本发明专利技术涉及一种气化装置及分级气化方法，包括气化炉、气固分离器、返料装置和高温反应器；所述气化炉顶部设置粗煤气和固体物料出口，中部设置有碳氢固体燃料入口，下部设置有返料口和二次风喷口，底部设置一次风口和排渣口A；粗煤气和固体物料出口与气固分离器的入口相连；气固分离器捕集的固体物料进入返料装置，并返回至所述返料口；飞灰通过除尘装置捕集后通过进入所述高温反应器，与气化剂在高温反应器内发生高温气化反应；高温反应器的排渣口B设置于所述气化装置的固体物料循环回路上。本发明专利技术对容易气化部分和难于气化部分区别处理，并将高温气化的产物和底渣显热返回气化炉内，提高了碳转化率和冷煤气效率。提高了碳转化率和冷煤气效率。提高了碳转化率和冷煤气效率。
【技术实现步骤摘要】
一种气化装置及分级气化方法
[0001]本专利技术涉及碳氢固体燃料转化
，具体地，本专利技术涉及一种气化装置及分级气化方法。
技术介绍
[0002]煤气化是煤炭清洁高效利用技术的核心技术之一，是发展煤基化学品、煤基燃气等煤化工工业的基础。流化床气化技术采用0～10mm粉煤为原料，气化剂与粉煤以流态化形式进行气化反应，采用固态排渣，具有煤种适应性强、环境友好，无焦油、酚水、黑水等废水产生，气化强度大、投资低等优点，适合作为工业燃气，中小合成氨、煤制甲醇、氢等煤化工的气源。
[0003]不过现有流化床气化技术炉膛内部气固混合强度高，固体物料碳浓度差异较小，气化温度较为均匀，不容易在炉膛建立局部高温区强化气化反应，并实现长周期运行，因此受制于气化温度较低，碳转化偏低、飞灰量大且含碳量高，产生大量飞灰无法处理，因此导致流化床气化技术并未大规模应用于煤化工领域。此外，流化床气化产生的底渣含有部分含碳量较高的细粉，现有流化床技术普遍采用间冷将底渣冷却，因此并未对含碳量高的细粉和含碳量低的粗渣区别处理，而且未将这部分显热应用于气化。基于以上原因造成碳转化率和冷煤气效率降低。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种气化装置及分级气化方法，将碳氢固体燃料容易气化的部分和难气化的部分、将含碳量高的细粉和含碳量低的粗渣区别处理，并将高温气化生成的高温煤气和高温渣的显热、含碳量低的粗渣显热应用于气化，提高了碳转化率和冷煤气效率。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：一种气化装置，包括气化炉、气固分离器、返料装置和高温反应器；所述气化炉顶部设置粗煤气和固体物料出口，中部设置有碳氢固体燃料入口，下部设置有返料口和二次风喷口，底部设置一次风口和排渣口A；所述粗煤气和固体物料出口与气固分离器的入口相连；粗煤气和飞灰从气固分离器的气体出口排出，气固分离器捕集的固体物料进入返料装置，并返回至所述返料口；所述飞灰通过除尘装置捕集后通过进入所述高温反应器，与气化剂在高温反应器内发生高温气化反应；所述高温反应器的排渣口B设置于所述气化装置的固体物料循环回路上。
[0006]所述固体物料循环回路为固体物料从气化炉顶部离开气化炉到通过返料口返回到气化炉的过程和通道，固体物料在这个循环回路过程中实现物料循环。
[0007]飞灰为含碳量较高的微米级细物料，粒径范围为＜100微米的物料，其中含碳量可达40%~80%。气固分离器捕集的固体物料为毫米级含碳颗粒，粒径范围为10~0.1mm。
