一种高硫煤部分气化预脱硫和高温固硫工艺及装置

摘要

一种高硫煤部分气化预脱硫和高温固硫工艺是由备煤、气化、固硫等单元组成，构成一个煤部分气化、炉内粉化及气态硫化物热态脱除系统。得到低硫的焦粉和低热值煤气。本发明在一个装置中实现煤的部分气化预脱硫、碎煤粉化、气态硫化物的脱除，生产出的低硫焦粉/煤气混合物，用于替代现粉煤锅炉燃料。本发明不仅能减少硫排放而且可改善粉煤锅炉的燃烧和调荷性能，设备简单、投资运行成本较低。

说明书

技术领域：

本发明属于一种煤部分气化预脱硫和高温固硫工艺及装置。

背景技术：

煤炭是主要的化石能源，其消耗量随世界经济的发展不断增长，是发电、工业动力的主要燃料。目前煤的主要利用方式为燃烧，由于煤中的硫分在煤燃烧中转变为SO₂与烟气一起排人大气，严重污染了环境。因此减少燃煤SO₂排放得到世界范围的高度重视。控制燃煤SO₂排放的主要方法有两种：一是源头脱除，即通过物理及化学方法脱除煤中的硫以降低锅炉燃料硫含量；二是燃中脱硫和烟气脱硫，即使用固硫剂脱除燃烧生成的烟气中SO₂。物理脱硫方法是基于煤中硫铁矿与煤基体的物化性质不同来脱除黄铁矿硫，工艺成熟，如重力脱硫法、浮选法、磁选脱硫等，对镶嵌微粒型黄铁矿脱除效率低，一般对有机硫无脱除作用。化学脱硫法如热碱液浸出法，脱硫效率高，但煤的性质影响较大，工艺也复杂，脱硫成本高，工业上难以应用。烟气脱硫方法，如烟气石灰/石灰石烟气脱硫技术，虽可达到90～95％脱硫率，但此系统投资达电厂基本投资的15％～20％(160～240美元/kw装机)，发电成本增加10％左右，脱硫副产物—含灰石膏成为二次废物。粉煤锅炉燃烧由于温度高，炉内脱硫效果差，现行的烟气脱硫成本高，经济上难以承受。

发明内容：

本发明的目的是提供一种脱硫成本低，脱硫效果好的高硫煤部分气化预脱硫和高温固硫工艺及装置。本发明的部分气化预脱硫和高温固硫工艺包括如下步骤：

原煤首先粉碎到粒径＜10mm，然后褐煤干燥后的水分小于10％或其它煤种的煤干燥后的水分小于5％，干燥碎煤由占总空气量3～10％空气吹进气化炉，与气化炉底部进入的空气和水蒸汽混合物反应，流化床气速1.5～4.0m/s，气体射流管气速保持7～15m/s，射流气体流量占总气量的30～50％，反应温度控制在850～1050℃范围内，空气耗量：1.0～3.0Nm³/kg，蒸汽耗量：0.3～0.5kg/kg，生成煤气夹带焦粉进入固硫床，高温固硫剂的颗粒直径为0.5～3.0mm，床层静高度与反应炉直径比保持0.5～1.0，中心气流管和侧气流管气体流度10～20m/s，其中中心气流管流量占总煤气量的50～60％，固硫操作温度控制在750～900℃，反应后固硫剂去再生器或稳定化反应器处理，从固硫床顶部流出夹带焦粉的高温煤气或煤气混合物。

如上所述的其它煤种的煤是长焰煤、烟煤、贫(瘦)煤、无烟煤。

如上所述的高温固硫剂是石灰石或生石灰。

为了实现上述发明，设计了专用气化装置，它是由气化炉、空气蒸汽入口、煤气出口、进煤口组成，其特征在于气化炉上部装有固硫床倒圆锥形布气板，固硫床倒圆锥形布气板上方设有固硫剂进口和固硫剂溢流管，固硫床倒圆锥形布气板之上的气化炉部分为固硫床，下部为气化床，在气化床的下部装有气化床倒圆锥多孔布气板，形布气板的下方装有两个空气蒸汽入口，一个为侧面空气蒸汽入口，另一个为与气体射流管相通的空气蒸汽入口，气化炉顶部有煤气出口。

