專利名稱：兩段式干煤粉氣流床氣化爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氣化裝置，更具體地說是兩段式干煤粉氣流床氣化爐。
背景技術(shù)：
潔凈煤技術(shù)已成為我國煤化工、工業(yè)燃?xì)饧半娏I(yè)技術(shù)升級的重大關(guān)鍵性技術(shù)，而煤 炭氣化技術(shù)是潔凈煤技術(shù)的重要方向之一，是以煤基為能源的化工系統(tǒng)中最重要的核心技 術(shù)。到目前為主，世界上已經(jīng)工業(yè)化的煤氣化工藝有幾十種，可歸納為三類以Lurgi為代 表的固定床氣化工藝；以HTW (高溫溫克勒)、灰熔聚為代表的流化床氣化工藝，以及以 Texaco、 Shell、 GSP為代表的氣流床氣化工藝。
當(dāng)前大型工廠的煤制合成氣(或H2)氣化技術(shù)普遍認(rèn)同的是氣流床氣化工藝，具有處 理化合物種類多、氣化效率高、原料消耗低、設(shè)備生產(chǎn)強(qiáng)度大等優(yōu)點。其中，干煤粉加壓氣 流床氣化技術(shù)，如Prenflo、 Shell和GSP等技術(shù)，具有煤種的適應(yīng)性廣、比氧耗和比煤耗低、 有效氣成分高、冷煤氣效率、碳的轉(zhuǎn)化率高、單爐容量大等優(yōu)點，是煤氣化工藝技術(shù)的發(fā)展 方向，有很強(qiáng)的市場競爭力。
我國煤炭的特點是，灰熔點高，流動溫度大于1400'C的煤占總儲量的50Y。左右；另外， 煤灰含量平均較高，達(dá)23%，動力煤的平均灰含量達(dá)到25%,商業(yè)動力煤的平均灰含量甚至 達(dá)到27 28%。這種高灰分高灰熔點的"雙高"煤在氣化領(lǐng)域被稱之為最難氣化的煤種。
改善煤灰熔融特性的常用方法有使用添加劑和配煤。使用添加劑改變煤灰熔融特性在一 定程度上會導(dǎo)致灰分含量增加，因此也增加能耗?！洞蟮省?1999， 22 (3): 154 156.) 報道，在同樣反應(yīng)條件下，灰分增加1%，氧耗增加0.7%~0.8%，煤耗增加1.3%~1.5%。通 過配煤也可以改善煤灰熔融特性。《煤炭轉(zhuǎn)化》(2006， 29 (1): 11 18.)將高灰熔點煤A (FT=1397°C)分別與低灰熔點煤G (FT=1332°C)和B (FT=1171°C)按不同配比配制成配 煤樣，測定其在弱還原性氣氛下的熔融特征溫度。在均為1:1的配比下，A與G的配煤灰熔 點降低到了 1370°C ， A與B的配煤灰熔點降低到了 1280°C ，相對A煤分別降低了 27°C 、 117°C 。 可見，配煤技術(shù)需要調(diào)運(yùn)大量的外地低灰熔點煤，這違背了我國就地發(fā)展煤化工的政策，而 且也沒有如此大量的低灰熔點煤可調(diào)。
針對高灰分高熔點煤，如典型的"雙高"煤——淮南煤，雖然相關(guān)技術(shù)部門已經(jīng)進(jìn)行過一 系統(tǒng)的研究，結(jié)果還是要添加一定量的助熔劑或采用配煤技術(shù)?！洞蟮省?2005， 28 (5): 317) 報道，在干煤粉加壓氣流床GSP中試裝置上，仍然需要添加助熔劑才可氣化處理淮南煤。
中國專利申請?zhí)?00810019552.1提出的《高灰熔點煤種氣化方法及其裝置》將煤粉噴
入到高速旋轉(zhuǎn)的高溫低氧的氧化性氣流中，使煤粉和氧化劑的接觸與反應(yīng)發(fā)生在整個旋轉(zhuǎn)氣 流中，爐內(nèi)溫度均勻，氣化熱負(fù)荷顯著提高，氣化反應(yīng)在空間進(jìn)行而不是在某一個峰面上， 避免產(chǎn)生火舌或火炬，避免了傳統(tǒng)的反應(yīng)局部溫度過高；同時，爐內(nèi)物料的高速旋轉(zhuǎn)，增加 了煤粉和氣化劑在爐內(nèi)的接觸與反應(yīng)時間，使得氣化反應(yīng)更完全，從而有助于進(jìn)一步提高氣 化效率；再者，采用合成氣和液渣向下并流方式，使出渣口的溫度保持在灰渣流動溫度以上， 并利用高溫合成氣對高粘度熔渣的良好攜帶作用，順利實現(xiàn)了高灰熔點煤粉的液態(tài)排渣。但 由于采用的單一煤粉徑向噴嘴入料方式容易使煤粉直接撞擊爐內(nèi)膽，而單一氣化劑沿圓周切 向噴嘴旋轉(zhuǎn)入料方式易使氣化反應(yīng)區(qū)域偏離氣化爐中心；另外，下段的噴嘴噴入的水蒸氣迅 速降低合成氣的溫度，而要維持高灰熔點煤氣化的液態(tài)排渣，必須要升高爐體上段的平均溫 度水平，這將對爐內(nèi)膽材料提出更苛刻的要求。
