專利名稱：一種水蒸氣輸送煤粉的氣流床氣化系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種煤的氣化設(shè)備，屬于煤氣化和煤炭轉(zhuǎn)換技術(shù)。
背景技術(shù)：
煤氣化技術(shù)是一種清潔的煤炭轉(zhuǎn)化和利用技術(shù)，也是產(chǎn)生工業(yè)合成氣的重要手段，在化工和能源領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。氣流床煤氣化方法是目前一種較為先進(jìn)的氣化方式，具有氣化容量大、碳轉(zhuǎn)化率高、可連續(xù)氣化等優(yōu)點(diǎn)。氣流床氣化爐的特點(diǎn)是氣化劑和原料煤被同時(shí)高速射入氣化爐中，在爐內(nèi)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(yīng)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(shù)和干煤粉氣化技術(shù)。其中，干煤粉氣化技術(shù)避免了將水加熱成水蒸氣的環(huán)節(jié)，節(jié)約了大量顯熱，可以達(dá)到更高的理論碳轉(zhuǎn)化效率和更高的冷煤氣效率，也具有相對(duì)較低的耗氧量。但干粉進(jìn)料的氣化方式仍存在著一些缺點(diǎn)和有待改進(jìn)之處，主要有一、氣流床氣化爐屬于高溫氣化技術(shù)，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(shè)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(yīng)，因而它們的加入會(huì)造成一定的熱損失，也會(huì)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(huì)造成輸送過程的不穩(wěn)定，影響氣化爐的安全運(yùn)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(shí)對(duì)煤粉進(jìn)行加熱和輸運(yùn)，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(chǔ)上，如果能夠進(jìn)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(jì)效益。

實(shí)用新型內(nèi)容為了實(shí)現(xiàn)氣化反應(yīng)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(chǔ)上進(jìn)一步降低氧耗，本實(shí)用新型提出一種水蒸氣輸送煤粉的氣流床氣化系統(tǒng)。本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下一種水蒸氣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(nèi)部敷設(shè)有水冷壁，在水冷壁的底部和頂部分別設(shè)有給水入口和水蒸氣出口，在所述的水蒸氣出口與煤粉發(fā)料罐之間設(shè)有一條水蒸氣輸送管，該水蒸氣輸送管將水蒸氣出口與煤粉發(fā)料罐的內(nèi)部相連接，或者將該水蒸氣出口與煤粉發(fā)料罐底部出口相連接。本實(shí)用新型具有以下突出優(yōu)點(diǎn)及突出效果①通過敷設(shè)水冷壁獲取高溫過熱水蒸氣的方式實(shí)現(xiàn)氣化爐氣化反應(yīng)余熱的回收，減少了高溫粗合成氣的顯熱損失；②利用獲得的高溫過熱水蒸氣作為熱源和載氣，直接對(duì)煤粉進(jìn)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以高溫過熱水蒸氣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(yīng)的熱損失，并且，在氣化爐中，水蒸氣作為吸熱型氧化劑直接參與氣化反應(yīng)，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為本實(shí)用新型提供的氣流床氣化系統(tǒng)的一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)原理示意圖。圖2為本實(shí)用新型另一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)原理示意圖。圖中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-水蒸氣輸送管；6-煤粉發(fā)料罐；7-空分裝置。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本實(shí)用新型的原理、結(jié)構(gòu)及實(shí)施方式。圖1為本實(shí)用新型提供的氣流床氣化系統(tǒng)的一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)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(nèi)部敷設(shè)有水冷壁2，在水冷壁的底部和頂部分別設(shè)有給水入口和水蒸氣出口，在該水蒸氣出口與煤粉發(fā)料罐6之間設(shè)有一條水蒸氣輸送管5，該水蒸氣輸送管5將水蒸氣出口與煤粉發(fā)料罐6的內(nèi)部相連接。圖2為本實(shí)用新型的另一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)原理示意圖，此方案與第一種實(shí)施例不同的是，水蒸氣出口與煤粉發(fā)料罐6之間的水蒸氣輸送管5將該水蒸氣出口與煤粉發(fā)料罐 6的底部出口相連接。