一种气体分布器以及气化炉

摘要

本发明涉及化工设备技术领域，尤其涉及一种气体分布器以及气化炉。能够根据需要将部分通过水平开孔的气流沿竖直方向进行均匀分布，从而能够优化流场分布，避免流场分布不均形成流动死区，并能够实现通畅排渣，降低气化炉的运维成本。本发明实施例提供一种气体分布器，包括：底部设有排渣口的锥形分布板；该锥形分布板上开设有若干个贯穿内外环面的水平开孔；该锥形分布板对应第一流化区的水平开孔位于该锥形分布板的内侧分别连接有布气结构，该布气结构用于对通入该锥形分布板对应第一流化区的水平开孔中的气流进行重新布气，以使得通过该锥形分布板对应第一流化区的水平开孔的气流沿竖直方向均匀分散。本发明实施例用于气化炉布气。

权利要求

1.一种气体分布器，其特征在于，包括：

底部设有排渣口的锥形分布板；所述锥形分布板上开设有若干个贯穿内外环面的水平开孔；

所述锥形分布板对应第一流化区的一部分水平开孔位于所述锥形分布板的内侧分别连接有布气结构，所述布气结构用于对通入所述锥形分布板对应第一流化区的水平开孔中的气流进行重新布气，以使得通过所述锥形分布板对应第一流化区的水平开孔的气流沿竖直方向均匀分散；

所述第一流化区为所述锥形分布板的至少任意一个高度区间所对应的流化区。

2.根据权利要求1所述的气体分布器，其特征在于，每一个所述布气结构包括沿水平方向延伸设置的布气管，所述布气管的第一端与所述水平开孔位于所述锥形分布板的内环面一侧连接，第二端封闭且靠近所述锥形分布板的中心轴线设置，所述布气管靠近第二端处沿轴向一周开设有布气孔。

3.根据权利要求2所述的气体分布器，其特征在于，在所述布气管的第二端连接封堵件对所述布气管的第二端进行封闭。

4.根据权利要求3所述的气体分布器，其特征在于，所述封堵件包括与所述布气管的第二端的周向一周连接的筒状连接部，以及向靠近所述锥形分布板的中心轴线的方向凹陷的凹陷部。

5.根据权利要求4所述的气体分布器，其特征在于，所述布气管的内径大于等于所述水平开孔的孔径，且所述布气管的第一端与所述水平开孔位于所述锥形分布板的内环面一侧的开孔一周连接，所述布气管的内壁在水平方向上的投影与所述水平开孔的内壁在水平方向的投影重叠，或者，所述布气管的内壁在水平方向上的投影位于所述水平开孔的内壁在水平方向上的投影的外侧，且所述筒状连接部套设于所述布气管的第二端的外侧，与所述布气管的第二端的外表面连接。

6.根据权利要求4所述的气体分布器，其特征在于，所述水平开孔的孔径为所述筒状连接部的内径的0.5-0.8。

7.根据权利要求4所述的气体分布器，其特征在于，所述封堵件的凹陷部的外表面为弧形。

8.根据权利要求1所述的气体分布器，其特征在于，所述第一流化区为所述锥形分布板的至少任意两个不连续的高度区间所对应的流化区。

9.根据权利要求1所述的气体分布器，其特征在于，所述第一流化区为所述锥形分布板的第一高度区间所对应的流化区，所述第一高度区间为从所述排渣口到所述锥形分布板的1/2-1/3高度处所对应的区间。

10.根据权利要求1所述的气体分布器，其特征在于，所述第一流化区为所述锥形分布板的第二高度区段所对应的流化区，所述第二高度区段为从所述锥形分布板的上端面到所述锥形分布板的2/3-3/4高度处所对应的区间。

