專利名稱：一種高爐熔渣煤氣化系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高爐熔渣利用技術(shù)，特別涉及一種高爐熔渣煤氣化系統(tǒng)及方法。
技術(shù)背景鋼鐵工業(yè)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，中國(guó)鋼鐵工業(yè)自20世紀(jì)90年代以來(lái)快速發(fā) 展，1996年我國(guó)的粗鋼產(chǎn)量已達(dá)世界第一，隨著鋼產(chǎn)量的增長(zhǎng)，鋼鐵工業(yè)產(chǎn)生的固體廢棄物 總量也越來(lái)越多，在固體廢棄物之中，高爐渣又占了很大比例。高爐渣是由鐵礦石中的脈石、 燃料中的灰分和溶劑中非揮發(fā)組分形成的物質(zhì)，在鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中，高爐渣的出爐溫度高達(dá) 1400~1600°C，其所含的顯熱相當(dāng)于55Kg 64Kg標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒所產(chǎn)生的熱量。目前，國(guó)內(nèi) 外處理高爐渣基本采用水淬法，此法的缺點(diǎn)是:不僅^爐渣的顯熱無(wú)法利用，而且造成水資 源的大量浪費(fèi)，對(duì)大氣、水和土壤也造成了嚴(yán)重的污染，惡化了工作環(huán)境。因此，如何有效 地回收高爐渣的高溫顯熱，減少其處理過(guò)程中對(duì)環(huán)境造成的污染，又不影響其處理后的實(shí)用 價(jià)值，就成為一個(gè)急需解決的問(wèn)題。我國(guó)是一個(gè)油氣資源短缺而煤炭資源相對(duì)豐富的國(guó)家。據(jù)地質(zhì)工作者對(duì)煤炭資源進(jìn)行遠(yuǎn) 景調(diào)査結(jié)果，煤炭在我國(guó)化石能源剩余可采總儲(chǔ)量中占92.6%，占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。因此一直以 來(lái)，我國(guó)的能源消耗都是以煤炭為主，其在一次能源中占總消耗量的60%以上。而對(duì)于價(jià)格 日益上漲的石油資源，'綜合近幾年的數(shù)據(jù)我們可以看到，我國(guó)石油對(duì)外依存度高達(dá)50%左右。 因此，要像其他國(guó)家一樣將能源供應(yīng)建立在石油基礎(chǔ)之上是行不通的，雖然進(jìn)口石油也能解 決能源短缺問(wèn)題，但就我國(guó)目前的實(shí)力來(lái)講這樣的能^戰(zhàn)略是沒(méi)有安全保障的。另一方面， 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的長(zhǎng)期高速發(fā)展，對(duì)能源的需求日益增長(zhǎng)，所以發(fā)展基于煤氣化的煤基能源及 化工系統(tǒng)是在可預(yù)見范圍內(nèi)最有效的技術(shù)途徑。目前，中國(guó)已成為世界上最大的煤氣化爐市場(chǎng)，2020年前我國(guó)對(duì)煤氣化爐的需求量預(yù)計(jì) 將達(dá)到2250套。當(dāng)前我國(guó)正在興起的煤制油、甲醇、合成氨及煤制烯烴等煤化工產(chǎn)業(yè)，需要 大量的大型煤氣化爐；另外，我國(guó)還有約占全國(guó)煤炭總儲(chǔ)量約20%以上的高硫煤，這些煤要 獲得高效、清潔利用，也必須以氣化技術(shù)為龍頭。目前，常見的煤氣化技術(shù)主要有固定床、 流化床以及氣流床，現(xiàn)有的煤氣化工藝各有特點(diǎn)，對(duì)煤質(zhì)也有不同的要求，盡管不同煤階、 不同粒度、不同的礦物質(zhì)組成和含量的煤都能用于氣化，但是很難找到適用于所有煤種，各 種粒度煤和不同煤灰成分的"萬(wàn)能氣化爐"，因此圍繞，提高碳轉(zhuǎn)化率和過(guò)程效率這一核心， 擴(kuò)大對(duì)煤種和粒度的適應(yīng)范圍，特別是解決高灰、高硫煤等劣質(zhì)煤的氣化，提高氣化強(qiáng)度、 煤氣質(zhì)量、氣化效率以及單爐生產(chǎn)能力已成為當(dāng)前煤氣化技術(shù)主要的發(fā)展趨勢(shì)和急需解決的問(wèn)題。