專利名稱：低熱值固體燃料彌散氣化器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有強化氣粒兩相混合、均勻分布燃料顆粒和彌散均勻氣化等特征的低熱值固體燃料彌散氣化器，適用于以生物質(zhì)燃料或低熱值煤等低熱值固體燃料為主的民用合成燃氣，化工化肥行業(yè)煤制合成氣，電力(IGCC)和城市煤氣化等領(lǐng)域使用。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)煤氣化原料以塊煤為主。塊煤氣化裝置普遍存在的缺陷有氣化劑氣流和塊煤接觸的表面積有限；塊煤空隙分布不均勻?qū)е職饣瘎饬鞣植疾痪鶆颍霈F(xiàn)局部火焰和局部高溫，相當多的二氧化碳氣體未被還原而流出爐膛。為了克服這兩個缺陷， 氣化操作時往往供給大大過量的氣化劑，結(jié)果煤氣中含有大量過剩的氮氣、氧氣和二氧化碳氣體，煤氣熱值不高(低熱值煤氣)。解決塊煤氣化技術(shù)不足的途徑在于原料改為粉末顆粒，并使得顆粒和氣化劑混合均勻。專利0^27056. 8公開了一種粉煤加壓氣化系統(tǒng)，原料為粉煤，但使用了多個噴嘴，多噴嘴形成撞擊流以強化混合和熱質(zhì)傳遞過程，顯然氣?；旌暇鶆蛐圆?，系統(tǒng)操作調(diào)控復(fù)雜，且需加壓，既存在安全隱患，又加大了日常運行費用。專利 98110616. 1公開了一種多噴嘴對置式水煤漿或煤粉氣化爐，在爐體周邊同一水平面或多個水平面對稱設(shè)置多噴嘴對置的兩個或兩個以上的噴嘴，顯然存在氣固混合不均勻、顆粒分布不均勻、系統(tǒng)復(fù)雜且調(diào)控困難。專利200510031316. 8公開了一種高溫閃速氣化裝置和工藝，在水平噴出的輔助氣流作用下燃料顆粒由自由下落改為水平分散，除結(jié)構(gòu)完全不同外， 氣化劑氣流流速不可調(diào)節(jié)，且需要高壓輔助氣流才能運行工作。開發(fā)結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)控性好、 氣固混合均勻、氣化性能指標先進的以生物質(zhì)和粉煤為主的低熱值粉末狀固體燃料氣化技術(shù)和裝置，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益，也適應(yīng)當今節(jié)能減排形勢需要。發(fā)明內(nèi)容為了克服傳統(tǒng)塊煤氣化中的氣固兩相接觸面積小，氣化劑氣流分布不均勻，存在局部火焰，二氧化碳還原不徹底等缺點，本發(fā)明提供一種具有氣?；旌暇鶆?、氣粒混合調(diào)控范圍寬、爐內(nèi)燃料分布均勻，爐內(nèi)氣化反應(yīng)均勻、無明顯火焰等特征的低熱值固體燃料彌散氣化器。低熱值固體燃料彌散氣化器，主要包括殼體，調(diào)速器，細圓管狀點火燒嘴和圓錐形鈍體，殼體底部內(nèi)壁面為倒置式圓錐臺斜面，調(diào)速器主要包括倒置式圓錐臺斜面和立式圓柱筒，調(diào)速器圓柱筒底圓和圓錐臺斜面底圓大小相等且焊接連接，調(diào)速器能上下移動，殼體底部內(nèi)壁面和調(diào)速器圓錐臺斜面平行，殼體底部內(nèi)壁面中心軸線和調(diào)速器圓錐臺中心軸線重合，殼體底部內(nèi)壁面和調(diào)速器圓錐臺斜面之間的空間為氣化劑氣流通道，調(diào)速器圓柱筒以內(nèi)和點火燒嘴之外的空間為燃料顆粒通道，點火燒嘴中心軸線和調(diào)速器中心軸線重合， 點火燒嘴沿鈍體中心軸線穿過鈍體，鈍體在點火燒嘴底部和點火燒嘴焊接連接，鈍體底圓直徑大于調(diào)速器圓柱筒內(nèi)徑但小于殼體底部內(nèi)壁面底圓內(nèi)徑，鈍體頂點和殼體底部內(nèi)壁面底圓中心重合。