本發(fā)明涉及氣化技術領域，特別是一種蓄熱式高熱值合成氣的氣化裝置及基于該裝置的氣化生產(chǎn)方法。

背景技術：

現(xiàn)在實現(xiàn)工業(yè)煤氣化的工藝主要有固定床氣化、流化床氣化和氣流床氣化三類。氣化劑多為空氣、氧氣、二氧化碳或水蒸汽。傳統(tǒng)的氣化技術都是助燃劑和氣化劑一起進入氣化室，一邊燃燒，一邊氣化。燃燒產(chǎn)生的二氧化碳和空氣攜帶的氮氣進入合成氣，從而導致合成氣熱值不高，影響到合成氣的應用領域。為提高合成的熱值，有采用純氧用于生產(chǎn)合成氣，雖然達到了熱值方面的要求，生產(chǎn)成本大大提高，還抑制了應用推廣。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種蓄熱式高熱值合成氣的氣化裝置及基于該裝置的氣化生產(chǎn)方法，本發(fā)明提出的蓄熱式氣化技術，通過蓄熱燃燒為氣化提供熱量同時與氧氣隔絕，燃燒產(chǎn)生的煙氣余熱先通過蓄熱方式回收，然后再通過給水加以冷卻，排煙溫度不高于100℃，本系統(tǒng)生產(chǎn)的合成氣熱值較傳統(tǒng)的空氣-蒸汽氣化技術提高100％左右，且系統(tǒng)節(jié)能效果顯著。

本發(fā)明是通過以下技術方案來實現(xiàn)的：

一種蓄熱式高熱值合成氣的氣化裝置，包括氣化室、鼓風機和四通閥，所述氣化室頂端設置有連通合成氣管道的合成氣出口，所述氣化室內(nèi)部設置有用于加熱氣化室內(nèi)原料的輻射管，所述輻射管的兩端分別設置有第一蓄熱室和第二蓄熱室，所述第一蓄熱室和所述第二蓄熱室設置于所述氣化室外部，所述氣化室內(nèi)還設置有向氣化室內(nèi)提供氣化劑的過熱蒸汽管道，所述鼓風機和所述四通閥設置于所述氣化室外部，將空氣通過所述鼓風機送入四通閥，經(jīng)四通閥后進入所述第一蓄熱室，從所述第二蓄熱室出來的煙氣經(jīng)過四通閥由引風機進入給水換熱器，所述給水換熱器上設置有過熱蒸汽出口，所述過熱蒸汽出口與所述過熱蒸汽管道的一端連通，所述過熱蒸汽管道的另一端設置于所述氣化室內(nèi)部。在此過程中，燃燒過程產(chǎn)生的煙氣及沒有反應完全的空氣中的氧氣、氮氣等與合成氣徹底分開，可以大大提高合成的熱值。與熱解氣化相比，有過熱蒸汽的引入，大大加快了氣化進程，物料在過熱蒸汽脈沖翻動下，氣化過程效率高，徹底，完全。蒸汽由系統(tǒng)本身通過管道內(nèi)生成，系統(tǒng)結構簡單，可靠。排煙溫度實現(xiàn)冷凝式回收余熱，熱能利用率高，產(chǎn)氣量高。

本發(fā)明在蓄熱式輻射管為系統(tǒng)提供熱量，在氣化室內(nèi)實現(xiàn)熱解和氣化，有效的將氮氣和合成氣分開，合成氣中沒有由于空氣燃燒帶入的氮氣含量，以提高合成氣的熱值和降低運行成本。

優(yōu)選地，所述的輻射管為U型輻射管或W型輻射管。U型輻射管或W型輻射管使氣化室內(nèi)的原料得到充分加熱，原料氣化更徹底。

優(yōu)選地，所述的氣化室外壁上設置有保溫層。保溫層使氣化室內(nèi)的熱量不會輕易散發(fā)出去，保證氣化室內(nèi)的氣化溫度。

優(yōu)選地，所述的給水換熱器為給水管道和煙氣管道套接，所述煙氣管道設置于所述給水管道的內(nèi)部，可以實現(xiàn)煙氣冷凝式余熱回收。給水管道將煙氣管道中的余熱再回收，使煙氣排煙溫度降低到50℃～100℃，煙氣中水蒸汽凝結，潛熱釋放，回收更多的余熱，做到系統(tǒng)的氣化過程的節(jié)能。