發(fā)明內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種高爐熔渣煤氣化系統(tǒng)及方法，目的在于利用高爐 熔渣的顯熱進(jìn)行煤粉的煤氣化過(guò)程，達(dá)到節(jié)能減排的效果。該系統(tǒng)包括熔渣氣化爐、給煤裝置、噴槍、換熱器、煤氣除塵器、儲(chǔ)氣罐、余熱收集爐； 給煤裝置與噴槍的一端連接，噴槍的另一端插入熔渣氣化爐內(nèi)部，熔渣氣化爐的煤氣出口與 換熱器連通，換熱器與煤氣除塵器連通，煤氣除塵器與儲(chǔ)氣罐連通；熔渣氣化爐的爐渣出口 連接余熱收集爐。熔渣氣化爐內(nèi)部設(shè)有隔墻，隔墻的兩個(gè)側(cè)邊與熔渣氣化爐的側(cè)壁連接，底邊與熔渣氣化 爐的底部連接，隔墻與熔渣氣化爐軸線的水平距離為熔渣氣化爐直徑的80~85%;爐渣進(jìn)口和 爐渣出口分別位于隔墻兩側(cè)的熔渣氣化爐的側(cè)壁上，爐渣進(jìn)口和爐渣出口的高度差為熔渣氣 化爐直徑的0.5-2倍；靠近爐渣出口處設(shè)有擋板。插入熔渣氣化爐內(nèi)部的噴槍至少為1個(gè)，噴槍插入熔渣氣化爐的位置是頂部、底部和/ 或側(cè)部，當(dāng)噴槍插入熔渣氣化爐的位置是頂部或底部時(shí)，噴槍與水平面垂直；當(dāng)噴槍插入熔 渣氣化爐的位置是側(cè)部時(shí)，噴槍與水平面成5。 ~30°夾角；當(dāng)噴槍插入熔渣氣化爐的位置是 頂部時(shí)，噴槍出氣口的位置高于爐渣進(jìn)口的位置。余熱收集爐包括渣粒捕集器、轉(zhuǎn)杯、輸送帶和余熱鍋爐，渣粒捕集器為圓桶狀，其側(cè)壁 設(shè)有水冷壁，轉(zhuǎn)杯位于水冷壁內(nèi)部，水冷壁下方為輸送帶，輸送帶另一端的下方為余熱鍋爐； 其中渣粒捕集器頂部的進(jìn)渣口與熔渣氣化爐的爐渣出口連通。本發(fā)明的采用高爐熔渣煤氣化系統(tǒng)實(shí)施高爐熔渣煤氣化的方法按以下步驟進(jìn)行1、 將高爐熔渣經(jīng)渣流溝由爐渣進(jìn)口放入熔渣氣化爐中；將經(jīng)過(guò)干燥破碎的煤粉置于給煤裝置中，煤粉粒度在lram以下，煤粉中水的質(zhì)量百分比小于10%。2、 當(dāng)熔渣氣化爐內(nèi)的熔渣液面高于爐渣進(jìn)口時(shí)，將煤粉和氣化劑通過(guò)噴槍噴吹到熔渣 氣化爐內(nèi)，進(jìn)入熔渣氣化爐內(nèi)的煤粉中的固定碳與熔渣的質(zhì)量流速比值為0.01-0.02;氣化劑 為C02、水蒸汽和/或空氣，在相同時(shí)間內(nèi)，進(jìn)入熔渣氣化爐的氣化劑與煤粉的流量按以下方 式配比當(dāng)氣化劑為C02時(shí)，氣化劑中的O原子和煤粉中的C原子的個(gè)數(shù)比值為1.9~2.5; 當(dāng)氣化劑為水蒸汽時(shí)，氣化劑中的O原子和煤粉中的C原子的個(gè)數(shù)比值為0.9-1.5;當(dāng)氣化 劑為空氣時(shí)，空氣中的O原子和煤粉中的C原子的個(gè)數(shù)比值為0.9 1.5;當(dāng)氣化劑為混合氣 體時(shí)，氣化劑中的O原子與氣化劑和煤粉中的C原子的個(gè)數(shù)比值為0.9~1.5。氣化劑在通入 熔渣氣化爐前進(jìn)行預(yù)熱或不進(jìn)行預(yù)熱。上述的各配比方式可適用于各種碳含量的煤粉，通過(guò)計(jì)算煤粉中的碳含量和氣化劑中碳和氧的含量就能夠確定氣化劑與煤粉的質(zhì)量配比。煤粉與氣化劑受熱反應(yīng)生成的煤氣通過(guò)熔渣氣化爐的煤氣出口進(jìn)入換熱器；換熱后的熔渣從爐渣出口越過(guò)擋板流出，進(jìn)入余熱鍋爐；通過(guò)調(diào)節(jié)擋板的高度控制爐渣出口的熔渣流出速度，使熔渣在氣化反應(yīng)時(shí)保持穩(wěn)定的高度，從爐渣出口流出的熔渣溫度為1320土20'C。