CN105132023A - 块粉一体化气化炉及块粉一体化气化的方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种块粉一体化气化炉及块粉一体化气化的方法。该块粉一体化气化炉包括炉体和位于炉体下部的多个喷嘴，所述炉体顶部设有用于向炉体内加入块煤的块煤加入口，其特征在于，至少一个喷嘴具有用于向炉体内加入粉煤的粉煤通道。该块粉一体化气化炉通过同时采用粉煤和块煤为原料，解决了煤气化工程项目中块煤和粉煤的平衡问题，大幅提高了天然煤矿产品的利用率，同时也提高了熔渣气化炉的气化强度，降低了一次性投资成本和运营成本，进一步地提高煤气化项目的经济效益。
Description
技术领域
本申请涉及一种气化炉及其在煤气化工艺中的应用，属于煤化工领域。
背景技术
在煤气生产的过程中，常用的气化炉分为气流床气化炉、流化床气化炉和固定床气化炉。关于固定床气化炉，可参阅中国专利申请公开号第CN103436296A。固定床气化炉一般以块煤为原料，虽然原料的价格高，但是固定床气化炉的投资低和运营成本低。气流床气化炉和流化床气化炉一般以粉煤为原料，虽然原料价格略低，但是气流床气化炉和流化床气化炉的一次性投资和运营成本远高于固定床气化炉。
而在煤矿的开采过程中，必然会同时产生粉煤和块煤，因此在煤气化工程项目中，炉型的选择往往是最关键也是最难以决定的部分。对于自有煤矿的化工厂，往往会考虑采用组合式双气头来解决煤矿产煤的块粉平衡问题，即对于粉煤采用一次性投资成本和运行成本较高的气流床气化炉或流化床气化炉来气化，而对于块煤则采用一次性投资成本和运营成本较低的固定床气化炉来气化。这样不但使工艺流程复杂化，而且加上了一次性投资和运营成本，管理成本和难度也大幅增加。
有鉴于此，有必要提供一种能够同时以粉煤和块煤为原料且成本较低的气化炉。
发明内容
本申请的一个目的在于，提供一种块粉一体化气化炉，能够同时采用粉煤和块煤为原料。
所述块粉一体化气化炉，包括炉体和位于炉体下部的多个喷嘴，所述炉体顶部设有用于向炉体内加入块煤的块煤加入口，其特征在于，至少一个喷嘴具有用于向炉体内加入粉煤的粉煤通道。
根据本申请的一种实施方式，所述多个喷嘴均为单通道喷嘴；所述单通道喷嘴中的通道为粉煤通道或气化剂通道；其中，至少一个单通道喷嘴中的通道是粉煤通道并且至少一个单通道喷嘴中的通道是气化剂通道。
根据本申请的一种实施方式，所述多个喷嘴均为多通道喷嘴，所述多通道喷嘴包括至少一个气化剂通道和至少一个粉煤通道。
根据本申请的一种实施方式，所述多个喷嘴包括至少一个单通道喷嘴和至少一个多通道喷嘴，所述多通道喷嘴包括至少一个气化剂通道和至少一个粉煤通道。
优选地，所述多个喷嘴由单通道喷嘴和/或多通道喷嘴组成，数量不少于6个，均匀分布在炉体的某一横截面上。
作为本申请的一种实施方式，所述多通道喷嘴为双通道喷嘴，由一个粉煤通道和一个气化剂通道组成，所述粉煤通道位于气化剂通道的上方。
作为本申请的一种实施方式，所述多通道喷嘴中的通道数不小于3，除气化剂通道以外的其他通道围绕气化剂通道分布。气化剂通道只有一个，位于喷嘴的中心位置，其他通道(包括粉煤通道)以气化剂通道为轴线，围绕气化剂通道均匀排列。优选地，位于炉体内部的喷嘴部分中其他通道的轴线与气化剂通道的轴线的夹角不超过10°。其中，当其他通道的轴线与气化剂通道的轴线的夹角为0°时，即位于炉体内部的喷嘴部分中其他通道的轴线与气化剂通道的轴线平行。进一步优选地，在多通道喷嘴的每个横截面上，其他通道的轴线与横截面的交点到气化剂通道的轴线与横截面的交点的距离均相等。
优选地，所述粉煤通道中至少有一个具有管中管结构，所述管中管结构包括外管和可拆装的内管。因为粉煤在通过粉煤通道进入炉体的过程中，粉煤颗粒会对粉煤通道带来磨损，尤其是在粉煤是通过压力气体喷入炉体的情况下，粉煤通道很容易产生磨损，如果不及时更换，则可能有爆炸的安全隐患。而如果更换喷嘴整体，则成本较高，且会影响气化炉的正常运转。所以粉煤通道采用管中管结构，其可拆装的内管便于更换，且可在气化炉正常工作的情况下对内管进行更换。
