專利名稱：多噴嘴水煤漿或粉煤氣化爐及其工業(yè)應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于水煤漿或粉煤氣化的氣化爐，涉及一種多噴嘴氣化爐。
背景技術(shù)：
煤的潔凈與高效利用是當(dāng)今世界能源與環(huán)境保護領(lǐng)域中的重大技術(shù)課題，也是我國國民經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。煤氣化是將一次能源轉(zhuǎn)化成潔凈的二次能源的主要途徑，其產(chǎn)品為燃料氣(煤氣)、合成氣、還原氣、氫氣、一氧化碳。煤的氣化技術(shù)在聯(lián)合循環(huán)(IGCC)發(fā)電裝置、合成氨和合成甲醇工業(yè)、羰基化法生產(chǎn)醋酸與醋酐工業(yè)、海綿鐵的生產(chǎn)、純一氧化碳的制備、純氫氣的制備等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，而氣化爐則是煤氣化的關(guān)鍵設(shè)備。為此，眾多的科技人員研究、開發(fā)了各種類型的氣化爐。目前，在采用氣流床(噴流床、攜帶床)進行氣化的技術(shù)中，有代表性的主要有兩種采用水煤漿為原料的氣化爐有德士古(Texaco，現(xiàn)為GE公司)；采用粉煤為原料的氣化爐有謝爾(Shell)。文獻U.S.Pat.Nos.4,637,823、4,527,997、5,281,243分別公開了德士古氣化爐，該氣化爐的幾何特征是噴嘴軸線與煤氣及液渣出口軸線重合，兩者都在氣化爐主體軸線上。鑒于該氣化爐為氣流床，從而導(dǎo)致部分物料(流股)短路。申請人的實驗測試表明，如果物料在該類氣化爐中平均停留時間為5秒，實際上，其中部分物料停留時間不到1秒即逸出爐外，另一部分物料在爐中停留時間遠遠超過5秒。也就是說，物料在該氣化爐中的停留時間是一個很寬的分布，有50％～60％的物料小于平均停留時間就逸出爐外。德士古氣化爐的碳轉(zhuǎn)化率一般不到95％，水蒸汽分解率也小于20％；文獻U.S.92-960345公開了謝爾氣化爐。煤氣與液渣呈反向流動，即煤氣向上，液渣向下。其缺點有二，其一，液渣因無熱煤氣伴隨，極易凝固而堵塞出渣口；其二，懸浮在煤氣流中的細小煤渣要經(jīng)過較長的管道，且改變流動方向，才能進入下游設(shè)備進行余熱回收或氣固分離，管道及下游設(shè)備容易堵塞，兩者都會縮短操作周期。鑒于以上兩種爐型的缺陷，中國專利98110601.3公開了一種多噴嘴對置式水煤漿或煤粉氣化爐，該水煤漿氣化爐進行了中試裝置(22噸/天)和示范裝置(1150噸/天)運行，該氣化爐碳轉(zhuǎn)化率98％以上，比Texaco爐高3個百分點；該粉煤氣化爐進行中試規(guī)模(15～45噸煤/天)運行，碳轉(zhuǎn)化率98％以上，比氧耗、比煤耗等各項工藝指標(biāo)表現(xiàn)出了非常好的氣化性能。實踐證明，該氣化爐還有改進的余地，目前的氣化爐還不能滿足現(xiàn)代生產(chǎn)企業(yè)對日處理3000噸煤以上規(guī)模煤氣化技術(shù)的需求，爐內(nèi)的溫度分布的均勻性和氣化爐的處理能力還可進一步提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是公開一種多噴嘴水煤漿或粉煤氣化爐及其工業(yè)應(yīng)用，以滿足現(xiàn)代生產(chǎn)企業(yè)對日處理3000噸煤以上規(guī)模煤氣化技術(shù)的需求。
