專利名稱：多噴嘴噴動流化床氣化爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于處理大規(guī)模煤、生物質(zhì)和城市生活垃圾的氣化爐，尤其涉及一種多噴嘴噴動流化床氣化爐。
背景技術(shù)：
氣化是高效、潔凈將一次能源如煤、生物質(zhì)等轉(zhuǎn)化成二次能源如煤氣的主要途徑。煤氣不僅可以通過燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，而且可以用于制造高價值化工產(chǎn)品，如合成氨，甲醇等的原料氣，實現(xiàn)聯(lián)合生產(chǎn)電力、清潔燃料和高附加值化工產(chǎn)品的多聯(lián)產(chǎn)能源系統(tǒng)。因此，氣化不僅解決了直接燃燒過程中污染問題，而且能形成高價值的產(chǎn)品，在我國能源戰(zhàn)略中占有非常重要的地位。當前國內(nèi)外氣化技術(shù)向大型化發(fā)展，大型化可提高單爐設(shè)備的生產(chǎn)能力，以滿足大型聯(lián)合循環(huán)電站發(fā)電以及大規(guī)模多聯(lián)產(chǎn)能源系統(tǒng)的需求。目前，加壓移動床氣化爐(魯奇爐)和加壓氣流床氣化爐(Texaco爐和Shell爐)單爐日處理煤達到千噸以上，其中Texaco爐最大的一套日處理能力達到2400噸。流化床氣化爐有較高的氣固傳熱速率與傳質(zhì)速率，固體在床內(nèi)的混合接近于理想狀態(tài)，因而可獲得均勻的固體組成和溫度分布，因此流化床氣化爐具有燃料適應(yīng)性廣，特別適合處理劣質(zhì)煤、生物質(zhì)和城市生活垃圾。但流化床氣化爐如高溫溫克勒爐(HTW)，U-gas爐和KRW爐都存在大型化問題，最大日處理能力只有800噸，特別是后兩種爐型在放大到工業(yè)裝置時均不成功，主要的原因是因為這些爐型的主要特征在于存在一股中心射流，大型化后，由于床截面增大后，射流影響區(qū)域減小，這會導(dǎo)致床內(nèi)四周形成大面積的流化不良和死區(qū)，在氣化爐運行過程中會造成爐內(nèi)結(jié)焦等故障，直接影響了大型氣化爐運行的穩(wěn)定性。
技術(shù)內(nèi)容本發(fā)明提供一種能夠提高床層顆粒之間的橫向混合性能并適合于工業(yè)使用的大型化多噴嘴噴動流化床氣化爐，本發(fā)明可以混合使用不同性質(zhì)和粒徑的燃料。
本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種用于處理大規(guī)模煤、生物質(zhì)和城市生活垃圾的多噴嘴噴動流化床氣化爐，由氣化爐本體、噴管和布風(fēng)板組成，在氣化爐本體內(nèi)設(shè)有密相區(qū)、過渡區(qū)和稀相區(qū)，噴管自氣化爐本體的外部延伸進入氣化爐本體的密相區(qū)，噴管上設(shè)有噴嘴，噴嘴的設(shè)置數(shù)量不小于2個，在布風(fēng)板上且位于噴嘴周圍設(shè)有風(fēng)帽。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點多噴嘴噴動流化床氣化爐在傳統(tǒng)單噴嘴噴動流化床氣化爐基礎(chǔ)上，在大面積床面上布置多個噴嘴，以形成多股射流。由于高速射流具有較大的能量，在流化床濃相區(qū)內(nèi)形成形成幾個大的擾動源，有利于改善流化床固有的橫向混合差的缺點，同時在氣化過程中，高速射流在流化床濃相床中央建立一局部高溫區(qū)，中心溫度達到1200℃左右，爐壁溫度1000℃～1100℃，不僅氣化爐平均溫度高，利于氣化反應(yīng)的進行，而且生成灰熔聚顆粒物，容易與半焦分離，從而使排灰碳含量降低。