阅读说明：本技术 带气化辅床的循环流化床气化装置以及气化方法 (Circulating fluidized bed gasification device with auxiliary gasification bed and gasification method ) 是由 董鹏飞 朱治平 王小芳 于 2019-11-21 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种带气化辅床的循环流化床气化装置和气化方法,所述气化装置包括：气化炉(1),在气化炉(1)上设置有燃料入口、气化剂入口、回炉煤气入口、排炉煤气出口、底渣出口和返料口；气固分离器(2),所述气固分离器(2)的进口与气化炉(1)的排炉煤气出口相连通；和气化辅床,所述气化辅床包括循环物料入口、气化剂入口、回炉煤气出口和回炉含碳物料出口,所述气化辅床的循环物料入口与气固分离器(2)的固相出口相连通,所述气化辅床的回炉煤气出口与气化炉(1)的回炉煤气入口相连通,并且所述气化辅床的回炉含碳物料出口与气化炉(1)的返料口相连通。根据本发明的气化装置和气化方法,能够提高气化装置的碳转化率。(The invention provides a circulating fluidized bed gasification device with a gasification auxiliary bed and a gasification method, wherein the gasification device comprises: the gasification furnace (1) is provided with a fuel inlet, a gasifying agent inlet, a return gas inlet, a furnace gas outlet, a bottom slag outlet and a material returning port; the inlet of the gas-solid separator (2) is communicated with the furnace gas outlet of the gasification furnace (1); and the gasification auxiliary bed comprises a circulating material inlet, a gasifying agent inlet, a return coal gas outlet and a return carbon-containing material outlet, the circulating material inlet of the gasification auxiliary bed is communicated with the solid phase outlet of the gas-solid separator (2), the return coal gas outlet of the gasification auxiliary bed is communicated with the return coal gas inlet of the gasification furnace (1), and the return carbon-containing material outlet of the gasification auxiliary bed is communicated with the return port of the gasification furnace (1). According to the gasification apparatus and the gasification method of the present invention, the carbon conversion rate of the gasification apparatus can be improved.)

带气化辅床的循环流化床气化装置以及气化方法

技术领域

本发明涉及燃料气化技术领域，具体地，涉及一种带气化辅床的循环流化床气化装置以及一种带气化辅床的循环流化床气化方法。

背景技术

煤气化是煤炭清洁高效利用技术的核心技术之一，是发展煤基化学品、煤基清洁燃料、工业燃气及多联产系统等煤化工过程工业的基础。

目前的煤气化技术按照气固流动形式可分为：固定床气化技术、流化床气化技术和气流床气化技术。固定床煤气化技术以块煤为原料，气化炉内存在明显的干燥层、热解层、气化层和燃烧层，排渣温度和煤气出口温度低，系统热效率高，但由于块煤反应速率慢，气化强度低，单炉气化规模小，而且粗煤气中含酚类、焦油等污染物，增加环保投资和运行成本。气流床煤气化技术以小于100μm的煤粉为原料，反应温度高，采用液态排渣，气化强度大，单炉处理规模大，但由于气化温度高，普遍采用纯氧作为气化剂，氧耗高，设备投资和运行成本高。

流化床煤气化技术可利用0～10mm的碎煤，不需要复杂的备煤系统，备煤成本低；气化强度大，一般为固定床的2～3倍；可采用空气作为气化剂；粗煤气出口温度高，几乎不含焦油和酚类。相比传统的流化床煤气化技术，近年来发展起来的循环流化床煤气化技术具有高循环倍率，气化强度更大，气固混合更充分，反应温度更均匀等特点，单炉气化规模更大，对煤种适应性更强，但飞灰中含碳量较高，还需要进一步提高碳转化率。

现有循环流化床煤气化技术中，气化炉炉膛下部温度最高，燃烧份额最大，但物料含碳量低，颗粒浓度高；沿着炉膛高度方向向上，还原份额逐渐增大，炉内温度逐渐降低，物料含碳量升高，但颗粒浓度降低。为避免结渣，炉膛下部温度受到限制，因此通过提高炉膛下部温度来提升气化炉整体温度的范围有限，对提高气化效率的作用有限。虽然通过气化剂分级，在炉膛内物料含碳量高的区域通入二次风可以提高该区域的温度，但该区域颗粒浓度较低，通入的空气或氧气优先和煤气反应，而与固体物料中碳反应几率小，对提高系统碳转化率和冷煤气效率的促进效果不够显著。经过气化炉的气化反应后，大部分固体物料经旋风分离器捕集并通过循环回路返回炉膛；而未捕集的细粉灰则离开气化反应系统。返回炉膛的固体物料和细粉灰的含碳量都较高(返回炉膛的固体物料中碳的质量分数范围为50％～80％，细粉灰中碳的质量分数范围为30％～50％)。

