專利名稱：一種新型干煤粉氣流床加壓氣化爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)的新型干煤粉氣流床加壓氣化爐。
干煤粉氣流床加壓氣化是20世紀(jì)末期發(fā)展起來的新一代大型煤氣化技術(shù)，比其它煤氣化技術(shù)更有發(fā)展和應(yīng)用前景。
目前，世界上已經(jīng)或接近實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用的干煤粉氣流床氣化技術(shù)的典型氣化爐型主要有(1)K-T(Koppers-Totzek)氣化爐常壓氣化、干煤粉進(jìn)料、氣流上行、液態(tài)排渣、以氧氣為氣化劑、水冷壁式氣化爐。
(2)Prenflo(Pressurized Entrained Flow Gasification)氣化爐、Shell氣化爐這兩種氣化工藝均為加壓氣化、干煤粉進(jìn)料、氣流上行、液態(tài)排渣、以氧氣為氣化劑、水冷壁式氣化爐。
(3)GSP(Gaskombiant Schwarze Pumpe)氣化爐單段加壓氣化、干煤粉進(jìn)料、氣流下行、液態(tài)排渣、以氧氣為氣化劑、水冷壁式氣化爐。
K-T爐是最早實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的干煤粉氣流床氣化工藝。其工藝特點(diǎn)是，原料煤以干粉形式隨氣化劑噴入氣化爐，并在爐內(nèi)隨氣流上升的過程中，在高溫下于很短時(shí)間內(nèi)經(jīng)過燃燒和氣化反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇細(xì)怏w。它是在接近常壓條件下進(jìn)行氣化，主要用于生產(chǎn)合成氨原料氣和工業(yè)燃料氣。采用K-T爐氣化工藝制氨在世界上(不含中國(guó))曾一度占煤制合成氨總產(chǎn)量的90％。然而，K-T氣化爐由于氣化壓力低、氣化強(qiáng)度小而限制了自身的進(jìn)一步發(fā)展。
Prenflo氣化爐和Shell氣化爐實(shí)際上都是K-T氣化爐的加壓氣化形式，其主要工藝特點(diǎn)是采用密封料斗法加煤裝置和干煤粉濃相輸送。然而，雖然這兩種氣化爐的內(nèi)部結(jié)構(gòu)均采用水冷壁形式，但在水冷壁本身的結(jié)構(gòu)形式上二者確有很大差別。
Prenflo干煤粉氣流床加壓氣化工藝曾建成一套原料煤處理量為48t/d、操作壓力為3.0MPa的中試裝置，其用于整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電(簡(jiǎn)稱IGCC)工程的商業(yè)化示范裝置的單臺(tái)氣化爐原料煤處理量為2600t/d，是目前世界上運(yùn)行的單臺(tái)生產(chǎn)能力最大的干煤粉氣流床加壓氣化爐。Prenflo氣化爐的內(nèi)部結(jié)構(gòu)采用橫向布置的盤管式水冷壁形式，設(shè)備加工、安裝及維修均比較困難。
Shell干煤粉氣流床加壓氣化工藝的中試裝置，原料煤處理量為250～400t/d煤，氣化壓力為2～4MPa。在此基礎(chǔ)上建成了原料煤處理量為2000t/d的商業(yè)化示范裝置，用于整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電(簡(jiǎn)稱IGCC)，該裝置現(xiàn)已轉(zhuǎn)入商業(yè)化運(yùn)行。Shell氣化爐的內(nèi)部結(jié)構(gòu)采用縱向布置的膜式水冷壁形式，設(shè)備加工工藝比較復(fù)雜。
GSP干煤粉氣流床加壓氣化工藝是一種下噴式干煤粉氣流床加壓氣化爐。曾建過的試驗(yàn)裝置W100氣化爐，容積為0.075m3，操作壓力為3MPa，原料煤處理能力為100～250kg/h。冷試裝置W500的設(shè)計(jì)能力為5～25t/h，操作壓力4MPa。建成的工業(yè)規(guī)模的氣化裝置，原料煤處理量為30t/h，煤氣產(chǎn)量為4萬m3/h，氣化壓力3.0MPa。GSP氣化爐的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與Prenflo氣化爐類似，也采用橫向布置的盤管式水冷壁形式，因而也存在與Prenflo氣化爐類似的問題。
與其它煤氣化技術(shù)相比，上述幾種干煤粉氣流床氣化工藝的共同特點(diǎn)是在高溫、加壓條件下強(qiáng)化生產(chǎn)、原料煤種適應(yīng)范圍廣、單臺(tái)設(shè)備煤氣產(chǎn)量大、碳轉(zhuǎn)化率和氣化效率高、環(huán)境特性好。但它們也存在著對(duì)特殊材質(zhì)以及設(shè)備加工的要求過高，因而設(shè)備加工、安裝及維修困難，設(shè)備造價(jià)和工程建設(shè)投資太高，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性和可用率較低，目前難以大量推廣應(yīng)用等共性問題。
