專利名稱：一種干煤粉氣流床氣化爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及氣化裝置，具體地說是一種干煤粉氣流床氣化爐。
技術(shù)背景:
潔凈煤技術(shù)已成為我國煤化工、工業(yè)燃?xì)饧半娏I(yè)技術(shù)升級的重大關(guān)鍵性技術(shù)， 而煤炭氣化技術(shù)是潔凈煤技術(shù)的重要方向之一，是以煤基為能源的化工系統(tǒng)中最重要的 核心技術(shù)。到目前為主，世界上已經(jīng)工業(yè)化的煤氣化工藝有幾十種，可歸納為三類以
Lurgi為代表的固定床氣化工藝；以HTW(高溫溫克勒)、灰熔聚為代表的流化床氣化工 藝；以Texaco、 Shell、 GSP為代表的氣流床氣化工藝。當(dāng)前大型工廠的煤制合成氣(或 H2)氣化技術(shù)普遍認(rèn)同的是氣流床氣化工藝，具有處理化合物種類多、氣化效率高、原 料消耗低、設(shè)備生產(chǎn)強度大等優(yōu)點。其中，干煤粉加壓氣流床氣化技術(shù)，如Prenflo、 Shell 和GSP等技術(shù)，具有煤種的適應(yīng)性廣、比氧耗和比煤耗低、有效氣成分高、冷煤氣效率、 碳的轉(zhuǎn)化率高、單爐容量大等優(yōu)點，是煤氣化工藝技術(shù)的發(fā)展方向，有很強的市場競爭 力。
我國煤炭的特點是，灰熔點高，流動溫度大于140(TC的煤占總儲量的50y。左右；另 外，煤灰含量平均較高，平均23%，動力煤的平均灰含量達(dá)到25%，商業(yè)動力煤的平均 灰含量甚至達(dá)到27~28%。這種高灰分高灰熔點("雙高")煤在氣化領(lǐng)域被稱之為最難氣 化的煤種。高灰熔點高灰分煤在我國能源消費結(jié)構(gòu)中具有舉足輕重的作用，可以說"雙高" 煤氣化技術(shù)才是真正意義上的先進(jìn)煤氣化技術(shù)。
改善煤灰熔融特性的常用方法有使用添加劑和配煤。使用添加劑改變煤灰熔融特性 在一定程度上會導(dǎo)致灰分含量增加，增加了能耗?！洞蟮省?1999， 22 (3): 154 156.) 報道，在同樣反應(yīng)條件下，灰分增加1%，氧耗增加0.7%~0.8%，煤耗增力n 1.3%~1.5%。 通過配煤也可以改善煤灰熔融特性?！睹禾哭D(zhuǎn)化》(2006， 29 (1): 11 18.)將高灰熔點 煤A (FT=1397°C)分別與低灰熔點煤G (FT=1332°C)和B (FT=1171°C)按不同配比 配制成配煤樣，測定其在弱還原性氣氛下的熔融特征溫度。在均為1:1的配比下，A與G 的配煤灰熔點降低到了 137(TC， A與B的配煤灰熔點降低到了 128(TC，相對A煤分別 降低了27。C、 U7。C?？梢姡涿杭夹g(shù)需要調(diào)運大量的外地低灰熔點煤，這違背了我國就 地發(fā)展煤化工的政策，而且也沒有如此大量的低灰熔點煤可調(diào)。針對高灰熔點煤，如典型的"雙高"煤——淮南煤，淮南化工集團(tuán)與多家國內(nèi)外科研 院所和煤氣化公司都做過合作研究，結(jié)果還是要添加一定量的助熔劑或采用配煤技術(shù)。《大 氮肥》(2005， 28 (5): 317)報道，在干煤粉加壓氣流床GSP中試裝置上，仍然需要添加 助熔劑才可氣化處理淮南煤。
中國專利申請?zhí)?00810019552.1提出的《高灰熔點煤種氣化方法及其裝置》將煤粉
