壓氣化技術(shù)結(jié)合在一起，兼?zhèn)淞穗p方的優(yōu)勢(shì)，克服了各自的某些缺點(diǎn)。能否將高溫熔渣氣化技術(shù)與常壓固定床間歇式無(wú)煙煤(或焦炭)氣化技術(shù)結(jié)合在一起，也兼?zhèn)潆p方的優(yōu)勢(shì)，克服各自的某些缺點(diǎn)，還沒(méi)有先例。目測(cè)固定床間歇式煤氣發(fā)生爐爐渣，大部分是多孔狀固態(tài)熔渣，說(shuō)明在爐內(nèi)出現(xiàn)過(guò)液態(tài)熔渣流動(dòng)過(guò)程，如果在氧化、還原性氣氛中沒(méi)有發(fā)生熔渣現(xiàn)象，就一定發(fā)生在弱還原性氣氛中，因?yàn)槿踹€原性氣氛灰熔點(diǎn)T2 —般要比氧化、還原性氣氛灰熔點(diǎn)T2低150— 300°C，實(shí)測(cè)大多數(shù)無(wú)煙煤弱還原性氣氛灰熔點(diǎn)T2已超過(guò)1520°C (普通灰熔點(diǎn)測(cè)定儀測(cè)溫上限設(shè)定為1520°C)，如果無(wú)煙煤氧化、還原性氣氛灰熔點(diǎn)T2按1520°C加300°C計(jì)算，就是 1820°C，熔渣的存在，說(shuō)明爐溫上限已超過(guò)弱還原性氣氛灰熔點(diǎn)T2 ；從爐膛結(jié)構(gòu)和氣化工藝分析，渣層集中覆蓋在爐篦上表面區(qū)域，液態(tài)熔渣在重力作用下沿爐篦渣層表面向下流動(dòng)，高溫熔渣在流動(dòng)過(guò)程中能快速熔解和氣化所夾帶的煤炭，熾熱煤炭在高溫熔渣表面析出揮發(fā)分后與氣化劑發(fā)生氣化反應(yīng)，這種“渣包碳反應(yīng)模型”就是高溫熔渣煤氣化技術(shù)，與熔融床氣化技術(shù)的區(qū)別是過(guò)程沒(méi)有連續(xù)進(jìn)行，這種間歇式高溫熔渣煤氣化技術(shù)導(dǎo)致了“渣包碳”高殘?zhí)康陌l(fā)生。流動(dòng)的高溫熔渣在遇到水夾套水冷壁釋放熱、降溫、固化前，還存在繼續(xù)添加冷炭 (被水冷壁冷卻)的過(guò)程，此時(shí)進(jìn)入液態(tài)熔渣的冷炭溫度低，留給高溫煤氣化、燒盡的時(shí)間又非常有限，雖說(shuō)水夾套底部碎渣爐條有布風(fēng)功能，吹風(fēng)階段能為殘?zhí)咳紵峁┎糠盅鯕庵С郑颉疤慷嘌跎佟辈豢杀苊鈺?huì)產(chǎn)生一定量的殘?zhí)?；現(xiàn)在使用的錐形水夾套，因炭層與水夾套之間的空隙增大，氣體上、下行較為通暢，灰渣中可見(jiàn)到的返焦大為減少，但熔渣中的殘?zhí)苛窟€是很可觀；如何延長(zhǎng)固定床間歇式高溫熔渣煤氣化、燒盡的時(shí)間，降低固態(tài)熔渣殘?zhí)浚?提高氣化效率，是一個(gè)急需解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種固定床間歇式高溫熔渣煤氣化的裝置和方法， 降低固態(tài)熔渣殘?zhí)俊榻鉀Q上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種用于固定床間歇式高溫熔渣煤氣化的裝置，包括水夾套、爐篦、耐高溫保護(hù)層和配風(fēng)管，其中耐高溫保護(hù)層安裝于水夾套的內(nèi)壁，其特征在于所述耐高溫保護(hù)層帶有凹凸開(kāi)口槽，所述耐高溫保護(hù)層中下部的圓周上設(shè)置有通孔，所述水夾套中下部的對(duì)應(yīng)部位有內(nèi)部圓周凹槽、中間水平管道和外部圓環(huán)形彎管，上述三者構(gòu)成配風(fēng)管，為炭層圓周外圍的煤炭燃燒配風(fēng)。
其中，所述耐高溫保護(hù)層為圓弧形耐高溫保護(hù)板。所述耐高溫保護(hù)層的材質(zhì)可為鑄鐵或鑄鋼。所述凹凸開(kāi)口槽可與爐篦等高或者所述圓弧形耐高溫保護(hù)層可與水夾套等高
本發(fā)明還提供了一種利用上述裝置進(jìn)行煤氣化的方法，所述方法包括吹風(fēng)和制氣兩個(gè)階段，其特征在于，在吹風(fēng)階段，除向爐篦區(qū)域固態(tài)熔渣層鼓風(fēng)燃燒煤炭生成高溫熔渣外，也向水夾套水冷壁相應(yīng)區(qū)域固態(tài)熔渣層鼓風(fēng)燃燒煤炭生成高溫熔渣，形成的高溫熔渣蓄熱池阻隔了高溫熔渣與水夾套水冷壁接觸的通道。其中，在吹風(fēng)階段，爐篦中心配風(fēng)量按先大后小遞減方式進(jìn)行，水夾套圓周配風(fēng)量按先小后大遞增方式進(jìn)行。有益效果
1、吹風(fēng)階段，向水夾套、爐篦固態(tài)熔渣區(qū)域同時(shí)鼓風(fēng)，夾在固態(tài)熔渣區(qū)域的煤炭燃燒生成1200—1800°C高溫吹風(fēng)氣，當(dāng)燃燒的熾熱炭層屬于弱還原性氣氛時(shí)，就會(huì)有液態(tài)高溫熔渣生成，沿水夾套、爐篦固態(tài)熔渣壁向下流動(dòng)，形成的高溫熔渣蓄熱池阻隔了高溫熔渣與水夾套水冷壁接觸的通道，沿水夾套壁生成的固態(tài)高溫熔渣高度越高，進(jìn)入液態(tài)熔渣的冷炭氣化、燒盡的時(shí)間越長(zhǎng)久，返焦消失，殘?zhí)拷档汀?、從水夾套水冷壁相應(yīng)區(qū)域固態(tài)熔渣層鼓風(fēng)燃燒煤炭生成高溫熔渣，就是擴(kuò)大爐篦的表面積，使?fàn)t篦的外延擴(kuò)大到了水夾套區(qū)域，隨著水夾套冷壁效應(yīng)的消失，氣化能力成倍提高，制氣效率得到了提高，殘?zhí)拷档停c環(huán)境友好。


