一種氣化劑強(qiáng)旋轉(zhuǎn)粉煤氣化爐及氣化方法
【專利摘要】一種氣化劑強(qiáng)旋轉(zhuǎn)粉煤氣化爐及氣化方法，本發(fā)明涉及一種氣化爐及氣化方法，本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中氣化爐內(nèi)壁面容易磨損，氣化爐中心回流區(qū)不穩(wěn)定，容易引發(fā)偏燒的問(wèn)題，導(dǎo)致氣化爐停車，給企業(yè)造成經(jīng)濟(jì)損失的問(wèn)題，它包括粉煤燒嘴、氣化爐體、水冷壁、合成氣通道管和氣化劑噴口，氣化爐體是由半球體和圓柱體組成，水冷壁安裝在氣化爐體內(nèi)，水冷壁由多根豎直圓管并排設(shè)置組成，氣化爐膛是由水冷壁圍成的回轉(zhuǎn)體，渣池位于氣化爐體的底部，合成氣通道插裝在氣化爐體的下部，氣化劑噴口由上至下依次均布并排設(shè)置在氣化爐體上部的側(cè)壁上，粉煤燒嘴安裝在氣化爐體的頂部，本發(fā)明屬于煤氣化領(lǐng)域。
【專利說(shuō)明】
一種氣化劑強(qiáng)旋轉(zhuǎn)粉煤氣化爐及氣化方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種氣化爐及氣化方法，具體涉及一種氣化劑強(qiáng)旋轉(zhuǎn)粉煤氣化爐及氣化方法，屬于煤氣化領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]煤氣化技術(shù)是高效清潔的潔凈煤技術(shù)。氣化劑強(qiáng)旋轉(zhuǎn)粉煤氣化技術(shù)是一種新型的干粉煤氣化技術(shù)，具有氣化強(qiáng)度高、生產(chǎn)能力大、碳轉(zhuǎn)化率高、煤種適用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在煤氣化領(lǐng)域已經(jīng)開始嶄露頭角。為了解決現(xiàn)有粉煤氣化技術(shù)中存在的燒嘴壽命短、氣化爐內(nèi)壁面掛渣不均勻等問(wèn)題，本
【申請(qǐng)人】前期申請(qǐng)了一系列與氣化劑強(qiáng)旋轉(zhuǎn)粉煤氣化劑技術(shù)相關(guān)的中國(guó)發(fā)明專利如CN201510578780.2、CN105087073A、CN201510579029.4、CN201510578779.X、CN201510579028.X、CN201510579030.7、CN201510579057.6和CN201510578724.9。以上發(fā)明專利雖然解決了氣化爐內(nèi)壁面掛渣不均勻等問(wèn)題，但是仍然存在著以下可能影響氣化爐安全、經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行的隱患:I氣化爐內(nèi)壁面容易磨損;2氣化爐中心回流區(qū)不穩(wěn)定，容易引發(fā)偏燒等問(wèn)題。以上問(wèn)題導(dǎo)致氣化爐經(jīng)常停車，而氣化爐作為化工企業(yè)的生產(chǎn)源頭，一旦停車，導(dǎo)致整個(gè)生產(chǎn)線全部停運(yùn)，整個(gè)生產(chǎn)線停運(yùn)一次給企業(yè)造成巨額經(jīng)濟(jì)損失。例如:一套造氣量80000Nm3/h的煤氣化生產(chǎn)線停運(yùn)一次經(jīng)濟(jì)損失達(dá)4000萬(wàn)元以上。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中氣化爐內(nèi)壁面容易磨損，氣化爐中心回流區(qū)不穩(wěn)定，容易引發(fā)偏燒的問(wèn)題，導(dǎo)致氣化爐停車，給企業(yè)造成經(jīng)濟(jì)損失的問(wèn)題，進(jìn)而提供一種氣化劑強(qiáng)旋轉(zhuǎn)粉煤氣化爐及氣化方法。
