煤炭共氣化方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及煤炭氣化領(lǐng)域，尤其涉及一種煤炭共氣化方法。包括如下步驟：步驟1、向氣化爐中注入燃料和第一壓力含氧氣體，并引燃所述燃料以對(duì)所述氣化爐內(nèi)部進(jìn)行升溫；步驟2、在所述升溫達(dá)到能點(diǎn)燃待注入煤粉的溫度時(shí)，停止注入所述燃料，保持所述第一壓力含氧氣體的注入，并將攜帶有所述待注入煤粉的壓力二氧化碳?xì)怏w注入所述氣化爐中以進(jìn)行粉煤氣化；步驟3、待所述粉煤氣化穩(wěn)定后，向所述氣化爐注入水煤漿和第二壓力含氧氣體以進(jìn)行共氣化。本發(fā)明提供了一種運(yùn)行穩(wěn)定的煤炭共氣化方法，該煤炭共氣化方法，在保證粉煤氣化的穩(wěn)定后構(gòu)建共氣化，從而保證了共氣化過(guò)程中的運(yùn)行穩(wěn)定，而無(wú)需面臨現(xiàn)有技術(shù)中繁瑣、費(fèi)時(shí)、難度大的調(diào)節(jié)步驟。
【專利說(shuō)明】煤炭共氣化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及煤炭氣化領(lǐng)域，尤其涉及一種煤炭共氣化方法。
【背景技術(shù)】
[0002]煤炭氣化是指在一定溫度及壓力下使煤中有機(jī)質(zhì)與氣化劑(例如氧氣)發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)，將固體煤轉(zhuǎn)化為含有CO、H2, CH4等可燃?xì)怏w和C02、N2等非可燃?xì)怏w的過(guò)程目前常見的煤炭氣化技術(shù)主要包括水煤漿氣化技術(shù)、粉煤氣化技術(shù)、生物質(zhì)氣化、以及近期仍處于技術(shù)完善狀態(tài)的多元漿料氣化技術(shù)，其中，不同相態(tài)的氣化原料的氣化方法存在明顯不同。不同相態(tài)原料的共氣化，如粉煤與水煤漿的共氣化，氣化方法更為復(fù)雜，具體步驟明顯不同于單獨(dú)的水煤漿氣化、粉煤氣化和多元漿料氣化。
[0003]CN101760244A公開了一種三相態(tài)多原料加壓煤氣化裝置及其工藝。氣化工藝包括將破碎后的原料煤、水及添加劑研磨成水煤漿，水煤漿通過(guò)混合噴嘴進(jìn)入燃燒室；將破碎后的干煤粉用高壓二氧化碳?xì)怏w輸送通過(guò)混合噴嘴進(jìn)入燃燒室，再向燃燒室注入高壓壓力氧氣。在高溫作用下，高壓壓力氧氣與水煤漿和煤粉發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成以一氧化碳及氫氣為主的合成氣(工業(yè)煤氣)。這種將多相態(tài)原料同時(shí)加入氣化爐中混合燃燒，燃燒過(guò)程極易出現(xiàn)不穩(wěn)定的現(xiàn)象，由此可能導(dǎo)致合成氣的組分不穩(wěn)定，或者導(dǎo)致合成氣品質(zhì)較低。而在出現(xiàn)上述不穩(wěn)定的現(xiàn)象的時(shí)候，需要嘗試對(duì)多種原料逐一進(jìn)行調(diào)整以獲得較為穩(wěn)定的共氣化過(guò)程，該調(diào)節(jié)步驟繁瑣、費(fèi)時(shí)、難度大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)相關(guān)技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種運(yùn)行穩(wěn)定的煤炭共氣化方法。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種煤炭共氣化方法，包括如下步驟:步驟1、向氣化爐中注入燃料和第一壓力含氧氣體，并引燃燃料以對(duì)氣化爐內(nèi)部進(jìn)行升溫；步驟2、在升溫達(dá)到能點(diǎn)燃待注入煤粉的溫度時(shí)，停止注入燃料，保持第一壓力含氧氣體的注入，并將攜帶有待注入煤粉的壓力二氧化碳?xì)怏w注入氣化爐中以進(jìn)行粉煤氣化；步驟3、待粉煤氣化穩(wěn)定后，向氣化爐注入水煤漿和第二壓力含氧氣體以進(jìn)行共氣化。
[0006]同樣的壓力含氧氣體當(dāng)“開始注入的時(shí)間”不同時(shí)，用“第一、第二壓力含氧氣體”區(qū)分。換言之，第一和第二壓力含氧氣體為相同的壓力含氧氣體，“第一和第二”僅是對(duì)上述兩個(gè)壓力含氧氣體具有不同的“開始注入的時(shí)間”的限定，而不是對(duì)其壓力或自身參數(shù)構(gòu)成的限定。第一和第二壓力含氧氣體的注入位置可以相同，也可以不同。
[0007]根據(jù)本發(fā)明，在步驟2中:注入的第一壓力含氧氣體與待注入煤粉的氧煤比，位于0.49-0.65Nm3/kg 的范圍內(nèi)。
[0008]根據(jù)本發(fā)明，在 步驟3中:注入的第二壓力含氧氣體與水煤漿的氧煤比，位于
0.54-0.70Nm3/kg 的范圍內(nèi)。
[0009]氧煤比為單位時(shí)間通過(guò)有效截面的氧氣的體積與煤炭的質(zhì)量之比，即氧氣的體積流量與煤炭的質(zhì)量流量的比，單位:Nm3/kg，上述煤炭是指壓力二氧化碳?xì)怏w所攜帶的煤粉或水煤漿中的煤炭，上述煤炭的質(zhì)量是指壓力二氧化碳?xì)怏w所攜帶的煤粉的質(zhì)量或水煤漿中的煤炭的質(zhì)量，而不計(jì)載氣或水及添加劑的質(zhì)量。
