复合式循环流化床气化装置及其方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及流化床气化技术领域，特别是涉及一种复合式循环流化床气化装置及其方法。
【背景技术】
[0002]气化是煤炭、生物质、垃圾、污泥等有机废弃物清洁利用的重要手段，已广泛应用于化工、冶金、民用和工业燃气等领域。气化技术的性能直接影响到这些行业的健康发展，在其节能减排控制方面具有举足轻重的地位，是其实现国家相关控制目标的重要保障。煤炭气化技术已经有上百年的发展历程，生物质等有机废弃物的气化技术自上世纪80年代起也得到了快速发展。目前，已工业化的气化技术主要有固定床气化技术、流化床气化技术、气流床气化技术。固定床气化技术最简单，也应用最广泛的，但是固定床难以适应大的燃料处理量、生产规模小；原料多使用优质块煤，无疑增加了燃料成本；气化温度较低，容易带来酚水等二次污染等问题，环保压力较大，不能满足国家环保要求；流化床气化技术与固定床相比，单炉处理量有了显著增加，能够处理小粒径的气化原料，生产的燃气的组分和热值比较稳定，但是煤气中依然含有焦油，没有从根本上解决环保问题，同时气体的热值较低，灰渣中残炭含量高，碳转化率较低；气流床气化技术在单炉产气量、碳转化率等方面明显优于固定床和流化床气化技术，比较适合于大型的煤化工项目，然而其原料适应性方面较差，尤其对于灰分含量高、粒径较大的固体含碳有机物更不适用，并且单位投资巨大，也限制了其在燃气制备等行业的应用。
[0003]其中，固定床气化技术、流化床气化技术、气流床气化技术各有优劣，但从大规模处理宽粒径分布燃料的可行性来看，流化床气化技术最具竞争力。该技术设备简单，适合放大。但是流化床气化技术的各种缺点(参见前文所述)使得其并未受到实际应用的青睐。为此，为克服流化床气化技术的缺点，在其他气化方法中结合流化床反应器(主要是为了除去焦油和提高碳转化率)的两段式气化方法和工艺越来越受到关注。
[0004]现有技术中的流化床气化装置一般包括流化床热解器和气流床气化炉，热解器通过一根溢流管与气化炉连接。固体含碳气化原料和气化气体在热解器内发生反应，生成半焦和热解气。该半焦和热解气两者通过同一根溢流管进入气化炉内，其中，半焦在气化炉内完成半焦的完全气化，热解气在气化炉内完成脱除焦油的处理，从而生产出洁净的燃气。
[0005]在实现上述技术方案的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题:因为在热解器内反应生成的半焦和热解气两者通过同一根溢流管进入气化炉内，长周期运行时，热解气内的液态物质比如焦油等会因为发生高温裂解等反应与半焦两者结合后会在溢流管的管壁上凝结并结焦，甚至堵塞溢流管，使得热解器内反应后的固体产物和气体产物难以顺利流通至气化炉内，从而影响整个气化装置的稳定运行性；另外，固体和气体产物两者通过同一根溢流管同时进入气化炉内，会破坏气流床气化炉内的流场稳定，进而影响到气流床气化炉的气化性能。此外，现有技术中旋风分离器分离的飞灰直接与热解半焦混合在一起进入气化炉，不可避免的会造成热解半焦和返料飞灰之间的交叉影响，无法精确调节和控制返料飞灰的循环量，造成气化炉温的波动，同时可能出现气化装置结焦或结渣，影响装置的稳定运行。
【发明内容】
[0006]有鉴于此，本发明提供一种复合式循环流化床气化装置及其方法，主要目的在于提高气化装置的热解室内的产物进入气化室内的通畅度，提高气化装置的运行稳定性，获得高热值的洁净燃气，并实现清洁生产。
[0007]为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案:
[0008]—方面，本发明的实施例提供一种复合式循环流化床气化装置，包括依次连接的热解室、气化室和旋风分离器；
[0009]所述热解室上分别设置有原料入口、热解气出口和半焦出口，所述热解气出口设置在所述半焦出口的上方；
[0010]所述气化室上分别设置有一次风入口、热解气入口和半焦入口，所述热解气出口与所述热解气入口连接，所述半焦出口通过溢流管与所述半焦入口连接；
[0011 ] 所述旋风分离器上设有气体出口。
[0012]本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
