《煤氣發(fā)生爐及煤氣制備方法》涉及一種煤氣發(fā)生爐及煤氣制備方法，尤其涉及一種流化床煤氣發(fā)生爐及采用該設(shè)備制備煤氣的方法。

相比于煤的燃燒，煤氣的燃燒更為清潔、高效，因此煤氣作為一種清潔能源正受到越來越廣泛的關(guān)注。將煤轉(zhuǎn)換為煤氣的煤氣發(fā)生爐主要可分為三大類：固定床、流化床和氣流床。在實際的生產(chǎn)過程中，粉煤的氣化相比于塊煤氣化效率更高，是2010年2月以前研究和應(yīng)用的主要煤氣化手段。利用粉煤生產(chǎn)煤氣的氣化原理是煤和氣化劑的反應(yīng)，本質(zhì)上是碳、氧和水蒸汽的反應(yīng)。在通常的煤氣發(fā)生爐中，將粉煤通入煤氣發(fā)生爐中，并將水蒸汽、空氣通入煤氣發(fā)生爐中，而后粉煤和氣化劑發(fā)生反應(yīng)，主要的反應(yīng)式包括碳與氧氣的燃燒反應(yīng)，放出熱能，如下式（1）所示：

C O₂→CO₂ Q（1）其中，“ Q”代表放出熱量。

還包括二氧化碳和水蒸汽被碳還原為一氧化碳和氫氣的反應(yīng)，主要反應(yīng)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”代表吸收熱量。

截至2010年2月，已有技術(shù)基于上述原理來生產(chǎn)煤氣所使用的煤氣發(fā)生爐可以為循環(huán)流化床，其一般結(jié)構(gòu)如圖1所示，在爐體100壁內(nèi)從下至上的區(qū)域依次為爐膛10、還原區(qū)20和導(dǎo)氣區(qū)30。其中，在爐體100側(cè)壁的中下部設(shè)置有粉煤入口110，又可稱進(jìn)煤口；在爐體100底部設(shè)置有第一進(jìn)氣口120，所通入的第一次進(jìn)氣主要是空氣和水蒸汽，又可稱氣化劑進(jìn)氣口。爐體100壁內(nèi)偏下部的空間直接連通粉煤入口110和第一進(jìn)氣口120的區(qū)域就是爐膛10，提供粉煤燃燒所需的空間，主要完成的是上述反應(yīng)式（1）。在爐體100側(cè)壁的中部設(shè)置有第二進(jìn)氣口130，通入的第二次進(jìn)氣是水蒸汽或氣化劑，又稱二次風(fēng)進(jìn)口。在爐膛10的上方，與第二進(jìn)氣口130直接連通的區(qū)域為還原區(qū)20，提供二氧化碳、水蒸汽和碳完成上述還原反應(yīng)式（2）—（4）的反應(yīng)空間。在還原區(qū)20的上方為導(dǎo)氣區(qū)30，爐體100的上部一般通過管道連接旋風(fēng)分離器200，將夾雜著固體顆粒的混合氣，俗稱煤氣，傳輸?shù)叫L(fēng)分離器200中。旋風(fēng)分離器200的上部設(shè)置導(dǎo)出管道，將分離出來的混合氣導(dǎo)出，其下端通過設(shè)置在爐體100中部的回引口與爐體100相連，用于導(dǎo)引未反應(yīng)的固體顆粒，主要是粉煤，循環(huán)回到爐體100中再次燃燒。2010年2月以前的技術(shù)采用上述結(jié)構(gòu)的煤氣發(fā)生爐，其存在的缺陷是：還原區(qū)內(nèi)壓強較低，所以二氧化碳、水蒸汽和碳的分子難以充分接觸以進(jìn)行反應(yīng)，導(dǎo)致煤氣發(fā)生爐的反應(yīng)效率普遍不高。

圖1為2010年2月以前的技術(shù)中一種煤氣發(fā)生爐的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為《煤氣發(fā)生爐及煤氣制備方法》煤氣發(fā)生爐具體實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為《煤氣發(fā)生爐及煤氣制備方法》煤氣制備方法具體實施例的流程圖。

圖中：10-爐膛、20-還原區(qū)、30-導(dǎo)氣區(qū)、40-填充結(jié)構(gòu)、100-爐體、110-粉煤入口、120-第一進(jìn)氣口130-第二進(jìn)氣口、140-導(dǎo)氣口、150-細(xì)粉煤入口、200-旋風(fēng)分離器

