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

圖1為2010年2月以前的技術中一種煤氣發生爐的結構示意圖；

圖2為《煤氣發生爐及煤氣制備方法》煤氣發生爐具體實施例的結構示意圖；

圖3為《煤氣發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、30-導氣區、40-填充結構、100-爐體、110-粉煤入口、120-第一進氣口130-第二進氣口、140-導氣口、150-細粉煤入口、200-旋風分離器

煤氣發生爐及煤氣制備方法專利目的

《煤氣發生爐及煤氣制備方法》的目的是提供一種煤氣發生爐及煤氣制備方法，以促進煤氣發生爐內反應的有效進行，提高煤氣生產效率。

煤氣發生爐及煤氣制備方法技術方案

《煤氣發生爐及煤氣制備方法》實施例提供了一種煤氣發生爐，在爐體壁內從下至上依次包括爐膛、還原區和導氣區，所述爐膛壁面上設置有粉煤入口，所述還原區壁面上設置有第二進氣口，其特征在于：在所述還原區壁面上或所述還原區與所述爐膛交界的壁面上還設置有細粉煤入口。如上所述的煤氣發生爐，優選的是所述細粉煤入口的數量為多個，周向均勻布設在爐體壁面上。如上所述的煤氣發生爐，優選的是所述細粉煤入口具體為噴槍結構。如上所述的煤氣發生爐，優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，所述細粉煤入口通入的細粉煤顆粒的粒徑小于或等于0.3毫米。為實現上述目的，《煤氣發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：向煤氣發生爐內通入粉煤顆粒和氣化劑進行燃燒；向煤氣發生爐內通入細粉煤顆粒，所述煤氣發生爐內的物質反應以獲得一氧化碳和氫氣。如上所述的煤氣制備方法，優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，優選的是還包括：在細粉煤顆粒通入位置的上方向煤氣發生爐內通入水蒸氣或氣化劑。如上所述的煤氣制備方法，優選的是向煤氣發生爐內通入細粉煤顆粒的步驟具體為：以脈沖方式間隔向煤氣發生爐內噴入細粉煤顆粒。如上所述的煤氣制備方法，優選的是向煤氣發生爐內通入細粉煤顆粒的步驟具體為：向煤氣發生爐內連續噴入細粉煤顆粒。

煤氣發生爐及煤氣制備方法改善效果

《煤氣發生爐及煤氣制備方法》采用在煤氣發生爐上增設細粉煤入口，以便在還原制備一氧化碳的反應中通入細粉煤顆粒的技術手段，提高了還原區內碳的濃度，提高還原區內的還原反應效率，進而可提高煤氣制備效率。

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注。將煤轉換為煤氣的煤氣發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月以前研究和應用的主要煤氣化手段。利用粉煤生產煤氣的氣化原理是煤和氣化劑的反應，本質上是碳、氧和水蒸汽的反應。在通常的煤氣發生爐中，將粉煤通入煤氣發生爐中，并將水蒸汽、空氣通入煤氣發生爐中，而后粉煤和氣化劑發生反應，主要的反應式包括碳與氧氣的燃燒反應，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，主要反應式如下式（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，已有技術基于上述原理來生產煤氣所使用的煤氣發生爐可以為循環流化床，其一般結構如圖1所示，在爐體100壁內從下至上的區域依次為爐膛10、還原區20和導氣區30。其中，在爐體100側壁的中下部設置有粉煤入口110，又可稱進煤口；在爐體100底部設置有第一進氣口120，所通入的第一次進氣主要是空氣和水蒸汽，又可稱氣化劑進氣口。爐體100壁內偏下部的空間直接連通粉煤入口110和第一進氣口120的區域就是爐膛10，提供粉煤燃燒所需的空間，主要完成的是上述反應式（1）。在爐體100側壁的中部設置有第二進氣口130，通入的第二次進氣是水蒸汽或氣化劑，又稱二次風進口。在爐膛10的上方，與第二進氣口130直接連通的區域為還原區20，提供二氧化碳、水蒸汽和碳完成上述還原反應式（2）—（4）的反應空間。在還原區20的上方為導氣區30，爐體100的上部一般通過管道連接旋風分離器200，將夾雜著固體顆粒的混合氣，俗稱煤氣，傳輸到旋風分離器200中。旋風分離器200的上部設置導出管道，將分離出來的混合氣導出，其下端通過設置在爐體100中部的回引口與爐體100相連，用于導引未反應的固體顆粒，主要是粉煤，循環回到爐體100中再次燃燒。2010年2月以前的技術采用上述結構的煤氣發生爐，其存在的缺陷是：還原區內壓強較低，所以二氧化碳、水蒸汽和碳的分子難以充分接觸以進行反應，導致煤氣發生爐的反應效率普遍不高。

1.一種煤氣發生爐，在爐體壁內從下至上依次包括爐膛、還原區和導氣區，所述爐膛壁面上設置有粉煤入口，所述還原區壁面上設置有第二進氣口，其特征在于：在所述還原區壁面上或所述還原區與所述爐膛交界的壁面上還設置有細粉煤入口。

