1.本实用新型属于煤气化技术领域，尤其是涉及一种循环流化床气化装置。


背景技术：

2.循环流化床煤气化技术作为一种清洁的煤炭转化技术，因其具有煤种适应性强、气固混合充分、气化反应速率高及反应温度均匀等优点，被广泛应用于工业燃气、合成氨及煤制大宗化学品领域。然而，循环流化床气化炉在实际运行过程中，存在飞灰量大的问题，以飞灰形式排出流化床反应器的灰量占总灰量的60
‑
80％，飞灰中含碳量在30％
‑
60％之间，如果不能对飞灰进行再利用不仅会造成能源的浪费，而且飞灰处置也存在困难。
3.现有技术采用高效旋风分离器及除尘器对飞灰进行捕集后再利用，主要的利用途径如下：(1)燃烧，将流化床反应器带出的细粉灰从产品煤气中分离后送入锅炉中燃烧，产生的热烟气用来产水蒸汽或发电；(2)二次气化，将流化床反应器带出的细粉灰从产品煤气中分离后送入气流床反应器中进行高温二次气化，产生的煤气通入流化床反应器内，灰渣由气流床下部排出；(3)将飞灰返回到流化床反应器，在流化床反应器底部密相区形成局部高温区，飞灰在流化床反应器底部密相区高温区转化。
4.采用燃烧和二次气化虽然能够提高飞灰的再利用率，但都需要增加额外的转化装置，不仅工艺复杂而且会增加运营成本；将飞灰返回到流化床反应器在密相区形成高温区进行转化时，密相区物料浓度高，物料灰含量高，(试验结果表明，在同样的温度条件下，物料灰含量高容易结渣，而碳含量高不容易结渣)在局部流化不佳的区域容易导致热量集聚而发生结渣，影响流化床反应器长周期稳定运行。


技术实现要素：

5.(一)要解决的技术问题
6.有鉴于此，本实用新型提供了一种循环流化床气化装置，以解决现有技术中流化床反应器底部密相区易结渣，无法实现流化床反应器长周期稳定运行的问题。
7.(二)技术方案
8.本实用新型提供的循环流化床气化装置，包括流化床反应器和气固分离及返送系统。
9.其中，流化床反应器设置有一级气化剂入口、二级气化剂入口和混合物出口，且流化床反应器的内部空间分为自上而下分布的稀相区和密相区；其中一级气化剂入口与密相区连通；二级气化剂入口与稀相区连通；混合物出口设置于流化床反应器的顶部。
10.气固分离及返送系统，设置有混合物入口、固体物料出口和煤气出口，其中混合物入口与混合物出口连通；固体物料出口与流化床反应器连通。
11.可选地，气固分离及返送系统包括：旋风分离器、返料器、气固分离装置、飞灰储罐和飞灰输送装置。
12.其中，混合物入口设置在旋风分离器的入口处，固体物料出口包括设置在返料器
出口的初级返送口、以及与飞灰输送装置出口连通的飞灰返送口，初级返送口和飞灰返送口与流化床反应器内部连通，煤气出口设置在气固分离装置的上部。旋风分离器的气相出口与气固分离装置的入口连通，旋风分离器的固相出口与返料器的入口连通。气固分离装置的固相出口与飞灰储罐入口连通，飞灰储罐的出口与飞灰输送装置的入口连通。
13.可选地，初级返送口与设置在流化床反应器侧壁的返料口通过返料管实现连通；飞灰返送口设置在返料管上，且飞灰返送口与返料管连通。
14.可选地，飞灰返送口的中心轴线与返料管的中心轴线的夹角α的范围为：15
°
～90
°
。
15.可选地，初级返送口与设置在流化床反应器侧壁的返料口通过返料管实现连通；飞灰返送口设置在流化床反应器的侧壁上，且飞灰返送口与密相区连通。
16.可选地，飞灰返送口的中心轴线与流化床反应器的竖向中心轴线的夹角β的范围为：90
°
～170
°
。
17.可选地，初级返送口与设置在流化床反应器侧壁的返料口通过返料管实现连通；飞灰返送口设置在流化床反应器的侧壁上，且飞灰返送口与稀相区连通。
18.可选地，二级气化剂入口与飞灰返送口集合形成一个内外环喷嘴结构入口，内外环喷嘴结构入口的内环为飞灰输送通道，内外环喷嘴结构入口的外环为二级气化剂输送通道。
19.可选地，飞灰返送口的中心轴线与流化床反应器的轴向中心轴线的夹角γ的范围为：20
°
～160
°
。
20.可选地，二级气化剂入口设有多个，多个二级气化剂入口沿流化床反应器的轴向设有一层或多层，每层二级气化剂入口中的多个二级气化剂入口沿流化床反应器周向均布排列。
21.(三)有益效果