2021年8月16日，《煤氣發(fā)生爐及煤氣制備方法》獲得安徽省第八屆專利獎優(yōu)秀獎。

如圖2所示為《煤氣發(fā)生爐及煤氣制備方法》煤氣發(fā)生爐具體實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。該煤氣發(fā)生爐的爐體100壁內(nèi)從下至上依次包括爐膛10、還原區(qū)20和導(dǎo)氣區(qū)30。其中的爐膛10與設(shè)置在爐體100底部、用于通入空氣的第一進(jìn)氣口120相連，還與設(shè)置在爐體100中下部的粉煤入口110相連。通入粉煤顆粒和氣化劑后即可在爐膛10內(nèi)進(jìn)行燃燒反應(yīng)。還原區(qū)20位于爐膛10的上方，還原區(qū)20與設(shè)置在爐體100側(cè)壁中部、用于通入水蒸汽或氣化劑的第二進(jìn)氣口130相連。燃燒后生成的二氧化碳、在熱空氣及底部氣流帶動下漂浮在還原區(qū)20的煤粉、以及從第二進(jìn)氣口130通入的水蒸汽或氣化劑可以在還原區(qū)20內(nèi)進(jìn)行還原反應(yīng)生成煤氣的主要成份一氧化碳和氫氣，而后包含一氧化碳和氫氣的混合氣進(jìn)入導(dǎo)氣區(qū)30，在爐體100導(dǎo)氣區(qū)30的側(cè)壁上設(shè)有導(dǎo)氣口140，煤氣可以從導(dǎo)氣口140導(dǎo)出。在爐體100內(nèi)的爐膛10、還原區(qū)20和導(dǎo)氣區(qū)30并非嚴(yán)格意義上的劃分，只是以其內(nèi)主要發(fā)生的反應(yīng)來劃分。在該煤氣發(fā)生爐爐體100內(nèi)還原區(qū)20與爐膛10交界的壁面上還設(shè)置有細(xì)粉煤入口150，即在粉煤入口120和第一進(jìn)氣口110之間設(shè)置一細(xì)粉煤入口150，用于通入細(xì)粉煤顆粒。所謂細(xì)粉煤顆粒，即粒徑遠(yuǎn)小于粉煤顆粒粒徑的粉煤，通常粉煤顆粒的粒徑小于或等于10毫米，細(xì)粉煤顆粒的粒徑小于或等于0.3毫米。該實施例煤氣發(fā)生爐的工作過程是：通過第一進(jìn)氣口和粉煤入口向煤氣發(fā)生爐內(nèi)分別通入氣化劑和粉煤顆粒，粉煤顆粒和氣化劑在爐內(nèi)的高溫環(huán)境下進(jìn)行燃燒；通過細(xì)粉煤入口向煤氣發(fā)生爐內(nèi)通入細(xì)粉煤顆粒，且此時，通過第二進(jìn)氣口向煤氣發(fā)生爐內(nèi)通入水蒸汽或氣化劑。在此環(huán)境下，二氧化碳和水蒸汽，與未燃燒的高溫粉煤顆粒和細(xì)粉煤顆粒發(fā)生還原反應(yīng)生成一氧化碳和氫。在此過程中，細(xì)粉煤顆粒所起的作用是增加了還原區(qū)內(nèi)碳的濃度，使反應(yīng)物各分子之間的距離減小，加速反應(yīng)的進(jìn)行，使反應(yīng)進(jìn)行的更為充分，因此能夠提高煤氣生成反應(yīng)的反應(yīng)效率。在具體實施中，細(xì)粉煤入口的數(shù)量可以為多個，周向均勻的布設(shè)在爐體壁面上，以便均勻地向還原區(qū)內(nèi)供給細(xì)粉煤顆粒。進(jìn)一步的，細(xì)粉煤入口可以采用噴槍結(jié)構(gòu)。細(xì)粉煤顆粒因其粒徑小，本身就具有可噴射的條件。采用噴射加入的方式能夠更利于細(xì)粉煤顆粒在還原區(qū)內(nèi)的混合，且能夠進(jìn)一步以較高壓力噴入更多細(xì)粉煤顆粒，以提高還原區(qū)內(nèi)壓力。該實施例技術(shù)方案中，通入細(xì)粉煤顆粒的目的是提高還原區(qū)內(nèi)物質(zhì)濃度，所以細(xì)粉煤入口的位置并不限于在還原區(qū)和爐膛之間設(shè)壁面上置，還可以設(shè)置在還原區(qū)的壁面上或爐膛的壁面上。

