一种四角切圆气化炉转让专利
申请号 : CN201911272428.0
文献号 : CN110964571B
文献日 : 2021-08-20
发明人 : 王浩鹏 , 遆曙光 , 牛聪 , 况敏 , 宋寅卯 , 高柯 , 胡张保 , 王振锋 , 李正行 , 刘燕南 , 聂雪丽 , 闫丽云 , 张文慧 , 李春艳
申请人 : 郑州轻工业大学 , 河南恒效环保科技有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种四角切圆气化炉,其特征在于包括:煤粉烧嘴(1)、气化炉体(2)、气化炉膛(3)、合成气通道(5)、渣池(6)、氧气喷嘴(7‑2)、煤粉喷嘴(7‑3)和水蒸气喷嘴(7‑1),气化炉体(2)的顶端呈半球体、中间部分为圆柱体、底端为圆锥台结构,气化炉体(2)的底部设有渣池(6);水冷壁(4)为多根竖直圆管并排设置组成的回转体,其安装在气化炉体(2)内部;合成气通道(5)插装在气化炉体(2)的下部,且与气化炉膛(3)连通;气化炉体(2)顶端设置有煤粉烧嘴(1),且与气化炉膛(3)连通,煤粉烧嘴(1)的轴线与气化炉膛(3)的轴线重合,煤粉烧嘴(1)内设置有煤粉通道(10)和气化剂通道(11),气化剂通道(11)同轴设置在煤粉通道(10)内部;
在气化炉体(2)上部的同一水平截面上设置有多组由氧气喷嘴(7‑2)、煤粉喷嘴(7‑3)和水蒸气喷嘴(7‑1)组成的组合体(7);
任意一个组合体中水蒸气喷嘴(7‑1)穿过气化炉体(2)沿靠近气化炉膛(3)炉壁内侧的位置沿切线方向插入气化炉膛(3);氧气喷嘴(7‑2)穿过气化炉体(2)的部分以与水蒸气喷嘴(7‑1)中心线平行的方式沿圆周割线方向插入气化炉膛(3),且氧气喷嘴(7‑2)与水蒸气喷嘴(7‑1)同向设置,煤粉喷嘴(7‑3)穿过气化炉体(2)的部分同轴布置于氧气喷嘴(7‑2)内部;水蒸气喷嘴(7‑1)的外边沿线a与气化炉膛(3)中轴线(12)的垂直间距为L,氧气喷嘴(7‑
2)的外边沿线b与气化炉膛(3)中轴线(12)的垂直间距为M,L的数值大于M的数值;M的取值范围为0.1 0.8r,r为气化炉膛(3)半径;L的数值等于气化炉膛(3)的半径r;
~
在气化炉体(2)的上部同一水平截面上按照相同旋转方向均匀插装4组所述的组合体;
氧气喷嘴(7‑2)远离气化炉体(2)的部分设置有弯头结构;
氧气喷嘴(7‑2)、煤粉喷嘴(7‑3)和水蒸气喷嘴(7‑1)上均设置有流量调节阀(8);
沿气化炉体(2)上部的竖直方向,均匀设置有多组组合体(7)。
说明书 :
一种四角切圆气化炉
技术领域
背景技术
度高、生产能力大、碳转化率高、煤种适用性强等优点,目前已经在煤气化领域崭露头角。
利虽然解决了气化炉内壁面挂渣不均匀等问题,但是出现了炉体气化剂喷入区域附近内壁
面容易被烧损的问题。该问题发生后会导致气化炉停车,而气化炉作为化工企业的生产源
头,一旦停车,将导致整个生产线全部停运,整个生产线停运一次给企业造成巨额经济损
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失。例如:一套造气量80000Nm/h的煤气化生产线停运一次经济损失达4000万元以上。
转煤粉气化炉,将水蒸气和氧气在炉体侧壁面分开供入,使外层的水蒸汽包裹内层的氧气
在炉内强烈旋转,以降低喷嘴区域的温度,保护水冷壁面。但是在该发明中,气化炉体的上
部同一水平截面上仅安装有一组“外水(蒸汽)内氧”的组合喷嘴,试验运行发现仅有当水蒸
汽流量与氧流量较为接近时(质量比:水/氧≈1),此时两个喷嘴的射流长度较为接近,能够
形成较为完整的“水包氧”流场,水冷壁面受到完整地保护。但是在该条件下,送入炉内的水
蒸气量偏离了常用的粉煤气化炉操作用量(质量比:水/氧<0.4),相当于给水蒸气量为2.5
倍以上的常规操作气化炉给水蒸气量。此时由于碳与水蒸气的反应吸热,造成了炉内平均
温度降低。由于煤气化过程主要的反应均为吸热反应,因此炉内平均温度的降低会降低煤
气化反应速率,最终会降低碳的转化率。同时,沿炉体侧壁面布置的气化剂喷嘴切向喷入炉
膛的气化剂中氧气含量高于60%,因此在气化剂喷嘴出口附近形成了富氧区,切向喷入的气
化剂冲刷喷嘴附近的液态渣层时,气化剂中的氧气与渣层中的碳在水冷壁面上强烈的富氧
燃烧,会导致炉膛壁面处产生高温区,会严重烧蚀气化炉内壁面。
发明内容
技术的上述技术缺陷。
为圆柱体、底端为圆锥台结构,气化炉体的底部设有渣池;气化炉膛为多根竖直圆管并排设
置组成的回转体,其安装在气化炉体内部;合成气通道插装在气化炉体的下部,且与气化炉