噴入到高速旋轉(zhuǎn)的高溫低氧的氧化性氣流中，使煤粉和氧化劑的接觸與反應(yīng)發(fā)生在整個 旋轉(zhuǎn)氣流中，爐內(nèi)溫度均勻，氣化熱負(fù)荷顯著提高，氣化反應(yīng)在空間進(jìn)行而不是在某一 個峰面上，避免產(chǎn)生火舌或火炬，避免了傳統(tǒng)的反應(yīng)局部溫度過高；同時，爐內(nèi)物料的 高速旋轉(zhuǎn)，增加了煤粉和氣化劑在爐內(nèi)的接觸與反應(yīng)時間，使得氣化反應(yīng)更完全，從而 有助于進(jìn)一步提高氣化效率；再者，采用合成氣和液渣向下并流方式，使排渣口的溫度 保持在灰渣流動溫度以上，并利用高溫合成氣對高粘度熔渣的良好攜帶作用，順利實現(xiàn) 了高灰熔點煤粉的液態(tài)排渣。但由于采用的單一煤粉徑向噴嘴入料方式容易使煤粉直接 撞擊爐內(nèi)膽，而單一氣化劑沿圓周切向噴嘴旋轉(zhuǎn)入料方式易使氣化反應(yīng)區(qū)域偏離氣化爐 中心；另外，下段的噴嘴噴入的水蒸氣迅速降低合成氣的溫度，而要維持高灰熔點煤氣 化的液態(tài)排渣，必須要升高爐體上段的平均溫度水平，這將對爐內(nèi)膽材料提出更苛刻的 要求
實用新型內(nèi)容
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本實用新型提出一種干煤粉氣流床氣化爐，以克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，使氣化反 應(yīng)空間化，爐內(nèi)溫度場更均勻，爐內(nèi)平均溫度略高于灰熔點5(TC以上，灰渣呈液態(tài)順利 排出，實現(xiàn)高灰熔點煤的安全、高效氣化。
本實用新型解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案
一種干煤粉氣流床氣化爐，外壁為直立圓筒，內(nèi)部結(jié)構(gòu)由上段的主氣化室和下段的 激冷室構(gòu)成；主氣化室水平設(shè)有煤粉和氣化劑噴嘴，激冷室設(shè)有激冷水霧化噴嘴、出渣 口和合成氣出口；其特征在于在主氣化室上部布置兩個中心對噴式的一級煤粉噴嘴和 兩個平行于一級煤粉噴嘴并相向偏移一定距離的兩個一級氣化劑噴嘴，并以相同方式在 主氣化室中部布置二級煤粉噴嘴和二級氣化劑噴嘴各兩個，且一級煤粉噴嘴與二級煤粉 噴嘴的中心線相垂直， 一級氣化劑噴嘴與二級氣化劑噴嘴噴出氣化劑的旋轉(zhuǎn)方向相同。
本實用新型的特點也在于-
所述的一級氣化劑噴嘴偏移量為主氣化室內(nèi)徑的丄 1, 二級氣化劑噴嘴偏移量為主氣化室內(nèi)徑的0 丄。 2
所述的主氣化室為水冷壁結(jié)構(gòu)，從內(nèi)到外由盤管式水冷壁、耐火保溫層和外壁圍護(hù) 而成。
所述的激冷室為水冷壁結(jié)構(gòu)，在其內(nèi)部四周布置列管式水冷壁，出渣口設(shè)在其底部， 合成氣出口設(shè)在其側(cè)壁上。
所述的激冷水霧化噴嘴呈環(huán)向切圓式布置在激冷室的上部，其噴出的霧化水形成的 假想切圓半徑小于主氣化室底部出口半徑，且其旋轉(zhuǎn)方向與一級氣化劑、二級氣化劑的 旋轉(zhuǎn)方向相同。
與已有技術(shù)方案相比，本實用新型的顯著效果體現(xiàn)在-
采用中心對噴式的煤粉噴嘴，避免了使用單一煤粉徑向噴嘴的入料方式所造成的煤 粉直接撞擊氣化爐內(nèi)膽；采用兩級平行于煤粉噴嘴并相向偏移的四個氣化劑噴嘴使低溫 氣化劑沿氣化爐四周旋轉(zhuǎn)，有利于保護(hù)氣化爐爐膽內(nèi)壁；兩級送料使煤粉在高速氣化劑 旋轉(zhuǎn)射流的帶動下均勻分布在整個氣化爐空間內(nèi)，使氣化反應(yīng)也隨之發(fā)生在氣化爐空間 內(nèi)，而不是在某一個峰面上，使氣化爐內(nèi)溫度更均勻，實現(xiàn)高灰熔點煤的空間氣化，避 免了常規(guī)氣化方式的超高溫火舌或火炬的出現(xiàn)，避免了傳統(tǒng)的氣化反應(yīng)局部溫度過高， 從而顯著地降低了爐內(nèi)最高溫度和溫度梯度；通過調(diào)節(jié)氧化劑的供給量，使?fàn)t內(nèi)平均溫 度略高于灰熔點5(TC以上；在每一級噴嘴水平面上采用兩個平行于煤粉噴嘴并相向偏移 相同距離的兩個氣化劑噴嘴，避免了使用單一氣化劑沿圓周切向噴嘴的旋轉(zhuǎn)入料方式所 造成的氣化反應(yīng)區(qū)域偏離氣化爐中心；同時，這種入料方式使得煤粉和氣化劑在爐內(nèi)高 速旋轉(zhuǎn)，增加了煤粉和氣化劑在爐內(nèi)的接觸與反應(yīng)時間，使得氣化反應(yīng)更完全，從而有 助于進(jìn)一步提高氣化效率。