一種微正壓空氣氣化的氣流床粉煤氣化爐的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種微正壓空氣氣化的氣流床粉煤氣化爐。目前應(yīng)用在工業(yè)燃?xì)庵苽湫袠I(yè)普遍都是常壓的固定床氣化爐，高效的粉煤氣流床氣化技術(shù)在微正壓、空氣作為氣化劑的情況下用于制備工業(yè)燃?xì)膺€存在著相當(dāng)一些困難。本實(shí)用新型的特征在于所述的氣化爐本體上設(shè)有至少一排壁面燒嘴，每排壁面燒嘴包括若干個(gè)壁面燒嘴且沿氣化爐本體的周向間隔布置，壁面燒嘴的軸線與其和氣化爐本體交點(diǎn)處切線所成的夾角為50～85°，壁面燒嘴的軸線與氣化爐本體壁面所成的夾角為35～110°；所述氣化爐排渣口的底面下方設(shè)有至少一個(gè)以上垂直往上的爐底燒嘴。本實(shí)用新型有效減少了爐內(nèi)煤粉落入渣池的數(shù)量，適合于在微正壓、以空氣作為氣化劑生產(chǎn)工業(yè)燃?xì)狻?br> 【專利說(shuō)明】一種微正壓空氣氣化的氣流床粉煤氣化爐
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及煤、生物質(zhì)、石油焦等固態(tài)含碳燃料與氣化劑在高溫下反應(yīng)生成CO、H2的氣流床氣化反應(yīng)器領(lǐng)域，尤其是一種微正壓空氣氣化的氣流床粉煤氣化爐。
【背景技術(shù)】
[0002]煤制低熱值的人工燃?xì)庠跈C(jī)械、冶金、建材等行業(yè)有著廣泛的用途，當(dāng)前普遍使用固定床氣化爐來(lái)制造人工燃?xì)?，熱值最高可達(dá)1200kcal/M3，固定床氣化爐需要以塊煤為原料、碳轉(zhuǎn)化率低、單爐產(chǎn)量低、操控自動(dòng)化程度低、煤氣中含有焦油等缺點(diǎn)，人們希望以更好的氣化技術(shù)來(lái)替代傳統(tǒng)的固定床氣化技術(shù)。
[0003]氣流床粉煤氣化技術(shù)具備碳轉(zhuǎn)換率高、煤氣中不含焦油、煤種要求不高、全自動(dòng)化操控等諸多優(yōu)勢(shì)，非常適應(yīng)于大規(guī)模的煤氣化產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前已經(jīng)較為廣泛地應(yīng)用于煤化工行業(yè)，一般用純氧作為氣化劑、在高壓下進(jìn)行氣化反應(yīng)制備合成氣，每小時(shí)投煤量在數(shù)十噸以上。然而這樣設(shè)備系統(tǒng)復(fù)雜，造價(jià)昂貴，無(wú)法將這類技術(shù)應(yīng)用到小型的工業(yè)燃?xì)庵苽湫袠I(yè)。
[0004]小型工業(yè)燃?xì)獾闹苽渫ǔ２捎每諝庾鳛闅饣瘎?，需要在微正壓情況下進(jìn)行氣化。按照現(xiàn)有氣流床氣化技術(shù)理論(燃料在爐內(nèi)停留3?5s時(shí)間)來(lái)設(shè)計(jì)這類氣流床反應(yīng)器，氣化反應(yīng)器的體積會(huì)相當(dāng)大，爐膛壁面散熱量很大，會(huì)導(dǎo)致氣化爐出口煤氣的有效氣體含量很低(C0+H2〈20%)，影響了氣流床氣化技術(shù)在工業(yè)燃?xì)庵苽湫袠I(yè)的推廣與應(yīng)用。比如華東理工大學(xué)設(shè)計(jì)的一排壁面燒嘴和一排給氧燒嘴的氣流床氣化爐的空氣常壓氣化示范裝置，產(chǎn)能僅為72噸/天，但氣化爐本體直徑就為2.2米，高度更達(dá)到了 11米，有效氣體含量(C0+H2)僅僅為 17%。
