本發(fā)明涉及富氧氣化技術領域，尤其是涉及一種流化床富氧氣化方法。

背景技術：

相關技術中，在氣化爐內(nèi)進行富氧氣化時，氣化爐內(nèi)反應不均，局部溫度過高，導致氣化爐內(nèi)出現(xiàn)高溫結渣堵塞爐膛的現(xiàn)象，嚴重時會導致停爐甚至出現(xiàn)安全生產(chǎn)事故。

技術實現(xiàn)要素：

本申請是基于發(fā)明人對以下事實和問題的發(fā)現(xiàn)和認識作出的：

發(fā)明人在實際研究中發(fā)現(xiàn)，氣化氣體主要是空氣和純氧氣的混合物(或加入少量的蒸汽)，當進行富氧氣化反應時，需要提高氣化氣體內(nèi)氧氣的濃度，一般是減少空氣的量并增加純氧氣的量，由于氧氣濃度提高，這必然導致載氣的量減少，載氣的減少造成流化操作氣速大幅降低，這很容易導致局部氧氣濃度過高，使流化床氣化爐內(nèi)流化效果變差。由于氣化氣體內(nèi)氧氣與固體燃料內(nèi)的碳元素首先發(fā)生放熱的燃燒反應并生成二氧化碳，隨后生成的二氧化碳再與碳元素發(fā)生吸熱的氣化反應生成一氧化碳。然而，當氣化爐內(nèi)局部氧氣過多時，則主要發(fā)生氧氣與碳元素的放熱的燃燒反應，從而導致反應不均而氣化爐內(nèi)出現(xiàn)局部溫度過高的現(xiàn)象，而且氣化氣體反應后主要剩下的成分是氮氣，氮氣的比熱很小，吸熱量很低，難以將產(chǎn)生的過多熱量吸收并攜帶走，這就極易造成氣化爐內(nèi)局部熱量分布不均，造成溫度飛升而在氣化爐內(nèi)發(fā)生結渣現(xiàn)象。

本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。為此，本發(fā)明提出一種流化床富氧氣化方法，該方法可有效控制流化床氣化爐內(nèi)溫度，避免流化床氣化爐內(nèi)出現(xiàn)局部飛溫的現(xiàn)象。

根據(jù)本發(fā)明實施例的流化床富氧氣化方法，包括如下步驟：將由氧氣與載氣混合形成的混合氣化氣體通入到流化床氣化爐內(nèi)，其中載氣為二氧化碳或者水蒸氣；將固體燃料加入到所述流化床氣化爐內(nèi)以與所述混合氣化氣體發(fā)生反應；將生成的含有一氧化碳的煤氣排出所述流化床氣化爐。

根據(jù)本發(fā)明實施例的流化床富氧氣化方法，通過將由氧氣與二氧化碳或者水蒸汽混合形成的混合氣化氣體通入到流化床氣化爐內(nèi)，由于氧氣與固體燃料中的碳元素發(fā)生放熱的燃燒反應，而二氧化碳或者水蒸汽可在流化床氣化爐內(nèi)與固體燃料中的碳元素發(fā)生吸熱的氣化反應，由此，二氧化碳或者水蒸汽與固體燃料的吸熱反應抵消了一部分放熱反應的熱量，這樣，可有效控制流化床氣化爐內(nèi)溫度，防止了流化床氣化爐出現(xiàn)飛溫現(xiàn)象，尤其是局部飛溫現(xiàn)象，從而避免因流化床氣化爐內(nèi)局部溫度過高而在流化床氣化爐內(nèi)產(chǎn)生結渣堵塞爐膛的問題發(fā)生。另外，由于二氧化碳或者水蒸汽為可與固體燃料反應的氣體物料而非氮氣等與固體燃料不反應的氣體，從而在生成的煤氣中惰性氣體的含量有所降低，煤氣的熱值有所提高。

根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述混合氣化氣體的氧氣濃度為h,h滿足：21％≤h≤100％。

根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，將所述混合氣化氣體以設定氣速V排入到所述流化床氣化爐內(nèi)，所述設定氣速V≥0.2m/s。

根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述混合氣化氣體從所述流化床氣化爐的底壁排入所述流化床氣化爐內(nèi)。

根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，將從所述流化床氣化爐排出的煤氣排入到氣固分離器內(nèi)進行氣固分離，分離出來的氣體從所述氣固分離器排出。

具體地，所述氣固分離器的固體出口與所述流化床氣化爐相連。

根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述流化床氣化爐為鼓泡流化床氣化爐或循環(huán)流化床氣化爐。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的流化床氣化爐的示意圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的流化床氣化爐與氣固分離器的連接示意圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的流化床氣化爐與氣固分離器和返料器的連接示意圖。

