两段式干煤粉气流床气化炉

摘要

两段式干煤粉气流床气化炉，其外壁为直立圆筒，内部结构由上段主气化室和下段激冷室构成；其特征是在主气化室内不同的水平位置上分别设置上层喷嘴和下层喷嘴；在激冷室的上部，设置激冷水雾化喷嘴；各层喷嘴分别以其所在水平断面的圆心为中心，沿环向切圆均匀分布为至少两只，各层喷嘴的旋转方向相同；在激冷室内，出渣口设置在激冷室的底部，合成气出口设置在激冷室侧壁上。本发明使气化反应空间化，炉内平均温度高且温度场均匀，炉内排渣温度可高于灰熔点50℃以上，灰渣呈液态顺利排出，实现高灰熔点煤的安全、高效气化。

权利要求

1.两段式干煤粉气流床气化炉，其外壁(11)为直立圆筒，内部结构由上段主气化室(12)和下段激冷室(13)构成；其特征是在所述主气化室(12)内不同的水平位置上分别设置上层喷嘴(8)和下层喷嘴(7)；在所述激冷室(13)的上部，设置激冷水雾化喷嘴(6)；所述各层喷嘴分别以其所在水平断面的圆心为中心，沿环向切圆均匀分布为至少两只，各层喷嘴的旋转方向相同；在所述激冷室(13)内，出渣口(1)设置在激冷室(13)的底部，合成气出口(14)设置在激冷室侧壁上；所述主气化室(12)内设置的上层喷嘴(8)为煤粉、氧气和水蒸气混合进口，下层喷嘴(7)为煤粉和氧气混合进口。

2.根据权利要求1所述的两段式干煤粉气流床气化炉，其特征是所述主气化室(12)的内侧壁设置为盘管式水冷壁(9)，在所述盘管式水冷壁(9)与外壁(11)之间设置耐火保温层(10)。

3.根据权利要求1所述的两段式干煤粉气流床气化炉，其特征是在所述激冷室(13)的内部四周布置列管式水冷壁(4)。

4.根据权利要求1所述的两段式干煤粉气流床气化炉，其特征是所述上层喷嘴(8)喷出物料形成的假想切圆半径大于下层喷嘴(7)的假想切圆半径。

5.根据权利要求1所述的两段式干煤粉气流床气化炉，其特征是所述激冷水雾化喷嘴(6)喷出的雾化水形成的假想切圆半径小于主气化室(12)底部出口半径。

说明书

两段式干煤粉气流床气化炉

技术领域

[0001] 本发明涉及气化装置，更具体地说是两段式干煤粉气流床气化炉。

背景技术

[0002] 洁净煤技术已成为我国煤化工、工业燃气及电力工业技术升级的重大关键性技术，而煤炭气化技术是洁净煤技术的重要方向之一，是以煤基为能源的化工系统中最重要的核心技术。到目前为主，世界上已经工业化的煤气化工艺有几十种，可归纳为三类：以Lurgi为代表的固定床气化工艺；以HTW(高温温克勒)、灰熔聚为代表的流化床气化工艺，以及以Texaco、Shell、GSP为代表的气流床气化工艺。

[0003] 当前大型工厂的煤制合成气(或H2)气化技术普遍认同的是气流床气化工艺，具有处理化合物种类多、气化效率高、原料消耗低、设备生产强度大等优点。其中，干煤粉加压气流床气化技术，如Prenflo、Shell和GSP等技术，具有煤种的适应性广、比氧耗和比煤耗低、有效气成分高、冷煤气效率、碳的转化率高、单炉容量大等优点，是煤气化工艺技术的发展方向，有很强的市场竞争力。

[0004] 我国煤炭的特点是，灰熔点高，流动温度大于1400℃的煤占总储量的50％左右；另外，煤灰含量平均较高，达23％，动力煤的平均灰含量达到25％，商业动力煤的平均灰含量甚至达到27～28％。这种高灰分高灰熔点的“双高”煤在气化领域被称之为最难气化的煤种。

[0005] 改善煤灰熔融特性的常用方法有使用添加剂和配煤。使用添加剂改变煤灰熔融特性在一定程度上会导致灰分含量增加，因此也增加能耗。《大氮肥》(1999，22(3)：154～156.)报道，在同样反应条件下，灰分增加1％，氧耗增加0.7％～0.8％，煤耗增加1.3％～
1.5％。通过配煤也可以改善煤灰熔融特性。《煤炭转化》(2006，29(1)：11～18.)将高灰熔点煤A(FT＝1397℃)分别与低灰熔点煤G(FT＝1332℃)和B(FT＝1171℃)按不同配比配制成配煤样，测定其在弱还原性气氛下的熔融特征温度。在均为1:1的配比下，A与G的配煤灰熔点降低到了1370℃，A与B的配煤灰熔点降低到了1280℃，相对A煤分别降低了27℃、117℃。可见，配煤技术需要调运大量的外地低灰熔点煤，这违背了我国就地发展煤化工的政策，而且也没有如此大量的低灰熔点煤可调。