[0004]本發(fā)明為解決上述問(wèn)題采取的技術(shù)方案是:它包括粉煤燒嘴、氣化爐體、水冷壁、合成氣通道管和氣化劑噴口，氣化爐體是由半球體和圓柱體組成，水冷壁安裝在氣化爐體內(nèi)，水冷壁由多根豎直圓管并排設(shè)置組成，氣化爐膛是由水冷壁圍成的回轉(zhuǎn)體，氣化爐膛的內(nèi)徑為D，渣池位于氣化爐體的底部，合成氣通道插裝在氣化爐體的下部，氣化劑噴口由上至下依次均布并排設(shè)置在氣化爐體上部的側(cè)壁上，且每個(gè)氣化劑噴口沿氣化爐膛的切線方向插入氣化爐膛內(nèi)，且每個(gè)氣化劑噴口的噴口中心線均水平設(shè)置，粉煤燒嘴安裝在氣化爐體的頂部，且粉煤燒嘴的軸線與氣化爐膛的軸線重合，位于上方的氣化劑噴口至粉煤燒嘴出口端的距離為L(zhǎng)，L的取值為0.2D-0.45D。
[0005]所述氣化方法的具體步驟如下:
[0006]步驟一、設(shè)定氣化爐膛內(nèi)部壓力為0.1?4MPa，氣化爐膛的運(yùn)行溫度為1250?1600°C；
[0007]步驟二、溫度為25?100°C的干粉煤由氮?dú)饣蚨趸細(xì)怏w攜帶以旋流方式經(jīng)粉煤燒嘴送入氣化爐膛內(nèi)部；占總量10%?40%的溫度為20?400°C的氣化劑以旋流的方式經(jīng)粉煤燒嘴噴入氣化爐膛內(nèi)部，氣化劑與粉煤在爐頂區(qū)域同向旋轉(zhuǎn)向下混合流動(dòng)；
[0008]步驟三、粉煤與氣化劑混合氣流接觸到中心回流區(qū)卷吸回來(lái)的高溫合成氣后，被其點(diǎn)燃，在氣化爐膛頂部燃燒形成熔渣；
[0009]步驟四、剩余占總量60%?90%的溫度為20?400°C的氣化劑通過(guò)所述氣化劑噴口以100?200m/s的速度沿爐高分層切向噴入氣化爐膛，高速的氣化劑氣流沖入爐膛后形成強(qiáng)烈旋轉(zhuǎn)氣流，在離心力的作用下，約80%的熔渣被甩在爐壁面形成較厚的渣層，渣層均勻，旋轉(zhuǎn)氣流不斷沖刷爐膛壁面上的渣層，并與其發(fā)生強(qiáng)烈氣化反應(yīng)；
[0010]步驟五、氣化生成的粗煤氣通過(guò)所述合成氣通道流出氣化爐膛，生成的液態(tài)渣沿壁面流入渣池，冷卻后通過(guò)底部排渣口排出。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:
[0012]—、本發(fā)明的氣化爐能夠形成穩(wěn)定、適中的中心回流區(qū)，粉煤著火穩(wěn)定。如本
【申請(qǐng)人】前期申請(qǐng)的，與氣化劑強(qiáng)旋轉(zhuǎn)粉煤氣化爐技術(shù)相關(guān)的中國(guó)發(fā)明專利CN201510578780.2、CN105087073A、CN2015105790 29.4、CN201510578779.X、CN2015105790 28.X、CN201510579030.7、CN201510579057.6和CN201510578724.9所述，氣化劑強(qiáng)旋轉(zhuǎn)粉煤氣化爐頂部存在著三股氣流，分別為外層貼壁強(qiáng)旋轉(zhuǎn)氣流，中心的高溫回流，以及夾于二者之間由燒嘴噴入爐內(nèi)的粉煤氣化劑混合氣流。在最優(yōu)條件下，高溫的中心回流能夠回流到粉煤燒嘴根部，與粉煤氣流混合，點(diǎn)燃粉煤，可保證粉煤穩(wěn)定著火。