[0010]根據(jù)本發(fā)明，在步驟3中:水煤漿和第二壓力含氧氣體由設(shè)置于氣化爐側(cè)壁的第一燒嘴注入；其中，水煤漿的質(zhì)量流量大于或等于第一燒嘴的負(fù)荷的70%。
[0011]根據(jù)本發(fā)明，在步驟3中還包括如下步驟:通過(guò)在0.49-0.65Nm3/kg的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)第一壓力含氧氣體與待注入煤粉的氧煤比，和/或通過(guò)在0.54-0.70Nm3/kg的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)第二壓力含氧氣體與水煤漿的氧煤比，控制氣化爐的運(yùn)行溫度。
[0012]根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)氣化爐內(nèi)襯為水冷壁時(shí)，控制氣化爐的運(yùn)行溫度在1400-1600°C的范圍內(nèi)；當(dāng)氣化爐內(nèi)襯為耐火磚時(shí)，控制氣化爐的運(yùn)行溫度在1300-1400°C的范圍內(nèi)。
[0013]根據(jù)本發(fā)明，在步驟3中還包括如下步驟:通過(guò)等比例的增加或降低第一壓力含氧氣體中氧氣的體積流量、待注入煤粉的質(zhì)量流量、第二壓力含氧氣體中氧氣的體積流量和水煤漿中煤炭的質(zhì)量流量，控制氣化爐的運(yùn)行壓力。
[0014]根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)氣化爐內(nèi)襯為水冷壁時(shí)，控制氣化爐的運(yùn)行壓力在4.5-7.0MPa的范圍內(nèi)；當(dāng)氣化爐內(nèi)襯為耐火磚時(shí)，控制氣化爐的運(yùn)行壓力在4.5-7.0MPa的范圍內(nèi)。
[0015]根據(jù)本發(fā)明，在步驟I中:通過(guò)調(diào)節(jié)燃料和第一壓力含氧氣體的注入流量，控制升溫的速率小于或等于50° C /h。
[0016]根據(jù)本發(fā)明，能點(diǎn)燃待注入煤粉的溫度大于或等于400°C。
[0017]根據(jù)本發(fā)明，在步驟I中:第一壓力含氧氣體和燃料分別由設(shè)置于氣化爐頂部的第二燒嘴的相互隔離的通道注入氣化爐；在步驟2中:攜帶有煤粉的壓力二氧化碳?xì)怏w和第一壓力含氧氣體分別由第二燒嘴的相互隔離的通道注入氣化爐。
[0018]根據(jù)本發(fā)明，在進(jìn)行步驟2的粉煤氣化時(shí)，開啟氣化爐的黑水循環(huán)系統(tǒng)。
[0019]根據(jù)本發(fā)明，燃料為燃料油或燃料氣，第一壓力含氧氣體和第二壓力含氧氣體均為壓力氧氣；其中，當(dāng)燃料為燃料油時(shí)，燃料油經(jīng)霧化后注入氣化爐。
[0020]相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果為:
[0021]本發(fā)明的煤炭共氣化方法，首先通過(guò)向氣化爐中注入燃料和第一壓力含氧氣體并引燃燃料以對(duì)氣化爐內(nèi)部進(jìn)行升溫。然后，在升溫達(dá)到能點(diǎn)燃待注入煤粉的溫度時(shí)，停止注入燃料，保持第一壓力含氧氣體的注入，并將攜帶有待注入煤粉的壓力二氧化碳?xì)怏w注入氣化爐中以進(jìn)行粉煤氣化，即在氣化爐中煤粉和第一壓力含氧氣體中的氧氣反應(yīng)生成合成氣。待粉煤氣化穩(wěn)定后，向氣化爐注入水煤漿和第二壓力含氧氣體以進(jìn)行共氣化，即此時(shí)，在氣化爐中時(shí)進(jìn)行對(duì)煤粉的氣化以及對(duì)水煤漿的氣化，由此構(gòu)成了煤炭的共氣化。該煤炭共氣化方法，在保證粉煤氣化的穩(wěn)定后構(gòu)建共氣化，保證了共氣化過(guò)程中的運(yùn)行穩(wěn)定，無(wú)需面臨現(xiàn)有技術(shù)中繁瑣、費(fèi)時(shí)、難度大的調(diào)節(jié)步驟。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1本發(fā)明的煤炭共氣化方法的一個(gè)實(shí)施例在應(yīng)用過(guò)程中的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明【具體實(shí)施方式】進(jìn)行描述。[0024]參照?qǐng)D1，示意出應(yīng)用本發(fā)明的煤炭共氣化方法的一個(gè)實(shí)施例的氣化爐。其中，本實(shí)施例中，氣化爐的內(nèi)襯為水冷壁。在氣化爐的側(cè)壁設(shè)置第一燒嘴1，在氣化爐的頂部設(shè)置第二燒嘴2。第一壓力含氧氣體注入管線3和第一管路4與第二燒嘴2連通，第二壓力含氧氣體注入管線5和第二管路6與第一燒嘴I連通。并且在本實(shí)施例中，氣化爐具有第一腔室8和與第一腔室8連通的第二腔室9,第一腔室8相對(duì)于第二腔室9靠近氣化爐的頂部，并且第一燒嘴I設(shè)置在氣化爐的第一腔室8的側(cè)壁上與第一腔室8連通。在利用此氣化爐進(jìn)行煤炭共氣化的時(shí)候，在第一腔室8進(jìn)行煤炭的共氣化，氣化過(guò)程中產(chǎn)生的氣體由設(shè)置于氣化爐的第一腔室8的側(cè)壁上的第三管路7排出，氣化產(chǎn)生的煤灰進(jìn)入第二腔室9。在本實(shí)施例中，在第二腔室9的側(cè)壁上連通有第四管路10和第五管路11，該兩個(gè)管路的一端均與第二腔室9的內(nèi)部連通，另一端均與氣化爐的黑水循環(huán)系統(tǒng)連通。