11.根据权利要求1所述的气体分布器，其特征在于，所述气体分布器还包括与所述排渣口连通的排渣管。

12.一种气化炉，其特征在于，包括：炉体，以及设置在所述炉体内的如权利要求1-11任一项所述的气体分布器。

说明书

一种气体分布器以及气化炉

技术领域

[0001] 本发明涉及化工设备技术领域，尤其涉及一种气体分布器以及气化炉。

背景技术

[0002] 流化床煤气化技术作为最早工业化的气化工艺之一，其工艺为原料煤在自下而上的气化剂的作用下保持着连续不断的沸腾和悬浮状态运动，迅速进行混合与热交换的气化技术。气化剂分布装置(一般称“分布板”或“分布器”)作为流化床设备中的主要构件，起着均匀布气和支撑固相颗粒的重要作用，其形状结构极大地影响着设备的传热与传质等生产操作性能。具体来说，流化床气体分布器主要起到均匀分布气化剂，使得气化剂和气化物料良好地接触，使得所有的气化物料都能够处于悬浮运动状态，避免形成流动死区的作用。而通常情况下，为了促进物料流化，气化炉中心射流管也是气化炉中的重要布气结构，其主要作用是为气化炉提供氧气，从而维持气化炉高温。

[0003] 目前成熟的流化床反应器应用案例中，针对分布板和射流管的设计均采用各自分离，独立设计加工的模式。而大部分气化炉采用的分布板多为锥形分布板(角度多为45度)，分布板布满小孔，开孔方向多为垂直开孔、竖直开孔或水平开孔。在气化过程中，锥面上小孔的开孔方向决定是否存在漏料的情况，当小孔开孔方向竖直向上和垂直于板面的情况下，小孔漏料严重。而当开孔方向为水平方向时，可以很好的解决漏料问题。然而，开孔方向为水平方向时，气化剂经水平开孔向气化炉中心方向射入，会造成中心气泡聚并严重易形成大气泡；而中心流场以外的区域流场分布较弱，这样一来，一方面，中心射流管射入的高浓度氧气极易被卷吸进大气泡中，造成氧气分散不均匀。并且在高温条件下，中心射流管受到中心大气泡的冲击磨损严重，导致中心射流管使用寿命短、制造成本高、维护保养难等问题；同时，由于中心流场动量过大容易在中心排渣口处形成大气泡，造成物料无法正常下落而影响排渣，不能保证气化炉正常运行；另一方面，中心流场外围区域的气化剂与气化物料不能良好地接触，容易在气体分布器的分布板面及分布板和气化炉壁夹角处形成流动死区。

发明内容

[0004] 本发明的主要目的在于，提供一种气体分布器及气化炉，能够根据需要将部分通过水平开孔的气流沿竖直方向进行均匀分布，从而能够优化流场分布，避免流场分布不均形成流动死区，并能够实现通畅排渣，降低气化炉的运维成本。

[0005] 为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

[0006] 一方面，本发明实施例提供一种气体分布器，包括：底部设有排渣口的锥形分布板；所述锥形分布板上开设有若干个贯穿内外环面的水平开孔；所述锥形分布板对应第一流化区的水平开孔位于所述锥形分布板的内侧分别连接有布气结构，所述布气结构用于对通入所述锥形分布板对应第一流化区的水平开孔中的气流进行重新布气，以使得通过所述锥形分布板对应第一流化区的水平开孔的气流沿竖直方向均匀分散；所述第一流化区为所述锥形分布板的至少任意一个高度区间所对应的流化区。

[0007] 可选的，每一个所述布气结构包括沿水平方向延伸设置的布气管，所述布气管的第一端与所述水平开孔位于所述锥形分布板的内环面一侧连接，第二端封闭且靠近所述锥形分布板的中心轴线设置，所述布气管靠近第二端处沿轴向一周开设有布气孔。