圖4是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的流化床富氧氣化方法的流程圖。

附圖標記：

流化床氣化爐1；氣體進口11；固體進口12；氣體出口13；返料口14；

氣固分離器2；入口21；固體出口22；出口23；

返料器3。

具體實施方式

下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內(nèi)”、“外”、等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。

此外，術語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括至少一個該特征。在本發(fā)明的描述中，“多個”的含義是至少兩個，例如兩個，三個等，除非另有明確具體的限定。

在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術語應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機械連接，也可以是電連接或彼此可通訊；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通或兩個元件的相互作用關系，除非另有明確的限定。對于本領域的普通技術人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術語在本發(fā)明中的具體含義。

下面首先參考圖1-圖3描述根據(jù)本發(fā)明實施例的流化床氣化爐組件。

根據(jù)本發(fā)明實施例的流化床氣化爐組件，可以包括流化床氣化爐1。可選地，流化床氣化爐1為鼓泡流化床氣化爐或循環(huán)流化床氣化爐。

具體而言，如圖1-圖3所示，流化床氣化爐1具有氣體進口11、固體進口12和氣體出口13，由氧氣與載氣(例如載氣為二氧化碳或水蒸汽)混合成的混合氣化氣體可通過氣體進口11進入到流化床氣化爐1內(nèi)，固體燃料可通過固體進口12進入到流化床氣化爐1內(nèi)，混合氣化氣體和固體燃料在流化床氣化爐1內(nèi)產(chǎn)生燃燒反應，生成的含有一氧化碳的煤氣可從氣體出口13排出流化床氣化爐1?？蛇x地，固體燃料為粉煤。

可選地，氣體進口11可設在流化床氣化爐1的底壁上，從而混合氣化氣體可從流化床氣化爐1的底壁排入流化床氣化爐1內(nèi)，由此，混合氣化氣體可從爐體的底部向上流通，從而有利于混合氣化氣體與固體燃料的充分流化，進而提高混合氣化氣體與固體燃料之間反應的充分性。

具體地，如圖2和圖3所示，流化床氣化爐組件還包括氣固分離器2，氣固分離器2具有入口21、固體出口22和出口23，其中，入口21與氣體出口13相連，從流化床氣化爐1的氣體出口13排出的煤氣可通過入口21排入到氣固分離器2內(nèi)進行氣固分離，分離出來的氣體經(jīng)過氣固分離器2的出口23排出，分離出的粉塵從固體出口22排出。

進一步地，如圖3所示，流化床氣化爐1還具有返料口14，氣固分離器2的固體出口22與流化床氣化爐1的返料口14相連，從氣固分離器2的固體出口22排出的回收的粉塵可經(jīng)過返料口14重新回到流化床氣化爐1再利用。

具體地，如圖3所示，流化床氣化爐組件還包括返料器3，返料器3連接在返料口14和固體出口22之間，從氣固分離器2分離出的粉塵可經(jīng)過固體出口22、返料器3和返料口14返回到流化床氣化爐1再循環(huán)。

下面參考圖1-圖4描述根據(jù)本發(fā)明實施例的流化床富氧氣化方法。

如圖4所示，根據(jù)本發(fā)明實施例的流化床富氧氣化方法，包括如下步驟：

首先將由氧氣與載氣混合形成的混合氣化氣體通入到流化床氣化爐內(nèi)，其中載氣為二氧化碳或者水蒸氣。例如，可將由氧氣與載氣混合形成的混合氣化氣體通過上述流化床氣化爐的氣體進口通入到流化床氣化爐內(nèi)。具體地，混合氣化氣體從流化床氣化爐的底壁排入流化床氣化爐內(nèi)。

將固體燃料加入到流化床氣化爐內(nèi)以與混合氣化氣體發(fā)生反應。例如，可將固體燃料通過上述的固體進口加入到流化床氣化爐內(nèi)以與流化床氣化爐內(nèi)的混合氣化氣體發(fā)生反應。