[0025]繼續(xù)參照?qǐng)D1，將本發(fā)明的煤炭共氣化方法應(yīng)用于上述氣化爐的步驟包括:步驟
1、向氣化爐中注入燃料和第一壓力含氧氣體，并引燃燃料以對(duì)氣化爐內(nèi)部進(jìn)行升溫；步驟
2、在升溫達(dá)到能點(diǎn)燃待注入煤粉的溫度時(shí)，停止注入燃料，保持第一壓力含氧氣體的注入，并將攜帶有待注入煤粉的壓力二氧化碳?xì)怏w注入氣化爐中以進(jìn)行粉煤氣化；步驟3、待粉煤氣化穩(wěn)定后，向氣化爐注入水煤漿和第二壓力含氧氣體以進(jìn)行共氣化。
[0026]上述煤炭共氣化方法，先在氣化爐中建立穩(wěn)定的粉煤氣化后再進(jìn)行共氣化，保證了共氣化過(guò)程中的氣化爐的運(yùn)行穩(wěn)定，并無(wú)需面臨現(xiàn)有技術(shù)中繁瑣、費(fèi)時(shí)、難度大的調(diào)節(jié)步驟。
[0027]進(jìn)一步參照?qǐng)D1，在本實(shí)施例中，上述步驟I具體實(shí)施為:
[0028]在氣化爐頂部設(shè)置第二燒嘴2，通過(guò)第二燒嘴2同時(shí)注入第一壓力含氧氣體和燃料，并且第一壓力含氧氣體和燃料分別由第二燒嘴的相互隔離的通道注入氣化爐，即第一壓力含氧氣體和燃料在注入到氣化爐內(nèi)部之前并不混合。在電火花或明火的引燃下，燃料在氣化爐中被點(diǎn)燃并燃燒，從而對(duì)氣化爐進(jìn)行升溫。在本實(shí)施例中第一壓力含氧氣體為壓力氧氣，并且該壓力氧氣的壓力位于6.5-7.5MPa的范圍內(nèi)，燃料為液化石油氣。當(dāng)然，第一壓力含氧氣體可為加壓的其它含有氧氣的氣體，如加壓的水蒸氣氧氣混合氣體或者加壓的二氧化碳?xì)庋鯕饣旌蠚怏w，其中，“加壓的”意為大于相應(yīng)的氣體在常壓狀態(tài)下的壓力。而燃料可為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的燃料油或燃料氣。并且，經(jīng)過(guò)第二燒嘴2，燃料油霧化后進(jìn)入氣化爐。
[0029]此外，在步驟I中的升溫過(guò)程中，通過(guò)調(diào)節(jié)燃料和第一壓力含氧氣體的注入流量，控制升溫的速率小于或等于50°C /h?？衫斫猓?dāng)升溫的速率大于50°C /h時(shí)，減小燃料和第一壓力含氧氣體的注入流量，以使單位時(shí)間內(nèi)在氣化爐中燃燒的燃料變少，從而降低了單位時(shí)間燃燒的放熱，進(jìn)而減慢氣化爐的升溫速率。其中，第一壓力含氧氣體和燃料的注入流量可選地為其注入時(shí)的體積流量。當(dāng)然，根據(jù)在實(shí)際生產(chǎn)中所使用的燃料的不同，可選擇以質(zhì)量流量或體積流量進(jìn)行操作。
[0030]另外，在為氣化爐升溫的過(guò)程中，氣化爐中燃料燃燒產(chǎn)生的煙氣由第三管路7排放至火炬，其中本發(fā)明使用的火炬是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的火炬，其是化工廠重要的安全和環(huán)保設(shè)施，主要用于處理生產(chǎn)裝置開停工、非正常生產(chǎn)及緊急狀態(tài)下無(wú)法進(jìn)行有效回收的可燃?xì)怏w。
[0031 ] 在本實(shí)施例中，上述步驟2具體實(shí)施為:[0032]在氣化爐的升溫達(dá)到能點(diǎn)燃待注入煤粉的溫度(在本實(shí)施例中，該能點(diǎn)燃待注入煤粉的溫度大于或等于400°C)時(shí)，停止由第二燒嘴2注入燃料，同時(shí)保持第一壓力含氧氣體由第二燒嘴2持續(xù)注入，并將攜帶有待注入煤粉的壓力二氧化碳?xì)怏w由第二燒嘴2注入氣化爐中。即將由第二燒嘴2注入的燃料替換為攜帶有待注入煤粉的壓力二氧化碳?xì)怏w?？衫斫猓绢I(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)使用的煤粉的特性，在大于或等于400°C的溫度范圍內(nèi)確定能點(diǎn)燃該煤粉的溫度，也可理解，氣化爐的升溫目的為將氣化爐內(nèi)部的溫度提升至能夠燃燒待注入的煤粉的溫度，即提升至能夠確保煤粉燃燒的溫度而無(wú)需提高至過(guò)高的溫度。其中，壓力二氧化碳?xì)怏w的壓力大于6MPa。此外，注入到氣化爐內(nèi)部之前的煤粉理解為待注入煤粉，本發(fā)明所提及的“煤粉”若為尚未注入到氣化爐中，并且在后續(xù)步驟中將要注入到氣化爐中，則為“待注入煤粉”。