優(yōu)選地，所述的過熱蒸汽管道上設置有過熱蒸汽流量調(diào)節(jié)閥。

優(yōu)選地，所述的氣化室外壁上設置有進料口，原料通過進料口進料。原料的給料由螺旋給料裝置或其他密封良好的給料裝置通過進料口進料完成，采用的方式可以有效防止空氣進入。

優(yōu)選地，所述的合成氣管道上設置有燃氣管道，所述燃氣管道與所述輻射管連通，所述燃氣管道上設置有燃氣流量調(diào)節(jié)閥。

本發(fā)明的另一個目的是提出了基于蓄熱式高熱值合成氣的氣化裝置的氣化生產(chǎn)方法，包括如下步驟：

(1)將原料加入氣化室，空氣通過鼓風機進入空氣管道，再通過四通閥將空氣通過輻射管一端的第一蓄熱室加熱，加熱后的空氣進入輻射管與燃氣混合燃燒，燃燒的熱量使氣化室中的原料發(fā)生熱解反應，揮發(fā)份析出，揮發(fā)份通過合成氣管道排出，氣化室溫度為800℃以上，燃氣燃燒后的煙氣通過輻射管另一端的第二蓄熱室，第二蓄熱室吸收煙氣中的一部分熱量，經(jīng)過第二蓄熱室后的煙氣通過四通閥由引風機進入給水換熱器，將煙氣中的另一部分熱量加熱給水換熱器中的水，經(jīng)過給水換熱器后的煙氣排出；給水換熱器中的水經(jīng)加熱溫度升高，最后在氣化室內(nèi)利用氣化室內(nèi)熱量吸收熱量變成過熱水蒸汽，過熱水蒸汽通過過熱蒸汽管道經(jīng)過熱蒸汽噴口將過熱水蒸汽噴入氣化室，析出揮發(fā)份后的原料與過熱水蒸汽發(fā)生氣化反應，生成的合成氣經(jīng)合成氣管道排出；

(2)合成氣管道中的氣體分為兩部分，一部分通過合成氣排放口排出，另一部分通過燃氣管道進入輻射管作為燃氣，空氣通過鼓風機進入空氣管道，再通過四通閥將空氣通過輻射管另一端的第二蓄熱室加熱，加熱后的空氣進入輻射管與所述燃氣混合燃燒，燃燒的熱量使氣化室中的原料發(fā)生熱解反應，揮發(fā)份析出，揮發(fā)份通過合成氣管道排出，燃氣燃燒后的煙氣通過輻射管一端的第一蓄熱室，第一蓄熱室吸收煙氣中的一部分熱量，經(jīng)過第一蓄熱室后的煙氣通過四通閥由引風機進入給水換熱器，將煙氣中的另一部分熱量加熱給水換熱器中的水，經(jīng)過給水換熱器后的煙氣排出；給水換熱器中的水溫度升高，最后在氣化室內(nèi)利用氣化室內(nèi)熱量吸收熱量變經(jīng)加熱變成過熱水蒸汽，過熱水蒸汽通過過熱蒸汽管道經(jīng)過熱蒸汽噴口將過熱水蒸汽噴入氣化室，析出揮發(fā)份后的原料與過熱水蒸汽發(fā)生氣化反應，生成的合成氣經(jīng)合成氣管道排出；

(3)重復上述步驟(1)和(2)，循環(huán)進行，實現(xiàn)連續(xù)生成合成氣。

本發(fā)明提出的氣化生產(chǎn)方法，原料從氣化室的進料口進入氣化室，正常生產(chǎn)過程中，氣化室溫度在800℃以上，原料先在此處進行逸出揮發(fā)份反應；在輻射管加熱系統(tǒng)內(nèi)設置有點火系統(tǒng)，其燃氣一部分用啟動燃氣，系統(tǒng)正常運行后，燃氣取自系統(tǒng)生產(chǎn)的燃氣，蓄熱系統(tǒng)回收煙氣余熱，給水換熱器對余熱進行深度回收，排放前進行煙氣余熱回收充分，一部分加熱助燃空氣，一部分用于加熱給水，實現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能。在本發(fā)明中，揮發(fā)份為可燃性氣體，可燃性氣體是指低碳烴，如烷烴、烯烴、芳烴等。

