一種頂進組合噴嘴加壓粉煤氣化反應器的製造方法

2023-05-30 11:32:56 2

一種頂進組合噴嘴加壓粉煤氣化反應器的製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種頂進組合噴嘴加壓粉煤氣化反應器，承壓外殼的內腔從上向下依次設有氣化室、激冷室和除渣室，承壓外殼頂部中心設置有噴嘴，噴嘴從承壓外殼外部向下插入到氣化室內腔的頂部，噴嘴為複合噴嘴和多個乾粉噴嘴組合而成的組合式多噴嘴結構，複合噴嘴為雙層複合管道噴嘴，內層管道為助燃氣通道，外層管道為氧化劑通道，多個乾粉噴嘴圍繞在複合噴嘴外側均勻設置。本實用新型所述的一種頂進組合噴嘴加壓粉煤氣化反應器，通過對組合式噴嘴的特殊設計，有利於氧化劑和乾粉進入氣化室時，擴散更均勻，相互之間混合更充分，極大的提高了反應器的燃燒效率，能夠在不增加反應器體積的條件下處理更大的煤量，有效的提高了氣化規模。
【專利說明】一種頂進組合噴嘴加壓粉煤氣化反應器
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及煤炭清潔利用相關領域，廣泛應用於發電、燃料氣、化工原料氣、燃料電池的一種頂進組合噴嘴加壓粉煤氣化反應器。
【背景技術】
[0002]目前，煤氣化的工藝是非常多的，這是由於世界各國對於煤氣化的研究進行得比較深入，成果也各不相同。在學術上，按煤在氣化爐中的流體力學行為，可分為固定床氣化、流化床氣化、氣流床氣化、熔融床氣化。
[0003]前三種是比較成熟的工業技術，相比較而言，氣流床氣化具有氣化溫度高、強度大、混合充分、煤種適應性強、氣化指標好、有效成分高的優點，目前已成為國內外大規模、高效率煤氣化技術的首選技術。
[0004]氣流床氣化是採用極細的煤粉為原料，被氧氣和水蒸氣組成的氣化劑高速氣流攜帶，噴入氣化爐。在爐內，固體細顆粒分散懸浮於氣流中，並被氣體夾帶出去，成為氣流床。按煤進料方式的不同，氣流床煤氣化技術可分為水煤漿氣化和粉煤氣化技術。成熟的氣流床工藝主要以GE德士古(Texaco)水煤眾加壓氣化技術、殼牌(Shell)幹煤粉加壓氣化技術、GSP幹煤粉加壓氣化技術為代表。目前國內氣化技術已完全可以和國外技術在同等水平上競爭。在水煤漿氣化技術方面，國外有GE水煤漿氣化技術，國內有西北化工研究院的多元料漿加壓氣化技術、華東理工大學的多噴嘴對置式水煤漿氣化技術；在粉煤氣化技術方面，國外有Shell的乾粉氣化技術和GSP技術，國內有華東理工大學的死噴嘴乾粉氣化技術、西安熱工研究院的兩段式乾粉氣化技術及北京航天是一所的航天爐技術等。
[0005]水煤漿氣化技術成熟、結構簡單、操作方便、碳轉化率和氣化效率高，但需要使用揮發分較高的煤、處理量調節幅度小、冷煤氣效率較低、投資高，普遍存在著亟待解決的氣化爐噴嘴和耐火磚壽命短的難題。
[0006]與水煤漿氣化技術相比，粉煤氣流床加壓氣化技術具有煤種適應性廣、原料消耗低、碳轉化率高、冷煤氣效率高，設備尺寸小，結構緊湊，佔地面積小等技術優勢，有更強的市場競爭力。另外，粉煤氣化爐多採用盤管式水冷壁結構，無耐火襯裡。水冷壁優點是外層殼體內壁的溫度比較低，不容易損壞，正常使用時維護量很少，運行周期長，但盤管本身同時具有維護檢修複雜，以及熱阻大的缺點，並且燃燒效率和氣化規模也不能滿足現有人們的使用需要。

