專利名稱：改進的氧氣分級氣化工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種以煤、焦為原料氣化，生產(chǎn)含有一氧化碳和氫氣的粗煤氣的氣化工藝。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的可將煤、焦氣化生成含有一氧化碳和氫氣的氣化爐， 一般采用原燃料及氧氣同 時投入的方式。由于無法人為控制氣化爐內(nèi)的反應(yīng)狀態(tài)，使得爐內(nèi)的溫度分布和氣流狀態(tài) 不盡合理。本申請發(fā)明人申請的申請?zhí)枮?2121086.1的中國發(fā)明專利申請"非熔碴-熔碴氣 化爐"公開的結(jié)構(gòu)涉及到了兩次氧氣供給，但是，必須采取兩個爐體，結(jié)構(gòu)復雜，投資較 高，管路連接存在一些工程方面的困難，在推廣應(yīng)用中還應(yīng)予以改進。
本申請發(fā)明人的專利號為200610114039.1、名稱為"用于煤、焦氣化的分級式氣化爐" 的中國發(fā)明專利公開了一種在一個爐體內(nèi)特定區(qū)域設(shè)置二次給氧噴嘴的技術(shù)方案，即在爐 體回流區(qū)下緣設(shè)置二次氧氣噴嘴，從而可以在一個爐體內(nèi)采用分級加入氧氣的方法，調(diào)節(jié) 爐內(nèi)氧氣的分布，建立爐內(nèi)不同溫度區(qū)，優(yōu)化反應(yīng)條件，第二級加入的氧氣在回流區(qū)下緣， 可擾動爐內(nèi)"回流區(qū)"的氣體，強化此區(qū)域內(nèi)原燃料和氧氣的傳質(zhì)與傳熱，使這個低效率 的回流區(qū)域變成了高效率的反應(yīng)區(qū)域，大大減少了回流區(qū)的空間，強化了爐內(nèi)化學反應(yīng)的 傳質(zhì)和傳熱過程，在不改變爐體結(jié)構(gòu)的條件下提高了氣化爐的容積利用率。采用分級加入 氧氣還在一個氣化爐內(nèi)形成了上下串聯(lián)連接的兩部分，即上下順流連結(jié)的爐內(nèi)低溫非熔碴 區(qū)與高溫熔碴區(qū)。上下串聯(lián)的優(yōu)勢在于原燃料和氧氣在氣化爐內(nèi)流動順暢，不會造成兩個 孤立爐體存在的固、氣兩相的分離和偏流。上下兩部分可采用等直徑直接連接，也可采用 不等直徑直接連接或縮徑連接。
上述專利利用二次加氧雖然提高了氣化爐的容積利用率，卻沒有考慮到二次加氧量對
氣化氣中C02含量的影響，對于氣化工藝來說，氣化氣中的C02的含量是重要的指標，直
接影響有效氣體(CO+H2)的含量。因為雖然二次加氧促進了氣化反應(yīng)，但由于在氣化爐 內(nèi)，存在著CO和C02的平衡反應(yīng)，因此，二次加氧量如果不合適，不但無助于有效氣體 含量的提高，反而會使得二次燃燒、氣化反應(yīng)不充分，或者會提高C02的含量，降低有效 氣體的含量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決煤氣化工藝中二次加氧對氣化氣中有效氣體含量和C02含量的不確定以及
導致二次燃燒、氣化反應(yīng)不充分的問題，提供一種氣化工藝，能夠提高現(xiàn)有技術(shù)的氣化效 率。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下
