CN103013573A - 为流化床煤气化炉供高温空气的系统 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种为流化床煤气炉提供高温空气的系统，该系统主要包括一个燃用流化床煤气化炉排出的含碳渣和细灰的循环流化床燃烧炉、一个低速燃尽流化床、一个交叉流气固流化床换热器。其特征在于用循环流化床燃烧炉和低速燃尽流化床燃尽流化床煤气化炉排出的含碳渣和细灰以及借助于固体热载体在循环流化床燃烧炉、低速燃尽流化床和交叉流气固流化床换热器之间循环将燃烧热量的大部分通过交叉流气固流化床换热器用于产生高温空气，这些空气用于流化床煤气化炉。
Description
所属技术领域
本发明是一种提供高温空气的系统，特别是为流化床煤气炉提供高温空气的系统。
背景技术
现有的流化床空气煤气炉(也伴有少量水煤气反应)均存在煤气热值不高和碳损过大的不足。
造成煤气热值不高的原因在于所用空气在供氧的同时带入大量氮气，它们升温需要很多热量，也稀释了可燃物浓度。现有流化床空气煤气炉产生的煤气热值仅为4800～6000kJ/m3，难以满足高加热温度工艺的要求，往往只能采用富氧等措施提高热值，从而增加了投资和成本。人们都知道通过提高入炉空气温度可以提高煤气热值，但现有空气预热设备中，管式或回转式均受金属材质所限，使用碳钢的设备，空气预热温度最高不超过350℃；目前要获得高温空气只能采用蓄热式换热设备，它们体积庞大，空气温度波动，造价也高。本发明是以包括循环流化床燃烧炉循环灰在内的固体热载体为载热介质，载热物材质耐温程度均超过1000℃，可将气化用空气预热至700℃以上，过程连续稳定。气化用空气温度达700℃以上后，煤气热值将达到7300～9000kJ/m3，能满足许多高温加热工艺要求。
流化床煤气炉碳损来自两个方面，一个是密相区必须保持30％以上的含碳量，从中排出的物料含碳高造成碳损；另一方面是大量的细煤颗粒，它们被煤气带出时含碳量很高。细煤颗粒反应程度低的原因，首先是由于流化床炉内反应区温度受限于灰熔点，低温导致反应速率偏低所致，当细小含碳颗粒周围温度低于1000℃，它们处于化学动力反应区，反应速率不高。即使在有过量氧的燃烧室中，也需要相当长的停留时间方能燃尽，而在气化炉的上方，已没有氧存在，气化反应又是强吸热反应，较之燃烧室内反应条件更差。许多技术路线都着眼于在气化过程中降低碳损，例如灰团聚、高温温克勒等，结果均不甚理想。
发明内容
本发明的出发点是将上述两个不足综合互补，即另建立一个燃尽碳损的循环流化床燃烧炉，其炉内高温段热量借助于固体热载体用于加热气化用空气使之达到700℃以上，燃烧烟气热量则用于产生并过热气化用蒸汽和预热空气至300～350℃。将这些含碳物料放在循环流化床燃烧炉内燃烧，除有过量氧之外，高温旋风分离器使颗粒反复循环，燃烧效率可达95％以上。
将流化床煤气炉未燃尽的渣和细灰放置在循环流化床燃烧炉燃尽本无问题，但是如果同时要加热热载体并通过热载体预热空气就会遇到一些问题。循环流化床燃烧炉为了提升固体热载体需要高气速，较多的未燃尽颗粒会与热载体一起带出，如果简单地用这些含碳较高的物料加热空气，在加热的同时将伴有燃烧，空气温度升高了，其中的部分氧也消耗了，这一状况不是所希望的。为此在系统中设置一个低速燃尽流化床，从燃烧提升烟气中分离的物料首先进入低速燃尽流化床，较粗的未燃尽颗粒将在其中燃尽，较细颗粒会被扬析并被低速燃尽流化床烟气夹带再次进入高温旋风分离器，多次循环后燃尽，它们不参加加热空气的过程。用于加热空气的物料则是来自低速燃尽流化床的较粗物料，其中含碳很低，在与空气作热交换时耗氧不多。
温度高达1000℃左右的固体热载体颗粒进入一个交叉流气固流化床换热器。为减少固体颗粒的返混，床横断面长宽比很大，进入换热器的空气已在管式空气预热器中被预热至300～350℃，离开换热器的空气被加热至700℃以上，并被送入气化炉。离开换热器的固体热载体颗粒已被降到650℃以下，它们被送回燃烧炉加热、提升，完成循环。
附图说明
图1为该发明的系统图；
其中编号分别代表：(1)含碳渣和细灰、(2)循环流化床燃烧炉、(3)低速燃尽流化床、(4)交叉流气固流化床换热器、(5)由煤灰颗粒和其他耐热且有较高硬度的颗粒组成的固体热载体、(6)未燃尽颗粒、(7)燃烧烟气、(8)高温旋风分离器、(9)和(10)为燃烧用空气。(11)低速燃尽流化床烟气、(12)循环流化床燃烧炉上部、(13)排料管、(14)空气、(15)高温空气、(16)固体热载体。
具体实施方式
