[發明專利]一種分級噴粉氣流床氣化爐及其氣化方法

無效

• 申請號: 201010102329.0
• 申請日: 2010-01-27
• 公開（公告）號: CN102134512A
• 公開（公告）日: 2011-07-27
• 發明（設計）人: 董利;許光文;郝江平;高士秋;汪印;張聚偉
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: C10J3/56
• 分類號: C10J3/56;C10J3/54;C10J3/72
• 代理公司: 北京律誠同業知識產權代理有限公司 11006
• 代理人: 梁揮;徐金國

技術領域

本發明屬于含碳燃料的清潔利用技術領域，特別是涉及一種分級噴粉氣流床氣化爐，具體地說是涉及一種利用粉狀含碳燃料制造一氧化碳、氫氣為主的粗煤氣的、分級噴粉的氣流床氣化爐，及其氣化方法。

背景技術

氣化是指在特定的設備內，在一定溫度及壓力下使含碳燃料(煤或生物質)中有機質與氣化劑(如蒸汽/空氣或氧氣等)發生一系列化學反應，將固體燃料轉化為含有CO、H₂、CH₄等可燃氣體的過程。隨著世界天然氣、石油資源的日益緊缺，世界各國紛紛把煤或生物質的氣化作為替代能源的主要方法開展了工藝開發和產業化研究。

氣流床氣化是氣化的主要方法之一，氣化原料以粉狀或流體狀送入氣化爐，與氣化劑在爐內充分混合后進行燃燒、氣化反應。由于氣流床氣化中，固體顆粒與氣化劑之間的混合強烈，氣流床氣化被廣泛應用于大型氣化設備中。具有代表性的干粉氣流床技術主要有：

(1)K-T氣化爐：K-T氣化爐為常壓氣化，干粉煤進料，以氧氣為氣化劑，氣化溫度為1400-1600℃，煤氣中CO和H₂總量達到85-88％。

(2)Shell氣化爐：Shell氣化爐是荷蘭Shell國際石油公司開發的干煤粉氣化技術，工作壓力為干煤粉從氣化爐下部的氣化噴嘴中進入氣化爐，氣化劑為95％的純氧和水蒸汽，氣化溫度為1400-1600℃，采用液態排渣，碳轉化率可達99％。

(3)GSP氣化爐：GSP氣化爐采用氣化爐上部進料、純氧噴流床氣化、粗合成氣激冷工藝。氣化爐的操作壓力為2.5-4.0MPa，氣化溫度為1350-1600℃，液態排渣，其對煤種適應性強，氣化效率高。

(4)Prenflo氣化爐：Prenflo氣化爐基本上與Shell爐相仿，但用純度為85％的氧氣作為氣化劑，其煤氣冷卻系統與Shell不同，工作溫度為1500-200℃，液態排渣。

上述幾種干煤粉氣流床氣化爐中，K-T氣化爐是第一代氣流床氣化的典型代表，而Shell、GSP、Prenflo氣化爐等成為現有干煤粉氣化工藝的典型代表，其主要特點是加壓、利用純氧氣化，但這些技術因其溫度、壓力要求嚴格，對設備加工要求高，設備投資大。

多噴嘴對置式氣流床加壓氣化技術(專利CN1775920A)和兩段式干煤粉加壓氣化技術(專利CN1721511A)是我國自主研發的氣流床氣化技術。多噴嘴對置式氣流床加壓氣化爐在上部具有四個呈水平對置式布置的噴嘴，使物料進入氣化爐后形成撞擊流，強化傳熱、傳質，氣化劑為氧氣和水蒸汽，操作壓力為2.0-2.5MPa，溫度為1300-1400℃。兩段式干煤粉加壓氣化將氣化爐由下至上分為兩段反應區，氣化爐下段為第一反應區，在此煤粉與氧氣、水蒸汽反應，溫度為1400-1700℃，而氣化爐第二反應區中噴入少量煤粉和水蒸汽，利用第一反應區的高溫煤氣顯熱，溫度為1000-1200℃。多噴嘴對置式氣流床加壓氣化爐內雖然具有較強的撞擊流，但由于對沖布置，很難在爐內得到穩定、均勻的氣固流場，而且噴嘴處于貧氧狀態，使用壽命受到限制。兩段式干粉加壓氣化技術由于采用由下至上的流動方式，煤氣與液態灰渣呈反向運動，液態灰渣容易在出渣口凝固并堵塞，而且細小灰渣也容易堵塞下游設備，導致操作周期短。

發明內容

本發明的目的在于基本上克服了上述現有技術中的粉煤氣化技術的缺點，提供一種用于將粉狀固體燃料氣化的分級噴粉氣流床氣化爐。

本發明的另一個目的在于提供一種用于上述粉狀固體燃料氣流床氣化的氣化方法。

本發明提供了一種分級噴粉氣流床氣化爐，包括：

一氣化室，和一位于其下方的激冷室，所述氣化室通過一位于氣化室底部的氣化室出口與激冷室相通；所述激冷室包括依次設置于氣化室出口下的激冷環和導流板，分別用于將從氣化室出來的氣體和灰渣冷卻，并引導氣體和灰渣進入激冷室下部的水池中；所述激冷室還包括設置于激冷室上部的進水口和粗煤氣出口，設置于激冷室底部的排水口和排渣口；

所述氣化室還包括一氣化噴嘴，設置于氣化室頂部，其軸線與氣化室軸線重合；

所述氣化室還包括若干個燃燒噴嘴，沿氣化室上部周邊均勻設置于氣化室上部壁面上，其軸線與氣化室的軸線呈0-90°的角度。

在本發明的技術方案中，所述氣化爐的截面可為圓形或正方形，氣化爐的爐體可為等截面爐體或不等截面爐體，頂部可以是半球形穹頂或平頂。

在本發明的技術方案中，所述氣化噴嘴可以采用多種形式，如直流噴嘴或旋流噴嘴，固體粉狀燃料在氣化劑的攜帶下經由氣化噴嘴從氣化爐頂部被送入。