专利名称：一种粉煤流态化的气化方法
技术领域：
本发明是一种粉煤的流态化气化方法。
我国煤炭资源丰富，品种齐全，所以能源供应是以煤炭为主，将煤炭气化后使用，可比直接燃烧提高燃烧效率10-20%，同时，燃烧煤气可以减少污染，便于操作、控制、回收烟气热量，节约能源，易于实现生产过程的机械化、自动化。因此，这种方法是举世公认的煤炭利用的技术发展方向。
各种煤的气化方法中，以流态化气化方法具有很多优点，它可以使用近代机械化采煤产生的80%左右的碎煤，亦可使用灰份较高的粉煤。生产过程中，没有焦油、苯、酚的污染。该法气化强度大，适应性强、负荷调节性好，根据中国建筑工业出版社出版，卢永昌著的“气化概论”介绍了温克勒气化法，采用空气和水蒸汽作气化介质，可得到发热值为4200-4500KJ/m3的煤气，若采用氧和水蒸汽时，煤气发热值可达10000-11000KJ/m3。气化介质通过分布板使气化炉内的粉煤呈沸腾流态化状态。温克勒气化法的缺点主要是煤气的发热值低，炉气出口温度较高，煤气中带出的可燃物高，灰渣中碳含量较高，碳的利用率低。Cogas气化法是由气化装置和燃烧装置组合构成，是粉煤流化床热分解与半焦粉流化床气化的联合过程，整个过程由煤的预处理、热分解、油的加氢处理和气化等四个主要部分组成。在燃烧器内将870℃焦炭粒提高至940℃，气化器内炉温控制在900℃，用空气助燃可得到1900℃的烟气，它是加热循环焦炭粉的热源和循环焦炭粉的提升气。由于燃烧器在高温和高压下液态排渣，技术上难度较大，目前尚未达到工业性应用。
本发明的目的是针对温克勒气化法的缺点，采用将整个流化床分为三类区域，还原气化区、氧化供热区和残渣燃尽区，采用预热空气和过热蒸气来有效地利用煤气和烟气的余热，采用二级旋风除尘及输入燃尽区提高碳的利用率和煤气的发热值。
本发明粉煤流态化气化装置的结构示于附图
，流化床的氧化供热区(1)，还原气化区(2)和残碳燃尽区(3)。分布板下面分别输入预热空气(4)，过热蒸汽(5)和常温空气(6)。还原气化区上方集气室(7)收集产生的煤气。热煤气经过蒸汽过热器(8)，二段旋风除尘器(9)，文氏除尘器(10)和水箱(11)，可将煤气冷却脱水至室温，而热烟气进入重力除尘室(12)，空气预热器(13)和余热锅炉(14)，经回收其热量后排至大气。粉煤经过煤仓(15)和给料器(16)，首先进入还原气化区，然后往返于氧化供热区和还原气化区，最后进入残渣燃尽区，充分降低残渣中碳量，经排渣器(17)连续排至炉外。
本发明粉煤流态化气化法，在流态化装置内，粉煤经给料器输入还原气化区，经氧化供热区进入残碳燃尽区，将预热空气通入氧化供热区，粉煤燃烧放热向还原气化区提供热量，过热水蒸汽通入还原气化区生产高温煤气，由收集器收集，经过热器，二级旋风除尘器、文氏除尘器、水冷却器后，煤气降至室温。预热空气和常温空气进入氧化供热区和残碳燃尽区产生高温烟气，经重力除尘室、空气预热器进入余热锅炉回收余热后，排入大气，残渣经排渣器排去。
还原气化区内的气化反应煤气中的主要成份为CO、H2、CH4;不可燃成份为CO2、H2O及少量的N2，煤气冷却过程除去H2O和CO2。
氧化供热区内，进行低含氧量的燃烧反应
烟气中主要成份为不可燃成份CO2、N2及少量的可燃成份CO，由于流化床内掺混作用，还原气化区内少量的CO、H2、CH4可燃成份，经残碳燃尽区时，与过剩氧的作用全部转为CO2和H2O。
残碳燃尽区内，进行过氧燃烧反应排出的烟气全部为不可燃成份CO2、H2O，N2。
本发明选用粉煤粒度＜8mm，粉煤首先进入还原气化区脱除煤的挥发分，增加了煤气的发热值。充分利用流化状态传递热量，往返于氧化供热区和还原气化区，最后进入残碳燃尽区，粉煤含碳量达25%以上，经充分燃烧后，将碳降至2%以下，其剩余灰渣由排渣口连续排出。空气预热温度大于300℃，蒸汽过热温度大于300℃分别输入氧化供热区和还原气化区，未预热的空气输入残碳燃尽区，其空床速度应≥1.2倍的临界流化速度。