上述反應(yīng)過(guò)程中；熔渣氣化爐內(nèi)的熔渣溫度為1300~1600°C。煤氣進(jìn)入換熱器后，經(jīng)過(guò)換熱器冷卻至200'C以下，進(jìn)入煤氣除塵器，經(jīng)過(guò)除塵處理后氣體中的灰塵含量低于10mg/m3，然后進(jìn)入儲(chǔ)氣罐儲(chǔ)存。3、從爐渣出口排出的熔渣進(jìn)入渣粒捕集器的進(jìn)渣口，落入旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)杯上，轉(zhuǎn)杯轉(zhuǎn)速為 600 2000r/min，爐渣在轉(zhuǎn)杯作用下被破碎成顆粒，熔渣顆粒撞擊在水冷壁上進(jìn)行一次換熱， 然后落入輸送帶上，經(jīng)輸送帶傳送到余熱鍋爐中，與余熱鍋爐中的水通過(guò)鍋爐管進(jìn)行下一次 換熱，使水汽化產(chǎn)生水蒸汽；換熱后形成爐渣從余熱鍋爐底部排出，溫度低于20(TC。上述的高爐熔渣氣化的方法采用間歇處理或連續(xù)處理；當(dāng)反應(yīng)完成后，通過(guò)熔渣氣化爐 底部的放料口將熔渣氣化爐內(nèi)的熔渣排出。本發(fā)明的方法主要是利用高爐熔渣的顯熱為煤的氣化提供所需的熱量，從氣化方式來(lái)說(shuō) 屬于外熱型，由上述'內(nèi)容可知，高爐熔渣的處理過(guò)程是一個(gè)放熱過(guò)程，在該過(guò)程中， 一噸高 爐熔渣釋放出的熱量大約相當(dāng)于55Kg 61Kg標(biāo)準(zhǔn)煤完?duì)幦紵懦龅臒崃?，而煤氣化反?yīng)中 碳和二氧化碳的反應(yīng)是一個(gè)吸熱反應(yīng)，、其反應(yīng)方程式為C + C022C0 - /歸Z在該過(guò)程中，氣化反應(yīng)吸收高爐熔渣冷卻放出的熱量而達(dá)到使煤氣化的目的，不僅使高 爐熔渣得以冷卻，而且還保護(hù)了環(huán)境，不必浪費(fèi)大量的水資源，解決了高爐渣處理過(guò)程中的 一系列問(wèn)題，此外還可以獲得較高質(zhì)量的煤氣，如果該氣化過(guò)程采用二氧化碳(可用燃燒尾 氣)作為氣化劑，那么在取得上述成果的同時(shí)還可以吸收二氧化碳，起到了減排的作用，綜 合以上分析可以看到Z采用高爐熔渣作為熱載體進(jìn)行煤氣化這一方法對(duì)我國(guó)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的 目標(biāo)具有重要的意義。僅從化學(xué)反應(yīng)的角度進(jìn)行分析，通過(guò)對(duì)煤氣化高^(guò)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的研究發(fā)現(xiàn)，煤氣化在常 壓沒(méi)有催化劑存在的情況下，開始反應(yīng)的溫度大約在900。C左右，而高爐熔渣的溫度高達(dá)1460 'C,完全可以保證氣化反應(yīng)的進(jìn)行。從提高化學(xué)反應(yīng)速率和碳轉(zhuǎn)化率的角度來(lái)看，氣化溫度 對(duì)煤的氣化反應(yīng)具有十分重要的影響，在高溫下，煤的氣化溫度和灰熔點(diǎn)溫度十分接近，實(shí) 驗(yàn)表明當(dāng)煤焦的氣化溫度低于煤焦的灰熔點(diǎn)溫度時(shí)，煤焦的碳轉(zhuǎn)化率和氣化反應(yīng)速率隨氣 化溫度的升高而增大；當(dāng)煤焦的氣化溫度高于煤焦的灰熔點(diǎn)溫度時(shí)，煤焦的碳轉(zhuǎn)化率和氣化反應(yīng)速率變化十分緩慢；當(dāng)煤焦的氣化溫度為煤焦的^熔點(diǎn)溫度時(shí)，煤焦的氣化反應(yīng)速率達(dá) 到最大值。從化學(xué)反應(yīng)的角度來(lái)看，該反應(yīng)不僅能夠進(jìn)行，而且其反應(yīng)速率和碳轉(zhuǎn)化率都會(huì) 達(dá)到很高的水平。