[0013]前述的复合式循环流化床气化装置，还包括返料室；
[0014]所述返料室与所述旋风分离器上的第一飞灰出口连接；
[0015]所述返料室上还分别设置有松动气入口和第二飞灰出口 ；
[0016]所述气化室上还设置有飞灰入口，所述飞灰入口与所述第二飞灰出口连接。
[0017]前述的复合式循环流化床气化装置，其中，
[0018]所述气化室上的飞灰入口设置在所述半焦入口的下方。
[0019]前述的复合式循环流化床气化装置，其中，
[0020]所述气化室包括三段管体，分别为:
[0021]第一管体，所述第一管体上分别设有所述的一次风入口、所述的热解气入口、所述的半焦入口和所述的飞灰入口；
[0022]第二管体，所述第二管体的一端与所述第一管体的一端连接；
[0023]第三管体，所述第三管体的一端与所述第二管体的另一端连接，所述第三管体的另一端与所述旋风分离器的气体入口连接；
[0024]其中，所述第一管体、所述第二管体和所述第三管体三者由下至上依次设置，且三者的内径依次增大。
[0025]前述的复合式循环流化床气化装置，其中，
[0026]所述第一管体包括管本体和设置在所述管本体下端的第一风室，所述管本体的上端与所述第二管体的一端连接；所述第一风室通过第一气体分布器与所述管本体连接，以使所述第一风室内部与所述管本体内部连通；
[0027]所述第一风室设有所述的一次风入口 ；
[0028]所述管本体上分别设有所述的热解气入口、所述的半焦入口和所述的飞灰入口。
[0029]前述的复合式循环流化床气化装置，其中，
[0030]所述第一管体的一端通过第一锥形管与所述第二管体的一端连接，所述第一锥形管的内径由所述第一管体至所述第二管体的方向呈逐渐增大的趋势；
[0031]和/ 或，
[0032]所述第二管体的另一端通过第二锥形管与所述第三管体的一端连接，所述第二锥形管的内径由所述第二管体至所述第三管体的方向呈逐渐增大的趋势。
[0033]前述的复合式循环流化床气化装置，其中，
[0034]所述第二管体上还设有至少一个二次风入口。
[0035]前述的复合式循环流化床气化装置，其中，
[0036]所述热解室包括热解室本体和设置在所述热解室本体下端的第二风室，所述第二风室通过第二气体分布器与所述热解室本体连接，以使所述第二风室内部与所述热解室本体内部连通；所述第二风室设有入风口，所述热解室本体分别设有所述的原料入口、所述的热解气出口和所述的半焦出口；
[0037]和/ 或，
[0038]所述返料室包括返料室本体和设置在所述返料室本体下端的第三风室，所述返料室本体与所述第一飞灰出口连接，所述第三风室通过第三气体分布器与所述返料室本体连接，以使所述第三风室内部与所述返料室本体内部连通；所述第三风室上设有所述的松动气入口，所述返料室本体上设有所述的第二飞灰出口。
[0039]另一方面，本发明的实施例还提供一种复合式循环流化床气化方法，用于与上述任一种所述复合式循环流化床气化装置配合使用，所述复合式循环流化床气化方法包括以下步骤:
[0040]将固体含碳气化原料和第一气化气体加入到所述热解室内，所述原料和所述第一气化气体在所述热解室内发生反应，生成半焦和热解气；
[0041]将所述半焦依次通过所述热解室上的半焦出口和所述气化室上的半焦入口送入所述气化室内；将第二气化气体经由气化室上的一次风入口送入所述气化室内，所述第二气化气体与所述半焦发生反应，生成煤气；
[0042]将所述热解气依次通过所述热解室上的热解气出口和所述气化室上的热解气入口送入所述气化室内进行脱焦油处理；
[0043]将所述气化室内的煤气送入所述旋风分离器内除尘，将除尘后的煤气经所述旋风分离器的气体出口排出。
[0044]前述的复合式循环流化床气化方法，其中，
[0045]所述固体含碳气化原料的粒径为O-1Omm ；
[0046]和/或，所述热解室内的热解温度为500-900°C ；
[0047]和/或，所述热解室的表观气速为0.5-5.0m/s ；
[0048]和/或，所述气化室内的气化温度为700-1100 °C ；
[0049]所述气化室的表观气速为0.5-15.0m/s ο
[0050]借由上述技术方案，本发明复合式循环流化床气化装置及其方法至少具有以下有益效果:
[0051]在本发明实施例提供的技术方案中，由于热解室上的热解