煤气化装置及煤气化系统的制作方法

1.本公开涉及煤气化技术领域，尤其涉及一种煤气化装置及煤气化系统。


背景技术：

2.煤气化技术是洁净高效利用煤的一种重要方式。
3.煤与气化剂在气化炉中进行气化反应，得到粗煤气及转化后灰渣，灰渣由气化炉的排渣口排出，粗煤气由气化炉的气体出口排出。
4.然而，由气体出口排出的粗煤气中存在飞灰，飞灰中碳含量较高，且由排渣口排出的灰渣中残碳含量也较高，如此导致气化炉的整体碳转化利用率较低。因此，如何提高碳转化利用率成为亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本公开提供了一种煤气化装置及煤气化系统。
6.第一方面，本公开提供了一种煤气化装置，包括飞灰分离模块、浆料制备模块以及浆料处理模块；
7.所述飞灰分离模块的气体入口与气化炉的气体出口连通，所述飞灰分离模块用于对由所述气体出口排出的含尘粗煤气进行分离，以得到粗煤气和飞灰，所述飞灰分离模块具有可供所述飞灰排出的飞灰出口；
8.所述浆料制备模块具有进水口、与所述气化炉的排渣口连通的灰渣入口、与所述飞灰出口连通的飞灰入口以及浆料出口；所述浆料制备模块用于使所述飞灰、由所述排渣口排出的灰渣与由所述进水口进入的水混合以形成浆态物料；
9.所述浆料处理模块具有与所述浆料出口连通的浆料入口以及与所述气化炉的气化剂入口连通的气体排放口；所述浆料处理模块用于对由所述浆料入口进入的所述浆态物料进行燃烧处理，且使燃烧产生的气体经所述气体排放口进入至所述气化炉中。
10.可选的，所述排渣口与所述灰渣入口之间还连接有灰渣预处理模块；
11.所述灰渣预处理模块用于对由所述排渣口排出的灰渣进行湿法破碎处理，并将经破碎处理后的灰渣由所述灰渣入口输送至所述浆料制备模块中。
12.可选的，所述灰渣预处理模块包括混合搅拌单元和破碎单元；
13.所述混合搅拌单元具有添加剂进口、与所述排渣口连通的进渣口以及混合物料出口，所述混合搅拌单元用于对由所述进渣口进入的灰渣以及由所述添加剂进口进入的添加剂进行混合搅拌，以得到混合物料；
14.所述破碎单元具有入水口、用于供所述混合物料进入的混合物料入口以及与所述灰渣入口连通的出渣口，所述破碎单元用于对所述混合物料进行湿法破碎处理，且使破碎处理后的灰渣经所述出渣口排出。
15.可选的，所述浆料处理模块具有一次反应区以及位于所述一次反应区下方的二次
反应区，所述二次反应区与所述一次反应区连通，且所述二次反应区的内径小于所述一次反应区的内径；
16.所述一次反应区上设置有所述浆料入口和所述气体排放口，所述浆料入口处设置有物料喷嘴，所述物料喷嘴具有可供所述浆态物料进入的浆料通道和可供氧气进入的氧气通道；所述二次反应区上设置有二次燃烧进气喷嘴组。
17.可选的，所述一次反应区内设置有两端开口的中空引导筒，所述中空引导筒的顶端与所述一次反应区的侧壁连接，所述中空引导筒的底端开口口径小于所述中空引导筒的顶端开口口径；
18.所述气体排放口位于所述中空引导筒的顶端与所述一次反应区的侧壁连接位置的下方。
19.可选的，所述中空引导筒包括顶端大、底端小的圆锥筒段以及由所述圆锥筒段的底端向下延伸的延伸筒段，所述延伸筒段与所述一次反应区的侧壁之间具有间隙。
20.可选的，所述圆锥筒段的锥角为30
°
～80
°
；
21.所述延伸筒段的内径为所述一次反应区内径的0.4～0.7倍。
22.可选的，所述一次反应区与所述二次反应区之间通过中部变径筒段连通，所述中部变径筒段的内径由上至下逐渐减小；
23.所述延伸筒段延伸至所述中部变径筒段内。
24.可选的，所述二次燃烧进气喷嘴组包括至少两个粗煤气旋流进气喷嘴和至少两个氧气旋流进气喷嘴；
25.至少两个所述粗煤气旋流进气喷嘴和至少两个所述氧气旋流进气喷嘴沿所述二次反应区的侧壁周向间隔且交替排布，相邻的所述粗煤气旋流进气喷嘴和所述氧气旋流进气喷嘴的喷气方向相对。
26.可选的，所述煤气化装置还包括废热锅炉模块，