[0008] 可选的，在所述布气管的第二端连接封堵件对所述布气管的第二端进行封闭。

[0009] 可选的，所述封堵件包括与所述布气管的第二端的周向一周连接的筒状连接部，以及向靠近所述锥形分布板的中心轴线的方向凹陷的凹陷部。

[0010] 可选的，所述布气管的内径大于等于所述水平开孔的孔径，且所述布气管的第一端与所述水平开孔位于所述锥形分布板的内环面一侧的开孔一周连接，所述布气管的内壁在水平方向上的投影与所述水平开孔的内壁在水平方向的投影重叠，或者，所述布气管的内壁在水平方向上的投影位于所述水平开孔的内壁在水平方向上的投影的外侧，且所述筒状连接部套设于所述布气管的第二端的外侧，与所述布气管的第二端的外表面连接。

[0011] 可选的，所述水平开孔的孔径为所述筒状连接部的内径的0.5-0.8。

[0012] 可选的，所述封堵件的凹陷部的外表面为弧形。

[0013] 可选的，所述第一流化区为所述锥形分布板的至少任意两个不连续的高度区间所对应的流化区。

[0014] 可选的，所述第一流化区为所述锥形分布板的第一高度区间所对应的流化区，所述第一高度区间为从所述排渣口到所述锥形分布板的1/2-1/3高度处所对应的区间。

[0015] 可选的，所述第一流化区为所述锥形分布板的第二高度区段所对应的流化区，所述第二高度区段为从所述锥形分布板的上端面到所述锥形分布板的2/3-3/4高度处所对应的区间。

[0016] 可选的，所述气体分布器还包括与所述排渣口连通的排渣管。

[0017] 另一方面，本发明实施例提供一种气化炉，包括：炉体，以及设置在所述炉体内的如上所述的气体分布器。

[0018] 本发明实施例提供一种气体分布器及气化炉，通过在第一流化区所对应的水平开孔上连接布气结构，能够将通过各个水平开孔的水平气流沿竖直方向均匀分布，并通过对第一流化区进行合理设置，能够在气化炉中形成水平气流和竖直气流交错的流场结构，一方面，竖直方向的气流和水平方向的气流互相扰动切割，能够避免流场分布不均形成流动死区，使得气固物料接触更加均匀，并能够有效避免在化炉中心部位产生大气泡，促进排渣的顺利进行；另一方面，还可以省去气化炉中中心射流管的设计，利用布气结构，能够对氧气进行均匀分散，有效避免了气化炉由于中心射流管氧量集中带来的气化炉结渣问题。

附图说明

[0019] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

[0020] 图1为本发明实施例提供的一种气体分布器的结构示意图；

[0021] 图2为本发明实施例提供的另一种气体分布器的结构示意图；

[0022] 图3为本发明实施例提供的再一种气体分布器的结构示意图；

[0023] 图4为本发明实施例提供的一种布气结构的结构示意图。

具体实施方式

[0024] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0025] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

[0026] 一方面，本发明实施例提供一种气体分布器，参见图1、图2和图3，包括：底部设有排渣口1的锥形分布板2；该锥形分布板2上开设有若干个贯穿内外环面的水平开孔3；该锥形分布板2对应第一流化区4的水平开孔3位于该锥形分布板2的内侧分别连接有布气结构5，该布气结构5用于对通入该锥形分布板2对应第一流化区4的水平开孔3中的气流进行重新布气，以使得通过该锥形分布板2对应第一流化区4的水平开孔3的气流沿竖直方向均匀分散；该第一流化区4为该锥形分布板2的至少任意一个高度区间所对应的流化区。

[0027] 其中，任意一个高度区间是指该锥形分布板2的任意一个垂直高度到另一个垂直高度之间的距离，如可以为该锥形分布板2的下端(即排渣口)到该锥形分布板2的1/2高度处之间的距离，也可以为该锥形分布板2的上端到该锥形分布板的1/2高度处之间的距离。

[0028] 该第一流化区4还可以为任意两个高度区间所对应的流化区，任意两个高度区间是指该锥形分布板2上不重叠的两个高度区间，如可以既包括从该锥形分布板2的下端到该锥形分布板2的1/3高度处之间的距离，又包括从该锥形分布板2的1/2高度处到该锥形分布板2的上端之间的距离。