[0005]氣化爐本體體積過(guò)大，直接導(dǎo)致設(shè)備造價(jià)大幅度提高，安裝運(yùn)輸極不方便，爐體散熱量太大，余熱得不到有效的利用，因此制約了氣流床氣化爐在工業(yè)燃?xì)庑袠I(yè)的應(yīng)用。
[0006]另外，現(xiàn)在運(yùn)行的氣流床氣化爐都有兩個(gè)通病，第一是排渣口的液態(tài)渣排放不暢，經(jīng)常有堵塞現(xiàn)象，需要經(jīng)常檢查和清理，影響氣化爐系統(tǒng)連續(xù)正常運(yùn)行；第二是較多的煤粉顆粒會(huì)從排渣口落入渣池，影響了燃料的利用率，造成一定程度的浪費(fèi)。如果采用空氣作為氣化劑，爐內(nèi)溫度更低，排渣口不能保證長(zhǎng)時(shí)間順利排渣，從而影響正常的工作。
[0007]綜上所述，在微正壓、以空氣作為氣化劑的工況下，需要開發(fā)出具備很高的單位容積氣化強(qiáng)度的氣化爐，減小氣化爐的體積，并能夠產(chǎn)生高熱值、低出口溫度的煤氣，工作時(shí)排渣順暢，且碳轉(zhuǎn)化率高，只有這樣，才能將氣流床氣化技術(shù)應(yīng)用到小型工業(yè)燃?xì)庵苽湫袠I(yè)。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0008]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種在微正壓環(huán)境下、利用空氣作為氣化劑的氣流床粉煤氣化爐，其體積小，單位容積的氣化強(qiáng)度大，其在微正壓、空氣氣化的條件下能夠產(chǎn)生高熱值、低出口溫度的煤氣，渣口排渣順暢，能夠?qū)崿F(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作，并且氣化爐爐內(nèi)的煤粉不容易通過(guò)渣口落入渣池，減小燃料的浪費(fèi)。
[0009]為此，本實(shí)用新型通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)解決上述技術(shù)問題:一種微正壓空氣氣化的氣流床粉煤氣化爐，包括氣化爐本體、安裝在氣化爐本體下方的渣池和位于氣化爐本體頂部的合成氣出口，氣化爐本體的底部開有氣化爐排渣口，其特征在于:
[0010]所述的氣化爐本體上設(shè)有至少一排壁面燒嘴，每排壁面燒嘴包括若干個(gè)壁面燒嘴且沿氣化爐本體的周向間隔布置，壁面燒嘴的軸線與其和氣化爐本體交點(diǎn)處切線所成的夾角為50?85°，壁面燒嘴的軸線與氣化爐本體壁面所成的夾角為35?110° ；
[0011]所述氣化爐排渣口的底面下方設(shè)有至少一個(gè)以上垂直往上的爐底燒嘴，爐底燒嘴頂面與氣化爐排渣口底面的距離大于100mm。
[0012]本實(shí)用新型通過(guò)調(diào)整每排壁面燒嘴噴入氣化反應(yīng)器的角度和控制每排壁面燒嘴氣化劑與氣化燃料的噴入量，控制氣化反應(yīng)器內(nèi)部流場(chǎng)也是重要的增強(qiáng)氣化反應(yīng)器的單位容積氣化強(qiáng)度的措施。通過(guò)調(diào)整以上參數(shù)使氣化反應(yīng)器火焰中心往下移動(dòng)，底部溫度升高，最高區(qū)域溫度達(dá)到1450?1600°C，為爐子上段的反應(yīng)提供了熱量，同時(shí)增大了高溫反應(yīng)的區(qū)域空間。另外要求整個(gè)爐膛由下往上，溫度呈由高往低的梯度，氣化反應(yīng)器本體下半段區(qū)域混合要完全充分，反應(yīng)最為強(qiáng)烈，本體上半段區(qū)域，要存在著明顯的多個(gè)燒嘴射流的卷吸回流、以及多個(gè)高速的強(qiáng)旋流場(chǎng)。整體氣流在強(qiáng)旋流的作用下，沿爐膛從底部盤旋而上，中間經(jīng)過(guò)多個(gè)卷吸回流，使之得到更加充分的混合。要達(dá)到這樣的氣化反應(yīng)流場(chǎng)，本實(shí)用新型通過(guò)調(diào)整每排壁面燒嘴達(dá)到合理的噴入角度、以及壁面燒嘴氣化劑與氣化燃料的噴入比例是完全可以實(shí)現(xiàn)的。
