CN2460865Y - 顶部设有喷嘴的多喷嘴对置式水煤浆或煤粉气化炉 - Google Patents
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Abstract
本实用新型设计了一种顶部设有喷嘴的多喷嘴对置式水煤浆或煤粉气化炉。本实用新型包括壳体1、顶部喷嘴2和壳体周边喷嘴3。采用顶部喷嘴2和周边喷嘴3,在气化炉内形成撞击流,强化了混合,提高了热质传递速率,延长了原料颗粒的平均停留时间,显著提高了炭转化率,降低灰渣中可燃物含量,增加单位质量原料的发气量、有效期成分和水蒸气的分解率。炭的转化率可达98%以上,水蒸气的分解率可达40%以上。
Description
本实用新型属于煤气化领域，涉及一种水煤浆或煤粉气化炉。
煤的洁净与高效利用是当今我国能源与环境保护领域中的重大技术课题，也是我国国民经济持续发展的关键技术之一。煤气化是将一次能源转化为洁净的二次能源的主要途径，其产品为燃料气(煤气)、合成气、还原气、氢气、一氧化碳。煤的气化技术在联合循环(IGCC)发电装置、合成氨和合成甲醇工业、羰基化法生产醋酸与醋干工业、海绵铁的生产、纯一氧化碳的制备、纯氢的制备等领域得到了广泛的应用，而气化炉则是煤气化的关键设备。为此，众多的科技人员研究、开发了各种类型的气化炉。目前，在采用气流床(喷流床、携带床)进行气化的技术中，有代表性的主要有两种：采用水煤浆为原料的气化炉有德士古(Texaco)；采用干煤粉为原料的气化炉有谢尔(Shell)，文献U.S.Pat.Nos.4,637,823、4,527,997、5,281,243分别公开了德士古气化炉，该气化炉的几何特征是喷嘴轴线与煤气及液渣出口轴线重合，两者都在气化炉主体轴线上。鉴于该气化炉为气流床，从而导致部分物料(流股)短路。我们的实验测试表明，如果物料在该类型气化炉中平均停留时间为5秒，实际上，其中部分物料停留时间不到1秒即逸出炉外，而另一部分物料在炉中停留时间远远超过5秒。也就是说，物料在该气化炉中的停留时间是一个很宽的分布，有50％-60％的物料小于平均停留时间就逸出炉外。另外，其混合效果并不理想。由于上述原因。德士古气化炉的碳转化率一般不到95％，水蒸气分解率也小于20％；文献U.S.92-960345公开了谢尔气化炉。煤气与液渣呈反向流动，即煤气向上，液渣向下。其缺点有二，其一，液渣因无热煤气伴随，极易凝固而堵塞出渣口；其二，悬浮在煤气流中的细小煤渣要经过较长的管道，且改变流动方向，才能进入下游设备进行余热回收或气固分离，管道及下游设备容易堵塞，两者都会缩短操作周期。
鉴于上两种炉型的缺陷，中国专利98110601.3公开了一种多喷嘴对置式水煤浆或煤粉气化炉，该气化炉已进行了中试规模的运转，碳转化率98％以上，比Texaco炉高3个百分点以上，比氧消耗和比煤消耗分别低5％～7％。实践证明，该气化炉还有继续改进的余地，碳转化率还可进一步提高。
本发明的目的在于对现有气化炉的结构进行进一步的优化，公开一种顶部设有喷嘴的多喷嘴对置式水煤浆或煤粉气化炉，以满足产业部门的需要。