中國專利申請?zhí)朇N01131780.9提出了《兩段式干煤粉氣化爐》，是將氣化爐分設(shè)為上爐 膛和下爐膛，煤氣出口設(shè)在上爐膛的上端，出渣口設(shè)在下爐膛的下端。這種煤氣上行的方式 可以利用上爐膛噴入的物料降低出口煤氣的溫度，促使煤氣中的熔渣凝固分離，避免后續(xù)的 煤氣冷卻器的堵塞，也減少了冷卻器的換熱面積和數(shù)量，但是，如果將其應(yīng)用于高灰熔點煤 氣化，由于煤氣上行和排渣下行的方式?jīng)]有充分利用煤氣對液態(tài)排渣的良好攜帶作用，容易 造成出渣口排渣不暢；而且，在其上爐膛只對稱設(shè)置了兩只相對的噴嘴，物料在上爐膛反應(yīng) 的空間均勻性和溫度場的均勻性無法保證。
中國專利申請?zhí)朇N01134311.7提出的《一種新型干煤粉氣流床加壓氣化爐》也將氣化 爐分為上段第一氣化室和下段第二氣化室，但其進(jìn)料方式釆用的是在氣化爐頂部安裝單一的 原料煤和氣化劑噴嘴，在氣化過程中會產(chǎn)生明顯向下噴射的火舌，會造成局部溫度場高，爐 內(nèi)溫度梯度大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，提供一種兩段式干煤粉氣流床氣化 爐，以期獲得氣化反應(yīng)空間化、爐內(nèi)平均溫度高且溫度場均勻、爐內(nèi)排渣溫度可高于灰熔點 5(TC以上，以使灰渣呈液態(tài)順利排出的技術(shù)效果，實現(xiàn)高灰熔點煤的安全、高效氣化。
本發(fā)明解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案
本發(fā)明兩段式干煤粉氣流床氣化爐，其外壁為直立圓筒，內(nèi)部結(jié)構(gòu)由上段主氣化室和下
段激冷室構(gòu)成；
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特點是在主氣化室內(nèi)不同的水平位置上分別設(shè)置上層噴嘴和下層噴嘴；在 激冷室的上部，設(shè)置激冷水霧化噴嘴；各層噴嘴分別以其所在水平斷面的圓心為中心，沿環(huán)
向切圓均勻分布為至少兩只，各層噴嘴的旋轉(zhuǎn)方向相同；在激冷室內(nèi)，出渣口設(shè)置在激冷室 的底部，合成氣出口設(shè)置在激冷室側(cè)壁上。 本發(fā)明結(jié)構(gòu)特點也在于
所述主氣化室內(nèi)設(shè)置的上層噴嘴為煤粉、氧氣和水蒸氣混合進(jìn)口，下層噴嘴為煤粉和氧 氣混合進(jìn)口。
所述主氣化室的內(nèi)側(cè)壁設(shè)置為盤管式水冷壁，在所述盤管式水冷壁與外壁之間設(shè)置耐火 保溫層。
在所述激冷室的內(nèi)部四周布置列管式水冷壁。 ' 所述上層噴嘴噴出物料形成的假想切圓半徑大于下層噴嘴的假想切圓半徑。 所述激冷水霧化噴嘴噴出的霧化水形成的假想切圓半徑小于主氣化室底部出口半徑。 與己有技術(shù)方案相比，本發(fā)明的顯著效果體現(xiàn)在
1、 本發(fā)明采用上、下兩層送料，使煤粉在高速氣化劑旋轉(zhuǎn)射流的帶動下均勻分布在整 個氣化爐空間內(nèi)，使氣化反應(yīng)也隨之發(fā)生在氣化爐空間內(nèi)，而不是在某一個峰面上，使氣化 爐內(nèi)溫度更均勻，實現(xiàn)干煤粉的空間氣化，避免了常規(guī)氣化方式的超高溫火舌或火炬的出現(xiàn)， 避免了傳統(tǒng)的氣化反應(yīng)局部溫度過高，從而顯著地降低了爐內(nèi)最高溫度和溫度梯度；同時， 平均溫度水平明顯升高，而最高溫度卻有一定程度的降低，這無論是對于提供氣化效率還是 保護(hù)氣化爐的耐火層都是有幫助的。
