煤粉和水煤漿共氣化方法及氣化爐的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明一方面提供了一種煤粉和水煤漿共氣化方法，在煤粉和水煤漿的共氣化過程中，當(dāng)共氣化運(yùn)行不穩(wěn)定時，向氣化爐內(nèi)噴入保護(hù)氣，保護(hù)氣形成用于保護(hù)氣化爐的拱頂內(nèi)壁的保護(hù)氣層。本發(fā)明的目的在于提供一種煤氣化方法，使得運(yùn)行過程中氣化爐拱頂內(nèi)壁形成一種層狀保護(hù)層。另一方面，本發(fā)明提供了上述煤粉和水煤漿共氣化方法使用的氣化爐。
【專利說明】
煤粉和水煤楽共氣化方法及氣化爐
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及煤粉和水煤漿共氣化領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]煤氣化是將一次能源轉(zhuǎn)化成潔凈的二次能源的主要途徑，其產(chǎn)品為燃料氣(煤氣)、合成氣、還原氣、氫氣、一氧化碳。煤的氣化技術(shù)在聯(lián)合循環(huán)(IGCC)發(fā)電裝置、合成氨和合成甲醇工業(yè)、純一氧化碳的制備、純氫氣的制備等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。
[0003]通常，煤粉氣化需要有添加水蒸汽作為氣化劑以提高煤氣中的有效氣的含量;而水煤漿氣化，由于水煤漿含水量比較大，水蒸汽的分解率比較低。將煤粉和水煤漿在同一個氣化爐內(nèi)進(jìn)行共氣化不僅能夠提高煤氣中有效氣的含量，而且能夠提高水蒸汽的分解率。
[0004]在現(xiàn)有的煤粉和水煤漿共氣化技術(shù)中，公開號為CN103897739A和CN103897740A公開的煤炭共氣化方法，給出了將爐溫提升到一定程度，從爐側(cè)或爐頂投入一種物料(煤粉或水煤漿，和氣化劑)氣化穩(wěn)定后，再從爐頂或爐側(cè)投入另一種物料(水煤漿或煤粉，和氣化劑)氣化，隨后調(diào)整，以實現(xiàn)煤粉和水煤漿的共氣化穩(wěn)定。另外還給出了爐側(cè)是多個噴嘴，以及各種物料中燃料和氣化劑的配比。
[0005]此外，爐側(cè)進(jìn)料，不論是撞擊流氣化還是旋切流氣化，均能實現(xiàn)來自不同噴嘴物料流股在爐膛中相互撞擊摻混，停留時間增加，同時湍流強(qiáng)度顯著增加，使傳熱傳質(zhì)速率大幅提高，從而提高了燃料的碳轉(zhuǎn)化率和水蒸汽的分解率。爐側(cè)進(jìn)料的氣化方式也存在比較大的弊端:要控制物料上沖高度，防止沖刷氣化爐的內(nèi)部拱頂;另外，一旦噴嘴進(jìn)料不穩(wěn)定，造成爐內(nèi)高溫層上移危及氣化爐的內(nèi)部拱頂時，就必須停爐，更換或維修噴嘴以恢復(fù)其進(jìn)料能力。
[0006]此外，撞擊流氣化，是指在爐體側(cè)壁周邊同一水平面或多個水平面對稱設(shè)置兩個或兩個以上的噴嘴，氣化物料對置射入氣化爐發(fā)生撞擊，強(qiáng)化氣化物料間的接觸，并發(fā)生氣化;旋切流氣化，是指爐體側(cè)壁周邊同一水平面或多個水平面均勻分布多個噴嘴，氣化原料通過噴嘴以偏斜射流方式進(jìn)入爐膛，原料以螺旋切圓方式在氣化爐內(nèi)運(yùn)動并氣化。
[0007]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，需要能夠在不降低氣化爐性能的情況下，減少氣化爐的拱頂內(nèi)壁的燒蝕和沖蝕，延長氣化爐拱頂?shù)膲勖?br>
【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對相關(guān)技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種煤氣化方法，使得運(yùn)行過程中氣化爐拱頂內(nèi)壁形成一種層狀保護(hù)層。
[0009]本發(fā)明一方面提供了一種煤粉和水煤漿共氣化方法，在煤粉和水煤漿的共氣化過程中，當(dāng)共氣化運(yùn)行不穩(wěn)定時，向氣化爐內(nèi)噴入保護(hù)氣，保護(hù)氣形成用于保護(hù)氣化爐的拱頂內(nèi)壁的保護(hù)氣層。
