一种分级气化系统及方法与流程

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1.本发明涉及煤气化技术领域，具体为一种分级气化系统及方法。

背景技术：

2.长期以来，我国的能源特点是富煤、贫油、少气，煤炭的清洁高效利用成为目前重要的课题。循环流化床气化技术具有原料适用范围广、利用效率高、装置投资低、清洁环保等特点，在我国燃料气和中小型煤化工领域倍受亲睐。
3.由于循环流化床气化炉采用固态排渣的方式，气化温度一般要求低于煤灰熔点软化温度150-200℃。考虑煤的反应活性及灰熔点的影响，循环流化床气化炉的操作温度一般为900-1000℃。
4.现有流化床技术是采用一般是直接把原煤破碎后送至循环流化床气化炉进行气化，采取一定的流化风速进行气化，由于原煤颗粒粒径的分布为0～10mm的宽分布形式；这就导致细小颗粒的粉煤在炉膛内没有来得及与气化剂反应就被吹出炉膛没有继续参与反应，粉煤在煤气炉内只进行了脱挥发份过程，现有流化床气化炉飞灰含碳量一般在70％以上。
5.因此，本发明致力于开发一种分级气化方法，解决现有的循环流化床气化炉上飞灰量大，飞灰含碳量高的问题，实现煤炭的清洁高效利用。