22.本实用新型提供的循环流化床气化装置，将一级气化剂入口与流化床反应器的密相区连通，将二级气化剂入口与流化床反应器的稀相区连通，可实现将一级气化剂通入流化床反应器的密相区，将含氧二级气化剂通入流化床反应器的稀相区，进而实现通过调整一级气化剂和二级气化剂的配比，使炉内温度呈梯度分布，控制易结渣的密相区在相对较低的温度(低于煤的软化温度150℃)，不易结渣的稀相区在较高的温度(在煤的软化温度点)下运行。因稀相区为含碳量较高的细颗粒物料，高碳浓度的物料不容易粘结，从而可以在较高的温度下安全稳定运行，解决了流化床反应器运行过程中容易结渣的问题，实现飞灰再利用、提高飞灰转化率的同时，能够延长装置的连续稳定运行周期。
23.此外，相比于现有技术采用燃烧和二次气化的方式，本实用新型提供的循环流化床气化装置，在不需要额外设备的情况下，实现了飞灰再利用，工艺简单，成本低。
附图说明
24.图1是根据本实用新型实施例的循环流化床气化装置的结构示意图。
25.图2是根据本实用新型另一实施例的循环流化床气化装置的结构示意图。
26.图3是根据本实用新型另一实施例的循环流化床气化装置的结构示意图。
27.图4是根据本实用新型另一实施例的循环流化床气化装置的结构示意图。
28.附图标记说明：
29.1、流化床反应器；11、稀相区；12、密相区；13、一级气化剂入口；14、二级气化剂入口；15、混合物出口；16、进料管；17、排渣口；18、返料口；2、气固分离及返送系统；20、煤气出口；21、混合物入口；22、固体物料出口；211、旋风分离器；212、返料器；213、初级返送口；214、返料管；221、气固分离装置；222、飞灰储罐；223、飞灰输送装置；224、飞灰返送口；3、布风装置。
具体实施方式
30.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型作进一步的详细说明。
31.在实现本实用新型的过程中发现，飞灰反应活性差，要实现充分转化，需将气化温度提高，而流化床反应器1底部密相区12气化温度升高后带来了床层物料团聚结渣的风险，大量床料在高温区内结渣后导致流化床反应器1排渣管道堵塞，无法排渣而被迫停车。密相区12上方为含碳量较高的细颗粒物料，高碳浓度的物料不容易粘结，从而可以在较高的温度下安全稳定运行。基于此，为了解决现有技术中流化床反应器1底部密相区12易结渣，无法实现流化床反应器1长周期稳定运行的问题，本实用新型提供了一种循环流化床气化装置。
32.图1是根据本实用新型实施例的循环流化床气化装置的结构示意图。如图1所示，本实用新型提供的循环流化床气化装置，包括两两相连通的流化床反应器1和气固分离及返送系统2。
33.其中，流化床反应器1设置有一级气化剂入口13、二级气化剂入口14和混合物出口15，且流化床反应器1的内部空间分为自上而下分布的稀相区11和密相区12；其中一级气化剂入口13与密相区12连通；二级气化剂入口14与稀相区11连通；混合物出口15设置于流化床反应器1的顶部。
34.气固分离及返送系统2，设置有混合物入口21、固体物料出口22和煤气出口20，其中混合物入口21与混合物出口15连通；固体物料出口22与流化床反应器1连通。
35.根据本实用新型的实施例，流化床反应器1内部的稀相区11和密相区12的分界线位置通过测量在运行状态下流化床反应器1内部的压差、确定，密相区12物料浓度较高，其压力大于稀相区11的压力。流化床反应器1底部还设置有布风装置3，侧壁设置有与密相区12连通的进料管16，用于向流化床反应器1输送燃料，布风装置3与一级气化剂入口13相连通，流化床反应器1底部还设置有排渣口17，用于排渣。燃料被送入流化床反应器1底部密相区12，通过一级气化剂入口13和布风装置3送入含氧的一级气化剂(水蒸汽、氧气/空气)，形成局部高温区，燃料与一级气化剂逆流接触后发生气化反应，气化反应后的固体底渣从排渣口17排出，气体夹带部分固体颗粒从流化床反应器1顶部混合物出口15离开，沿着混合物入口21进入气固分离及返送系统2，在气固分离及返送系统2内部经过气固分离后，飞灰沿着固体物料出口22返回流化床反应器1内部进行二次反应，煤气沿着煤气出口20排出。为促进飞灰转化，二级气化剂入口14送入含氧的二级气化剂(水蒸汽、氧气/空气)，形成局部高温区，促进飞灰转化。