综上，在现有循环流化床煤气化技术中，气化炉下部灰含率最高同时气化温度也最高，气化炉温度和灰含率沿高度方向自气化炉底部至顶部逐渐降低。为避免结渣，炉膛下部温度不宜过高，温度受到限制，因此通过提高炉膛下部温度来提升气化炉整体温度的范围有限。在需要高温促进碳与二氧化碳气化反应的炉膛上部，温度受限，从而导致循环流化床气化炉碳转化率不高，细粉灰含碳量偏高，不利于循环流化床煤气化技术应用。虽然通过分级配风可以改变气化炉炉膛高度方向温度分布，使气化炉运行温度不再受炉膛下部温度的限制，但分级配风通入的氧气或空气优先与煤气反应，而与该区域的碳的反应几率很小，对系统气化反应性能的促进效果不够显著。虽然通过另建高温反应装置可以将气化炉排出的细粉灰处理为高温气体和灰渣，但需要另建一套系统，大幅增加了设备投资和运行成本，而且可能会影响循环流化床气化炉的稳定运行和煤种适应性。

发明内容

本发明的目的在于至少部分地克服现有技术的缺陷，提供一种带气化辅床的循环流化床气化装置以及一种带气化辅床的循环流化床气化方法，其能够提高气化装置的碳转化率。

本发明的目的还在于提供一种带气化辅床的循环流化床气化装置以及一种带气化辅床的循环流化床气化方法，以降低细粉灰的含碳量。

本发明的目的还在于提供一种带气化辅床的循环流化床气化装置以及一种带气化辅床的循环流化床气化方法，在提高系统碳转化率的同时，设备投资和运行成本低，并且未降低循环流化床煤气化煤种适应性。

为达到上述目的或目的之一，本发明的技术解决方案如下：

一种带气化辅床的循环流化床气化装置，所述气化装置包括：

气化炉，在气化炉上设置有燃料入口、气化剂入口、回炉煤气入口、排炉煤气出口、底渣出口和返料口；

气固分离器，所述气固分离器的进口与气化炉的排炉煤气出口相连通；和

气化辅床，所述气化辅床包括循环物料入口、气化剂入口、回炉煤气出口和回炉含碳物料出口，所述气化辅床的循环物料入口与气固分离器的固相出口相连通，所述气化辅床的回炉煤气出口与气化炉的回炉煤气入口相连通，并且所述气化辅床的回炉含碳物料出口与气化炉的返料口相连通。

根据本发明的一个优选实施例，在气固分离器与气化辅床之间还设置有一级返料装置，所述一级返料装置分别与气固分离器的固相出口和气化辅床的循环物料入口相连接。

根据本发明的一个优选实施例，所述气化装置还包括二级返料装置，所述二级返料装置分别与所述气化辅床的回炉含碳物料出口和气化炉的返料口相连接。

根据本发明的一个优选实施例，所述气化炉的下部具有自上向下减缩的形状。

根据本发明的一个优选实施例，气化炉的燃料入口距离气化炉的底部的高度为气化炉的总高度的1/2～1/4。

根据本发明的一个优选实施例，所述气化辅床为流化床反应器。

根据本发明的一个优选实施例，气化辅床的循环物料入口和回炉含碳物料出口分别位于气化辅床的侧壁上相对的两侧。

根据本发明的一个优选实施例，所述二级返料装置位于气化辅床的底部，并且二级返料装置与气化辅床结合在一起，使得气化辅床的回炉含碳物料出口与二级返料装置的入口直接相接。

根据本发明的一个优选实施例，所述气化装置还包括附加气固分离器和附加返料装置，附加气固分离器的进口与气固分离器的气相出口相连接，附加气固分离器的固相出口与附加返料装置的入口相连接，附加返料装置的出口与气化辅床的循环物料入口相连接。