27.所述气体排放口通过所述废热锅炉模块与所述气化剂入口连通，所述废热锅炉模块用于对由所述气体排放口排出的气体进行降温，并使降温后的气体经所述气化剂入口进入至所述气化炉中；
28.所述浆料处理模块具有过热蒸汽入口，所述废热锅炉具有与所述过热蒸汽入口连通的过热蒸汽出口，以向所述浆料处理模块内提供过热蒸汽。
29.可选的，所述煤气化装置还包括煤气冷却净化模块和煤气加压模块；
30.所述煤气冷却净化模块具有与所述飞灰分离模块的粗煤气出口连通的进气口，所述煤气冷却净化模块用于对由所述粗煤气出口排出的粗煤气进行冷却净化处理，且使经净化处理后的部分粗煤气输送至所述煤气加压模块；
31.所述煤气加压模块用于对所述部分粗煤气进行加压，并将加压后的粗煤气输送至所述浆料处理模块内。
32.第二方面，本公开提供了一种煤气化系统，包括气化炉以及如上所述的煤气化装置；
33.所述气化炉具有所述气体出口和所述排渣口，所述气体入口与所述气体出口连通，所述灰渣入口与所述排渣口连通。
34.本公开实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：
35.本公开提供的煤气化装置及系统，通过设置飞灰分离模块、浆料制备模块和浆料处理模块，通过飞灰分离模块对气化炉排出的含尘粗煤气进行分离以得到粗煤气和飞灰，通过浆料制备模块对飞灰分离模块分离出的飞灰、由气化炉的排渣口排出的灰渣以及水进行混合以形成浆态物料，通过浆料处理模块对浆态物料进行燃烧处理，将浆料中的碳转化为二氧化碳，将浆料中的水转化为高温蒸汽，并将得到的以二氧化碳和蒸汽为主的高温气体通过气化炉的气化剂入口送入气化炉中，为气化炉内的反应提供气化剂和热量，从而提高了碳转化利用率，且降低了气化成本，提高了系统能效和技术经济性。
附图说明
36.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
37.为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
38.图1为本公开实施例所述的煤气化系统的结构框图；
39.图2为本公开实施例所述的灰渣预处理模块的结构框图；
40.图3为本公开实施例所述的浆料处理模块的结构示意图；
41.图4为本公开实施例所述的二次反应区上的二次燃烧进气喷嘴组的排布示意图。
42.其中，100、煤气化系统；10、煤气化装置；1、飞灰分离模块；11、气体入口；12、粗煤气出口；13、飞灰出口；2、浆料制备模块；21、飞灰入口；22、灰渣入口；23、进水口；24、浆料出口；3、浆料处理模块；31、浆料入口；311、浆料通道；312、氧气通道；32、气体排放口；33、过热蒸汽入口；34、氧气入口；35、一次反应区；351、中空引导筒；352、圆锥筒段；353、延伸筒段；36、二次反应区；361、二次燃烧进气喷嘴组；362、粗煤气旋流进气喷嘴；363、氧气旋流进气喷嘴；364、残渣出口；37、中部变径筒段；4、灰渣预处理模块；41、混合搅拌单元；411、进渣口；412、添加剂进口；413、混合物料出口；42、破碎单元；421、入水口；422、混合物料入口；423、出渣口；5、废热锅炉模块；51、气体进口；52、排气口；53、过热蒸汽出口；6、煤气冷却净化模块；61、进气口；62、出气口；7、煤气加压模块；20、气化炉；201、气体出口；202、排渣口；203、气化剂入口；204、排渣系统。
具体实施方式
43.为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
44.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。
45.实施例一
46.参照图1所示，本实施例提供一种煤气化装置10，包括飞灰分离模块1、浆料制备模块2以及浆料处理模块3。
