專利名稱：常壓粉煤氣化爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于煤氣化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種沸騰床粉煤氣化爐。二、 背景技術(shù)目前，世界范圍內(nèi)原油緊張，其價(jià)格居高不下，降低燃料成本的 唯一途徑就是以煤代油，尤其是合理利用廉價(jià)煤。為此，國(guó)家提出潔凈煤能源政策，并采取合理利用煤炭的各項(xiàng)舉措。自上世紀(jì)70年代以 后，世界各國(guó)廣泛開(kāi)展煤氣化技術(shù)的研究，迄今為止，已開(kāi)發(fā)的煤氣 化方法不下百種，與此同時(shí)研究出相應(yīng)的技術(shù)工藝和設(shè)備。在煤氣化 設(shè)備中關(guān)鍵就是煤氣發(fā)生爐，俗稱氣化爐。按煤氣化爐中的流動(dòng)力學(xué) 條件，將氣化爐分為固定床爐，移動(dòng)床爐，沸騰床(流化床)爐，氣 流床爐和熔融床爐；按爐內(nèi)溫度條件還有高溫(高于灰熔點(diǎn))氣化爐 等。沸騰床發(fā)生爐的特點(diǎn)，是利用氣化劑(空氣、氧氣、蒸氣)沸騰 粉煤并引起氧化(燃燒)及還原反應(yīng)，以制取內(nèi)含有效成分的煤氣。 而在此過(guò)程中如何使粉煤均勻沸騰是關(guān)鍵所在。迄今為止，絕大多數(shù) 沸騰床(流化床)發(fā)生爐其內(nèi)部均設(shè)有爐箅或者氣化劑分布板，借助 氣化劑使粉煤沸騰起來(lái)。此種沸騰床爐的制氣能力低且需要維修爐內(nèi) 設(shè)備而頻繁停爐。中國(guó)專利ZL97202018.7公開(kāi)的沸騰床粉煤氣發(fā)生爐 克服了已往沸騰床爐缺點(diǎn)，但還存在如下不足之處1、沒(méi)解決所有沸 騰床發(fā)生爐固有的弊病，即煤氣中粉塵含量高。盡管出自發(fā)生爐的煤 氣經(jīng)過(guò)高溫旋風(fēng)分離器時(shí)被捕集到的粉塵(含有未燃盡的碳粉)返回
到發(fā)生爐，但煤氣中粉塵含量仍達(dá)占入爐煤總灰分的60%，爐灰占總 灰分的40%。 2、由于爐灰和粉塵中含碳量高且發(fā)生爐外殼表面積大而 熱損失也大，故較之高水平的氣流床高溫高壓發(fā)生爐，綜合性碳利用 率和氣化率低。3、煤氣中所含的C02 (二氧化碳)和CH4 (甲烷) 多。因此，生產(chǎn)合成氣時(shí)，致使生產(chǎn)合成氨中脫碳設(shè)備增加，而且釋 放氣(為排放CH4)量增加。4、由于發(fā)生爐高度高而整個(gè)建筑物高度 很高，致使設(shè)備組裝難度增加，而且建設(shè)投資也增多。國(guó)家經(jīng)濟(jì)政策 要求更加合理而有效地利用粉煤，而企業(yè)則追求通過(guò)改善技術(shù)和利用 廉價(jià)的粉煤來(lái)降低成本達(dá)到利潤(rùn)最大化，因此進(jìn)一步改進(jìn)和發(fā)展沸騰 床粉煤氣化技術(shù)，既符合國(guó)家的經(jīng)濟(jì)政策，又符合曾經(jīng)利用昂貴的重 油、焦碳、無(wú)煙塊煤作為原料生產(chǎn)煤氣的企業(yè)的迫切愿望。 三、發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種常壓粉煤氣化爐，能夠延長(zhǎng)粉煤在 爐內(nèi)氧化還原反應(yīng)時(shí)間，并提高煤氣成分的質(zhì)量和減少耗氧量，降低 熱損失。本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是常壓粉煤氣化爐具有上面為拱形封頭的立式圓筒狀爐身，拱形封頭頂部有煤氣出口管，爐身下面有圓 錐形封頭，圓錐形封頭上連接有下噴嘴和回流連接短管，爐身的下部 有一段向下收縮的圓錐臺(tái)，圓錐臺(tái)上口與上部爐身相接，下口與下部 圓錐形封頭相接。本實(shí)用新型在煤氣生產(chǎn)能力相同前提下，降低發(fā)生爐高度和外殼 表面積，增大氣流空間。粉煤在發(fā)生爐內(nèi)均勻沸騰的前提下，為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，即因爐內(nèi)煤氣流速快而帶出去的粉塵多和因反