[0006] 针对高灰分高熔点煤，如典型的“双高”煤——淮南煤，虽然相关技术部门已经进行过一系统的研究，结果还是要添加一定量的助熔剂或采用配煤技术。《大氮肥》(2005，28(5)：317)报道，在干煤粉加压气流床GSP中试装置上，仍然需要添加助熔剂才可气化处理淮南煤。

[0007] 中国专利申请号200810019552.1提出的《高灰熔点煤种气化方法及其装置》将煤粉喷入到高速旋转的高温低氧的氧化性气流中，使煤粉和氧化剂的接触与反应发生在整个旋转气流中，炉内温度均匀，气化热负荷显著提高，气化反应在空间进行而不是在某一个峰面上，避免产生火舌或火炬，避免了传统的反应局部温度过高；同时，炉内物料的高速旋转，增加了煤粉和气化剂在炉内的接触与反应时间，使得气化反应更完全，从而有助于进一步提高气化效率；再者，采用合成气和液渣向下并流方式，使出渣口的温度保持在灰渣流动温度以上，并利用高温合成气对高粘度熔渣的良好携带作用，顺利实现了高灰熔点煤粉的液态排渣。但由于采用的单一煤粉径向喷嘴入料方式容易使煤粉直接撞击炉内胆，而单一气化剂沿圆周切向喷嘴旋转入料方式易使气化反应区域偏离气化炉中心；另外，下段的喷嘴喷入的水蒸气迅速降低合成气的温度，而要维持高灰熔点煤气化的液态排渣，必须要升高炉体上段的平均温度水平，这将对炉内胆材料提出更苛刻的要求。

[0008] 中国专利申请号CN01131780.9提出了《两段式干煤粉气化炉》，是将气化炉分设为上炉膛和下炉膛，煤气出口设在上炉膛的上端，出渣口设在下炉膛的下端。这种煤气上行的方式可以利用上炉膛喷入的物料降低出口煤气的温度，促使煤气中的熔渣凝固分离，避免后续的煤气冷却器的堵塞，也减少了冷却器的换热面积和数量，但是，如果将其应用于高灰熔点煤气化，由于煤气上行和排渣下行的方式没有充分利用煤气对液态排渣的良好携带作用，容易造成出渣口排渣不畅；而且，在其上炉膛只对称设置了两只相对的喷嘴，物料在上炉膛反应的空间均匀性和温度场的均匀性无法保证。

[0009] 中国专利申请号CN01134311.7提出的《一种新型干煤粉气流床加压气化炉》也将气化炉分为上段第一气化室和下段第二气化室，但其进料方式采用的是在气化炉顶部安装单一的原料煤和气化剂喷嘴，在气化过程中会产生明显向下喷射的火舌，会造成局部温度场高，炉内温度梯度大。

发明内容

[0010] 本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种两段式干煤粉气流床气化炉，以期获得气化反应空间化、炉内平均温度高且温度场均匀、炉内排渣温度可高于灰熔点50℃以上，以使灰渣呈液态顺利排出的技术效果，实现高灰熔点煤的安全、高效气化。

[0011] 本发明解决技术问题采用如下技术方案：

[0012] 本发明两段式干煤粉气流床气化炉，其外壁为直立圆筒，内部结构由上段主气化室和下段激冷室构成；

[0013] 本发明的结构特点是在主气化室内不同的水平位置上分别设置上层喷嘴和下层喷嘴；在激冷室的上部，设置激冷水雾化喷嘴；各层喷嘴分别以其所在水平断面的圆心为中心，沿环向切圆均匀分布为至少两只，各层喷嘴的旋转方向相同；在激冷室内，出渣口设置在激冷室的底部，合成气出口设置在激冷室侧壁上。

[0014] 本发明结构特点也在于：

[0015] 所述主气化室内设置的上层喷嘴为煤粉、氧气和水蒸气混合进口，下层喷嘴为煤粉和氧气混合进口。

[0016] 所述主气化室的内侧壁设置为盘管式水冷壁，在所述盘管式水冷壁与外壁之间设置耐火保温层。

[0017] 在所述激冷室的内部四周布置列管式水冷壁。

[0018] 所述上层喷嘴喷出物料形成的假想切圆半径大于下层喷嘴的假想切圆半径。

[0019] 所述激冷水雾化喷嘴喷出的雾化水形成的假想切圆半径小于主气化室底部出口半径。

[0020] 与已有技术方案相比，本发明的显著效果体现在：

[0021] 1、本发明采用上、下两层送料，使煤粉在高速气化剂旋转射流的带动下均匀分布在整个气化炉空间内，使气化反应也随之发生在气化炉空间内，而不是在某一个峰面上，使气化炉内温度更均匀，实现干煤粉的空间气化，避免了常规气化方式的超高温火舌或火炬的出现，避免了传统的气化反应局部温度过高，从而显著地降低了炉内最高温度和温度梯度；同时，平均温度水平明显升高，而最高温度却有一定程度的降低，这无论是对于提供气化效率还是保护气化炉的耐火层都是有帮助的。

