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CN1417302A - 一种新型干煤粉气流床加压气化炉 - Google Patents

一种新型干煤粉气流床加压气化炉 Download PDF

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CN1417302A
CN1417302A CN 01134311 CN01134311A CN1417302A CN 1417302 A CN1417302 A CN 1417302A CN 01134311 CN01134311 CN 01134311 CN 01134311 A CN01134311 A CN 01134311A CN 1417302 A CN1417302 A CN 1417302A
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任相坤
徐振刚
高聚忠
门长贵
张东亮
王洋
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    • Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]
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Abstract

本发明涉及的新型干煤粉气流床加压气化炉，为单喷嘴、下喷式结构。上段为第一气化室，采用热壁式结构，内衬铬刚玉耐火砖，背衬隔热保温材料；下段为第二气化室，内置列管式水冷壁，炉壳内衬隔热材料。干煤粉与气化剂经一组合式喷嘴白顶部喷入第一气化室，在此主要进行干煤粉的燃烧和气化反应。出第一气化室的粗煤气、熔渣以及未反应的炭粒向下进入第二气化室，在此炭粒继续与蒸汽和CO2进行气化反应，同时夹带流被水冷壁冷却，使气流温度降至原料煤的灰熔融温度以下，而使熔渣固化。在第二气化室下部，夹带流从水冷壁外侧折流向上出气化炉，从而使熔渣、飞灰与粗煤气得到有效分离。

Description

一种新型干煤粉气流床加压气化炉
本发明涉及一种具有独特结构的新型干煤粉气流床加压气化炉。
干煤粉气流床加压气化是20世纪末期发展起来的新一代大型煤气化技术，比其它煤气化技术更有发展和应用前景。
目前，世界上已经或接近实现工业化应用的干煤粉气流床气化技术的典型气化炉型主要有：
(1)K-T(Koppers-Totzek)气化炉：常压气化、干煤粉进料、气流上行、液态排渣、以氧气为气化剂、水冷壁式气化炉。
(2)Prenflo(Pressurized Entrained Flow Gasification)气化炉、Shell气化炉：这两种气化工艺均为加压气化、干煤粉进料、气流上行、液态排渣、以氧气为气化剂、水冷壁式气化炉。
(3)GSP(Gaskombiant Schwarze Pumpe)气化炉：单段加压气化、干煤粉进料、气流下行、液态排渣、以氧气为气化剂、水冷壁式气化炉。
K-T炉是最早实现工业化的干煤粉气流床气化工艺。其工艺特点是，原料煤以干粉形式随气化剂喷入气化炉，并在炉内随气流上升的过程中，在高温下于很短时间内经过燃烧和气化反应转变为可燃气体。它是在接近常压条件下进行气化，主要用于生产合成氨原料气和工业燃料气。采用K-T炉气化工艺制氨在世界上(不含中国)曾一度占煤制合成氨总产量的90％。然而，K-T气化炉由于气化压力低、气化强度小而限制了自身的进一步发展。
Prenflo气化炉和Shell气化炉实际上都是K-T气化炉的加压气化形式，其主要工艺特点是采用密封料斗法加煤装置和干煤粉浓相输送。然而，虽然这两种气化炉的内部结构均采用水冷壁形式，但在水冷壁本身的结构形式上二者确有很大差别。
Prenflo干煤粉气流床加压气化工艺曾建成一套原料煤处理量为48t/d、操作压力为3.0MPa的中试装置，其用于整体煤气化联合循环发电(简称IGCC)工程的商业化示范装置的单台气化炉原料煤处理量为2600t/d，是目前世界上运行的单台生产能力最大的干煤粉气流床加压气化炉。Prenflo气化炉的内部结构采用横向布置的盘管式水冷壁形式，设备加工、安装及维修均比较困难。
Shell干煤粉气流床加压气化工艺的中试装置，原料煤处理量为250～400t/d煤，气化压力为2～4MPa。在此基础上建成了原料煤处理量为2000t/d的商业化示范装置，用于整体煤气化联合循环发电(简称IGCC)，该装置现已转入商业化运行。Shell气化炉的内部结构采用纵向布置的膜式水冷壁形式，设备加工工艺比较复杂。
GSP干煤粉气流床加压气化工艺是一种下喷式干煤粉气流床加压气化炉。曾建过的试验装置W100气化炉，容积为0.075m3，操作压力为3MPa，原料煤处理能力为100～250kg/h。冷试装置W500的设计能力为5～25t/h，操作压力4MPa。建成的工业规模的气化装置，原料煤处理量为30t/h，煤气产量为4万m3/h，气化压力3.0MPa。GSP气化炉的内部结构与Prenflo气化炉类似，也采用横向布置的盘管式水冷壁形式，因而也存在与Prenflo气化炉类似的问题。
与其它煤气化技术相比，上述几种干煤粉气流床气化工艺的共同特点是：在高温、加压条件下强化生产、原料煤种适应范围广、单台设备煤气产量大、碳转化率和气化效率高、环境特性好。但它们也存在着对特殊材质以及设备加工的要求过高，因而设备加工、安装及维修困难，设备造价和工程建设投资太高，设备运转的可靠性和可用率较低，目前难以大量推广应用等共性问题。
而本发明所涉及的新型干煤粉气流床加压气化炉，采用单喷嘴下喷式结构。气化炉主体分为两段：上段为第一气化室，采用热壁式结构，炉内衬铬刚玉耐火砖。背衬为隔热保温材料；下段为第二气化室，内置列管式水冷壁，炉壳内衬隔热材料。干煤粉与气化剂经特殊设计的组合式喷嘴自气化炉顶部喷入第一气化室。在第一气化室内主要进行干煤粉的高温燃烧和气化反应，反应物料在第一气化室内的停留时间为5～10s，气化温度为1400-1600℃，压力为2.0-4.0MPa。出第一气化室的粗煤气、熔渣以及未反应的炭粒向下进入第二气化室。在第二气化室内炭粒继续与蒸汽和CO2进行气化反应，同时整个夹带流被水冷壁冷却，使气流温度降至原料煤的灰熔融温度以下，并使熔渣固化。在第二气化室下部，夹带流从水冷壁外侧与气化炉承压壳体之间的区域折流向上，然后出气化炉，从而使熔渣和飞灰与粗煤气得到分离，气化炉的捕渣率可达95％以上，仅有少量细灰进入后系统。
该气化炉的原料不仅可以是干煤粉，而且还可以是其他含碳、氢的固体物料；气化剂既可以用纯氧和蒸汽，也可以用副氧、CO2等其它气化剂。所生产的气体可用作化工合成原料气、联合循环发电燃料气、提取氢气的原料气及其它各种燃料气。
图1为本专利涉及的新型干煤粉气流床加压气化炉的结构示意图。

