兩段式幹煤粉氣流床氣化爐的製作方法

2024-02-23 16:12:15

專利名稱：兩段式幹煤粉氣流床氣化爐的製作方法
技術領域：
本發明涉及氣化裝置，更具體地說是兩段式幹煤粉氣流床氣化爐。
背景技術：
潔淨煤技術已成為我國煤化工、工業燃氣及電力工業技術升級的重大關鍵性技術，而煤 炭氣化技術是潔淨煤技術的重要方向之一，是以煤基為能源的化工系統中最重要的核心技 術。到目前為主，世界上已經工業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。
當前大型工廠的煤制合成氣(或H2)氣化技術普遍認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、設備生產強度大等優點。其中，幹煤粉加壓氣 流床氣化技術，如Prenflo、 Shell和GSP等技術，具有煤種的適應性廣、比氧耗和比煤耗低、 有效氣成分高、冷煤氣效率、碳的轉化率高、單爐容量大等優點，是煤氣化工藝技術的發展 方向，有很強的市場競爭力。
我國煤炭的特點是，灰熔點高，流動溫度大於1400'C的煤佔總儲量的50Y。左右；另外， 煤灰含量平均較高，達23%，動力煤的平均灰含量達到25%,商業動力煤的平均灰含量甚至 達到27 28%。這種高灰分高灰熔點的"雙高"煤在氣化領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 定程度上會導致灰分含量增加，因此也增加能耗。《大氮肥》(1999， 22 (3): 154 156.) 報導，在同樣反應條件下，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)按不同配比配製成配 煤樣，測定其在弱還原性氣氛下的熔融特徵溫度。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，配煤技術需要調運大量的外地低灰熔點煤，這違背了我國就地發展煤化工的政策，而 且也沒有如此大量的低灰熔點煤可調。
針對高灰分高熔點煤，如典型的"雙高"煤——淮南煤，雖然相關技術部門已經進行過一 系統的研究，結果還是要添加一定量的助熔劑或採用配煤技術。《大氮肥》(2005， 28 (5): 317) 報導，在幹煤粉加壓氣流床GSP中試裝置上，仍然需要添加助熔劑才可氣化處理淮南煤。
中國專利申請號200810019552.1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發生在整個旋轉氣 流中，爐內溫度均勻，氣化熱負荷顯著提高，氣化反應在空間進行而不是在某一個峰面上， 避免產生火舌或火炬，避免了傳統的反應局部溫度過高；同時，爐內物料的高速旋轉，增加 了煤粉和氣化劑在爐內的接觸與反應時間，使得氣化反應更完全，從而有助於進一步提高氣 化效率；再者，採用合成氣和液渣向下並流方式，使出渣口的溫度保持在灰渣流動溫度以上， 並利用高溫合成氣對高粘度熔渣的良好攜帶作用，順利實現了高灰熔點煤粉的液態排渣。但 由於採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膽，而單一氣化劑沿圓周切 向噴嘴旋轉入料方式易使氣化反應區域偏離氣化爐中心；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排渣，必須要升高爐體上段的平均溫 度水平，這將對爐內膽材料提出更苛刻的要求。
中國專利申請號CN01131780.9提出了《兩段式幹煤粉氣化爐》，是將氣化爐分設為上爐 膛和下爐膛，煤氣出口設在上爐膛的上端，出渣口設在下爐膛的下端。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，避免後續的 煤氣冷卻器的堵塞，也減少了冷卻器的換熱面積和數量，但是，如果將其應用於高灰熔點煤 氣化，由於煤氣上行和排渣下行的方式沒有充分利用煤氣對液態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置了兩隻相對的噴嘴，物料在上爐膛反應 的空間均勻性和溫度場的均勻性無法保證。
中國專利申請號CN01134311.7提出的《一種新型幹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，在氣化過程中會產生明顯向下噴射的火舌，會造成局部溫度場高，爐 內溫度梯度大。

發明內容
本發明是為避免上述現有技術所存在的不足之處，提供一種兩段式幹煤粉氣流床氣化 爐，以期獲得氣化反應空間化、爐內平均溫度高且溫度場均勻、爐內排渣溫度可高於灰熔點 5(TC以上，以使灰渣呈液態順利排出的技術效果，實現高灰熔點煤的安全、高效氣化。