根据本发明的一个优选实施例，高温气化辅床的含碳物料入口位于高温气化辅床的密相区内，一级返料装置上设置与高温气化辅床稀相区相通的平衡管。

根据本发明的一个优选实施例，在连接附加返料装置与气化辅床的连接管道上设置有气化剂入口。

根据本发明的一个优选实施例，气化炉的回炉煤气入口的位置高于气化炉的返料口的位置。

根据本发明的一个优选实施例，气化炉的回炉煤气入口设置在气化炉的中上部。

根据本发明的一个优选实施例，一级返料装置为机械装置或非机械装置；和/或二级返料装置为机械装置或非机械装置。

根据本发明的一个优选实施例，气化辅床的气化剂入口设置在气化辅床的底部，并且气化辅床的回炉煤气出口设置在气化辅床的顶部。

根据本发明的一个优选实施例，进入连接管道上的气化剂入口的气化剂的射流方向与连接管道内的物料移动方向的夹角呈锐角。

根据本发明的一个优选实施例，气固分离器为旋风分离器或惯性分离器，并且附加气固分离器为旋风除尘器。

根据本发明的一个优选实施例，所述气化辅床还包括排渣口，所述排渣口设置在气化辅床的底部。

根据本发明的另一个方面，提供了一种带气化辅床的循环流化床气化方法，采用如前述实施例中任一项所述的带气化辅床的循环流化床气化装置，在气化辅床(3)中发生气化反应。

根据本发明的一个优选实施例，所述气化方法包括：

a)将第一气化剂通入气化炉与给入的燃料和从气化辅床返回的回炉含碳物料发生部分燃烧和气化反应，生成第一煤气、第一含碳物料以及底渣；

b)第一含碳物料在第一煤气的携带下向上飞升，并被来自气化辅床的回炉煤气加热，第一含碳物料中的碳与第一煤气及回炉煤气进一步发生气化反应，生成排炉煤气，同时经过进一步反应的第一含碳物料转换为含碳物料，并在排炉煤气的携带下流向气固分离器；

c)含碳物料和排炉煤气经气固分离器分离后，排炉煤气和粉灰从气固分离器的气相出口排出，分离出来的循环物料返入气化辅床；

d)第二气化剂与循环物料在气化辅床内发生气化反应，生成回炉煤气及回炉含碳物料；和

e)回炉煤气及回炉含碳物料分别返回气化炉，底渣从气化炉排出。

根据本发明的一个优选实施例，气化炉中的水蒸气和煤的质量比为0.2～0.6，氧煤比为0.2～0.5m³/kg。

根据本发明的一个优选实施例，调整第一气化剂中的空气或氧气与水蒸气的比例，控制气化炉下部的温度为850～950℃。

根据本发明的一个优选实施例，气化辅床的流化速度为0.5m/s～2.5m/s。

根据本发明的一个优选实施例，控制气化辅床的温度高于气化炉下部温度50℃～300℃。

根据本发明的一个优选实施例，第一气化剂为氧气、空气或水蒸气，或氧气与水蒸气的混合物，或空气与水蒸气的混合物；和/或

第二气化剂为氧气、空气或水蒸气，或氧气与水蒸气的混合物，或空气与水蒸气的混合物。

根据本发明的一个优选实施例，通入气化炉的第一气化剂分两级从气化炉的不同位置给入。

本发明根据循环流化床煤气化技术物料循环中碳浓度分布特点，在循环回路上增加高温气化辅床，将含碳高的固体物料进行高温气化，并将高温气化生成的高温固体物料返回气化炉炉膛中下部，将高温气化生成的高温煤气通入气化炉中上部，强化了炉膛的气化反应，因此提高了气化炉的碳转化率和煤气品质，降低了细粉灰的含碳量。

通过在循环回路上增加高温气化辅床，改变了现有循环流化床炉膛温度和碳含量的分布规律，在炉膛的下部形成一个低温部分燃烧区，在炉膛中上部形成一个气化高温区。这种分布规律有利于强化气化炉的气化反应和避免炉膛下部结渣，有利于气化炉的稳定运行。