[0033]進(jìn)一步，當(dāng)將上述燃料切換為攜帶有待注入煤粉的壓力二氧化碳?xì)怏w時(shí)，其中注入的第一壓力含氧氣體與待注入煤粉的氧煤比位于0.49-0.65Nm3/kg的范圍內(nèi)。即，注入的第一壓力含氧氣體中的氧氣的體積流量(體積單位為Nm3)與同時(shí)注入的待注入煤粉的質(zhì)量流量(質(zhì)量單位為kg)的比，位于0.49-0.65Nm3/kg的范圍內(nèi)。在本實(shí)施例中，第一壓力含氧氣體為壓力氧氣，故，第一壓力含氧氣體中的氧氣的體積流量即為壓力氧氣的體積流量。當(dāng)然，在其它可選的實(shí)施例中，例如第一壓力含氧氣體為加壓的水蒸氣和純氧的混合氣體時(shí)，第一壓力含氧氣體中的氧氣的體積流量即為加壓混合氣體中的氧氣的體積流量。
[0034]通過(guò)步驟2的上述步驟，煤粉在氣化爐內(nèi)部發(fā)生粉煤氣化反應(yīng)?？蛇x地，氣化爐內(nèi)部開始發(fā)生粉煤氣化反應(yīng)時(shí)，開啟黑水循環(huán)系統(tǒng)。具體地，在第一腔室8中進(jìn)行粉煤氣化的過(guò)程中，會(huì)有氣化后的煤灰進(jìn)入第二腔室9中，通過(guò)由第四管路10向第二腔室9內(nèi)輸送水，該輸送入第二腔室9內(nèi)的水與煤灰混合(即形成了“黑水”)，并由第五管路11排出帶有煤灰的水，從而實(shí)現(xiàn)了將第二腔室9中的煤灰?guī)С?。而通過(guò)第五管路11排出的帶有煤灰的水經(jīng)過(guò)黑水循環(huán)系統(tǒng)，將煤灰濾除并循環(huán)使用上述水。此外，在粉煤氣化的過(guò)程中，將產(chǎn)生的合成氣由第三管路7排出。并且，檢測(cè)排出的合成氣是否合格，若合格，將合成氣輸送至下游凈化程序，若不合格，將合成氣經(jīng)引至火炬。例如，利用氣化爐內(nèi)部和外部的壓差，將合成氣抽出。當(dāng)然，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)的不同需求，判斷合成氣是否合格的標(biāo)準(zhǔn)略有差異。本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)的需要，檢測(cè)并判斷合成氣是否合格。
[0035]可選地，在進(jìn)行粉煤氣化的過(guò)程中，通過(guò)在0.49-0.65Nm3/kg的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)第一壓力含氧氣體與待注入煤粉的氧煤比，調(diào)節(jié)粉煤氣化產(chǎn)生的合成氣的組分以及氣化爐內(nèi)的運(yùn)行溫度，同時(shí)，在維持上述氧煤比恒定的情況下，通過(guò)調(diào)節(jié)第一壓力含氧氣體中氧氣的體積流量和待注入煤粉的質(zhì)量流量來(lái)調(diào)節(jié)氣化爐內(nèi)的運(yùn)行壓力，從而使得粉煤氣化逐漸穩(wěn)定。其中，調(diào)節(jié)第一壓力含氧氣體中氧氣的體積流量和待注入煤粉的質(zhì)量流量的方法會(huì)在下面詳述。
[0036]此外，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，判斷粉煤氣化是否穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)實(shí)際的生產(chǎn)需要各有不同，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要判斷粉煤氣化是否穩(wěn)定，例如，檢測(cè)由第三管路7排出的合成氣的組分，若合成氣的有效組分(CO、H2、CH4)穩(wěn)定,或合成氣中某一個(gè)(CO或H2)或某幾個(gè)組分(CO和H2)的含量符合要求，則為粉煤氣化穩(wěn)定。可選地，當(dāng)合成氣中氫氣、一氧化碳和甲烷的總體積百分含量(即三者的總體積占產(chǎn)生的合成氣的體積的百分比)在75%~95%的范圍內(nèi)變化,或當(dāng)合成氣中氫氣、一氧化碳或甲燒的體積百分含量(即三者各自的體積占合成氣體積的百分比)波動(dòng)幅度在20%以下，則為合成氣的有效組分(CO、H2、CH4)穩(wěn)定，也即粉煤氣化穩(wěn)定。此外可選地，H2的體積含量(即H2的體積占合成氣體積的百分比)大于或等于20%、和/或CO的體積含量(即CO的體積占合成氣體積的百分比)大于或等于50%時(shí)，則為合成氣中某一個(gè)(CO或H2)或某幾個(gè)組分(CO和H2)的含量符合要求，也即粉煤氣化穩(wěn)定。當(dāng)然，上述僅為實(shí)例，其中的數(shù)值可根據(jù)具體的生產(chǎn)需要設(shè)定，本發(fā)明不局限于此。
[0037]另外，在本實(shí)施例中，優(yōu)選地，第二燒嘴2的結(jié)構(gòu)為一種組合式多噴嘴可燃粉體燃燒器。該燃燒器包括:位于中心的點(diǎn)火燒嘴，和沿圓周方向均勻設(shè)置在點(diǎn)火燒嘴外圍的多個(gè)工藝燒嘴。
[0038]其中，點(diǎn)火燒嘴包括:位于點(diǎn)火燒嘴中心的燃料氣通道，以及設(shè)置在燃料氣通道前端的點(diǎn)火裝置(點(diǎn)火棒)，設(shè)置在燃料氣通道外側(cè)的環(huán)形的第一氧氣通道，燃料氣通道和氧氣通道之間還設(shè)有第一冷卻夾套，氧氣通道外設(shè)有第二冷卻夾套。第一壓力含氧氣體注入管線3與第一氧氣通道連通，由此第一壓力含氧氣體通過(guò)第一壓力含氧氣體注入管線3和第一氧氣通道注入氣化爐中，燃料通過(guò)燃料氣通道注入到氣化爐中，以實(shí)現(xiàn)第一壓力含氧氣體和燃料分別由第二燒嘴的相互隔離的通道注入氣化爐。