將生成的含有一氧化碳的煤氣排出流化床氣化爐。例如，生成的含有一氧化碳的煤氣可通過上述的氣體出口從流化床氣化爐排出。

具體而言，在將由氧氣與載氣混合形成的混合氣化氣體通入到流化床氣化爐內(nèi)，同時將固體燃料加入到流化床氣化爐內(nèi)時，固體燃料可與混合氣化氣體在流化床氣化爐內(nèi)發(fā)生反應?；旌蠚饣瘹怏w中的氧氣與固體燃料中的碳元素發(fā)生放熱的燃燒反應并生成二氧化碳，與此同時，載氣可在流化床氣化爐內(nèi)與固體燃料中的碳元素發(fā)生吸熱的氣化反應，載氣與固體燃料的吸熱反應抵消了一部分放熱反應的熱量，這樣，可有效控制流化床氣化爐內(nèi)溫度，防止了流化床氣化爐內(nèi)出現(xiàn)飛溫現(xiàn)象，尤其是局部飛溫現(xiàn)象，從而避免因流化床氣化爐內(nèi)局部溫度過高而在流化床氣化爐內(nèi)產(chǎn)生結渣堵塞爐膛的問題發(fā)生。另外，由于載氣為可與固體燃料反應的氣體物料而非氮氣等與固體燃料不反應的氣體，從而在生成的煤氣中的惰性氣體的含量降低，提高了煤氣熱值，獲得了高熱值煤氣。

根據(jù)本發(fā)明實施例的流化床富氧氣化方法，通過將由氧氣與二氧化碳或者水蒸汽混合形成的混合氣化氣體通入到流化床氣化爐內(nèi)，由于氧氣與固體燃料中的碳元素發(fā)生放熱的燃燒反應，而二氧化碳或者水蒸汽可在流化床氣化爐內(nèi)與固體燃料中的碳元素發(fā)生吸熱的氣化反應，由此，二氧化碳或者水蒸汽與固體燃料的吸熱反應抵消了一部分放熱反應的熱量，這樣，可有效控制流化床氣化爐內(nèi)溫度，防止了流化床氣化爐出現(xiàn)飛溫現(xiàn)象，尤其是局部飛溫現(xiàn)象，從而避免因流化床氣化爐內(nèi)局部溫度過高而在流化床氣化爐內(nèi)產(chǎn)生結渣堵塞爐膛的問題發(fā)生。另外，由于二氧化碳或者水蒸汽為可與固體燃料反應的氣體物料而非氮氣等與固體燃料不反應的氣體，從而在生成的煤氣中惰性氣體的含量有所降低，煤氣的熱值有所提高。

具體而言，由于載氣與固體燃料可發(fā)生吸熱的氣化反應，從而可有效防止流化床氣化爐內(nèi)飛溫現(xiàn)象發(fā)生，尤其是局部飛溫現(xiàn)象，這樣可有效提高混合氣化氣體的氧氣濃度，優(yōu)選地，混合氣化氣體的氧氣濃度為h,h滿足：21％≤h≤100％，從而可提高煤氣熱值。

根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，將混合氣化氣體以設定氣速V排入到流化床氣化爐內(nèi)，設定氣速V≥0.2m/s。由此，混合氣化氣體的氣速較高，從而有利于提高流化床氣化爐內(nèi)的流化效果。

具體而言，若流化床氣化爐為鼓泡流化床氣化爐，則所述設定氣速V大于固體燃料顆粒的最小流化速度而小于夾帶氣速；若流化床氣化爐為循環(huán)流化床氣化爐，則設定氣速V大于循環(huán)熱固體燃料顆粒的夾帶氣速。這里需要說明的是，夾帶氣速是指流態(tài)化操作氣體速度的上限、其值近似于顆粒的終端速度或自由沉降速度，當氣體速度稍大于此速度時，顆粒就會被流體夾帶而走。固體顆粒的最小流化速度是指當氣體通過顆粒床層時，隨著流速的增加，顆粒由靜止狀態(tài)轉為運動狀態(tài)，當流體向上所產(chǎn)生的拽力等于顆粒床層的重量時，或當氣體通過床層時的壓力降剛好等于單位床截面上顆粒重量時，顆粒開始流態(tài)化，此時的流體表觀線速稱為最小流化速度，固體顆粒在流化床氣化爐內(nèi)的流動速度。

根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，將從流化床氣化爐排出的煤氣排入到氣固分離器內(nèi)進行氣固分離，分離出來的氣體從氣固分離器排出。具體而言，混合氣化氣體與固體燃料在流化床氣化爐內(nèi)發(fā)生反應而生成煤氣，混有粉塵的煤氣從流化床氣化爐排出后流向氣固分離器，混有粉塵的煤氣在氣固分離器內(nèi)進行氣固分離，分離出的煤氣和粉塵可分別從氣固分離器排出?？蛇x地，氣固分離器的固體出口可與流化床氣化爐相連，由此，分離出的粉塵可重新回到流化床氣化爐再利用。