相比通过建立一套高温反应装置(熔融态排渣)处理细粉灰的方案，本发明流程更简单，设备投资和运行成本更低，而且不会额外产生三废；相比将细粉灰燃烧或气化产生的高温烟气或煤气返回气化炉的方案，本发明为开放的物料循环回路，不存在灰积累的问题，而且有效的利用了细粉灰携带的显热，因此在提高系统碳转化率的同时，未降低循环流化床煤气化煤种适应性的优点。

附图说明

图1为根据本发明的实施例的带气化辅床的循环流化床气化装置的示意图；

图2为根据本发明的实施例的带气化辅床的循环流化床气化装置的气化工艺图；

图3为根据本发明的另一个实施例的带气化辅床的循环流化床气化装置的示意图；以及

图4为根据本发明的又一个实施例的带气化辅床的循环流化床气化装置的示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本发明的示例性的实施例，其中相同或相似的标号表示相同或相似的元件。另外，在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本披露实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。在其他情况下，公知的结构和装置以图示的方式体现以简化附图。

设计人发现通过再次气化或燃烧反应可提高系统的碳转化率。一种可能的思路是利用高温反应装置，将系统排出的全部细粉灰作高温反应处理，可以提高系统的碳转化率，将细粉灰通入热风炉中进行处理，产生的热烟气返回循环流化床气化炉参与反应和补热，此时如果将气化炉和高温反应装置看成一个系统，系统的碳转化率确实有显著的提高，但需要再建一套高温反应系统，建设成本和运行成本大幅增加，而且通入的热烟气夹带的飞灰会导致系统灰的累积，从而影响气化炉运行的稳定性以及煤种适应性。

根据本发明的总体构思，提供了一种带气化辅床的循环流化床气化装置，所述气化装置包括：气化炉，在气化炉上设置有燃料入口、气化剂入口、回炉煤气入口、排炉煤气出口、底渣出口和返料口；气固分离器，所述气固分离器的进口与气化炉的排炉煤气出口相连通；和气化辅床，所述气化辅床包括循环物料入口、气化剂入口、回炉煤气出口和回炉含碳物料出口，所述气化辅床的循环物料入口与气固分离器的固相出口相连通，所述气化辅床的回炉煤气出口与气化炉的回炉煤气入口相连通，并且所述气化辅床的回炉含碳物料出口与气化炉的返料口相连通。

需要说明的是，本发明的气化辅床(或高温气化辅床)的设置不同于增设高温反应装置，本发明的高温气化辅床作为循环流化床气化装置的一部分，作为气化炉的辅助，无需再建一套高温反应系统，建设成本和运行成本得到有效控制。

图1为根据本发明的实施例的带气化辅床的循环流化床气化装置的示意图。如图1所示，带高温气化辅床的循环流化床气化装置包括依次相连的气化炉1、气固分离器2、一级返料装置4、高温气化辅床3和二级返料装置5，其中，二级返料装置5与气化炉1相连，高温气化辅床3通过二级返料装置5与气化炉1的中下部相通。具体地，在气化炉1上设置有燃料入口、气化剂入口、回炉煤气入口、排炉煤气出口、底渣出口和返料口，在气固分离器2上设置有进口、气相出口和固相出口，并且所述气化辅床包括循环物料入口、气化剂入口、回炉煤气出口和回炉含碳物料出口。一级返料装置4设置在气固分离器2与气化辅床之间，包括进口和出口，所述一级返料装置4的进口和出口分别与气固分离器2的固相出口和气化辅床的循环物料入口相连接，二级返料装置5设置在气化辅床和气化炉1之间，包括进口和出口，所述二级返料装置5的进口和出口分别与所述气化辅床的回炉含碳物料出口和气化炉1的返料口相连接。所述气固分离器2的进口与气化炉1的排炉煤气出口相连通，所述气化辅床的循环物料入口通过一级返料装置4与气固分离器2的固相出口相连通，所述气化辅床的回炉煤气出口与气化炉1的回炉煤气入口相连通，并且所述气化辅床的回炉含碳物料出口通过二级返料装置5与气化炉1的返料口相连通。

在图1的实施例中，气化炉下部为截面自上向下减缩的形状，气化剂入口可以设置在气化炉的底部和或下部，所述燃料入口距离气化炉底部的高度为气化炉总高度的1/2-1/4，高温气化辅床3为流化床反应器。可选地，一级返料装置和二级返料装置可以为机械装置或非机械装置。

