專利名稱：高效煤炭氣化爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種煤炭氣化爐，是將固體燃料的煤炭氣化成氣體燃料的裝置。
現(xiàn)有
背景技術(shù)：
煤炭的直接燃燒產(chǎn)生大量污染，高效及清潔利用煤炭是一個(gè)重大課題。將 煤炭轉(zhuǎn)化為煤氣，即煤氣化可明顯改善燃燒狀況，減少對(duì)大氣的污染，提高燃 燒效率及自動(dòng)化水平。目前國內(nèi)、外公知的煤炭氣化技術(shù)有多種方式，其共同 特點(diǎn)均采用燃燒部分煤炭的方法提供氣化反應(yīng)所需的熱量。采用空氣、蒸汽氣 化方法成本較低，設(shè)備簡單。由于鼓入空氣燃燒部分煤炭后造成大量N2及C02
進(jìn)入煤氣中，現(xiàn)有的煤氣化爐普遍存在煤氣熱值較低，煤氣中含有焦油，污染 環(huán)境等難題。采用高壓、氧氣氣化，上述問題得到緩解，但又遇到設(shè)備投資大， 運(yùn)行成本高等問題。采用純蒸汽作為氣化劑氣化煤炭可產(chǎn)生煤氣熱值較高的水
煤氣，且煤氣中幾乎不含有N2、 C02，現(xiàn)有的煤氣化爐由于技術(shù)所限，無法將水
蒸氣加熱到100(TC，水蒸氣所帶入物理熱遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足氣化反應(yīng)所需的熱量， 也必須采用部分煤炭燃燒的方法提供反應(yīng)熱。因此現(xiàn)有的水煤氣生產(chǎn)必須采用 間歇式操作方法周期性地進(jìn)行，部分煤氣被放散，生產(chǎn)成本較高，煤氣中N2、 C02含量超過10%，氣化效率及熱效率均低于60%。

發(fā)明內(nèi)容
從能量轉(zhuǎn)換和能源利用的角度，現(xiàn)有的水煤氣氣化技術(shù)效率很低，所以主 要為化工行業(yè)所使用，無法做為大規(guī)模煤氣化工藝。其原因主要是煤炭氣化反 應(yīng)必須在高達(dá)1000。C左右的溫度下進(jìn)行，且為吸熱反應(yīng)。若使反應(yīng)連續(xù)進(jìn)行， 即使使用外供熱方式，采用水蒸氣做為單一氣化劑時(shí)，水蒸氣溫度必須達(dá)到1000 。C以上。本發(fā)明采用蓄熱式技術(shù)產(chǎn)生1000。C以上的高溫過熱水蒸汽，為煤炭高效連
續(xù)氣化生產(chǎn)水煤氣提供技術(shù)了可靠途徑。采用蓄熱式技術(shù)可使用單一高溫過熱
蒸汽做為氣化劑，煤氣中僅含有微量C02、 N2， CO和H2含量各占接近50。/。，氣 化反應(yīng)區(qū)煤層溫度保持穩(wěn)定促使反應(yīng)完全，氣化效率及熱效率大幅度提高。采 用蓄熱式熱交換方式煤氣出口可設(shè)在高溫區(qū)，煤焦油被裂解，高效回收煤氣中 的顯熱，生產(chǎn)高熱值、無焦油的優(yōu)質(zhì)煤氣。
發(fā)明的突出特點(diǎn)與顯著進(jìn)步
本發(fā)明的煤炭氣化爐采用單一的高溫過熱水蒸氣進(jìn)行氣化，產(chǎn)生高熱值的 水煤氣，煤氣中幾乎不含C02、 N2。采用蓄熱式技術(shù)，高效回收煤氣中的顯熱用 于產(chǎn)生高溫過熱蒸汽，此蒸汽用做氣化劑，并為氣化反應(yīng)提供30%的熱量，煤氣 出口溫度小于130'C，熱效率大幅度提高。由于煤氣出口設(shè)在煤氣爐的高溫區(qū)， 煤焦油被裂解，煤氣潔凈，品質(zhì)優(yōu)良。采用蓄熱式燃燒方式為氣化反應(yīng)提供70% 的熱量，使煤炭氣化反應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，燃燒廢氣排放溫度小于13(TC，煤炭氣化效 率及熱效率均可達(dá)到90%以上。
發(fā)明的實(shí)施
