專利名稱：用于水煤漿或粉煤氣化的多噴嘴水煤漿或粉煤氣化爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于水煤漿或粉煤氣化的氣化爐，涉及一種多噴嘴氣化爐。
背景技術(shù)：
煤的潔凈與高效利用是當(dāng)今世界能源與環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域中的重大技術(shù)課題，也是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。煤氣化是將一次能源轉(zhuǎn)化成潔凈的二次能源的主要途徑，其產(chǎn)品為燃料氣(煤氣)、合成氣、還原氣、氫氣、一氧化碳。煤的氣化技術(shù)在聯(lián)合循環(huán)(IGCC)發(fā)電裝置、合成氨和合成甲醇工業(yè)、羰基化法生產(chǎn)醋酸與醋酐工業(yè)、海綿鐵的生產(chǎn)、純一氧化碳的制備、純氫氣的制備等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，而氣化爐則是煤氣化的關(guān)鍵設(shè)備。為此，眾多的科技人員研究、開(kāi)發(fā)了各種類型的氣化爐。目前，在采用氣流床(噴流床、攜帶床)進(jìn)行氣化的技術(shù)中，有代表性的主要有兩種采用水煤漿為原料的氣化爐有德士古(Texaco，現(xiàn)為GE公司)；采用粉煤為原料的氣化爐有謝爾(Shell)。文獻(xiàn)U.S.Pat.Nos.4,637,823、4,527,997、5,281,243分別公開(kāi)了德士古氣化爐，該氣化爐的幾何特征是噴嘴軸線與煤氣及液渣出口軸線重合，兩者都在氣化爐主體軸線上。鑒于該氣化爐為氣流床，從而導(dǎo)致部分物料(流股)短路。申請(qǐng)人的實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明，如果物料在該類氣化爐中平均停留時(shí)間為5秒，實(shí)際上，其中部分物料停留時(shí)間不到1秒即逸出爐外，另一部分物料在爐中停留時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)5秒。也就是說(shuō)，物料在該氣化爐中的停留時(shí)間是一個(gè)很寬的分布，有50％～60％的物料小于平均停留時(shí)間就逸出爐外。德士古氣化爐的碳轉(zhuǎn)化率一般不到95％，水蒸汽分解率也小于20％；文獻(xiàn)U.S.92-960345公開(kāi)了謝爾氣化爐。煤氣與液渣呈反向流動(dòng)，即煤氣向上，液渣向下。其缺點(diǎn)有二，其一，液渣因無(wú)熱煤氣伴隨，極易凝固而堵塞出渣口；其二，懸浮在煤氣流中的細(xì)小煤渣要經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)的管道，且改變流動(dòng)方向，才能進(jìn)入下游設(shè)備進(jìn)行余熱回收或氣固分離，管道及下游設(shè)備容易堵塞，兩者都會(huì)縮短操作周期。
鑒于以上兩種爐型的缺陷，中國(guó)專利98110601.3公開(kāi)了一種多噴嘴對(duì)置式水煤漿或煤粉氣化爐，該水煤漿氣化爐進(jìn)行了中試裝置(22噸/天)和示范裝置(1150噸/天)運(yùn)行，該氣化爐碳轉(zhuǎn)化率98％以上，比Texaco爐高3個(gè)百分點(diǎn)；該粉煤氣化爐進(jìn)行中試規(guī)模(15～45噸煤/天)運(yùn)行，碳轉(zhuǎn)化率98％以上，比氧耗、比煤耗等各項(xiàng)工藝指標(biāo)表現(xiàn)出了非常好的氣化性能。實(shí)踐證明，該氣化爐還有改進(jìn)的余地，目前的氣化爐還不能滿足現(xiàn)代生產(chǎn)企業(yè)對(duì)日處理3000噸煤以上規(guī)模煤氣化技術(shù)的需求，爐內(nèi)的溫度分布的均勻性和氣化爐的處理能力還可進(jìn)一步提高。