膛连通;气化炉体顶端设置有煤粉烧嘴,且与气化炉膛连通,煤粉烧嘴的轴线与气化炉膛的
轴线重合,煤粉烧嘴内设置有煤粉通道和气化剂通道,气化剂通道同轴设置在煤粉通道内
部;
沿圆周割线方向插入气化炉膛,且氧气喷嘴与水蒸气喷嘴同向设置,煤粉喷嘴穿过气化炉
体的部分同轴布置于氧气喷嘴内部;水蒸气喷嘴的外边沿线a与气化炉膛中轴线的垂直间
距为L,氧气喷嘴的外边沿线b与气化炉膛中轴线的垂直间距为M,L的数值大于M的数值。
~
氧”切圆流场结构。由于贴壁流动的为水蒸气,而水蒸气与渣层中的碳发生的化学反应为还
原反应,反应强烈吸热,因此能够有效降低炉体气化剂喷入区域的壁面温度,保护水冷壁
面。
仅需要水蒸气射流能够接触到下一组合体喷出的氧气射流即可,同一组合体喷出的水蒸气
射流长度与氧气射流长度可以不一致,因此水蒸气射流的长度可以大大缩小,自然所需水
蒸气流量也可以大大减少。试验显示,在常用的炉膛结构下,本发明在较少水蒸气用量下
(质量比:水/氧<0.4),水蒸气射流即可以接触到下一组合体喷出的氧气射流;相同条件下
与背景技术(ZL201610554990.2)相比,水蒸气用量减少了60%以上。
和煤粉的混合,强化了煤粉气化反应;同时使反应中的煤粉颗粒外面包着的灰壳互受撞击,
容易脱落,加快了煤粉颗粒内部燃烧,有利于煤粉的燃尽,提高了碳转化率。
附图说明
粉通道,11、气化剂通道,12、气化炉膛中轴线。
具体实施方式
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。
结构,气化炉体2顶端设置所述煤粉烧嘴1,气化炉体2的底部设有有渣池6;在气化炉体2上
部的同一水平截面上设置有多组由氧气喷嘴7‑2、煤粉喷嘴7‑3和水蒸气喷嘴7‑1组成的组
合体7。
在气化炉体2的下部,且与气化炉膛3连通;气化炉体2顶端设置有煤粉烧嘴1,且与气化炉膛
3连通,煤粉烧嘴1的轴线与气化炉膛3的轴线重合,煤粉烧嘴1内设置有煤粉通道10和气化
剂通道11,气化剂通道11同轴设置在煤粉通道10内部。
线平行的方式沿圆周割线方向插入气化炉膛3,且氧气喷嘴7‑2与水蒸气喷嘴7‑1同向设置,
煤粉喷嘴7‑3穿过气化炉体2的部分同轴布置于氧气喷嘴7‑2内部;水蒸气喷嘴7‑1的外边沿
线a与气化炉膛3中轴线12的垂直间距为L,氧气喷嘴7‑2的外边沿线b与气化炉膛3中轴线12
的垂直间距为M,L的数值大于M的数值。
~
炉体2的上部同一水平截面上按照相同旋转方向均匀插装一组或多组所述的组合体。氧气
喷嘴7‑2、煤粉喷嘴7‑3和水蒸气喷嘴7‑1上均设置有流量调节阀8。
壁。
壁面烧损而停车一次,每停车一次造成总经济损失2000万元左右。一台应用本发明前述具
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体实施例的40000Nm /h造气量的气化炉,炉体上部气化剂喷入区域最高温度为1700℃,运
行5年水冷壁不发生烧损,可保证持续运营5年不停车,相比其它技术,减少经济损失1亿元。
ZL201510578724.9所述的气化剂强旋转煤粉气化炉工作原理的进一步优化与补充:在同一
个水平截面内按照相同旋转方向均匀布置四组由氧气喷嘴7‑2、煤粉喷嘴7‑3和水蒸气喷嘴
7‑1组成的组合体,在同一气化剂组合体中温度为150 300℃的水蒸气通过所述水蒸气喷嘴
~
7‑1以50 200m/s的速度喷入气化炉膛3,同时温度为150 300℃的氧气通过氧气喷嘴7‑2以
~ ~
100 200m/s的速度喷入气化炉膛3,温度约为60℃的煤粉气流(煤粉与氮气或二氧化碳的组
~
合)与氧气喷嘴同轴喷入气化炉膛3,此后:
水蒸气,而水蒸气与煤粉发生的化学反应为还原反应,反应强烈吸热,因此能够有效降低喷
嘴区域的温度,保护水冷壁面。
产一氧化碳,炉内气氛中占主体地位的是一氧化碳和氢气。由化学反应放热可知,1摩尔氧
气与碳反应生成一氧化碳放热221kJ,1摩尔氧气与氢气反应生成水蒸汽放热483.6kJ,1摩
尔氧气与一氧化碳反应生成二氧化碳放热566kJ,可见相同质量的氧气同氢气和一氧化碳
反应后的放热量分别约为与碳反应放热量的2倍与2.5倍;但是三个反应产物(一氧化碳、水
及二氧化碳)的比热容相差却不多,这表明氧气进入炉内后与煤粉接触发生不完全燃烧(气
化)反应温度远低于其与一氧化碳或者氢气的燃烧反应温度。这表明随着氧气伴随着煤粉
送入炉内后能够有效降低炉内局部区域的温度。
盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。