[0013]本實(shí)用新型中，設(shè)置在排渣口底部以下位置的爐底燒嘴一般情況下僅僅噴入氣化齊U，不噴入氣化燃料，通過(guò)爐底燒嘴由下往上噴入的氣化劑起到十分重要的作用。其一，爐底燒嘴噴入的射流與壁面燒嘴形成環(huán)形流場(chǎng)結(jié)合，增強(qiáng)了氣化爐內(nèi)流場(chǎng)的擾動(dòng)，加強(qiáng)了氣化燃料與氣化劑的混合，有效促進(jìn)了氣化反應(yīng)的進(jìn)行；其二，由于爐底燒嘴噴入的空氣導(dǎo)致爐膛中下部區(qū)域以及排渣口區(qū)域內(nèi)形成了一個(gè)高溫區(qū)域，擴(kuò)大了高溫氣化的空間，并且在高溫環(huán)境下氣化反應(yīng)更加趨向迅速，爐子因此提高了氣化強(qiáng)度。其三，爐底燒嘴噴入的射流有效地改善了爐膛內(nèi)的溫度分布情況，氣化爐內(nèi)的溫度從底部到頂部呈現(xiàn)了一個(gè)由高往低的走向，非常適合氣化反應(yīng)的特點(diǎn)，煤氣出口溫度低，煤氣熱值高。其四，氣化爐底部的高溫區(qū)域，保證了液態(tài)渣的流動(dòng)性，排渣口不容易被堵塞，而且爐底燒嘴由下往上噴射的氣流有效地減小了煤粉通過(guò)排渣口落入渣池的可能性。
[0014]作為對(duì)上述技術(shù)方案的進(jìn)一步完善和補(bǔ)充，本實(shí)用新型采取以下技術(shù)措施:
[0015]氣化爐高度與直徑的比例為1:1?4:1 ;所有壁面燒嘴到氣化爐底部的高度與氣化爐高度之比為O:1?0.5:1。
[0016]壁面燒嘴的軸線與其和氣化爐本體交點(diǎn)處切線所成的夾角為70?78°，壁面燒嘴的軸線與氣化爐本體壁面所成的夾角為70?90°。
[0017]氣化反應(yīng)器工作時(shí)，氣化劑或/和氣化燃料通過(guò)壁面燒嘴射入氣化爐本體內(nèi)進(jìn)行氣化反應(yīng),氣化劑通過(guò)爐底燒嘴由下往上射入氣化爐本體內(nèi)進(jìn)行氣化反應(yīng),所得的合成氣從氣化爐本體頂部的出口排出，液態(tài)渣從氣化爐排渣口落入渣池水中激冷。壁面燒嘴的流速為50?300m/s，爐底燒嘴的流速為5?100m/s。
[0018]上述氣流床粉煤氣化爐的氣化方法如下:氣化反應(yīng)器工作時(shí)，氣化劑或/和氣化燃料通過(guò)壁面燒嘴射入氣化爐本體內(nèi)進(jìn)行氣化反應(yīng),氣化劑通過(guò)爐底燒嘴由下往上射入氣化爐本體內(nèi)進(jìn)行氣化反應(yīng)，所得的合成氣從氣化爐本體頂部的出口排出，液態(tài)渣從氣化爐排渣口落入渣池水中激冷。
[0019]本實(shí)用新型中，設(shè)置在氣化爐本體上的壁面燒嘴以高速的射流噴入爐膛內(nèi)，氣化燃料在爐膛內(nèi)以一定的假想切圓直徑開始燃燒，由于高速射流在爐膛內(nèi)形成了一個(gè)高速旋轉(zhuǎn)的流場(chǎng)，加上每一支射流本身會(huì)產(chǎn)生的回流，使得氣化燃料與氣化劑充分接觸，迅速得到充分的反應(yīng)。