以生物質(zhì)燃料或低熱值煤等低熱值固體燃料為主的各類民用合成燃氣，化工化肥行業(yè)煤制合成氣，電力(IGCC)和城市煤氣化等領(lǐng)域都可以使用本發(fā)明。發(fā)明節(jié)能和經(jīng)濟效益顯著。和傳統(tǒng)塊煤氣化相比，發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)控簡便，比氧耗330 360Nm302/kNm3 (C0+H2)，有效燃氣成分(CCHH2)含量89 92 %，碳轉(zhuǎn)化率大于99 %，冷煤氣熱效率80 83 %，煤氣化熱效率高達95 %。


圖1為發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對發(fā)明作進一步的說明。如圖1所示，低熱值固體燃料彌散氣化器，主要包括殼體1，調(diào)速器2，細圓管狀點火燒嘴3和圓錐形鈍體4。殼體1底部內(nèi)壁面為倒置式圓錐臺斜面。調(diào)速器2主要包括倒置式圓錐臺斜面和立式圓柱筒，圓柱筒底圓和圓錐臺斜面底圓大小相等且焊接連接成一體， 圓柱筒中心軸線和圓錐臺中心軸線重合，調(diào)速器2能上下移動以調(diào)節(jié)氣化劑氣流速度。殼體1底部內(nèi)壁面和調(diào)速器2圓錐臺斜面平行，殼體1底部內(nèi)壁面和調(diào)速器2圓錐臺中心軸線重合，殼體1底部內(nèi)壁面和調(diào)速器2圓錐臺斜面之間的空間為氣化劑氣流通道，氣化劑氣流通道中心線延長相交于調(diào)速器2中心軸線，調(diào)速器2移動到最低位置時完全切斷氣化劑氣流通道。調(diào)速器2圓柱筒內(nèi)腔設(shè)置點火燒嘴3，調(diào)速器2圓柱筒以內(nèi)和點火燒嘴之外的空間為燃料顆粒通道。點火燒嘴3呈細圓管狀，安裝在調(diào)速器2圓柱筒內(nèi)，點火燒嘴3圓管內(nèi)通入點火燃料和點火助燃空氣。點火燒嘴3中心軸線和調(diào)速器2中心軸線重合，點火燒嘴 3沿鈍體4中心軸線穿過鈍體4，鈍體4在點火燒嘴3底部和點火燒嘴3焊接連接成一體。 鈍體4底圓直徑大于調(diào)速器2圓柱筒內(nèi)徑，但小于殼體1底部內(nèi)壁面底圓內(nèi)徑。鈍體4頂點和殼體1底部內(nèi)壁面底圓中心重合。除調(diào)速器2在殼體1內(nèi)能上下移動外，其余部件位置均為固定不動，即殼體1位置固定不動，鈍體4固定在點火燒嘴3上，點火燒嘴3連同鈍體4位置固定不動。鈍體4頂點和殼體1底部內(nèi)壁面底圓中心重合，殼體1底部內(nèi)壁面底圓平面即為立式氣化爐爐膛內(nèi)壁頂面，完成發(fā)明所指的彌散氣化器后鈍體4位于立式氣化爐爐膛里。 立式氣化爐頂壁中心留有氣化器安裝孔，彌散氣化器懸掛式安裝，彌散氣化器中心軸線和立式氣化爐中心軸線重合。點火燒嘴3連同鈍體4不能從調(diào)速器2的燃料通道里拉出。停爐維修時，先移走調(diào)速器2，再移走點火燒嘴3和鈍體4。正常工作時，燃料粉末從調(diào)速器2圓柱筒內(nèi)腔自由落下。氣化劑從殼體1底部內(nèi)壁面和調(diào)速器2圓錐臺斜面之間空間以一定速度斜向下噴入，氣化劑氣流可以是富氧空氣氣流、水蒸汽氣流或富氧空氣與水蒸汽混合氣流，溫度可以是常溫或高溫，氣化劑氣流速度不超過70m/s。