從熔渣物理化學(xué)性質(zhì)分析，高爐渣是由鐵礦石中的脈石、燃料中的灰分和溶劑(一般是 石灰石)中非揮發(fā)組分形成的物質(zhì)，其主要成分氧化鈣、氧化鎂、三氧化二鋁以及二氧化硅，該反應(yīng)體系屬于Ca-Mg-Al-Si-O-C共存的一個(gè)化學(xué)反應(yīng)體系，體系中的化學(xué)反應(yīng)復(fù)雜，體系 中的很多物質(zhì)相互之間都存在相互反應(yīng)的可能。通過(guò)査閱文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)在該反應(yīng)體系中，其主要 反應(yīng)仍然是碳和二氧化碳的反應(yīng)，其他反應(yīng)比如硅和碳的反應(yīng)等，不是缺乏其所需要的必要 條件就是由于反應(yīng)的量很小可以忽略。在該反應(yīng)體系中，由于是煤和氣化劑直接加入高溫熔 渣之中，固體和氣體被浸入在液體熔渣之中，所以其傳熱速度特別快，反應(yīng)物在很短的時(shí)間 內(nèi)就可以升高到很高的溫度，進(jìn)行迅速反應(yīng)，此外，熔渣中的各種物質(zhì)盡管不會(huì)參與煤與氣 化劑的反應(yīng)，但是在反應(yīng)的過(guò)程中可以起到催化作用，以促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行。由于該反應(yīng)屬于 氣液固三項(xiàng)共存的反應(yīng)，所以在反應(yīng)中需要考慮傳熱傳質(zhì)傳動(dòng)量和化學(xué)反應(yīng)四個(gè)方面，在渣 中，由于二氧化硅的存在，可以增加熔渣的流動(dòng)性，對(duì)傳質(zhì)過(guò)程十分有利，可以促進(jìn)反應(yīng)的 進(jìn)行，并且在高爐熔渣中，二氧化硅的含量高達(dá)34.38%，對(duì)于氣化反應(yīng)的進(jìn)行將起到十分重 要的作用；氧化鈣的影響氧化鈣隨氣化反應(yīng)的影響是多方面的，首先氧化鈣作為一種氣化 反應(yīng)的催化劑，在很大程度上，它可以促進(jìn)煤焦氣化反應(yīng)的進(jìn)行，可以降低煤焦的灰熔點(diǎn)溫 度，使溶液的流動(dòng)性增強(qiáng)。此外，由于氧化鈣可以和煤中的硫發(fā)生反應(yīng)，可以起到固硫的作 用，對(duì)于環(huán)境保護(hù)具有十分重要的意義。實(shí)驗(yàn)表明，，中的氧化鎂對(duì)煤的氣化反應(yīng)也可以起 到促進(jìn)作用，而三氧化二鋁對(duì)煤焦的氣化反應(yīng)起到一定的阻礙作用，但是從高爐渣的成分分 析可以看到，三氧化二鋁的比例較小，相比來(lái)說(shuō)，并不占優(yōu)勢(shì)地位，所以總體分析，高爐渣 的物理化學(xué)性質(zhì)對(duì)煤焦的氣化反應(yīng)是有利的。以一噸高爐渣為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算，僅考慮其在液體狀態(tài)所具有的能量(熔渣溫度高于1300 。C)，且采用二氧化碳作為氣化劑。假設(shè)一噸高爐渣釋放的能量可以使X千克碳?xì)饣?。?jì)算方法如下進(jìn)入爐內(nèi)的熱量計(jì)算方法為煤的燃燒熱Q燃=4.187 x 81 xl00X = 33914.7X KJ 煤的物理熱2煤-YC^^ =41.87 X KJC02的物理熱Q氣=:r:XC2A,2 =61.40933 X KJ i 12熔渣提供的熱量0S = C3Af3 = 239000 KJ從爐中出去的熱量計(jì)算方法為CO的物理熱込。=wC4A/4 =7031.024 X KJCO的化學(xué)熱:Q燃?xì)?12630x^44.8 = 47152 X KJ 熱平衡方程2燃+0煤+g氣+0渣=0￡。+2燃?xì)馍鲜龈鞴街蠧V，C2,C"C4分別為煤、C02、熔渣和CO的平均比熱；A^A^，A 3，A"分 別為煤、C02、熔渣和CO的溫差；m為CO質(zhì)量。根據(jù)熱平衡方程計(jì)算可知一噸高爐熔渣從液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)可使11.85219 kg的碳?xì)饣?