一種改進的氧氣分級氣化工藝，其特征在于，包括如下步驟
1) 將原燃料、預混氣體、 一次氧氣一起從氣化爐頂部給料燒嘴送入氣化爐，進行一次 燃燒、氣化反應(yīng)；
2) 同時從位于所述氣化爐的氣化室中上部的二次氧氣噴嘴補充二次氧氣，發(fā)生二次燃 燒、氣化反應(yīng)，所述二次氧氣與一次氧氣的流量比例為5: 95至30: 70;
3) 灰碴沿氣化爐內(nèi)壁向下流動，在爐底部與水接觸形成固態(tài)熔碴，并將該固態(tài)熔渣排 出，氣化室產(chǎn)生的粗煤氣從位于氣化爐側(cè)壁下部的粗煤氣出口排出。
所述預混氣體從給料燒嘴的中心噴嘴噴出，所述預混氣體為氧含量為0~100%的氣體， 所述預混氣體的非氧氣組分包括N2和/或C02和/或H20氣。
在垂直于氣化爐的爐體軸線的同一平面設(shè)置一個或多個二次氧氣噴嘴，所述二次氧氣 噴嘴所在平面距給料燒嘴下緣的垂直距離為氣化室直筒段長度的15%~35%。
在垂直于氣化爐的爐體軸線的不同平面分別設(shè)置一個或多個二次氧氣噴嘴，所述不同 平面按照二次氧氣噴嘴所在平面距給料燒嘴下緣的垂直距離從近至遠分為第一層平面和第 二層平面，所述第一層平面距給料燒嘴下緣的垂直距離為氣化室直筒段長度的15%~35%， 所述第二層平面距第一層平面的垂直距離為氣化室直筒段長度的4%~12%。
所述的二次氧氣噴嘴將二次氧氣以70米/秒至200米/秒速度送入氣化爐內(nèi)。
所述二次氧氣與一次氧氣的流量比例優(yōu)選為10: 90至25: 75。
本發(fā)明的技術(shù)效果
本發(fā)明改進的氧氣分級氣化工藝，對二次氧氣與一次氧氣的流量比例進行了限制，當二 次氧氣與一次氧氣的流量比例小于5: 95時，會使得二次燃燒、氣化反應(yīng)不充分，實際上沒
有發(fā)揮二次氧氣的作用，導致氣化爐軸向溫度曲線變化不大頂部最高溫度點仍在頂部，且 平均溫度也沒有太大變化；當二次氧氣與一次氧氣的流量比例大于30: 70時，會提高C02
的含量，降低有效氣體的含量，氣化效率將明顯下降。因此，只有將二次氧氣與一次氧氣的 流量比例控制到上述范圍，即加入合適量的二次氧氣，才能真正實現(xiàn)提高氣化爐氣化效率的
作用，使得氣化爐軸向溫度曲線趨于合理頂部最高溫度點下移，且平均溫度得到提高。
預混氣體從給料燒嘴的中心噴嘴噴出，以氧含量為0~100%的氣體作為預混氣體，能夠降低頂部氧化強度，從而降低氣化爐頂部給料燒嘴區(qū)域的溫度，延長該給料燒嘴的使用壽命， 由于預混氣體的氧含量范圍可以在較大范圍內(nèi)調(diào)整，使得工廠運行更靈活。
在垂直于氣化爐的爐體軸線的同一平面或不同平面可設(shè)置一個或多個二次氧氣噴嘴， 由于噴入的氣體只有氣體，沒有固體，故質(zhì)量較小，二次氧氣噴嘴即使不對稱布置，也不 會燒蝕對面爐壁。設(shè)置不同高度的二次氧氣噴嘴可擴大氧化區(qū)域，有利于氣化爐能力的提 高。
二次氧氣噴嘴將二次氧氣以70米/秒至200米/秒速度送入氣化爐內(nèi)，形成的反擴散火 焰處于爐膛中部，不會燒蝕二次氧氣噴嘴和二次氧氣噴嘴周邊的爐壁。


圖1為本發(fā)明一種優(yōu)選的改進的氧氣分級氣化工藝中二次氧氣與一次氧氣在不同流量
比例下的氣化爐軸向溫度變化示意圖2為二次氧氣與一次氧氣的流量比例與氣化爐出口 C02含量的關(guān)系示意圖3a、 3b和3c分別為本發(fā)明改進的氧氣分級氣化工藝中三種不同氣化爐及其設(shè)置不