[0039]其中，每個(gè)工藝燒嘴包括:位于工藝燒嘴中心的煤粉通道，設(shè)置在煤粉通道外側(cè)的環(huán)形第二氧氣通道，在第二氧氣通道外設(shè)置第三冷卻夾套。第一壓力含氧氣體注入管線3與第二氧氣通道連通。第一管路4與煤粉通道連通，在步驟2中，第一壓力含氧氣體由第一壓力含氧氣體注入管線3和第二氧氣通道注入到氣化爐中，攜帶有待注入煤粉的壓力二氧化碳?xì)怏w由第一管路4和煤粉通道注入到氣化爐中，由此實(shí)現(xiàn)攜帶有煤粉的壓力二氧化碳?xì)怏w和第一壓力含氧氣體分別由第二燒嘴的相互隔離的通道注入氣化爐。
[0040]上述第一、第二和第三冷卻夾套結(jié)尾雙層結(jié)構(gòu)，包括內(nèi)層和外層，冷卻介質(zhì)從內(nèi)層進(jìn)入并從外層排出。優(yōu)選點(diǎn)火裝置是可移動(dòng)的，再點(diǎn)燃煤粉后可以撤出，燃料氣通道在完成點(diǎn)火后可以通入煤粉，即將燃料氣通道用作煤粉通道。在應(yīng)用具有上述結(jié)構(gòu)的第二燒嘴時(shí)，當(dāng)將停止燃料注入的時(shí)候，將第一壓力含氧氣體的注入由第一氧氣通道轉(zhuǎn)化為第二氧氣通道。當(dāng)然，若在第一氧氣通道和第二氧氣通道為同一通道的其他可選的實(shí)施例中，不做上述轉(zhuǎn)化。并且可理解，在本發(fā)明步驟2中的“保持第一壓力含氧氣體的注入”，既可以為嚴(yán)格意義上的保持第一壓力含氧氣體在時(shí)間上不間斷地持續(xù)注入氣化爐，也可具有短暫的間隔，只要保證攜帶有待注入煤粉的壓力二氧化碳?xì)怏w在注入到氣化爐中時(shí)，氣化爐的運(yùn)行溫度能夠達(dá)到煤粉的燃點(diǎn)并且具有足夠的使煤粉燃燒的氧氣即可。而在燃料氣通道和煤粉通道為同一通道的其他實(shí)施例中，燃料和攜帶有煤粉的壓力二氧化碳?xì)怏w均有第一管路4和該同一通道注入。
[0041]此外，上述結(jié)構(gòu)可參照現(xiàn)有技術(shù)CN101446413A公開的結(jié)構(gòu)，但不局限于此。當(dāng)然，第二燒嘴2也可僅為上述點(diǎn)火燒嘴或上述工藝燒嘴。
[0042]另外，第二燒嘴與氣化爐爐體通過(guò)法蘭盤固定。
[0043]在本實(shí)施例中，上述步驟3具體實(shí)施為:
[0044]粉煤氣化穩(wěn)定后，通過(guò)第一燒嘴I注入第二壓力含氧氣體和水煤衆(zhòng)。具體地，第一燒嘴I設(shè)置于氣化爐的側(cè)壁?？蛇x地，第一燒嘴I的結(jié)構(gòu)為一系列同心管噴頭，內(nèi)噴頭為中心氧流道，內(nèi)噴頭的外壁與中噴頭的內(nèi)壁形成環(huán)隙通道為水煤漿流道，內(nèi)噴頭的端面與中噴頭的端面錯(cuò)開一段距離形成預(yù)混合腔，使得氧氣和水煤漿在此可以混合，中噴頭的外壁與外噴頭的內(nèi)壁構(gòu)成的環(huán)隙通道為外氧流道，中噴頭的端面與外噴頭的端面基本平齊，外噴頭的外表面有冷卻水盤管給整個(gè)燒嘴降溫。第二壓力含氧氣體注入管線5與中心氧流道和外氧流道連通，第二管路6與水煤漿流道連通，水煤漿經(jīng)第二管路6注入到水煤漿流道。上述結(jié)構(gòu)可參照現(xiàn)有技術(shù)CN103013574A公開的結(jié)構(gòu)，但不局限于此。在可選地其他實(shí)施例中，也可僅具有一個(gè)用于注入第二壓力含氧氣體的通道，和一個(gè)用于注入水煤漿的通道。此外，第一燒嘴與氣化爐爐體通過(guò)法蘭盤固定。
[0045]在本實(shí)施例中，第二壓力含氧氣體與第一壓力含氧氣體是相同的壓力含氧氣體，即為壓力氧氣。
[0046]此外，在粉煤氣化穩(wěn)定后，開始注入水煤漿和第二壓力含氧氣體時(shí)，第二壓力含氧氣體與水煤衆(zhòng)的氧煤比位于0.54-0.70Nm3/kg的范圍內(nèi)。換言之，在粉煤氣化穩(wěn)定后，開始同時(shí)注入的水煤漿和第二壓力含氧氣體，此時(shí)注入的第二壓力含氧氣體中的氧氣的體積流量(體積單位為Nm3)與水煤漿中的煤炭的質(zhì)量流量(質(zhì)量單位為kg)的比，位于
0.54-0.70Nm3/kg 的范圍內(nèi)。[0047]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，同樣的壓力含氧氣體，當(dāng)“開始注入的時(shí)間”不同時(shí)用“第一和第二壓力含氧氣體”區(qū)分。換言之，第一壓力含氧氣體和第二壓力含氧氣體為相同的壓力含氧氣體，“第一和第二”僅是對(duì)上述兩個(gè)壓力含氧氣體具有不同的“開始注入的時(shí)間”的限定，而不是對(duì)其壓力或自身參數(shù)構(gòu)成的限定。第一壓力含氧氣體和第二壓力含氧氣體的注入位置優(yōu)選地可以不同，而且同一注入位置可以采用相同或不同注入設(shè)備。
[0048]此外，在水煤漿的注入過(guò)程中，保證水煤漿的質(zhì)量流量大于或等于第一燒嘴I的負(fù)荷的70%。其中，第一燒嘴I的負(fù)荷為該燒嘴中流過(guò)液體的最佳流量值，而該最佳流量值為燒嘴在出廠時(shí)已知的。