[0029] 本发明实施例提供一种气体分布器，通过在第一流化区4所对应的水平开孔3上连接布气结构5，能够将通过各个水平开孔3的水平气流沿竖直方向均匀分布，并通过对第一流化区4进行合理设置，能够在气化炉中形成水平气流和竖直气流交错的流场结构，一方面，竖直方向的气流和水平方向的气流互相扰动切割，能够避免流场分布不均形成流动死区，使得气固物料接触更加均匀，并能够有效避免在化炉中心部位产生大气泡，促进排渣的顺利进行；另一方面，还可以省去气化炉中中心射流管的设计，利用布气结构5，能够对氧气进行均匀分散，有效避免了气化炉由于中心射流管氧量集中带来的气化炉结渣问题。

[0030] 示例性的，如图1所示，该第一流化区4可以为该锥形分布板2的至少任意两个不连续的高度区间所对应的流化区。这样一来，连接有布气结构5的水平开孔和未连接布气结构5的水平开孔沿该锥形分布板2的轴向交替排布，在床料比较均匀的情况下(即气化物料的粒径介于1mm到2mm之间)，能够形成横向气流和纵向气流交替的流场分布结构，有利于床料与气化剂充分接触，使床料流化较为均匀。

[0031] 再示例性的，如图2所示，该第一流化区4可以为该锥形分布板2的第一高度区间所对应的流化区，该第一高度区间为从该排渣口1到该锥形分布板2的1/2-1/3高度处所对应的区间。这样一来，该锥形分布板2靠近排渣口1处的床料主要受到纵向气流的扰动，而远离排渣口1的床料主要受到横向气流的扰动，在炉内床料的粒径小于1mm的细颗粒占比大于80％的情况下，由于床料的颗粒较细，受到中心气流卷吸和夹带作用明显，在靠近排渣口1处为横向气流时，不利于排渣的进行，而采用上述结构，靠近排渣口1处的气流在布气结构5的重新布气作用下，将横向气流沿竖直方向均匀分散，能够增强竖直方向的气流扰动，从而有利于排渣的进行，而远离排渣口1处采用横向气流，有利于细颗粒床料在中心气流卷吸作用下的流化，避免竖直流化而使得细颗粒床料在合成气的夹带下排出炉外，延长细颗粒床料在炉内的停留时间。

[0032] 再示例性的，如图3所示，该第一流化区为该锥形分布板2的第二高度区间所对应的流化区，该第二高度区间为从该锥形分布板2的上端到该锥形分布板2的2/3-3/4高度处所对应的区间。这样一来，该锥形分布板2靠近排渣口1处主要受到横向气流的扰动，而该锥形分布板2远离排渣口1处主要受到纵向气流的扰动，在炉内床料的粒径大于2mm的粗颗粒大于70％的情况下，由于床料的颗粒较粗，比重较大，受到中心气流卷吸的作用不明显，在炉内停留时间短，容易在转化不完全的情况下就经排渣口1排出炉外，而采用上述结构，远离排渣口1处采用纵向气流，能够促使床料在竖直方向上流化，延长床料在炉内的停留时间，靠近排渣口1处采用横向气流，能够增强水平气流对粗颗粒床料的阻断作用，从而能够有效控制排渣。

[0033] 其中，对所述布气结构5的具体结构不做限定，只要将通入该水平开孔3中的气流沿竖直方向均匀分布即可。

[0034] 本发明的一实施例中，参见图4，每一个该布气结构5包括沿水平方向延伸设置的布气管51，该布气管51的第一端与该水平开孔3位于该锥形分布板2的内环面一侧连接，第二端封闭且靠近该锥形分布板2的中心轴线设置，该布气管51靠近第二端处沿轴向一周开设有布气孔52。

[0035] 在本发明实施例中，通过水平设置布气管51，并将该布气管51的一端封闭，并在靠近封闭端的轴向一周开设布气孔52，能够使通入该水平开孔3的水平气流有足够的动量经该布气孔52分散至竖直平面内。