2、 本發(fā)明將合成氣出口設(shè)置在激冷室側(cè)壁上，采用合成氣和液渣向下并流的方式，利
用高溫合成氣對高粘度熔渣的良好攜帶作用，順利實現(xiàn)了高灰熔點煤粉的液態(tài)排渣。
3、 本發(fā)明中上層噴嘴采用較大的假想圓半徑，由剛進(jìn)入氣化爐的冷物料向四周旋轉(zhuǎn)以 沖淡爐內(nèi)向上涌的高溫?zé)釤煔猓瑯O大地有利于保護(hù)氣化爐爐膽內(nèi)壁。
4、 本發(fā)明可以通過分別調(diào)節(jié)上層噴嘴和下層噴嘴的干煤粉和氣化劑的供給比，使上層 02與煤的含量比值更小，防止煤氣化爐過氧，效率高，并通過噴入水蒸氣形成的還原吸熱 反應(yīng)使上層區(qū)域的溫度在灰熔點以下，而下層噴嘴02與煤的含量比值相對較大，溫度更高， 形成灰渣熔融的高溫氧化區(qū)。通過調(diào)節(jié)氧化劑02的供給量，使主氣化室下層噴嘴至出渣口 區(qū)域的平均溫度略高于灰熔點5(TC以上，實現(xiàn)對高灰熔點煤種的氣化和順利,渣。
5、 本發(fā)明釆用多只環(huán)向切圓式的煤粉和氣化劑噴嘴，避免了使用單一煤粉徑向噴嘴的 入料方式所造成的煤粉直接撞擊氣化爐內(nèi)膽；本發(fā)明的入料方式使得煤粉和氣化劑在爐內(nèi)高 速旋轉(zhuǎn)，充分保證了粒子的停留時間，增加了煤粉和氣化劑在爐內(nèi)的反應(yīng)時間，強(qiáng)化了未反 應(yīng)碳渣的反應(yīng)，使得氣化反應(yīng)更徹底，從而有助于進(jìn)一步提高氣化效率。6、 本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、加工容易、操作方便、投資低。
7、 本發(fā)明氣化爐的碳轉(zhuǎn)化率、冷煤氣效率和合成氣有效氣成分(CO+H2)含量高，所 得產(chǎn)品可用于化工合成、煤氣化發(fā)電、制氫、合成液體燃料，或作為燃料氣等。


圖1為本發(fā)明內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2為圖1的A-A剖視圖。 圖3為圖1的B-B剖視圖。 圖4為圖1的C-C剖視圖。
圖中標(biāo)號l出渣口， 2渣池，3下聯(lián)箱，4列管式水冷壁，5上聯(lián)箱，6'激冷水霧化噴 嘴，7下層噴嘴，8上層噴嘴，9盤管式水冷壁，IO耐火保溫層，ll外壁，12主氣化室，13
激冷室，14合成氣出口。
下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明兩段式干煤粉氣流床氣化爐的具體實施方式
。
具體實施例方式
參見圖l，設(shè)置外壁ll為直立圓筒，內(nèi)部結(jié)構(gòu)由上段主氣化室12和下段激冷室13構(gòu)
成；
圖1所示，在主氣化室12內(nèi)不同的水平位置上分別設(shè)置上層噴嘴8和下層噴嘴7;在 激冷室13的上部，設(shè)置激冷水霧化噴嘴6;
參見圖2、圖3和圖4，各層噴嘴分別是以其所在水平斷面的圓心為中心，沿環(huán)向切圓 均勻分布為至少兩只，各層噴嘴的旋轉(zhuǎn)方向相同；
如圖1所示，本實施例中，在激冷室13內(nèi)，出渣口 1為激冷室13的底口，在激冷室 13的底部為渣池2，合成氣出口 14設(shè)置在激冷室13的側(cè)壁上。
具體實施中，將主氣化室12內(nèi)的上層噴嘴8設(shè)置為煤粉、氧氣和水蒸氣混合進(jìn)口，下 層噴嘴7為煤粉和氧氣混合進(jìn)口 。
為了保護(hù)爐壁，如圖1所示，主氣化室12的內(nèi)側(cè)壁設(shè)置為盤管式水冷壁9，在盤管式 水冷壁9與外壁11之間設(shè)置耐火保溫層10。
在激冷室13的內(nèi)部四周布置列管式水冷壁4，并有與列管式水冷壁4連通的下聯(lián)箱3 和上聯(lián)箱5。 .
