煤气发生炉及煤气制备方法技术领域

《煤气发生炉及煤气制备方法》涉及一种煤气发生炉及煤气制备方法，尤其涉及一种流化床煤气发生炉及采用该设备制备煤气的方法。

图1为2010年2月以前的技术中一种煤气发生炉的结构示意图；

图2为《煤气发生炉及煤气制备方法》煤气发生炉具体实施例的结构示意图；

图3为《煤气发生炉及煤气制备方法》煤气制备方法具体实施例的流程图。

图中：10-炉膛、20-还原区、30-导气区、40-填充结构、100-炉体、110-粉煤入口、120-第一进气口130-第二进气口、140-导气口、150-细粉煤入口、200-旋风分离器

煤气发生炉及煤气制备方法专利目的

《煤气发生炉及煤气制备方法》的目的是提供一种煤气发生炉及煤气制备方法，以促进煤气发生炉内反应的有效进行，提高煤气生产效率。

煤气发生炉及煤气制备方法技术方案

《煤气发生炉及煤气制备方法》实施例提供了一种煤气发生炉，在炉体壁内从下至上依次包括炉膛、还原区和导气区，所述炉膛壁面上设置有粉煤入口，所述还原区壁面上设置有第二进气口，其特征在于：在所述还原区壁面上或所述还原区与所述炉膛交界的壁面上还设置有细粉煤入口。如上所述的煤气发生炉，优选的是所述细粉煤入口的数量为多个，周向均匀布设在炉体壁面上。如上所述的煤气发生炉，优选的是所述细粉煤入口具体为喷枪结构。如上所述的煤气发生炉，优选的是所述粉煤入口通入的粉煤颗粒的粒径小于或等于10毫米，所述细粉煤入口通入的细粉煤颗粒的粒径小于或等于0.3毫米。为实现上述目的，《煤气发生炉及煤气制备方法》实施例还提供了一种煤气制备方法，包括：向煤气发生炉内通入粉煤颗粒和气化剂进行燃烧；向煤气发生炉内通入细粉煤颗粒，所述煤气发生炉内的物质反应以获得一氧化碳和氢气。如上所述的煤气制备方法，优选的是通入的所述粉煤颗粒的粒径小于或等于10毫米，通入的所述细粉煤颗粒的粒径小于或等于0.3毫米。如上所述的煤气制备方法，优选的是还包括：在细粉煤颗粒通入位置的上方向煤气发生炉内通入水蒸气或气化剂。如上所述的煤气制备方法，优选的是向煤气发生炉内通入细粉煤颗粒的步骤具体为：以脉冲方式间隔向煤气发生炉内喷入细粉煤颗粒。如上所述的煤气制备方法，优选的是向煤气发生炉内通入细粉煤颗粒的步骤具体为：向煤气发生炉内连续喷入细粉煤颗粒。

煤气发生炉及煤气制备方法改善效果

《煤气发生炉及煤气制备方法》采用在煤气发生炉上增设细粉煤入口，以便在还原制备一氧化碳的反应中通入细粉煤颗粒的技术手段，提高了还原区内碳的浓度，提高还原区内的还原反应效率，进而可提高煤气制备效率。

相比于煤的燃烧，煤气的燃烧更为清洁、高效，因此煤气作为一种清洁能源正受到越来越广泛的关注。将煤转换为煤气的煤气发生炉主要可分为三大类：固定床、流化床和气流床。在实际的生产过程中，粉煤的气化相比于块煤气化效率更高，是2010年2月以前研究和应用的主要煤气化手段。利用粉煤生产煤气的气化原理是煤和气化剂的反应，本质上是碳、氧和水蒸汽的反应。在通常的煤气发生炉中，将粉煤通入煤气发生炉中，并将水蒸汽、空气通入煤气发生炉中，而后粉煤和气化剂发生反应，主要的反应式包括碳与氧气的燃烧反应，放出热能，如下式（1）所示：