技术实现要素：

6.(一)解决的技术问题
7.针对现有技术的不足，本发明提供了一种分级气化系统及方法，解决了以下技术问题：
8.由于原煤颗粒的粒径分布交广，导致较小颗粒的煤粉在较高的流化风速下会直接进入后续的除尘环节，进而导致飞灰中的碳含量较高。
9.(二)技术方案
10.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种分级气化系统，用于不同粒径范围的煤颗粒与气化剂的分级气化，包括一级气化炉、二级气化炉，所述煤颗粒包括细煤颗粒和粗煤颗粒，所述细煤颗粒的粒径小于粗煤颗粒；
11.所述一级气化炉用于粗煤颗粒的气化；
12.所述二级气化炉用于细煤颗粒的气化；
13.所述一级气化炉出口连接有一级固气分离器；
14.所述二级气化炉出口连接有二级固气分离器；
15.所述一级固气分离器的固态排料出口与二级气化炉连接；
16.所述二级固气分离器的固态排料出口与二级气化炉连接；
17.所述一级气化炉内的反应段流化风速大于二级气化炉内的反应段流化风速；
18.所述一级气化炉中粗煤颗粒在高速气流的拖动下处于悬浮状态与气化剂进行反
应；
19.所述一级固气分离器和二级固气分离器的飞灰含碳量均小于飞灰质量的40％。
20.优选的，所述细煤颗粒的直径在0～5mm范围内。
21.优选的，所述细煤颗粒的直径在0～3mm范围内。
22.优选的，所述一级气化炉反应段采用高速流化方式，所述一级气化炉内的反应段流化风速为a～bm/s。
23.优选的，所述二级气化炉内的反应段流化风速为0.06a～0.07bm/s。
24.优选的，所述二级气化炉内的反应段流化风速为0.04a～0.07bm/s。
25.优选的，所述二级气化炉内的反应段流化风速为0.06a～0.1bm/。
26.优选的，所述二级气化炉内的反应段流化风速为0.04a～0.1bm/。
27.优选的，所述一级气化炉内的反应温度为970℃～1000℃。
28.优选的，所述二级气化炉内的反应温度为950℃～970℃。
29.一种分级气化方法，用于不同粒径范围的煤颗粒与气化剂的分级气化，包括一种分级气化系统和如下步骤：
30.粗煤颗粒进入一级气化炉与气化剂进行气化反应，反应产物通过一级固气分离器进行固气分离，分离出的固体与进入二级气化炉与气化剂进行气化反应；
31.细煤颗粒进入二级气化炉与气化剂进行气化反应，反应产物通过二级固气分离器进行固气分离，分离出的固体重新进入二级气化炉与气化剂进行气化反应。
32.优选的，包括破碎机、筛网以及原煤，所述原煤通过筛网进行筛分，通过筛网的为细煤颗粒，筛网上的为原粗煤颗粒，所述原粗煤颗粒经过破碎机破碎后得到粗煤颗粒。
33.(三)有益效果
34.本发明提供了一种分级气化系统及方法。具备以下有益效果：
35.该分级气化系统及方法对原煤在直径维度上进行分级处理，较小直径的煤粉的气化炉(二级气化炉)中采用较小的气化风速，较大直径的煤粉的气化炉(一级气化炉)中采用较大的气化风速，另外将一级气化炉和二级气化炉出口分离出的固体(含有直径在20～100um的煤微粉，其中100um为一级气化炉中分离出的固体中煤微粉的直径，20um为二级气化炉中分离出固体中煤微粉的直径)继续进入二级气化炉中继续进行气化反应。
附图说明
36.图1为本发明系统示意图。
具体实施方式
37.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
38.实施例1：
39.原煤在原煤堆场通过输送机送至滚轴筛进行筛分，筛分下来的0～5mm的细煤颗粒送至细煤斗。筛分下的粗颗粒再通过输送机送至破碎机进行破碎，产生5～10mm的煤颗粒送
至粗煤斗。5～10mm的粗颗粒煤送至一级气化炉进行气化。一级气化炉反应段采用高速流化方式，反应段流化风速为5～10m/s，在一级气化炉中大颗粒的煤粉在高速气流的拖动下处于悬浮状态与气化剂进行剧烈反应，一级气化炉反应温度在970～1000℃。从一级气化炉生成的煤气及飞灰通过一级分离器进行气固分离，分离下的固体物颗粒通过螺旋给料机送至二级气化炉。
40.细煤斗中的0～5mm的细煤粒进入二级气化炉与一级分离器分离下来的物料在二级气化炉中进行气化，二级气化炉反应段流化风速为0.3～1m/s，二级气化炉反应温度在950～970℃。二级气化炉气化产生的含尘煤气经过二级分离器进行气固分离后与一级分离器的煤气混合后进行降温处理。
41.实施例2：
42.原煤在原煤堆场通过输送机送至滚轴筛进行筛分，筛分下来的0～3mm的细煤颗粒送至细煤斗。筛分下的粗颗粒再通过输送机送至破碎机进行破碎，产生3～10mm的煤颗粒送至粗煤斗。3～10mm的粗颗粒煤送至一级气化炉进行气化。一级气化炉反应段采用高速流化方式，反应段流化风速为5～7m/s，在一级气化炉中大颗粒的煤粉在高速气流的拖动下处于悬浮状态与气化剂进行剧烈反应，一级气化炉反应温度在970～1000℃。从一级气化炉生成的煤气及飞灰通过一级分离器进行气固分离，分离下的固体物颗粒通过螺旋给料机送至二级气化炉。
43.细煤斗中的0～3mm的细煤粒进入二级气化炉与一级分离器分离下来的物料在二级气化炉中进行气化，二级气化炉反应段流化风速为0.3～0.5m/s，二级气化炉反应温度在950～970℃。二级气化炉气化产生的含尘煤气经过二级分离器进行气固分离后与一级分离器的煤气混合后进行降温处理。
44.比较例1：