在該水蒸氣輸送煤粉的氣流床氣化系統(tǒng)中，主要實(shí)現(xiàn)以下過程在氣流床氣化爐1內(nèi)，煤粉、氧氣和水蒸氣發(fā)生高溫氣化反應(yīng)。爐內(nèi)壁敷設(shè)有水冷壁2，利用爐內(nèi)氣化反應(yīng)的余熱，獲得300°C 500°C的高溫過熱水蒸氣。經(jīng)給料裝置預(yù)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，該高溫過熱水蒸氣經(jīng)水蒸氣輸送管5輸送至煤粉發(fā)料罐6內(nèi)部，在煤粉發(fā)料罐內(nèi)與煤粉快速混合和傳熱；或者在圖2所示的系統(tǒng)中，上述高溫過熱水蒸氣經(jīng)水蒸氣輸送管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，都保證水蒸氣與煤粉的混合溫度在265°C 270°C?；旌虾螅魵鈹y帶煤粉，通過濃相煤粉輸送管3至氣化爐1內(nèi)。水蒸氣對(duì)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(shí)，空分裝置7分離制得的純氧經(jīng)純氧輸送管4進(jìn)入氣化爐。在氣化爐內(nèi)，上述水蒸氣、 純氧與煤粉發(fā)生氣化反應(yīng)。水冷壁2對(duì)反應(yīng)余熱進(jìn)行回收，產(chǎn)生新的300°C 500°C的高溫過熱水蒸氣，從而實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。水冷壁至煤粉發(fā)料罐的高溫過熱水蒸氣質(zhì)量流量為煤粉輸送量的20% 35%。該水蒸氣輸送煤粉的氣流床氣化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了氣化反應(yīng)余熱的回收利用，提高了氣化系統(tǒng)的熱效率；高溫過熱水蒸氣對(duì)煤粉的加熱和輸運(yùn)，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(yīng)的熱損失；在氣化爐中，水蒸氣作為吸熱型氧化劑直接代替氧氣參與氣化反應(yīng)，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(shí)施例設(shè)定氣化用煤發(fā)熱量為^MJ/kg，給煤量為lkg/s，水冷壁產(chǎn)生的高溫過熱水蒸氣的質(zhì)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的高溫過熱水蒸氣。用該高溫過熱水蒸氣將供給量為lkg/s的初始溫度為187°C的煤粉加熱，最終形成270°C的水蒸氣與煤粉的混合物。在上述質(zhì)量比下，水蒸氣與煤粉混合物中煤粉的濃度遠(yuǎn)低于常規(guī)氮?dú)廨斔兔悍鄣臐舛?，從根本上緩解了堵粉事故。以高溫過熱水蒸氣作為載氣，避免了水在爐內(nèi)相變?cè)斐傻臒崃繐p失，煤粉在進(jìn)入氣化爐之前也得到進(jìn)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，高溫過熱水蒸氣為吸熱型氧化劑，與焦炭反應(yīng)生成CO和H2，這一反應(yīng)所需的熱量剛好由整個(gè)工藝過程利用的余熱進(jìn)行補(bǔ)償。高溫過熱水蒸氣的加入，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(shí)，能夠降低化的消耗量，根據(jù)反應(yīng)平衡模型，在上述的假定參數(shù)下，計(jì)算得到A消耗量可降低3%左右，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。
權(quán)利要求1. 一種水蒸氣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(nèi)部敷設(shè)有水冷壁O)，在水冷壁的底部和頂部分別設(shè)有給水入口和水蒸氣出口，在所述的水蒸氣出口與煤粉發(fā)料罐(6)之間設(shè)有一條水蒸氣輸送管(5)，該水蒸氣輸送管( 將水蒸氣出口與煤粉發(fā)料罐(6)的內(nèi)部相連接，或者將該水蒸氣出口與煤粉發(fā)料罐(6)底部出口相連接。
專利摘要一種水蒸氣輸送煤粉的氣流床氣化系統(tǒng)，屬于煤氣化和煤炭轉(zhuǎn)換技術(shù)領(lǐng)域。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)料罐底部出口通過濃相煤粉輸送管與氣流床氣化爐頂部入口相連接，空分裝置通過純氧輸送管與氣流床煤氣化爐頂部入口相連接，在氣流床煤氣化爐內(nèi)部敷設(shè)有水冷壁，在水冷壁的底部和頂部分別設(shè)有給水入口和水蒸氣出口，在所述的水蒸氣出口與煤粉發(fā)料罐之間設(shè)有一條水蒸氣輸送管，該水蒸氣輸送管將水蒸氣出口與煤粉發(fā)料罐的內(nèi)部相連接，或者將該水蒸氣出口與煤粉發(fā)料罐底部出口相連接。該系統(tǒng)利用氣化反應(yīng)余熱產(chǎn)生高溫過熱水蒸氣，實(shí)現(xiàn)給煤的預(yù)加熱以及濃相煤粉輸送，并能降低現(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(hào)C10J3/76GK202246594SQ201120403810
公開日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2011年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月20日
發(fā)明者劉靜豪, 呂俊復(fù), 吳玉新, 唐菲, 岳光溪, 張建勝 申請(qǐng)人:德瑞集群(北京)科技有限公司, 清華大學(xué)