各層噴嘴的設(shè)置也包括
設(shè)置上層噴嘴8噴出物料形成的假想切圓半徑大于下層噴嘴7的假想切圓半徑，激冷水 霧化噴嘴6噴出的霧化水形成的假想切圓半徑小于主氣化室12底部出口半徑。
運(yùn)行時，煤粉、氧氣和水蒸氣從主氣化室12上的上層噴嘴8和噴入爐內(nèi)，煤粉和氧氣 從下層噴嘴7噴入，通過調(diào)節(jié)上層噴嘴和下層噴嘴的干煤粉和氣化劑的供給比，使上段02 與煤的含量比值小，而下層噴嘴02與煤的含量比值大，使主氣化室12內(nèi)上層噴嘴8附近區(qū) 域的溫度在灰熔點以下，下層噴嘴7至出渣口 1區(qū)域的平均溫度略高于灰熔'點5(TC以上， 形成灰熔融的高溫區(qū)，實現(xiàn)高灰熔點的煤種的氣化，并通過合成氣向下的攜帶作用，實現(xiàn)液 態(tài)排渣。
在主氣化室12內(nèi)生成的粗合成氣和液渣一并進(jìn)入激冷室13，在呈環(huán)向切圓式分布的激 冷水的噴射下，迅速降溫并再次發(fā)生氣化還原反應(yīng)，使得粗合成氣的有效成分進(jìn)一步得到提 高。合成氣由側(cè)壁上合成氣出口 14引出，液渣經(jīng)激冷后落入底部的渣池2后由出渣口 l排 出。
權(quán)利要求
1、兩段式干煤粉氣流床氣化爐，其外壁(11)為直立圓筒，內(nèi)部結(jié)構(gòu)由上段主氣化室(12)和下段激冷室(13)構(gòu)成；其特征是在所述主氣化室(12)內(nèi)不同的水平位置上分別設(shè)置上層噴嘴(8)和下層噴嘴(7)；在所述激冷室(13)的上部，設(shè)置激冷水霧化噴嘴(6)；所述各層噴嘴分別以其所在水平斷面的圓心為中心，沿環(huán)向切圓均勻分布為至少兩只，各層噴嘴的旋轉(zhuǎn)方向相同；在所述激冷室(13)內(nèi)，出渣口(1)設(shè)置在激冷室(13)的底部，合成氣出口(14)設(shè)置在激冷室側(cè)壁上。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩段式干煤粉氣流床氣化爐，其特征是所述主氣化室(12) 內(nèi)設(shè)置的上層噴嘴(8)為煤粉、氧氣和水蒸氣混合進(jìn)口，下層噴嘴(7)為煤粉和氧氣混合 進(jìn)口。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩段式干煤粉氣流床氣化爐，其特征是所述主氣化室(12) 的內(nèi)側(cè)壁設(shè)置為盤管式水冷壁(9)，在所述盤管式水冷壁(9)與外壁(ll)'之間設(shè)置耐火 保溫層(10)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩段式干煤粉氣流床氣化爐，其特征是在所述激冷室(13) 的內(nèi)部四周布置列管式水冷壁(4)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩段式干煤粉氣流床氣化爐，其特征是所述上層噴嘴(8)噴 出物料形成的假想切圓半徑大于下層噴嘴(7)的假想切圓半徑。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩段式干煤粉氣流床氣化爐，其特征是所述激冷水霧化噴嘴 (6)噴出的霧化水形成的假想切圓半徑小于主氣化室(12)底部出口半徑。
全文摘要
兩段式干煤粉氣流床氣化爐，其外壁為直立圓筒，內(nèi)部結(jié)構(gòu)由上段主氣化室和下段激冷室構(gòu)成；其特征是在主氣化室內(nèi)不同的水平位置上分別設(shè)置上層噴嘴和下層噴嘴；在激冷室的上部，設(shè)置激冷水霧化噴嘴；各層噴嘴分別以其所在水平斷面的圓心為中心，沿環(huán)向切圓均勻分布為至少兩只，各層噴嘴的旋轉(zhuǎn)方向相同；在激冷室內(nèi)，出渣口設(shè)置在激冷室的底部，合成氣出口設(shè)置在激冷室側(cè)壁上。本發(fā)明使氣化反應(yīng)空間化，爐內(nèi)平均溫度高且溫度場均勻，爐內(nèi)排渣溫度可高于灰熔點50℃以上，灰渣呈液態(tài)順利排出，實現(xiàn)高灰熔點煤的安全、高效氣化。
文檔編號C10J3/56GK101392191SQ200810195490
公開日2009年3月25日 申請日期2008年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月15日
發(fā)明者唐志國, 程建萍, 陳長琦 申請人:合肥工業(yè)大學(xué)