[0020]實(shí)踐證明:本實(shí)用新型的氣化爐中，增大氣化爐壁面噴嘴的排數(shù)、加大壁面燒嘴的射流速度、設(shè)置了爐底燒嘴能夠有效地提高氣化爐單位容積的氣化強(qiáng)度，煤粉燃料在爐內(nèi)僅僅停留0.5?Is時(shí)間，設(shè)計(jì)的氣化爐體積大幅度減小，碳轉(zhuǎn)化率可以到達(dá)90%以上，在微正壓的情況下、以空氣作為氣化劑能夠生產(chǎn)高熱值的煤氣(有效氣體含量大于30%)，而且工作時(shí)渣口不會(huì)堵塞，能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)工作。
[0021]本實(shí)用新型具有的有益效果是:能夠使得氣化燃料在微正壓、空氣作為氣化劑的前提下，氣化燃料在爐內(nèi)僅僅只是停留0.5?Is時(shí)間，即可實(shí)現(xiàn)大于90%的碳轉(zhuǎn)化率，出口煤氣中的有效氣體成分大于30%，煤氣熱值高。本實(shí)用新型的氣化爐體積小，連續(xù)工作渣口不會(huì)堵塞，并且減小了煤粉通過(guò)排渣口落入渣池所引起的燃料浪費(fèi)，非常適合于利用煤粉制備工業(yè)燃?xì)獾膱?chǎng)合。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖2為本實(shí)用新型壁面燒嘴水平斷面的布置示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合說(shuō)明書附圖給出本實(shí)用新型較佳的實(shí)施例，以詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案。
[0025]實(shí)施例1
[0026]如圖1-2所示的氣化爐，其由氣化爐本體1、渣池5、設(shè)置在氣化爐排渣口 4底部的爐底噴嘴6和設(shè)置在氣化爐本體上的4排壁面燒嘴2組成，氣化爐的合成氣出口 3位于氣化爐本體的頂部，氣化爐的排渣口 4位于氣化爐本體的底部。爐底燒嘴6設(shè)置在氣化爐排渣口 4底面以下，氣化爐本體I呈圓柱體狀，每一排壁面燒嘴2中的4個(gè)壁面燒嘴2沿氣化爐本體I的周向間隔布置，壁面燒嘴2的軸線與氣化爐本體交點(diǎn)處切線的夾角β 2為70?75° ;壁面燒嘴2的軸線與氣化爐本體壁面的夾角β I為80?90°。通過(guò)全部壁面燒嘴射入氣化爐內(nèi)的氣化劑占全部氣化劑的90%，氣化燃料通過(guò)壁面燒嘴射入氣化爐內(nèi)，氣化燃料其中一排壁面燒嘴噴入，也可以通過(guò)多排噴入。
[0027]所述的爐底燒嘴垂直往上布置，其豎部軸線與氣化爐排渣口軸線位于同一位置上，爐底燒嘴6頂面與排渣口 4底面的距離L2為400mm ;爐底燒嘴6可以設(shè)置一個(gè)，也可以多個(gè)并聯(lián)組成，優(yōu)選為一個(gè)。通過(guò)全部爐底燒嘴射入氣化爐內(nèi)的氣化劑占全部氣化劑總量的10%，爐底燒嘴不噴入氣化燃料。
[0028]所有壁面燒嘴2到氣化爐底部的高度LI與氣化爐高度H之比為O:1?0.5:1，優(yōu)先方案為0.2:1~0.35:1 ；
[0029]氣化爐的點(diǎn)火裝置與壁面燒嘴2結(jié)合在一起布置。工作時(shí)，氣流床氣化反應(yīng)器的點(diǎn)火裝置首先點(diǎn)火為氣化反應(yīng)器爐內(nèi)升溫，待上升到一定溫度后開始從壁面燒嘴2向爐體送入氣化燃料和氣化劑。
[0030]通過(guò)設(shè)置多排和調(diào)整每排壁面燒嘴2噴入氣化爐的角度β 1、β 2和控制每排壁面燒嘴2氣化劑與氣化燃料的噴入量，在爐內(nèi)形成強(qiáng)旋轉(zhuǎn)的流場(chǎng)；通過(guò)爐底燒嘴噴入的氣化劑對(duì)流場(chǎng)形成更大的擾動(dòng)，擴(kuò)大了高溫氣化空間，增強(qiáng)了混合速度與氣化速度，爐子因此提高了氣化強(qiáng)度。由于底部燒嘴射入的氣化劑使?fàn)t膛底部呈現(xiàn)更高溫度、爐子內(nèi)存在由下往上均勻的溫度梯度，有利于液態(tài)渣從渣口順利落入渣池，保證氣化爐連續(xù)正常工作，同時(shí)有利于減少煤粉顆粒落入渣池。