附圖
是高效煤炭氣化爐爐體剖面示意圖中標(biāo)號(hào)表示l.爐體，2.加煤密封裝置，3.煤氣顯熱回收蓄熱室，4.煤 炭氣化室，5.水供入管道，6.煤氣排出管道，7.煤氣顯熱回收蓄熱體，8.燃燒 室，9.煙氣余熱回收蓄熱體，IO.排灰渣系統(tǒng)，ll.煤氣除塵系統(tǒng)，12.空氣/煤 氣/煙氣管道，13.煤氣/蒸汽出口。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
在附圖中，爐體l外部設(shè)有鋼板密封，上部設(shè)有至少一個(gè)加煤密封裝置2， 防止煤氣的泄漏。通過加煤密封裝置2，煤炭進(jìn)入矩形的煤炭氣化室4，氣化后的灰渣由底部的排灰渣系統(tǒng)10排出。在矩形的煤炭氣化室4兩側(cè)各設(shè)有一個(gè)燃 燒室8。每側(cè)燃燒室8下部至少設(shè)有一對(duì)蓄熱室，每個(gè)蓄熱室中填充蓄熱體9， 并與爐外管道、換向閥相聯(lián)。通過換向閥的周期動(dòng)作將蓄熱室交替置為燃燒或 余熱回收狀態(tài)，用于煙氣余熱回收及預(yù)熱空氣、煤氣。蓄熱室的工作狀態(tài)每1 至3分鐘變換一次。蓄熱室上部空間為燃燒室8，空氣及煤氣經(jīng)蓄熱體9后被預(yù) 熱到IOO(TC左右，然后進(jìn)入燃燒室8中燃燒，廢氣經(jīng)同側(cè)相鄰并處于排煙狀態(tài) 的蓄熱室中的蓄熱體9后以低于13(TC排出爐外，煙氣余熱被蓄熱體9回收。在 燃燒室8中煤氣燃燒產(chǎn)生的熱量通過耐火材料砌筑的隔墻加熱矩形的煤炭氣化 室4內(nèi)的煤炭，為煤炭氣化反應(yīng)提供約70%的熱量。在矩形的煤炭氣化室4另外 兩側(cè)各設(shè)有一個(gè)煤氣顯熱回收蓄熱室3，煤炭氣化室4與煤氣顯熱回收蓄熱室3 之間有耐火材料砌筑的隔墻隔開。煤氣顯熱回收蓄熱室3內(nèi)填充陶瓷球蓄熱體7， 蓄熱體7下部各設(shè)有一個(gè)煤氣排出管道6和一個(gè)水供入管道5，并分別與爐外的 換向閥聯(lián)結(jié)。進(jìn)入矩形煤炭氣化室4內(nèi)的煤炭緩慢向下運(yùn)動(dòng)并被加熱，其中的 揮發(fā)份及煤焦油以氣體方式釋放出來，然后向下通過高溫煤層進(jìn)一步被加熱而 裂解。當(dāng)一側(cè)的煤氣顯熱回收蓄熱室3處于蒸汽加熱狀態(tài)時(shí)，此側(cè)的煤氣排出 管道12處于關(guān)閉狀態(tài)，供水管道5處于打開狀態(tài)。水經(jīng)供水管道5進(jìn)入煤氣顯 熱回收蓄熱室3，并被其中的陶瓷球蓄熱體7汽化，然后向上流動(dòng)被加熱至1000 r左右，經(jīng)此側(cè)的煤氣/蒸汽出口 13進(jìn)入矩形煤炭氣化室4，與高溫煤炭發(fā)生如 下氣化反應(yīng)
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生成高熱值的水煤氣經(jīng)另一側(cè)的煤氣/蒸汽出口 13，進(jìn)入該側(cè)的煤氣顯熱回收蓄 熱室3。此時(shí)，該側(cè)煤氣顯熱回收蓄熱室3處于煤氣排出狀態(tài)，在氣化室4中被 氣化的高溫煤氣與被裂解的揮發(fā)份經(jīng)過蓄熱體7后其煤氣顯熱被回收，然后以低于13CrC通過與之相聯(lián)的爐外煤氣排出管道12、換向閥及煤氣引風(fēng)機(jī)加壓進(jìn) 入用戶管網(wǎng)。通過換向閥使兩個(gè)蓄熱室3輪番做為煤氣排出/蒸汽加熱狀態(tài)，每 l至3分鐘變換一次。蓄熱體7為陶瓷球，它除具有煤氣顯熱回收功能外，還具 有將水加熱汽化至高溫蒸汽及清除煤氣中灰塵功能，并為煤炭氣化反應(yīng)提供約 30%的熱量。