【發明內容】

[0007]本實用新型針對以上問題的提出，而研究設計一種頂進組合噴嘴加壓粉煤氣化反應器，用以解決現有的粉煤氣化反應器燃燒效率和氣化規模不能滿足現有人們的使用需要的缺點。本實用新型採用的技術手段如下:
[0008]一種頂進組合噴嘴加壓粉煤氣化反應器，包括:噴嘴、氣化室、激冷室、除渣室和承壓外殼；承壓外殼的內腔從上向下依次設有氣化室、激冷室和除渣室，承壓外殼頂部中心設置有噴嘴，噴嘴從承壓外殼外部向下插入到氣化室內腔的頂部，並且同氣化室連通，氣化室和激冷室通過隔板上下分隔開，並且僅通過下降管頂部連通，噴嘴為複合噴嘴和多個乾粉噴嘴組合而成的組合式多噴嘴結構，複合噴嘴為雙層複合管道噴嘴，內層管道為助燃氣通道，並且內層管道的中心設有點火電極，外層管道為氧化劑通道，多個乾粉噴嘴圍繞在複合噴嘴外側均勻設置。
[0009]作為優選所述噴嘴的外側設置有噴嘴基座，所述複合噴嘴外側安裝有相互連通的冷卻水進水環管I和冷卻水出水環管II，冷卻水出水環管II設置在冷卻水進水環管I外圈，冷卻水進水環管I向外連通有冷卻水進水口III，冷卻水出水環管II向外連通有冷卻水出水口III，多個乾粉噴嘴在冷卻水進水環管I和冷卻水出水環管II間形成的間隙內圍繞複合噴嘴均勻設置。
[0010]作為優選助燃氣通道外壁安裝有冷卻水通道I，內部連通有助燃氣進口，氧化劑通道外壁安裝有冷卻水通道II，內部連通有氧氣進口，並且氧化劑通道的末端安裝有旋流葉片，多個乾粉噴嘴分別對應連接一個乾粉通道，乾粉通道的外壁安裝有冷卻水通道III，冷卻水通道III同冷卻水進水環管I和冷卻水出水環管II循環連通，冷卻水通道I連通有冷卻水進口 I和冷卻水出口 I，冷卻水通道II連通有冷卻水進口 II和冷卻水出口 II。
[0011]作為優選旋流葉片的軸線和複合噴嘴的軸線夾角為5° -45° ;所述乾粉通道為直管通道，多個乾粉噴嘴的噴嘴中心同時穿過一個圓，每個乾粉通道沿此圓的圓周切線方向傾斜一定角度α，-45° < α <45。
[0012]作為優選冷卻水通道1、冷卻水通道II和冷卻水通道III為冷卻水盤管或冷卻水夾套。
[0013]所述氣化室側面安裝有側面水冷壁，側面水冷壁為側面水冷壁立管組成的立式豎管水冷壁；所述氣化室的頂部安裝有頂部水冷壁，頂部水冷壁為水平蛇形盤管水冷壁。
[0014]與現有技術比較，本實用新型所述的一種頂進組合噴嘴加壓粉煤氣化反應器具有以下優點:
[0015](I)、本實用新型通過對組合式噴嘴的特殊設計，如複合噴嘴的氧化劑通道末端設置了旋流葉片，圍繞複合噴嘴設置了多個乾粉噴嘴，乾粉噴嘴中的乾粉通道傾斜設置，均有利於氧化劑和乾粉進入氣化室時，擴散更均勻，相互之間混合更充分，極大的提高了反應器的燃燒效率，能夠在不增加反應器體積的條件下處理更大的煤量，有效的提高了氣化規模。
[0016](2)、本實用新型側面水冷壁為側面水冷壁立管組成的立式豎管水冷壁，維護檢修方便，熱阻小，能夠節約冷卻水耗量，並增加了氣化過程的熱量回收，頂部水冷壁為水平蛇形盤管水冷壁，相較於通常使用的耐火磚，加強了氣化室頂部抵抗高溫及熔渣的侵蝕能力，提高了耐火材料的使用壽命，更換維護簡便，正常使用時維護量很少，運行周期長，氣化室由側面水冷壁和頂部水冷壁圍成一個圓筒形內腔，作為氣化反應區域。