[0049]至此，煤粉、水煤漿經(jīng)第一壓力含氧氣體和第二壓力含氧氣體的供氧以及與壓力二氧化碳的反應(yīng)，在氣化爐中進(jìn)行共氣化，生成以一氧化碳和氫氣為主的合成氣。該合成氣由第三管路7排出。
[0050]在上述共氣化的過(guò)程中，通過(guò)在0.49-0.65Nm3/kg的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)第一壓力含氧氣體與待注入煤粉的氧煤比，和/或通過(guò)在0.54-0.70Nm3/kg的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)第二壓力含氧氣體與水煤漿的氧煤比，控制氣化爐的運(yùn)行溫度在1400-1600°C的范圍內(nèi)。
[0051]具體地，若氣化爐的運(yùn)行溫度(即氣化爐的第一腔室8內(nèi)的溫度)低于1400°C時(shí)，通過(guò)提高第一壓力含氧氣體與待注入煤粉的氧煤比(例如，增加第一壓力含氧氣體中氧氣的體積流量和/或減少待注入煤粉的質(zhì)量流量)，和/或提高第二壓力含氧氣體與水煤漿的氧煤比(例如，增加第二壓力含氧氣體中氧氣的體積流量和/或減少水煤漿中煤炭的質(zhì)量流量)，促進(jìn)氣化爐內(nèi)的煤粉和水煤漿的燃燒，從而提高氣化爐的運(yùn)行溫度。若氣化爐的運(yùn)行溫度高于1600°C時(shí)，通過(guò)降低第一壓力含氧氣體與待注入煤粉的氧煤比(例如，減小第一壓力含氧氣體中氧氣的體積流量和/或增加煤粉的質(zhì)量流量)，和/或第二壓力含氧氣體與水煤漿的氧煤比(例如，減小第二壓力含氧氣體中氧氣的體積流量和/或增加水煤漿中煤炭的質(zhì)量流量)，減弱氣化爐內(nèi)的煤粉和水煤漿的燃燒，并且水煤漿中的水相對(duì)具有降溫作用，進(jìn)而降低氣化爐的運(yùn)行溫度。
[0052]此外，在本實(shí)施例的步驟3中還包括如下對(duì)氣化爐的運(yùn)行壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)的步驟，并優(yōu)選地，控制氣化爐的運(yùn)行壓力在4.5-7.0MPa的范圍內(nèi)。
[0053]通過(guò)等比例的增加或降低第一壓力含氧氣體中氧氣的體積流量、待注入煤粉的質(zhì)量流量、第二壓力含氧氣體中氧氣的體積流量和水煤漿中煤炭的質(zhì)量流量，控制氣化爐的運(yùn)行壓力。
[0054]其中，可理解，改變第一壓力含氧氣體和第二壓力含氧氣體中氧氣的體積流量的方法至少有如下三種:第一種，維持壓力含氧氣體的體積流量恒定，而改變其中的氧氣的體積含量，從而改變氧氣的體積流量。第二種，維持壓力含氧氣體中的氧氣的體積含量不變，而改變壓力含氧氣體的體積流量，從而改變氧氣的體積流量。第三種為前兩種的組合。同理，改變待注入煤粉的質(zhì)量流量的方法至少有如下三種:第一種，維持?jǐn)y帶待注入煤粉的壓力二氧化碳?xì)怏w的體積流量恒定，而改變其中的待注入的煤粉的含量(單位體積內(nèi)的壓力二氧化碳?xì)怏w所攜帶的煤粉的質(zhì)量)，從而改變注入到氣化爐中的待注入的煤粉的質(zhì)量流量。第二種，維持壓力二氧化碳?xì)怏w中的煤粉的含量不變，而改變壓力二氧化碳注入到氣化爐中的體積流量，從而煤粉的質(zhì)量流量。第三種為前兩種的組合。當(dāng)然，改變水煤漿中煤炭的質(zhì)量流量的方法至少有如下三種:第一種，維持水煤漿的體積流量恒定，而改變其中的煤炭的含量(單位體積內(nèi)的水煤漿所攜帶的煤炭的質(zhì)量)，從而改變注入到氣化爐中的煤炭的質(zhì)量流量。第二種，維持水煤漿中的煤炭的含量不變，而改變水煤漿注入到氣化爐中的體積流量，從而煤炭的質(zhì)量流量。第三種為前兩種的組合。而無(wú)論選擇上述哪種方式進(jìn)行調(diào)節(jié)，只要可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)注入到氣化爐中的第一壓力含氧氣體中氧氣的體積流量、待注入煤粉的質(zhì)量流量、第二壓力含氧氣體中氧氣的體積流量和水煤漿中煤炭的質(zhì)量流量是等比例增大或減少的即可。上述描述的調(diào)節(jié)方法，同樣適用于上述粉煤氣化的過(guò)程中調(diào)節(jié)氣化爐的運(yùn)行溫度和壓力，以及上述在步驟3中調(diào)節(jié)氣化爐的運(yùn)行溫度的步驟。
[0055]具體地，在本實(shí)施例中，當(dāng)氣化爐的運(yùn)行壓力(第一腔室8內(nèi)的壓力)低于4.5MPa時(shí)，等比例地增大第一壓力含氧氣體中的氧氣的體積流量、待注入煤粉的質(zhì)量流量、第二壓力含氧氣體中氧氣的體積流量以及水煤漿中煤炭的質(zhì)量流量。例如，由第二燒嘴注入的第一壓力含氧氣體中氧氣的體積流量和煤粉的質(zhì)量流量均提高5%，由第一燒嘴注入的第二壓力含氧氣體中的氧氣和水煤漿中的煤炭的質(zhì)量流量也都提高5%，使得增大了注入到氣化爐中的氧氣和煤(煤粉和煤炭)的注入量(體積流量或質(zhì)量流量)，氣化爐中的合成氣的產(chǎn)量增加，由此增大了氣化爐的運(yùn)行壓力。并且，在上述調(diào)節(jié)過(guò)程中，第一壓力含氧氣體中的氧氣的體積流量與待注入的煤粉的質(zhì)量流量的比(即氧煤比)是恒定的，同時(shí)第二壓力含氧氣體中的氧氣的體積流量與水煤漿中的煤炭的質(zhì)量流量的比(即氧煤比)是恒定的。從而在調(diào)節(jié)氣化爐運(yùn)行壓力的過(guò)程中，降低了對(duì)氣化爐的運(yùn)行溫度的影響。