如圖3所示為《煤氣發(fā)生爐及煤氣制備方法》煤氣制備方法具體實施例的流程圖，該方法包括如下步驟 ：步驟1、向煤氣發(fā)生爐的爐膛內(nèi)通入粉煤顆粒和氣化劑進(jìn)行燃燒，氣化劑包括空氣和水蒸氣，此時通入的氣化劑也可以為空氣 ；2、向煤氣發(fā)生爐的還原區(qū)或鄰近進(jìn)入還原區(qū)的位置通入細(xì)粉煤顆粒，煤氣發(fā)生爐內(nèi)的物質(zhì)反應(yīng)以獲得一氧化碳和氫氣 ；還可以進(jìn)一步執(zhí)行步驟3、向煤氣發(fā)生爐的還原區(qū)內(nèi)通入水蒸汽或氣化劑，進(jìn)一步提高還原區(qū)20的溫度，同時提高碳的濃度，促進(jìn)還原反應(yīng)的進(jìn)行生成一氧化碳和氫氣，而后導(dǎo)出。該實施例的煤氣制備方法可采用《煤氣發(fā)生爐及煤氣制備方法》的煤氣發(fā)生爐來完成。通入的粉煤顆粒的粒徑一般小于或等于10毫米，通入的細(xì)粉煤顆粒的粒徑一般小于或等于0.3毫米。在細(xì)粉煤顆粒和水蒸氣或氣化劑通入的方式上來說，可以一并通入也可以分別通入，例如向煤氣發(fā)生爐內(nèi)通入細(xì)粉煤顆粒，在細(xì)粉煤顆粒通入位置的上方向煤氣發(fā)生爐內(nèi)通入水蒸氣或氣化劑。在通入順序上來說，對于連續(xù)進(jìn)料、燃燒、還原、導(dǎo)出一氧化碳的煤氣發(fā)生爐，細(xì)粉煤顆粒和水蒸氣的通入順序沒有嚴(yán)格意義的先后之分。具體實施中，較佳的是采用噴槍以脈沖方式間隔向煤氣發(fā)生爐內(nèi)噴入細(xì)粉煤顆粒，或者也可以采用噴槍向煤氣發(fā)生爐內(nèi)連續(xù)地噴入細(xì)粉煤顆粒。該實施例的技術(shù)方案，通過在還原區(qū)內(nèi)通入細(xì)粉煤顆粒，可以增加還原區(qū)內(nèi)物質(zhì)的濃度，使反應(yīng)物各分子之間的距離減小，加速了反應(yīng)的進(jìn)行，使反應(yīng)進(jìn)行的更為充分，因此能夠提高混合氣生成反應(yīng)的反應(yīng)速率。

煤氣發(fā)生爐及煤氣制備方法專利目的

《煤氣發(fā)生爐及煤氣制備方法》的目的是提供一種煤氣發(fā)生爐及煤氣制備方法，以促進(jìn)煤氣發(fā)生爐內(nèi)反應(yīng)的有效進(jìn)行，提高煤氣生產(chǎn)效率。

煤氣發(fā)生爐及煤氣制備方法技術(shù)方案

《煤氣發(fā)生爐及煤氣制備方法》實施例提供了一種煤氣發(fā)生爐，在爐體壁內(nèi)從下至上依次包括爐膛、還原區(qū)和導(dǎo)氣區(qū)，所述爐膛壁面上設(shè)置有粉煤入口，所述還原區(qū)壁面上設(shè)置有第二進(jìn)氣口，其特征在于：在所述還原區(qū)壁面上或所述還原區(qū)與所述爐膛交界的壁面上還設(shè)置有細(xì)粉煤入口。如上所述的煤氣發(fā)生爐，優(yōu)選的是所述細(xì)粉煤入口的數(shù)量為多個，周向均勻布設(shè)在爐體壁面上。如上所述的煤氣發(fā)生爐，優(yōu)選的是所述細(xì)粉煤入口具體為噴槍結(jié)構(gòu)。如上所述的煤氣發(fā)生爐，優(yōu)選的是所述粉煤入口通入的粉煤顆粒的粒徑小于或等于10毫米，所述細(xì)粉煤入口通入的細(xì)粉煤顆粒的粒徑小于或等于0.3毫米。為實現(xiàn)上述目的，《煤氣發(fā)生爐及煤氣制備方法》實施例還提供了一種煤氣制備方法，包括：向煤氣發(fā)生爐內(nèi)通入粉煤顆粒和氣化劑進(jìn)行燃燒；向煤氣發(fā)生爐內(nèi)通入細(xì)粉煤顆粒，所述煤氣發(fā)生爐內(nèi)的物質(zhì)反應(yīng)以獲得一氧化碳和氫氣。如上所述的煤氣制備方法，優(yōu)選的是通入的所述粉煤顆粒的粒徑小于或等于10毫米，通入的所述細(xì)粉煤顆粒的粒徑小于或等于0.3毫米。如上所述的煤氣制備方法，優(yōu)選的是還包括：在細(xì)粉煤顆粒通入位置的上方向煤氣發(fā)生爐內(nèi)通入水蒸氣或氣化劑。如上所述的煤氣制備方法，優(yōu)選的是向煤氣發(fā)生爐內(nèi)通入細(xì)粉煤顆粒的步驟具體為：以脈沖方式間隔向煤氣發(fā)生爐內(nèi)噴入細(xì)粉煤顆粒。如上所述的煤氣制備方法，優(yōu)選的是向煤氣發(fā)生爐內(nèi)通入細(xì)粉煤顆粒的步驟具體為：向煤氣發(fā)生爐內(nèi)連續(xù)噴入細(xì)粉煤顆粒。

