一种新型超低排放煤气化-燃气锅炉耦合的煤炭利用系统

本发明涉及煤炭高效清洁化利用，具体涉及一种新型超低排放煤气化-燃气锅炉耦合的煤炭利用系统。

背景技术：

1、我国贫油、少气、富煤的自然资源结构，决定了我国能源结构和煤炭长期在工业和经济中的重要地位。然而，煤炭燃烧排放的含硫、含氮和粉尘等污染物，以及二氧化碳等温室气体对环境和气候带来的不利影响，使得煤炭的清洁高效利用技术成为亟需解决的问题。如何发挥优势，清洁利用我国相对丰富的煤炭资源，提升我国能源与工业技术水平、解决大气污染和能源效率低下问题已成为国家能源和资源利用与节能环保的重要发展方向。实现煤炭清洁高效利用，对于我国能源安全、工农业生产、大众生活、大气与环境保护均具有重大的意义。

2、发展煤气化-燃气锅炉耦合的煤炭利用系统，把煤炭先进行气化处理，形成清洁的燃气，然后将燃气用于燃气锅炉，可以有效减少污染物的排放，同时也可以提高煤炭的热利用效率。这种系统不仅可以使煤炭燃烧的环境性能得到显著提升，也可以推动燃气锅炉等设备向高效、节能和环保的方向发展。此外，预处理产生的可燃煤气也可以用于电力生产、化学品制造等其他用途，进一步扩大了煤炭的利用途径。因此，煤气化-燃气锅炉耦合的煤炭利用系统能够推动煤炭清洁化，助力相关能源企业高效利用煤炭资源，降低环境污染，并对节能降碳，促进社会经济可持续发展具有重要意义。

3、目前，现有各种燃煤锅炉技术和设备系统，虽然各有其结构、技术特点与相对优势，但都因为只能完成煤炭的直接燃烧而存在煤炭燃烧效率、系统热能利用效率，以及污染物排放等问题。这些是当前煤炭能源利用中普遍存在和长期不能解决的严重问题，其有效解决方法是清洁高效煤炭气化产生热煤气，并直接完成热煤气的清洁燃烧和热能释放，实现煤炭清洁高效能源利用，而这样的煤炭能源利用系统目前还不成熟，存在各种各样的问题，其中，系统效率与污染物排放是两个核心问题。如何有效利用和合理耦合多种技术优势，提出一种新型超低排放煤气化-燃气锅炉耦合的煤炭利用系统成为相关领域学者努力的方向。

技术实现思路

1、本发明的核心目的在于提出一种新型超低排放煤气化-燃气锅炉耦合的煤炭利用系统，有效解决现有燃煤锅炉技术存在的煤炭能源利用效率低，大气污染排放高和设备运行成本高等方面问题，实现煤炭的清洁高效低成本利用。

2、本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种新型超低排放煤气化-燃气锅炉耦合的煤炭利用系统，包括煤粉仓、立式强涡旋液态排渣气化炉、炉渣池、减温器、鼓泡流化床干法脱硫脱硫塔、分离灰+脱硫产物仓、高温低氧煤气燃烧器、带sncr装置的mild燃气锅炉、高温空气管道、高温烟气管道、布袋除尘器、引风机、烟囱等设备。煤粉从煤粉仓（1）进入立式强涡旋液态排渣气化炉（2）与由带sncr装置的mild燃气锅炉（8）通过高温空气管道（9）输送过来的高温空气气化剂（>700℃）发生熔融空气气化反应，产生的液态熔渣由气化炉底部渣口依靠重力落入炉渣池（3），冷却后排出；产生的高温热煤气首先经过减温器（4）降温到900℃后，进入到脱硫剂为石灰石的鼓泡流化床脱硫塔（5）脱硫，产生的分离灰和脱硫固体产物落入分离灰+脱硫产物仓（6）；脱硫后的热煤气（>800℃）则被输送到安装有高温低氧煤气燃烧器（7）的带sncr装置的mild燃气锅炉（8）进行mild燃烧，燃烧后的烟气一部分烟气通过烟气再循环回到高温低氧煤气燃烧器（7），另一部分经过换热及sncr脱硝后，由引风机（12）牵引经过布袋除尘器（11）后从烟囱（13）中排放出去。

3、采用上述的一种新型超低排放煤气化-燃气锅炉耦合的煤炭利用系统，其特征在于，煤气化-燃气锅炉耦合的煤炭利用系统运行步骤和工艺过程如下：

4、煤粉由煤粉仓通过空气输送从立式强涡旋液态排渣气化炉上部进入气化炉炉膛，由系统后端mild燃气锅炉尾部烟道的空气加热器加热到700℃以上的高温空气气化介质从气化炉侧面切向分级给入，气化空气当量系数维持在0.4左右，气化炉内温度控制在1700℃以上，高温产生的液态熔渣由气化炉底部渣口依靠重力落入渣池，冷却后排出，产生的高温热煤气由气化炉上端排出。