[0008]本专利技术通过流化床气化处理碳氢固体燃料易气化部分，通过高温气化处理粒径细、挥发分低、难气化的飞灰，并将高温气化产物（高温煤气和高温渣）通入流化床的固体物料循环回路中，使高温气化反应的产物显热用于流化床气化，提高了碳转化率和冷煤气效率。同时利用流化床固体物料循环回路中气固的流化作用将高温气化产生的高温渣进行冷却、分散，防止高温渣粘结，影响气化装置长周期稳定运行。
[0009]本专利技术一种优选的实施方案，所述高温反应器设置于所述气化炉的顶部，所述高温反应器的排渣口B与所述气化炉顶部相通；或者，所述高温反应器的排渣口B与所述返料装置的出口汇聚后连通所述返料口。
[0010]高温反应器位于气化炉炉膛顶部，高温反应产生的高温煤气和高温渣流动方向与气化炉炉膛产生的粗煤气和固体物料流动方向相反，在相交区域发生强烈的撞击和混合，促进了高温渣的降温、破碎和分散。
[0011]或者，在高温反应器内反应生成的高温煤气和高温渣被返料装置返回的固体物料和返料装置返料气体冷却、破碎和掺混，伴随循环物料进入气化炉炉膛。
[0012]本专利技术一种优选的实施方案，所述气化炉的截面积由下向上逐级扩大，分为5部分：分选低温气化区，流化气化区，过渡区，扩展区和分离区；所述一次风口和排渣口A设置于所述分选低温气化区；所述二次风喷口设置于所述流化气化区和过渡区；所述返料口设置于所述过渡区；所述碳氢固体燃料入口设置于所述过渡区或所述扩展区；所述粗煤气和固体物料出口设置于所述分离区的顶部。
[0013]通过逐级扩大炉膛截面积和分级布风，强化固体物料内循环和气化反应，实现稳定流化。
[0014]本专利技术一种优选的实施方案，所述二次风喷口为1～3层，每层均匀布置3～12组，每层喷口在水平面投影呈切圆布置，相邻两层喷口相错开，且每层喷口均匀布置。
[0015]通过切圆喷射方式使边壁下行固体物料旋流向中心向上流化，通过高速将气化剂喷入流化气化区强化气化剂和温度扩散及气化反应，避免结渣。
[0016]本专利技术一种优选的实施方案，所述二次风喷口为上倾喷口，其倾角α为8～15
°
。
[0017]通过上倾斜的喷口设置使边壁下行固体物料在二次风g2的输送和扩散作用下向中心和向上流动，伴随切圆将气化剂和向上流动颗粒形成旋流，一方面有利于气化剂和颗粒分散，强化气化反应和固体物料内循环，同时避免结渣。
[0018]本专利技术一种优选的实施方案，所述流化气化区为底部小，上端大的锥台结构；所述切圆的直径d范围为所述流化气化区底部直径和二次风喷口中心线所处截面直径的0.85倍之间。
[0019]通过控制切圆直径d的范围有利于强化内循环、气化剂分散和固体物料稳定流化，流化气化区底部表观流化风速大于顶部表观流化风速。
[0020]本专利技术一种优选的实施方案，所述高温反应器的顶部设置有固体物料入口和气化剂入口；底部设置有所述排渣口B和激冷水连接口；所述激冷水连接口连接激冷水环管，所述激冷水环管环绕设置于所述高温反应器底部的倒锥台段；所述激冷水环管均匀布置有多个喷头，所述喷头朝向所述排渣口B；
所述激冷水为软化水、煤气冷凝水、煤化工污水或有机废水。
[0021]飞灰经固体物料入口与气化剂经气体入口进入烧嘴，在烧嘴组织下在高温反应器内进行高温气化反应。高温反应器产生的高温气体和高温渣通过排渣口B排出高温反应器，激冷水通过激冷水连接口进入激冷水环管，在激冷水环管均匀分配下进入激冷水喷头，经激冷水喷头对排渣口排出的高温气体和高温渣进行激冷，将高温渣温度最低降至变形温度（DT）以下，将高温渣粒化，防止高温反应器排出的高温渣与循环回路中的物料粘结，影响后续的气化反应。