可选的，高温气化辅床3的循环物料入口和回炉含碳物料出口分别位于高温气化辅床3的侧壁上相对的两侧。如此，有利于延长固体物料在高温气化辅床内的停留时间，提高高温气化辅床内的气化效率。

在可选的实施例中，高温气化辅床3的含碳物料入口位于高温气化辅床3的密相区内，一级返料装置4上设置与高温气化辅床3稀相区相通的平衡管。

有利地，气化炉1的回炉煤气入口的位置应当高于气化炉1的返料口的位置，进一步有利地，气化炉1的回炉煤气入口设置在气化炉1的中上部。而对于高温气化辅床，气化辅床的气化剂入口设置在气化辅床的底部，并且气化辅床的回炉煤气出口设置在气化辅床的顶部。

本发明还提供一种带高温气化辅床的循环流化床气化方法，所述方法采用一种带高温气化辅床的循环流化床气化装置，包括依次相连的气化炉1，气固分离器2，高温气化辅床3以及相连的通道。如图2所示，所述方法步骤如下：

a)将第一气化剂A通入气化炉1与给入的煤B和从高温气化辅床3返回的高温含碳物料E₁发生部分燃烧和气化反应，生成第一煤气和第一含碳物料，以及底渣H；

b)第一含碳物料在第一煤气的携带下进入气化炉炉膛中上部，并被来自高温气化辅床3的高温煤气F加热，第一含碳物料中的碳与第一煤气及高温煤气F中的CO₂和水蒸气进一步发生气化反应，生成煤气C，同时经过进一步反应的第一含碳物料转换为含碳物料E₀，并在煤气C的携带下流向气固分离器2；

c)含碳物料E₀和煤气C经气固分离器2分离后，煤气C和细粉灰D从气相出口排出，分离出来的循环物料E₂返入高温气化辅床3；

d)第二气化剂G与循环物料E₂在高温气化辅床3内发生气化反应，生成高温煤气F及高温含碳物料E₁；

e)高温煤气F进入气化炉的中上部与第一含碳物料等发生反应，高温含碳物料E₁则返回气化炉，底渣H从气化炉底部排出，。

在上述气化方法中，气化炉1中的水蒸气和煤的质量比为0.2～0.6kg/kg，氧煤比为0.2～0.5m³/kg。有利地，通过调整第一气化剂A中的空气或氧气与水蒸气的比例，控制气化炉1下部温度为850～950℃。如前所述，高温气化辅床3为流化床反应器，其流化速度为0.5m/s～2.5m/s，并控制高温气化辅床3的温度高于气化炉下部温度50℃～300℃。控制气化辅床的温度高于气化炉下部温度50℃～300℃是设置辅床进行高温气化的目的和最根本的思路。

根据本发明的实施例，第一气化剂A可以为氧气、空气或水蒸气，或氧气与水蒸气的混合物，或空气与水蒸气的混合物，并且第二气化剂G可以为氧气、空气或水蒸气，或氧气与水蒸气的混合物，或空气与水蒸气的混合物。此外，通入气化炉1的第一气化剂A可以分两级从气化炉1的不同位置给入。

气化炉下部为截面减缩的形状，截面积自上向下逐渐缩小。在气化炉1的底部或底部和下部设置有气化剂入口，用于向循环流化床气化装置通入气化剂；气化炉上设置有燃料入口，用于向气化炉1中通入煤等气化原料，所述气化炉1的燃料入口距离气化炉底部的高度为气化炉1总高度的1/2～1/4。在气化炉1的中下部设置有与二级返料装置5相连通的返料口。气化炉1的底部设置有排渣口，用于排出气化炉内产生的渣。所述气化炉底部为气化炉壁面形成的空间的大约最低处，所述气化炉下部为气化炉靠近底部的气化炉壁面及其围成的空间。

高温气化辅床3底部设置有气化剂入口，顶部设置有回炉煤气出口，该回炉煤气出口和气化炉的中部或中上部之间设置有连通管道，在高温气化辅床内经气化反应产生的煤气，通过该连通管道进入气化炉内。在可选的实施例中，高温气化辅床3的循环物料入口和回炉含碳物料出口位于高温气化辅床3的两侧，如此，有利于延长固体物料在高温气化辅床内的停留时间，提高高温气化辅床内的气化效率。