[0056]反之，當(dāng)氣化爐的運(yùn)行壓力高于7.0MPa時(shí)，等比例地減小第一壓力含氧氣體中氧氣的體積流量、待注入煤粉的質(zhì)量流量、第二壓力含氧氣體中氧氣的體積流量以及水煤漿中煤炭的質(zhì)量流量，從而減少合成氣的產(chǎn)量，進(jìn)而降低氣化爐的運(yùn)行壓力。
[0057]可理解，在上述實(shí)施例中，在單位體積的第一、第二壓力含氧氣體中的氧氣的含量不變的情況下，增加第一、第二壓力含氧氣體中氧氣的體積流量可通過(guò)增加第一、第二壓力含氧氣體的體積流量實(shí)現(xiàn)，反之亦然。而在單位體積的攜帶有煤粉的壓力二氧化碳中的煤粉的質(zhì)量含量不變時(shí)， 減少煤粉的質(zhì)量流量可通過(guò)減少攜帶有煤粉的壓力二氧化碳的體積流量實(shí)現(xiàn)，反之亦然。在單位體積的水煤漿中的煤炭的質(zhì)量含量不變的情況下，增大水煤漿中的煤炭的質(zhì)量流量可通過(guò)增大水煤漿的體積流量實(shí)現(xiàn)，反之亦然。當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員可同時(shí)實(shí)現(xiàn)上述壓力和溫度的控制。即，交替地通過(guò)調(diào)節(jié)氧煤比和等比例的調(diào)節(jié)上述注入量，來(lái)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)地溫度和壓力的控制。
[0058]可選地，也可通過(guò)關(guān)小第三管路7的過(guò)氣量，進(jìn)而提高氣化爐的運(yùn)行壓力。反之，通過(guò)開大第三管路7的過(guò)氣量，進(jìn)而減小氣化爐的運(yùn)行壓力
[0059]進(jìn)一步，在本實(shí)施例中使用壓力二氧化碳?xì)怏w攜帶煤粉注入，一方面二氧化碳參與共氣化反應(yīng)可提高合成氣有效組分的含量，另一方面避免合成氣中具有雜質(zhì)氣體而使后續(xù)工藝復(fù)雜化。
[0060]另外，第一燒嘴I和第二燒嘴2的位置不局限于上述實(shí)施例，二者可位于氣化爐的任意位置，只要不影響在氣化爐內(nèi)建立共氣化即可。而在本實(shí)施例中，通過(guò)第二燒嘴2的自動(dòng)點(diǎn)火方式(通過(guò)電極發(fā)出高壓點(diǎn)燃可燃?xì)怏w)或人工點(diǎn)火方式(用明火點(diǎn)燃可燃?xì)怏w)點(diǎn)燃燃料。當(dāng)然，不局限于此，可通過(guò)在爐頂設(shè)置的噴嘴將第一壓力含氧氣體和燃料引入，而通過(guò)其它本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的方法點(diǎn)燃?xì)饣癄t中的燃料。此外，燃料、第一壓力含氧氣體和后續(xù)煤粉的注入可通過(guò)不同的裝置，不限于上述僅通過(guò)同一燒嘴或噴嘴。同樣，水煤漿和第二壓力含氧氣體也可通過(guò)噴嘴注入，區(qū)別于本實(shí)施例中的燒嘴，并且水煤漿和第二壓力含氧氣體的注入可通過(guò)不同的裝置，不限于上述僅通過(guò)同一燒嘴或噴嘴。此外，可設(shè)置多個(gè)粉煤燒嘴和爐側(cè)燒嘴，而上述涉及的體積流量和質(zhì)量流量為各燒嘴進(jìn)入的相應(yīng)物質(zhì)的體積流量或質(zhì)量流量之和。例如，當(dāng)設(shè)置有兩個(gè)爐側(cè)燒嘴時(shí)，第二壓力含氧氣體中氧氣的體積流量為由兩個(gè)爐側(cè)燒嘴進(jìn)入的第二壓力含氧氣體中的氧氣的體積流量之和。
[0061]在本發(fā)明的煤炭共氣化的第二個(gè)實(shí)施例中，氣化爐內(nèi)襯為耐火磚，在步驟3中，通過(guò)在0.49-0.65Nm3/kg的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)第一壓力含氧氣體與待注入煤粉的氧煤比，和/或通過(guò)在0.54-0.70Nm3/kg的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)第二壓力含氧氣體與水煤漿的氧煤比，控制氣化爐的運(yùn)行溫度在1300-1400°C的范圍內(nèi)。此外，控制氣化爐的運(yùn)行壓力在4.5-7.0MPa的范圍內(nèi)(方法與第一個(gè)實(shí)施例相同)。其余步驟與上述第一個(gè)實(shí)施例相同，不再贅述。
[0062]綜上，本發(fā)明公開的上述步驟，更有利于氣化爐的溫度和壓力的控制，操作過(guò)程簡(jiǎn)單、運(yùn)行穩(wěn)定、投產(chǎn)快、安全性高。