；?該過(guò)程中消耗的C02量為22.12409 m3 (合43.45804 kg);產(chǎn)生的CO量為44.24819 m3 (合 55.31023 kg)。以一年產(chǎn)IOOO萬(wàn)噸生鐵的鋼鐵廠進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益分析對(duì)于一個(gè)年產(chǎn)1000萬(wàn) 噸的鋼鐵企業(yè)，1年產(chǎn)生300萬(wàn)噸的高爐渣，則氣化用煤6.0萬(wàn)噸，消耗13,2萬(wàn)噸C02，生 產(chǎn)1.32億立方米CO，為企業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。從經(jīng)濟(jì)效益來(lái)看，按目前國(guó)際CDM機(jī)制的二氧化碳交易價(jià)格，每噸二氧化碳可售價(jià)8 歐元，那么購(gòu)買13.2萬(wàn)噸C02將花費(fèi)950.4萬(wàn)元人民幣；目前市場(chǎng)上，民用煤氣的價(jià)格是1.4 元/m3，那么將1.32億立方米的CO全部看做民用煤氣，則其售價(jià)將達(dá)到1.848億人民幣；在 刨除購(gòu)買煤的原料費(fèi)4200萬(wàn)元，則僅僅是其在高溫段的一次氣化階段就可以為企業(yè)帶來(lái)1.5 億元的經(jīng)濟(jì)效益。從環(huán)境效益來(lái)看，目前國(guó)內(nèi)外認(rèn)為最有前景性的處理二氧化碳技術(shù)為CCS技術(shù)，國(guó)內(nèi)采 用CCS處理一噸二氧化碳的成本約為40 70美元，那么處理13.2萬(wàn)噸C02將花費(fèi)3692~6468 萬(wàn)人民幣，況且目前世界上最先進(jìn)的CCS二氧化碳封存技術(shù)，世界上的最為成功一個(gè)試驗(yàn)項(xiàng) 目計(jì)劃在2009年到2010年間，捕集15萬(wàn)噸二氧化碳，而采用本發(fā)明的方法一座年產(chǎn)1000 萬(wàn)噸生鐵的鋼鐵廠就可以吸收13.2萬(wàn)噸的C02。本發(fā)明的方法對(duì)煤種的適應(yīng)性廣，氣化效率高，并且具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益， 對(duì)我國(guó)節(jié)能減排目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)具有重要的意義。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中的高爐熔渣煤氣化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，圖中1、高爐渣溝，2、爐 渣進(jìn)口， 3、熔渣氣化爐，4、給煤裝置，5、噴槍，6、換熱器，7、煤氣除塵器，8、儲(chǔ)氣罐， 9、轉(zhuǎn)杯，10、渣粒捕集器，11、輸送帶，12、電機(jī)，13、余熱鍋爐，14、爐渣出口， 15、隔 墻，16，進(jìn)渣口， 17、.余熱收集爐，18、煤氣出口， 19、擋板。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明實(shí)施例中采用的熔渣為鞍鋼高爐渣，主要成分如表1所示。表i鞍鋼高爐渣主要成分分iff結(jié)果(wt%)Si02CaOMgOA1203Ti0234.3841.218.2211.050.35本發(fā)明實(shí)施例中采用的給煤裝置為螺旋給料機(jī)。 本發(fā)明實(shí)施例中采用的破碎設(shè)備為磨煤機(jī)，干燥設(shè)備為煤粉干燥機(jī)。 本發(fā)明實(shí)施例中采用的煤氣除塵器為旋風(fēng)除塵器。本發(fā)明實(shí)施例中采用的轉(zhuǎn)杯內(nèi)徑120mm,深度40mm。