47.该煤气化装置10用于与气化炉20配套使用，气化炉20比如可以是流化床气化炉。气化炉20用于进行煤气化反应，煤与气化剂在气化炉20内进行气化反应，得到含尘粗煤气和灰渣。气化炉20具有气体出口201和排渣口202，含尘粗煤气由气体出口201排出，灰渣由排渣口202排出。其中，含尘粗煤气和灰渣中碳含量较高。
48.飞灰分离模块1具有气体入口11、飞灰出口13和粗煤气出口12。飞灰分离模块1具体可以为一级旋风分离器或者多级旋风分离器。其中，气体入口11与气化炉20的气体出口201连通，含尘粗煤气由气体入口11进入至飞灰分离模块1中，飞灰分离模块1用于对该含尘粗煤气进行分离，以得到粗煤气和飞灰。其中，粗煤气由粗煤气出口12排出，飞灰由飞灰出口13排出。
49.浆料制备模块2具有进水口23、与气化炉20的排渣口202连通的灰渣入口22、与飞灰出口13连通的飞灰入口21以及浆料出口24。具体实现时，排渣口202通过排渣系统204与灰渣入口22连通。浆料制备模块2用于使飞灰、由排渣口202排出的灰渣与由进水口23进入的水混合以形成浆态物料。
50.浆料处理模块3具有与浆料出口24连通的浆料入口31、可供氧气进入的氧气入口34、与气化炉20的气化剂入口203连通的气体排放口32。浆料处理模块3用于对由浆料入口31进入的浆态物料进行燃烧处理，且使燃烧产生的气体经气体排放口32进入至气化炉20中，作为气化剂使用。
51.具体实现时，气化炉20进行煤气化反应生成的含尘粗煤气由气体出口201排出，经飞灰分离模块1的气体入口11进入至飞灰分离模块1中，飞灰分离模块1对含尘粗煤气进行分离，得到粗煤气和飞灰。其中，飞灰从飞灰出口13排出，经浆料制备模块2的飞灰入口21进入至浆料制备模块2中。气化炉20进行煤气化反应生成的含一定残碳的灰渣经排渣口202排出，具体实现时，灰渣经排渣管线排出至排渣系统204中，灰渣经排渣系统204降温降压后，得到低温灰渣，进而由灰渣入口22进入至浆料制备模块2中。通过进水口向浆料制备模块2中通入水。由灰渣入口22进入的灰渣、由飞灰入口21进入的飞灰、由进水口23进入的水在浆料制备模块2中混合，形成浆态物料。其中，浆态物料的浆浓度比如可以为45％～65％。其中，由进水口23进入的水具体可以是废水，通过废水实现灰渣和飞灰的混合，不仅使废水得以有效利用，且节省了气化成本。
52.经浆料制备模块2处理形成的浆态物料经浆料出口24排出，浆态物料具体可通过煤浆泵经浆料入口31输送至浆料处理模块3中。浆料处理模块3主要对含碳浆态物料进行高温处理，将物料中碳转化为二氧化碳，同时释放出高温热量，将浆态物料中的水转化为高温蒸汽，得到以水蒸气、二氧化碳为主的高温产品气，高温产品气经气体排放口32排出，进而经气化炉20的气化剂入口203进入至气化炉20中作为高温气化剂使用，同时为气化炉20提供热量，从而提高了碳转化利用率。
53.本实施例提供的煤气化装置10，通过设置飞灰分离模块1、浆料制备模块2和浆料处理模块3，通过飞灰分离模块1对气化炉20排出的含尘粗煤气进行分离以得到粗煤气和飞灰，通过浆料制备模块2对飞灰分离模块1分离出的飞灰、由气化炉20的排渣口202排出的灰渣以及水进行混合以形成浆态物料，通过浆料处理模块3对浆态物料进行燃烧处理，将浆料中的碳转化为二氧化碳，将浆料中的水转化为高温蒸汽，并将得到的以二氧化碳和蒸汽为主的高温气体通过气化剂入口203送入气化炉20中，为气化炉20内的反应提供气化剂和热
量，从而提高了碳转化利用率，且降低了气化成本，提高了系统能效和技术经济性。
54.参照图1和图2所示，在一些实施例中，排渣口202与灰渣入口22之间还连接有灰渣预处理模块4。灰渣预处理模块4用于对由排渣口202排出的灰渣进行湿法破碎处理，并将经破碎处理后的灰渣经灰渣入口22输送至浆料制备模块2中。也就是说，由排渣口202排出的灰渣经排渣系统204降温降压后，先进入至灰渣预处理模块4中，通过灰渣预处理模块4对灰渣进行湿法破碎处理以形成细渣，然后细渣再进入浆料制备模块2中。