應(yīng)時(shí)間短而C02的還原反應(yīng)不充分，重新確定了合理的發(fā)生爐外殼幾 何參數(shù)。即爐下部圓錐角，其上端直徑，爐體中部圓錐臺(tái)傾斜角，圓 錐臺(tái)高度，爐體上部圓筒直徑及其高度。為使?fàn)t內(nèi)粉煤均勻沸騰(即粉煤與氣化劑均勻混合和接觸)，并使 爐灰盡量不隨煤氣飛出去而沉降到爐底，合理選定下噴嘴的方位及氣 化劑通過(guò)噴嘴的流速，以適應(yīng)發(fā)生爐在最高、最低負(fù)荷時(shí)粉煤的沸騰 條件和保證氣化劑與粉煤均勻接觸；并根據(jù)煤質(zhì)及發(fā)生爐的能力來(lái)確 定上、下噴嘴的數(shù)量及直徑。上述參數(shù)還取決于煤種，煤質(zhì)，產(chǎn)氣能 力等。通過(guò)多年不同能力發(fā)生爐的運(yùn)行，積累了最合理的參數(shù)。開(kāi)發(fā)高效率回流高溫旋風(fēng)分離器，并使其與發(fā)生爐成為一體。過(guò) 去的旋風(fēng)分離器與發(fā)生爐分離，僅為工藝上的聯(lián)系，而且其內(nèi)部為沒(méi) 有中心管的旋風(fēng)沉降式的粉塵捕集筒；而本實(shí)用新型使回流高溫分離 器與發(fā)生爐一體化，固定發(fā)生爐與旋風(fēng)分離器的安裝距離和高度，并 在旋風(fēng)分離器內(nèi)部安裝中心管。煤氣和粉塵將通過(guò)發(fā)生爐上部的煤氣出口管進(jìn)入回流高溫旋風(fēng)分 離器，在此煤粉在離心力的作用下分離而墜落之后順著回流管返回到 發(fā)生爐再參與氣化反應(yīng)。本技術(shù)方案的實(shí)現(xiàn)，不僅達(dá)到本實(shí)用新型的目的，還會(huì)凸現(xiàn)它的 優(yōu)點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)效益。改進(jìn)發(fā)生爐的結(jié)構(gòu)形式和噴嘴安裝位置，不僅改善 粉煤沸騰條件，還能使發(fā)生爐內(nèi)反應(yīng)時(shí)間比過(guò)去延長(zhǎng)10%，從而煤氣 中C02含量減少1%以上，C0、 H2含量各增加1%。在回流高溫旋風(fēng)分離器出口煤氣中粉塵含量由過(guò)去總灰分量的 60%降至40%，爐灰量由過(guò)去總灰分量的40%增加到60%，明顯地彌補(bǔ)
了沸騰床發(fā)生爐的致命缺陷；與此同時(shí)，粉塵中含碳量由30%降至< 15%，爐灰中含碳量<8%?？偲饋?lái)說(shuō)，在爐灰和粉塵中的含碳量減少 50%,粉煤利用率提高了 3 4% (達(dá)到93 94%)。每臺(tái)2萬(wàn)Nm3/h半水 煤氣爐每年可節(jié)省2400t粉煤；而且每小時(shí)節(jié)省100Nra3 (99. 5%)氧氣， 即每年可節(jié)省800{(,3氧氣。由于發(fā)生爐外殼表面積縮小30ni2，熱損失比以往減少6%;發(fā)生爐 高度降低而制氣系統(tǒng)建筑物高度降低5ra左右，這不僅使設(shè)備組裝費(fèi)和 建^:施工費(fèi)節(jié)省，還能節(jié)省發(fā)生爐和旋風(fēng)分離器的鋼材及耐火材料。由于煤氣中不含油分且粉塵含量少，將減輕煤氣洗滌負(fù)荷；且因 密閉連續(xù)操作而有利于環(huán)保。發(fā)生爐易于開(kāi)、停、操作，且產(chǎn)氣能力 在60 110%范圍內(nèi)易于調(diào)節(jié)；又因單臺(tái)制氣強(qiáng)度大且系列化，可供用 戶任選。發(fā)生爐壽命長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修量少，便于維護(hù)，能夠徹底 保證安全性。利用同一臺(tái)爐可以生產(chǎn)不同行業(yè)所需的各種煤氣，且因廉價(jià)粉煤 作為原料而煤氣成本低。四、