但是上述這些中國(guó)發(fā)明專利沒(méi)有限制燒嘴與爐體直徑的比例，會(huì)出現(xiàn)下面這些問(wèn)題:I當(dāng)粉煤燒嘴內(nèi)布置的環(huán)形粉煤通道與環(huán)形氣化劑通道的中徑小于氣化爐爐體直徑的0.3倍時(shí)，從燒嘴噴出的粉煤氣化劑混合氣流與中心回流氣流會(huì)發(fā)生碰撞，向下擠壓回流區(qū)，導(dǎo)致中心回流區(qū)減小，中心回流無(wú)法向上回流到粉煤燒嘴根部，無(wú)法與粉煤氣流混合，不能及時(shí)點(diǎn)燃粉煤，燃燒不穩(wěn)定;2當(dāng)粉煤燒嘴內(nèi)布置的環(huán)形粉煤通道與環(huán)形氣化劑通道的中徑大于氣化爐爐體直徑的0.65倍時(shí)，此時(shí)粉煤氣流接近氣化爐壁:容易導(dǎo)致未經(jīng)歷過(guò)燃燒的固體粉煤顆粒直接沖刷氣化爐壁面，氣化爐內(nèi)壁面磨損，最終導(dǎo)致停車事故。本發(fā)明粉煤燒嘴內(nèi)布置的環(huán)形粉煤通道與環(huán)形氣化劑通道的外徑與爐膛直徑的比值取0.3-0.65，燒嘴直徑適中:能夠避免粉煤和氣化劑從燒嘴噴出后與中心回流區(qū)碰撞，中心回流能夠回流至粉煤燒嘴根部，粉煤能夠穩(wěn)定著火。
[0013]二、本發(fā)明的氣化爐消除了爐體氣化劑噴口區(qū)域氣化爐內(nèi)壁面容易磨損的隱患。本發(fā)明中，爐體最上層布置的氣化劑噴口 7與燒嘴I之間的垂直距離為氣化爐爐體直徑的
0.2?0.45倍，該距離能夠使粉煤與由爐體氣化劑噴口 7高速噴入的氣化劑相遇時(shí)尚未與爐壁接觸，消除了粉煤由于未軟化形成液態(tài)渣而對(duì)爐壁耐火層產(chǎn)生磨損的隱患。如本
【申請(qǐng)人】前期申請(qǐng)的，與氣化劑強(qiáng)旋轉(zhuǎn)粉煤氣化爐技術(shù)相關(guān)的中國(guó)發(fā)明專利CN201510578780.2、CN105087073A、CN2015105790 29.4、CN201510578779.X、CN2015105790 28.X、CN201510579030.7、CN201510579057.6和CN201510578724.9所述，氣化劑經(jīng)爐體氣化劑噴口高速噴入爐內(nèi)后，使?fàn)t內(nèi)形成強(qiáng)烈的旋轉(zhuǎn)氣流場(chǎng)，粉煤在強(qiáng)大的離心力作用下貼壁運(yùn)動(dòng)，發(fā)生強(qiáng)烈的燃燒氣化反應(yīng)。在最優(yōu)條件下，粉煤氣流進(jìn)入爐內(nèi)后在強(qiáng)烈的旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)作用下甩向壁面之前必須經(jīng)歷過(guò)燃燒反應(yīng)，使其溫度達(dá)到灰熔點(diǎn)以上形成液態(tài)渣，否則固體粉煤顆粒則會(huì)對(duì)氣化爐內(nèi)壁面產(chǎn)生強(qiáng)烈的摩擦，磨損水冷壁管最終導(dǎo)致停爐事故。但是如上提到的中國(guó)發(fā)明專利，并沒(méi)有限制爐體最上層布置的氣化劑噴口與燒嘴之間的垂直距離的關(guān)系:爐體最上層布置的氣化劑噴口與燒嘴之間的垂直距離小于氣化爐爐體直徑的0.2倍時(shí)，由于爐體氣化劑噴口區(qū)域存在的高速旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)，粉煤極易沒(méi)有經(jīng)歷過(guò)充分加熱軟化形成液態(tài)渣即被高速旋轉(zhuǎn)氣流捕獲，在強(qiáng)離心力作用下固體顆粒狀的粉煤在氣化爐內(nèi)壁面高速運(yùn)動(dòng)，與氣化爐內(nèi)壁面的耐火材料碳化硅發(fā)生強(qiáng)烈摩擦，很快就將耐火材料層磨損而引起水冷壁管燒損發(