本發明解決技術問題採用如下技術方案
本發明兩段式幹煤粉氣流床氣化爐，其外壁為直立圓筒，內部結構由上段主氣化室和下
段激冷室構成；
本發明的結構特點是在主氣化室內不同的水平位置上分別設置上層噴嘴和下層噴嘴；在 激冷室的上部，設置激冷水霧化噴嘴；各層噴嘴分別以其所在水平斷面的圓心為中心，沿環
向切圓均勻分布為至少兩隻，各層噴嘴的旋轉方向相同；在激冷室內，出渣口設置在激冷室 的底部，合成氣出口設置在激冷室側壁上。 本發明結構特點也在於
所述主氣化室內設置的上層噴嘴為煤粉、氧氣和水蒸氣混合進口，下層噴嘴為煤粉和氧 氣混合進口。
所述主氣化室的內側壁設置為盤管式水冷壁，在所述盤管式水冷壁與外壁之間設置耐火 保溫層。
在所述激冷室的內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於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於主氣化室底部出口半徑。 與己有技術方案相比，本發明的顯著效果體現在
1、 本發明採用上、下兩層送料，使煤粉在高速氣化劑旋轉射流的帶動下均勻分布在整 個氣化爐空間內，使氣化反應也隨之發生在氣化爐空間內，而不是在某一個峰面上，使氣化 爐內溫度更均勻，實現幹煤粉的空間氣化，避免了常規氣化方式的超高溫火舌或火炬的出現， 避免了傳統的氣化反應局部溫度過高，從而顯著地降低了爐內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，這無論是對於提供氣化效率還是 保護氣化爐的耐火層都是有幫助的。
2、 本發明將合成氣出口設置在激冷室側壁上，採用合成氣和液渣向下並流的方式，利
用高溫合成氣對高粘度熔渣的良好攜帶作用，順利實現了高灰熔點煤粉的液態排渣。
3、 本發明中上層噴嘴採用較大的假想圓半徑，由剛進入氣化爐的冷物料向四周旋轉以 衝淡爐內向上湧的高溫熱煙氣，極大地有利於保護氣化爐爐膽內壁。
4、 本發明可以通過分別調節上層噴嘴和下層噴嘴的幹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，並通過噴入水蒸氣形成的還原吸熱 反應使上層區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。通過調節氧化劑02的供給量，使主氣化室下層噴嘴至出渣口 區域的平均溫度略高於灰熔點5(TC以上，實現對高灰熔點煤種的氣化和順利,渣。
5、 本發明釆用多隻環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膽；本發明的入料方式使得煤粉和氣化劑在爐內高 速旋轉，充分保證了粒子的停留時間，增加了煤粉和氣化劑在爐內的反應時間，強化了未反 應碳渣的反應，使得氣化反應更徹底，從而有助於進一步提高氣化效率。6、 本發明結構簡單、加工容易、操作方便、投資低。
7、 本發明氣化爐的碳轉化率、冷煤氣效率和合成氣有效氣成分(CO+H2)含量高，所 得產品可用於化工合成、煤氣化發電、制氫、合成液體燃料，或作為燃料氣等。


圖1為本發明內部結構示意圖。 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。
圖中標號l出渣口， 2渣池，3下聯箱，4列管式水冷壁，5上聯箱，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。
下面結合附圖進一步說明本發明兩段式幹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，設置外壁ll為直立圓筒，內部結構由上段主氣化室12和下段激冷室13構
成；
圖1所示，在主氣化室12內不同的水平位置上分別設置上層噴嘴8和下層噴嘴7;在 激冷室13的上部，設置激冷水霧化噴嘴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，沿環向切圓 均勻分布為至少兩隻，各層噴嘴的旋轉方向相同；
如圖1所示，本實施例中，在激冷室13內，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設置在激冷室13的側壁上。
具體實施中，將主氣化室12內的上層噴嘴8設置為煤粉、氧氣和水蒸氣混合進口，下 層噴嘴7為煤粉和氧氣混合進口 。
為了保護爐壁，如圖1所示，主氣化室12的內側壁設置為盤管式水冷壁9，在盤管式 水冷壁9與外壁11之間設置耐火保溫層10。
在激冷室13的內部四周布置列管式水冷壁4，並有與列管式水冷壁4連通的下聯箱3 和上聯箱5。 .