優(yōu)選地，所述的原料選自煤、生物質或可燃固體廢棄物中的一種。

優(yōu)選地，所述的經(jīng)過給水換熱器后排出的煙氣的溫度為50℃～100℃，煙氣余熱回收較徹底。

本發(fā)明的有益效果是：

(1)氣化室內(nèi)只有過熱蒸汽，其間產(chǎn)生的只有合成氣和揮發(fā)份，合成氣熱值高，可達2600千卡/立方以上，可以滿足大多數(shù)加熱工藝對熱的需求，與傳統(tǒng)的流化床氣化系統(tǒng)相比，可以有效降低系統(tǒng)高度和制作成本，并提高燃氣熱值；

(2)合成氣生產(chǎn)過程中氣化劑只有水通過系統(tǒng)自身通過換熱器和管道生成過熱蒸汽，合成氣中沒有氮氣，熱值可達2600千卡/立方以上。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一種蓄熱式高熱值合成氣的氣化裝置結構示意圖；

圖中：1、合成氣排放口；2、合成氣管道；3、燃氣管道；4、燃氣噴口；5、給水換熱器；6、過熱蒸汽管道；7、過熱蒸汽噴口；8、四通閥；9、引風機；10、鼓風機；11、第二蓄熱室；12、原料；13、輻射管；14、螺旋給料機；15、煙囪；16、氣化室；17、燃氣流量調(diào)節(jié)閥；18、過熱蒸汽流量調(diào)節(jié)閥；19、第一蓄熱室。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發(fā)明的內(nèi)容做進一步詳細說明。

實現(xiàn)蓄熱式高熱值合成氣的生產(chǎn)方法的裝置中的氣化室其可以選擇設備、塔、儲罐或者任何可以實現(xiàn)本發(fā)明的方法的儲存容器均可，在下述實施例中，選擇筒體并且加筒體外壁設置有保溫層。

實施例

參閱圖1，圖1為蓄熱式高熱值合成氣的氣化裝置結構示意圖。燃氣管道上標示的箭頭方向為燃氣的流動方向，燃氣根據(jù)系統(tǒng)控制要求，按不同時序通過分別通入輻射管的兩端進入輻射管，給水換熱器上引出的箭頭方向為過熱蒸汽的流動方向。

本發(fā)明所提出的蓄熱式高熱值合成氣的氣化裝置，包括氣化室16、鼓風機10和四通閥8，氣化室16頂端設置有連通合成氣管道2的合成氣出口，氣化室16內(nèi)部設置有輻射管13，輻射管13的兩端分別設置有第一蓄熱室19和第二蓄熱室11，第一蓄熱室19和第二蓄熱室11設置于氣化室16外部，氣化室16內(nèi)還設置有過熱蒸汽管道6，鼓風機10和四通閥8設置于氣化室16外部，將空氣通過鼓風機10送入四通閥8，經(jīng)四通閥8后進入第一蓄熱室19，經(jīng)過輻射管13從第二蓄熱室11出來的煙氣經(jīng)過四通閥8由引風機9進入給水換熱器5，給水換熱器5上設置有過熱蒸汽出口，過熱蒸汽出口與過熱蒸汽管道6的一端連通，過熱蒸汽管道6的另一端設置于氣化室16內(nèi)部。

本發(fā)明提出的蓄熱式輻射管為系統(tǒng)提供熱量，在氣化室內(nèi)實現(xiàn)氣化，有效的將氮氣和合成氣分開，合成氣中沒有氮氣含量，以提高合成氣的熱值和降低運行成本。運用本裝置實現(xiàn)的氣化生產(chǎn)合成氣可以將合成氣中氮氣的含量降低到0％，而現(xiàn)有技術中的用空氣作為氣化劑的氣化方法中氮氣含量一般在50％以上。因此本發(fā)明產(chǎn)生的合成氣熱值可達2600千卡/立方。

輻射管13可以為U型輻射管、W型輻射管或本領域技術人員想到的其他形狀，只要能達到使氣化室內(nèi)原料12得到充分氣化的效果均可，本實施例中優(yōu)選輻射管為U型輻射管，U型輻射管使氣化室內(nèi)的原料12得到充分加熱，原料12氣化更徹底。

氣化室16外壁上設置有保溫層，保溫層使氣化室16內(nèi)的熱量不會輕易散發(fā)出去，保證氣化室16內(nèi)的氣化溫度。保溫層的材料可以為本領域技術人員可以想到的保溫材料即可。

給水換熱器5為給水管道和煙氣管道套接，煙氣管道設置于給水管道的內(nèi)部。給水管道將煙氣管道中的余熱再回收，使煙氣排煙溫度降低到50℃～100℃，煙氣中水蒸汽凝結，潛熱釋放，回收更多的余熱，做到系統(tǒng)的氣化過程的節(jié)能。