fā)生停爐事故，給企業(yè)帶來(lái)巨大損失；當(dāng)爐體最上層布置的氣化劑噴口與燒嘴之間的垂直距離大于氣化爐爐體直徑的0.45倍時(shí)，此時(shí)爐體氣化劑噴口與燒嘴之間的距離較遠(yuǎn)，粉煤噴入爐內(nèi)后因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間無(wú)法與約占總量80%的爐體噴入的氣化劑接觸混合，導(dǎo)致?tīng)t內(nèi)形成了較長(zhǎng)的未反應(yīng)段，浪費(fèi)了爐內(nèi)空間，并且在這段較長(zhǎng)的空間中，未反應(yīng)的固態(tài)粉煤顆粒極易在爐內(nèi)旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)的作用下被甩至氣化爐內(nèi)壁面磨損氣化爐耐火層甚至其耐火層包裹的水冷壁管，最終導(dǎo)致停車事故。本發(fā)明中氣化爐爐體插接的多個(gè)氣化劑噴口中，最上層布置的氣化劑噴口與燒嘴之間的垂直距離為氣化爐爐體直徑的0.2?0.45倍，距離適中:一方面能夠避免粉煤氣流從燒嘴噴出后未經(jīng)歷過(guò)充分軟化即被甩至氣化爐內(nèi)壁面上，磨損氣化爐內(nèi)壁面;另一方面能夠避免因爐體氣化劑噴口與燒嘴之間的垂直距離過(guò)大，導(dǎo)致?tīng)t內(nèi)形成未反應(yīng)段，浪費(fèi)爐內(nèi)空間，能夠確保粉煤氣流接觸至氣化爐內(nèi)壁面時(shí)，已經(jīng)變?yōu)橐簯B(tài)熔渣，不會(huì)對(duì)氣化爐內(nèi)壁面產(chǎn)生磨損，進(jìn)而減少停車次數(shù)，節(jié)省時(shí)間，節(jié)約維修成本，提尚企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效?。
[0014]三、本發(fā)明能夠使氣化劑與粉煤沿較大直徑的圓形噴入爐內(nèi)。由效果一可知，為了增大回流區(qū)，應(yīng)該適當(dāng)增大粉煤與氣化劑通道外徑，由于各通道的截面積不變，只能減小通道的厚度。由于較窄的通道難于加工，并且容易使粉煤攜帶的雜質(zhì)堵塞通道，引起氣化爐內(nèi)偏燒，燒損氣化爐水冷壁。這些因素限制了粉煤與氣化劑通道的外徑的增加，限制燒嘴直徑的增加?，F(xiàn)有技術(shù)中，其燒嘴直徑與爐體直徑的比例一般為0.1至0.2。粉煤燒嘴直徑較小，燒嘴噴出的粉煤和氣化劑混合氣流與中心回流碰撞，擠壓中心回流區(qū)，導(dǎo)致氣化爐頂部中心回流區(qū)較小甚至沒(méi)有回流，燒嘴處溫度較低，不利于穩(wěn)定著火。本發(fā)明粉煤與氣化劑經(jīng)過(guò)多根螺旋粉煤管20內(nèi)的粉煤通道19與氣化劑通道20噴入爐內(nèi)，多根螺旋粉煤管20圍成圓所在的外徑為d，氣化爐膛3直徑為D，d的取值為0.3D-0.65D，粉煤燒嘴直徑較大，粉煤和氣化劑從燒嘴噴出后旋轉(zhuǎn)向下流動(dòng)，在離心力的作用下向外擴(kuò)散，避免與中心回流區(qū)碰撞，避免擠壓中心回流區(qū)，氣化爐頂部中心回流區(qū)比較穩(wěn)定，溫度較高，有利于穩(wěn)定著火。