在噴嘴之間布置風(fēng)帽，引入流化風(fēng)，可以消除噴嘴周邊環(huán)形區(qū)的死區(qū)，這樣，噴嘴及其周邊區(qū)域構(gòu)成了一個小型傳統(tǒng)噴動流化床單元，在這個單元內(nèi)，噴動區(qū)處于稀相氣力輸送狀態(tài)，環(huán)形區(qū)顆粒處于流化床狀態(tài)。由于中心噴動區(qū)氧氣濃度高，主要發(fā)生燃燒放熱反應(yīng)，產(chǎn)生的CO2濃度高；而周邊環(huán)形區(qū)氧氣濃度低，主要發(fā)生氣化吸熱反應(yīng)，CO和H2濃度高。由于濃度差，兩區(qū)之間存在氣體交換，可以使兩區(qū)組分的濃度差減小。此外，噴動區(qū)通過燃燒反應(yīng)釋放的熱量，通過顆粒內(nèi)循環(huán)和中心區(qū)高溫氣體擴散傳遞至環(huán)形區(qū)，以提供環(huán)形區(qū)氣化吸熱反應(yīng)所需的能量，從而使反應(yīng)連續(xù)進行。由此可見，多個小型傳統(tǒng)噴動流化床單元組成了大型的多噴嘴噴動流化床氣化爐，使噴動流化床氣化爐在放大尺寸方面不存在任何限制，因此多噴嘴噴動流化床氣化爐既保留了傳統(tǒng)噴動流化床氣化爐的技術(shù)特點，且克服了傳統(tǒng)噴動流化床氣化爐難以大型化的不足并適合于工業(yè)化應(yīng)用。
本發(fā)明的多個噴嘴的設(shè)置，在爐內(nèi)形成多個噴動流化床小模塊，該類型的氣化爐較傳統(tǒng)噴動流化床氣化爐如U-gas爐和KRW爐更易大型化；燃料適應(yīng)性好，特別是其它類型氣化爐不易處理和粘結(jié)性煤，低熱值的劣質(zhì)煤，高水分、低熱值的生物質(zhì)以及成分變化很大的城市生活垃圾；由于氣化爐內(nèi)顆粒內(nèi)循環(huán)和設(shè)置旋風(fēng)分離器外循環(huán)系統(tǒng)，氣化爐內(nèi)下部密相區(qū)和上部稀相區(qū)溫度分布均勻，有利于焦油的二次裂解反應(yīng)，煤氣中焦油含量低。
采用了射流灰熔聚技術(shù)，渣的含碳量要比其它類型流化床氣化爐如高溫溫克勒爐低，整體碳轉(zhuǎn)化率高。
對燃料粒徑的要求較低，粒徑范圍寬，適合處理目前機械化開采的碎煤，而移動床氣化爐只能處理塊煤，氣流床氣化爐只適合處理煤粉，對制備系統(tǒng)要求較高。
為增大固體和氣體接觸和混合強度，大擾動源是關(guān)鍵所在，由于本發(fā)明采用多噴嘴設(shè)計思路，在爐內(nèi)密相區(qū)形成多股高速射流，作為一個大擾動源，高速射流產(chǎn)生的高湍流會造成噴動區(qū)和周環(huán)形區(qū)顆粒內(nèi)循環(huán)和氣體橫向擴散，因此本發(fā)明能夠提高床層顆粒之間的橫向混合性能。
本發(fā)明采用相鄰的3個噴嘴的三角形分布或正方形分布、噴嘴周圍風(fēng)帽的特定分布等技術(shù)措施，噴嘴的三角形分布或正方形分布能在爐內(nèi)形成有規(guī)則的噴動，在噴嘴周圍布置風(fēng)帽加入流化氣，避免周邊環(huán)形區(qū)出現(xiàn)流化不良的現(xiàn)象。


圖1是多噴嘴噴動流化床氣化爐正視圖。
圖2是多噴嘴噴動流化床氣化爐布風(fēng)板俯視圖。
圖3噴嘴與排渣管正視圖。
圖4噴嘴與排渣管俯視圖。
圖5流化風(fēng)帽正視圖。
圖6流化風(fēng)帽俯視圖。
具體實施例一種用于處理大規(guī)模煤、生物質(zhì)和城市生活垃圾的多噴嘴噴動流化床氣化爐，由氣化爐本體、噴管21和布風(fēng)板23組成，在氣化爐本體內(nèi)設(shè)有密相區(qū)24、過渡區(qū)和稀相區(qū)，噴管21自氣化爐本體的外部延伸進入氣化爐本體的密相區(qū)24，噴管21上設(shè)有噴嘴2312，噴嘴的設(shè)置數(shù)量不小于2個，在布風(fēng)板23上且位于噴嘴周圍設(shè)有風(fēng)帽232，在氣化爐本體的稀相區(qū)連接有旋風(fēng)分離器26，旋風(fēng)分離器26的回料口通過膨脹節(jié)27連接了回料控制器28，