下面參考圖1-圖4對本發(fā)明兩個具體實施例的流化床富氧氣化方法進行詳細說明。

實施例1

該實施例中的流化床氣化爐為鼓泡流化床或恩德爐。

如圖1-圖2和圖4所示，將25℃純氧氣a與500℃的水蒸汽b混合形成氧氣濃度為51vol.％的混合氣化氣體c，混合氣化氣體進入氣化溫度為900℃的鼓泡流化床氣化爐內(nèi)，在鼓泡流化床氣化爐內(nèi)形成氣速為2m/s流場；同時，粒徑大于零且小于等于8mm的粉煤d加入到鼓泡流化床氣化爐內(nèi)并在高溫下與混合氣化氣體c發(fā)生氣化反應而生成煤氣，混有粉塵的煤氣從鼓泡流化床氣化爐排出后流向氣固分離器，混有粉塵的煤氣在氣固分離器內(nèi)進行氣固分離，分離出的煤氣e從氣固分離器排出。

在本實施例中，載氣為過熱水蒸汽b，水蒸汽b在高溫下與碳元素反應生成氫氣，同時消耗大量的熱。這抵消了氧氣與碳元素發(fā)生反應時放出的熱量，使鼓泡流化床氣化爐的溫度基本穩(wěn)定在900-950℃之間，這與以空氣為載氣的同等富氧度工藝條件下進行的900-1100℃反應超溫幅度相比，鼓泡流化床氣化爐的爐膛內(nèi)超溫幅度較小，并且爐膛內(nèi)溫度較為均勻，避免了因局部溫度升高造成的結渣而堵塞鼓泡流化床氣化爐的現(xiàn)象。另外，由于載氣為水蒸汽，其產(chǎn)生的煤氣的主要成分為CO(含量約為30vol.％)、H₂(含量約為60vol.％)、CO₂(含量約為9vol.％)、和少量低碳烴化物C_mH_n(m<4，烴化物含量約為1vol.％)，熱值約為2780kcal/m³；而以含有大量的氮氣的空氣為載氣的富氧氣化產(chǎn)生的煤氣的主要成分是：CO(含量約為24vol.％)、H₂(含量約為20vol.％)、CO₂(含量約為15vol.％)、N₂(40vol.％)和少量低碳烴化物C_mH_n(m<4，烴化物含量約為1vol.％)，熱值約為1400kcal/m³，本實施例中獲得的煤氣有效成分和熱值均大幅提高。

實施例2

本實施例中的流化床氣化爐為循環(huán)流化床煤氣化爐。

如圖1、圖3和圖4所示，將25℃純氧氣a與500℃的CO₂ b混合形成氧氣濃度為51vol.％的混合氣化氣體c，混合氣化氣體c進入氣化溫度為900℃的循環(huán)流化床氣化爐內(nèi)，在循環(huán)流化床氣化爐內(nèi)形成氣速為2m/s流場；同時，粒徑大于零且小于等于8mm的粉煤d加入到循環(huán)流化床氣化爐內(nèi)并在高溫下與混合氣化氣體發(fā)生反應而生成煤氣，混有粉塵的煤氣從循環(huán)流化床氣化爐排出后流向氣固分離器，混有粉塵的煤氣在氣固分離器內(nèi)進行氣固分離，分離出的粉塵(半焦熱灰f)經(jīng)返料器返回循環(huán)流化床氣化爐內(nèi)進行再循環(huán)反應，而分離出的高溫煤氣e從氣固分離器排出后經(jīng)過處理后供煤氣用戶使用。

在本實施例中，載氣為CO₂ b，CO₂ b在高溫下與碳元素反應生成CO，同時消耗大量的熱。這抵消了氧氣與碳元素發(fā)生反應時放出的熱量，使循環(huán)流化床氣化爐內(nèi)整體溫度基本穩(wěn)定在900-950℃之間，這與以空氣為載氣的同等富氧度工藝條件下進行的900-1100℃反應超溫幅度相比，循環(huán)流化床氣化爐內(nèi)的爐膛內(nèi)超溫幅度變小，并且爐膛內(nèi)溫度較為均勻，避免了因局部溫度升高造成的結渣而堵塞循環(huán)流化床氣化爐的爐膛的現(xiàn)象。另外，由于載氣為CO₂，其產(chǎn)生的煤氣的主要成分為CO(含量約為73vol.％)、H₂(含量約為12vol.％)、CO₂(含量約為13vol.％)、和少量低碳烴化物C_mH_n(m<4，烴化物含量約為2vol.％)，熱值約為2710kcal/m³；而以含有大量的氮氣的空氣為載氣的富氧氣化產(chǎn)生的煤氣的主要成分是：CO(含量約為24vol.％)、H₂(含量約為20vol.％)、CO₂(含量約為15vol.％)、N₂(40vol.％)和少量低碳烴化物C_mH_n(m<4，烴化物含量約為1vol.％)，熱值約為1400kcal/m³，本實施例中獲得的煤氣有效成分和熱值均大幅提高。

在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不必須針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領域的技術人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特征進行結合和組合。

盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發(fā)明的限制，本領域的普通技術人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。