卧式加压流化床或喷动床的固体燃料燃烧及气化装置 【技术领域】
本发明专利涉及一种含碳和氢的固体燃料的燃烧和气化装置，特别涉及一种卧式加压流化床或喷动床的煤燃烧或气化装置。
背景技术
煤的气化反应是发生在碳和氢和载氧的气化剂(空气、O2、H2O、CO2)之间的一种不完全氧化反应。煤气化技术是发展煤制气、煤制油、煤基化学品、联合循环发电系统等过程的工业基础。煤的气化现有固定床(UGI炉、Lurgi炉)、流化床(Winkler炉、CFB、PCFB炉、U-gas炉等)、气流床(K-T炉、Texco炉、Shell炉等)以及熔融床装置。固定床气化炉一般以块煤为原料，筛分范围为6-50mm，煤与气化剂在炉内逆向流动，块煤由气化炉上部加入，空气或氧气从气化炉底部鼓入，炉渣自炉底排出，固定床反应温度较低生产的煤气中含有烃类及焦油等。流化床气化炉的原料煤粒度一般为1-13mm左右，原料煤被气化剂吹起悬浮并保持沸腾状态运动，产生的煤气和灰渣在炉温下导出，此反应温度较高因而煤气中基本不含焦油类物质。气流床气化炉中，将原料粉煤(70％以上以通过200目)用气力输送入炉中，炉内反应温度相比最高，煤气中不含焦油等物质。气流床气化炉也可将固体燃料制成水煤浆进料(如Texco炉)，由于水分蒸发，故耗氧量和耗煤量较高。流化床固体燃料气化技术可分为常压(0.1Mpag)和加压(＞0.1Mpag)两种条件下操作。常压下操作的缺点是生产能力低，后续工艺所需压缩功高。
美国专利USP4315758公开了一种煤制燃料气的生产工艺技术，该工艺技术由加料单元、流化床气化单元、气化剂分布单元、飞灰循环处理单元组成。其中气化剂分布单元由分布板、中心管及文丘里管组成。
中国专利号94202278.5，授权公告日1994年10月26日，发明专利名“灰熔聚流化床气化装置”。公开了一种灰熔聚流化床气化装置，它由流化床气化单元、灰熔聚分离单元、飞灰循环单元及废热回收单元组成。上述专利的气化剂分布单元由分布板、中心管和文丘里管组成。其中分布板为倒锥形，表面钻有不同数量的小孔，达到一定的开孔率以保证通过小孔的气体达到气流带出速度，从而对进入气化单元的粉煤产生流化作用。其不足之处在于原料煤粒度为0-6mm，颗粒度偏小粉尘偏多。同时该种流化床气化单元没有设置二次给风燃烧，造成煤气中飞灰带出过多和碳转化率偏低。
【发明内容】
本发明专利的目的在于提供一种解决流化床或喷动床固体燃料气化或燃烧装置中存在的产品气飞灰过多并含碳量高，碳利用率低下的问题，同时提高产品气中有效气体成份，加压气化的工艺能显著降低下工序所需压缩能耗。
为达到上述目的，本发明专利采用的技术方案是：
本发明专利的第一特点是：将传统的固体燃料流化床或喷动床的气化炉或锅炉由垂直型式改为水平型式。简化了循环流化床(FBC)、加压循环流化床(PFBC)或喷动床的燃烧或气化装置。以前的加压流化床压力壳内另还置有加固体燃料系统，气化炉扩大段，旋风分离器等，因此该压力壳高大粗实、钢板厚、投资大、该工艺因设备笨大而发展受限止。本专利就是为解决上述问题而开发的卧式流化床或喷动床的固体燃料燃烧和气化装置。本装置结构简单紧凑，适合固体燃料的加压流化床或喷动床锅炉和煤气化装置。
气化炉包括上端的稀相区扩大段、下端为相互连通的密相流化段；煤仓与气化炉的入煤口相连通；排灰管与气化炉尾端出灰口相连通；飞灰处理单元和与气化炉尾端出气口相连通。其特点是，煤仓与气化炉的密相流化床相通，飞灰处理单元与气化炉的稀相区扩大段相通。在密相流化段的尾端设有灰渣的激冷段，与排灰系统相连通。气化炉扩大段的炉壁上开设有二次风进口。
本发明专利的另第二特点是：在流化床中设置挡板。不仅维持床层高度，还降低灰渣中含碳量及消除熔渣对操作的危害。
