一种循环流化床煤气化多级降温除尘工艺及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种循环流化床煤气化多级降温除尘工艺及装置。本发明专利技术的工艺中，循环流化床气化炉生成的高温煤气和半焦的混合物经旋风分离器气固分离后，半焦通过旋风分离器底部的返料装置返回到气化炉继续参与反应，高温煤气进入列管换热器管程，低温空气进入列管换热器壳程并吸收换热管内煤气传出的热能；升温后的高温空气进入气化炉底部供气化用；降温后的低温煤气经余热锅炉、旋风除尘、热管换热、布袋除尘、热管冷却多级降温除尘后进入后续工序利用。本发明专利技术的工艺中，气化炉排出的高温煤气经旋风分离后，不经过废热锅炉即与空气进行换热，提高了作为气化剂的空气的温度以及煤气的热值，且工艺操作的安全性高，同时配合多级后续换热除尘工序，可以达到良好的降温除尘效果。

【技术实现步骤摘要】
一种循环流化床煤气化多级降温除尘工艺及装置
本专利技术属于煤气化领域，尤其是涉及一种循环流化床煤气化多级降温除尘工艺及装置。
技术介绍
煤炭气化是指煤在特定的设备内，在一定温度及压力下使煤中有机质与气化剂（如蒸汽/空气或氧气等）发生一系列化学反应，将固体煤转化为含有CO、H2、CH4等可燃气体和CO2、N2等非可燃气体的过程。煤气化是煤炭能源转化的基础技术，也是煤化工发展中最重要和关键的工艺过程之一，是煤炭清洁利用的重要途径。煤炭气化时，必须具备三个条件，即气化炉、气化剂、热量。原料煤与气化剂在气化炉内进行气化反应，生成粗煤气和炉渣。由于气化通常在800℃以上的高温下进行，粗煤气从气化炉中排出时，温度也高达800℃以上，如果直接送入净化系统，将损失大量显热，因此需要回收煤气热量。此外，出气化炉的粗煤气含有一定数量的粉尘，为了满足燃气轮机和环保排放的要求，需要将粗煤气中的粉尘除去。根据煤气化炉的结构特点和燃料在气化炉中进行转化时的运动方式可以将煤气化工艺分为三种类型：固定床（移动床）、流化床和气流床。固定床气化炉中通常煤从炉顶部加入，气化剂从炉底部送入。炉中一般分为干燥层、干馏层、还原层和燃烧层，在不同的区域中，各个反应过程所对应的反应区域界面比较明显。传统的常压固定床煤气化炉以空气（或富氧）和水蒸汽为气化剂，大多以无烟块煤为原料；加压固定床气化炉在高于大气压力下进行煤的气化操作，以氧气和水蒸汽为气化剂，以褐煤、长焰煤或不粘煤为原料。代表性的固定床煤气化技术有Lurgi加压气化、BGL熔渣气化等。固定床工艺中，Lurgi加压气化采用氧气和水蒸气作为气化剂，气化炉产生的粗煤气首先进行洗涤冷却，再进入废热锅炉进一步回收粗煤气中的热量。BGL熔渣气化是将Lurgi气化中的固态排渣改为熔融态排渣，粗煤气热量回收方法与Lurgi工艺类似。流化床气化炉采用粉煤为原料，用气化剂来进行床层的流化。气化炉生成的气固混合物经过旋风分离器分离后，固体又循环回床层中反应。代表性流化床气化技术有Winkler煤气化、恩德粉煤常压气化、U-gas气化等。流化床工艺中，恩德粉煤常压气化技术是在Winkler气化技术基础上改造形成的气化技术，该技术以富氧空气和蒸汽为气化剂，生成的煤气与未反应的碳及灰分经旋风分离器分离，之后煤气进入废热锅炉回收热量。U-gas是一种灰熔聚流化床气化技术，以水蒸气和空气为气化剂，气化炉出口煤气经旋风分离器后进入废热锅炉回收热量。气流床气化是一种并流式气化，气化剂与煤粉或煤浆经喷嘴进入气化室，煤的热解、燃烧以及气化反应几乎同时进行，高温保证了煤的完全气化，煤中的矿物质成为熔渣后离开气化炉。代表性的气流床气化技术有GSP、Texaco、Shell以及MHI等。气流床煤气化工艺多采用氧气和蒸汽为气化剂，采用激冷流程回收高温煤气热能，例如GSP工艺。GSP气化炉上部为反应室，反应室下部连接激冷室，气化原料为水煤浆或干煤粉，气化剂为氧气和蒸汽，气化原料与气化剂从气化室顶部的喷嘴喷射进气化室进行气化反应，生成的高温煤气从气化室底部通道进入激冷室，被激冷水降温除尘。气流床气化工艺中，MHI煤气化技术采用空气为气化剂、采用废锅流程回收高温煤气的热能，空气由燃气燃烧的废气预热。