[0015]四、本發(fā)明粉煤顆粒停留時(shí)間長(zhǎng)。現(xiàn)有技術(shù)中螺旋粉煤管中心所在圓的直徑與爐膛直徑的比值較小時(shí)，粉煤燒嘴直徑較小，從燒嘴噴出的粉煤氣化劑混合氣流與中心回流氣流碰撞，會(huì)損失較多動(dòng)量，導(dǎo)致氣流旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度降低，粉煤顆粒爐內(nèi)停留時(shí)間短。本發(fā)明粉煤與氣化劑經(jīng)過(guò)多根螺旋粉煤管20內(nèi)的粉煤通道19與氣化劑通道20噴入爐內(nèi)，多根螺旋粉煤管20圍成圓所在的外徑為d，氣化爐膛3所成直徑為D，d的取值為0.3D-0.65D，粉煤燒嘴直徑較大，粉煤和氣化劑從燒嘴噴出后旋轉(zhuǎn)向下流動(dòng)，在離心力的作用下向外擴(kuò)散，避免與中心回流區(qū)碰撞，旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度大，粉煤顆粒在爐內(nèi)停留時(shí)間長(zhǎng)。
[0016]五、本發(fā)明有利于粉煤與氣化劑的混合，有利于氣化?，F(xiàn)有技術(shù)中采用三級(jí)水冷夾套保護(hù)燒嘴，粉煤通道與氣化劑通道之間有水冷夾套，水冷夾套由外壁、進(jìn)水通道、中間夾層、出水通道、外壁組成，因此水冷夾套較厚，厚度約為75mm。粉煤環(huán)腔通道與氣化劑環(huán)腔通道間隙小，約為10_。燒嘴出口處粉煤氣流與氣化劑氣流之間的距離是粉煤氣流厚度的7.5倍，不利于粉煤與氣化劑的迅速混合，不利于氣化反應(yīng)。本發(fā)明中每個(gè)螺旋粉煤管中均設(shè)有氣化劑通道和粉煤通道，氣化劑通道包裹在粉煤通道中間，兩通道間只相隔一層壁厚，約3mm。氣化劑包裹在粉煤中間以旋流的方式噴入爐膛，兩者迅速混合，有利于氣化反應(yīng)的進(jìn)行。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)的主視圖，圖2是圖1的A-A向視圖，圖3是本發(fā)明粉煤燒嘴I中設(shè)有四根螺旋粉煤管20的整體結(jié)構(gòu)主視圖，圖4是圖3張C-C向視圖，圖5是圖4張B處放大圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]【具體實(shí)施方式】一:結(jié)合圖1-圖5明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述一種氣化劑強(qiáng)旋轉(zhuǎn)粉煤氣化爐及氣化方法，它包括粉煤燒嘴1、氣化爐體2、水冷壁4、合成氣通道管5和氣化劑噴口 7，氣化爐體2是由半球體和圓柱體組成，水冷壁4安裝在氣化爐體2內(nèi)，水冷壁4由多根豎直圓管并排設(shè)置組成，氣化爐膛3是由水冷壁4圍成的回轉(zhuǎn)體，氣化爐膛3的內(nèi)徑為D，渣池6位于氣化爐體2的底部，合成氣通道5插裝在氣化爐體2的下部，氣化劑噴口 7由上至下依次均布并排設(shè)置在氣化爐體2上部的側(cè)壁上，且每個(gè)氣化劑噴口 7沿氣化爐膛3的切線方向插入氣化爐膛3內(nèi)，且每個(gè)氣化劑噴口7的噴口中心線均水平設(shè)置，粉煤燒嘴I安裝在氣化爐體2的頂部，且粉煤燒嘴I的軸線與氣化爐膛3的軸線重合，位于上方氣化劑噴口 7至粉煤燒嘴I出口端的距離為L(zhǎng)，L的取值為0.2D-0.45D。
[0019]【具體實(shí)施方式】二:結(jié)合圖1和圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述一種氣化劑強(qiáng)旋轉(zhuǎn)粉煤氣化爐及氣化方法，粉煤燒嘴I內(nèi)設(shè)有旋流葉片9、第一粉煤通道10和第一氣化劑通道11，第一粉煤通道10套設(shè)在第一氣化劑通道11上，第一粉煤通道10外徑的取值范圍為