本實(shí)用新型需要解決的技術(shù)問(wèn)題是公開(kāi)一種用于水煤漿或粉煤氣化的多噴嘴水煤漿或粉煤氣化爐，以滿足現(xiàn)代生產(chǎn)企業(yè)對(duì)日處理3000噸煤以上規(guī)模煤氣化技術(shù)的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的構(gòu)思是這樣的由于水煤漿和煤粉氣化效果的好壞，除與煤種的物理、化學(xué)性質(zhì)有關(guān)外，在一定的工藝條件下，主要與噴嘴的結(jié)構(gòu)及尺寸、噴嘴配置、氣化爐結(jié)構(gòu)及尺寸以及三者匹配實(shí)現(xiàn)氣化時(shí)形成的流體流動(dòng)行為和流場(chǎng)結(jié)構(gòu)有關(guān)。也就是說(shuō)，在煤種和工藝條件一定時(shí)，氣化效果優(yōu)劣主要取決于爐內(nèi)的濃度分布、溫度分布以及停留時(shí)間分布。在氣化爐的高溫下，化學(xué)反應(yīng)速率已經(jīng)相當(dāng)快，氣化過(guò)程由傳熱傳質(zhì)過(guò)程控制，傳遞過(guò)程和停留時(shí)間分布主要取決于爐內(nèi)的流體行為與流場(chǎng)結(jié)構(gòu)。原料煤(水煤漿或干煤粉)或其他烴類燃料與氣化劑，通過(guò)噴嘴以射流方式進(jìn)入爐膛，來(lái)自不同噴嘴的射流流股在爐膛中相互撞擊，因?yàn)閼T性，燃料顆粒在爐膛中產(chǎn)生多次阻尼震蕩，使燃料顆粒在爐膛中的停留時(shí)間增加，改善停留時(shí)間分布；同時(shí)湍流強(qiáng)度顯著增加，使傳熱傳質(zhì)速率大幅度提高，從而提高了燃料的碳轉(zhuǎn)化率和水蒸汽的分解率。同時(shí)，為克服破渣機(jī)允許最大管徑對(duì)氣化爐處理能力的限制，在洗滌冷卻室底部設(shè)置多個(gè)下渣口。
本實(shí)用新型用于水煤漿或粉煤氣化的多噴嘴水煤漿或粉煤氣化爐，包括氣化室與洗滌冷卻室；所說(shuō)的氣化室包括內(nèi)襯耐火磚的圓柱狀殼體、工藝噴嘴室、工藝噴嘴、預(yù)熱燒嘴室和預(yù)熱燒嘴，預(yù)熱燒嘴室設(shè)置在氣化室頂部，預(yù)熱燒嘴垂直設(shè)置在預(yù)熱燒嘴室中，其軸線與氣化室的軸線相重合，工藝噴嘴室沿殼體周邊均布，工藝噴嘴以機(jī)械方式安裝在工藝噴嘴室中，氣化渣口設(shè)置在氣化室底部，用于將氣化渣排出氣化室；所說(shuō)的洗滌冷卻室設(shè)置在氣化室下部，洗滌冷卻室包括激冷環(huán)、下降管、破泡條和下渣口，所說(shuō)的激冷環(huán)設(shè)置在氣化室的氣化渣口下方，下降管設(shè)置在激冷環(huán)下方，用于將氣化渣排入洗滌冷卻室，所說(shuō)的破泡條設(shè)置在下降管周邊，用于破碎煤氣氣泡，增加氣液接觸面積，煤氣出口設(shè)置在洗滌冷卻室的上部，下渣口設(shè)置在洗滌冷卻室的底部；所說(shuō)的工藝噴嘴可以采用常規(guī)的噴嘴，如以水煤漿為原料時(shí)，可優(yōu)先采用中國(guó)專利95111750.5所公開(kāi)的一種“帶有旋流器的三通道組合式水煤漿氣化噴嘴”；如以粉煤為原料時(shí)，可優(yōu)先采用中國(guó)專利200510025050.6所公開(kāi)的一種“固態(tài)含碳物質(zhì)部分氧化制備合成氣噴嘴”。氣化爐殼體還設(shè)有若干個(gè)熱電偶孔和表面溫度計(jì)。洗滌冷卻室可優(yōu)先采用中國(guó)專利01112880.1所發(fā)明的一種“復(fù)合床高溫煤氣冷卻洗滌設(shè)備”。
其特征在于，工藝噴嘴向下傾斜，下渣口至少有兩個(gè)。
本實(shí)用新型的用于水煤漿或粉煤氣化的多噴嘴水煤漿或粉煤氣化爐，優(yōu)點(diǎn)是十分明顯的，爐內(nèi)的溫度分布均勻，本氣化爐碳轉(zhuǎn)化率98％以上，投資省，特別適合日處理3000噸～5000噸的大規(guī)模煤氣化生產(chǎn)工藝，用于甲醇、合成氨、IGCC發(fā)電等領(lǐng)域。


