[實(shí)用新型]干法粒化排渣的Y型氣流床氣化爐

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201720710463.6
• 申請(qǐng)日: 2017-06-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN207294697U
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-05-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 田原宇;喬英云
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)石油大學(xué)（華東）
• 主分類號(hào): C10J3/48
• 分類號(hào): C10J3/48;C10J3/50;C10J3/52;C10J3/72;C10J3/74;C10J3/76;C10J3/84
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• 代理人: 暫無(wú)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(lái)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，高溫保證了煤的完全氣化，煤中的礦物質(zhì)成為熔渣后離開(kāi)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(lái)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(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(guò)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(guò)程和復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)過(guò)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(wú)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(lái)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(shí)為了回收熱能，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(duì)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(jiǎn)單，而且含水煤氣對(duì)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和含鹽廢水大，生化處理難度高。下行廢鍋流程盡管對(duì)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(guò)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(shí)間延長(zhǎng)、火焰方向向下，高達(dá)2000℃的火焰不會(huì)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(zhǎng)了氣化爐的使用壽命，但液體排渣，能量未能回收，黑水和含鹽廢水量大，生化處理難度高。

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(guò)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(kāi)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，熱渣水封不可避免產(chǎn)生了難處理的含鹽廢水，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(kāi)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

本實(shí)用新型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干法粒化排渣的Y型氣流床氣化爐，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用壽命長(zhǎng)、煤種適應(yīng)性廣，固體反應(yīng)區(qū)停留時(shí)間長(zhǎng)、灰渣分離、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，能耗和投資低、消除了含鹽廢水和黑水，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。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案：