本發(fā)明實(shí)施例中熔渣氣化爐的頂部噴槍的設(shè)置方式為噴槍出氣口與所處理熔渣液面的 距離為該噴槍出氣口直徑的1~5倍。隔墻高度的設(shè)置方式為隔墻的高度為所處M熔渣液面 高度的60~80%。本發(fā)明實(shí)施例中的轉(zhuǎn)杯轉(zhuǎn)速為600~2000r/min。以下為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例。 實(shí)施例1高爐熔渣煤氣化系統(tǒng)如圖l所示，包括熔渣氣化爐3、給煤裝置4、噴槍5、換熱器6、 煤氣除塵器7、儲(chǔ)氣罐8、余熱收集爐17;熔渣氣化爐3設(shè)有爐渣進(jìn)口 2、爐渣出口 14和煤 氣出口18，煤氣出口.18與換熱器6的進(jìn)氣口連通，換熱器6的出氣口與煤氣除塵器7的進(jìn) 氣口連通，煤氣除塵器7的出氣口與儲(chǔ)氣罐8連通；爐渣出口 14連接余熱收集爐17。熔渣氣化爐3內(nèi)部設(shè)有隔墻15，隔墻15的兩個(gè)側(cè)邊與熔渣氣化爐3的側(cè)壁連接，底邊 與熔渣氣化爐3的底部連接，隔墻15與熔渣氣化爐3蚰線的水平距離為熔渣氣化爐3直徑的 85%;爐渣進(jìn)口2和爐渣出口 14分別位于隔墻15的兩側(cè)；爐渣進(jìn)口2和爐渣出口 14的高度 差為熔渣氣化爐3直徑的2倍。其中爐渣出口 14處設(shè)有擋板19，該擋板高度可調(diào)。插入熔渣氣化爐3的噴槍5共4個(gè)，每個(gè)噴槍連接一個(gè)給煤裝置4，其中兩個(gè)噴槍插入熔渣氣化爐的位置是頂部，兩個(gè)噴槍插入熔渣氣化爐的位置是底部，各噴槍與水平面垂直；9位于熔渣氣化爐頂部的噴槍出氣口高于爐渣進(jìn)口 。余熱收集爐17包括渣粒捕集器10、轉(zhuǎn)杯9、輸送帶11和余熱鍋爐13，渣粒捕集器10 為圓桶狀，其側(cè)壁設(shè)有水冷壁，轉(zhuǎn)杯9位于水冷壁內(nèi)部，水冷壁下方為輸送帶ll，輸送帶ll 另一端的下方為余熱鍋爐13;其中渣粒捕集器10頂部設(shè)有進(jìn)渣口 16，進(jìn)渣口 16熔渣氣化爐 3的爐渣出口 14連通。上述兩個(gè)位于熔渣氣化爐底部的噴槍的出氣口直徑分別為15mm和20mm，底部的兩個(gè) 噴槍的出氣口與熔渣氣化爐底部的距離分別為45mm和10mm;兩個(gè)位于熔渣氣化爐頂部的 噴槍出氣口直徑分別為8mm和10mm，頂部的兩個(gè)噴槍出氣口與爐渣進(jìn)口最高點(diǎn)的距離分別 為40mm和10mm，并且高于爐渣進(jìn)口。熔渣氣化爐高度為lm，直徑為1.5m;爐渣出口距熔渣氣化爐爐底的垂直距離義lOOmm， 爐渣進(jìn)口與爐渣出口之間的高度差為500mm。 '采用上述裝置，將高爐熔渣經(jīng)渣流溝由爐渣進(jìn)口放入熔渣氣化爐中，溫度為1600°C;將 經(jīng)過(guò)干燥破碎的煤粉置于給煤裝置中，煤粉粒度在lmm以下，煤粉中水的質(zhì)量百分比小于 10%。當(dāng)熔渣氣化爐內(nèi)的熔渣液面高于爐渣進(jìn)口時(shí)，采用空氣壓縮機(jī)將煤粉和氣化劑空氣通過(guò) 噴槍噴吹到熔渣氣化爐內(nèi)，進(jìn)入熔渣氣化爐內(nèi)的煤粉中的固定碳與熔渣的質(zhì)量流速比值為 0.01;在相同時(shí)間內(nèi)，.進(jìn)入熔渣氣化爐的空氣中的0原子與煤粉中的C原子的個(gè)數(shù)比值為 0.9~1.5。通過(guò)調(diào)節(jié)擋板控制爐渣出口的熔渣流出速度，熔渣從爐渣出口流出的溫度為1320± 20°C。生成的煤氣進(jìn)入換熱器后，經(jīng)過(guò)換熱器冷卻至20(TC以下，進(jìn)入煤氣除塵器，經(jīng)過(guò)除塵 處理后氣體中的灰塵含量低于10mg/m3，然后進(jìn)入儲(chǔ)氣罐儲(chǔ)存。熔渣從爐渣出口越過(guò)擋板，流出進(jìn)入渣粒捕集器的進(jìn)渣口，落入旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)杯上，爐渣在 轉(zhuǎn)杯作用下被破碎成顆粒，熔渣顆粒撞擊在水冷壁上進(jìn)行一次換熱，然后落入輸送帶上，經(jīng) 輸送帶傳送到余熱鍋爐中，與余熱鍋爐中的水通過(guò)鍋爐管進(jìn)行下一次換熱，使水汽化產(chǎn)生水 蒸汽；換熱后形成爐渣從余熱鍋爐底部排出，溫度為200'C。