另外，采用合成氣和液渣向下并流方式，使排渣口的溫度保 持在灰渣流動溫度以上，并利用高溫合成氣對高粘度熔渣的良好攜帶作用，順利實現(xiàn)了 高灰熔點煤粉的液態(tài)排渣。該氣化反應(yīng)器具有結(jié)構(gòu)簡單、加工容易、操作方便、投資成 本低等特點，而且，該氣化爐的碳轉(zhuǎn)化率、冷煤氣效率和合成氣有效氣成分(CO+H2) 含量高，所得產(chǎn)品可用于化工合成、煤氣化發(fā)電、制氫、合成液體燃料，或作為燃料氣 等。


圖1為本實用新型一種干煤粉氣流床氣化爐實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2為本實用新型實施例1結(jié)構(gòu)示意圖的A-A剖視圖。圖3為本實用新型實施例1結(jié)構(gòu)示意圖的B-B剖視圖。 圖4為本實用新型實施例1結(jié)構(gòu)示意圖的C-C剖視圖。
圖中標(biāo)號l出渣口， 2渣池，3下降管，4列管式水冷壁，5上升管，6激冷水霧化 噴嘴，7盤管式水冷壁，8耐火保溫層，9外壁，IO—級氣化劑噴嘴，ll一級煤粉噴嘴， 12二級煤粉噴嘴，13主氣化室，14激冷室，15合成氣出口， 16二級氣化劑噴嘴。
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本實用新型一種干煤粉氣流床氣化爐的具體實施方式
。
具體實施方式
參見圖l，氣化爐外壁9為直立圓筒，內(nèi)部結(jié)構(gòu)由上段的主氣化室13和下段的激冷 室14構(gòu)成。
上段的主氣化室13為水冷壁結(jié)構(gòu)，從內(nèi)到外由盤管式水冷壁7、耐火保溫層8和外 壁9圍護(hù)而成。在主氣化室13上部布置兩個中心對噴式的一級煤粉噴嘴11和兩個平行 于一級煤粉噴嘴11并相向偏移一定距離的兩個一級氣化劑噴嘴10，見圖2，偏移量為主
氣化室13內(nèi)徑的丄 1;以相同方式在主氣化室13中部布置二級煤粉噴嘴12和二級氣 2
化劑噴嘴16各兩個，見圖3，偏移量為主氣化室13內(nèi)徑的0 丄；且一級煤粉噴嘴11
2
與二級煤粉噴嘴12的中心線相垂直， 一級氣化劑噴嘴10與二級氣化劑噴嘴16噴出氣化 劑的旋轉(zhuǎn)方向相同。
下段的激冷室14亦為水冷壁結(jié)構(gòu)，在外壁9的內(nèi)部四周布置列管式水冷壁4，在激 冷室14的上部設(shè)置呈環(huán)向切圓式布置的激冷水霧化噴嘴6，如圖4，本實施例采用的噴 嘴個數(shù)是四個，也可以是三個、或五個、六個等；激冷水霧化噴嘴6噴出的霧化水形成 的切圓半徑小于主氣化室13底部出口半徑；激冷水的旋轉(zhuǎn)方向與一級氣化劑、二級氣化 劑的旋轉(zhuǎn)方向相同。在激冷室14側(cè)壁上設(shè)有合成氣出口 15，下部為渣池2，底部為出渣 □ 1。
運行時，煤粉和氣化劑分別從主氣化室13上的一級煤粉噴嘴11和一級氣化劑噴嘴 IO噴入爐內(nèi)，高速射入爐內(nèi)的氣化劑迅速巻吸射流四周的高溫?zé)煔猓瑫r受到高溫爐壁 的熱輻射，這使得高速射入純氧得到迅速稀釋和急劇升溫，形成高溫低氧的氣化劑旋轉(zhuǎn) 氣流；煤粉噴入后立刻發(fā)生激烈的對撞，迅速湍流擴散到高溫低氧的氣化劑旋轉(zhuǎn)氣流中， 迅速升溫。溫度升高導(dǎo)致在煤粉顆粒表面溢出大量的揮發(fā)分，該揮發(fā)分一旦與旋轉(zhuǎn)氣流 中的高溫氧氣分子接觸，立即著火發(fā)生氧化還原反應(yīng)。