[0036] 为了确保通入该水平开孔3中的水平气流有足够的动量经该布气孔52分散至竖直平面内，对床料进行纵向流化，优选的，该布气孔51的气速为该水平开孔3的气速的0.6-1.5。

[0037] 其中，可以将该布气管51做成一端封闭另一端开口的结构，也可以在该布气管51的第二端安装封堵件对其进行封闭。

[0038] 本发明的一实施例中，在该布气管51的第二端连接封堵件53对该布气管51的第二端进行封闭。

[0039] 在实际应用中，该布气管51通常为不锈钢材质，通常将该布气管51与该水平开孔3通过焊接进行连接。

[0040] 这里，该封堵件53可以为柱状结构，通过将该柱状结构塞入该布气管51的第二端内，与该布气管51的第二端的周向内侧连接即可对该布气管51的第二端进行封闭。

[0041] 本发明的又一优选实施例中，该封堵件53包括与该布气管51的第二端的周向一周连接的筒状连接部，以及向靠近该锥形分布板2的中心轴线的方向凹陷的凹陷部。通过将该封堵件53通过筒状连接部与该布气管51的第二端连接，并在该布气管51的第二端处形成向靠近该锥形分布板2的中心轴线的方向凹陷的凹陷部，能够在对该布气管51的第二端进行封闭的情况下，使水平气流在凹陷部内形成涡流，有利于将水平气流均匀分散于竖直平面内，并增大通过布气孔52的气流动量。

[0042] 进一步地，为了减小进入水平开孔3中的气流阻力，优选的，该布气管51的内径大于等于该水平开孔3的孔径，且该布气管51的第一端与该水平开孔3位于该锥形分布板2的内环面一侧的开孔一周连接，该布气管51的内壁在水平方向上的投影与该水平开孔3的内壁在水平方向上的投影重叠，或者该布气管51的内壁在水平方向上的投影位于该水平开孔3的内壁在水平方向上的投影的外侧，且所述筒状连接部套设于该布气管51的第二端的外侧，与该布气管51的第二端的外表面连接。

[0043] 优选的，该水平开孔3的孔径为该筒状连接部的内径的0.5-0.8。

[0044] 其中，对该封堵件53的形状不做限定，该封堵件53可以为锥形、柱状或者弧形结构。

[0045] 为了防止发生积料，优选的，所述封堵件53的凹陷部的外表面为弧形。

[0046] 为了减小加工难度，进一步优选的，该封堵件53的外表面为半圆形。

[0047] 本发明的又一实施例中，优选的该气体分布器还包括与该排渣口1连通的排渣管6。

[0048] 另一方面，本发明实施例提供一种气化炉，包括：炉体，以及设置在该炉体内的如上所述的气体分布器。

[0049] 本发明实施例提供一种气化炉，通过在该锥形分布板上的部分区域所对应的水平开孔上连接布气结构，通过布气结构能够对所对应区域中通过各个水平开孔的水平气流沿竖直方向均匀分布，对水平气流和竖直气流进行合理分配，从而能够优化流场分布，避免流场分布不均形成流动死区，并能够根据需要对靠近该排渣口处的气流进行合理设置(如可以根据排渣需求设置为水平气流或竖直气流)，从而能够实现通畅排渣，降低气化炉的运维成本。

[0050] 以下，本发明实施例通过实施例对本发明进行说明。这些实施例仅是为了具体说明本发明而提出的示例，本领域技术人员可以知道的是本发明的范围不受这些实施例的限制。