燃料在調(diào)速器2圓柱筒內(nèi)腔里沿圓周方向均勻分布。燃料顆粒離開調(diào)速器 2后沿調(diào)速器2中心軸線方向下落，在立式圓錐形鈍體4作用下被均勻分散，并沿鈍體4圓錐側(cè)面繼續(xù)下落。在燃料顆粒沿鈍體4圓錐側(cè)面斜向下下落過程中遇到斜向噴入的氣化劑氣流，燃料顆粒和環(huán)狀氣化劑氣流“聚焦”于鈍體4圓錐側(cè)面上。在氣化劑氣流強湍流攪混作用下，燃料顆粒自動均勻分布于氣化劑射流中。燃料顆粒自動摻混于氣化劑氣流效果是受控于氣-固兩相流動量守恒。顆粒離開鈍體4圓錐面后，在氣化劑氣流和鈍體4圓錐面作用下，燃料顆粒進行斜拋運動并沿氣化爐爐膛圓周方向均勻分布，鈍體4底圓下方自然形成高溫回流區(qū)。燃料顆粒揮發(fā)分首先釋放，接著固定碳氣化，最后形成灰渣。高溫灰渣不和氣化爐內(nèi)壁接觸，避免高溫灰渣對氣化爐內(nèi)壁的沖刷，延長了氣化爐爐襯壽命。在回流區(qū)作用下，小部分燃料顆粒被卷吸進入，加上點火燒嘴3局部補充熱量，回流區(qū)燃料顆粒首先氣化，高溫氣化反應(yīng)接著擴散延伸到鈍體4以外的氣粒兩相流動區(qū)，進而引發(fā)整個爐膛的氣化反應(yīng)。鈍體4底圓下方高溫回流區(qū)的設(shè)置，既保證了燃燒氣化反應(yīng)的穩(wěn)定性，又啟動了氣化爐絕大部分燃料顆粒的氣化反應(yīng)。整個氣化爐只需安裝一個噴嘴，就可以達到大的氣化處置能力，高的爐膛空間利用率，滿足可工業(yè)化煤氣化生產(chǎn)需要。發(fā)明具有“調(diào)速器2圓錐臺斜面能上下移動”技術(shù)特征。該特征導致的直接技術(shù)效果是在0 70m/s范圍連續(xù)調(diào)節(jié)變化氣化劑氣流速度，彌散氣化器的氣化處置能力寬調(diào)節(jié)范圍變化，滿足了彌散氣化器工業(yè)化和系列化生產(chǎn)制造的需要。調(diào)速器2沿中心軸線能上下移動，從而改變氣化劑氣流通道面積達到控制氣化劑氣流流量和噴入速度，當調(diào)速器2 向下運動到調(diào)速器2圓錐臺曲面和殼體1底部內(nèi)壁面重合時，可完全堵死氣化劑氣流通道而使得氣流劑氣流流量減小到零。發(fā)明具有“燃料顆粒和氣化劑氣流爐內(nèi)預(yù)混”技術(shù)特征。該特征導致的直接技術(shù)效果是強化了氣粒兩相混合，確保了氣化反應(yīng)安全進行。鈍體4圓錐面以上附近區(qū)域為氣粒預(yù)混區(qū)，鈍體4位置不動確定了氣粒預(yù)混區(qū)位置不動，調(diào)速器2上下移動也不會導致氣粒預(yù)混區(qū)位置發(fā)生變化。在預(yù)混區(qū)里，環(huán)狀氣化劑射流斜向噴入使得氣粒兩相“聚焦”于鈍體4 圓錐面，存在強的氣化劑氣流湍流攪混作用，燃料顆粒自然地均勻摻混于氣化劑氣流中。預(yù)混區(qū)設(shè)置于氣化爐內(nèi)，確保了回火作用不擴散到爐外，提高了氣化操作安全性。發(fā)明具有“圓錐形鈍體4”技術(shù)特征。該特征導致的直接技術(shù)效果是在氣化爐爐膛里均勻分布氣化劑和燃料顆粒，提供了穩(wěn)定可靠的點火源。鈍體4圓錐面使得絕大部分燃料顆粒沿圓周方向均勻散開并在氣化爐內(nèi)作斜拋運動和均勻分布，避免了使用輔助氣流。 鈍體4底圓設(shè)置促使了高溫回流區(qū)的形成，提供了氣化爐氣化反應(yīng)所需的穩(wěn)定點火條件， 達到了提前著火，使得燃料顆粒在落至氣化爐底面以前后能被完全充分氣化。