本發(fā)明的構(gòu)思是這樣的由于水煤漿和煤粉氣化效果的好壞，除與煤種的物理、化學(xué)性質(zhì)有關(guān)外，在一定的工藝條件下，主要與噴嘴的結(jié)構(gòu)及尺寸、噴嘴配置、氣化爐結(jié)構(gòu)及尺寸以及三者匹配實現(xiàn)氣化時形成的流體流動行為和流場結(jié)構(gòu)有關(guān)。也就是說，在煤種和工藝條件一定時，氣化效果優(yōu)劣主要取決于爐內(nèi)的濃度分布、溫度分布以及停留時間分布。在氣化爐的高溫下，化學(xué)反應(yīng)速率已經(jīng)相當(dāng)快，氣化過程由傳熱傳質(zhì)過程控制，傳遞過程和停留時間分布主要取決于爐內(nèi)的流體行為與流場結(jié)構(gòu)。原料煤(水煤漿或干煤粉)或其他烴類燃料與氣化劑，通過噴嘴以射流方式進入爐膛，來自不同噴嘴的射流流股在爐膛中相互撞擊，因為慣性，燃料顆粒在爐膛中產(chǎn)生多次阻尼震蕩，使燃料顆粒在爐膛中的停留時間增加，改善停留時間分布；同時湍流強度顯著增加，使傳熱傳質(zhì)速率大幅度提高，從而提高了燃料的碳轉(zhuǎn)化率和水蒸汽的分解率。同時，為克服破渣機允許最大管徑對氣化爐處理能力的限制，在洗滌冷卻室底部設(shè)置多個下渣口。
本發(fā)明用于水煤漿或粉煤氣化的多噴嘴水煤漿或粉煤氣化爐，包括氣化室與洗滌冷卻室；所說的氣化室包括內(nèi)襯耐火磚的圓柱狀殼體、工藝噴嘴室、工藝噴嘴、預(yù)熱燒嘴室和預(yù)熱燒嘴，預(yù)熱燒嘴室設(shè)置在氣化室頂部，預(yù)熱燒嘴垂直設(shè)置在預(yù)熱燒嘴室中，其軸線與氣化室的軸線相重合，工藝噴嘴室沿殼體周邊均布，工藝噴嘴以機械方式安裝在工藝噴嘴室中，氣化渣口設(shè)置在氣化室底部，用于將氣化渣排出氣化室；所說的洗滌冷卻室設(shè)置在氣化室下部，洗滌冷卻室包括激冷環(huán)、下降管、破泡條和下渣口，所說的激冷環(huán)設(shè)置在氣化室的氣化渣口下方，下降管設(shè)置在激冷環(huán)下方，用于將氣化渣排入洗滌冷卻室，所說的破泡條設(shè)置在下降管周邊，用于破碎煤氣氣泡，增加氣液接觸面積，煤氣出口設(shè)置在洗滌冷卻室的上部，下渣口設(shè)置在洗滌冷卻室的底部；所說的工藝噴嘴可以采用常規(guī)的噴嘴，如以水煤漿為原料時，可優(yōu)先采用中國專利95111750.5所公開的一種“帶有旋流器的三通道組合式水煤漿氣化噴嘴”；如以粉煤為原料時，可優(yōu)先采用中國專利200510025050.6所公開的一種“固態(tài)含碳物質(zhì)部分氧化制備合成氣噴嘴”。氣化爐殼體還設(shè)有若干個熱電偶孔和表面溫度計。洗滌冷卻室可優(yōu)先采用中國專利01112880.1所發(fā)明的一種“復(fù)合床高溫煤氣冷卻洗滌設(shè)備”。
其特征在于，工藝噴嘴向下傾斜，下渣口至少有兩個。
本發(fā)明的多噴嘴水煤漿或粉煤氣化爐可用于水煤漿或粉煤的氣化，具體的應(yīng)用方法如下將水煤漿或粉煤、氣化劑通過工藝噴嘴送入氣化爐，氣化壓力4～10MPa，氣化溫度1300～1500℃。當(dāng)采用水煤漿為原料時，氣化劑可以是氧氣等，水煤漿與氧氣的重量比例是1.3～2.7；當(dāng)采用粉煤為原料時，氣化劑可以是氧氣、水蒸汽或二氧化碳等，粉煤與氧氣的重量比例是0.9～1.6。
本發(fā)明的用于水煤漿或粉煤氣化的多噴嘴水煤漿或粉煤氣化爐，優(yōu)點是十分明顯的，爐內(nèi)溫度分布均勻，本氣化爐碳轉(zhuǎn)化率98％以上，投資省，特別適合日處理3000噸～5000噸的大規(guī)模煤氣化生產(chǎn)工藝，可用于甲醇、合成氨、IGCC發(fā)電等領(lǐng)域。


圖1氣化爐的結(jié)構(gòu)簡圖。
圖2為以粉煤為原料時的工藝噴嘴結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