煤氣發(fā)生爐及煤氣制備方法改善效果

《煤氣發(fā)生爐及煤氣制備方法》采用在煤氣發(fā)生爐上增設(shè)細(xì)粉煤入口，以便在還原制備一氧化碳的反應(yīng)中通入細(xì)粉煤顆粒的技術(shù)手段，提高了還原區(qū)內(nèi)碳的濃度，提高還原區(qū)內(nèi)的還原反應(yīng)效率，進(jìn)而可提高煤氣制備效率。

1.一種煤氣發(fā)生爐，在爐體壁內(nèi)從下至上依次包括爐膛、還原區(qū)和導(dǎo)氣區(qū)，所述爐膛壁面上設(shè)置有粉煤入口，所述還原區(qū)壁面上設(shè)置有第二進(jìn)氣口，其特征在于：在所述還原區(qū)壁面上或所述還原區(qū)與所述爐膛交界的壁面上還設(shè)置有細(xì)粉煤入口。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤氣發(fā)生爐，其特征在于：所述細(xì)粉煤入口的數(shù)量為多個，周向均勻布設(shè)在爐體壁面上。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的煤氣發(fā)生爐，其特征在于：所述細(xì)粉煤入口具體為噴槍結(jié)構(gòu)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的煤氣發(fā)生爐，其特征在于：所述粉煤入口通入的粉煤顆粒的粒徑小于或等于10毫米，所述細(xì)粉煤入口通入的細(xì)粉煤顆粒的粒徑小于或等于0.3毫米。

5.一種煤氣制備方法，其特征在于包括：煤氣發(fā)生爐的爐體壁內(nèi)從下至上依次包括爐膛、還原區(qū)和導(dǎo)氣區(qū),所述爐膛壁面上設(shè)置有粉煤入口，所述還原區(qū)壁面上設(shè)置有第二進(jìn)氣口，在所述還原區(qū)壁面上或所述還原區(qū)與所述爐膛交界的壁面上還設(shè)置有細(xì)粉煤入口，通過所述粉煤入口和所述第二進(jìn)氣口向煤氣發(fā)生爐內(nèi)通入粉煤顆粒和氣化劑進(jìn)行燃燒；通過所述細(xì)粉煤入口向煤氣發(fā)生爐通入細(xì)粉煤顆粒，所述煤氣發(fā)生爐內(nèi)的物質(zhì)反應(yīng)以獲得一氧化碳和氫氣。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的煤氣制備方法，其特征在于：通入的所述粉煤顆粒的粒徑小于或等于10毫米，通入的所述細(xì)粉煤顆粒的粒徑小于或等于0.3毫米。

7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的煤氣制備方法，其特征在于，還包括：在細(xì)粉煤顆粒通入位置的上方向煤氣發(fā)生爐內(nèi)通入氣化劑。

8.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的煤氣制備方法，其特征在于，向煤氣發(fā)生爐內(nèi)通入細(xì)粉煤顆粒的步驟具體為：以脈沖方式間隔向煤氣發(fā)生爐內(nèi)噴入細(xì)粉煤顆粒。

9.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的煤氣制備方法，其特征在于，向煤氣發(fā)生爐內(nèi)通入細(xì)粉煤顆粒的步驟具體為：向煤氣發(fā)生爐內(nèi)連續(xù)噴入細(xì)粉煤顆粒。