本发明的构思是这样的：由于水煤浆和煤粉气化效果的好坏，除与煤种的物理、化学性质有关外，在一定的工艺条件下，主要与喷嘴结构及尺寸、喷嘴配置、气化炉结构及尺寸以及三者匹配实现气化时形成的流体流动行为和流场结构有关。也就是说，在煤种和工艺条件一定时，气化效果优劣主要取决于炉内的浓度分布、温度分布以及停留时间分布。在气化炉的高温下，化学反应速率已经相当快，气化过程由传热传质过程控制，传递过程和停留时间分布主要取决于炉内的流体行为与流场结构。因此本发明在中国专利98110601.3公开的多喷嘴对置式水煤浆或煤粉气化炉的顶部再设置一个或多个喷嘴，原料煤(水煤浆或干煤粉)或其他烃类燃料与气化剂，通过喷嘴以射流方式进入炉膛，来自不同喷嘴的射流流股在炉膛中相互撞击，因为惯性，燃料颗粒在炉膛中产生多次阻尼震荡，使燃料颗粒在炉膛中的停留时间增加；同时湍流强度显著增加，使传热传质速率大幅度提高，从而提高了燃料的碳转化率和水蒸汽的分解率。
实现本发明目的的技术方案：
本发明所说的气化炉的炉体是一个组合体，包括壳体和喷嘴。
所说的喷嘴设置在壳体的顶部和壳体周边同一个水平面或多个水平面上。并以机械方法固定于喷嘴室中，顶部喷嘴的轴线与壳体轴线相重合，壳体周边的喷嘴与气化炉主体轴线相垂直。出口设置在气化炉下部，并以机械方法与下游设备相联接，煤气和液渣从出口排出炉外，进入激冷室或余热锅炉。
所说的喷嘴可以采用常规的喷嘴，如以水煤浆为原料时，则可优先采用中国专利CN1125163A所公开的一种“带有旋流器的三通道组合式水煤浆气化喷嘴”；气化炉壳体还设有若干个热电偶孔和表面温度计。
下面将通过附图对本发明作详细的阐述。
图1为气化炉的结构简图。
由图1可见，本发明所说的气化炉的炉体是一个组合体，包括壳体1、顶部喷嘴2和壳体周边喷嘴3，并以机械方法固定于喷嘴室4中；
所说的顶部喷嘴2设置在壳体的顶部，顶部喷嘴2的轴线与壳体1轴线相重合；
所说的壳体周边喷嘴3设置在壳体1周边同一个水平面或多个水平面上。壳体周边的喷嘴3与气化炉主体轴线相垂直；
出口5设置在气化炉下部，并以机械方法与下游设备相联接，煤气和液渣从出口5排出炉外，进入激冷室或余热锅炉。
所说的气化炉以水煤浆、干煤粉或烃类物质为原料，水煤浆的含固量为50～70％；以干煤粉为原料时还需加入水蒸汽，蒸汽与燃料碳之比为0.05～0.65kg/kg，上述各种原料气化时均以氧含量为93％～99.8％的纯氧、空气或富氧中的一种为氧化剂(也称气化剂)，氧与燃料碳之比为0.4～1.6M3(标准态)/kg，操作压力为0.1～12Mpa，操作温度为1250℃～1550℃。
所说的气化炉可用于联合循环(IGCC)发电装置，也可用于制备合成氨、合成甲醇、羰基化法生产醋酸与醋酐所需的原料气，海绵铁的生产、一氧化碳的生产、纯氢的生产或可燃垃圾的气化处理。
本发明所说的气化炉具有十分显著的优点：
采用顶部喷嘴2和周边喷嘴3，在气化炉内形成撞击流，其流体行为和流场结构有利于雾化和弥散，强化了混合，提高了热质传递速率，延长了原料颗粒的平均停留时间，它们都将显著提高气化效果，即提高碳转化率，降低灰渣中可燃物含量，增加单位质量原料的发气量、有效期成分和水蒸气的分解率。碳的转化率可达98％以上，水蒸气的分解率可达40％以上。
Claims (2)
1．一种顶部设有喷嘴的多喷嘴对置式水煤浆或煤粉气化炉，包括壳体(1)和壳体周边喷嘴(3)，其特征在于，该气化炉还包括设置在气化炉顶部的顶部喷嘴(2)。
2．如权利要求1所述的气化炉，其特征在于，所说的顶部喷嘴(2)的轴线与壳体(1)的轴线相重合。
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