專利名稱：一種水蒸汽輸送煤粉的氣流床氣化系統(tǒng)及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種煤的氣化系統(tǒng)及方法，屬于煤氣化和煤炭轉換技術。
背景技術：
煤氣化技術是一種清潔的煤炭轉化和利用技術，也是產(chǎn)生工業(yè)合成氣的重要手段，在化工和能源領域有著重要的應用。氣流床煤氣化方法是目前一種較為先進的氣化方式，具有氣化容量大、碳轉化率高、可連續(xù)氣化等優(yōu)點。氣流床氣化爐的特點是氣化劑和原料煤被同時高速射入氣化爐中，在爐內高溫高壓的環(huán)境下形成高溫氣化火焰。煤粉或煤漿在氣化火焰中被迅速加熱，快速完成揮發(fā)分脫除、焦炭氣化反應等一系列過程。氣流床氣化方法中，根據(jù)供料方式主要可以分為水煤漿氣化技術和干煤粉氣化技術。其中，干煤粉氣化技術避免了將水加熱成水蒸汽的環(huán)節(jié)，節(jié)約了大量顯熱，可以達到更高的理論碳轉化效率和更高的冷煤氣效率，也具有相對較低的耗氧量。但干粉進料的氣化方式仍存在著一些缺點和有待改進之處，主要有一、氣流床氣化爐屬于高溫氣化技術，氣流床出口粗煤氣溫度較高，顯熱損失比較大，這要求在氣化系統(tǒng)中采用合適的余熱回收設備，提高整體熱效率。二、在目前常用的煤粉濃相輸送方法中，一般采用惰性氣體作為載氣，由于惰性氣體本身并不參與氣化反應，因而它們的加入會造成一定的熱損失，也會降低合成氣的純度。三、常溫下煤粉濃相輸送中，煤中的水分會造成輸送過程的不穩(wěn)定，影響氣化爐的安全運行，制約了氣化爐的熱效率和合成氣的純度的提高。如果利用合理手段以高溫載氣同時對煤粉進行加熱和輸運，就能抑制或去除液態(tài)水分的影響，提高煤粉輸送的穩(wěn)定性。四、在現(xiàn)有氣流床氣化工藝的基礎上，如果能夠進一步降低氣化過程的耗氧量，就可降低空氣分離制氧的成本，從而帶來巨大的經(jīng)濟效益。

發(fā)明內容
為了實現(xiàn)氣化反應余熱的合理利用，提高氣化爐入口給煤溫度并保證穩(wěn)定的煤粉輸送，在保證氣化效率的基礎上進一步降低氧耗，本發(fā)明提出一種水蒸汽輸送煤粉的氣流床氣化系統(tǒng)及方法。本發(fā)明的技術方案如下一種水蒸汽輸送煤粉的氣流床氣化系統(tǒng)，包括氣流床氣化爐、空分裝置和煤粉發(fā)料罐，煤粉發(fā)料罐底部的出口通過濃相煤粉輸送管與氣流床氣化爐頂部的入口相連接，空分裝置通過純氧輸送管與氣流床煤氣化爐頂部的入口相連接，其特征在于所述的氣流床煤氣化爐內部敷設有水冷壁，在水冷壁的底部和頂部分別設有給水入口和水蒸汽出口，在所述的水蒸汽出口與煤粉發(fā)料罐之間設有一條水蒸汽輸送管，該水蒸汽輸送管將水蒸汽出口與煤粉發(fā)料罐的內部相連接，或者將該水蒸汽出口與煤粉發(fā)料罐底部出口相連接。應用所述系統(tǒng)的一種水蒸汽輸送煤粉的氣流床氣化方法，其特征在于，該方法包括如下步驟
1)利用氣流床氣化爐內氣化反應的余熱將通入水冷壁O)中的水加熱，產(chǎn)生溫度范圍為300°C 500°C的高溫過熱水蒸汽；2)該高溫過熱水蒸汽經(jīng)水蒸汽輸送管輸送至煤粉發(fā)料罐內部或底部出口，高溫過熱水蒸汽與煤粉在煤粉發(fā)料罐內或煤粉發(fā)料罐出口快速混合和傳熱，混合溫度為265°C 270°C，水蒸汽與煤粉的混合物通過濃相煤粉輸送管至氣流床氣化爐內，同時，空分裝置分離得到的氧氣通過純氧輸送管輸送至氣流床氣化爐內；3)在氣流床氣化爐內，煤粉、氧氣和高溫過熱水蒸汽發(fā)生氣化反應。本發(fā)明所述的水蒸汽輸送煤粉的氣流床氣化方法，其特征在于水蒸汽輸送管內的高溫過熱水蒸汽的質量流量為煤粉輸送量的20% 35%。本發(fā)明具有以下突出優(yōu)點及突出效果①通過敷設水冷壁獲取高溫過熱水蒸汽的方式實現(xiàn)氣化爐氣化反應余熱的回收，減少了高溫粗合成氣的顯熱損失；②利用①中獲得的高溫過熱水蒸汽作為熱源和載氣，直接對煤粉進行加熱和輸送，提高了煤粉的溫度，保證了濃相煤粉輸送的穩(wěn)定性；③以高溫過熱水蒸汽作為煤粉濃相輸送的載氣，避免了使用惰性氣體作為載氣的情形下相應的熱損失，并且，在氣化爐中，水蒸汽作為吸熱型氧化劑直接參與氣化反應，可以減少氣化過程的耗氧量，降低空氣分離裝置制氧的成本。