[0017]本實用新型採用成熟的工藝路線，充分吸收現有煤化工工藝及粉煤鍋爐成熟技術，生產工藝流程容易打通，降低投資風險和研製周期；關鍵設備有大量的工程業績和專業製造廠家，Texaco爐、Shell爐、水冷壁等都已國產化和在其它類似的工業產品中使用，產品的質量可以保證；粉煤燃燒器更換維護方便；單噴嘴的點火、燃燒負荷調節、控制系統都比多噴嘴優越。【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是本實用新型的整體結構示意圖。
[0019]圖2是本實用新型的噴嘴結構示意圖。
[0020]圖3是本實用新型的噴嘴的俯視圖。
[0021]圖4是本實用新型的複合噴嘴的結構示意圖。
[0022]圖5是本實用新型頂部水冷壁的結構示意圖。
[0023]圖6是本實用新型側面水冷壁的結構示意圖。
[0024]其中:1、頂部水冷壁，2、承壓外殼，3、側面水冷壁，4、側面水冷壁立管，5、激冷室，
6、下降管，7、液面，9、噴嘴，10、粗合成氣出口，11、黑水出口，12、排渣口，13、激冷水入口，14、頂部水冷壁冷卻水出口，15、頂部水冷壁冷卻水入口，16、側面水冷壁冷卻水出口，17、側面水冷壁冷卻水入口，18、氣化室，19、除渣室，20、破泡板，21、冷卻供水管，22、上升管，23、激冷環，24、激冷噴頭，25、複合噴嘴，26、乾粉通道，27、噴嘴基座，28、冷卻水進水口III，29、冷卻水通道III，30、旋流葉片，31、冷卻水出水口 III，32、乾粉噴嘴，33、點火電極，34、助燃氣通道，35、氧化劑通道，36、冷卻水進水環管I，37、冷卻水出水環管II，38、冷卻水通道II，39、冷卻水通道I，40、冷卻水進口 I，41、冷卻水進口 11，42、冷卻水出口 11，43、氧氣進口，44、冷卻水出口 I，45、助燃氣進口。
【具體實施方式】
[0025]如圖1-圖6所示，一種頂進組合噴嘴加壓粉煤氣化反應器，包括:噴嘴9、氣化室18、激冷室5、除渣室19和承壓外殼2 ;承壓外殼2的內腔從上向下依次設有氣化室18、激冷室5和除渣室19，承壓外殼2頂部中心設置有噴嘴9，噴嘴9從承壓外殼2外部向下插入到氣化室18內腔的頂部，並且同氣化室18連通，使噴嘴9、氣化室18、激冷室5、除渣室19和承壓外殼2同軸設置。
[0026]噴嘴9為複合噴嘴25和多個乾粉噴嘴32組合而成的組合式多噴嘴結構，複合噴嘴25為雙層複合管道噴嘴，內層管道為助燃氣通道34，並且內層管道的中心設有點火電極33，點火電極33延伸至助燃氣通道34的末端，外層管道為氧化劑通道35，並且助燃氣通道34和氧化劑通道35的末端齊平(如圖3所示)。
[0027]所述噴嘴9的外側設置有噴嘴基座27，所述複合噴嘴25外側安裝有相互連通的冷卻水進水環管I 36和冷卻水出水環管II 37，冷卻水出水環管II 37設置在冷卻水進水環管
I36外圈，冷卻水進水環管I 36向外連通有冷卻水進水口III 28，冷卻水出水環管II 37向外連通有冷卻水出水口III 31，多個乾粉噴嘴32在冷卻水進水環管I 36和冷卻水出水環管
II37間形成的間隙內圍繞複合噴嘴25均勻設置(如圖2和圖3所示)。