45.与实施例1的区别在于：无二级气化炉，原煤只经过破碎机破碎后进入一级反应炉反应。
46.比较例2：
47.与实施例1的区别在于：一级分离器分离出的固体物料不进入二级气化炉，而是直接进入除尘系统(通过换热系统后)。
48.比较例3：
49.与实施例1的区别在于：二级分离器分离出的固体物料不进入二级气化炉，而是直接进入除尘系统(通过换热系统后)。
50.比较例4：
51.与实施例1的区别在于：一级分离器分离出的固体物料和二级分离器分离出的固体物料均不进入二级气化炉，而是直接进入除尘系统(通过换热系统后)。
52.比较例5：
53.与实施例1的区别在于：
54.二级气化炉的流化风速为0.6～2m/s。
55.比较例6：
56.与实施例1的区别在于：
57.二级气化炉的流化风速为0.9～3m/s。
58.比较例7：
59.与实施例1的区别在于：
60.二级气化炉的流化风速为0.2～0.29m/s。
61.下表为各实施例、比较例最终分离器排出气体飞灰中的含碳量。
[0062][0063]
注：飞灰中的含碳量中的飞灰为进入除尘系统前的飞灰。
[0064]
实施例1与实施例2的区别在于风速大小与粒径的选择不同，可以看出在二级气化炉中的粒径较小(0～3mm)的情况下需要匹配较小的风速，另外一级气化炉中也会有较小粒径(3～5mm)，因此在实施例2的一级气化炉流化风速和二级气化炉流化风速。但由于初始的粒径选择范围较小，导致最终的飞灰中含碳量高于实施例1飞灰中的含碳量。
[0065]
比较例1与实施例1的区别在于没有二级气化系统(现有技术的非分级气化系统)，可以看出在其他参数均相同的情况下，飞灰中的含碳量高达70％。也可见实施例1在采用二级气化系统后可以有效降低飞灰中的含碳量。实施例1的飞灰含碳量降低的原因不是灰分的比例增加了，而是灰分中的碳含量得到了有效地降低。实施例1相比于比较例1飞灰的总量也有所降低。
[0066]
比较例2与实施例1的区别在于不对一级分离器分离出的固体进行回收，飞灰的含碳量相比于比较例1有所下降。
[0067]
比较例3与实施例1的区别在于不对二级分离器分离出的固体进行回收，飞灰的含碳量相比于比较例1有所下降。
[0068]
实施例1的技术方案在一定程度上等于比较例2加上比较例3，但实际上实施例1的
技术效果明显优于比较例2与比较例3的技术效果的和(均与比较例1对比，比较例2的飞灰含碳量降低了5％，比较例3的飞灰含碳量降低了7％，总计降低12％，而实施例1的飞灰含碳量降低了36％)，原因是比较例二三均以比较例1为基准，但比较例2没有对一级分离器回收。比较例3没有对二级分离回收。分离器的作用可使收集下的飞灰多次循环进入炉膛参与反应，从而大大降低含碳量。比较例2、3均有大量飞灰不能参与反应直接排出，从而导致含碳量增高。而实施例1对整个系统中的飞灰通过分离器分离循环参与反应，颗粒循环时间长，反应充分，从而达到碳转化率高的目的。
[0069]
比较例4与实施例1的区别在于不对分离器(一级分离器和二级分离器)分离出的固体进行回收，在不对一级分离器分离出的固体物料和二级分离器分离出的固体物料进行回收时，飞灰的含碳量与对比例1中的相当。
[0070]
比较例5与实施例1的区别在于二级气化炉的流化风速是实施例1的两倍，在风速调配较大的情况下会导致细小的煤粉颗粒在气化炉中未进行反应直接进入除尘系统，导致飞灰中的含碳量增加。
[0071]
比较例6与实施例1的区别在于二级气化炉的流化风速是实施例1的三倍，在风速进一步增大时会导致飞灰中的含碳量进一步增高。
[0072]
比较例7与实施例1的区别在于二级气化炉的流化风速小于实施例1所对应的风速，比较例7也达到了较佳的飞灰含碳量降低的效果，但是由于二级气化炉的流化风速较低容易导致二级气化炉内壁及管道结焦，进而引起系统运行的稳定性。
[0073]
综上所述，该分级气化系统及方法对原煤在直径维度上进行分级处理，较小直径的煤粉的气化炉(二级气化炉)中采用较小的气化风速，较大直径的煤粉的气化炉(一级气化炉)中采用较大的气化风速，另外将一级气化炉和二级气化炉出口分离出的固体(含有直径在20～100um的煤微粉，其中100um为一级气化炉中分离出的固体中煤微粉的直径，20um为二级气化炉中分离出固体中煤微粉的直径)继续进入二级气化炉中继续进行气化反应。
[0074]
需要说明的是，在发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示对本发明结构的说明，仅是为了便于描述本发明的简便，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0075]
对于本技术方案中的“第一”和“第二”，仅为对相同或相似结构，或者起相似功能的对应结构的称谓区分，不是对这些结构重要性的排列，也没有排序、或比较大小、或其他含义。
[0076]
另外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，连接可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个结构内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据本发明的总体思路，联系本方案上下文具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