圖1為本發(fā)明提供的氣流床氣化系統(tǒng)的一種實施例的結構原理示意圖。圖2為本發(fā)明的另一種實施例的結構原理示意圖。1-氣流床氣化爐；2-水冷壁；3-濃相煤粉輸送管；4-純氧輸送管；5-水蒸汽輸送管；6-煤粉發(fā)料罐；7-空分裝置。
具體實施例方式下面結合附圖進一步說明本發(fā)明的原理、結構及實施方式。圖1為本發(fā)明提供的氣流床氣化系統(tǒng)的一種實施例的結構原理示意圖，該系統(tǒng)主要包括氣流床氣化爐1、空分裝置7和煤粉發(fā)料罐6，煤粉發(fā)料罐6底部的出口通過濃相煤粉輸送管3與氣流床氣化爐1頂部的入口相連接，空分裝置7通過純氧輸送管4與氣流床煤氣化爐1頂部的入口相連接；在所述的氣流床煤氣化爐內部敷設有水冷壁2，在水冷壁的底部和頂部分別設有給水入口和水蒸汽出口，在該水蒸汽出口與煤粉發(fā)料罐6之間設有一條水蒸汽輸送管5，該水蒸汽輸送管5將水蒸汽出口與煤粉發(fā)料罐6的內部相連接。圖2為本發(fā)明的另一種實施例的結構原理示意圖，此方案與第一種實施例不同的是，水蒸汽出口與煤粉發(fā)料罐6之間的水蒸汽輸送管5將該水蒸汽出口與煤粉發(fā)料罐6的底部出口相連接。在該水蒸汽輸送煤粉的氣流床氣化系統(tǒng)中，主要實現(xiàn)以下過程在氣流床氣化爐1內，煤粉、氧氣和水蒸汽發(fā)生高溫氣化反應。爐內壁敷設有水冷壁2，利用爐內氣化反應的余熱，獲得300°C 500°C的高溫過熱水蒸汽。經(jīng)給料裝置預熱至 180°C 240°C的煤粉被輸送至煤粉發(fā)料罐6中。在圖1所示系統(tǒng)中，該高溫過熱水蒸汽經(jīng)水蒸汽輸送管5輸送至煤粉發(fā)料罐6內部，在煤粉發(fā)料罐內與煤粉快速混合和傳熱；或者在圖2所示的系統(tǒng)中，上述高溫過熱水蒸汽經(jīng)水蒸汽輸送管5輸送至煤粉發(fā)料罐6底部出口處，在煤粉發(fā)料罐出口和濃相煤粉輸送管3中快速混合和傳熱。兩種情形下，都保證水蒸汽與煤粉的混合溫度在265°C 270°C?；旌虾螅羝麛y帶煤粉，通過濃相煤粉輸送管3至氣化爐1內。水蒸汽對煤粉的加熱和輸送過程中，保證不發(fā)生煤的快速裂解以及煤粉軟化。 同時，空分裝置7分離制得的純氧經(jīng)純氧輸送管4進入氣化爐。在氣化爐內，上述水蒸汽、 純氧與煤粉發(fā)生氣化反應。水冷壁2對反應余熱進行回收，產(chǎn)生新的300°C 500°C的高溫過熱水蒸汽，從而實現(xiàn)了系統(tǒng)的連續(xù)穩(wěn)定運行。水冷壁至煤粉發(fā)料罐的高溫過熱水蒸汽質量流量為煤粉輸送量的20% 35%。該水蒸汽輸送煤粉的氣流床氣化系統(tǒng)及方法在系統(tǒng)內實現(xiàn)了氣化反應余熱的回收利用，提高了氣化系統(tǒng)熱效率；高溫過熱水蒸汽對煤粉的加熱和輸運，提高了濃相煤粉輸送的穩(wěn)定性，避免了使用惰性氣體作為載氣的情形下相應的熱損失；在氣化爐中，水蒸汽作為吸熱型氧化劑直接代替氧氣參與氣化反應，可以減少氣化過程的耗氧量，降低空氣分離裝置制氧的成本。實施例設定氣化用煤發(fā)熱量為^MJ/kg，給煤量為lkg/s，水冷壁產(chǎn)生的高溫過熱水蒸汽的質量流量為給煤量25%，即0. 