[0028]助燃氣通道34外壁安裝有冷卻水通道I 39，內部連通有助燃氣進口 45，氧化劑通道35外壁安裝有冷卻水通道II 38，內部連通有氧氣進口 43，並且氧化劑通道35的末端安裝有旋流葉片30，旋流葉片30用於將氧化劑通道35內的氧化劑旋轉噴出，旋流葉片30的軸線和複合噴嘴25的軸線夾角為5° -45° ;多個乾粉噴嘴32分別對應連接一個乾粉通道26，所述乾粉通道26為直管通道，多個乾粉噴嘴32的噴嘴中心同時穿過一個圓，每個乾粉通道26沿此圓的圓周切線方向傾斜一定角度α，-45° < α < 45，並且多個乾粉噴嘴32末端與複合噴嘴25末端平齊(如圖2和圖4所不)。[0029]通過對組合式噴嘴9的特殊設計，如複合噴嘴25的氧化劑通道35末端設置了旋流葉片30，圍繞複合噴嘴25設置了多個乾粉噴嘴32，乾粉噴嘴32中的乾粉通道傾斜設置，均有利於氧化劑和乾粉進入氣化室18時，擴散更均勻，相互之間混合更充分，極大的提高了反應器的燃燒效率，能夠在不增加反應器體積的條件下處理更大的煤量，有效的提高了氣化規模。
[0030]乾粉通道26的外壁安裝有冷卻水通道III 29，冷卻水通道III 29同冷卻水進水環管I 36和冷卻水出水環管II 37循環連通，冷卻水通道I 39連通有冷卻水進口 I 40和冷卻水出口 I 44，冷卻水通道II 38連通有冷卻水進口 II 41和冷卻水出口 II 42。冷卻水通道I 39、冷卻水通道II 38和冷卻水通道III 29為冷卻水盤管或冷卻水夾套(如圖2-圖4所示)O
[0031]如圖1所示，所述氣化室18側面安裝有側面水冷壁3，側面水冷壁3為側面水冷壁立管4組成的立式豎管水冷壁，維護檢修方便，熱阻小，能夠節約冷卻水耗量，並增加了氣化過程的熱量回收，側面水冷壁3的一側水冷壁立管4頂部連通有側面水冷壁冷卻水出口 16，另一側水冷壁立管4底部連通有側面水冷壁冷卻水入口 17 (如圖6所示)；所述氣化室18的頂部安裝有頂部水冷壁1，頂部水冷壁I為水平蛇形盤管水冷壁，並且頂部水冷壁I兩側分別連通有頂部水冷壁冷卻水出口 14和頂部水冷壁冷卻水入口 15以完成冷卻水循環(如圖5所示)，相較於通常使用的耐火磚，加強了氣化室18頂部抵抗高溫及熔渣的侵蝕能力，提高了耐火材料的使用壽命，更換維護簡便，正常使用時維護量很少，運行周期長，氣化室18由側面水冷壁3和頂部水冷壁I圍成一個圓筒形內腔，作為氣化反應區域。
[0032]氣化室18和激冷室5通過一個倒圓錐形的隔板上下分隔開，並且僅通過下降管6頂部連通，所述激冷室5由下降管6和上升管22分隔為氣化氣體的下降、上升、分離三個空間，激冷室5的頂端下降管6的外側設有具有激冷噴頭24的激冷環23，激冷環23通過冷卻供水管21連通激冷水入口 13，從而向激冷環23內衝入激冷水，多個激冷噴頭24在激冷環23上均勻分布，激冷噴頭24伸入到下降管6的內側，冷卻供水管21同承壓外殼連接，激冷室5側壁的上部設有粗合成氣出口 10，粗合成氣出口 10設於承壓外殼2上。
[0033]下降管6的末端插入洗滌水的液面7的下方，下降管6的末端為鋸齒狀結構，有利於粗煤氣形成均勻的氣泡，並可通過鋸齒的大小，控制所產生的氣泡的大小，下降管6外壁至承壓外殼2之間的空間為上升管22，上升管22和下降管6之間安裝有水平設置的破泡板20，可將合成氣中夾帶的泡沫和灰渣進一步出去，充分除渣冷卻後的合成氣。