优选地，所述粉煤通道中的外管位于炉体内部的端部具有向内的倒角结构，与外管位于炉体内部的端部相应的内管端部具有与外管的倒角结构相配合的斜角结构。这种结构不仅具有限位作用，同时利于保证外管和内管的密封，防止使用过程中粉煤颗粒进入到内管与外管之间、甚至引起爆炸。
优选地，所述喷嘴通过法兰固定在炉体上；所述法兰上设置有粉煤通道中的内管的可拆装结构，包括法兰位于内管周围的区域设置的凹槽、凹槽中的盘根、填料函压盖和填料函法兰。
本申请中，所述粉煤通道为管中管结构时，通过至少包括下述步骤的方法安装于块粉一体化气化炉上：
当粉煤通道位于多通道喷嘴中，将外管与气化剂通道一起浇注成型后，安装在块粉一体化气化炉炉体对应开口处并用法兰固定；将内管穿过法兰插入外管内，并使内管端部的斜角结构与外管端部的倒角结构配合密封；法兰位于内管周围区域设有凹槽，先在凹槽填入盘根，然后压入填料函压盖，最后再用填料函法兰固定。需要维修/更换内管时，取下填料函法兰、填料函压盖，将内管抽出即可。
当粉煤通道位于单通道喷嘴中，将外管浇注成型后，安装在块粉一体化气化炉炉体对应开口处并用法兰固定；将内管穿过法兰插入外管内，并使内管端部的斜角结构与外管端部的倒角结构配合密封；法兰位于内管周围区域设有凹槽，先在凹槽填入盘根，然后压入填料函压盖，最后再用填料函法兰固定。需要维修/更换内管时，取下填料函法兰、填料函压盖，将内管抽出即可。
优选地，所述块粉一体化气化炉为固定床气化炉。
优选地，所述块粉一体化气化炉为加压气化炉。
本申请的又一个目的在于，提供一种块粉一体化气化的方法，其特征在于，同时以块煤和粉煤为原料，以含有氧气与水蒸气和/或二氧化碳的混合气体为气化剂，采用上述任一块粉一体化气化炉，进行煤气化反应。
优选地，所述原料中的粉煤经喷嘴中的粉煤通道由载气携带进入炉体。所述载气是非活性气体。
优选地，所述载气选自二氧化碳、氮气、惰性气体中的至少一种。
由于本申请中粉煤先与气化剂在炉体下部进行反应，剩余的过量气化剂再与块煤反应，增加粉煤进入量，则粉煤消耗的气化剂变多，剩余的与块煤反应的气化剂减少，从而能够实现整个体系的自平衡。这种自平衡的反应特点，可实现原料中块煤和粉煤的比例在较宽范围内的任意调变。
本申请的技术方案中，对煤气化反应的条件无特别限定，在本领域已知或者常用的工艺条件下，均可实现本申请所述的技术方案。
优选地，所述粉煤的粒径不大于90μm。进一步优选地，所述粉煤的粒径不大于70μm。
优选地，所述块煤的粒径范围为5mm～100mm。进一步优选地，所述块煤的粒径范围为5mm～80mm。更进一步优选地，所述块煤的粒径范围为5mm～50mm。
本申请的有益效果至少包括：
(1)本申请在传统的固定床气化炉上改进，同时以粉煤和块煤为原料，兼顾了固定床气化炉和气流床气化炉的优势，大幅降低了一次性投资成本和运营成本，进一步地提高煤气化项目的经济效益。
(2)采用本申请提供的块粉一体化气化炉和块粉一体化气化的方法，通过粉煤与块煤自平衡的气化，可实现原料中块煤和粉煤的比例在较宽范围内的任意调变。
(3)本申请提供的块粉一体化气化炉适用范围广，不仅对煤矿产品中粉煤和块煤的比例没有要求，对于煤的品质也要求不高，煤种选择范围宽、适应性强，大幅提高了天然煤矿产品的利用率。
(4)本申请提供的块粉一体化气化炉和块粉一体化气化方法易于操作，方便控制和调节。
(5)本申请提供的块粉一体化气化炉，当粉煤通道为管中管结构时，内管具有可拆装的特点，便于维修、清洗和更换。
(6)采用本申请提供的块粉一体化气化炉，原料中粉煤和块煤的比例，可在大范围内调变，解决了煤气化工程项目中块煤和粉煤的平衡问题和选炉难题。
附图说明
图1为本申请一种实施方式中的块粉一体化气化炉中炉体和喷嘴的示意图。
图2为本申请一种实施方式中的多通道喷嘴纵剖面示意图。
图3为本申请一种实施方式中的多通道喷嘴纵剖面示意图的炉体端局部放大。
图4为本申请一种实施方式中的多通道喷嘴纵剖面示意图的法兰凹槽部分局部放大。
