[发明专利]一种分级喷粉气流床气化炉及其气化方法

说明书

技术领域

本发明属于含碳燃料的清洁利用技术领域，特别是涉及一种分级喷粉气流床气化炉，具体地说是涉及一种利用粉状含碳燃料制造一氧化碳、氢气为主的粗煤气的、分级喷粉的气流床气化炉，及其气化方法。

背景技术

气化是指在特定的设备内，在一定温度及压力下使含碳燃料(煤或生物质)中有机质与气化剂(如蒸汽/空气或氧气等)发生一系列化学反应，将固体燃料转化为含有CO、H₂、CH₄等可燃气体的过程。随着世界天然气、石油资源的日益紧缺，世界各国纷纷把煤或生物质的气化作为替代能源的主要方法开展了工艺开发和产业化研究。

气流床气化是气化的主要方法之一，气化原料以粉状或流体状送入气化炉，与气化剂在炉内充分混合后进行燃烧、气化反应。由于气流床气化中，固体颗粒与气化剂之间的混合强烈，气流床气化被广泛应用于大型气化设备中。具有代表性的干粉气流床技术主要有：

(1)K-T气化炉：K-T气化炉为常压气化，干粉煤进料，以氧气为气化剂，气化温度为1400-1600℃，煤气中CO和H₂总量达到85-88％。

(2)Shell气化炉：Shell气化炉是荷兰Shell国际石油公司开发的干煤粉气化技术，工作压力为干煤粉从气化炉下部的气化喷嘴中进入气化炉，气化剂为95％的纯氧和水蒸汽，气化温度为1400-1600℃，采用液态排渣，碳转化率可达99％。

(3)GSP气化炉：GSP气化炉采用气化炉上部进料、纯氧喷流床气化、粗合成气激冷工艺。气化炉的操作压力为2.5-4.0MPa，气化温度为1350-1600℃，液态排渣，其对煤种适应性强，气化效率高。

(4)Prenflo气化炉：Prenflo气化炉基本上与Shell炉相仿，但用纯度为85％的氧气作为气化剂，其煤气冷却系统与Shell不同，工作温度为1500-200℃，液态排渣。

上述几种干煤粉气流床气化炉中，K-T气化炉是第一代气流床气化的典型代表，而Shell、GSP、Prenflo气化炉等成为现有干煤粉气化工艺的典型代表，其主要特点是加压、利用纯氧气化，但这些技术因其温度、压力要求严格，对设备加工要求高，设备投资大。

多喷嘴对置式气流床加压气化技术(专利CN1775920A)和两段式干煤粉加压气化技术(专利CN1721511A)是我国自主研发的气流床气化技术。多喷嘴对置式气流床加压气化炉在上部具有四个呈水平对置式布置的喷嘴，使物料进入气化炉后形成撞击流，强化传热、传质，气化剂为氧气和水蒸汽，操作压力为2.0-2.5MPa，温度为1300-1400℃。两段式干煤粉加压气化将气化炉由下至上分为两段反应区，气化炉下段为第一反应区，在此煤粉与氧气、水蒸汽反应，温度为1400-1700℃，而气化炉第二反应区中喷入少量煤粉和水蒸汽，利用第一反应区的高温煤气显热，温度为1000-1200℃。多喷嘴对置式气流床加压气化炉内虽然具有较强的撞击流，但由于对冲布置，很难在炉内得到稳定、均匀的气固流场，而且喷嘴处于贫氧状态，使用寿命受到限制。两段式干粉加压气化技术由于采用由下至上的流动方式，煤气与液态灰渣呈反向运动，液态灰渣容易在出渣口凝固并堵塞，而且细小灰渣也容易堵塞下游设备，导致操作周期短。

发明内容

本发明的目的在于基本上克服了上述现有技术中的粉煤气化技术的缺点，提供一种用于将粉状固体燃料气化的分级喷粉气流床气化炉。

本发明的另一个目的在于提供一种用于上述粉状固体燃料气流床气化的气化方法。

本发明提供了一种分级喷粉气流床气化炉，包括：

一气化室，和一位于其下方的激冷室，所述气化室通过一位于气化室底部的气化室出口与激冷室相通；所述激冷室包括依次设置于气化室出口下的激冷环和导流板，分别用于将从气化室出来的气体和灰渣冷却，并引导气体和灰渣进入激冷室下部的水池中；所述激冷室还包括设置于激冷室上部的进水口和粗煤气出口，设置于激冷室底部的排水口和排渣口；

所述气化室还包括一气化喷嘴，设置于气化室顶部，其轴线与气化室轴线重合；

所述气化室还包括若干个燃烧喷嘴，沿气化室上部周边均匀设置于气化室上部壁面上，其轴线与气化室的轴线呈0-90°的角度。

在本发明的技术方案中，所述气化炉的截面可为圆形或正方形，气化炉的炉体可为等截面炉体或不等截面炉体，顶部可以是半球形穹顶或平顶。

在本发明的技术方案中，所述气化喷嘴可以采用多种形式，如直流喷嘴或旋流喷嘴，固体粉状燃料在气化剂的携带下经由气化喷嘴从气化炉顶部被送入。