參見圖1，本發(fā)明的用于水煤漿或粉煤氣化的多噴嘴水煤漿或粉煤氣化爐，包括氣化室1與洗滌冷卻室2；所說的氣化室1包括內(nèi)襯耐火磚的圓柱狀殼體3、工藝噴嘴室4、工藝噴嘴5、預(yù)熱燒嘴室6和預(yù)熱燒嘴7，預(yù)熱燒嘴室6設(shè)置在氣化室1頂部，預(yù)熱燒嘴7垂直設(shè)置在預(yù)熱燒嘴室6中，其軸線與氣化室1的軸線相重合，工藝噴嘴室4沿殼體3周邊均布，工藝噴嘴5以機械方式安裝在工藝噴嘴室4中，氣化渣口10設(shè)置在氣化室1底部，耐火磚8中內(nèi)設(shè)若干層間距1m的托磚架17；所說的洗滌冷卻室2設(shè)置在氣化室1下部，洗滌冷卻室2包括激冷環(huán)11、下降管12、破泡條13和下渣口14，所說的激冷環(huán)11設(shè)置在氣化室的氣化渣口10下方，下降管12設(shè)置在激冷環(huán)11下方，所說的破泡條13設(shè)置在下降管12周邊，煤氣出口16設(shè)置在洗滌冷卻室2的上部，下渣口14設(shè)置在洗滌冷卻室2的底部；其特征在于(1)工藝噴嘴向下傾斜，優(yōu)選的工藝噴嘴5軸線與水平面夾角α為1～45°；(2)下渣口14至少有兩個，優(yōu)選2～4個。
圖2為以粉煤為原料時工藝噴嘴的結(jié)構(gòu)示意圖，已經(jīng)在中國專利200510025050.6中公開，由圖可見，所說的粉煤工藝噴嘴包括同軸的外環(huán)噴頭18、內(nèi)噴頭19、噴嘴中心導(dǎo)管20和噴嘴外環(huán)導(dǎo)管21；所說的噴嘴外環(huán)導(dǎo)管21與外環(huán)噴頭18相連接，所說的噴嘴中心導(dǎo)管20與內(nèi)噴頭19相連接，內(nèi)噴頭19設(shè)置在外環(huán)噴頭18內(nèi)，內(nèi)噴頭19的內(nèi)收縮半角γ為3～60°，內(nèi)噴頭19的外側(cè)傾角β為30～80°，外噴頭18的內(nèi)收縮半角ε為30～80°，內(nèi)噴頭19的噴口直徑d與噴口直段高度h的比例為h∶d＝1∶0.5～10，內(nèi)噴頭19與外噴頭18的噴口端面距離S為0～20mm。
實施例1一個日處理3000噸煤的多噴嘴水煤漿氣化爐，氣化壓力為6.5MPa，氣化室殼體內(nèi)直徑為Φ4400mm，設(shè)有3個下渣口14，水煤漿工藝噴嘴采用專利95111750.5所提出的結(jié)構(gòu)，軸線與水平面夾角α為10°；氣化劑為氧氣，氧氣總耗量為82192Nm3/h，氣化溫度1350℃，水煤漿與氣化劑的重量比例為1.77，出氣化室氣體總流量301476Nm3/h。
煤質(zhì)組成

出氣化室氣體成分(vol％)

實施例2一個日處理3000噸煤的多噴嘴粉煤氣化爐，氣化壓力為4.0MPa，氣化室殼體內(nèi)直徑為Φ4200mm，設(shè)有3個下渣口14，噴嘴采用圖2的結(jié)構(gòu)，軸線與水平面夾角α為10°；氣化劑為氧氣和水蒸汽，氧氣總耗量為70000Nm3/h，蒸汽總耗量為22500kg/h，氣化溫度1350℃，粉煤與氧氣的重量比例為1.25，出氣化室氣體總流量264175Nm3/h。
煤質(zhì)組成

出氣化室氣體成分(vol％)

權(quán)利要求