[0010]根據(jù)本發(fā)明，保護(hù)氣通過氣化爐的爐頂噴嘴以散射狀噴入氣化爐內(nèi)，并在氣化爐內(nèi)的頂部以下形成傘狀保護(hù)氣層
[0011]根據(jù)本發(fā)明，根據(jù)氣化爐的拱頂內(nèi)壁的溫度確定共氣化運(yùn)行是否穩(wěn)定。
[0012]根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)氣化爐的拱頂內(nèi)壁的溫度超出預(yù)定溫度范圍時，共氣化運(yùn)行不穩(wěn)定;并且當(dāng)氣化爐的拱頂內(nèi)壁的溫度超出預(yù)定溫度范圍30°C以上時，向氣化爐內(nèi)噴入保護(hù)
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[0013]根據(jù)本發(fā)明，保護(hù)氣的噴入量將拱頂內(nèi)壁的溫度下降速率控制在rC/min?5°C/min之間ο
[0014]根據(jù)本發(fā)明，根據(jù)氣化爐的爐頂噴嘴的進(jìn)料量的變化確定共氣化運(yùn)行是否穩(wěn)定。
[0015]根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)爐頂噴嘴進(jìn)料量的質(zhì)量下降20%以上時，共氣化運(yùn)行不穩(wěn)定，并向氣化爐內(nèi)噴入保護(hù)氣。
[0016]根據(jù)本發(fā)明，保護(hù)氣的噴入量為爐頂噴嘴進(jìn)料量的下降量的10%?50%。
[0017]根據(jù)本發(fā)明，的保護(hù)氣是不助燃的氣體。
[0018]根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)從氣化爐的側(cè)壁噴入水煤漿和氣化劑，以及從氣化爐的頂部噴入煤粉和氣化劑時，保護(hù)氣為二氧化碳、氮氣中的一種或兩種混合;當(dāng)從氣化爐的側(cè)壁噴入煤粉和氣化劑，以及從氣化爐的頂部噴入水煤漿和氣化劑時，保護(hù)氣為二氧化碳、水霧、氮氣中的一種或幾種混合。
[0019]另一方面，本發(fā)明提供一種氣化爐，包括爐體、位于爐體頂部的拱頂內(nèi)壁、設(shè)置在拱頂內(nèi)壁上的爐頂噴嘴以及設(shè)置在爐體側(cè)壁的同一水平高度的爐側(cè)噴嘴，爐頂噴嘴集成有用于噴射保護(hù)氣的外側(cè)環(huán)隙通道，保護(hù)氣形成用于保護(hù)拱頂內(nèi)壁的保護(hù)氣層。
[0020]根據(jù)本發(fā)明，爐側(cè)噴嘴的中軸線具有軸向偏角α和徑向偏角β，軸向偏角α和徑向偏角β滿足以下條件:0°彡α彡30°，0°彡β彡45°，且不能同時為0°。
[0021 ]根據(jù)本發(fā)明，氣化爐用于上述的煤粉和水煤漿共氣化方法。
[0022]本發(fā)明的有益技術(shù)效果在于:
[0023]本發(fā)明提出的一種煤粉和水煤漿共氣化方法及氣化爐，相比于現(xiàn)有技術(shù)，不僅煤處理量比較大，碳轉(zhuǎn)化率高，還可以實現(xiàn)必要時通過向氣化爐內(nèi)噴入保護(hù)氣，在氣化爐的拱頂覆蓋了一層保護(hù)氣，以保護(hù)氣化爐的內(nèi)部拱頂不被高溫?zé)g或氣化物料沖蝕?？梢员匾獣r保護(hù)氣化爐的內(nèi)部拱頂，延長氣化爐拱頂壽命，減少停爐維修次數(shù)。
【附圖說明】
[0024]圖1示出的是本發(fā)明的氣化爐的結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0025]圖2示出的是本發(fā)明的氣化爐的爐頂噴嘴的結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0026]圖3示出的是本發(fā)明的氣化爐的爐側(cè)噴嘴的局部結(jié)構(gòu)示意圖
【具體實施方式】