C O₂→CO₂ Q（1）其中，“ Q”代表放出热量。

还包括二氧化碳和水蒸汽被碳还原为一氧化碳和氢气的反应，主要反应式如下式（2）、（3）和（4）所示：

CO₂ C→2CO-Q（2）

H₂O C→H₂ CO-Q（3）

2H₂O C→CO₂ 2H₂-Q（4）其中，“-Q”代表吸收热量。

截至2010年2月，已有技术基于上述原理来生产煤气所使用的煤气发生炉可以为循环流化床，其一般结构如图1所示，在炉体100壁内从下至上的区域依次为炉膛10、还原区20和导气区30。其中，在炉体100侧壁的中下部设置有粉煤入口110，又可称进煤口；在炉体100底部设置有第一进气口120，所通入的第一次进气主要是空气和水蒸汽，又可称气化剂进气口。炉体100壁内偏下部的空间直接连通粉煤入口110和第一进气口120的区域就是炉膛10，提供粉煤燃烧所需的空间，主要完成的是上述反应式（1）。在炉体100侧壁的中部设置有第二进气口130，通入的第二次进气是水蒸汽或气化剂，又称二次风进口。在炉膛10的上方，与第二进气口130直接连通的区域为还原区20，提供二氧化碳、水蒸汽和碳完成上述还原反应式（2）—（4）的反应空间。在还原区20的上方为导气区30，炉体100的上部一般通过管道连接旋风分离器200，将夹杂着固体颗粒的混合气，俗称煤气，传输到旋风分离器200中。旋风分离器200的上部设置导出管道，将分离出来的混合气导出，其下端通过设置在炉体100中部的回引口与炉体100相连，用于导引未反应的固体颗粒，主要是粉煤，循环回到炉体100中再次燃烧。2010年2月以前的技术采用上述结构的煤气发生炉，其存在的缺陷是：还原区内压强较低，所以二氧化碳、水蒸汽和碳的分子难以充分接触以进行反应，导致煤气发生炉的反应效率普遍不高。

1.一种煤气发生炉，在炉体壁内从下至上依次包括炉膛、还原区和导气区，所述炉膛壁面上设置有粉煤入口，所述还原区壁面上设置有第二进气口，其特征在于：在所述还原区壁面上或所述还原区与所述炉膛交界的壁面上还设置有细粉煤入口。

2.根据权利要求1所述的煤气发生炉，其特征在于：所述细粉煤入口的数量为多个，周向均匀布设在炉体壁面上。

3.根据权利要求1或2所述的煤气发生炉，其特征在于：所述细粉煤入口具体为喷枪结构。

4.根据权利要求1或2所述的煤气发生炉，其特征在于：所述粉煤入口通入的粉煤颗粒的粒径小于或等于10毫米，所述细粉煤入口通入的细粉煤颗粒的粒径小于或等于0.3毫米。

5.一种煤气制备方法，其特征在于包括：煤气发生炉的炉体壁内从下至上依次包括炉膛、还原区和导气区,所述炉膛壁面上设置有粉煤入口，所述还原区壁面上设置有第二进气口，在所述还原区壁面上或所述还原区与所述炉膛交界的壁面上还设置有细粉煤入口，通过所述粉煤入口和所述第二进气口向煤气发生炉内通入粉煤颗粒和气化剂进行燃烧；通过所述细粉煤入口向煤气发生炉通入细粉煤颗粒，所述煤气发生炉内的物质反应以获得一氧化碳和氢气。