在可选的实施例中，气化原料自气化炉1的燃料入口进入气化炉内，与从气化炉底部和/或下部加入的气化剂发生气化反应，生成含碳物料和煤气。大量的煤气携带含碳物料经气化炉1的上部出口进入气固分离器2完成气固分离，被捕捉的颗粒经一级返料装置4被送入到高温气化辅床3的中下部密相区。另一部分气化剂从高温气化辅床3加入到系统中，与来自一级返料装置4的物料混合，并发生气化反应，产生高温含碳物料和高温煤气，在高温气化辅床3的上部设置有回炉煤气出口，高温煤气经过该出口离开高温气化辅床，进入气化炉1的中部和/或中上部，参与气化炉1内的气化反应过程；高温气化辅床3中的高温含碳物料则随着二级返料装置5返回到气化炉1的下部，继续参与气化炉内的气化过程。而气化产生的合格的煤气，则携带少部分未被气固分离器捕捉的细粉灰，通过气固分离器2顶部的气相出口离开系统。

在现有循环流化床煤气化物料循环回路的基础上增加高温气化辅床，将分离器分离后的循环物料从低温转为高温后返回气化炉，从而大幅提高含碳量高且以气化吸热反应为主的气化炉炉膛中上部的温度，提高气化强度，从而有效降低细粉灰含碳量，而且相比通过另建一套高温反应装置的解决细粉灰的方案，该发明流程更简单，投资和运行成本更低；与此同时，气化炉下部虽然含灰量高但温度较低，有效避免气化炉下部结渣，保证气化系统的安全稳定高效运行。

本发明的原理是：通过对循环流化床煤气化过程气化炉沿高度方向温度分布、固体颗粒含碳量分布、颗粒浓度分布、反应份额分布的分析，在循环流化床循环回路上设置一个高温气化辅床，对碳的气化反应和气化剂进行分级，使含碳物料在循环的过程中分别在气化炉内和高温气化辅床内发生气化反应。在整个循环过程中，气化剂被分成两部分，一部分通入气化炉，参与常规的气化反应，另一部分通入高温气化辅床，由于高温气化辅床内的颗粒浓度较高，气化剂将优先与碳反应，如此实现了气化原料的进一步气化。另外，经过高温气化辅床内的气化过程，固体物料的温度提高，该高温固体物料返回至气化炉的中下部，使气化炉的中下部区域形成一个高温气化反应区；将气化辅床内的高温煤气通入气化炉中上部，强化气化炉内碳和二氧化碳的反应及碳和水蒸气的反应，降低气化炉上部碳含量和二氧化碳浓度，提高有效气含量，解决了现有循环流化床煤气化技术中气化炉中上部区域温度偏低，气化反应速度低，排出系统的细粉灰含碳量高的问题。

图3为根据本发明的另一个实施例的带气化辅床的循环流化床气化装置的示意图。相对于图1所示的实施例，在气固分离器2之后再增加一级附加气固分离器6，并相应地，增加一个返料器7，返料器7与高温气化辅床3相连通。具体地，附加气固分离器6的进口与气固分离器2的气相出口相连接，附加气固分离器6的固相出口与附加返料装置的入口相连接，附加返料装置的出口与气化辅床的循环物料入口相连接。气固分离器2可以是旋风分离器或惯性分离器(分离效率为85％～95％)，附加气固分离器6可以为旋风除尘器(除尘效率为60％～99％)，返料器7可以为非机械返料阀。附加气固分离器6捕集的细含碳物料J通过非机械返料阀输送至高温气化辅床3，在非机械返料阀至高温气化辅床3的连接管道上设置气化剂入口，采用射流将第三气化剂I加入连接管道内。第三气化剂I的射流方向与连接管道内的细含碳物料移动方向夹角呈锐角，细含碳物料J在第三气化剂I射流卷吸下，与气化剂快速混合和反应生成高温渣和煤气。高温渣和煤气通入高温气化辅床3的密相区，进一步参与高温气化辅床内的气化反应，在高温气化辅床3的底部设置排渣口，将粗渣H₂排出系统。第三气化剂I为空气或氧气和水蒸气的混合物。在保证两级气固分离器捕集下来的物料均能正常返入高温气化辅床3的情况下，采用两级气固分离器可以提高细粉灰的捕集率，减少被细粉灰带出的碳，从而进一步提高系统碳转化率。优选的，将第二级气固分离器捕集的细含碳物料与气化剂进行更高温度的气化，进入高温气化辅床的高温渣的最高温度可高于煤灰的流动温度，可为熔融态的渣。高温渣在流化床内物料的湍动冲击下分散并与流化床内物料进行换热。粗渣H₂通过高温气化辅床底部的排渣口排出系统，细的渣则伴随高温含碳物料E₁进入气化炉1。在提高细含碳物料的气化反应速率的同时，将这部分细含碳物料中的灰聚团排出系统，以降低循环系统中的灰含量。这种方式特别适合气化活性相对较差，灰含量较低的煤的气化。