[0022]本专利技术一种优选的实施方案，所述气化剂入口为多个，进行气化剂分级，一部分所述气化剂入口设置于所述高温反应器的顶部；另一部分所述气化剂入口设置于所述高温反应器的侧壁上，采用对冲布置，且位于侧壁的气化剂量占气化剂g3总量的30%～70%，侧壁的气化剂喷口中心线距离顶部烧嘴的距离与高温反应器直径之比为1/5~1。
[0023]在高温反应器内进行气化剂分级，避免位于高温反应器顶部烧嘴承受过高的高温辐射，有利于延长烧嘴寿命；侧壁上设置对冲布置的气化剂喷口，形成撞击流，一方面强化气化剂与从顶部烧嘴喷出的飞灰混合和反应，另一方面撞击流卷吸飞灰，形成回流区，避免飞灰短路，延长飞灰气化停留时间，有利本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种气化装置，其特征在于，包括气化炉（1）、气固分离器（2）、返料装置（3）和高温反应器（4）；所述气化炉（1）顶部设置粗煤气和固体物料出口（16），中部设置有碳氢固体燃料入口（15），下部设置有返料口（14）和二次风喷口（13），底部设置一次风口（11）和排渣口A（12）；所述粗煤气和固体物料出口（16）与气固分离器（2）的入口相连；粗煤气和飞灰从气固分离器（2）的气体出口排出，气固分离器（2）捕集的固体物料进入返料装置（3），并返回至所述返料口（14）；所述飞灰通过除尘装置捕集后进入所述高温反应器（4），与气化剂在高温反应器（4）内发生高温气化反应；所述高温反应器（4）的排渣口B（43）设置于所述气化装置的固体物料循环回路上。2.根据权利要求1所述的气化装置，其特征在于，所述高温反应器（4）设置于所述气化炉（1）的顶部，所述高温反应器（4）的排渣口B（43）与气化炉顶部连通；或者，所述高温反应器（4）的排渣口B与所述返料装置（3）的出口汇聚后连通所述返料口（14）。3.根据权利要求1或2所述的气化装置，其特征在于，所述气化炉（1）的截面积由下向上逐级扩大，分为5部分：分选低温气化区（1
‑
1），流化气化区（1
‑
2），过渡区（1
‑
3），扩展区（1
‑
4）和分离区（1
‑
5）；所述一次风口（11）和排渣口A（12）设置于所述分选低温气化区（1
‑
1）；所述二次风喷口（13）设置于所述流化气化区（1
‑
2）和过渡区（1
‑
3）；所述返料口（14）设置于所述过渡区（1
‑
3）；所述碳氢固体燃料入口（15）设置于所述过渡区（1
‑
3）或扩展区（1
‑
4）；所述粗煤气和固体物料出口（16）设置于所述分离区（1
‑
5）的顶部。4.根据权利要求3所述的气化装置，其特征在于，所述二次风喷口（13）为1～3层，每层均匀布置3～12组，每层喷口在水平面投影呈切圆布置，相邻两层喷口相错开，且每层喷口均匀布置。5.根据权利要求4所述的气化装置，其特征在于，所述二次风喷口（13）为上倾喷口，其倾角α为8～15
°
。6.根据权利要求5所述的气化装置，其特征在于，所述流化气化区（1
‑
2）为底部小，上端大的锥台结构；所述切圆的直径d范围为所述流化气化区（1
‑
2）底部直径和二次风喷口中心线所处截面直径的0.85倍之间。7.根据权利要求3所述的气化装置，其特征在于，所述高温反应器（4）的顶部设置有固体物料入口（41）和气化剂入口（42）；底部设置有所述排渣口B（43）和激冷水连接口（45）；所述激冷水连接口（45）连接激冷水环管，所述激冷水环管环绕设置于所述高温反应器（4...
【专利技术属性】
技术研发人员：李永江，
申请(专利权)人：北京中瀚能源有限公司，
类型：发明
国别省市：
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