每個(gè)煤氣顯熱回收蓄熱室3下部各設(shè)有一個(gè)煤氣除塵系統(tǒng)11，使用 水封方式避免煤氣的泄漏。煤氣經(jīng)陶瓷球蓄熱體7排出時(shí)，其中的灰塵被蓄熱 體7吸附，下一周供水管道5的部分水將其沖洗流入煤氣除塵系統(tǒng)。此煤炭氣 化爐產(chǎn)生的煤氣具有高熱值、無灰塵及煤焦油的顯著特點(diǎn)。陶瓷球蓄熱體7可 由煤氣除塵系統(tǒng)底部排出，經(jīng)水清洗后從煤氣顯熱回收蓄熱室3上部加入，重 復(fù)使用。矩形煤炭氣化室4下部設(shè)有一個(gè)排灰渣系統(tǒng)10，使用水封方式避免煤 氣的泄漏，同時(shí)回收灰渣的余熱。
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)水煤氣的煤炭氣化爐，其特征是矩形煤炭氣化室四周設(shè)置2組蓄熱式熱回收系統(tǒng)，兩者之間用耐火材料隔開，換向周期1至3分鐘，一組蓄熱式熱回收系統(tǒng)用于煤氣的顯熱回收，并將水加熱至高溫水蒸汽做為唯一的氣化劑，另一組用于燃燒室的煙氣余熱回收。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤炭氣化爐，其特征是矩形煤炭氣化室的煤氣出 口設(shè)在高溫區(qū)，煤氣中的揮發(fā)份及煤焦油被裂解，產(chǎn)生的煤氣潔凈，熱值高。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤炭氣化爐，其特征是矩形煤炭氣化室兩側(cè)設(shè)置 至少一對(duì)蓄熱式煤氣顯熱回收蓄熱室，蓄熱室與矩形煤炭氣化室用耐火材 料隔開，爐內(nèi)產(chǎn)生的煤氣經(jīng)高溫區(qū)出口、蓄熱室內(nèi)的陶瓷球蓄熱體、爐外 煤氣排出管道、換向閥、煤氣引風(fēng)機(jī)加壓后排出，煤氣的顯熱被回收，其 熱量用于將水加熱成高溫的水蒸氣做為氣化劑在爐內(nèi)將煤炭氣化，并提供 30%煤炭氣化所需的熱量。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤炭氣化爐，其特征是在矩形煤炭氣化室另外兩 側(cè)設(shè)有燃燒室，燃燒室與矩形煤炭氣化室用耐火材料完全隔開，通過此耐火材料的熱傳導(dǎo)，燃燒室燃燒煤氣提供70%煤炭氣化所需的熱量，并使用蓄熱式熱回收系統(tǒng)回收燃燒室廢氣的余熱預(yù)熱助燃空氣和煤氣。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤炭氣化爐，其特征是設(shè)在煤氣出口處的一對(duì)蓄 熱式煤氣顯熱回收蓄熱室除回收煤氣顯熱、將水加熱成高溫的水蒸氣外， 它還具有煤氣除塵和清除煤氣中殘存的焦油功能，其下部采用水封方式， 陶瓷球蓄熱體可從下部排出，經(jīng)清洗后重復(fù)使用。
全文摘要
一種高效煤炭氣化爐。本發(fā)明的煤炭氣化爐使用單一高溫過熱蒸汽做氣化劑將煤炭連續(xù)氣化成高熱值的水煤氣，煤氣中僅含微量的N₂、CO₂。氣化爐采用2套蓄熱式熱回收系統(tǒng)，其中一套用于煤氣的顯熱回收，另外一套用于燃燒室的煙氣余熱回收。本發(fā)明的煤炭氣化爐煤氣出口設(shè)在高溫區(qū)，煤氣中的煤焦油全部裂解。由于采用2套蓄熱式熱回收系統(tǒng)，煤氣出口溫度及燃燒室的廢氣排放溫度均低于130℃，煤炭氣化效率及系統(tǒng)熱效率均比目前公知使用的煤炭氣化爐有大幅度的提高。
文檔編號(hào)C10J3/20GK101314737SQ200710105728
公開日2008年12月3日 申請(qǐng)日期2007年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月28日
發(fā)明者侯長連 申請(qǐng)人:侯長連