本发明专利的第三特点是：设置了专用飞灰处理单元，大幅降低了煤气中的飞灰夹带和甲烷含量，减少了粉尘对后续工段的影响；提高了固体燃料中炭和氢的利用率；提高了粗煤气中的有效气成分。
本发明专利的第四特点是：简化加压流化床或喷动床的锅炉或气化炉的结构；大幅降低灰渣含碳量；减少熔渣对操作的危害。
本发明专利的第五特点是：加压流化床工艺，提高了产品气或烟道气压力，减少后工序需要的压缩能耗。此外烟道气也能作功。
【具体实施方式】
结合附图1，下面对本发明专利的结构和工作原理作进一步说明。本发明专利包括上下连通的加压流化床或喷动床装置[9]和专用飞灰处理单元[10]。煤仓[2]通过相互连通的煤锁斗[3]和[5]、星型阀[4]和[6]，由螺旋给煤机[7]送入炉内，进煤管[8]设置有吹送气并与流化床密相区相连通，专用飞灰处理单元[14]与一级旋风除尘器[18]相连通。一级旋风除尘器的一个出口通过高温阀、一旋料腿与专用飞灰处理单元[14]进口相通。一级旋风除尘器[18]的另一出口与二级旋风除尘器[19]相连通，第二级旋风除尘器下端通过二旋料腿也与专用飞灰处理单元[14]相连通。流化床密相区地尾端与灰渣激冷段和排灰管相连通，排灰管的出口还依次设置有灰锁斗[10]和[12]，星形阀[11]和[13]，在流化床上部的稀相区炉壁上开设有二次风加入口。
本发明专利的二次风加入口位于稀相区扩大段，在顶板向下近1米处，入口与水平面夹角为0-45°，最好为0-24°。
本发明专利由固体燃料准备工段将符合要求的燃料送至计量仓[2]，固体燃料经锁斗[3]和[5]，及星形给料器[4]和[6]经螺旋给料机[7]向气化炉连续加燃料。为防止产品气倒流进入螺旋给料机和给料斗，给料斗[5]的压力设定高于气化炉压力。在螺旋给料机与气化炉之间的进料管[8]上装有带联锁的安全阀，防止气化炉的高温产品气倒入螺旋给料机，并在进料管[8]的上部按有吹送气管，以保证进料顺畅。
经计量后的气化剂(氧气、二氧化碳、水蒸汽)进入气化炉下部，在高温状态下发生固体燃料的破碎、脱挥发份、焦油的裂解、固体燃料的氧化还原反应和灰渣的分离。气化生成的气体主要是CO、H2、CO2、CH4、H2S、H2O。
出流化床气化炉的气体温度约850-1000℃，压力大于0.1MPag，在占总气化剂量一定比例的二次风通过流化床上部的加入口进入，并进入专用飞灰处理单元[14]。使粗产品气中的CO2、H2O、CH4和含碳颗粒发生二次气化，粗产品气进一步还原为CO及H2，从而增加了粗产品气中有效气成份，并降低了粗产品气中甲烷的含量。
经过专用飞灰处理单元[14]，其中大多数的含碳颗粒转为CO及H2。少量的碳颗粒和产品气中进入第一级旋风除尘器[18]，分离出的含碳粉尘通过高温阀、一旋料腿返回专用飞灰处理单元的入口再气化。
出一级旋风除尘器[18]的气体再进入二级旋风除尘器[19]，进一步分离气体中的含碳粉尘，分离出的粉尘，通过二旋料腿也返回专用飞灰处理单元的入口或者通过料腿下端的回收系统排出界区。出第二级旋风分离器的粗煤气进入余热锅炉回收热量。
由气化炉尾端排出的高温灰渣(约850℃)，经激冷段落入灰锁斗[10]和[12]和星形阀[11]和[13]，连续送至界区外。由二级旋风除尘器[19]排出的细灰也可经气力输送直接排出界区。
本发明专利的固体燃料的燃烧或气化装置的过程是将固体燃料连续加入流化床或喷动床的气化炉密相区，气化剂(空气，氧气、二氧化碳和蒸汽)从气化炉底部吹入，使燃料颗粒沸腾燃烧产生高温。气固两相充分接触，发生燃料的热解破碎、和碳及氢的氧化还原反应。此外还通过高温把含高飞灰的煤气进行多次煤气化，把灰中的碳转化成煤气，最终实现煤的高效气化。
【附图说明】
图1是本发明专利的整体结构示意图；