本发明是这样实现的：本发明是一种为流化床煤气炉提供高温空气的系统，该系统(如图1)主要包括一个燃用流化床煤气化炉排出的含碳渣和细灰(1)的循环流化床燃烧炉(2)、一个低速燃尽流化床(3)、一个交叉流气固流化床换热器(4)。该系统完成两项目标，即在循环流化床燃烧炉和低速燃尽流化床中燃尽流化床煤气化炉排出的含碳渣和细灰以及借助于固体热载体在循环流化床燃烧炉、低速燃尽流化床和交叉流气固流化床换热器之间循环将燃烧热量的大部分通过交叉流气固流化床换热器用于产生高温空气，这些空气用于流化床煤气化炉。循环流化床燃烧炉燃烧室温度为800～950℃，空塔气速为4～10m/s。由煤灰颗粒和其他耐热且有较高硬度的颗粒组成的固体热载体(5)在燃烧炉中被加热和提升，固体热载体以及未燃尽颗粒(6)与燃烧烟气(7)在高温旋风分离器(8)中完成分离。高温固体颗粒(5)+(6)被送入低速燃尽流化床，低速床空塔气速为0.7～1.5m/s，床温为950～1050℃。循环流化床燃烧炉和低速燃尽流化床底部分别送入燃烧用空气(9)和(10)。低速燃尽流化床烟气(11)汇入循环流化床燃烧炉上部(12)。从高温旋风分离器分离的未燃尽颗粒中的粗颗粒在低速燃尽流化床内燃尽，所形成的灰颗粒是固体热载体的一部分；较小颗粒随烟气再次进入高温旋风分离器，如此循环可达到较高的燃尽程度，其灰分将随高温旋风分离器出口烟气一起排出。低速燃尽流化床底部有一个排料管(13)，高温固体热载体通过它被送入交叉流气固流化床换热器。交叉流气固流化床换热器的横断面长宽比为5～20，高温固体热物料从长度方向一端进入，从另一端流出，床内静止料层厚度为0.2～0.4m，空塔气速为0.5～1.2m/s。来自管式空气预热器，温度为300～350℃的空气(14)通过位于换热器底部的风帽或管式供风管供入，它们与高温固体热载体进行热交换，温度达700℃以上的高温空气(15)从交叉流气固流化床换热器上部流出，用于流化床煤气化炉。从交叉流气固流化床换热器流出的已降温的固体热载体(16)被送回到循环流化床燃烧炉再被加热、提升反复循环。离开高温旋风分离器的高温烟气用于产生和过热气化用水蒸汽以及用管式空气预热器将空气加热到300～350℃。
Claims (5)
1.一种为流化床煤气炉提供高温空气的系统，该系统主要包括一个燃用流化床煤气化炉排出的含碳渣和细灰的循环流化床燃烧炉、一个低速燃尽流化床、一个交叉流气固流化床换热器。其特征在于用循环流化床燃烧炉和低速燃尽流化床燃尽流化床煤气化炉排出的含碳渣和细灰以及借助于固体热载体在循环流化床燃烧炉、低速燃尽流化床和交叉流气固流化床换热器之间循环将燃烧热量的大部分通过交叉流气固流化床换热器用于产生高温空气，这些空气用于流化床煤气化炉。
2.依据权利要求一，循环流化床燃烧炉燃烧室温度为800～950℃，空塔气速为4～10m/s。低速床空塔气速为0.7～1.5m/s，床温为950～1050℃。
3.依据权利要求一，。由煤灰颗粒和其他耐热且有较高硬度的颗粒组成的固体热载体在燃烧炉中被加热和提升，固体热载体以及未燃尽颗粒与燃烧烟气在高温旋风分离器中完成分离。高温固体颗粒被送入低速燃尽流化床。循环流化床燃烧炉和低速燃尽流化床底部分别送入燃烧用空气。低速燃尽流化床烟气汇入循环流化床燃烧炉上部。从高温旋风分离器分离的未燃尽颗粒中的粗颗粒在低速燃尽流化床内燃尽，所形成的灰颗粒是固体热载体的一部分；较小颗粒随烟气再次进入高温旋风分离器，如此循环可达到较高的燃尽程度，其灰分将随高温旋风分离器出口烟气一起排出。
4.依据权利要求一，低速燃尽流化床底部有一个排料管，高温固体热载体通过它被送入交叉流气固流化床换热器。交叉流气固流化床换热器的横断面长宽比为5～20，高温固体热物料从长度方向一端进入，从另一端流出，床内静止料层厚度为0.2～0.4m，空塔气速为0.5～1.2m/s。来自管式空气预热器，温度为300～350℃的空气通过位于换热器底部的风帽或管式供风管供入，它们与高温固体热载体进行热交换，温度达700℃以上的高温空气从交叉流气固流化床换热器上部流出，用于流化床煤气化炉。从交叉流气固流化床换热器流出的已降温的固体热载体被送回到循环流化床燃烧炉再被加热、提升反复循环。
5.依据权利要求一，离开高温旋风分离器的高温烟气用于产生和过热气化用水蒸汽以及用管式空气预热器将空气加热到300～350℃。
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| CN105444163A (zh) * | 2014-09-30 | 2016-03-30 | 中国科学院工程热物理研究所 | 超低挥发分超细燃料循环流化床燃烧装置及燃烧方法 |
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| CN110144602A (zh) * | 2019-06-04 | 2019-08-20 | 甘肃东兴铝业有限公司 | 一种铝电解碳渣处理工艺 |
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