圖1氣化爐的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。
圖2為以粉煤為原料時(shí)的工藝噴嘴結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
參見(jiàn)圖1，本實(shí)用新型的用于水煤漿或粉煤氣化的多噴嘴水煤漿或粉煤氣化爐，包括氣化室1與洗滌冷卻室2；所說(shuō)的氣化室1包括內(nèi)襯耐火磚的圓柱狀殼體3、工藝噴嘴室4、工藝噴嘴5、預(yù)熱燒嘴室6和預(yù)熱燒嘴7，預(yù)熱燒嘴室6設(shè)置在氣化室1頂部，預(yù)熱燒嘴7垂直設(shè)置在預(yù)熱燒嘴室6中，其軸線與氣化室1的軸線相重合，工藝噴嘴室4沿殼體3周邊均布，工藝噴嘴5以機(jī)械方式安裝在工藝噴嘴室4中，氣化渣口10設(shè)置在氣化室1底部，耐火磚8中內(nèi)設(shè)若干層間距1m的托磚架17；所說(shuō)的洗滌冷卻室2設(shè)置在氣化室1下部，洗滌冷卻室2包括激冷環(huán)11、下降管12、破泡條13和下渣口14，所說(shuō)的激冷環(huán)11設(shè)置在氣化室的氣化渣口10下方，下降管12設(shè)置在激冷環(huán)11下方，所說(shuō)的破泡條13設(shè)置在下降管12周邊，煤氣出口16設(shè)置在洗滌冷卻室2的上部，下渣口14設(shè)置在洗滌冷卻室2的底部；其特征在于(1)工藝噴嘴向下傾斜，優(yōu)選的工藝噴嘴5軸線與水平面夾角α為1～45°；(2)下渣口14至少有兩個(gè)，優(yōu)選2～4個(gè)。
圖2為以粉煤為原料時(shí)工藝噴嘴的結(jié)構(gòu)示意圖，已經(jīng)在中國(guó)專利200510025050.6中公開(kāi)，由圖可見(jiàn)，所說(shuō)的粉煤工藝噴嘴包括同軸的外環(huán)噴頭18、內(nèi)噴頭19、噴嘴中心導(dǎo)管20和噴嘴外環(huán)導(dǎo)管21；所說(shuō)的噴嘴外環(huán)導(dǎo)管21與外環(huán)噴頭18相連接，所說(shuō)的噴嘴中心導(dǎo)管20與內(nèi)噴頭19相連接，內(nèi)噴頭19設(shè)置在外環(huán)噴頭18內(nèi)，內(nèi)噴頭19的內(nèi)收縮半角α為3～60°，內(nèi)噴頭19的外側(cè)傾角β為30～80°，外噴頭18的內(nèi)收縮半角ε為30～80°，內(nèi)噴頭19的噴口直徑d與噴口直段高度h的比例為h∶d＝1∶0.5～10，內(nèi)噴頭19與外噴頭18的噴口端面距離S為0～20mm。應(yīng)用實(shí)例1一個(gè)日處理3000噸煤的多噴嘴水煤漿氣化爐，氣化壓力為6.5MPa，氣化室殼體內(nèi)直徑為Φ4400mm，設(shè)有3個(gè)下渣口14，水煤漿工藝噴嘴采用專利95111750.5所提出的結(jié)構(gòu)，軸線與水平面夾角α為10°；氣化溫度1350℃，氧氣總耗量為82192Nm3/h，出氣化室氣體總流量301476Nm3/h。
煤質(zhì)組成熱值(kJ/kg) 27765元素分析(wt％)C67.59H4.37N1.22S2.30O7.55Cl 0.022Ash 16.748出氣化室氣體成分(vol％)H225.95CO 37.90CO213.70H2S0.63COS 0.03CH40.02N20.31
