[實(shí)用新型]固相排渣的氣流床氣化爐

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201220525582.1
• 申請日: 2012-10-11
• 公開（公告）號: CN202912918U
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 田原宇;喬英云
• 申請（專利權(quán)）人: 田原宇
• 主分類號: C10J3/56
• 分類號: C10J3/56;C10J3/74
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一、技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及煤化工領(lǐng)域，特別地，涉及煤氣流床氣化。

二、背景技術(shù)

煤氣化是煤的潔凈與高效利用的龍頭和關(guān)鍵技術(shù)。氣流床氣化是最近幾十年發(fā)展起來的新型煤并流式氣化技術(shù)，氣化劑與煤粉或煤漿經(jīng)噴嘴進(jìn)入氣化室，煤的熱解、燃燒以及氣化反應(yīng)幾乎同時進(jìn)行，高溫保證了煤的完全氣化，煤中的礦物質(zhì)成為熔渣后離開氣化爐。與傳統(tǒng)氣化技術(shù)相比，加壓氣流床氣化溫度高、處理能力大、氣體有效成分高、氣化效率高，是未來煤氣化技術(shù)發(fā)展方向。

目前氣流床煤氣化工藝按噴嘴數(shù)量和布置不同，可分為單噴嘴直噴和多噴嘴對噴兩類。如Texaco水煤漿氣化和GSP粉煤氣化均采用單噴嘴直噴方式，其優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)和控制簡單、造價低，但由于加壓氣化過程涉及高溫、高壓、非均相條件下的流體流動及與之相關(guān)的傳遞過程和復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)過程，單噴嘴直噴霧化效果不理想，氣化效率相對較低；另外處理量調(diào)節(jié)幅度小、容量小，無法滿足大型化的需求。Shell和多噴嘴水煤漿工藝采用了多噴嘴對噴結(jié)構(gòu)，改善了氣化爐傳質(zhì)傳熱效果，碳轉(zhuǎn)化率、能耗等指標(biāo)有所提高，但是，Shell多噴嘴結(jié)構(gòu)增加了設(shè)備的復(fù)雜性，特別是需要獨(dú)立的連鎖控制系統(tǒng)，從而增加了設(shè)備造價、操作難度和維修率；水煤漿多噴嘴對置氣化工藝由于火焰場的分布易造成爐頂部耐火材料的燒蝕，爐頂耐火磚壽命僅有幾個月，大大提高了投資。

氣化爐出來的粗煤氣具有很高的溫度(1200～1700℃)，為了讓夾帶的熔融爐灰凝固，同時為了回收熱能，需要對其冷卻。目前，工業(yè)上采用的移熱方式有兩種：一種是上行廢鍋流程，產(chǎn)生高壓蒸汽；另一種是下行水激冷流程，產(chǎn)生飽和水粗煤氣。上行廢鍋流程熱效率高，煤氣熱值高，適合后續(xù)IGCC發(fā)電；但是上行廢鍋流程僅是回收了氣體的部分熱量，對熔渣的熱量并未回收，且采用冷煤氣激冷加廢鍋回收預(yù)熱的方式設(shè)備復(fù)雜、冷煤氣能耗高。激冷流程氣化爐結(jié)構(gòu)簡單，而且含水煤氣對于后續(xù)變換工序有利，非常適合作為化工生產(chǎn)合成氣，但水激冷流程能量回收困難，且有效氣(CO+H2)含量較低，煤氣熱值低；另外激冷流程黑水量大，生化處理難度高。下行廢鍋流程盡管對回收合成氣和熔渣的熱量一次給于回收，但由于粘灰結(jié)垢堵塞通道，很少工業(yè)化應(yīng)用。

專利CN101724470A提到一種新型水煤漿氣化爐利用頂噴咀和傾斜上噴的側(cè)噴嘴，在爐膛中心形成Y型撞擊區(qū)，強(qiáng)化了熱質(zhì)傳遞與混合過程，加快了反應(yīng)速率并提高碳轉(zhuǎn)化率；由于頂噴嘴的作用，Y型撞擊區(qū)的水煤漿停留時間延長、火焰方向向下，高達(dá)2000℃的火焰不會沖擊爐頂部耐火材料；加之耐火材料層在水(汽)冷壁管的冷卻下，內(nèi)壁壁溫低于液渣的凝固溫度，在耐火層表面結(jié)一層凝固渣層，起到以渣抗渣、保護(hù)耐火層的作用，大大延長了氣化爐的使用壽命，但液體排渣，能量未能回收，黑水量大，生化處理難度高。因此開發(fā)大容量、高效率、高調(diào)節(jié)、高熱量回收、低投資、長周期的大型氣流床氣化爐是目前煤化工亟待解決難題之一。

三、發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的就是為了克服現(xiàn)有氣流床煤氣化技術(shù)存在的不足而提供一種固相排渣的氣流床氣化爐，具有使用壽命長、煤種適應(yīng)性廣、碳的轉(zhuǎn)化率高、處理量調(diào)節(jié)幅度大、熱量回收率高、二次污染少等優(yōu)點(diǎn)，可滿足產(chǎn)業(yè)部門對氣化爐的要求。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案：

本實(shí)用新型提供固相排渣的氣流床氣化爐，由氣化爐殼體、冷卻管、耐磨材料層、隔熱材料層、頂噴嘴、側(cè)噴嘴、氣化室、冷卻液進(jìn)出口、分段錐形封頭、氣化產(chǎn)物排出口、冷卻室、旋流冷卻套、冷煤氣返回口、煤氣出口、固體排渣口組成，其特征在于氣化爐分為氣化室和冷卻室，中間通過分段錐形封頭隔開；氣化室殼體從外向內(nèi)依次是隔熱材料層、冷卻管和耐磨材料層；在氣化室底部設(shè)置冷卻管冷卻液進(jìn)口，頂部設(shè)置冷卻液出口；氣化室頂部中心設(shè)置頂噴嘴，上部沿圓周均勻設(shè)置3個以及3個以上的側(cè)噴嘴，側(cè)噴嘴與水平方向夾角為0°～15°；位于氣化室底部與冷卻室頂部的分段錐形封頭中心設(shè)置氣化產(chǎn)物排出口；氣化產(chǎn)物排出口外側(cè)設(shè)置有旋流冷卻套，旋流冷卻套上部與冷煤氣返回口接通；冷卻室上部設(shè)置煤氣出口，冷卻室底部中心設(shè)置固體排渣口。

頂噴嘴與側(cè)噴嘴的原料處理量之比為1～4∶1，最佳選擇為2∶1。

氣化室的高徑比為2-5∶1，側(cè)噴嘴噴口距氣化室頂部高度為500-2500mm。

氣化室的耐磨材料層為碳化硅或鎂鋁尖晶石材料澆注。

冷卻室使用普通隔熱耐磨材料澆注，高徑比為4～8∶1，煤氣出口距冷卻室頂部高度為100-1000mm.