36.本实用新型中，一级气化剂通入流化床反应器1的密相区12，二级气化剂通入流化
床反应器1的稀相区11，通过调整一级气化剂和二级气化剂的氧气含量配比(其中一级气化剂中氧气含量在17％～25％，二级气化剂中氧气含量在40％～70％)，使炉内温度呈梯度分布，控制易结渣的密相区12在相对较低的温度(低于煤的软化温度150℃)，不易结渣的稀相区11在较高的温度(在煤的软化温度点)下运行。
37.本实用新型提供的循环流化床气化装置，将一级气化剂入口13与流化床反应器1的密相区12连通，将二级气化剂入口14与流化床反应器1的稀相区11连通，可实现将一级气化剂通入流化床反应器1的密相区12，将含氧二级气化剂通入流化床反应器1的稀相区11，进而实现通过调整一级气化剂和二级气化剂的配比，使炉内温度呈梯度分布。因稀相区11为含碳量较高的细颗粒物料，高碳浓度的物料不容易粘结，从而可以在较高的温度下安全稳定运行，解决了流化床反应器1运行过程中容易结渣的问题，实现飞灰再利用、提高飞灰转化率的同时，能够延长装置的连续稳定运行周期。
38.此外，相比于现有技术采用燃烧和二次气化的方式，本实用新型提供的循环流化床气化装置，在不需要额外设备的情况下，实现了飞灰再利用，工艺简单，成本低。
39.图2、图3、图4是根据本实用新型另几个实施例的循环流化床气化装置的结构示意图。如图2、图3、图4所示，可选地，气固分离及返送系统2包括：旋风分离器211、返料器212、气固分离装置221、飞灰储罐222和飞灰输送装置223。
40.其中，混合物入口21设置在旋风分离器211的入口处，固体物料出口22包括设置在返料器212出口的初级返送口213、以及与飞灰输送装置223出口连通的飞灰返送口224，初级返送口213和飞灰返送口224与流化床反应器1内部连通，煤气出口20设置在气固分离装置221的稀相出口处。旋风分离器211的稀相出口与气固分离装置221的入口连通，旋风分离器211的浓相出口与返料器212的入口连通。气固分离装置221的浓相出口与飞灰储罐222入口连通，飞灰储罐222的出口与飞灰输送装置223的入口连通。
41.本实用新型的具体工艺实施过程具体为：燃料，如合格粒度的粉煤(0
‑
10mm)，从进料管16被送入流化床反应器1底部密相区12，通过一级气化剂入口13和布风装置3送入含氧的一级气化剂(氧气含量在17％～25％的水蒸汽、氧气/空气的混合气)，形成局部高温区，燃料与一级气化剂逆流接触后发生气化反应，气化反应后的固体底渣从排渣口17排出，气体夹带部分固体颗粒从流化床反应器1顶部混合物出口15离开，沿着混合物入口21进入依次经过旋风分离器211和气固分离装置221后实现气固分离，旋风分离器211分离后的固体物料经返料器212返回到流化床反应器1内进行循环反应，旋风分离器211未捕集到的较小的固体颗粒以飞灰的形式进入到气固分离装置221实现气固分离，气固分离装置221分离后的飞灰进入到飞灰储罐222中，由飞灰输送装置223送回到流化床反应器1内进行二次反应，煤气沿着煤气出口20排出。为促进飞灰转化，沿着二级气化剂入口14送入含氧的二级气化剂(氧气含量在40％～70％的水蒸汽、氧气/空气的混合气)，形成局部高温区，促进飞灰转化，飞灰经过高温区可完成气化转化，实现飞灰中碳的回收。
42.流化床反应器1是煤气化反应装置，实现煤、循环物料及飞灰的气化及底渣的排出；旋风分离器211和气固分离装置221用于煤气中不同颗粒固体物料的捕集，将气固物料进行分离；返料器212将旋风分离器211分离下来的粗颗粒物料的回送到流化床反应器中；飞灰储罐222用于储存气固分离装置221分离下来的飞灰；飞灰输送系统用于将气固分离装置221分离下来的细颗粒飞灰的定量回送；一级气化剂入口13用来通入一级气化剂，发生气
化反应的同时，维持反应器内固体物料的流化；二级气化剂入口14用来通入二级气化剂，在流化床反应器1的稀相区11形成高温区，促进细颗粒物料的转化。
43.飞灰均匀连续稳定输送是流化床反应器1稳定运行的前提，飞灰输送系统可以采用给料器来控制飞灰给入量，在给料器出口管道连通输送气，将飞灰输送到流化床反应器1内。