圖1為現(xiàn)有沸騰床粉煤氣發(fā)生爐的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；五具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型大體上由發(fā)生爐22、回流高溫旋風(fēng)分離器19，煤氣管 18，回流管21組成，而發(fā)生爐22具有圓筒狀爐身3及中部圓錐臺(tái)14， 頂部為拱形封頭，底部為圓錐形封頭7，爐身及頂部封頭內(nèi)襯為保溫 磚和耐火磚的耐溫層4，圓錐臺(tái)14內(nèi)襯耐溫層15，圓錐形封頭7內(nèi)襯 耐溫層9，圓錐形封頭7的圓錐角為25 45° ，圓錐臺(tái)14的傾斜角為 4 10° 。拱形封頭上面有煤氣出口管l，圓錐臺(tái)M連接有上噴嘴5， 圓錐形封頭7連接下噴嘴8，下噴嘴8的中心線與水平面之間夾角為 10 18° ，而位于中部圓錐臺(tái)14上連接的上噴嘴5，則與發(fā)生爐的垂 直中心成為90° 。至于上、下噴嘴的數(shù)量及其直徑，決定于煤氣的生 產(chǎn)能力及性質(zhì)。此外，在發(fā)生爐外殼上還有螺旋供煤機(jī)連接短管6， 連接螺旋排灰機(jī)排灰短管10、回流連接短管11等。發(fā)生爐頂部煤氣出口管1經(jīng)煤氣管18，與回流高溫旋風(fēng)分離器19 連接，而煤氣管18的外殼為鋼板，內(nèi)襯為保溫及耐火材料；回流高溫 旋風(fēng)分離器19的外殼為鋼板，內(nèi)襯為保溫及耐火材料，其內(nèi)部設(shè)有由 耐熱磨鋼做成的中心管20，回流高溫旋風(fēng)分離器19經(jīng)回流管21與發(fā) 生爐的回流連接短管ll相互連接，在下噴嘴8的上、下部，發(fā)生爐的 中部及上部以及回流管21分別設(shè)有溫度計(jì)短管；在下噴嘴上部和拱形 封頭分別設(shè)有壓力計(jì)短管，以便測(cè)定溫度和壓力。發(fā)生爐下部設(shè)手孔 13、 16，發(fā)生爐上下部設(shè)人孔2，下噴嘴下面設(shè)點(diǎn)火孔12，排灰管IO 中有安全氣管17。如上所述，常壓粉煤氣化爐的特點(diǎn)就是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于制作和安裝。工作原理入爐煤通過(guò)供煤機(jī)進(jìn)入發(fā)生爐，而氣化劑總量的70 80%則通過(guò)下噴嘴一定速度和壓力進(jìn)入發(fā)生爐之后，使由上而下的粉煤 強(qiáng)勁地旋渦且沸騰起來(lái)，在930 97(TC高溫區(qū)燃燒，而未燃盡的微細(xì) 煤則隨同煤氣上升的過(guò)程中，遇到來(lái)自上噴嘴氣化劑繼續(xù)燃燒，使上 噴嘴上部爐溫達(dá)到1000 1050°C，氣流逐漸上升的同時(shí)水蒸汽和二氧
化碳分解還原，使?fàn)t上部溫度降至950 93(TC，該還原反應(yīng)一直充分 地持續(xù)到回流高溫旋風(fēng)分離器內(nèi)，使煤氣出口溫度再降至930 880°C 。產(chǎn)生在發(fā)生爐中的微細(xì)煤塵及灰分，將隨同煤氣進(jìn)入回流高溫旋 風(fēng)分離器，其中比重大的大多數(shù)顆粒在旋風(fēng)的離心力作用下擦過(guò)旋風(fēng) 分離器內(nèi)壁而墜落到粉塵筒里，并經(jīng)過(guò)回流管返回到發(fā)生爐與氣化劑 接觸而進(jìn)行第二次反應(yīng)；而在回流高溫旋風(fēng)分離器中未被捕集到的非 常微細(xì)的粉塵，則隨同煤氣經(jīng)過(guò)中心管和煤氣出口管迸入下一個(gè)設(shè)備。在發(fā)生爐中燃燒之后產(chǎn)生的爐灰渣，則利用在氣化劑的特異旋風(fēng) 作用下發(fā)生爐中心形成的下降空間，墜落在下噴嘴底部而形成灰層。 