[0031]氣化反應(yīng)時(shí)，如果需要添加其他的氣化劑、催化劑等則可以通過(guò)壁面燒嘴2噴入爐內(nèi)。
[0032]最后，反應(yīng)生成的液態(tài)渣經(jīng)過(guò)排渣口 4排出氣化爐外的渣池。
[0033]此外上述氣化劑為空氣、含氧量21~90%以上的富氧、含氧量100%的純氧、水蒸汽中的一種或者任幾種的混合物；含碳燃料為煤粉、生物質(zhì)顆粒、石油焦粉中的一種或任幾種的混合物。
[0034]氣化爐本體I部位的爐襯結(jié)構(gòu),可以采用絕熱的爐襯結(jié)構(gòu)，也可以采用水冷壁或?qū)嵊偷绕渌麄鳠峤橘|(zhì)作為爐襯，也可以采用風(fēng)冷方式的爐襯結(jié)構(gòu)。
[0035]實(shí)施例2
[0036]下面的實(shí)施例將結(jié)合采用本實(shí)用新型與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)在相同氣化反應(yīng)條件下的實(shí)驗(yàn)對(duì)比數(shù)據(jù)對(duì)本實(shí)用新型予以進(jìn)一步說(shuō)明:
[0037]以日處理燃料為72噸煤的規(guī)模、氣化壓力為0.003MPa(G)、氣化劑為空氣、氣化燃料為煤粉、煤粉粒徑為200目的氣化反應(yīng)為例。煤質(zhì)分析如下表所示。
[0038]
【權(quán)利要求】
1.一種微正壓空氣氣化的氣流床粉煤氣化爐，包括氣化爐本體(I)、安裝在氣化爐本體(I)下方的渣池(5)和位于氣化爐本體頂部的合成氣出口(3)，氣化爐本體(I)的底部開有氣化爐排渣口(4)，其特征在于: 所述的氣化爐本體(I)上設(shè)有至少一排壁面燒嘴(2)，每排壁面燒嘴包括若干個(gè)壁面燒嘴且沿氣化爐本體的周向間隔布置，壁面燒嘴(2)的軸線與其和氣化爐本體(I)交點(diǎn)處切線所成的夾角(β 2)為50?85°，壁面燒嘴(2)的軸線與氣化爐本體(I)壁面所成的夾角(β I)為 35 ?110° ； 所述氣化爐排渣口(4)的底面下方設(shè)有至少一個(gè)以上垂直往上的爐底燒嘴(6)，爐底燒嘴頂面與氣化爐排渣口底面的距離(L2)大于100mm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微正壓空氣氣化的氣流床粉煤氣化爐，其特征在于，氣化爐高度(H)與直徑(D)的比例為1:1?4:1 ;所有壁面燒嘴(2)到氣化爐底部的高度(LI)與氣化爐高度(H)之比為O:1?0.5:1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微正壓空氣氣化的氣流床粉煤氣化爐，其特征在于，壁面燒嘴(2)的軸線與其和氣化爐本體(I)交點(diǎn)處切線所成的夾角(β 2)為70?78。，壁面燒嘴(2)的軸線與氣化爐本體(I)壁面所成的夾角(β I)為70?90°。
【文檔編號(hào)】C10J3/54GK203668327SQ201420036788
【公開日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2014年1月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月21日
【發(fā)明者】徐頌, 李季偉, 曹小旭, 葛淑軍, 朱延伍, 王劍峰, 楊曄, 程良燦, 曹迪歐 申請(qǐng)人:杭州全合科技有限公司