也有部分气流床煤气化工艺可选择性采用废锅流程回收高温煤气热能。例如，Texaco、Shell气流床煤气化工艺。Texaco气化炉排出的高温煤气依次经过辐射废锅和对流废锅回收热能，并副产高压蒸汽。Shell气化炉排出的高温煤气经过废热锅炉回收热能，副产高压或中压蒸汽。由现有煤气化技术的分析可知，气化炉出口高温煤气的热量回收主要有两种方法，一种是废锅流程，另一种是激冷流程。废锅流程中，出炉的高温煤气经旋风分离后即直接进入废热锅炉间接换热回收高温煤气的热能，并通过废热锅炉副产蒸汽。激冷流程是在气化炉气化室煤气出口设激冷室，通过激冷水对高温煤气进行降温除尘。废锅流程采用废热锅炉吸收高温煤气的热量并产生饱和蒸汽，而现有技术中，主要的气化剂是空气、富氧空气或纯氧，蒸汽只是起辅助作用的气化剂，除了少部分蒸汽可用作气化炉气化剂外，其余蒸汽均外供。因此回收的热量只有少部分可用于提高煤气热值。而只有提高空气、富氧空气或纯氧的温度，才能大幅度提高煤气热值。以空气为气化剂的煤气化技术中，空气多经气化流程中的烟气预热，或通过废锅产生的蒸汽预热，或利用氮气作为中间热载体、从高温煤气中吸热、再预热空气。采用烟气或蒸汽预热空气达到的温度有限；而氮气系统又造价昂贵，成本较高。如果像普通锅炉的空气预热器那样，直接用高温煤气预热空气，将极大的提高空气温度，进而大幅度提高煤气热值。但出炉煤气为高温燃气，而空气为煤气的助燃气体，一旦空气预热器发生泄露，将很可能发生爆炸。因此，本领域普遍认为利用出炉的高温煤气预热空气的方法是应当避免的，因此，现有的煤气化技术中很少采用高温煤气来预热空气，也就影响了煤气热值的提高。关于煤气除尘技术，现有方法可以分为干法、湿法两类。湿法除尘中，先将出气化炉的高温煤气降温，然后进入旋风分离器进行初级除尘，接着将初步除尘的煤气经过文氏洗涤器进行进一步除尘降温。干法除尘是将高温煤气输入旋风分离器或高温陶瓷过滤器清除大部分的粉灰。湿法除尘采用水喷淋除尘降温，需要消耗大量的一次水，且洗气水中颗粒物、氨浓度较高；干法除尘无洗气水产生，但是除尘装置主要是陶瓷材料制成的阻性过滤器，过滤速度低、清灰困难。
技术实现思路
本专利技术提供了一种煤气化多级降温除尘工艺，尤其是一种循环流化床煤气化多级降温除尘工艺。本专利技术的方法中，气化炉排出的高温煤气经旋风分离后，不经过废热锅炉即与空气进行换热，然后经余热锅炉、热管换热器、热管冷却器回收热量，同时配合多级除尘工序，提高了进入气化炉参与气化反应的空气的温度，充分回收了煤气的热量，提高了煤气热值，达到了良好的降温除尘效果。本专利技术的工艺为：循环流化床气化炉生成的高温煤气和半焦的混合物经旋风分离器气固分离后，半焦通过旋风分离器底部的返料装置返回到气化炉继续参与反应，炉渣由气化炉底部排出，高温煤气进入列管换热器管程，低温空气进入列管换热器壳程并吸收换热管内煤气传出的热能；升温后的高温空气进入气化炉底部供气化用；其中，壳程空气的压力高于管程煤气的压力，且管程煤气和壳程空气的压力差为15kPa～25kPa，换热后低温煤气的温度比煤气的燃点高50℃～130℃；降温后的低温煤气进入余热锅炉继续降温，同时产生蒸汽，部分蒸汽用作气化剂送至气化炉参与反应；余热锅炉底部带有灰斗，用于收集残炭，并用循环水对残炭降温；出余热锅炉的煤气经旋风除尘器预除尘，捕集的粉尘由旋风除尘器底部进入灰仓；旋风除尘后的煤气进入热管换热器与循环水间接换热降温；出热管换热器的煤气进入布袋除尘器捕集余量粉尘，余量粉尘进入灰仓；布袋除尘后的煤气通入热管冷却器与循环水间接换热降温后进入后续工序利用。