同二次氧氣噴嘴的實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖中各標號列示如下
1、耐壓鋼殼體，2、耐火層，3、 二次氧氣噴嘴，4、給料燒嘴，41、內(nèi)管，42、中間 套管，43、外層套管，5、粗煤氣出口， 6、排渣口， 7、補水口， 8、排水口。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的說明。 本發(fā)明一種優(yōu)選的改進的氧氣分級氣化工藝包括下述步驟
1) 將原燃料(煤、焦的干粉或漿料)、預混氣體、 一次氧氣一起從氣化爐頂部給料燒
嘴送入氣化爐，進行一次燃燒、氣化反應(yīng)，形成局部低溫區(qū)；其中，預混氣體從給料燒嘴
的中心噴嘴噴出，例如，給料燒嘴為三套管式給料噴嘴，分為內(nèi)管、中間套管和外層套管， 內(nèi)管通入預混氣體，中間套管通入煤、焦的干粉或漿料，外層套管通入一次氧氣，以氧含
量為0~100%的氣體作為預混氣體，其中，氧含量為100%時，預混氣體為純氧氣，當氧含 量小于100%時，預混氣體中的非氧氣組分優(yōu)選包括N2、 C02、 H20氣等氣體，加入非氧氣 組分能夠降低氣化爐頂部給料燒嘴區(qū)域的溫度，延長該給料燒嘴的使用壽命。
2) 從位于所述氣化爐的氣化室中上部的二次氧氣噴嘴補充二次氧氣，發(fā)生二次燃燒、 氣化反應(yīng)，所述二次氧氣與一次氧氣的流量比例為5: 95至30: 70，從而形成局部高溫區(qū)。二次加氧量對氣化氣中有效氣體(CO+H2)含量有很大影響，只有加入上述范圍的二次氧
氣才能使得氣化爐軸向溫度曲線趨于合理頂部最高溫度點下移，且平均溫度得到提高，
才能提高氣化爐的氣化效率，二次氧氣與一次氧氣的流量比例過高或過低都不能提高氣化 爐的氣化效率，甚至降低氣化效率。圖1給出了本發(fā)明工藝中二次氧氣與一次氧氣在不同
流量比例下的氣化爐軸向溫度變化示意圖，圖中x軸表示氣化爐從頂部到底部(或者說是
從氣化室頂?shù)綒饣业?的軸向高度，Y軸表示溫度，圖中標示A、 B、 C、 D和E分別表 示二次氧氣與一次氧氣的流量比例為0: 100、 5: 95、 10: 90、 20: 80和30: 70,所指的 流量可以是體積流量或者是重量流量，但針對某一工況，兩次氧氣流量的比例是一致的。 圖中能夠得出該二次氧氣與一次氧氣的流量比例為5: 95至30:: 70時，爐溫軸向溫度曲 線的優(yōu)化才明顯，尤其在10: 90至25: 75時，氣化效率比其他比例范圍要高，當二次氧 氣與一次氧氣的流量比例小于5: 95時，會使得二次燃燒、氣化反應(yīng)不充分，實際上沒有 發(fā)揮二次氧氣的作用，導致氣化爐軸向溫度曲線變化不大頂部最高溫度點仍在頂部，且 平均溫度也沒有太大變化；當二次氧氣與一次氧氣的流量比例大于30: 70時，會提高C02 的含量，降低有效氣體的含量，氣化效率將明顯下降。圖2所示的二次氧氣與一次氧氣的 流量比例與氣化爐出口 C02含量的關(guān)系示意圖，圖中z軸表示二次氧氣與一次氧氣的流量 比例，V軸表示C02的含量，二次氧氣與一次氧氣的流量比例對于氣化氣中的C02含量關(guān) 系密切，二次氧氣與一次氧氣的流量比例為5: 95至30: 70時，C02含量位于曲線低端， 大于30: 70之后，C02含量明顯上升，相應(yīng)CO含量就會顯著下降，氣化效率將明顯下降。 需要補充的是，由于預混氣體中的氧含量可以為0~100%，當預混氣體中的氧含量大于0% 時，即預混氣體中也會含有氧氣，則給料燒嘴中送入的氧氣包括一次氧氣和預混氣體中的 氧氣，此時上面談到的二次氧氣與一次氧氣的流量比例實際為二次氧氣與給料燒嘴中送入 的全部氧氣的流量比例。