[0051] 实施例1

[0052] 采用长焰煤作为气化原料的高温气化工艺，气化炉设计采用无中心射流结构，其在气化过程中煤粒径分布均匀(基本稳定在1mm-2mm的粒径范围内)，气体分布器采用如图1所示的结构，即锥形分布板2上的水平开孔3采用沿该锥形分布板2的轴向，未连接布气结构5的水平开孔3和连接有布气结构5的水平开孔3交替排布的方式，该布气结构5为沿水平方向延伸设置的布气管51，该布气管51的第一端与该水平开孔3位于该锥形分布板2的内环面一侧连接，第二端连接有封堵件53，该封堵件53包括与该布气管51的第二端的周向一周连接的筒状连接部，以及外表面为半圆形的凹陷部，其中，该水平开孔3的孔径为该筒状连接部的内径的0.8，该布气管51靠近该第二端沿轴向一周开设有布气孔52，该布气孔52的气速为水平开孔3的气速的1.5倍，实验运行期间排渣稳定可控，分布板区流场稳定温度场均匀，碳的气化转化率大于95％。

[0053] 实施例2

[0054] 将颗粒状有机碳材料作为气化原料，气化炉设计采用无中心射流结构，其在气化过程中物料粒径分布均匀(基本稳定在1mm-2mm的粒径范围内)，气体分布器采用如图1所示的结构，即锥形分布板2上的水平开孔3采用沿该锥形分布板2的轴向未连接布气结构5的水平开孔3和连接有布气结构5的水平开孔3交替排布的方式，该布气结构5为沿水平方向延伸设置的布气管51，该布气管51的第一端与该水平开孔3位于该锥形分布板2的内环面一侧连接，第二端连接有封堵件53，该封堵件53包括与该布气管51的第二端的周向一周连接的筒状连接部，以及外表面为锥形的凹陷部，其中，该水平开孔3的孔径为该筒状连接部的内径的0.5，该布气管51靠近该第二端沿轴向一周开设有两周布气孔52，该布气孔52的气速为水平开孔3的气速的0.6倍，实验运行期间排料稳定可控，分布板区流场稳定温度场均匀，碳的气化转化率大于98％。

[0055] 实施例3

[0056] 将破碎后的一种垃圾作为气化原料，气化炉设计采用无中心射流结构。由于气化原料的粒径分布宽且大颗粒偏多，故气体分布器采用图3所示的结构，与实施例1类似地，布气结构5包括布气管51，该布气管51的第二端采用封堵件53进行封闭，该封堵件53上的凹陷部的外表面为柱状结构，且该水平开孔3的孔径为该封堵件53上的筒状连接部的内径的0.6倍，该布气管51靠近第二端处沿轴向一周开设有三周布气孔52，布气孔52的气速为水平开孔3的气速的0.9倍，实验运行期间排渣稳定可控，分布板区流场稳定温度场均匀，气化转化率大于98％。

[0057] 实施例4

[0058] 将煤气化产生的飞灰作为气化原料，气化炉设计采用无中心射流结构。于飞灰原料粒径小、密度轻，故气体分布器采用如图2所示的结构，与实施例1类似地，布气结构5包括布气管51，该布气管51的第二端采用封堵件53进行封闭，该封堵件53上的凹陷部的外表面为半圆形，且该水平开孔3的孔径为该封堵件53上的筒状连接部的内径的0.7倍，该布气管51靠近第二端处沿轴向一周开设有两周布气孔52，布气孔52的气速为水平开孔3的气速的
1.1倍，实验运行期间排渣稳定可控，分布板区流场稳定温度场均匀，气化转化率大于93％。

[0059] 综上所述，通过在第一流化区所对应的水平开孔上连接布气结构，能够将通过各个水平开孔的水平气流沿竖直方向均匀分布，并通过对第一流化区进行合理设置，能够在气化炉中形成水平气流和竖直气流交错的流场结构，一方面，竖直方向的气流和水平方向的气流互相扰动切割，能够避免流场分布不均形成流动死区，使得气固物料接触更加均匀，并能够有效避免在化炉中心部位产生大气泡，促进排渣的顺利进行；另一方面，还可以省去气化炉中中心射流管的设计，利用布气结构，能够对氧气进行均匀分散，有效避免了气化炉由于中心射流管氧量集中带来的气化炉结渣问题。

[0060] 以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。