技术特征：

1.一种分级气化系统，用于不同粒径范围的煤颗粒与气化剂的分级气化，包括一级气化炉、二级气化炉，其特征在于：所述煤颗粒包括细煤颗粒和粗煤颗粒，所述细煤颗粒的粒径小于粗煤颗粒；所述一级气化炉用于粗煤颗粒的气化；所述二级气化炉用于细煤颗粒的气化；所述一级气化炉出口连接有一级固气分离器；所述二级气化炉出口连接有二级固气分离器；所述一级固气分离器的固态排料出口与二级气化炉连接；所述二级固气分离器的固态排料出口与二级气化炉连接；所述一级气化炉内的反应段流化风速大于二级气化炉内的反应段流化风速；所述一级气化炉中粗煤颗粒在高速气流的拖动下处于悬浮状态与气化剂进行反应；所述一级固气分离器和二级固气分离器的飞灰含碳量均小于飞灰质量的40％。2.根据权利要求1所述的一种分级气化系统，其特征在于：所述细煤颗粒的直径在0～5mm范围内。3.根据权利要求1所述的一种分级气化系统，其特征在于：所述细煤颗粒的直径在0～3mm范围内。4.根据权利要求1所述的一种分级气化系统，其特征在于：所述一级气化炉反应段采用高速流化方式，所述一级气化炉内的反应段流化风速为a～bm/s。5.根据权利要求4所述的一种分级气化系统，其特征在于：所述二级气化炉内的反应段流化风速为0.06a～0.07bm/s。6.根据权利要求4所述的一种分级气化系统，其特征在于：所述二级气化炉内的反应段流化风速为0.06a～0.1bm/s。7.根据权利要求1所述的一种分级气化系统，其特征在于：所述一级气化炉内的反应温度为970℃～1000℃。8.根据权利要求1所述的一种分级气化系统，其特征在于：所述二级气化炉内的反应温度为950℃～970℃。9.一种分级气化方法，用于不同粒径范围的煤颗粒与气化剂的分级气化，其特征在于：包括权利要求1所述的一种分级气化系统和如下步骤：粗煤颗粒进入一级气化炉与气化剂进行气化反应，反应产物通过一级固气分离器进行固气分离，分离出的固体与进入二级气化炉与气化剂进行气化反应；细煤颗粒进入二级气化炉与气化剂进行气化反应，反应产物通过二级固气分离器进行固气分离，分离出的固体重新进入二级气化炉与气化剂进行气化反应。10.根据权利要求9所述的一种分级气化方法，其特征在于：包括破碎机、筛网以及原煤，所述原煤通过筛网进行筛分，通过筛网的为细煤颗粒，筛网上的为原粗煤颗粒，所述原粗煤颗粒经过破碎机破碎后得到粗煤颗粒。

技术总结

本发明公开了一种分级气化系统及方法，涉及煤气化技术领域。该分级气化系统及方法对原煤在直径维度上进行分级处理，较小直径的煤粉的气化炉(二级气化炉)中采用较小的气化风速，较大直径的煤粉的气化炉(一级气化炉)中采用较大的气化风速，另外将一级气化炉和二级气化炉出口分离出的固体(含有直径在20～100um的煤微粉，其中100um为一级气化炉中分离出的固体中煤微粉的直径，20um为二级气化炉中分离出固体中煤微粉的直径)继续进入二级气化炉中继续进行气化反应。续进行气化反应。续进行气化反应。