水冷壁上水的流速為0.5 3m/s。當(dāng)反應(yīng)完成后，通過(guò)熔渣氣化爐底部的放料口將熔渣氣化爐內(nèi)的殘余熔渣排凈。通過(guò)上述方法每噸高爐熔渣產(chǎn)生CO 44m3 。 實(shí)施例2高爐熔渣煤氣化系統(tǒng)同實(shí)施例l，不同點(diǎn)在于磁渣氣化爐軸線與隔墻的水平距離為熔 渣氣化爐直徑的80%; (2)噴煤系統(tǒng)共有6個(gè)給煤裝置和噴槍，其中4個(gè)噴槍插入熔渣氣化10爐的位置是側(cè)部，2個(gè)噴槍插入熔渣氣化爐的位置是底部，插入側(cè)部的4個(gè)噴槍出氣口直徑 為8mm，出氣口與爐底的距離為100mm,插入側(cè)部的噴槍按切圓布置，與水平面成15°夾 角；插入底部的噴槍出氣口直徑為20mm，出氣口與爐底的距離為50mm，底部噴槍與水平面 垂直。(2)熔渣氣化爐直徑1.5m，高4m，爐渣出口距熔渣氣化爐爐底的距離為5(J0mm，爐 渣進(jìn)口與爐渣出口之間的高度差為2.5m。采用上述裝置進(jìn)行煤氣化操作，方法同實(shí)施例1，不同點(diǎn)在于(1)氣化劑為水蒸汽， 進(jìn)入熔渣氣化爐內(nèi)的煤粉中的固定碳與熔渣的質(zhì)量流速比值為0.02，在相同時(shí)間內(nèi)，進(jìn)入熔 渣氣化爐的水蒸汽中的0原子與煤粉中的C原子的個(gè)數(shù)比值為0.9~1.5。 (2)煤氣進(jìn)入煤氣 收集裝置后，經(jīng)過(guò)換熱器冷卻至18(TC，進(jìn)入煤氣除塵器，經(jīng)過(guò)除塵處理后氣體中的灰塵含 量低于5mg/m3。通過(guò)上述方法每噸高爐熔渣產(chǎn)生CO 43m3 。 實(shí)施例3高爐熔渣煤氣化系統(tǒng)同實(shí)施例1。高爐熔渣氣化方法同實(shí)施例1，不同點(diǎn)在于氣化劑為二氧化碳，二氧化碳流量按二氧 化碳中0原子和煤粉中的C原子的個(gè)數(shù)比值為1.9~2.5。 通過(guò)上述方法每噸高爐熔渣產(chǎn)生CO 43m3。
權(quán)利要求
1、一種高爐熔渣煤氣化系統(tǒng)，包括給煤裝置、噴槍、換熱器、煤氣除塵器、儲(chǔ)氣罐、余熱收集爐，其特征在于給煤裝置與噴槍的一端連接；噴槍的另一端插入熔渣氣化爐內(nèi)部，熔渣氣化爐的煤氣出口與換熱器連通，換熱器與煤氣除塵器連通，煤氣除塵器與儲(chǔ)氣罐連通；熔渣氣化爐的爐渣出口連接余熱收集爐。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高爐熔渣煤氣化系統(tǒng)，其特征在于所述的熔渣氣化爐內(nèi) 部設(shè)有隔墻，隔墻的兩個(gè)側(cè)邊與熔渣氣化爐的側(cè)壁連接，底邊與熔渣氣化爐的底部連接，隔 墻與熔渣氣化爐軸線的水平距離為熔渣氣化爐直徑的80~85%;爐渣進(jìn)口和爐渣出口分別位于 隔墻兩側(cè)的熔渣氣化爐的側(cè)壁上，爐渣進(jìn)口和爐渣出口的高度差為熔渣氣化爐直徑的0.5~2 倍；靠近爐渣出口處設(shè)有擋板。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高爐熔渣煤氣化系統(tǒng)，其特征在于插入熔渣氣化爐內(nèi)部 的噴槍至少為1個(gè)，噴槍插入熔渣氣化爐的位置是頂部N底部和/或側(cè)部，當(dāng)噴槍插入烙渣氣 化爐的位置是頂部或底部時(shí)，噴槍與水平面垂直；當(dāng)噴槍插入熔渣氣化爐的位置是側(cè)部時(shí)， 噴槍與水平面成5° ~30°夾角；當(dāng)噴槍插入熔渣氣化爐的位置是頂部時(shí)，噴槍出氣口的位置高于爐渣進(jìn)口的位置。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高爐熔渣煤氣化系統(tǒng)，其特征在于所述的爐渣余熱收集 爐包括渣粒捕集器、轉(zhuǎn)杯、輸送帶和余熱鍋爐，渣粒捕集器側(cè)壁設(shè)有水冷壁，轉(zhuǎn)杯位于水冷 壁內(nèi)部，水冷壁下方為輸送帶，輸送帶另一端的下方為余熱鍋爐；其中渣粒捕集器頂部的進(jìn) 渣口與熔渣氣化爐的爐渣出口連通。