1.一種多噴嘴水煤漿或粉煤氣化爐，包括氣化室(1)與洗滌冷卻室(2)；所說的氣化室(1)包括內(nèi)襯耐火磚(8)的圓柱狀殼體(3)、工藝噴嘴室(4)和工藝噴嘴(5)，工藝噴嘴室(4)沿殼體(3)周邊均布，工藝噴嘴(5)以機械方式安裝在工藝噴嘴室(4)中，氣化渣口(10)設(shè)置在氣化室(1)底部；所說的洗滌冷卻室(2)設(shè)置在氣化室(1)下部，洗滌冷卻室(2)包括下渣口(14)，煤氣出口(16)設(shè)置在洗滌冷卻室(2)的上部，其特征在于(1)工藝噴嘴(5)向下傾斜；(2)下渣口(14)至少有兩個；(3)耐火磚層(8)內(nèi)設(shè)托磚架(17)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水煤漿或粉煤氣化的多噴嘴水煤漿或粉煤氣化爐，其特征在于，工藝噴嘴5軸線與水平面夾角α為1～45°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的水煤漿或粉煤氣化的多噴嘴水煤漿或粉煤氣化爐，其特征在于，下渣口(14)有2～4個。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的水煤漿或粉煤氣化的多噴嘴水煤漿或粉煤氣化爐，其特征在于，所說的粉煤工藝噴嘴包括同軸的外環(huán)噴頭(18)、內(nèi)噴頭(19)、噴嘴中心導(dǎo)管(20)和噴嘴外環(huán)導(dǎo)管(21)，所說的噴嘴外環(huán)導(dǎo)管(21)與外環(huán)噴頭(18)相連接，所說的噴嘴中心導(dǎo)管(20)與內(nèi)噴頭(19)相連接，內(nèi)噴頭(19)設(shè)置在外環(huán)噴頭(18)內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的水煤漿或粉煤氣化的多噴嘴水煤漿或粉煤氣化爐，其特征在于，所說的洗滌冷卻室(2)還包括激冷環(huán)(11)，所說的激冷環(huán)(11)設(shè)置在氣化室(1)的氣化渣口(10)下方。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的水煤漿或粉煤氣化的多噴嘴水煤漿或粉煤氣化爐，其特征在于，所說的洗滌冷卻室(2)還包括下降管(12)，下降管(12)設(shè)置在激冷環(huán)(11)下方。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的水煤漿或粉煤氣化的多噴嘴水煤漿或粉煤氣化爐，其特征在于，所說的洗滌冷卻室(2)還包括破泡條(13)，所說的破泡條(13)設(shè)置在下降管(12)周邊。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水煤漿或粉煤氣化的多噴嘴水煤漿或粉煤氣化爐，其特征在于，所說的耐火磚層(8)內(nèi)設(shè)托磚架(17)，托磚架(17)間距1m，托磚架(17)固接在殼體(3)上。
9.根據(jù)權(quán)利要求1～8任一項所述的多噴嘴水煤漿或粉煤氣化爐的應(yīng)用，其特征在于，用于水煤漿或粉煤的氣化。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于水煤漿或粉煤氣化的多噴嘴水煤漿或粉煤氣化爐。氣化室由殼體、工藝噴嘴室、工藝噴嘴、預(yù)熱燒嘴室、預(yù)熱燒嘴組成，殼體內(nèi)襯耐火磚，而洗滌冷卻室由激冷環(huán)、下降管、破泡條及下渣口組成。本氣化爐碳轉(zhuǎn)化率98％以上，投資省，特別適合日處理3000噸～5000噸的大規(guī)模煤氣化生產(chǎn)工藝，用于甲醇、合成氨、IGCC發(fā)電等領(lǐng)域。
文檔編號C10J3/56GK1775920SQ20051011148
公開日2006年5月24日 申請日期2005年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月14日
發(fā)明者于遵宏, 代正華, 龔欣, 于廣鎖, 王輔臣, 劉海峰, 王亦飛, 陳雪莉, 周志杰, 梁欽鋒, 李偉鋒, 郭曉鐳, 王興軍 申請人:華東理工大學(xué)