[0034]激冷室5下部的空間為除渣室19，除渣室19是由一段直筒壁和一個圓錐形的底部組合而成的空間，在圓錐形底部中心位置設有用來排出廢渣的排渣口 12，圓錐形側壁上設有洗滌水循環口，直筒壁上設有連通黑水處理系統的黑水出口 11。
[0035]本實用新型的一種頂進組合噴嘴加壓粉煤氣化反應器內發生的氣化反應過程簡述如下:
[0036]進行氣化反應時，先在複合噴嘴25的助燃劑通道34內通入助燃氣體(通常為天然氣)，利用點火電極33將助燃氣體點燃。然後將乾粉與氧化劑分別通過乾粉噴嘴32的乾粉通道26與複合噴嘴25的氧化劑通道35同時噴入反應器內的氣化室，進行反應器的點火操作。點火成功後，切斷助燃氣體，在助燃氣通道34內通入保護氣(通常為氮氣)，保護點火電極33不被燒壞。由於傾斜設置的乾粉通道26和旋流葉片30對乾粉和氧化劑均有旋轉加速作用，使氧化劑和乾粉進入氣化室18時，擴散更均勻，混合更充分。此時反應器內溫度壓力逐漸升高，然後在高溫(1400?1600°C )、高壓(2.5?4.0MPa)下發生快速氣化反應，產生以CO和H2為主要成分的熱合成氣。氣化原料中的礦物質形成熔渣，熔渣顆粒在頂部射流擴散後射向水冷壁，由於受到水冷壁的冷卻作用，形成附著在水冷壁上的固態熔渣和沿水冷壁流動的液態渣膜，通過以渣抗渣實現對水冷壁的兩層保護，延長反應器的使用壽命。熱合成氣和熔渣一起通過氣化室18底部的下降管6進入下部的除渣室19。下降管6的頂端設有激冷環23，激冷水在激冷環23上的激冷噴頭作用下，沿下降管管壁垂直膜狀或螺旋狀流下，保護下降管6不受高溫氣體及熔渣的損害。下降管6的末端插入到洗滌水的液面下，合成氣及熔渣經過激冷水和洗滌水的極具冷卻，使渣粒固化成玻璃狀，然後通過排渣口排出反應器，溢流出的洗滌水通過黑水出口 11送至黑水處理系統。經過洗滌後的合成氣再通過上升管22和下降管6間的環隙，返回到激冷室5中，下降管6末端設置為鋸齒狀結構，有利於粗煤氣形成均勻的氣泡，並可通過鋸齒的大小，控制所產生的氣泡的大小。下降管6和上升管22之間設有破泡板20，可將合成氣中夾帶的泡沫和灰渣進一步出去，充分除渣冷卻後的合成氣，經反應器側面粗合成氣出口 10排出反應器，完成整個氣化過程。
[0037]本實用新型採用成熟的工藝路線，充分吸收現有煤化工工藝及粉煤鍋爐成熟技術，生產工藝流程容易打通，降低投資風險和研製周期；關鍵設備有大量的工程業績和專業製造廠家，Texaco爐、Shell爐、水冷壁等都已國產化和在其它類似的工業產品中使用，產品的質量可以保證；粉煤燃燒器更換維護方便；單噴嘴的點火、燃燒負荷調節、控制系統都比多噴嘴優越。
[0038]以上所述，僅為本實用新型較佳的【具體實施方式】，但本實用新型的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本實用新型揭露的技術範圍內，根據本實用新型的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本實用新型的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種頂進組合噴嘴加壓粉煤氣化反應器，包括:噴嘴(9)、氣化室(18)、激冷室(5)、除渣室(19)和承壓外殼(2);承壓外殼(