二次氧氣噴嘴可將二次氧氣以70米/秒至200米/秒速度送入氣化爐內(nèi)，形成的反擴散火 焰處于爐膛中部，不會燒蝕二次氧氣噴嘴和二次氧氣噴嘴周邊的爐壁。
3)熔融態(tài)的灰碴沿氣化爐耐火層或水冷壁構(gòu)成的內(nèi)壁向下流動，在爐底部與水接觸固 化形成玻璃體的固態(tài)熔碴，并將該固態(tài)熔渣排出，氣化室產(chǎn)生的粗煤氣從位于氣化爐側(cè)壁 下部的粗煤氣出口排出。
圖3a、 3b和3c分別為本發(fā)明改進的氧氣分級氣化工藝中三種不同氣化爐及其設(shè)置不同 二次氧氣噴嘴的實施例的結(jié)構(gòu)示意圖，氣化過程在氣化爐內(nèi)完成，化學反應(yīng)所需要的氧氣一 部分從位于氣化爐頂部的給料燒嘴外層套管43加入，另一部分從位于氣化爐側(cè)壁并在氣化室 中上部的二次氧氣噴嘴3加入。其中，氣化爐由耐壓鋼殼體1和其內(nèi)的耐火層2構(gòu)成，形成爐體，給料燒嘴4為三套管式給料噴嘴，其內(nèi)管41通入預混氣體，中間套管42通入煤、焦 的干粉或漿料，外層套管43通入一次氧氣，二次氧氣噴嘴3噴入二次氧氣，最終生成的含有 CO和H2的粗煤氣經(jīng)耐壓鋼殼體1的側(cè)壁下部設(shè)置的粗煤氣出口 5送出氣化爐，排渣口 6裝 在耐壓鋼殼體1的底部，耐壓鋼殼體1的下部裝有排水口 8和補水口 7。
圖3a、 3b和3c分別表示等直徑爐體、不等直徑爐體和不等直徑縮徑連接爐體的氣化爐， 并且二次氧氣噴嘴3的位置和個數(shù)可以設(shè)置得不相同。通常將二次氧氣噴嘴3設(shè)置在耐壓鋼 殼體1的側(cè)壁上部(即氣化室中上部)，可以在垂直于氣化爐的爐體軸線的同一平面或不同平 面設(shè)置一個或多個二次氧氣噴嘴，且同一平面的兩個或多個二次氧氣噴嘴噴入的氣體流量、 速度都可以不同。圖3c在垂直于氣化爐的爐體軸線的同一平面對稱設(shè)置了兩個二次氧氣噴 嘴，當然同理，二次氧氣噴嘴也可以不對稱設(shè)置，或者設(shè)置多個；圖3a和圖3b均在垂直于 氣化爐的爐體軸線的兩個平面分別設(shè)置了一個或多個二次氧氣噴嘴，二次氧氣噴嘴的優(yōu)選位 置為按照二次氧氣噴嘴所在平面距給料燒嘴下緣的垂直距離從近至遠分為第一層平面和第 二層平面，第一層平面距給料燒嘴下緣的垂直距離Hl為氣化室直筒段長度S的15%~35%， 第二層平面距第一層平面的垂直距離H2為氣化室直筒段長度S的4%~12%。需要補充說明 的是，在圖3b所示的不等直徑爐體中，上述"給料燒嘴下緣"指的是爐體直徑增大處，此時 氣化室直筒段長度S為該爐體直徑增大處下部的氣化室的長度；在圖3c所示的不等直徑縮徑 連接爐體中，上述"給料燒嘴下緣"指的是縮經(jīng)后爐體直徑增大處，此時氣化室直筒段長度 S為縮經(jīng)后爐體直徑增大處下部的氣化室的長度。在不同層面上設(shè)置不同高度的二次氧氣噴 嘴可擴大氧化區(qū)域，有利于氣化爐能力的提高。
權(quán)利要求