55.具体地，灰渣预处理模块4可包括：混合搅拌单元41和破碎单元42。其中，混合搅拌单元41具有添加剂进口412、与排渣口202连通的进渣口411以及混合物料出口413，混合搅拌单元41用于对由进渣口411进入的灰渣以及由添加剂进口412进入的添加剂进行混合搅拌，以得到混合物料。其中，破碎单元42具有入水口421、用于供混合物料进入的混合物料入口422以及与灰渣入口22连通的出渣口423，破碎单元42用于对混合物料进行湿法破碎处理，且使破碎处理后的灰渣经出渣口423排出。进而进入至浆料制备模块2中。具体地，破碎单元42将混合物料进行湿法破碎至粒径在100μm以下输出。其中，通过添加剂进口412向混合搅拌单元41中加入添加剂，不仅有利于后续浆态物料的形成，且能够提高破碎单元42对灰渣的破碎效果。
56.参照图3所示，浆料处理模块3具有一次反应区35以及位于一次反应区35下方的二次反应区36。其中，二次反应区36与一次反应区35连通，二次反应区36的内径小于一次反应区35的内径。
57.具体实现时，一次反应区35的外部可以为金属外壳，内衬耐火砖，一次反应区35内部主要发生碳氧、碳水转化反应，释放高温热量。具体地，一次反应区35上设置有浆料入口31和气体排放口32。浆料入口31处可以设置物料喷嘴，物料喷嘴具有可供浆态物料进入的浆料通道311和可供氧气进入的氧气通道312。其中，物料喷嘴可以为一个，也可以为多个，当物料喷嘴为多个时，多个物料喷嘴比如可以沿一次反应区35的顶部周向布置。
58.其中，二次反应区36上设置有二次燃烧进气喷嘴组361。二次燃烧进气喷嘴组361用于向二次反应区36内喷射燃烧所用气体。具体实现时，二次燃烧进气喷嘴组361可以设置为多组，多组二次燃烧进气喷嘴组361可沿二次反应区36的周向间隔排布。
59.具体地，由浆料制备模块2的浆料出口24排出的浆料经浆料通道311进入至一次反应区35内，氧气经氧气通道312进入至一次反应区35内，浆料和氧气在一次反应区35内发生高温燃烧气化反应，消耗浆料中的碳。一次反应区35的产物进入二次反应区36，以进行含碳物料的二次转化，经验证，二次反应区36可实现灰渣中残碳的100％转化。二次反应区36的底部具有残渣出口364，转化生成的残渣可经该残渣出口364排出。
60.继续参照图3所示，一次反应区35内设置有两端开口的中空引导筒351，中空引导筒351的顶端与一次反应区35的侧壁连接，中空引导筒351的底端开口口径小于中空引导筒351的顶端开口口径。具体地，中空引导筒351设置在一次反应区35的中下部。其中，气体排放口32位于中空引导筒351的顶端与一次反应区35的侧壁连接位置的下方。
61.具体地，一次反应区35内的气体夹带含部分残碳灰渣下行，进入该中空引导筒351，气速逐渐增大，加速固相物料下行。中空引导筒351的设置有利于实现高温气体和固相物料的分离，保持固相物料下行，进入下部二次反应区36内进一步转化。其中，反应产生的高温气体上行经气体排放口32排出。
62.中空引导筒351具体可以包括顶端大、底端小的圆锥筒段352以及由圆锥筒段352的底端向下延伸的延伸筒段353，延伸筒段353与一次反应区35的侧壁之间具有间隙。这样设置不仅可以对物料起到较好的引流导向作用，同时将气体排放口32和由中空引导筒351下落的物料更好的分隔开，以减少由气体排放口32排出的气体的携尘量。具体实现时，可以将圆锥筒段352的锥角设置为30
°
～80
°
，延伸筒段353的内径可以设置为一次反应区35内径的0.4～0.7倍。
63.继续参照图3所示，一次反应区35与二次反应区36之间通过中部变径筒段37连通，中部变径筒段37的内径由上至下逐渐减小。其中，延伸筒段353延伸至中部变径筒段37内。这样设置便于实现高温气体夹带固相物料的顺利下行。