44.根据本实用新型的实施例，将气化产生的飞灰捕集后送回到流化床反应器1内，通过在流化床反应器1稀相区11通入含氧气化剂形成高温区实现飞灰中碳的转化。该装置针对炉内不同区域内物料反应活性的差别，营造不同的温度场，在实现飞灰转化的同时，确保气化炉长周期连续稳定运行。
45.根据本实用新型的实施例，飞灰是在流化床反应器1内经过多次循环后含有部分固定碳的细颗粒物料，其反应活性与原煤相比大大降低，需要较高的温度才能达到高碳转化率，因此飞灰返回到流化床反应器1内后，需要在较高温度下反应。从稳定运行的角度出发，高温区设置在密相区12上方的稀相区11为佳。而飞灰返回到流化床反应器1的初始位置则不一定要在稀相区11，可以返回到返料管214，也可以返回到流化床反应器1的布风装置3上部的密相区12，也可以直接返回到密相区12上方的稀相区11。
46.如图2所示实施例中，可选地，初级返送口213与设置在流化床反应器1侧壁的返料口18通过返料管214实现连通；飞灰返送口224设置在返料管214上，且飞灰返送口224与返料管214连通，飞灰通过飞灰返送口224、经过返料管214返回流化床反应器1内。
47.可选地，飞灰返送口224为一段直管段，返料管214为一段倾斜管段，飞灰返送口224的中心轴线与返料管214的中心轴线的夹角α的范围为：15
°
～90
°
。飞灰在返料管214内与大量的循环物料接触，被快速加热，增加了在炉内的停留时间，有利于飞灰中碳的转化。
48.如图3所示实施例中，可选地，初级返送口213与设置在流化床反应器1侧壁的返料口18通过返料管214实现连通；飞灰返送口224设置在流化床反应器1的侧壁上，且飞灰返送口224与密相区12连通，可设置在布风装置3与返料口18之间。
49.可选地，飞灰返送口224为一段直管段，通流方向为斜向上，飞灰返送口224的中心轴线与流化床反应器1的竖向中心轴线的夹角β的范围为：90
°
～170
°
。
50.飞灰在输送气的携带下，以15
‑
20m/s的速度进入密相区12，高速运动的气固物料增加了流化床反应器1底部密相区12返混，强化了底部流场，同时飞灰与密相区12高温物料进行换热，一方面将飞灰加热，另一方面使得密相区12在一个相对低温的环境下运行，降低了结渣风险。飞灰通过密相区12换热温度升高后，进入稀相区11与二级气化剂接触在更高的温度下进一步反应。
51.如图4所示实施例中，可选地，初级返送口213与设置在流化床反应器1侧壁的返料口18通过返料管214实现连通；飞灰返送口224设置在流化床反应器1的侧壁上，且飞灰返送口224与稀相区11连通，可选地，飞灰返送口224设置在进料管16的上方，或者与二级气化剂入口14处在大致相同的水平高度。
52.可选地，对于反应活性较差的煤，二级气化剂入口14与飞灰返送口224集合形成一个内外环喷嘴结构入口，根据工艺条件不同可以设置一个或多个，设置多个时沿流化床反应器1周向均布排列。内外环喷嘴结构入口的内环为飞灰输送通道，内外环喷嘴结构入口的外环为二级气化剂输送通道。将二级气化剂入口14和飞灰返送口224集成为一个入口，可实
现飞灰和二级气化剂的充分接触，通过形成内外环喷嘴结构，飞灰与气化剂能够充分接触形成局部高温区，促使飞灰中碳的快速转化，使得二级气化剂最大限度地与飞灰进行反应，减少了气化剂与炉内h2、co、ch4等有效气的反应，提高了煤气中有效气的组分。
53.可选地，飞灰返送口224为一段直管段，飞灰返送口224的中心轴线与流化床反应器1的竖向中心轴线的夹角γ的范围为：20
°
～160
°
。
54.根据本实用新型的实施例，飞灰返送口224的结构及操作参数随返回位置的不同而有所变化。根据气化飞灰量的不同，飞灰返送口224可以设置一个或多个，设置多个返送口时，可选为对称布置。
55.为延长飞灰的停留时间，可选地，二级气化剂入口14可选为切向结构。另外，可选地，二级气化剂入口14设有多个，根据煤的反应活性不同，多个二级气化剂入口14沿流化床反应器1的轴向设有一层或多层，每一层设置2
‑
8个，每层二级气化剂入口14中的多个二级气化剂入口14沿流化床反应器1周向均布排列。
56.以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。