图5为本申请一种实施方式中的多通道喷嘴横剖面示意图。
部件及附图标记列表
具体实施方式
下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。
如图1所示，根据本申请的一种实施方式的块粉一体化气化炉包括块煤加入口1、炉体2和多个喷嘴3。块煤通过块煤加入口1进入炉体2，气化剂和粉煤通过喷嘴3进入炉体2，即可在同一个气化炉内实现块煤和粉煤同时进行的自平衡煤气化反应。
位于炉体2下部的多个喷嘴3，可以分别用于向炉体2中引入气化剂和粉煤，其中部分喷嘴3用于引入气化剂，其余喷嘴3用于引入粉煤。原料中的粉煤采用气体输送的方式经喷嘴3中的粉煤通道32由载气携带进入炉体2内。作为一种实施方式，所述载气为氮气。
作为本申请一个优选的实施方式，炉体2为加压炉体。
作为本申请的一个具体实施方式，多个喷嘴3均为只具有一个通道的单通道喷嘴。其中，若干喷嘴3中的通道是粉煤通道32，用于向炉体2中引入粉煤；其余喷嘴3中的通道是气化剂通道31，用于向炉体2中引入气化剂。作为一个优选的实施方式，具有粉煤通道32的喷嘴3和具有气化剂通道31的喷嘴3在炉体2的一个横截面上以间隔对称方式排列。
作为本申请的一个具体实施方式，多个喷嘴3均为具有至少两个通道的多通道喷嘴，每个喷嘴3分别具备至少一个气化剂通道31和一个粉煤通道32。作为本申请的一个具体实施方式，各多通道喷嘴3具有相同的结构且在炉体2的一个横截面上以对称方式排列。
作为本申请的一个具体实施方式，多个喷嘴3由若干单通道喷嘴和若干多通道喷嘴组成。每个多通道喷嘴分别具备至少一个气化剂通道31和一个粉煤通道32。各单通道喷嘴分别具备一个粉煤通道32或一个气化剂通道31。作为一个优选的实施方式，单通道喷嘴中的通道均为气化剂通道31，多通道喷嘴和单通道喷嘴在炉体2的一个横截面上以间隔对称方式排列。
作为本申请的一个具体实施方式，多通道喷嘴如图2所示，由一个气化剂通道31和一个由粉煤通道外管321和粉煤通道内管322构成的粉煤通道32组成，粉煤通道32位于气化剂通道31的上方。由载气携带的粉煤经粉煤通道32被引入炉体2，气化剂经气化剂通道31被引入炉体2。作为一种实施例方式，采用二氧化碳为载气，采用二氧化碳和氧气的混合物为气化剂。当粉煤通道32由于粉煤结块、结焦、灰渣导致堵塞，或者由于磨损需要更换时，可以通过将粉煤通道内管322抽出进行维修或更换，以简单且低成本的方式恢复粉煤通道32。
作为本申请的一个具体实施方式，多通道喷嘴位于炉体2内部的一端的局部放大示意图如图3所示，粉煤通道外管321在位于炉体2内部的一端具备向内的倒角，同时粉煤通道内管322具备与此倒角相配合的斜角结构，此倒角和斜角结构可以同时起到限位、密封的作用。请继续参阅图2，法兰33将包含气化剂通道31和粉煤通道外管321的喷嘴3固定在炉体2开口上，法兰33与粉煤通道内管322接触的部位具备凹槽，局部放大图见图4，先将盘根333放入凹槽内，再用填料函压盖332盖住盘根333，最后用填料函法兰331通过填料函压盖332将盘根333压紧，以实现密封。
作为本申请的一个具体实施方式，一个气化剂通道31位于喷嘴3中央，除气化剂通道31以外的其他通道(包括粉煤通道)以气化剂通道31为轴线，围绕气化剂通道31均匀排列。作为一种优选的实施方式，气化剂通道31的轴线和每一个其他通道的轴线位于同一平面内，且位于炉体内部的喷嘴部分中气化剂通道31的轴线和每一个其他通道的轴线之间的夹角不超过10°。作为一种优选的实施方式，位于炉体内部的喷嘴部分中气化剂通道31的轴线和每一个其他通道的轴线之间的夹角均为0°，即每一个其他通道的轴线与气化剂通道31的轴线平行。作为一种优选的实施方式，在多通道喷嘴的每个横截面上，其他通道的轴线与横截面的交点到气化剂通道31的轴线与横截面的交点的距离均相等。作为一种优选的实施方式，所述其他通道均为粉煤通道32。图5是包含一个气化剂通道31和十二个其他通道的多通道喷嘴沿法兰33的横剖面示意图，其中十二个其他通道均为由粉煤通道外管321和粉煤通道内管322构成的粉煤通道32。由图5可以看出，十二个其他通道围绕气化剂通道31均匀排列，在此横剖面上，每个其他通道到气化剂通道31的距离相等。