而本發(fā)明所涉及的新型干煤粉氣流床加壓氣化爐，采用單噴嘴下噴式結(jié)構(gòu)。氣化爐主體分為兩段上段為第一氣化室，采用熱壁式結(jié)構(gòu)，爐內(nèi)襯鉻剛玉耐火磚。背襯為隔熱保溫材料；下段為第二氣化室，內(nèi)置列管式水冷壁，爐殼內(nèi)襯隔熱材料。干煤粉與氣化劑經(jīng)特殊設(shè)計(jì)的組合式噴嘴自氣化爐頂部噴入第一氣化室。在第一氣化室內(nèi)主要進(jìn)行干煤粉的高溫燃燒和氣化反應(yīng)，反應(yīng)物料在第一氣化室內(nèi)的停留時(shí)間為5～10s，氣化溫度為1400-1600℃，壓力為2.0-4.0MPa。出第一氣化室的粗煤氣、熔渣以及未反應(yīng)的炭粒向下進(jìn)入第二氣化室。在第二氣化室內(nèi)炭粒繼續(xù)與蒸汽和CO2進(jìn)行氣化反應(yīng)，同時(shí)整個(gè)夾帶流被水冷壁冷卻，使氣流溫度降至原料煤的灰熔融溫度以下，并使熔渣固化。在第二氣化室下部，夾帶流從水冷壁外側(cè)與氣化爐承壓殼體之間的區(qū)域折流向上，然后出氣化爐，從而使熔渣和飛灰與粗煤氣得到分離，氣化爐的捕渣率可達(dá)95％以上，僅有少量細(xì)灰進(jìn)入后系統(tǒng)。
該氣化爐的原料不僅可以是干煤粉，而且還可以是其他含碳、氫的固體物料；氣化劑既可以用純氧和蒸汽，也可以用副氧、CO2等其它氣化劑。所生產(chǎn)的氣體可用作化工合成原料氣、聯(lián)合循環(huán)發(fā)電燃料氣、提取氫氣的原料氣及其它各種燃料氣。


圖1為本專利涉及的新型干煤粉氣流床加壓氣化爐的結(jié)構(gòu)示意圖。
權(quán)利要求
1.一種新型干煤粉氣流床加壓氣化爐，內(nèi)部結(jié)構(gòu)由上、下兩段(分別被稱為第一氣化室和第二氣化室)組成。該氣化爐頂部有安裝原料煤和氣化劑噴嘴的進(jìn)口，底部有渣池和出渣口；下段的下半部分有氣體折流板，下段中部側(cè)面有粗煤氣出口，下段頂部側(cè)面和底部側(cè)面均有與汽包連接的上升管和下降管接口。
2.權(quán)利要求1所述氣化爐，其中所說的頂部進(jìn)口，安裝有專門設(shè)計(jì)的噴入原料煤和氣化劑的組合式噴嘴。該噴嘴的結(jié)構(gòu)為干煤粉和氣化劑單獨(dú)流通的多套管型式，最外層設(shè)有冷卻水保護(hù)套管，噴嘴頭部的材質(zhì)為耐熱、耐磨蝕的合金鋼。
3.權(quán)利要求1所述氣化爐，其中所說的第一氣化室為熱壁式結(jié)構(gòu)，由特殊耐火材料與隔熱材料組成。第一氣化室為主反應(yīng)區(qū)，在此發(fā)生強(qiáng)烈的燃燒與氣化反應(yīng)，反應(yīng)溫度為1400-1600℃，壓力為2.0-4.0MPa。
4.權(quán)利要求1所述氣化爐，其中所說的第二氣化室為列管式水冷壁結(jié)構(gòu)。且在氣化過程中利用該水冷壁副產(chǎn)蒸汽。第二氣化室為輔助反應(yīng)區(qū)，在此繼續(xù)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；同時(shí)，隨著溫度的適當(dāng)降低，熔融的灰渣會(huì)固化為不同大小的顆粒。出口氣體溫度為900-1100℃。
5.權(quán)利要求1所述氣化爐，其中所說的第二氣化室的下半部分外側(cè)與氣化爐承壓殼體之間為煤氣折流區(qū)，這一特殊結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)固化后的熔渣顆粒和飛灰與粗煤氣的高效分離。
6.權(quán)利要求1所述氣化爐，其中所說的底部渣池和出渣口，用于收集氣化過程中產(chǎn)生的灰渣，并定期將收集的灰渣排出氣化爐外。
7.權(quán)利要求1所述氣化爐既可以為一整體結(jié)構(gòu)，也可以是第一氣化室和第二氣化室的分體組合結(jié)構(gòu)。
8.權(quán)利要求1所述氣化爐生產(chǎn)氣體的主要組分含量分別為CO35％-55％，H230％-45％，CO25％-12％，N25％-8％以及少量的CH4、O2、H2S+COS等。該氣體可用作化工合成原料氣、聯(lián)合循環(huán)發(fā)電燃料氣、提取氫氣的原料氣以及其它各種燃料氣。
全文摘要
本發(fā)明涉及的新型干煤粉氣流床加壓氣化爐，為單噴嘴、下噴式結(jié)構(gòu)。上段為第一氣化室，采用熱壁式結(jié)構(gòu)，內(nèi)襯鉻剛玉耐火磚，背襯隔熱保溫材料；下段為第二氣化室，內(nèi)置列管式水冷壁，爐殼內(nèi)襯隔熱材料。干煤粉與氣化劑經(jīng)一組合式噴嘴白頂部噴入第一氣化室，在此主要進(jìn)行干煤粉的燃燒和氣化反應(yīng)。出第一氣化室的粗煤氣、熔渣以及未反應(yīng)的炭粒向下進(jìn)入第二氣化室，在此炭粒繼續(xù)與蒸汽和CO
文檔編號(hào)C10J3/54GK1417302SQ0113431
公開日2003年5月14日 申請(qǐng)日期2001年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月29日
發(fā)明者任相坤, 徐振剛, 高聚忠, 門長(zhǎng)貴, 張東亮, 王洋 申請(qǐng)人:任相坤, 徐振剛