過熱蒸汽管道6上設置有過熱蒸汽流量調(diào)節(jié)閥18。在過熱蒸汽管道6上可以設置有若干個用于向氣化室16內(nèi)提供過熱蒸汽的過熱蒸汽支管，每個過熱蒸汽支管上設置有過熱蒸汽流量調(diào)節(jié)閥18和過熱蒸汽噴口7，以便于過熱蒸汽更充分與原料12接觸。在本實施例中，過熱蒸汽管道6上設置有兩個用于向氣化室16內(nèi)提供過熱蒸汽的過熱蒸汽支管，每個過熱蒸汽支管上設置有過熱蒸汽流量調(diào)節(jié)閥18和過熱蒸汽噴口7。過熱蒸汽的壓力為3公斤以上，過熱度為100℃以上，主要參與氣化和流化。過熱蒸汽的量只要能達到翻動物料和氣化就可以了，在合成氣出口，蒸汽的含量不超過10％，根據(jù)顆粒大小不同，確保顆粒處于可流化狀態(tài)，防止物料板結。

氣化室16外壁上設置有進料口，原料12通過進料口進料，在本實施例中的原料12即為待氣化物料。在本發(fā)明中原料12的給料由螺旋給料裝置或其他密封良好的給料裝置通過進料口進料完成，在本實施例中原料12通過使用螺旋給料機14進料。

合成氣管道2上設置有燃氣管道3，燃氣管道3與輻射管13連通，燃氣管道3上設置有燃氣流量調(diào)節(jié)閥17。燃氣管道3上設置有一個或兩個用于向輻射管13內(nèi)提供燃氣的燃氣支管，每個燃氣支管上設置有燃氣流量調(diào)節(jié)閥17和燃氣噴口4，在本實施例中，燃氣管道3上設置有兩個燃氣支管，第一燃氣支管設置在第一蓄熱室的上部，第二燃氣支管設置在第二蓄熱室的上部。

本發(fā)明的工藝流程是：

(1)將原料12加入氣化室16，空氣通過鼓風機10進入空氣管道，再通過四通閥8將空氣通過輻射管13一端的第一蓄熱室19加熱，加熱后的空氣進入輻射管13與燃氣混合燃燒，燃燒的熱量使氣化室16中的原料12發(fā)生熱解反應，揮發(fā)份析出，揮發(fā)份通過合成氣管道2排出，氣化室16溫度為800℃以上，燃氣燃燒后的煙氣通過輻射管13另一端的第二蓄熱室11，第二蓄熱室11吸收煙氣中的一部分熱量，經(jīng)過第二蓄熱室11后的煙氣通過四通閥8由引風機9進入給水換熱器5，將煙氣中的另一部分熱量加熱給水換熱器5中的水，經(jīng)過給水換熱器5后的煙氣排出；給水換熱器5中的水經(jīng)加熱變成過熱水蒸汽，過熱水蒸汽通過過熱蒸汽管道6經(jīng)過熱蒸汽噴口6將過熱水蒸汽噴入氣化室，析出揮發(fā)份后的原料12與過熱水蒸汽發(fā)生氣化反應，生成的合成氣經(jīng)合成氣管道排出；

(2)合成氣管道中的氣體分為兩部分，一部分通過合成氣排放口1排出，另一部分通過燃氣管道3進入輻射管13作為燃氣，空氣通過鼓風機10進入空氣管道，再通過四通閥8將空氣通過輻射管13另一端的第二蓄熱室11加熱，加熱后的空氣進入輻射管13與燃氣混合燃燒，燃燒的熱量使氣化室16中的原料12發(fā)生熱解反應，揮發(fā)份析出，揮發(fā)份通過合成氣管道2排出，燃氣燃燒后的煙氣通過輻射管13一端的第一蓄熱室19，第一蓄熱室19吸收煙氣中的一部分熱量，經(jīng)過第一蓄熱室19后的煙氣通過四通閥8由引風機9進入給水換熱器5，將煙氣中的另一部分熱量加熱給水換熱器5中的水，經(jīng)過給水換熱器5后的煙氣排出；給水換熱器5中的水經(jīng)加熱變成過熱水蒸汽，過熱水蒸汽通過過熱蒸汽管道經(jīng)過熱蒸汽噴口7將過熱水蒸汽噴入氣化室16，析出揮發(fā)份后的原料12與過熱水蒸汽發(fā)生氣化反應，生成的合成氣經(jīng)合成氣管道2排出；