在彌散氣化器的調(diào)速器2圓錐臺斜面上下移動調(diào)節(jié)氣化劑氣流速度、氣粒兩相爐內(nèi)預(yù)混和鈍體4均勻布料等綜合作用下，在一個大的氣化處置能力范圍里，固定碳和二氧化碳氣化反應(yīng)徹底完全，氣化爐爐膛里無局部火焰和局部高溫，實現(xiàn)彌散氣化、均勻氣化和無焰氣化等理想效果。以生物質(zhì)燃料或低熱值煤等低熱值固體燃料為主的各類民用合成燃氣，化工化肥行業(yè)煤制合成氣，電力(IGCC)和城市煤氣化等領(lǐng)域都可以使用本發(fā)明所指的彌散氣化器。 彌散氣化器節(jié)能和經(jīng)濟效益顯著。和傳統(tǒng)塊煤氣化相比，彌散氣化器結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)控簡便， 下料系統(tǒng)簡單。安裝使用彌散氣化器后，比氧耗330 360Nm302/kNm3(CCHH2)，有效燃氣成分(CCHH2)含量89 92 %，碳轉(zhuǎn)化率大于99 %，冷煤氣熱效率80 83 %，煤氣化熱效率高達95 %，合成煤氣達到中熱值水平。
權(quán)利要求
1.低熱值固體燃料彌散氣化器，主要包括殼體(1)，調(diào)速器O)，細圓管狀點火燒嘴(3) 和圓錐形鈍體G)，其特征在于殼體(1)底部內(nèi)壁面為倒置式圓錐臺斜面，調(diào)速器(2)主要包括倒置式圓錐臺斜面和立式圓柱筒，調(diào)速器(3)圓柱筒底圓和圓錐臺斜面底圓大小相等且焊接連接，調(diào)速器⑵能上下移動，殼體⑴底部內(nèi)壁面和調(diào)速器⑵圓錐臺斜面平行，殼體(1)底部內(nèi)壁面中心軸線和調(diào)速器O)圓錐臺中心軸線重合，殼體(1)底部內(nèi)壁面和調(diào)速器O)圓錐臺斜面之間的空間為氣化劑氣流通道，調(diào)速器O)圓柱筒以內(nèi)和點火燒嘴之外的空間為燃料顆粒通道，點火燒嘴(3)中心軸線和調(diào)速器(2)中心軸線重合，點火燒嘴(3)沿鈍體(4)中心軸線穿過鈍體，鈍體(4)在點火燒嘴(3)底部和點火燒嘴(3)焊接連接，鈍體(4)底圓直徑大于調(diào)速器O)圓柱筒內(nèi)徑但小于殼體(1)底部內(nèi)壁面底圓內(nèi)徑，鈍體(4)頂點和殼體(1)底部內(nèi)壁面底圓中心重合。
全文摘要
低熱值固體燃料彌散氣化器，主要包括殼體(1)，調(diào)速器(2)，細圓管狀點火燒嘴(3)和圓錐形鈍體(4)。殼體(1)底部內(nèi)壁面為倒置式圓錐臺斜面。調(diào)速器(2)主要包括倒置式圓錐臺斜面和立式圓柱筒，能上下移動。殼體(1)底部內(nèi)壁面和調(diào)速器(2)圓錐臺斜面平行并圍成氣化劑通道，調(diào)速器(2)圓柱筒為燃料通道。和調(diào)速器(2)同軸線的點火燒嘴(3)沿鈍體(4)中心軸線穿過鈍體(4)，鈍體(4)頂點和殼體(1)底面中心重合。以生物質(zhì)或粉煤為主的化肥煤制合成氣，電力(IGCC)和城市煤氣等可使用本發(fā)明。本發(fā)明節(jié)能經(jīng)濟效益顯著，下料系統(tǒng)簡單，調(diào)控簡便，CO+H2含量89～92％，碳轉(zhuǎn)化率＞99％，煤氣化熱效率高達95％，煤氣熱值達到中熱值水平。
文檔編號C10J3/50GK102358850SQ201110269298
公開日2012年2月22日 申請日期2011年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月13日
發(fā)明者劉雨夢, 胡菁菁, 艾元方, 陳洪東 申請人:中南大學