[0027]參考附圖公開示出的實施例。然而，應(yīng)當(dāng)理解，所公開的實施例僅為可以以各種和替代形式顯示的實施例。附圖未必按比例繪制，并且可能放大或縮小一些特征來顯示特定部件的細(xì)節(jié)。所公開的具體結(jié)構(gòu)和功能性細(xì)節(jié)不應(yīng)解釋為限制，而是作為用于教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員如何實踐本公開的代表性基礎(chǔ)。
[0028]本發(fā)明一方面提供了一種煤粉和水煤漿共氣化方法，在煤粉和水煤漿的共氣化過程中，當(dāng)共氣化運(yùn)行不穩(wěn)定時，向氣化爐內(nèi)噴入保護(hù)氣，保護(hù)氣形成用于保護(hù)氣化爐的拱頂內(nèi)壁的保護(hù)氣層。本發(fā)明的主要目的在于，在煤粉和水煤漿共氣化過程中，當(dāng)監(jiān)測或預(yù)測到氣化爐內(nèi)部拱頂存在燒蝕或沖蝕風(fēng)險時，向氣化爐內(nèi)噴入保護(hù)氣，在氣化爐的內(nèi)拱頂以下形成保護(hù)氣層，上移的高溫層或上沖的物料在保護(hù)氣的噴射對沖下，降低溫度或上沖擊力，使之對內(nèi)部拱頂不構(gòu)成傷害，來延長拱頂?shù)膲勖?br>[0029]其中，所用的保護(hù)氣為不助燃的氣體，可以是諸如氦、氖、氬、氪、氙的惰性氣體、氮氣、水霧、水蒸汽、二氧化碳?xì)獾戎械囊环N或幾種混合。可以理解，在本發(fā)明的其它實施例中，不助燃?xì)怏w可以是實施例以外其它氣體，本發(fā)明在此不做限制。根據(jù)氣化爐的拱頂內(nèi)壁的溫度確定共氣化運(yùn)行是否穩(wěn)定，當(dāng)氣化爐的拱頂內(nèi)壁的溫度超出預(yù)定溫度范圍時，共氣化運(yùn)行不穩(wěn)定;并且當(dāng)氣化爐的拱頂內(nèi)壁的溫度超出預(yù)定溫度范圍30°C以上時，向氣化爐內(nèi)噴入保護(hù)氣。在優(yōu)選的實施例中，超出預(yù)定溫度范圍可以設(shè)置在50°C，同時保護(hù)氣的噴入量將拱頂內(nèi)壁的溫度下降速率控制在1°C/min?5°C/min之間。
[0030]根據(jù)氣化爐的爐頂噴嘴的進(jìn)料量的變化確定共氣化運(yùn)行是否穩(wěn)定，當(dāng)爐頂噴嘴進(jìn)料量的質(zhì)量下降20%以上時，共氣化運(yùn)行不穩(wěn)定，并向氣化爐內(nèi)噴入保護(hù)氣。在本發(fā)明優(yōu)選實施例中，爐頂噴嘴進(jìn)料量的質(zhì)量下降50%以上時，啟動向氣化爐內(nèi)噴入保護(hù)氣;保護(hù)氣的噴入量為爐頂噴嘴進(jìn)料量的下降量的1 %?5 O %，在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，保護(hù)氣的噴入量為爐頂噴嘴進(jìn)料量的下降量的20%?30%。其中，10%?50%以及20%?30%指的是爐頂噴嘴進(jìn)料失去的重量對比爐頂噴嘴進(jìn)料的總質(zhì)量。
[0031]參考圖1，另一方面，本發(fā)明提供一種氣化爐I，包括爐體、位于爐體頂部的拱頂內(nèi)壁4、設(shè)置在拱頂內(nèi)壁4上的爐頂噴嘴2以及設(shè)置在爐體側(cè)壁的同一水平高度的爐側(cè)噴嘴3，爐頂噴嘴2集成有用于噴射保護(hù)氣的外側(cè)環(huán)隙通道，保護(hù)氣形成用于保護(hù)拱頂內(nèi)壁4的保護(hù)氣層。
[0032]為實現(xiàn)上述目的，參考圖1，需要在氣化爐I的頂部和側(cè)壁設(shè)置噴嘴，氣化爐I的爐頂噴嘴2為如圖2所示的同軸多環(huán)隙通道結(jié)構(gòu)，保護(hù)氣通過氣化爐I的爐頂噴嘴2以散射狀噴入氣化爐內(nèi)，并在氣化爐I內(nèi)的頂部以下形成傘狀保護(hù)氣層。如圖3所示，爐側(cè)噴嘴的中軸線具有一定軸向偏角α和徑向偏角β，直線AB為爐側(cè)噴嘴的中軸線，點O是直線AB上的任意一點，直線AC和點O ’在爐體某一高度的水平截面上，且直線AC過該水平截面的中心，O ’點是點O在該平面的垂直投影，Ζ0Α0’即為爐側(cè)噴嘴的軸向偏角a，Z0’AC即為爐側(cè)噴嘴的徑向偏角β。