Ar 0.10NH30.21HCN 0HCOOH 0HCl(ppm)50.0O20H2O21.1權(quán)利要求1.一種用于水煤漿或粉煤氣化的多噴嘴水煤漿或粉煤氣化爐，包括氣化室(1)與洗滌冷卻室(2)；所說(shuō)的氣化室(1)包括內(nèi)襯耐火磚(8)的圓柱狀殼體(3)、工藝噴嘴室(4)和工藝噴嘴(5)，工藝噴嘴室(4)沿殼體(3)周邊均布，工藝噴嘴(5)以機(jī)械方式安裝在工藝噴嘴室(4)中，氣化渣口(10)設(shè)置在氣化室(1)底部；所說(shuō)的洗滌冷卻室(2)設(shè)置在氣化室(1)下部，洗滌冷卻室(2)包括下渣口(14)，煤氣出口(16)設(shè)置在洗滌冷卻室(2)的上部，其特征在于(1)工藝噴嘴(5)向下傾斜；(2)下渣口(14)至少有兩個(gè)；(3)耐火磚層(8)內(nèi)設(shè)托磚架(17)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于水煤漿或粉煤氣化的多噴嘴水煤漿或粉煤氣化爐，其特征在于，工藝噴嘴5軸線與水平面夾角α為1～45°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于水煤漿或粉煤氣化的多噴嘴水煤漿或粉煤氣化爐，其特征在于，下渣口(14)有2～4個(gè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于水煤漿或粉煤氣化的多噴嘴水煤漿或粉煤氣化爐，其特征在于，所說(shuō)的粉煤工藝噴嘴包括同軸的外環(huán)噴頭(18)、內(nèi)噴頭(19)、噴嘴中心導(dǎo)管(20)和噴嘴外環(huán)導(dǎo)管(21)，所說(shuō)的噴嘴外環(huán)導(dǎo)管(21)與外環(huán)噴頭(18)相連接，所說(shuō)的噴嘴中心導(dǎo)管(20)與內(nèi)噴頭(19)相連接，內(nèi)噴頭(19)設(shè)置在外環(huán)噴頭(18)內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于水煤漿或粉煤氣化的多噴嘴水煤漿或粉煤氣化爐，其特征在于，所說(shuō)的洗滌冷卻室(2)還包括激冷環(huán)(11)，所說(shuō)的激冷環(huán)(11)設(shè)置在氣化室(1)的氣化渣口(10)下方。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于水煤漿或粉煤氣化的多噴嘴水煤漿或粉煤氣化爐，其特征在于，所說(shuō)的洗滌冷卻室(2)還包括下降管(12)，下降管(12)設(shè)置在激冷環(huán)(11)下方。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于水煤漿或粉煤氣化的多噴嘴水煤漿或粉煤氣化爐，其特征在于，所說(shuō)的洗滌冷卻室(2)還包括破泡條(13)，所說(shuō)的破泡條(13)設(shè)置在下降管(12)周邊。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于水煤漿或粉煤氣化的多噴嘴水煤漿或粉煤氣化爐，其特征在于，所說(shuō)的耐火磚層(8)內(nèi)設(shè)若干層托磚架(17)，托磚架(17)間距1m，托磚架(17)固接在殼體(3)上。
專利摘要本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了一種用于水煤漿或粉煤氣化的多噴嘴水煤漿或粉煤氣化爐。氣化室由殼體、工藝噴嘴室、工藝噴嘴、預(yù)熱燒嘴室、預(yù)熱燒嘴組成，殼體內(nèi)襯耐火磚，而洗滌冷卻室由激冷環(huán)、下降管、破泡條及下渣口組成。本氣化爐碳轉(zhuǎn)化率98％以上，投資省，特別適合日處理3000噸～5000噸的大規(guī)模煤氣化生產(chǎn)工藝，用于甲醇、合成氨、IGCC發(fā)電等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)C10J3/56GK2908510SQ20052004751
公開(kāi)日2007年6月6日 申請(qǐng)日期2005年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月14日
發(fā)明者于遵宏, 代正華, 龔欣, 于廣鎖, 王輔臣, 劉海峰, 王亦飛, 陳雪莉, 周志杰, 梁欽鋒, 李偉鋒, 郭曉鐳, 王興軍 申請(qǐng)人:華東理工大學(xué)