25kg/s，則水冷壁吸收煤發(fā)熱量的2%的熱量，可將該初始溫度為67°C的不飽和水加熱為溫度為480°C，壓力5. 5MPa的高溫過熱水蒸汽。用該高溫過熱水蒸汽將供給量為lkg/s的初始溫度為187°C的煤粉加熱，最終形成270°C的水蒸汽與煤粉的混合物。在上述質量比下，水蒸汽與煤粉混合物中煤粉的濃度遠低于常規(guī)氮氣輸送煤粉的濃度，從根本上緩解了堵粉事故。以高溫過熱水蒸汽作為載氣，避免了水在爐內相變造成的熱量損失，煤粉在進入氣化爐之前也得到進一步的加熱，而這些輸入熱量均來自于氣化余熱，使得低品位的余熱代替了煤燃燒釋放的熱量。另一方面，高溫過熱水蒸汽為吸熱型氧化劑，與焦炭反應生成CO和H2，這一反應所需的熱量剛好由整個工藝過程利用的余熱進行補償。高溫過熱水蒸汽的加入，帶入了大量氧原子，余熱的利用又提高了整體熱效率， 因此在保證氣化效率的同時，能夠降低化的消耗量，根據(jù)反應平衡模型，在上述的假定參數(shù)下，計算得到A消耗量可降低3%左右，具有明顯的經(jīng)濟效益。
權利要求
1.一種水蒸汽輸送煤粉的氣流床氣化系統(tǒng)，包括氣流床氣化爐(1)、空分裝置(7)和煤粉發(fā)料罐(6)，煤粉發(fā)料罐(6)底部的出口通過濃相煤粉輸送管( 與氣流床氣化爐(1)頂部的入口相連接，空分裝置(7)通過純氧輸送管(4)與氣流床煤氣化爐(1)頂部的入口相連接，其特征在于所述的氣流床煤氣化爐內部敷設有水冷壁O)，在水冷壁的底部和頂部分別設有給水入口和水蒸汽出口，在所述的水蒸汽出口與煤粉發(fā)料罐(6)之間設有一條水蒸汽輸送管(5)，該水蒸汽輸送管( 將水蒸汽出口與煤粉發(fā)料罐(6)的內部相連接，或者將該水蒸汽出口與煤粉發(fā)料罐(6)底部出口相連接。
2.采用如權利要求1所述系統(tǒng)的一種水蒸汽輸送煤粉的氣流床氣化方法，其特征在于，該方法包括如下步驟1)利用氣流床氣化爐內氣化反應的余熱將通入水冷壁O)中的水加熱，產(chǎn)生溫度范圍為300°C 500°C的高溫過熱水蒸汽；2)該高溫過熱水蒸汽經(jīng)水蒸汽輸送管( 輸送至煤粉發(fā)料罐(6)內部或底部出口， 高溫過熱水蒸汽與煤粉在煤粉發(fā)料罐內或煤粉發(fā)料罐出口快速混合和傳熱，混合溫度為 265°C 270°C，水蒸汽與煤粉的混合物通過濃相煤粉輸送管C3)至氣流床氣化爐內，同時， 空分裝置(7)分離得到的氧氣通過純氧輸送管(4)輸送至氣流床氣化爐(1)內；3)在氣流床氣化爐內，煤粉、氧氣和高溫過熱水蒸汽發(fā)生氣化反應。
3.據(jù)權利要求2所述的一種水蒸汽輸送煤粉的氣流床氣化方法，其特征在于水蒸汽輸送管(5)內的高溫過熱水蒸汽的質量流量為煤粉輸送量的20% 35%。
全文摘要
一種水蒸汽輸送煤粉的氣流床氣化系統(tǒng)及方法，屬于煤氣化和煤炭轉換技術領域。本發(fā)明的氣化系統(tǒng)由帶有水冷壁的氣流床氣化爐、煤粉發(fā)料罐、空分裝置、水蒸汽輸送管和濃相煤粉輸送管組成。采用該系統(tǒng)的水蒸汽輸送煤粉的氣流床氣化過程，包括水冷壁出口的高溫過熱水蒸汽被輸送至煤粉發(fā)料罐體或煤粉發(fā)料罐出口，加熱煤粉，并作為載氣攜帶煤粉通過濃相煤粉輸送管送至氣流床氣化爐內；空分裝置向氣流床氣化爐提供純氧；純氧、水蒸汽和煤粉在氣流床氣化爐內發(fā)生氣化反應。本發(fā)明利用氣化反應余熱產(chǎn)生高溫過熱水蒸汽，實現(xiàn)給煤的預加熱以及濃相煤粉輸送，也能降低現(xiàn)有氣流床氣化爐的耗氧量，提高整體煤氣化效率。
文檔編號C10J3/80GK102433164SQ201110321900
公開日2012年5月2日 申請日期2011年10月20日 優(yōu)先權日2011年10月20日
發(fā)明者劉靜豪, 呂俊復, 吳玉新, 唐菲, 岳光溪, 張建勝 申請人:德瑞集群(北京)科技有限公司, 清華大學