5、 一種采用權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)進(jìn)行高爐熔渣煤氣化的方法，其特征在于按以下步 驟進(jìn)行(1)將高爐熔渣經(jīng)渣流溝由爐渣進(jìn)口放入熔渣氣化爐中；將煤粉置于給煤裝置中；(2)當(dāng)熔渣氣化爐內(nèi)的熔渣液面高于爐渣進(jìn)口時(shí)，將煤粉和氣化劑C02、水蒸汽和/或空氣 通過(guò)噴槍噴吹到熔渣氣化爐內(nèi)，進(jìn)入熔渣氣化爐的煤粉中的固定碳與烙渣的重量流速比為 0.01~0.02;通過(guò)調(diào)節(jié)擋板的高度控制爐渣出口的熔渣流出速度，換熱后的熔渣從爐渣出口流 出；反應(yīng)生成的煤氣進(jìn)入換熱器，再經(jīng)煤氣除塵器進(jìn)入儲(chǔ)氣罐。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高爐熔渣煤氣化方法，其特征在于通過(guò)噴槍噴吹到熔渣氣化爐內(nèi)的氣化劑和煤粉的流速按以下方式配比當(dāng)氣化劑為C02時(shí)，氣化劑中的O原子和煤粉中的C原子的個(gè)數(shù)比為1.9~2.5;當(dāng)汽化劑為水蒸汽時(shí)，氣化劑中的O原子和煤粉中的C 原子的個(gè)數(shù)比為0.9~1.5;當(dāng)氣化劑為空氣時(shí)，空氣中的O原子和煤粉中的C原子的個(gè)數(shù)比 為0.9~1.5。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高爐熔渣煤氣化方法，其特征在于煤氣進(jìn)入換熱器后，經(jīng)過(guò)換熱器冷卻至200'C以下，進(jìn)入煤氣除塵器，經(jīng)過(guò)除塵處理后氣體中的灰塵含量低于 10mg/m3，然后進(jìn)入儲(chǔ)氣罐。
8、根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高爐熔渣煤氣化方法，其特征在于熔渣從爐渣出口流出 時(shí)溫度為1320±20°C,流出后進(jìn)入渣粒捕集器的進(jìn)渣口，落入旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)杯上，轉(zhuǎn)杯轉(zhuǎn)速為 600 2000r/min，爐渣在轉(zhuǎn)杯作用下被破碎成顆粒，熔渣顆粒撞擊在水冷壁上進(jìn)行一次換熱， 然后落入輸送帶上，經(jīng)輸送帶傳送到余熱鍋爐中。
全文摘要
一種高爐熔渣煤氣化系統(tǒng)及方法，涉及高爐熔渣利用技術(shù)，系統(tǒng)包括熔渣氣化爐、噴煤系統(tǒng)、煤氣收集裝置和爐渣收集裝置；熔渣氣化爐設(shè)有爐渣進(jìn)口、爐渣出口、煤氣出口和隔墻；煤氣出口連接煤氣收集裝置，爐渣出口設(shè)有擋板；爐渣出口連接爐渣收集裝置。方法為將高爐熔渣經(jīng)渣流溝由爐渣進(jìn)口放入熔渣氣化爐中；將煤粉和氣化劑通過(guò)噴槍噴吹到熔渣氣化爐內(nèi)，通過(guò)調(diào)節(jié)擋板的高度控制爐渣出口的熔渣流出速度。本發(fā)明的方法具有巨大的環(huán)境效益，對(duì)我國(guó)節(jié)能減排目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)具有重要的意義。
文檔編號(hào)C10J3/48GK101597658SQ20091001247
公開日2009年12月9日 申請(qǐng)日期2009年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月10日
發(fā)明者于慶波, 朋 李, 勤 秦, 陸鐘武 申請(qǐng)人:東北大學(xué)