64.参照图3和图4所示，二次燃烧进气喷嘴组361包括至少两个粗煤气旋流进气喷嘴362和至少两个氧气旋流进气喷嘴363。至少两个粗煤气旋流进气喷嘴362和至少两个氧气旋流进气喷嘴363沿二次反应区36的侧壁周向间隔且交替排布，且相邻的粗煤气旋流进气喷嘴362和氧气旋流进气喷嘴363的喷气方向相对。其中，二次燃烧进气喷嘴组361可以设置为一圈，也可以设置为多圈。
65.通过将两种喷嘴如上设置，可保证射出的粗煤气和氧气以旋流方向相对，加速与固相灰渣的反应，形成高温，加速灰渣中碳的转化，保证其充分消耗。比如可将粗煤气旋流进气喷嘴362的气体出射方向与氧气旋流进气喷嘴363的气体出射方向的内夹角设置为110
°
～160
°
。
66.进一步地，该煤气化装置10还可以包括废热锅炉模块5，废热锅炉模块5具有气体进口51和排气口52。气体进口51与浆料处理模块3的气体排放口32连通，排气口52与气化剂入口203连通。即，气体排放口32通过废热锅炉模块5与气化剂入口203连通。废热锅炉模块5用于对由气体排放口32排出的气体进行降温，并使降温后的气体经气化剂入口203进入至气化炉20中。
67.此外，浆料处理模块3具有过热蒸汽入口33，过热蒸汽入口33具体可设置在一次反应区35上，废热锅炉模块5具有与过热蒸汽入口33连通的过热蒸汽出口53，以向一次反应区35内提供过热蒸汽。
68.也就是说，浆料处理模块3产生的高温产品气由进气口61进入至废热锅炉模块5中，废热锅炉模块5回收高温产品气的部分热量，降低一定温度的气体由出气口62排出，进而进入至气化炉20中作为气化剂使用。废热锅炉模块5回收的热量用于富产过热蒸汽，过热蒸汽经过热蒸汽出口53排出，进而经浆料处理模块3的过热蒸汽入口33进入至浆料处理模块3中作为反应气使用，使得过热蒸汽得以有效利用，进一步降低了成本。
69.此外，该煤气化装置10还可以包括煤气冷却净化模块6。煤气冷却净化模块6具有进气口61和出气口62，进气口61与飞灰分离模块1的粗煤气出口12连通。煤气冷却净化模块6用于对由粗煤气出口12排出的粗煤气进行冷却净化处理，且使经净化处理后的部分粗煤气经煤气冷却净化模块6的出气口62排出。
70.具体地，飞灰分离模块1分离出的粗煤气由进气口61进入至煤气冷却净化模块6中，实现煤气冷却，同时去除粗煤气中的细粉、焦油，去除粗煤气中的二氧化碳，得到经冷却处理后的粗煤气，即得到以可燃气体为主的粗煤气。其中，以可燃气体为主的粗煤气中的一部分由出气口62排出，进而进入至浆料处理模块3内作为可燃气体使用。
71.具体实现时，出气口62与浆料处理模块3之间设置有煤气加压模块7，煤气加压模块7用于对由出气口62排出的粗煤气进行加压，并将加压后的粗煤气输送至浆料处理模块3内。具体地，加压后的粗煤气经二次燃烧进气喷嘴组361输送至二次反应区36。通过将加压后的粗煤气经粗煤气旋流进气喷嘴362喷射入二次反应区36内，使得二次反应区36内的反应温度更高，且有利于残碳的充分转换。
72.实施例二
73.参照图1至图4所示，本实施例提供一种煤气化系统100，包括：气化炉20以及煤气化装置10。
74.其中，该气化炉20比如可以是流化床气化炉。气化炉20具有气体出口201和排渣口202。其中，煤气化装置10的气体入口11与气体出口201连通，煤气化装置10的灰渣入口22与排渣口202连通。
75.本实施例中的煤气化装置10与实施例一提供的煤气化装置10的具体结构和实现原理相同，并能带来相同或者类似的技术效果，在此不再一一赘述，具体可参照实施例一的描述。
76.需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
77.以上所述仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公开。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。