2.根據權利要求1所述的煤氣發生爐，其特征在于：所述細粉煤入口的數量為多個，周向均勻布設在爐體壁面上。

3.根據權利要求1或2所述的煤氣發生爐，其特征在于：所述細粉煤入口具體為噴槍結構。

4.根據權利要求1或2所述的煤氣發生爐，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，所述細粉煤入口通入的細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：煤氣發生爐的爐體壁內從下至上依次包括爐膛、還原區和導氣區,所述爐膛壁面上設置有粉煤入口，所述還原區壁面上設置有第二進氣口，在所述還原區壁面上或所述還原區與所述爐膛交界的壁面上還設置有細粉煤入口，通過所述粉煤入口和所述第二進氣口向煤氣發生爐內通入粉煤顆粒和氣化劑進行燃燒；通過所述細粉煤入口向煤氣發生爐通入細粉煤顆粒，所述煤氣發生爐內的物質反應以獲得一氧化碳和氫氣。

6.根據權利要求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，通入的所述細粉煤顆粒的粒徑小于或等于0.3毫米。

7.根據權利要求5或6所述的煤氣制備方法，其特征在于，還包括：在細粉煤顆粒通入位置的上方向煤氣發生爐內通入氣化劑。

8.根據權利要求5或6所述的煤氣制備方法，其特征在于，向煤氣發生爐內通入細粉煤顆粒的步驟具體為：以脈沖方式間隔向煤氣發生爐內噴入細粉煤顆粒。

9.根據權利要求5或6所述的煤氣制備方法，其特征在于，向煤氣發生爐內通入細粉煤顆粒的步驟具體為：向煤氣發生爐內連續噴入細粉煤顆粒。

如圖2所示為《煤氣發生爐及煤氣制備方法》煤氣發生爐具體實施例的結構示意圖。該煤氣發生爐的爐體100壁內從下至上依次包括爐膛10、還原區20和導氣區30。其中的爐膛10與設置在爐體100底部、用于通入空氣的第一進氣口120相連，還與設置在爐體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內進行燃燒反應。還原區20位于爐膛10的上方，還原區20與設置在爐體100側壁中部、用于通入水蒸汽或氣化劑的第二進氣口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20的煤粉、以及從第二進氣口130通入的水蒸汽或氣化劑可以在還原區20內進行還原反應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入導氣區30，在爐體100導氣區30的側壁上設有導氣口140，煤氣可以從導氣口140導出。在爐體100內的爐膛10、還原區20和導氣區30并非嚴格意義上的劃分，只是以其內主要發生的反應來劃分。在該煤氣發生爐爐體100內還原區20與爐膛10交界的壁面上還設置有細粉煤入口150，即在粉煤入口120和第一進氣口110之間設置一細粉煤入口150，用于通入細粉煤顆粒。所謂細粉煤顆粒，即粒徑遠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，細粉煤顆粒的粒徑小于或等于0.3毫米。該實施例煤氣發生爐的工作過程是：通過第一進氣口和粉煤入口向煤氣發生爐內分別通入氣化劑和粉煤顆粒，粉煤顆粒和氣化劑在爐內的高溫環境下進行燃燒；通過細粉煤入口向煤氣發生爐內通入細粉煤顆粒，且此時，通過第二進氣口向煤氣發生爐內通入水蒸汽或氣化劑。在此環境下，二氧化碳和水蒸汽，與未燃燒的高溫粉煤顆粒和細粉煤顆粒發生還原反應生成一氧化碳和氫。在此過程中，細粉煤顆粒所起的作用是增加了還原區內碳的濃度，使反應物各分子之間的距離減小，加速反應的進行，使反應進行的更為充分，因此能夠提高煤氣生成反應的反應效率。在具體實施中，細粉煤入口的數量可以為多個，周向均勻的布設在爐體壁面上，以便均勻地向還原區內供給細粉煤顆粒。進一步的，細粉煤入口可以采用噴槍結構。細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粉煤顆粒在還原區內的混合，且能夠進一步以較高壓力噴入更多細粉煤顆粒，以提高還原區內壓力。該實施例技術方案中，通入細粉煤顆粒的目的是提高還原區內物質濃度，所以細粉煤入口的位置并不限于在還原區和爐膛之間設壁面上置，還可以設置在還原區的壁面上或爐膛的壁面上。

如圖3所示為《煤氣發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、向煤氣發生爐的爐膛內通入粉煤顆粒和氣化劑進行燃燒，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、向煤氣發生爐的還原區或鄰近進入還原區的位置通入細粉煤顆粒，煤氣發生爐內的物質反應以獲得一氧化碳和氫氣 ；還可以進一步執行步驟3、向煤氣發生爐的還原區內通入水蒸汽或氣化劑，進一步提高還原區20的溫度，同時提高碳的濃度，促進還原反應的進行生成一氧化碳和氫氣，而后導出。該實施例的煤氣制備方法可采用《煤氣發生爐及煤氣制備方法》的煤氣發生爐來完成。通入的粉煤顆粒的粒徑一般小于或等于10毫米，通入的細粉煤顆粒的粒徑一般小于或等于0.3毫米。在細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，例如向煤氣發生爐內通入細粉煤顆粒，在細粉煤顆粒通入位置的上方向煤氣發生爐內通入水蒸氣或氣化劑。在通入順序上來說，對于連續進料、燃燒、還原、導出一氧化碳的煤氣發生爐，細粉煤顆粒和水蒸氣的通入順序沒有嚴格意義的先后之分。具體實施中，較佳的是采用噴槍以脈沖方式間隔向煤氣發生爐內噴入細粉煤顆粒，或者也可以采用噴槍向煤氣發生爐內連續地噴入細粉煤顆粒。該實施例的技術方案，通過在還原區內通入細粉煤顆粒，可以增加還原區內物質的濃度，使反應物各分子之間的距離減小，加速了反應的進行，使反應進行的更為充分，因此能夠提高混合氣生成反應的反應速率。

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