5、从气化炉中排出的热煤气首先经过减温器（用于加热mild燃气锅炉给水），将热煤气降温到900℃后，进入到脱硫剂为石灰石或石灰的鼓泡流化床脱硫塔脱硫。热煤气中的硫化物主要为h2s、cos、cs2、rsh、rssr和so2等，采用鼓泡流化床脱硫塔干法脱硫，脱硫温度范围为800℃~900℃，脱硫产物主要为cas和caso4，脱硫效率不低于97%。脱硫产物和分离飞灰落入分离灰+脱硫产物仓排除，脱硫后的热煤气进入高温低氧煤气燃烧器进行燃烧释热。

6、脱硫后的热煤气（温度大于800℃）和高温热空气及高温循环热烟气通过高温低氧煤气燃烧器在mild燃气锅炉炉膛内进行mild燃烧，由于热煤气初始温度高，燃烧后炉膛火焰中心温度将高于1900℃，所以可以在空气过量系数等于1的工况下高效燃烧，不仅抑制了炉内nox的生成（由于没有过余的氧，可控制在100mg/m3以下），同时也会降低排烟的空气过量系数，增加锅炉的热效率。同时，mild燃气锅炉炉膛出口后的水平烟道中设计有sncr混合还原反应器，可以保证，锅炉排烟中氮氧化物的含量将低于20mg/m3（标态，干基，烟气含氧量6%）。

7、mild燃气锅炉燃烧产生的烟气在引风机的作用下经布袋除尘器除尘后，从烟囱中排除。由于前面采用的液态排渣立式强涡旋气化炉，80~90%以上的灰分以液态熔渣的方式排出，因此，烟气中初始飞灰浓度将大幅度下降，大幅度地减低了除尘系统的负荷，与燃用相同煤种的煤粉炉相比，排烟中的烟尘量下降70~80%。

8、本发明具有如下优点：

9、1、本发明通过创新性地系统布局和先进气化、燃烧技术有机融合，形成了一种新型超低排放煤气化-燃气锅炉耦合的煤炭利用系统，与目前的超低排放燃煤电厂锅炉及污染物净化系统相比，本系统具有简单、高效、低成本、低耗水、脱硫产物为干态等优点。本系统省去了脱硝用scr催化反应器、脱硫塔，大幅度的降低了脱硫和脱硝成本，消除了scr催化剂作为危险废物的处理负担，也不存在湿法脱硫系统ggh堵塞和腐蚀的问题，节约了大量的脱硫用水。

10、2、本发明提出的新型煤炭利用系统，其核心的一个优点在于该系统可实现煤气前置脱硫，即在煤气进入燃气锅炉燃烧前进行高温煤气脱硫，由于前置脱硫装置，且采用高温干法脱硫（脱硫效率不低于97%），相对于设置在锅炉后部的湿法烟气脱硫系统，脱硫成本会大幅度降低，且脱硫产物为干态，更易于综合利用。同时，采用炉前干法脱硫，本锅炉排出的烟气为干烟气，烟气温度（120℃以上）远高于比目前湿法脱硫后的烟气温度（低于70℃），增加了烟气的抬升高度，更有利于污染物的扩散。

11、3、本发明提出的新型煤炭利用系统，由于煤粉在立式强涡旋液态排渣气化炉气化过程中处于强还原性气氛（气化空气当量系数为0.4左右），热煤气中nox的含量极低；同时，当热煤气通过高温低氧煤气燃烧器在mild燃气锅炉炉膛内进行mild燃烧时，由于热煤气初始温度高，可以在空气过量系数等于1（实现低氧）的工况下高效燃烧，同样抑制了nox的生成，因此整个系统的nox排放也处于较低水平。

12、4、本发明提出的新型煤炭利用系统，由于采用液态排渣立式强涡旋气化炉，80~90%以上的灰分将形成液态熔渣排出，因此，锅炉排烟中初始飞灰浓度将大幅度下降，大幅度地减低了除尘系统的负荷，与燃用相同煤种的煤粉炉相比，排烟中的烟尘量下降70~80%。

13、5、本发明提出的新型煤炭利用系统，由于燃气锅炉可实现空气过量系数等于1的条件下燃烧，锅炉烟气中的含氧量远低于常规锅炉，炉内生成的so3很低，可减少受热面壁面上硫酸盐，特别是焦硫酸盐的生成，可大幅度地降低锅炉受热面高温腐蚀的风险。同时，锅炉烟气中含氧量较低，其后期由于灰中金属氧化物（如fe2o3、 v2o5等）催化所生成的so3很低，这会大幅度降低锅炉烟气的酸露点，减少锅炉低温受热面的酸腐蚀和积灰。