0.3D-0.65D，第一氣化劑通道11外徑的取值范圍為0.3D-0.65D，與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0020]【具體實(shí)施方式】三:結(jié)合圖2-圖4說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述一種氣化劑強(qiáng)旋轉(zhuǎn)粉煤氣化爐及氣化方法，粉煤燒嘴I內(nèi)沿圓周均布設(shè)有多根螺旋粉煤管20，每根螺旋粉煤管均旋轉(zhuǎn)纏繞粉煤燒嘴I中心的圓柱上，多根螺旋粉煤管20圍成圓所在的外徑為d，d的取值范圍為0.3D-0.65D。其它組成及連接關(guān)系與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0021]【具體實(shí)施方式】四:結(jié)合圖3-圖5說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述一種氣化劑強(qiáng)旋轉(zhuǎn)粉煤氣化爐及氣化方法，螺旋粉煤管2中設(shè)有兩層通道，中心圓形通道為第二氣化劑通道18，外層環(huán)形通道為第二粉煤通道19。其它組成及連接關(guān)系與【具體實(shí)施方式】三相同。
[0022]【具體實(shí)施方式】五:結(jié)合圖1-圖5說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述一種氣化劑強(qiáng)旋轉(zhuǎn)粉煤氣化爐及氣化方法，所述氣化方法的具體步驟如下:
[0023]步驟一、設(shè)定氣化爐膛3內(nèi)部壓力為0.1?4MPa，氣化爐膛3的運(yùn)行溫度為1250?1600 °C；
[0024]步驟二、溫度為25?100°C的干粉煤由氮?dú)饣蚨趸細(xì)怏w攜帶以旋流方式經(jīng)粉煤燒嘴I上的第一粉煤通道10或第二粉煤通道19送入氣化爐膛3內(nèi)部；占總量10%?40%的溫度為20?400°C的氣化劑以旋流的方式經(jīng)粉煤燒嘴I上的第一氣化劑通道11或第二氣化劑通道18噴入氣化爐膛3內(nèi)部，氣化劑與粉煤在爐頂區(qū)域同向旋轉(zhuǎn)向下混合流動(dòng)；
[0025]步驟三、粉煤與氣化劑混合氣流接觸到中心回流區(qū)卷吸回來(lái)的高溫合成氣后，被其點(diǎn)燃，在氣化爐膛3頂部燃燒形成熔渣；
[0026]步驟四、剩余占總量60%?90%的溫度為20?400°C的氣化劑通過(guò)所述氣化劑噴口 7以100?200m/s的速度沿爐高分層切向噴入氣化爐膛3，高速的氣化劑氣流沖入爐膛后形成強(qiáng)烈旋轉(zhuǎn)氣流，在離心力的作用下，約80%的熔渣被甩在爐壁面形成較厚的渣層，渣層均勻，旋轉(zhuǎn)氣流不斷沖刷爐膛壁面上的渣層，并與其發(fā)生強(qiáng)烈氣化反應(yīng)；
[0027]步驟五、氣化生成的粗煤氣通過(guò)所述合成氣通道5流出氣化爐膛3，生成的液態(tài)渣沿壁面流入渣池6，冷卻后通過(guò)底部排渣口排出。
[0028]工作原理
[0029]氣化爐內(nèi)工作原理如圖1所示。氮?dú)饣蛘叨趸紨y帶著粉煤吹進(jìn)粉煤燒嘴I中的螺旋粉煤管10或第二粉煤通道19內(nèi)，旋轉(zhuǎn)噴入爐膛3，在爐膛3頂端形成旋轉(zhuǎn)向下的粉煤氣流。約占10 %?40 %的氣化劑氧氣與水蒸氣進(jìn)入粉煤燒嘴I中的第一氣化劑通道11或第二氣化劑通道18，旋轉(zhuǎn)噴入爐膛3，在爐膛3頂端形成旋轉(zhuǎn)向下的氣化劑氣流。粉煤氣流與氣化劑氣流一起同向旋轉(zhuǎn)流動(dòng)，流動(dòng)過(guò)程兩者不斷混合。粉煤與氣化劑混合氣流與中心回流區(qū)卷吸回來(lái)的高溫合成氣混合后，被其點(diǎn)燃，在爐膛3頂部燃燒形成熔渣。