进一步地，所述气化炉采用风帽布风，炉膛底部工作温度为900℃～1000℃，顶部工作温度为850℃～950℃；经旋风分离器气固分离后进入列管换热器管程的高温煤气的温度为850℃～950℃，换热后低温煤气的温度为650℃～730℃；进入列管换热器壳程的低温空气的温度为15℃～50℃，换热后高温空气的温度为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种循环流化床煤气化多级降温除尘工艺，其特征在于：循环流化床气化炉生成的高温煤气和半焦的混合物经旋风分离器气固分离后，半焦通过旋风分离器底部的返料装置返回到气化炉继续参与反应，炉渣由气化炉底部排出，高温煤气进入列管换热器管程，低温空气进入列管换热器壳程并吸收换热管内煤气传出的热能；升温后的高温空气进入气化炉底部供气化用；其中，壳程空气的压力高于管程煤气的压力，且管程煤气和壳程空气的压力差为15kPa～25kPa，换热后低温煤气的温度比煤气的燃点高50℃～130℃；降温后的低温煤气进入余热锅炉继续降温，同时产生蒸汽，部分蒸汽用作气化剂送至气化炉参与反应；余热锅炉底部带有灰斗，用于收集残炭，并用循环水对残炭降温；出余热锅炉的煤气经旋风除尘器预除尘，捕集的粉尘由旋风除尘器底部进入灰仓；旋风除尘后的煤气进入热管换热器与循环水间接换热降温；出热管换热器的煤气进入布袋除尘器捕集余量粉尘，余量粉尘进入灰仓；布袋除尘后的煤气通入热管冷却器与循环水间接换热降温后进入后续工序利用。

【技术特征摘要】
1.一种循环流化床煤气化多级降温除尘工艺，其特征在于：循环流化床气化炉生成的高温煤气和半焦的混合物经旋风分离器气固分离后，半焦通过旋风分离器底部的返料装置返回到气化炉继续参与反应，炉渣由气化炉底部排出，高温煤气进入列管换热器管程，低温空气进入列管换热器壳程并吸收换热管内煤气传出的热能；升温后的高温空气进入气化炉底部供气化用；其中，壳程空气的压力高于管程煤气的压力，且管程煤气和壳程空气的压力差为15kPa～25kPa，换热后低温煤气的温度比煤气的燃点高50℃～130℃；降温后的低温煤气进入余热锅炉继续降温，同时产生蒸汽，部分蒸汽用作气化剂送至气化炉参与反应；余热锅炉底部带有灰斗，用于收集残炭，并用循环水对残炭降温；出余热锅炉的煤气经旋风除尘器预除尘，捕集的粉尘由旋风除尘器底部进入灰仓；旋风除尘后的煤气进入热管换热器与循环水间接换热降温；出热管换热器的煤气进入布袋除尘器捕集余量粉尘，余量粉尘进入灰仓；布袋除尘后的煤气通入热管冷却器与循环水间接换热降温后进入后续工序利用。2.根据权利要求1所述的循环流化床煤气化多级降温除尘工艺，其特征在于：所述气化炉采用风帽布风，炉膛底部工作温度为900℃～1000℃，顶部工作温度为850℃～950℃；经旋风分离器气固分离后进入列管换热器管程的高温煤气的温度为850℃～950℃，换热后低温煤气的温度为650℃～730℃；进入列管换热器壳程的低温空气的温度为15℃～50℃，换热后高温空气的温度为580℃～650℃；出余热锅炉的煤气温度为200℃～240℃；出热管换热器的煤气温度被降至160℃～200℃，出热管冷却器的煤气温度被降至30℃～50℃。3.根据权利要求1所述的循环流化床煤气化多级降温除尘工艺，其特征在于：所述空气中氧气的比例为21%～35%。4.根据权利要求1所述的循环流化床煤气化多级降温除尘工艺，其特征在于：所述返料装置为返料器，原料煤加入气化炉，经旋风分离器气固分离后得到的高温循环半焦通过所述返料器直接返回到气化炉参与气化反应。5.根据权利要求1所述的循环流化床煤气化多级降温除尘工艺，其特征在于：所述返料装置包括旋风分离器底部的返料器、热解炉、热解炉底部的返料器以及连通热解炉与气化炉的连通管，原料煤加入热解炉或旋风分离器底部的返料器的出口管，经旋风分离器气固分离后得到的高温循环半焦通过旋风分离器底部的返料器加入热解炉；原料煤与所述高温循环半焦在热解炉中混合反应，产生热解煤气和热解半焦；热解煤气从热解炉顶部排出并由连通管通入气化炉的稀相区，热解半焦及固体热载体经热解炉底部的返料器进入气化炉参与气化反应。6.根据权利要求1所述的循环流化床煤气化多级降温除尘工艺，其特征在于：所述气化炉底部排出的炉渣经冷渣机冷却后送至渣仓；冷渣器、余热锅炉灰斗、热管换热器、热管冷...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：中科清能燃气技术北京有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11