[發(fā)明專利]一種旋流液渣固化的氣流床氣化爐

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310451612.8
• 申請(qǐng)日: 2013-09-24
• 公開（公告）號(hào): CN104449868A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 田原宇;喬英云;田斌;安曉熙
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)石油大學(xué)（華東）
• 主分類號(hào): C10J3/56
• 分類號(hào): C10J3/56
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一、技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及煤化工領(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(shí)進(jìn)行，高溫保證了煤高效氣化，煤中的礦物質(zhì)成為熔渣后離開氣化爐。與其他氣化技術(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，是未來煤合成型氣化技術(shù)的發(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(duì)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(jiǎn)單、造價(jià)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(dòng)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(duì)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(duì)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(jià)、操作難度和維修率；水煤漿多噴嘴對(duì)置氣化工藝由于火焰場(chǎng)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(gè)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℃），為了讓夾帶的熔融灰渣凝固，回收余能，需要對(duì)其冷卻。目前，工業(yè)上采用的移熱方式有兩種：一種是煤氣上行廢鍋流程，產(chǎn)生高壓蒸汽；另一種是煤氣下行水激冷流程，產(chǎn)生飽和水粗煤氣。煤氣上行廢鍋流程熱效率高，避免了激冷水的黑水難題，但是上行廢鍋流程僅是回收了氣體的部分熱量，對(duì)熔渣的熱量并未回收，且采用冷煤氣加壓循環(huán)激冷、廢鍋回收余熱的方式設(shè)備復(fù)雜、能耗高。激冷流程氣化爐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但水激冷流程大量余熱浪費(fèi)，而且激冷流程黑水量大，后續(xù)處理管線結(jié)堵嚴(yán)重。煤氣下行采用廢鍋流程盡管可以同時(shí)回收合成氣和熔渣的余熱量，但由于粘灰結(jié)垢堵塞廢鍋通道，很少工業(yè)化應(yīng)用。

專利CN102994160A提到一種固相排渣的氣流床氣化爐，利用頂噴咀和側(cè)噴嘴組合形成Y型撞擊區(qū)，延長(zhǎng)水煤漿在高溫反應(yīng)區(qū)停留時(shí)間、強(qiáng)化了熱質(zhì)傳遞與混合過程、避免高溫沖擊爐頂部耐火材料，提高碳轉(zhuǎn)化率和擴(kuò)大適用煤種的范圍以及處理量調(diào)節(jié)幅度，同時(shí)消除單一頂噴嘴氣化爐開工爆震造成的安全隱患和降低爐膛保護(hù)層壽命的缺陷；利用隔熱材料層、冷卻管和耐磨材料層從外向內(nèi)組合的水冷壁結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)以渣抗渣、保護(hù)冷卻管、提高氣化爐壽命；利用旋流冷卻套旋轉(zhuǎn)噴出的循環(huán)冷卻煤氣強(qiáng)化熔渣冷卻固化、離心旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)灰渣分離，解決了水激冷流程的黑水難題，同時(shí)回收灰、渣和合成氣的余熱，簡(jiǎn)化了冷卻室結(jié)構(gòu)、降低了隔熱耐磨材料的苛刻度和成本。在實(shí)際應(yīng)用中性能遠(yuǎn)優(yōu)于其他合成型的氣流床氣化爐，但是還存在水冷壁掛渣難度大、不均勻、易產(chǎn)生大塊掉渣，影響長(zhǎng)周期安全運(yùn)行，煤氣循環(huán)冷卻效果差、能耗高、投資大，旋流冷卻氣帶動(dòng)合成氣旋轉(zhuǎn)的離心作用弱、氣量大造成了廢熱鍋爐負(fù)荷大幅度的增加，冷卻螺旋管結(jié)構(gòu)不利于側(cè)噴嘴布置、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，承壓外殼材質(zhì)要求高等重大缺陷和不足，影響了固相排渣的氣流床氣化爐的推廣和應(yīng)用。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(zhǎng)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

本發(fā)明的目的就是為了克服現(xiàn)有固相排渣的氣流床氣化爐技術(shù)存在的上述重大缺陷和不足而提供一種旋流液渣固化的氣流床氣化爐，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、承壓外殼材質(zhì)要求低、使用壽命長(zhǎng)、煤種適應(yīng)性廣、碳的轉(zhuǎn)化率高、水冷壁掛渣容易、處理量調(diào)節(jié)幅度大、熱量回收率高、冷卻效果好、能耗和投資低、二次污染少等優(yōu)點(diǎn)，可滿足產(chǎn)業(yè)部門對(duì)高效大型化合成型氣化爐的要求。

本發(fā)明的技術(shù)方案：