根据煤的种类，流化床内温度控制在800°-1100℃，粉煤的流化层高度和床层宽度之比小于0.5，分布板开孔率小于5%，且具有15度的倾斜角的直孔分布板。还原气化区、氧化供热区和残碳燃尽区的比例随煤的种类变化。粉煤内添加附加物或催化剂，可调节温度，粉煤内加入石灰石，可采用含硫较高的粉煤。
本发明粉煤流态化气化方法，在采用无烟煤发热量为25000KJ/kg时，还原气化区、氧化供热区和残碳燃尽区之比为4∶4∶2～5∶3∶2，粉煤量500～1000kg/m3，粒度为1～8mm，分布板开孔率小于5%，空管速度≥1.2倍临界流化速度。在还原气化区和氧化供热区渣中含碳量≥25%，在残碳燃尽区的渣中含碳量应小于2%，空气和蒸汽过热温度＞300℃，炉温控制在800～1100℃，料层高度与床宽之比小于0.5，粉煤先输入还原气化区内，经二级旋风除尘器回收的飞灰进入氧化供热区，这时气化效率大于65%，碳的利用率大于90%。
本发明可使用无烟煤、烟煤，甚至劣质煤。在常压的条件下，输入空气，也可生产出发热值6500～8500KJ/m3的煤气，煤气不含焦油、苯、酚等成份，气化率大于65%，碳的利用率大于90%。气化炉内结构简单，易于操作，维修方便，负荷变动范围大，适应性强是一种适合于工业炉用燃气的煤气生产方法。
权利要求
1.一种粉煤流态化气化方法，在流化装置内，采用空气、水蒸汽通过分布板流化粉煤，造气，其特征在于将流化装置分成氧化供热区，还原气化区和残碳燃尽区，粉煤经给煤器输入还原气化区，再经氧化供热区进入残碳燃尽区。预热空气输入氧化供热区，与粉煤燃烧向还原气化区提供热量，过热蒸汽通过还原气化区反应产生高温煤气，由收集器收集后，经过过热器、二级旋风除尘器、文氏管除尘器、水冷却器后，煤气降至室温。氧化供热区和残碳燃尽区产生的高温烟气，经重力除尘室、空气预热器输入余热锅炉回收热量后，排入大气，残渣由排渣口排出。
2.根据权利要求1所述的气化方法，其特征在于粉煤粒度＜8mm，粉煤首先进入还原气化区，脱除煤的挥发分，增加煤的发热值，利用流态化状态传递热量，粉煤经二级旋风除尘后，送入氧化供热区，最后进入残碳燃尽区，此时，粉煤残渣含炭量为25%以上，再经充分燃烧，将碳降至2%以下，其灰渣由排渣口连续排出。
3.根据权利要求1所述的气化方法，其特征在于空气预热温度大于300℃，蒸汽过热度大于300℃，将其分别输入氧化供热区和还原气化区，常温空气输入残碳燃尽区，其空床速度应≥1.2倍的临界流化速度。
4.根据权利要求1所述的气化方法，其特征在于床内温度，根据煤的种类控制在800～1100℃。采用粉煤内添加附加物或催化剂来调节温度，粉煤内加入石灰石时，可选用含碳较高的粉煤。
5.根据权利要求1所述气化方法，其特征在于粉煤流化层高度与床层宽度之比＜0.5，分布板开孔率＜5%，且具有15度的倾斜角的直孔分布板。
6.根据权利要求1所述气化方法，其特征在于流化床包括两个以上氧化供热区、还原气化区和残碳燃尽区，根据所用煤的种类可以选择三个区域的比例不同，无烟煤的发热值为25000KJ/kg时，三个区域的比例为4∶4∶2～5∶3∶2。
全文摘要
本发明是一种粉煤流态化气化方法，它利用粉煤分区流化，以空气和蒸汽为流化介质，将均匀分布的流态化床分成两个以上的还原气化区，氧化供热区和残渣燃尽区，实现分区气化，富集煤气中的可燃成份，再经旋风除尘器和文氏除尘器，冷却后得到室温状态的煤气。该法使用煤种广泛，常压条件下，输入空气和蒸汽，可得到完全满足工业炉窑供热要求的煤气。提高碳的利用率、提高生产率是一种生产价廉的煤气和操作维修方便的煤气生产方法。
文档编号C10J3/54GK1031103SQ87105200
公开日1989年2月15日 申请日期1987年7月31日 优先权日1987年7月31日
发明者苍大强, 张先擢, 倪学梓, 毕云江, 尹丹模, 戚以新, 吴懋林, 张洪, 郭峰, 冯旭, 刘学虞, 蒋才保, 张建国, 邹寅元, 邓莫萍, 何新华, 王世佩, 张赤 申请人:北京钢铁学院, 江苏常熟市常熟喷嘴厂, 机械工业委员会第五设计研究院