(3)重復上述步驟(1)和(2)，循環(huán)進行，實現(xiàn)連續(xù)生成合成氣。

正常工作時，氣化室的溫度為800℃以上，原料12在通過氣化室時被預熱，烘干，揮發(fā)份逸出，揮發(fā)份會作為合成氣的一部分，可以提高合成氣的熱值，氣化室內(nèi)只有過熱蒸汽進入，因此，在合成氣中，主要成份為一氧化碳、氫氣和水蒸汽；通過控制水蒸汽的量，可有效提高合成氣的熱值，本發(fā)明的合成的熱值可以達到2600千卡/立方以上。

固體可燃顆粒從氣化室16的進料口進入氣化室16，正常生產(chǎn)過程中，氣化室16溫度在800℃以上，固體顆粒先在此處進行逸出揮發(fā)份反應；在輻射管13內(nèi)設置有點火系統(tǒng)，其燃氣一部分用啟動燃氣，系統(tǒng)正常運行后，燃氣取自系統(tǒng)生產(chǎn)的燃氣，蓄熱系統(tǒng)回收煙氣余熱，給水換熱器5對余熱進行深度回收，排放前進行煙氣余熱回收充分，一部分加熱助燃空氣，一部分用于加熱給水，實現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能。

熾熱的原料12進入氣化室16后，從氣化室16底部進入的流化氣體，流化氣體為過熱蒸汽，過熱蒸汽和熾熱的碳粒發(fā)生氣化反應，主要生成一氧化碳和氫氣，及其他可燃氣體，氣化過程中熱量的提供通過蓄熱式輻射管加熱系統(tǒng)。

該過程中合成氣中沒有氮氣，加熱系統(tǒng)排煙溫度可達50℃，一方面提高了合成氣的熱值，另一方面，降低了合成的生產(chǎn)成本。因為所采用的氣化劑為過熱蒸汽，且在系統(tǒng)本身生產(chǎn)，不需要專門配置蒸汽鍋爐，因此，成本低，合成氣的熱值高，運行成本低。固體可燃顆粒選自煤、生物質或可燃固體廢棄物中的一種，在本實施例中原料12為煤粒，流化氣體為過熱蒸汽，流化采取脈沖式流化方式，以控制蒸汽進入量。

流化氣體為過熱蒸汽，過熱蒸汽的壓力為3公斤以上，過熱度為100℃以上，主要參與氣化和流化。過熱蒸汽的量只要能達到翻動物料和氣化就可以了，在合成氣出口，蒸汽的含量不超過10％，根據(jù)顆粒大小不同，確保顆粒處于可流化狀態(tài)，防止物料板結。

蓄熱式輻射管加熱從氣化室16內(nèi)部加熱，對熱能的利用率達到98％以上，煙氣余熱通過蓄熱燃燒方式回收，引風機出口處煙氣高于160℃，最后經(jīng)過給水裝置的余熱再回收，煙氣通過煙囪15排入大氣中，最終的煙氣溫度為50℃～100℃，煙氣中水蒸汽凝結，潛熱釋放，回收更多的余熱，做到系統(tǒng)的氣化過程的節(jié)能。

本發(fā)明通過給水換熱器5對過熱蒸汽的加熱、輻射管對氣化室內(nèi)原料12的加熱和氣化分離，實現(xiàn)了在過熱水蒸汽低成本條件下生產(chǎn)高熱值合成氣，減少了合成氣中氮氣的含量到0％，現(xiàn)有的以空氣和水蒸汽為氣化劑的氣化過程一般在50％以上。系統(tǒng)對固體顆粒的大小沒有嚴格要求，過熱蒸汽的翻動及流化作用保證氣化進行的徹底完全。

在本發(fā)明中，高熱值合成氣的生產(chǎn)方法對煤及其他固體顆粒的大小沒有嚴格要求，不需要消耗太多能量用于固體可燃顆粒的粉碎或制粉。原料顆粒從氣化室進入反應系統(tǒng)，底部通入過熱蒸汽進行氣化。因此，合成氣中氮氣極少，煤氣熱值得到顯著提高。

上列詳細說明是針對本發(fā)明可行實施例的具體說明，該實施例并非用以限制本發(fā)明的專利范圍，凡未脫離本發(fā)明所為的等效實施或變更，均應包含于本案的專利范圍中。