剩下60%?90%的氣化劑經(jīng)氣化劑噴口 7高速沿爐高分層切向噴入爐膛3，在爐膛3內(nèi)受到爐壁的限制，形成強(qiáng)烈旋轉(zhuǎn)的氣化劑氣流。在這股強(qiáng)烈旋轉(zhuǎn)氣化劑氣流的引射下，粉煤燃燒形成的熔渣、卷吸的高溫合成氣與氣化劑氣流一起在近壁面區(qū)旋轉(zhuǎn)向下流動(dòng);受到強(qiáng)烈旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力的作用，約80 %的熔渣被甩在壁面上，形成一層均勻的較厚的液態(tài)渣層。剩余的約20 %的熔渣、卷吸的高溫合成氣及氣化劑氣流混合在一起繼續(xù)在近壁面區(qū)旋轉(zhuǎn)向下流動(dòng)。渣層沿著壁面緩慢向下流動(dòng)，強(qiáng)烈旋轉(zhuǎn)的混合氣流則不斷沖刷壁面渣層，在此過(guò)程中，混合氣流中的氣化劑不斷地與壁面渣層、混合氣流中的熔渣發(fā)生強(qiáng)烈氣化反應(yīng)。反應(yīng)后的壁面渣層沿壁面繼續(xù)向下流動(dòng)，進(jìn)入渣池冷卻后由排渣口排出。旋轉(zhuǎn)向下的混合氣流不斷發(fā)生氣化反應(yīng)，到達(dá)氣化爐底端時(shí)變?yōu)楦邷氐暮铣蓺鈿饬?。由于混合氣流在近爐壁區(qū)旋轉(zhuǎn)流動(dòng)，爐膛中心的壓力相對(duì)較低，氣化爐底端的合成氣受到卷吸作用，在爐膛中心向上流動(dòng)，形成穩(wěn)定的高溫中心回流區(qū)。高溫中心回流區(qū)卷吸的高溫合成氣回流到氣化爐頂端，點(diǎn)燃由粉煤燒嘴I噴入的粉煤氣流，然后再次進(jìn)入近壁區(qū)旋轉(zhuǎn)向下運(yùn)動(dòng)。最終，生成的合成氣從合成氣通道5流出。
[0030]實(shí)施例
[0031]—臺(tái)應(yīng)用本發(fā)明的80000Nm3/h造氣量的氣化爐，對(duì)其進(jìn)行單相?；囼?yàn):實(shí)驗(yàn)研究了螺旋粉煤管10中心線所在圓的直徑與爐膛直徑的比值為0.45和0.2兩組工況，對(duì)比發(fā)現(xiàn):當(dāng)比值為0.45時(shí)，中心回流區(qū)較大，回流量較大，回流區(qū)穩(wěn)定；當(dāng)比值為0.2時(shí)，中心回流區(qū)較小，回流量少，回流區(qū)不穩(wěn)定，沿爐體徑向方向來(lái)回?cái)[動(dòng)，每分鐘擺動(dòng)次數(shù)高達(dá)15次以上。對(duì)上述兩組工況進(jìn)行數(shù)值模擬研究發(fā)現(xiàn):當(dāng)比值為0.45時(shí)，粉煤顆粒在爐內(nèi)停留時(shí)間長(zhǎng)，約為8秒，停留時(shí)間長(zhǎng)有利于粉煤顆粒的充分反應(yīng)，碳轉(zhuǎn)化率高；當(dāng)比值為0.2時(shí)，粉煤顆粒在爐內(nèi)停留時(shí)間短，約為2秒，不利于粉煤顆粒的充分反應(yīng)，碳轉(zhuǎn)化率低。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種氣化劑強(qiáng)旋轉(zhuǎn)粉煤氣化爐，其特征在于:它包括粉煤燒嘴(I)、氣化爐體(2)、水冷壁(4)、合成氣通道管(5)和氣化劑噴口(7)，氣化爐體(2)是由半球體和圓柱體組成，水冷壁(4)安裝在氣化爐體(2)內(nèi)，水冷壁(4)由多根豎直圓管并排設(shè)置組成，氣化爐膛(3)是由水冷壁(4)圍成的回轉(zhuǎn)體，氣化爐膛(3)的內(nèi)徑為D，渣池(6)位于氣化爐體(2)的底部，合成氣通道(5)插裝在氣化爐體(2)的下部，氣化劑噴口(7)由上至下依次均布并排設(shè)置在氣化爐體(2)上部的側(cè)壁上，且每個(gè)氣化劑噴口(7)沿氣化爐膛(3)的切線方向插入氣化爐膛(3)內(nèi)，且每個(gè)氣化劑噴口(7)的噴口中心線均水平設(shè)置，粉煤燒嘴(I)安裝在氣化爐體(2)的頂部，且粉煤燒嘴(I)的軸線與氣化爐膛(3)的軸線重合，位于上方的氣化劑噴口(7)至粉煤燒嘴(I)出口端的距離為L(zhǎng)，L的取值為0.2D-0.45D。