[發明專利]一種煤粉旋風氣流床氣化裝置及方法

有效

• 申請號: 201210420729.5
• 申請日: 2012-10-29
• 公開（公告）號: CN102942964A
• 公開（公告）日: 2013-02-27
• 發明（設計）人: 邱朋華;劉歡鵬;劉栗;譚建宇;石旭;杜昌帥;趙巖;秦裕琨;吳少華;孫紹增
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C10J3/48
• 分類號: C10J3/48;C10J3/72
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 高媛

1.一種煤粉旋風氣流床氣化裝置，所述裝置包括圓柱形氣化室(1)、渣池(2)和爐頂(4)，爐頂(4)設置在圓柱形氣化室(1)的頂部，渣池(2)設置在圓柱形氣化室(1)的底部，圓柱形氣化室(1)的下端側壁設有粗合成氣出口(1-1)，其特征在于：所述裝置還包括頂部噴嘴(3)和四個氧化劑噴嘴(5)，頂部噴嘴(3)設置在爐頂(4)上，且頂部噴嘴(3)的軸線與圓柱形氣化室(1)的軸線重合，頂部噴嘴(3)由內筒(3-3)和外筒(3-4)組成，內筒(3-4)設置在外筒(3-5)中，內筒(3-4)的內腔為煤粉噴嘴(3-1)，內筒(3-4)與外筒(3-4)之間的腔體為水蒸汽噴嘴(3-2)，四個氧化劑噴嘴(5)沿圓柱形氣化室(1)的上端外壁均布設置。

2.根據權利要求1所述一種煤粉旋風氣流床氣化裝置，其特征在于：所述四個氧化劑噴嘴(5)設置在同一高度內，每個氧化劑噴嘴(5)的軸線與圓柱形氣化室(1)的直徑之間的銳角(α)為25°～50°，四個氧化劑噴嘴(5)的射流延長線均與內接圓(K)相切。

3.根據權利要求1所述一種煤粉旋風氣流床氣化裝置，其特征在于：所述四個氧化劑噴嘴(5)分兩層布置在圓柱形氣化室(1)的側壁上，每層布置兩個氧化劑噴嘴(5)，上層的氧化劑噴嘴(5)為上層氧化劑噴嘴(5-1)，下層的氧化劑噴嘴(5)為下層氧化劑噴嘴(5-2)，兩個上層氧化劑噴嘴(5-1)設置在同一高度內，且兩個上層氧化劑噴嘴(5-1)對角設置，兩個下層氧化劑噴嘴(5-2)設置在同一高度內，且兩個下層氧化劑噴嘴(5-2)對角設置，每個氧化劑噴嘴(5)的軸線與圓柱形氣化室(1)的直徑之間的銳角(α)為25°～50°，兩個上層氧化劑噴嘴(5-1)和兩個下層氧化劑噴嘴(5-2)的射流延長線均與內接圓(K)相切。

4.根據權利要求1所述一種煤粉旋風氣流床氣化裝置，其特征在于：所述四個氧化劑噴嘴(5)分兩層布置在圓柱形氣化室(1)的側壁上，每層布置兩個氧化劑噴嘴(5)，上層的氧化劑噴嘴(5)為上層氧化劑噴嘴(5-1)，下層的氧化劑噴嘴(5)為下層氧化劑噴嘴(5-2)，兩個上層氧化劑噴嘴(5-1)設置在同一高度內，且兩個上層氧化劑噴嘴(5-1)對角設置，每個上層氧化劑噴嘴(5-1)的軸線與圓柱形氣化室(1)的直徑之間的銳角(α)為25°～50°，兩個上層氧化劑噴嘴(5-1)的射流延長線與內接圓(K)相切，兩個下層氧化劑噴嘴(5-2)設置在同一高度內，且兩個下層氧化劑噴嘴(5-2)相對設置。

5.根據權利要求2、3或4所述一種煤粉旋風氣流床氣化裝置，其特征在于：所述銳角(α)為45°。

6.根據權利要求1所述一種煤粉旋風氣流床氣化裝置，其特征在于：所述爐頂(3)的結構為半球形、橢球形或平板形。

7.一種利用權利要求1所述裝置實現煤粉旋風氣流床氣化的方法，其特征在于：所述方法是通過以下步驟實現的：

步驟一、設定圓柱形氣化室(1)內部的壓力為0.1Mpa～4Mpa，圓柱形氣化室(1)的運行溫度為1400℃～1600℃；

步驟二、干煤粉由N₂或CO₂攜帶以直流方式或旋流方式經頂部噴嘴(3)上的煤粉噴嘴(3-1)送入爐膛內部，同時水蒸汽由水蒸汽噴嘴(3-2)送入爐膛內部，在爐膛頂部形成向下的旋轉射流；

步驟三、四個氧化劑噴嘴(5)同時將體積濃度為70％～100％的氧氣送入爐膛內部，在圓柱形氣化室(1)內壁區域形成一股強勁的旋轉氣流，這個旋轉氣流使煤粉射流發生偏斜并被卷吸到圓柱形氣化室(1)內壁附近，依附內壁面呈螺旋線軌跡(M)自上而下緩慢運動，粒徑小于100μm的煤粉顆粒經過高溫干燥和熱解，在離心力的作用下被不斷拋向圓柱形氣化室(1)內壁并在圓柱形氣化室(1)內壁上形成一層熔渣膜，隨著熔渣膜的渣層流動和迅速加熱，以及氧化劑噴嘴(5)噴出的旋流氣流的高速沖刷，煤粉、純氧和水蒸汽在高溫條件下發生氣化還原反應，產生合成氣，從而實現了煤粉旋風氣化，粒徑大于80μm的煤粉顆粒容易從高速旋轉的氣流中分離出來后直接進入渣池(2)，并從底部的排渣口排出。

8.根據權利要求7所述一種煤粉旋風氣流床氣化的方法，其特征在于：步驟一中的圓柱形氣化室(1)內部的壓力為2Mpa，圓柱形氣化室(1)的運行溫度為1500℃。