[0033]參考圖2，外側(cè)環(huán)隙通道24的內(nèi)部設(shè)置有至少3個同軸環(huán)繞的內(nèi)側(cè)環(huán)隙通道，內(nèi)側(cè)環(huán)隙通道從內(nèi)到外依次為第一氣化劑通道(即中心通道)21、第一燃料通道22、第二氣化劑通道23。外側(cè)環(huán)隙通道24為保護(hù)氣通道。保護(hù)氣通道的下部向外偏斜一定角度R，在本發(fā)明的實施例中，一定角度R的范圍在15°?75°之間，在優(yōu)選的實施例中，一定角度R的范圍在30°?60°之間。
[0034]參考圖3，在本發(fā)明的實施例中，爐側(cè)噴嘴的中軸線具有軸向偏角α和徑向偏角β，軸向偏角α和徑向偏角滿足以下條件:0° ^α^30°，0° <β<45°，且不能同時為0°。在優(yōu)選的實施例中，軸向偏角α和徑向偏角β滿足以下條件:0° <α彡15°，0° 22.5°，在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，爐側(cè)噴嘴為4個。此外，在本發(fā)明中，還包括用于上述煤粉和水煤漿共氣化方法的氣化爐。
[0035]參考圖1至圖3，當(dāng)從氣化爐I的爐側(cè)噴嘴3噴入水煤漿和氣化劑，以及從氣化爐的頂部噴入煤粉和氣化劑時，保護(hù)氣為二氧化碳、氮氣中的一種或兩種混合；當(dāng)從氣化爐I的爐側(cè)噴嘴3噴入煤粉和氣化劑，以及從氣化爐的爐頂噴嘴2水煤漿和氣化劑時，保護(hù)氣為二氧化碳、水霧、氮氣中的一種或幾種混合。以下示出的是上述氣化爐I和煤粉和水煤漿共氣化方法的兩個不同的實施例:
[0036]參考圖1至圖3，在第一實施例中，四個爐側(cè)噴嘴3均勻分布在氣化爐同一高度的側(cè)壁上，水煤漿和氣化劑以15°的軸向偏角α和18°的徑向偏角β噴入氣化爐內(nèi)，煤粉和氣化劑從爐頂噴嘴2噴入氣化爐內(nèi)，煤粉和水煤漿在爐內(nèi)進(jìn)行共氣化。爐頂噴嘴2的外側(cè)環(huán)隙通道24為保護(hù)氣通道，保護(hù)氣通道的下部向外偏斜20°，通道內(nèi)靠近出口處設(shè)置有葉片式旋流器，保護(hù)氣為二氧化碳?xì)怏w。當(dāng)發(fā)現(xiàn)煤粉噴嘴的進(jìn)料量下降時，進(jìn)料量總質(zhì)量包括煤粉和氣化劑，當(dāng)下降量達(dá)到30%時，啟動二氧化碳保護(hù)氣的噴入，二氧化碳保護(hù)氣的噴入量為進(jìn)料下降量的25%，通過噴入二氧化碳保護(hù)氣保護(hù)氣化爐的拱頂內(nèi)壁4。在噴保護(hù)氣期間，排查煤粉噴嘴進(jìn)料量下降的原因，并進(jìn)行排除。直至煤粉噴嘴的進(jìn)料量恢復(fù)，再停止保護(hù)氣的噴入。
[0037]參考圖1至圖3，在第二實施例中，四個爐側(cè)噴嘴3均勻分布在氣化爐同一高度的側(cè)壁上，煤粉和氣化劑以10°的軸向偏角α和15°的徑向偏角β噴入氣化爐I內(nèi)，水煤漿和氣化劑從爐頂噴嘴2噴入氣化爐內(nèi)，煤粉和水煤漿在爐內(nèi)進(jìn)行共氣化。爐頂噴嘴2的外側(cè)環(huán)隙通道24為保護(hù)氣通道，保護(hù)氣通道的下部向外偏斜30°，而且在保護(hù)氣通道內(nèi)接近出口處不僅設(shè)置有葉片式旋流器，還設(shè)置有霧化器，將保護(hù)氣進(jìn)一步霧化后噴出。在氣化爐I拱頂內(nèi)壁4中設(shè)置有溫度監(jiān)測裝置，可以實時了解拱頂內(nèi)壁4的溫度。在煤粉和水煤漿共氣化的過程中，通過監(jiān)測拱頂內(nèi)壁4的溫度在合理溫度范圍內(nèi)波動，比如200°C ±30°C(170°C至230°C )，一旦溫度超過250°C，就要啟動水霧保護(hù)氣的噴入，促使拱頂溫度下降，下降速率控制在1°C/min?5°C/min之間。與此同時，排除造成溫度異常波動的問題。當(dāng)溫度下降至230°C以下時，停止水霧的噴入。