1、一種改進的氧氣分級氣化工藝，其特征在于，包括如下步驟1)將原燃料、預混氣體、一次氧氣一起從氣化爐頂部給料燒嘴送入氣化爐，進行一次燃燒、氣化反應(yīng)；2)同時從位于所述氣化爐的氣化室中上部的二次氧氣噴嘴補充二次氧氣，發(fā)生二次燃燒、氣化反應(yīng)，所述二次氧氣與一次氧氣的流量比例為5∶95至30∶70；3)灰碴沿氣化爐內(nèi)壁向下流動，在爐底部與水接觸形成固態(tài)熔碴，并將該固態(tài)熔渣排出，氣化室產(chǎn)生的粗煤氣從位于氣化爐側(cè)壁下部的粗煤氣出口排出。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的改進的氧氣分級氣化工藝，其特征在于，所述預混氣體從給料燒嘴的中心噴嘴噴出，所述預混氣體為氧含量為0~100%的氣體，所述預混氣體的非氧氣 組分包括N2和/或C02和/或H20氣。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的改進的氧氣分級氣化工藝，其特征在于，在垂直于氣化 爐的爐體軸線的同一平面設(shè)置一個或多個二次氧氣噴嘴，所述二次氧氣噴嘴所在平面距給 料燒嘴下緣的垂直距離為氣化室直筒段長度的15%~35%。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的改進的氧氣分級氣化工藝，其特征在于，在垂直于氣化 爐的爐體軸線的不同平面分別設(shè)置一個或多個二次氧氣噴嘴，所述不同平面按照二次氧氣 噴嘴所在平面距給料燒嘴下緣的垂直距離從近至遠分為第一層平面和第二層平面，所述第 一層平面距給料燒嘴下緣的垂直距離為氣化室直筒段長度的15%~35%，所述第二層平面距 第一層平面的垂直距離為氣化室直筒段長度的4%~12%。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的改進的氧氣分級氣化工藝，其特征在于，所述的二次氧氣噴 嘴將二次氧氣以70米/秒至200米/秒速度送入氣化爐內(nèi)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的改進的氧氣分級氣化工藝，其特征在于，所述二次氧氣與一 次氧氣的流量比例優(yōu)選為10:90至25:75。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種以煤、焦為原料氣化，生產(chǎn)含有一氧化碳和氧氣的粗煤氣的氣化工藝，該工藝包括如下步驟1)將原燃料、預混氣體、一次氧氣一起從氣化爐頂部給料燒嘴送入氣化爐，進行一次燃燒、氣化反應(yīng)；2)同時從位于氣化爐的氣化室中上部的二次氧氣噴嘴補充二次氧氣，發(fā)生二次燃燒、氣化反應(yīng)，所述二次氧氣與一次氧氣的流量比例為5∶95至30∶70；3)灰碴沿氣化爐內(nèi)壁向下流動，在爐底部與水接觸形成固態(tài)熔碴，并將該固態(tài)熔渣排出，氣化室產(chǎn)生的粗煤氣從位于氣化爐側(cè)壁下部的粗煤氣出口排出。該工藝使爐溫軸向溫度曲線的優(yōu)化更明顯，氣化效率也更高。
文檔編號C10J3/16GK101613623SQ20091008882
公開日2009年12月30日 申請日期2009年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月20日
發(fā)明者岳光溪, 顧大地 申請人:顧大地;岳光溪;華邦嵩