6.根据权利要求5所述的煤气制备方法，其特征在于：通入的所述粉煤颗粒的粒径小于或等于10毫米，通入的所述细粉煤颗粒的粒径小于或等于0.3毫米。

7.根据权利要求5或6所述的煤气制备方法，其特征在于，还包括：在细粉煤颗粒通入位置的上方向煤气发生炉内通入气化剂。

8.根据权利要求5或6所述的煤气制备方法，其特征在于，向煤气发生炉内通入细粉煤颗粒的步骤具体为：以脉冲方式间隔向煤气发生炉内喷入细粉煤颗粒。

9.根据权利要求5或6所述的煤气制备方法，其特征在于，向煤气发生炉内通入细粉煤颗粒的步骤具体为：向煤气发生炉内连续喷入细粉煤颗粒。

如图2所示为《煤气发生炉及煤气制备方法》煤气发生炉具体实施例的结构示意图。该煤气发生炉的炉体100壁内从下至上依次包括炉膛10、还原区20和导气区30。其中的炉膛10与设置在炉体100底部、用于通入空气的第一进气口120相连，还与设置在炉体100中下部的粉煤入口110相连。通入粉煤颗粒和气化剂后即可在炉膛10内进行燃烧反应。还原区20位于炉膛10的上方，还原区20与设置在炉体100侧壁中部、用于通入水蒸汽或气化剂的第二进气口130相连。燃烧后生成的二氧化碳、在热空气及底部气流带动下漂浮在还原区20的煤粉、以及从第二进气口130通入的水蒸汽或气化剂可以在还原区20内进行还原反应生成煤气的主要成份一氧化碳和氢气，而后包含一氧化碳和氢气的混合气进入导气区30，在炉体100导气区30的侧壁上设有导气口140，煤气可以从导气口140导出。在炉体100内的炉膛10、还原区20和导气区30并非严格意义上的划分，只是以其内主要发生的反应来划分。在该煤气发生炉炉体100内还原区20与炉膛10交界的壁面上还设置有细粉煤入口150，即在粉煤入口120和第一进气口110之间设置一细粉煤入口150，用于通入细粉煤颗粒。所谓细粉煤颗粒，即粒径远小于粉煤颗粒粒径的粉煤，通常粉煤颗粒的粒径小于或等于10毫米，细粉煤颗粒的粒径小于或等于0.3毫米。该实施例煤气发生炉的工作过程是：通过第一进气口和粉煤入口向煤气发生炉内分别通入气化剂和粉煤颗粒，粉煤颗粒和气化剂在炉内的高温环境下进行燃烧；通过细粉煤入口向煤气发生炉内通入细粉煤颗粒，且此时，通过第二进气口向煤气发生炉内通入水蒸汽或气化剂。在此环境下，二氧化碳和水蒸汽，与未燃烧的高温粉煤颗粒和细粉煤颗粒发生还原反应生成一氧化碳和氢。在此过程中，细粉煤颗粒所起的作用是增加了还原区内碳的浓度，使反应物各分子之间的距离减小，加速反应的进行，使反应进行的更为充分，因此能够提高煤气生成反应的反应效率。在具体实施中，细粉煤入口的数量可以为多个，周向均匀的布设在炉体壁面上，以便均匀地向还原区内供给细粉煤颗粒。进一步的，细粉煤入口可以采用喷枪结构。细粉煤颗粒因其粒径小，本身就具有可喷射的条件。采用喷射加入的方式能够更利于细粉煤颗粒在还原区内的混合，且能够进一步以较高压力喷入更多细粉煤颗粒，以提高还原区内压力。该实施例技术方案中，通入细粉煤颗粒的目的是提高还原区内物质浓度，所以细粉煤入口的位置并不限于在还原区和炉膛之间设壁面上置，还可以设置在还原区的壁面上或炉膛的壁面上。

如图3所示为《煤气发生炉及煤气制备方法》煤气制备方法具体实施例的流程图，该方法包括如下步骤 ：步骤1、向煤气发生炉的炉膛内通入粉煤颗粒和气化剂进行燃烧，气化剂包括空气和水蒸气，此时通入的气化剂也可以为空气 ；2、向煤气发生炉的还原区或邻近进入还原区的位置通入细粉煤颗粒，煤气发生炉内的物质反应以获得一氧化碳和氢气 ；还可以进一步执行步骤3、向煤气发生炉的还原区内通入水蒸汽或气化剂，进一步提高还原区20的温度，同时提高碳的浓度，促进还原反应的进行生成一氧化碳和氢气，而后导出。该实施例的煤气制备方法可采用《煤气发生炉及煤气制备方法》的煤气发生炉来完成。通入的粉煤颗粒的粒径一般小于或等于10毫米，通入的细粉煤颗粒的粒径一般小于或等于0.3毫米。在细粉煤颗粒和水蒸气或气化剂通入的方式上来说，可以一并通入也可以分别通入，例如向煤气发生炉内通入细粉煤颗粒，在细粉煤颗粒通入位置的上方向煤气发生炉内通入水蒸气或气化剂。在通入顺序上来说，对于连续进料、燃烧、还原、导出一氧化碳的煤气发生炉，细粉煤颗粒和水蒸气的通入顺序没有严格意义的先后之分。具体实施中，较佳的是采用喷枪以脉冲方式间隔向煤气发生炉内喷入细粉煤颗粒，或者也可以采用喷枪向煤气发生炉内连续地喷入细粉煤颗粒。该实施例的技术方案，通过在还原区内通入细粉煤颗粒，可以增加还原区内物质的浓度，使反应物各分子之间的距离减小，加速了反应的进行，使反应进行的更为充分，因此能够提高混合气生成反应的反应速率。

2021年8月16日，《煤气发生炉及煤气制备方法》获得安徽省第八届专利奖优秀奖。