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種氣化劑強(qiáng)旋轉(zhuǎn)粉煤氣化爐，其特征在于:粉煤燒嘴(I)內(nèi)設(shè)有內(nèi)設(shè)有旋流葉片(9)、第一粉煤通道(10)和第一氣化劑通道(11)，第一粉煤通道(10)套設(shè)在第一氣化劑通道(11)上，第一粉煤通道(10)外徑的取值范圍為0.3D-0.65D，第一氣化劑通道(11)外徑的取值范圍為0.3D-0.65D。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種氣化劑強(qiáng)旋轉(zhuǎn)粉煤氣化爐，其特征在于:粉煤燒嘴(I)內(nèi)沿圓周均布設(shè)有多根螺旋粉煤管(20)，每根螺旋粉煤管均旋轉(zhuǎn)纏繞粉煤燒嘴(I)中心的圓柱上，多根螺旋粉煤管(20)圍成圓所在的外徑為d，d的取值范圍為0.3D-0.6?。4.根據(jù)權(quán)利要求3述一種氣化劑強(qiáng)旋轉(zhuǎn)粉煤氣化爐，其特征在于:螺旋粉煤管(20)中設(shè)有兩層通道，中心圓形通道為第二氣化劑通道(18)，外層環(huán)形通道為第二粉煤通道(19)。5.—種利用權(quán)利要求1、2、3或4所述一種氣化劑強(qiáng)旋轉(zhuǎn)粉煤氣化爐的氣化方法，其特征在于:所述氣化方法的具體步驟如下: 步驟一、設(shè)定氣化爐膛(3)內(nèi)部壓力為0.1?4MPa，氣化爐膛(3)的運(yùn)行溫度為1250?.1600 °C； 步驟二、溫度為25?100 0C的干粉煤由氮?dú)饣蚨趸細(xì)怏w攜帶以旋流方式經(jīng)粉煤燒嘴(I)送入氣化爐膛(3)內(nèi)部；占總量10%?40%的溫度為20?400°C的氣化劑以旋流的方式經(jīng)粉煤燒嘴(I)噴入氣化爐膛(3)內(nèi)部，氣化劑與粉煤在爐頂區(qū)域同向旋轉(zhuǎn)向下混合流動(dòng)； 步驟三、粉煤與氣化劑混合氣流接觸到中心回流區(qū)卷吸回來(lái)的高溫合成氣后，被其點(diǎn)燃，在氣化爐膛(3)頂部燃燒形成熔渣； 步驟四、剩余占總量60%?90%的溫度為20?400°C的氣化劑通過(guò)所述氣化劑噴口(7)以100?200m/s的速度沿爐高分層切向噴入氣化爐膛(3)，高速的氣化劑氣流沖入爐膛后形成強(qiáng)烈旋轉(zhuǎn)氣流，在離心力的作用下，約80%的熔渣被甩在爐壁面形成較厚的渣層，渣層均勻，旋轉(zhuǎn)氣流不斷沖刷爐膛壁面上的渣層，并與其發(fā)生強(qiáng)烈氣化反應(yīng)； 步驟五、氣化生成的粗煤氣通過(guò)所述合成氣通道(5)流出氣化爐膛(3)，生成的液態(tài)渣沿壁面流入渣池(6)，冷卻后通過(guò)底部排渣口排出。
【文檔編號(hào)】C10J3/76GK105950221SQ201610555061
【公開日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年7月14日
【發(fā)明人】陳智超, 方能, 李曉光, 劉波, 劉一波, 王浩鵬, 曾令艷, 李爭(zhēng)起
【申請(qǐng)人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)