下面結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例。圖1為本發(fā)明的固定床間歇式高溫熔渣煤氣化的裝置的示意圖。圖2為圖1中裝置的沿A-A的剖視圖。其中1 一造氣爐；2—炭層；3—水夾套；4一保護(hù)板；5—通孔；6—熔渣；7—配風(fēng)管；8—爐篦。
具體實(shí)施例方式如圖1和圖2所示，用于固定床間歇式高溫熔渣煤氣化的Φ3300造氣爐1包括水夾套3、保護(hù)板4、配風(fēng)管7和爐篦8等，保護(hù)板4安裝在水夾套3內(nèi)壁上，保護(hù)板4是帶凸凹開(kāi)口槽的圓弧形耐高溫保護(hù)板，凸凹開(kāi)口槽與爐篦8等高，圓弧形耐高溫保護(hù)板4與水夾套3等高，圓弧形耐高溫保護(hù)板4中、下部圓周有通孔(溝槽)5，水夾套3中、下部對(duì)應(yīng)部位有內(nèi)部圓周凹槽、中間水平管道和外部圓環(huán)形彎管，三者組成配風(fēng)管7，為炭層圓周外圍的煤炭2燃燒配風(fēng)。在吹風(fēng)階段，除向爐篦8區(qū)域固態(tài)熔渣層6鼓風(fēng)燃燒煤炭生成高溫熔渣外，也向水夾套3水冷壁相應(yīng)區(qū)域固態(tài)熔渣層6鼓風(fēng)燃燒煤炭生成高溫熔渣，形成的高溫熔渣蓄熱池阻隔了高溫熔渣6與水夾套3水冷壁接觸的通道。其中，在吹風(fēng)階段，爐篦中心配風(fēng)量按先大后小遞減方式進(jìn)行，水夾套圓周配風(fēng)量按先小后大遞增方式進(jìn)行；制氣階段，熾熱炭層2 在高溫熔渣6內(nèi)部迅速反應(yīng)。實(shí)測(cè)熔渣殘?zhí)吭?%以內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于固定床間歇式高溫熔渣煤氣化的裝置，包括水夾套、爐篦、耐高溫保護(hù)層和配風(fēng)管，其中耐高溫保護(hù)層安裝于水夾套的內(nèi)壁，其特征在于所述耐高溫保護(hù)層帶有凹凸開(kāi)口槽，所述耐高溫保護(hù)層中下部的圓周上設(shè)置有通孔，所述水夾套中下部的對(duì)應(yīng)部位有內(nèi)部圓周凹槽、中間水平管道和外部圓環(huán)形彎管，上述三者構(gòu)成配風(fēng)管，為炭層圓周外圍的煤炭燃燒配風(fēng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述耐高溫保護(hù)層為圓弧形耐高溫保護(hù)板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述耐高溫保護(hù)層的材質(zhì)可為鑄鐵或鑄鋼。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述凹凸開(kāi)口槽可與爐篦等高或者所述圓弧形耐高溫保護(hù)層可與水夾套等高。
5.一種利用權(quán)利要求1-4中任一權(quán)利要求所述的裝置的煤氣化方法，包括吹風(fēng)和制氣兩個(gè)階段，其特征在于，在吹風(fēng)階段，除向爐篦區(qū)域固態(tài)熔渣層鼓風(fēng)燃燒煤炭生成高溫熔渣外，也向水夾套水冷壁相應(yīng)區(qū)域固態(tài)熔渣層鼓風(fēng)燃燒煤炭生成高溫熔渣，形成的高溫熔渣蓄熱池阻隔了高溫熔渣與水夾套水冷壁接觸的通道。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的煤氣化方法，其特征在于，在吹風(fēng)階段，爐篦中心配風(fēng)量按先大后小遞減方式進(jìn)行，水夾套圓周配風(fēng)量按先小后大遞增方式進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明一種固定床間歇式高溫熔渣煤氣化的方法，包括吹風(fēng)和制氣兩個(gè)階段在吹風(fēng)階段，除向爐箅?yún)^(qū)域固態(tài)熔渣層鼓風(fēng)燃燒煤炭生成高溫熔渣外，也向水夾套水冷壁相應(yīng)區(qū)域固態(tài)熔渣層鼓風(fēng)燃燒煤炭生成高溫熔渣。隨著爐箅外延的擴(kuò)大，水夾套冷壁效應(yīng)的消失，氣化能力成倍遞增，制氣效率得到了提高，殘?zhí)拷档停c環(huán)境友好。
文檔編號(hào)C10J3/74GK102559268SQ20111042368
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月17日
發(fā)明者盧光勝, 朱月 申請(qǐng)人:湖北宜化化工股份有限公司