各層噴嘴的設置也包括
設置上層噴嘴8噴出物料形成的假想切圓半徑大於下層噴嘴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於主氣化室12底部出口半徑。
運行時，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，煤粉和氧氣 從下層噴嘴7噴入，通過調節上層噴嘴和下層噴嘴的幹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內上層噴嘴8附近區 域的溫度在灰熔點以下，下層噴嘴7至出渣口 1區域的平均溫度略高於灰熔'點5(TC以上， 形成灰熔融的高溫區，實現高灰熔點的煤種的氣化，並通過合成氣向下的攜帶作用，實現液 態排渣。
在主氣化室12內生成的粗合成氣和液渣一併進入激冷室13，在呈環向切圓式分布的激 冷水的噴射下，迅速降溫並再次發生氣化還原反應，使得粗合成氣的有效成分進一步得到提 高。合成氣由側壁上合成氣出口 14引出，液渣經激冷後落入底部的渣池2後由出渣口 l排 出。
權利要求
1、兩段式幹煤粉氣流床氣化爐，其外壁(11)為直立圓筒，內部結構由上段主氣化室(12)和下段激冷室(13)構成；其特徵是在所述主氣化室(12)內不同的水平位置上分別設置上層噴嘴(8)和下層噴嘴(7)；在所述激冷室(13)的上部，設置激冷水霧化噴嘴(6)；所述各層噴嘴分別以其所在水平斷面的圓心為中心，沿環向切圓均勻分布為至少兩隻，各層噴嘴的旋轉方向相同；在所述激冷室(13)內，出渣口(1)設置在激冷室(13)的底部，合成氣出口(14)設置在激冷室側壁上。
2、 根據權利要求1所述的兩段式幹煤粉氣流床氣化爐，其特徵是所述主氣化室(12) 內設置的上層噴嘴(8)為煤粉、氧氣和水蒸氣混合進口，下層噴嘴(7)為煤粉和氧氣混合 進口。
3、 根據權利要求1所述的兩段式幹煤粉氣流床氣化爐，其特徵是所述主氣化室(12) 的內側壁設置為盤管式水冷壁(9)，在所述盤管式水冷壁(9)與外壁(ll)'之間設置耐火 保溫層(10)。
4、 根據權利要求1所述的兩段式幹煤粉氣流床氣化爐，其特徵是在所述激冷室(13) 的內部四周布置列管式水冷壁(4)。
5、 根據權利要求1所述的兩段式幹煤粉氣流床氣化爐，其特徵是所述上層噴嘴(8)噴 出物料形成的假想切圓半徑大於下層噴嘴(7)的假想切圓半徑。
6、 根據權利要求1所述的兩段式幹煤粉氣流床氣化爐，其特徵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於主氣化室(12)底部出口半徑。
全文摘要
兩段式幹煤粉氣流床氣化爐，其外壁為直立圓筒，內部結構由上段主氣化室和下段激冷室構成；其特徵是在主氣化室內不同的水平位置上分別設置上層噴嘴和下層噴嘴；在激冷室的上部，設置激冷水霧化噴嘴；各層噴嘴分別以其所在水平斷面的圓心為中心，沿環向切圓均勻分布為至少兩隻，各層噴嘴的旋轉方向相同；在激冷室內，出渣口設置在激冷室的底部，合成氣出口設置在激冷室側壁上。本發明使氣化反應空間化，爐內平均溫度高且溫度場均勻，爐內排渣溫度可高於灰熔點50℃以上，灰渣呈液態順利排出，實現高灰熔點煤的安全、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 優先權日2008年10月15日
發明者唐志國, 程建萍, 陳長琦 申請人:合肥工業大學