使用本申请实施例的块粉一体化气化炉，可以同时使用块煤和粉煤进行煤气化反应。
块煤在炉体2的上部与来自炉体2下部燃烧和气化后的气体逆流换热，加热和蒸发出煤中的水分和挥发性物质，经干燥和干馏后，逐步转变为焦炭。在炉体2的下部，利用喷嘴3将气化剂(如水蒸气和氧气的混合物或二氧化碳和氧气的混合物)和粉煤引至炉体2中，在高温下使块煤和粉煤同时燃烧和气化，燃烧后熔渣在水中被激冷和冷却，形成的玻璃质渣颗粒间歇排出气化炉外。
以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。
Claims (16)
1.一种块粉一体化气化炉，包括炉体和位于炉体下部的多个喷嘴，所述炉体顶部设有用于向炉体内加入块煤的块煤加入口，其特征在于，至少一个喷嘴具有用于向炉体内加入粉煤的粉煤通道。
2.根据权利要求1所述的块粉一体化气化炉，其特征在于，所述多个喷嘴均为单通道喷嘴；其中，至少一个单通道喷嘴中的通道是粉煤通道并且至少一个单通道喷嘴中的通道是气化剂通道。
3.根据权利要求1所述的块粉一体化气化炉，其特征在于，所述多个喷嘴均为多通道喷嘴，所述多通道喷嘴包括至少一个气化剂通道和至少一个粉煤通道。
4.根据权利要求1所述的块粉一体化气化炉，其特征在于，所述多个喷嘴包括至少一个单通道喷嘴和至少一个多通道喷嘴，所述多通道喷嘴包括至少一个气化剂通道和至少一个粉煤通道。
5.根据权利要求3或4所述的块粉一体化气化炉，其特征在于，所述多通道喷嘴为双通道喷嘴，由一个粉煤通道和一个气化剂通道组成，所述粉煤通道位于气化剂通道的上方。
6.根据权利要求3或4所述的块粉一体化气化炉，其特征在于，所述多通道喷嘴中的通道数不小于3，除气化剂通道以外的其他通道围绕气化剂通道分布。
7.根据权利要求1所述的块粉一体化气化炉，其特征在于，所述粉煤通道中至少一个为管中管结构，所述管中管结构包括外管和可拆装的内管。
8.根据权利要求7所述的块粉一体化气化炉，其特征在于，所述外管位于炉体内部的端部具有向内的倒角结构，与外管位于炉体内部的端部相应的内管端部具有与外管的倒角结构相配合的斜角结构。
9.根据权利要求7所述的块粉一体化气化炉，其特征在于，所述喷嘴通过法兰固定在炉体上；所述法兰上设置有内管的可拆装结构，包括法兰位于内管周围的区域设置的凹槽、凹槽中的盘根、填料函压盖和填料函法兰。
10.根据权利要求1所述的块粉一体化气化炉，其特征在于，所述块粉一体化气化炉为固定床气化炉。
11.根据权利要求1所述的块粉一体化气化炉，其特征在于，所述块粉一体化气化炉为加压气化炉。
12.一种块粉一体化气化的方法，其特征在于，同时以块煤和粉煤为原料，以含有氧气与水蒸气和/或二氧化碳的混合气体为气化剂，采用权利要求1至11任一项所述的气化炉，进行煤气化反应。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述原料中的粉煤经喷嘴中的粉煤通道由载气携带进入炉体。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述载气选自二氧化碳、氮气、惰性气体中的至少一种。
15.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述粉煤的粒径不大于90μm；优选地，所述粉煤的粒径不大于70μm。
16.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述块煤的粒径范围为5mm～100mm；优选地，所述块煤的粒径范围为5mm～80mm；进一步优选地，所述块煤的粒径范围为5mm～50mm。
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