[0038]以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種煤粉和水煤漿共氣化方法，其特征在于，在煤粉和水煤漿的共氣化過程中，當(dāng)共氣化運(yùn)行不穩(wěn)定時，向氣化爐內(nèi)噴入保護(hù)氣，所述保護(hù)氣形成用于保護(hù)所述氣化爐的拱頂內(nèi)壁的保護(hù)氣層。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤粉和水煤漿共氣化方法，其特征在于，所述保護(hù)氣通過所述氣化爐的爐頂噴嘴以散射狀噴入所述氣化爐內(nèi)，并在所述氣化爐內(nèi)的頂部以下形成傘狀保護(hù)氣層。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤粉和水煤漿共氣化方法，其特征在于，根據(jù)所述氣化爐的拱頂內(nèi)壁的溫度確定所述共氣化運(yùn)行是否穩(wěn)定。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的煤粉和水煤漿共氣化方法，其特征在于，當(dāng)所述氣化爐的拱頂內(nèi)壁的溫度超出預(yù)定溫度范圍時，所述共氣化運(yùn)行不穩(wěn)定;并且當(dāng)所述氣化爐的拱頂內(nèi)壁的溫度超出所述預(yù)定溫度范圍30°C以上時，向所述氣化爐內(nèi)噴入所述保護(hù)氣。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的煤粉和水煤漿共氣化方法，其特征在于，所述保護(hù)氣的噴入量將所述拱頂內(nèi)壁的溫度下降速率控制在l°C/min?5°C/min之間。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤粉和水煤漿共氣化方法，其特征在于，根據(jù)所述氣化爐的爐頂噴嘴的進(jìn)料量的變化確定所述共氣化運(yùn)行是否穩(wěn)定。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的煤粉和水煤漿共氣化方法，其特征在于，當(dāng)所述爐頂噴嘴進(jìn)料量的質(zhì)量下降20%以上時，所述共氣化運(yùn)行不穩(wěn)定，并向所述氣化爐內(nèi)噴入所述保護(hù)氣。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的煤粉和水煤漿共氣化方法，其特征在于，所述保護(hù)氣的噴入量為所述爐頂噴嘴進(jìn)料量的下降量的10%?50%。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤粉和水煤漿共氣化方法，其特征在于，所述的保護(hù)氣是不助燃的氣體。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤粉和水煤漿共氣化方法，其特征在于，當(dāng)從所述氣化爐的側(cè)壁噴入水煤漿和氣化劑，以及從所述氣化爐的頂部噴入煤粉和氣化劑時，所述保護(hù)氣為二氧化碳、氮氣中的一種或兩種混合； 當(dāng)從所述氣化爐的側(cè)壁噴入煤粉和氣化劑，以及從所述氣化爐的頂部噴入水煤漿和氣化劑時，所述保護(hù)氣為二氧化碳、水霧、氮氣中的一種或幾種混合。11.一種氣化爐，包括爐體、位于所述爐體頂部的拱頂內(nèi)壁、設(shè)置在所述拱頂內(nèi)壁上的爐頂噴嘴以及設(shè)置在所述爐體側(cè)壁的同一水平高度的爐側(cè)噴嘴，其特征在于，所述爐頂噴嘴集成有用于噴射所述保護(hù)氣的外側(cè)環(huán)隙通道，所述保護(hù)氣形成用于保護(hù)所述拱頂內(nèi)壁的保護(hù)氣層。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的氣化爐，其特征在于，所述爐側(cè)噴嘴的中軸線具有軸向偏角α和徑向偏角β，所述軸向偏角α和徑向偏角β滿足以下條件:0° ^α^30°，0° <β<45°，且不能同時為0°。13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的氣化爐，其特征在于，所述氣化爐用于權(quán)利要求1-10中任一項所述的煤粉和水煤漿共氣化方法。
【文檔編號】C10J3/46GK106085509SQ201610407043
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月12日
【發(fā)明人】潘霞, 陳 峰
【申請人】新奧科技發(fā)展有限公司