[0063]以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種煤炭共氣化方法，包括如下步驟: 步驟1、向氣化爐中注入燃料和第一壓力含氧氣體，并引燃所述燃料以對(duì)所述氣化爐內(nèi)部進(jìn)行升溫； 步驟2、在所述升溫達(dá)到能點(diǎn)燃待注入煤粉的溫度時(shí)，停止注入所述燃料，保持所述第一壓力含氧氣體的注入，并將攜帶有所述待注入煤粉的壓力二氧化碳?xì)怏w注入所述氣化爐中以進(jìn)行粉煤氣化； 步驟3、待所述粉煤氣化穩(wěn)定后，向所述氣化爐注入水煤漿和第二壓力含氧氣體以進(jìn)行共氣化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤炭共氣化方法，其特征在于， 在所述步驟2中:注入的所述第一壓力含氧氣體與所述待注入煤粉的氧煤比，位于0.49-0.65Nm3/kg 的范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤炭共氣化方法，其特征在于， 在所述步驟3中:注入的所述第二壓力含氧氣體與所述水煤漿的氧煤比，位于0.54-0.70Nm3/kg 的范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤炭共氣化方法，其特征在于， 在所述步驟3中:所述水煤漿和所述第二壓力含氧氣體由設(shè)置于所述氣化爐側(cè)壁的第一燒嘴注入； 其中，所述水煤漿的質(zhì)量流量大于或等于所述第一燒嘴的負(fù)荷的70%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的煤炭共氣化方法，其特征在于， 在所述步驟3中還包括如下步驟: 通過(guò)在0.49-0.65Nm3/kg的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)所述第一壓力含氧氣體與所述待注入煤粉的氧煤比，和/或通過(guò)在0.54-0.70Nm3/kg的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)所述第二壓力含氧氣體與所述水煤漿的氧煤比，控制所述氣化爐的運(yùn)行溫度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的煤炭共氣化方法，其特征在于， 當(dāng)所述氣化爐內(nèi)襯為水冷壁時(shí)，控制所述氣化爐的運(yùn)行溫度在1400-1600 °C的范圍內(nèi)； 當(dāng)所述氣化爐內(nèi)襯為耐火磚時(shí)，控制所述氣化爐的運(yùn)行溫度在1300-1400°C的范圍內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的煤炭共氣化方法，其特征在于， 在所述步驟3中還包括如下步驟: 通過(guò)等比例的增加或降低所述第一壓力含氧氣體中氧氣的體積流量、所述待注入煤粉的質(zhì)量流量、所述第二壓力含氧氣體中氧氣的體積流量和所述水煤漿中煤炭的質(zhì)量流量，控制所述氣化爐的運(yùn)行壓力。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的煤炭共氣化方法，其特征在于， 當(dāng)所述氣化爐內(nèi)襯為水冷壁時(shí)，控制所述氣化爐的運(yùn)行壓力在4.5-7.0MPa的范圍內(nèi)； 當(dāng)所述氣化爐內(nèi)襯為耐火磚時(shí)，控制氣化爐的運(yùn)行壓力在4.5-7.0MPa的范圍內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤炭共氣化方法，其特征在于， 在所述步驟1中: 通過(guò)調(diào)節(jié)所述燃料和所述第一壓力含氧氣體的注入流量，控制所述升溫的速率小于或等于 500C /h。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤炭共氣化方法，其特征在于， 所述能點(diǎn)燃待注入煤粉的溫度大于或等于400°c。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤炭共氣化方法，其特征在于， 在所述步驟I中:所述第一壓力含氧氣體和所述燃料分別由設(shè)置于所述氣化爐頂部的第二燒嘴的相互隔離的通道注入所述氣化爐； 在所述步驟2中:所述攜帶有煤粉的壓力二氧化碳?xì)怏w和所述第一壓力含氧氣體分別由所述第二燒嘴的相互隔離的通道注入所述氣化爐。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤炭共氣化方法，其特征在于， 在進(jìn)行所述步驟2的所述粉煤氣化時(shí)，開啟所述氣化爐的黑水循環(huán)系統(tǒng)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤炭共氣化方法，其特征在于， 所述燃料為燃料油或燃料氣，所述第一壓力含氧氣體和所述第二壓力含氧氣體均為壓力氧氣； 其中，當(dāng)所述燃料為燃料油時(shí)，所述燃料油經(jīng)霧化后注入所述氣化爐。
【文檔編號(hào)】C10J3/46GK103897739SQ201410150177
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2014年4月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月15日
【發(fā)明者】陳 峰, 潘霞 申請(qǐng)人:新奧氣化采煤有限公司