從主氣化室13上的二級氣化劑噴嘴16噴入爐內(nèi)高速氣化劑也同樣巻吸射流四周的高溫?zé)煔猓纬筛邷氐脱醯臍饣瘎┬D(zhuǎn)氣流，并與激烈的對撞后湍流擴散的煤粉顆粒發(fā)生 劇烈的混合和升溫、著火和氧化還原反應(yīng)。同時，由于二級氣化劑噴嘴16偏置量較小， 這種氣化劑射流也使下行的向四周外圍旋擴散的高溫氣流重新回到氣化爐中心，起到保 護(hù)氣化爐內(nèi)壁的作用。
在主氣化室13內(nèi)生成的粗合成氣和液渣一并進(jìn)入激冷室14，在呈切圓式分布的激冷
水的噴射下，迅速降溫并再次發(fā)生氣化還原反應(yīng)，使得粗合成氣的有效成分進(jìn)一歩得到
提高。合成氣由側(cè)壁上合成氣出口 15引出，液渣經(jīng)激冷后落入底部的渣池2后由出渣口 l排出。
權(quán)利要求1、一種干煤粉氣流床氣化爐，外壁(9)為直立圓筒，內(nèi)部結(jié)構(gòu)由上段的主氣化室(13)和下段的激冷室(14)構(gòu)成；主氣化室(13)水平設(shè)有煤粉和氣化劑噴嘴，激冷室(14)設(shè)有激冷水霧化噴嘴(6)、出渣口(1)和合成氣出口(15)；其特征在于在主氣化室(13)上部布置兩個中心對噴式的一級煤粉噴嘴(11)和兩個平行于一級煤粉噴嘴(11)并相向偏移一定距離的兩個一級氣化劑噴嘴(10)，并以相同方式在主氣化室(13)中部布置二級煤粉噴嘴(12)和二級氣化劑噴嘴(16)各兩個，且一級煤粉噴嘴(11)與二級煤粉噴嘴(12)的中心線相垂直，一級氣化劑噴嘴(10)與二級氣化劑噴嘴(16)噴出氣化劑的的旋轉(zhuǎn)方向相同。
2、 如權(quán)利要求1所述的一種干煤粉氣流床氣化爐，特征在于所述的一級氣化劑噴嘴(10)偏移量為主氣化室(13)內(nèi)徑的1 1 ， 二級氣化劑噴嘴(16)偏移量為主氣化室(13)內(nèi)徑的0 !。 2
3、 如權(quán)利要求1所述的一種干煤粉氣流床氣化爐，特征在于所述的主氣化室(13) 為水冷壁結(jié)構(gòu)，從內(nèi)到外由盤管式水冷壁(7)、耐火保溫層(8)和外壁(9)圍護(hù)而成。
4、 如權(quán)利要求1所述的一種干煤粉氣流床氣化爐，特征在于所述的激冷室(14)為 水冷壁結(jié)構(gòu)，在其內(nèi)部四周布置列管式水冷壁(4)，出渣口 (1)設(shè)在其底部，合成氣出口(15)設(shè)在其側(cè)壁上。
5、 如權(quán)利要求1所述的一種干煤粉氣流床氣化爐，特征在于所述的激冷水霧化噴嘴 (6)呈環(huán)向切圓式布置在激冷室(14)的上部，其噴出的霧化水形成的假想切圓半徑小于主氣化室(13)底部出口半徑，且其旋轉(zhuǎn)方向與一級氣化劑、二級氣化劑的旋轉(zhuǎn)方向相同。
專利摘要一種干煤粉氣流床氣化爐，外壁為直立圓筒，內(nèi)部結(jié)構(gòu)由上段的主氣化室和下段的激冷室構(gòu)成；主氣化室水平設(shè)有煤粉和氣化劑噴嘴，激冷室設(shè)有激冷水霧化噴嘴、出渣口和合成氣出口；特征是在主氣化室上部布置兩個中心對噴式的一級煤粉噴嘴和兩個平行于一級煤粉噴嘴并相向偏移一定距離的兩個一級氣化劑噴嘴，并以相同方式在主氣化室中部布置二級煤粉噴嘴和二級氣化劑噴嘴各兩個，且一級煤粉噴嘴與二級煤粉噴嘴的中心線相垂直，一級氣化劑噴嘴與二級氣化劑噴嘴噴出氣化劑的旋轉(zhuǎn)方向相同。本實用新型使氣化反應(yīng)空間化，爐內(nèi)溫度場更均勻，爐內(nèi)平均溫度略高于灰熔點50℃以上，灰渣呈液態(tài)順利排出，實現(xiàn)煤粉的安全、高效氣化。
文檔編號C10J3/46GK201272782SQ20082004187
公開日2009年7月15日 申請日期2008年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月17日
發(fā)明者唐志國, 唐超君, 林其釗, 邢獻(xiàn)軍 申請人:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)