[0022] 2、本发明将合成气出口设置在激冷室侧壁上，采用合成气和液渣向下并流的方式，利用高温合成气对高粘度熔渣的良好携带作用，顺利实现了高灰熔点煤粉的液态排渣。

[0023] 3、本发明中上层喷嘴采用较大的假想圆半径，由刚进入气化炉的冷物料向四周旋转以冲淡炉内向上涌的高温热烟气，极大地有利于保护气化炉炉胆内壁。

[0024] 4、本发明可以通过分别调节上层喷嘴和下层喷嘴的干煤粉和气化剂的供给比，使上层O2与煤的含量比值更小，防止煤气化炉过氧，效率高，并通过喷入水蒸气形成的还原吸热反应使上层区域的温度在灰熔点以下，而下层喷嘴O2与煤的含量比值相对较大，温度更高，形成灰渣熔融的高温氧化区。通过调节氧化剂O2的供给量，使主气化室下层喷嘴至出渣口区域的平均温度略高于灰熔点50℃以上，实现对高灰熔点煤种的气化和顺利排渣。

[0025] 5、本发明采用多只环向切圆式的煤粉和气化剂喷嘴，避免了使用单一煤粉径向喷嘴的入料方式所造成的煤粉直接撞击气化炉内胆；本发明的入料方式使得煤粉和气化剂在炉内高速旋转，充分保证了粒子的停留时间，增加了煤粉和气化剂在炉内的反应时间，强化了未反应碳渣的反应，使得气化反应更彻底，从而有助于进一步提高气化效率。

[0026] 6、本发明结构简单、加工容易、操作方便、投资低。

[0027] 7、本发明气化炉的碳转化率、冷煤气效率和合成气有效气成分(CO+H2)含量高，所得产品可用于化工合成、煤气化发电、制氢、合成液体燃料，或作为燃料气等。

附图说明

[0028] 图1为本发明内部结构示意图。

[0029] 图2为图1的A-A剖视图。

[0030] 图3为图1的B-B剖视图。

[0031] 图4为图1的C-C剖视图。

[0032] 图中标号：1出渣口，2渣池，3下联箱，4列管式水冷壁，5上联箱，6激冷水雾化喷嘴，7下层喷嘴，8上层喷嘴，9盘管式水冷壁，10耐火保温层，11外壁，12主气化室，13激冷室，14合成气出口。

[0033] 下面结合附图进一步说明本发明两段式干煤粉气流床气化炉的具体实施方式。

具体实施方式

[0034] 参见图1，设置外壁11为直立圆筒，内部结构由上段主气化室12和下段激冷室13构成；

[0035] 图1所示，在主气化室12内不同的水平位置上分别设置上层喷嘴8和下层喷嘴7；在激冷室13的上部，设置激冷水雾化喷嘴6；

[0036] 参见图2、图3和图4，各层喷嘴分别是以其所在水平断面的圆心为中心，沿环向切圆均匀分布为至少两只，各层喷嘴的旋转方向相同；

[0037] 如图1所示，本实施例中，在激冷室13内，出渣口1为激冷室13的底口，在激冷室13的底部为渣池2，合成气出口14设置在激冷室13的侧壁上。

[0038] 具体实施中，将主气化室12内的上层喷嘴8设置为煤粉、氧气和水蒸气混合进口，下层喷嘴7为煤粉和氧气混合进口。

[0039] 为了保护炉壁，如图1所示，主气化室12的内侧壁设置为盘管式水冷壁9，在盘管式水冷壁9与外壁11之间设置耐火保温层10。

[0040] 在激冷室13的内部四周布置列管式水冷壁4，并有与列管式水冷壁4连通的下联箱3和上联箱5。

[0041] 各层喷嘴的设置也包括：

[0042] 设置上层喷嘴8喷出物料形成的假想切圆半径大于下层喷嘴7的假想切圆半径，激冷水雾化喷嘴6喷出的雾化水形成的假想切圆半径小于主气化室12底部出口半径。

[0043] 运行时，煤粉、氧气和水蒸气从主气化室12上的上层喷嘴8和喷入炉内，煤粉和氧气从下层喷嘴7喷入，通过调节上层喷嘴和下层喷嘴的干煤粉和气化剂的供给比，使上段O2与煤的含量比值小，而下层喷嘴O2与煤的含量比值大，使主气化室12内上层喷嘴8附近区域的温度在灰熔点以下，下层喷嘴7至出渣口1区域的平均温度略高于灰熔点50℃以上，形成灰熔融的高温区，实现高灰熔点的煤种的气化，并通过合成气向下的携带作用，实现液态排渣。

[0044] 在主气化室12内生成的粗合成气和液渣一并进入激冷室13，在呈环向切圆式分布的激冷水的喷射下，迅速降温并再次发生气化还原反应，使得粗合成气的有效成分进一步得到提高。合成气由侧壁上合成气出口14引出，液渣经激冷后落入底部的渣池2后由出渣口1排出。