根據(jù)下噴嘴上面壓力與爐頂壓力之間的壓差和灰層溫度來(lái)維持一定的 灰層高度，與此同時(shí)利用連接在排灰短管上的螺旋排灰機(jī)進(jìn)行排灰。在發(fā)生爐操作中最重要的問(wèn)題是，如何避免偏火而使?fàn)t內(nèi)各個(gè)點(diǎn) 均勻維持爐溫的問(wèn)題。要想利用同一臺(tái)氣化爐得到不同性質(zhì)的煤氣， 則以空氣與蒸汽為氣化劑；想得到半水煤氣，則以蒸汽與富氧空氣為 氣化劑；想得到水煤氣，則以蒸汽與純氧為氣化劑。由于利用充分的沸騰條件及反應(yīng)時(shí)間，加之高溫下操作在煤氣中 不含油分；在爐灰和粉塵中含碳量少；煤氣中的有效成分多而煤耗相 對(duì)少；每臺(tái)爐的產(chǎn)氣調(diào)節(jié)范圍為60 110%;因采用密閉連續(xù)操作而避 免煤氣泄漏，有利于環(huán)保。
權(quán)利要求1、一種常壓粉煤氣化爐，具有上面為拱形封頭的立式圓筒狀爐身(3)，拱形封頭頂部有煤氣出口管(1)，爐身下面有圓錐形封頭(7)，圓錐形封頭(7)上連接有下噴嘴(8)和回流連接短管(11)，其特征是爐身(3)的下部有一段向下收縮的圓錐臺(tái)(14)，圓錐臺(tái)(14)上口與上部爐身(3)相接，下口與下部圓錐形封頭(7)相接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的常壓粉煤氣化爐，其特征是所說(shuō)的圓 錐形封頭(7)的圓錐角為25 45。。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的常壓粉煤氣化爐，其特征是所說(shuō)的圓 錐臺(tái)(14)向下收縮的傾斜角為4 10。。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的常壓粉煤氣化爐，其特征是所說(shuō)的下 噴嘴(8)的中心線與水平面之間夾角為10 18。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的常壓粉煤氣化爐，其特征是氣化爐通 過(guò)頂部的煤氣出口管U)和下部回流連接短管(11)與高溫旋風(fēng)分離器(19)固 定連接。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的常壓粉煤氣化爐，其特征是高溫旋風(fēng) 分離器(19)內(nèi)部有中心管卿。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種常壓粉煤氣化爐，具有上面為拱形封頭的立式圓筒狀爐身，爐身下面有圓錐形封頭，爐身的下部有一段向下收縮的圓錐臺(tái)，圓錐臺(tái)上口與上部爐身相接，下口與下部圓錐形封頭相接；還采用發(fā)生爐與旋風(fēng)分離器固定連接，噴嘴與爐體成一定角度。本實(shí)用新型在煤氣生產(chǎn)能力相同前提下，降低發(fā)生爐高度和外殼表面積，增大氣流空間。不僅改善了粉煤沸騰條件，還能使發(fā)生爐內(nèi)反應(yīng)時(shí)間比過(guò)去延長(zhǎng)10％，從而煤氣中CO₂含量減少1％以上，CO、H₂含量各增加1％。在爐灰和粉塵中的含碳量減少50％，粉煤利用率提高了3～4％。熱損失比以往減少6％；節(jié)省鋼材和建筑施工費(fèi)。發(fā)生爐壽命長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修量少，便于維護(hù)，能夠徹底保證安全性。有利于環(huán)保。
文檔編號(hào)C10J3/56GK201031220SQ20072001179
公開(kāi)日2008年3月5日 申請(qǐng)日期2007年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月19日
發(fā)明者沈德允 申請(qǐng)人:遼寧恩德工程建設(shè)有限公司(中外合作)