图4为根据本发明的又一个实施例的带气化辅床的循环流化床气化装置的示意图。其中，高温气化辅床3与二级返料装置5结合在一起，二级返料装置5位于高温气化辅床3的底部，使得气化辅床的回炉含碳物料出口与二级返料装置5的入口直接相接，二级返料装置5可以是非机械返料阀，或机械阀和非机械返料阀构成的组合装置。第二气化剂G从高温气化辅床的周向均匀给入，使得第二气化剂G给入的上部为流化床，与返料装置结合的底部为移动床。如此，既确保了气化剂与含碳物料的充分混合和快速反应，使得高温气化辅床温度分布均匀，又确保了高温气化辅床内的含碳物料稳定、可控的返回气化炉。这种结构形式有效的抑制了含碳物料因短路快速离开高温气化辅床，而且有利于含碳物料在高温环境下进行水蒸气活化，进一步降低气化炉底渣的含碳量和细粉灰含碳量。

进一步地，气化炉炉膛通入的第一气化剂A可以分两级进入气化炉，分别为一次风和二次风，其中一次风从气化炉底部给入，主要用于气化炉下部的流化、底渣的燃烧反应，一次风的比例为第一气化剂A的40％～70％；二次风与返料口处于同一水平高度，二次风风向朝下倾斜或朝上倾斜，与水平面夹角为15°～60°。二次风的比例为第一气化剂A的30％～60％。通过将通入气化炉炉膛的气化剂进行分级，可以在满足循环流化床正常循环的基础上，调整气化炉下部温度和底渣粒径分布，使气化炉下部处于燃烧反应或部分燃烧反应的安全反应温度范围内，有效的解决了循环流化床气化炉下部因超温而引起的结渣问题。

本发明根据循环流化床煤气化技术物料循环中碳浓度分布特点，在循环回路上增加高温气化辅床，将含碳高的固体物料进行高温气化，并将高温气化生成的高温固体物料返回气化炉炉膛中下部，将高温气化生成的高温煤气通入气化炉中上部，强化了炉膛的气化反应，因此提高了气化炉的碳转化率和煤气品质，降低了细粉灰的含碳量。

通过在循环回路上增加高温气化辅床，改变了现有循环流化床炉膛温度和碳含量的分布规律，在炉膛的下部形成一个低温部分燃烧区，在炉膛中上部形成一个气化高温区。这种分布规律有利于强化气化炉的气化反应和避免炉膛下部结渣，有利于气化炉的稳定运行。

本发明流程简单，设备投资和运行成本低，而且不会额外产生三废；相比将细粉灰燃烧或气化产生的高温烟气或煤气返回气化炉的方案，本发明为开放的物料循环回路，不存在灰积累的问题，而且有效的利用了细粉灰携带的显热，因此在提高系统碳转化率的同时，未降低循环流化床煤气化煤种适应性的优点。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行变化。本发明的适用范围由所附权利要求及其等同物限定。

附图标记列表：

1 气化炉

2 气固分离器

3 高温气化辅床

4 一级返料装置

5 二级返料装置

6 附加气固分离器

7 返料器

A 第一气化剂

B 煤

C 煤气

D 细粉灰

E₀ 含碳物料

E₁ 高温含碳物料

E₂ 循环物料

F 高温煤气

G 第二气化剂

H 底渣

H₂ 粗渣

I 第三气化剂

J 细含碳物料。