回料控制器28的出料口與氣化爐本體內(nèi)設(shè)有密相區(qū)24連接，為了進一步提高床層顆粒之間的橫向混合性能，更有利于氣化爐的大型化，本發(fā)明可以采取幾種技術(shù)措施之一①相鄰的3個噴嘴的連線構(gòu)成三角形，相鄰的2個風(fēng)帽及與之相鄰的噴嘴連線構(gòu)成三角形；②相鄰的4個噴嘴的連線構(gòu)成正方形，噴嘴周圍且以該噴嘴為中心的4個風(fēng)帽的連線構(gòu)成正方形；③相鄰的3個噴嘴的連線構(gòu)成三角形，噴嘴周圍且以該噴嘴為中心的4個風(fēng)帽的連線構(gòu)成正方形。
權(quán)利要求
1.一種用于處理大規(guī)模煤、生物質(zhì)和城市生活垃圾的多噴嘴噴動流化床氣化爐，由氣化爐本體、噴管(21)和布風(fēng)板(23)組成，在氣化爐本體內(nèi)設(shè)有密相區(qū)(24)、過渡區(qū)和稀相區(qū)，噴管(21)自氣化爐本體的外部延伸進入氣化爐本體的密相區(qū)(24)，噴管(21)上設(shè)有噴嘴(2312)，其特征在于噴嘴的設(shè)置數(shù)量不小于3個，在布風(fēng)板(23)上且位于噴嘴周圍設(shè)有風(fēng)帽(232)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多噴嘴噴動流化床氣化爐，其特征在于相鄰的3個噴嘴的連線構(gòu)成三角形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多噴嘴噴動流化床氣化爐，其特征在于相鄰的4個噴嘴的連線構(gòu)成正方形。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的多噴嘴噴動流化床氣化爐，其特征在于相鄰的2個風(fēng)帽及與之相鄰的噴嘴連線構(gòu)成三角形。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的多噴嘴噴動流化床氣化爐，其特征在于噴嘴周圍且與以該噴嘴為中心的4個風(fēng)帽的連線構(gòu)成正方形。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多噴嘴噴動流化床氣化爐，其特征在于在氣化爐本體的稀相區(qū)連接有旋風(fēng)分離器(26)，旋風(fēng)分離器(26)的回料口通過膨脹節(jié)(27)連接了回料控制器(28)，回料控制器(28)的出料口與氣化爐本體內(nèi)設(shè)有密相區(qū)(24)連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于處理大規(guī)模煤、生物質(zhì)和城市生活垃圾的多噴嘴噴動流化床氣化爐，由氣化爐本體、噴管和布風(fēng)板組成，在氣化爐本體內(nèi)設(shè)有密相區(qū)、過渡區(qū)和稀相區(qū)，噴管自氣化爐本體的外部延伸進入氣化爐本體的密相區(qū)，噴管上設(shè)有噴嘴，噴嘴的設(shè)置數(shù)量不小于2個，在布風(fēng)板上且位于噴嘴周圍設(shè)有風(fēng)帽。本發(fā)明的多個噴嘴的設(shè)置，在爐內(nèi)形成多個噴動流化床小模塊，該類型的氣化爐較傳統(tǒng)噴動流化床氣化爐如U－gas爐和KRW爐更易大型化；燃料適應(yīng)性好，特別是其它類型氣化爐不易處理和粘結(jié)性煤，低熱值的劣質(zhì)煤，高水分、低熱值的生物質(zhì)以及成分變化很大的城市生活垃圾。
文檔編號F23C10/00GK1563790SQ20041001456
公開日2005年1月12日 申請日期2004年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月6日
發(fā)明者肖睿, 章名耀, 金保升, 仲兆平 申請人:東南大學(xué)