2)的內腔從上向下依次設有氣化室(18)、激冷室(5)和除渣室(19)，承壓外殼(2)頂部中心設置有噴嘴(9)，噴嘴(9)從承壓外殼(2)外部向下插入到氣化室(18)內腔，並且同氣化室(18)連通，氣化室(18)和激冷室(5)通過隔板上下分隔開，並且僅通過下降管(6)頂部連通，其特徵在於噴嘴(9)為複合噴嘴(25)和多個乾粉噴嘴(32)組合而成的組合式多噴嘴結構，複合噴嘴(25)為雙層複合管道噴嘴，內層管道為助燃氣通道(34)，並且內層管道的中心設有點火電極(33)，外層管道為氧化劑通道(35)，多個乾粉噴嘴(32)圍繞在複合噴嘴(25)外側設置。
2.根據權利要求1所述的一種頂進組合噴嘴加壓粉煤氣化反應器，其特徵在於:所述噴嘴(9)的外側設置有噴嘴基座(27)，所述複合噴嘴(25)外側安裝有相互連通的冷卻水進水環管I (36)和冷卻水出水環管II (37)，冷卻水出水環管II (37)設置在冷卻水進水環管I (36)外圈，冷卻水進水環管I (36)向外連通有冷卻水進水口III (28)，冷卻水出水環管II (37)向外連通有冷卻水出水口III (31)，多個乾粉噴嘴(32)在冷卻水進水環管I (36)和冷卻水出水環管II (37)間形成的間隙內圍繞複合噴嘴(25)均勻設置。
3.根據權利要求1或2所述的一種頂進組合噴嘴加壓粉煤氣化反應器，其特徵在於:助燃氣通道(34)外壁安裝有冷卻水通道I (39)，內部連通有助燃氣進口(45)，氧化劑通道(35)外壁安裝有冷卻水通道II (38)，內部連通有氧氣進口(43)，並且氧化劑通道(35)的末端安裝有旋流葉片(30)，多個乾粉噴嘴(32)分別對應連接一個乾粉通道(26)，乾粉通道(26)的外壁安裝有冷卻水通道III (29)，冷卻水通道III (29)同冷卻水進水環管I (36)和冷卻水出水環管II (37)循環連通，冷卻水通道I (39)連通有冷卻水進口 I (40)和冷卻水出口 I (44)，冷卻水通道II (38)連通有冷卻水進口 II (41)和冷卻水出口 II (42)。
4.根據權利要求3所述的一種頂進組合噴嘴加壓粉煤氣化反應器，其特徵在於:旋流葉片(30)的軸線和複合噴嘴(25)的軸線夾角為5° -45° ;所述乾粉通道(26)為直管通道，多個乾粉噴嘴(32)的噴嘴中心同時穿過一個圓，每個乾粉通道(26)沿此圓的圓周切線方向傾斜一定角度α，-45° < α <45。
5.根據權利要求3所述的一種頂進組合噴嘴加壓粉煤氣化反應器，其特徵在於:冷卻水通道I (39)、冷卻水通道II (38)和冷卻水通道III (29)為冷卻水盤管或冷卻水夾套。
6.根據權利要求1所述的一種頂進組合噴嘴加壓粉煤氣化反應器，其特徵在於:所述氣化室(18)側面安裝有側面水冷壁(3)，側面水冷壁(3)為側面水冷壁立管(4)組成的立式豎管水冷壁；所述氣化室(18)的頂部安裝有頂部水冷壁(I)，頂部水冷壁(I)為水平蛇形盤管水冷壁。
【文檔編號】C10J3/48GK203820730SQ201420253987
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年5月16日 優先權日:2014年5月16日
【發明者】王暉, 康昀 申請人:大連金重鼎鑫科技有限公司