如上所述的固硫床倒圆锥形布气板的倒圆锥体母线与中心轴的夹角为15-45度，设有中心气流管和四个均布的侧气流管。

如上所述的气化床倒圆锥形布气板的倒圆锥体母线与中心轴的夹角为30-45度。    

本发明的生成煤气量为1.6～4.0Nm³/kg，热值为3000～5000kJ/Nm³，煤中硫析出率为60～80％。

本发明的高硫煤部分气化预脱硫和高温固硫工艺特点如下：

1.采用碎煤进料，产品为低硫焦粉和低热值热煤气。

2.煤种适应范围宽。

3.炉内高温煤气脱硫，设备紧凑，节能。

4.产生的热煤气和焦粉可代替重油用于燃烧炉的调荷。

5.脱硫成本低，脱硫效果好

具体实施方式：

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明气化炉装置的结构示意图

图2是本发明气化炉装置中固硫床倒圆锥形布气板的结构示意图。附图说明：    

气化炉(12)、空气蒸汽入口(1)(4)、煤气出口(9)、进煤口(5)组成，其特征在于气化炉上部装有固硫床倒圆锥形布气板(6)，固硫床倒圆锥形布气板(6)上方设有脱硫剂进口(7)和脱硫剂溢流管(8)，固硫床倒圆锥形布气板(6)之上的气化炉部分为固硫床，下部为气化床，在气化床的下部装有气化床倒圆锥多孔布气板(3)，气化床倒圆锥多孔布气板(3)的下方装有两个空气蒸汽入口，一个为侧面空气蒸汽入口(4)，另一个为与气体射流管(2)相通的空气蒸汽入口(1)，气化炉顶部有煤气出口(9)。固硫床倒圆锥形布气板(6)的倒圆锥体母线与中心轴的夹角为15-45度，设有中心气流管(10)和四个均布的侧气流管(11)。

实施例1

以一种瘦煤为原料，煤粒度小于8mm。入炉煤性质列于表1，将原料煤干燥后的水分为2％，从进煤口(5)进入气化床，干燥原料煤由占总空气量3％空气从进煤口(5)吹进气化炉的气化床，与气化炉底部进入的空气和水蒸汽混合物反应，流化床气速2.5m/s，气体射流管(2)气速保持12m/s，射流气体流量占总气量的40％，反应温度控制在1050℃，空气耗量：2.0Nm³/kg，蒸汽耗量：0.5kg/kg，生成煤气夹带焦粉进入固硫床，颗粒平均直径为1.5mm石灰石从脱硫剂进口(7)进入固硫床，床层静高度与反应炉直径比保持0.7，中心气流管(10)和侧气流管(11)的气体流度20m/s，其中中心气流管(10)流量占总煤气量的60％，石灰石固硫操作温度控制在850℃，反应后硫化固体去再生器或稳定化反应器处理，从固硫床顶部煤气出口(9)流出夹带焦粉的高温煤气或煤气混合物。生成煤气量2.7Nm³/kg，热值4000kJ/Nm³，煤中硫析出率为70％，碳转化率为55％。气态硫化氢脱除率95％。即系统脱硫率为67％。

实施例2

以一种褐煤为原料，煤粒度小于8mm。入炉煤性质列于表1，将原料煤干燥后的水分为10％，从进煤口(5)进入气化床，干燥原料煤由占总空气量3％空气从进煤口(5)吹进气化炉的气化床，与气化炉底部进入的空气和水蒸汽混合物反应，流化床气速2.5m/s，气体射流管(2)气速保持12m/s，射流气体流量占总气量的40％，反应温度控制在1000℃，空气耗量：1.2Nm³/kg，蒸汽耗量：0.3kg/kg，生成煤气夹带焦粉进入固硫床，颗粒平均直径为1.5mm石灰石从脱硫剂进口(7)进入固硫床，床层静高度与反应炉直径比保持0.7，中心气流管(10)和侧气流管(11)的气体流度20m/s，其中中心气流管(10)流量占总煤气量的60％，石灰石固硫操作温度控制在850℃，反应后硫化固体去再生器或稳定化反应器处理，从固硫床顶部煤气出口(9)流出夹带焦粉的高温煤气或煤气混合物。生成煤气量1.6Nm³/kg，热值4250kJ/Nm³，煤中硫析出率为74％，碳转化率为60％。气态硫化氢脱除率95％。即系统脱硫率为70％。

实施例3

以一种无烟煤为原料，煤粒度小于8mm。入炉煤性质列于表1，将原料煤干燥后的水分为2％，从进煤口(5)进入气化床，干燥原料煤由占总空气量3％空气从进煤口(5)吹进气化炉的气化床，与气化炉底部进入的空气和水蒸汽混合物反应，流化床气速2.5m/s，气体射流管(2)气速保持12m/s，射流气体流量占总气量的40％，反应温度控制在1050℃，空气耗量：1.8Nm³/kg，蒸汽耗量：0.5kg/kg，生成煤气夹带焦粉进入固硫床，颗粒平均直径为1.5mm石灰石从脱硫剂进口(7)进入固硫床，床层静高度与反应炉直径比保持0.7，中心气流管(10)和侧气流管(11)的气体流度20m/s，其中中心气流管(10)流量占总煤气量的60％，石灰石固硫操作温度控制在850℃，反应后硫化固体去再生器或稳定化反应器处理，从固硫床顶部煤气出口(9)流出夹带焦粉的高温煤气或煤气混合物。生成煤气量2.4Nm³/kg，热值3870kJ/Nm³，煤中硫析出率为70％，碳转化率为55％。气态硫化氢脱除率95％。即系统脱硫率为67％。

                           表1煤样工分、元素分析

  煤种           工业分析w％                       元素分析w％  Mad  Aad  Vad   Cad  Had  Nad  Oad    Stad  瘦煤  0.74  11.59  14.07   76.25  3.45  0.84  4.28    2.85  褐煤  13.50  29.05  32.21   37.85  3.27  0.95  13.71    1.67  无烟煤  1.54  20.75  7.31   69.05  2.93  1.01  3.00    1.72