Claims (8)

1.一种新型干煤粉气流床加压气化炉，内部结构由上、下两段(分别被称为第一气化室和第二气化室)组成。该气化炉顶部有安装原料煤和气化剂喷嘴的进口，底部有渣池和出渣口；下段的下半部分有气体折流板，下段中部侧面有粗煤气出口，下段顶部侧面和底部侧面均有与汽包连接的上升管和下降管接口。
2.权利要求1所述气化炉，其中所说的顶部进口，安装有专门设计的喷入原料煤和气化剂的组合式喷嘴。该喷嘴的结构为干煤粉和气化剂单独流通的多套管型式，最外层设有冷却水保护套管，喷嘴头部的材质为耐热、耐磨蚀的合金钢。
3.权利要求1所述气化炉，其中所说的第一气化室为热壁式结构，由特殊耐火材料与隔热材料组成。第一气化室为主反应区，在此发生强烈的燃烧与气化反应，反应温度为1400-1600℃，压力为2.0-4.0MPa。
4.权利要求1所述气化炉，其中所说的第二气化室为列管式水冷壁结构。且在气化过程中利用该水冷壁副产蒸汽。第二气化室为辅助反应区，在此继续发生化学反应；同时，随着温度的适当降低，熔融的灰渣会固化为不同大小的颗粒。出口气体温度为900-1100℃。
5.权利要求1所述气化炉，其中所说的第二气化室的下半部分外侧与气化炉承压壳体之间为煤气折流区，这一特殊结构可以实现固化后的熔渣颗粒和飞灰与粗煤气的高效分离。
6.权利要求1所述气化炉，其中所说的底部渣池和出渣口，用于收集气化过程中产生的灰渣，并定期将收集的灰渣排出气化炉外。
7.权利要求1所述气化炉既可以为一整体结构，也可以是第一气化室和第二气化室的分体组合结构。
8.权利要求1所述气化炉生产气体的主要组分含量分别为：CO35％-55％，H230％-45％，CO25％-12％，N25％-8％以及少量的CH4、O2、H2S+COS等。该气体可用作化工合成原料气、联合循环发电燃料气、提取氢气的原料气以及其它各种燃料气。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication