[实用新型]一种高效煤气化-燃气锅炉系统和煤炭能源利用系统

说明书

本发明涉及一种高效煤气化‑燃气锅炉系统和煤炭能源利用系统，具体是一种由气化剂发生与布气系统、密闭煤料输送与布煤系统、煤气空间、煤气栅与布气系统、燃烧空间、鼓风与布气系统、灰渣空间、密闭出渣系统和热能交换系统等构成的煤气化‑燃气锅炉系统，利用气化剂使煤料在炉膛内实现高效煤气化产生热煤气，并完成热煤气高效燃烧，实现煤炭能源释放和交换。其独特性包括，气化剂发生与布气系统产生温度、流量和组分比例等可根据煤料和工艺要求而有效控制的气化剂，并与密闭煤料输送与布煤系统共同提供煤料与气化剂充分接触而发生气化反应所需要的空间结构和流体力学条件，使煤料在锅炉内完成高效煤气化和热煤气的直接燃烧，实现能源高效利用。

技术领域

本发明涉及一种高效煤气化-燃气锅炉系统和煤炭能源利用系统，实现煤炭清洁高效利用，具体说是一种煤气化-燃气锅炉和系统、一种煤炭能源清洁高效利用系统。

背景技术

我国缺油、少气、煤炭资源相对而言比较丰富的自然资源结构，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。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。从燃煤发电到各种类型和规模的高能耗行业与工业生产和民用领域，现有燃煤锅炉是实现煤炭能源利用的最经济和最基本的方法和手段，但其也是导致全国范围内大气污染的重要污染源之一。有效解决现有燃煤锅炉长期难以解决的低能效和高污染问题，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。

在现代工业的长期发展过程中，产生了应用广泛和不同规模的各式燃煤锅炉。其基本功能是提供实现煤料与空气接触和燃烧的方法和所需要的结构与功能，完成煤料所含热能释放，产生高温烟气；并通过热能交换系统将高温热烟气转换成为蒸汽，并可进而用于发电。为提高煤炭燃烧效率、系统热能利用率和降低污染排放，经过不断发展和改进的现有燃煤锅炉是实现煤炭直接燃烧的产热设备系统。

现有工业燃煤锅炉技术和设备系统一般是在常压状况下实现煤料燃烧，并根据煤料性状特征和物料输送方式进行分类，其中常见的三种主要类型包括有适用于块煤的炉排炉或链条炉、适用于煤粒的流化床锅炉、适用于煤粉的煤粉锅炉。现有各种燃煤锅炉技术和设备系统，虽然各有其结构和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，其有效解决方法是通过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。

现有燃煤锅炉及技术特点

现有燃煤锅炉的核心特征是煤料在炉膛内与氧化剂(空气、富氧或纯氧)发生直接的燃烧反应，实现煤炭热能释放。其具体特征可以从煤料输送到燃煤锅炉炉膛内的三种主要输送和运动方式进行归纳，并综合对比各燃煤锅炉的功能和作用，特别是氧化剂与煤料的相互作用和燃烧反应与热能释放。

1.炉排锅炉/链条锅炉：

链条炉排炉锅炉，亦称链条炉锅炉或炉排炉锅炉，是工业燃煤锅炉应用中最多的一种机械化燃烧设备。其燃烧方式为移动火床燃烧，采用链条炉排实现机械加煤，配有鼓风机、引风机进行机械通风，并装有刮板式出渣机实现自动出渣。煤料通过加煤斗进入炉排，随着炉排的移动进入炉内与炉内的空气接触，并开始其燃烧过程。燃尽的煤渣随着炉排的移动在炉排尾部被排放至出渣井。

煤料的着火主要依靠炉膛火焰和炉拱的辐射热，因而上面的煤先着火，然后逐步向下燃烧，属于单面着火。这样的燃烧过程，在炉排上就出现了明显的区域分层。煤进入炉膛后，随炉排逐渐由前向后缓慢移动。炉排前部是新煤燃烧准备区，主要进行煤料的预热和干燥，之后煤料中的挥发分析出成为焦炭并开始进入燃烧区；炉排的中部为焦炭燃烧区，该区温度很高，同时进行氧化和还原反应过程，释放出大量热量；炉排后部是灰渣燃尽区，灰渣中剩余的焦炭继续燃烧和放热。煤料在炉膛内整个过程中所产生的高温烟气经炉筒进入热交换区完成热能转换产生蒸汽。