[发明专利]一种新型加压气流床气化炉

说明书

技术领域

本发明属于能源领域新的大规模加压气流床气化技术，尤其涉及一种加压气流床气化装置。

背景技术

大规模加压气流床煤气化技术是煤基化工(合成氨、制甲醇、二甲醚等)、煤基多联产、IGCC发电等煤的清洁利用关键技术。按煤气化过程中煤在气化炉内的流动形式可分为固定床气化、流化床气化与气流床气化三种类型，与固定床和流化床气化相比，气流床气化具有较好的煤种与粒度适应性和更易大规模化等优势，是大规模、高效、清洁燃气与气化合成气制备装置的首选技术。为此，众多的科技人员研究开发了各种类型的气化炉。有代表性的主要有两种，一种是以德士古和我国华东理工为代表的顶喷式水煤浆气化炉，另外一种是以Shell和西安热工院为代表的下喷式干煤粉气化炉。采用顶喷式的德士古气化炉由于喷嘴与煤气及液渣出口轴线重合，且采用单喷嘴顶喷布置方式，从而容易导致部分物料(流股)短路和大射流回流区现象的发生，使得气化炉顶部流场和温度场分布不尽合理，燃料喷嘴附近高温区域易发生耐火砖脱落和燃料喷嘴烧坏等问题，大大影响了设备的可用率；华东理工大学在德士古的基础上进行了改进，形成多喷嘴气化炉技术，在一定程度上提高了碳转化率和设备可用率，但由于采用侧面喷嘴对置方式，由于四股较强的射流撞击燃烧后将形成明显撞击火焰，向上撞击火焰直接威胁气化炉顶部耐火材料的使用寿命，且由于操作问题容易使得火焰中心偏离气化炉中心轴线而发生偏移，容易导致某只燃料喷嘴由于距离中心火焰过近而发生烧坏等现象。Shell气化炉和两段式干煤粉气化炉均采用煤气与熔融态渣呈逆向流动，悬浮在气流中的细渣易被合成气气流携带进入合成气冷却器和后续冷却净化设备，容易导致后续设备和管道中容易形成积灰和堵塞。由于上述加压气流床气化炉均采用液态排渣方式，对入炉煤的灰熔融温度有着严格的要求，一般要求煤灰熔融温度FT低于1400℃以下，否则及易发生堵渣等现象的发生，煤种适应性较差。

综上所述，尽管已有多种不同形式的气化炉成功实现了工业化应用，但均不同程度地存在反应物停留时间分布不合理、碳转化率不理想、炉内温度场不均匀、易堵渣等问题。因此，有必要开发出一种炉内温度分布可调、具有较长停留时间的新型加压气流床气化炉，以扩大气化炉对煤种的适应性和进一步提高碳转化率的需要。

发明内容

本发明所要解决的问题是，提供一种炉内煤焦颗粒具有较长停留时间的新型加压气流床气化炉。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种新型加压气流床气化炉，包括直径较大的下段气化室、直径较小的上段气化室，下段气化室和上段气化室之间连接有炉拱，炉拱上沿气化炉轴线中心对称布置有燃料喷嘴，燃料喷嘴的轴线与气化炉中轴线具有夹角。采用本技术方案，燃料(干煤粉/水煤浆)通过布置在炉拱上沿气化炉中心轴线对称布置的燃料喷嘴斜向下喷入下段气化室，与同时喷入的氧气和水蒸气进行部分燃烧与气化反应，煤粉气流着火后向下伸展，在下段气化室中下部沿圆弧转折向上，再顺中心轴线上升而形成W型火焰。这种新型W火焰气化方式，极大地延长了煤焦颗粒在炉内的停留时间，并增强了炉内煤粉气流的湍流强度，极大地提高了碳转换率与冷煤气效率。

燃料喷嘴与气化炉中轴线的夹角为5～65°。

燃料喷嘴设置成可摆动的或者安装时是可以调节角度的结构，因此燃料喷嘴轴线与气化炉中轴线的夹角可调。采用本技术方案，气化炉可根据入炉煤的煤质情况，通过调节布置在炉拱上的多只喷嘴与气化炉中心线间的夹角，实现炉内下段气化室内火焰中心位置以及下段气化室出口温度的可调，在一定程度上扩大了气化炉对煤种的适应性。

本发明所述的上段气化室可根据不同需要选用膜式水冷避结构或耐火衬里结构。在上段气化室顶部布置有锥形缩口的气化室出口，锥形缩口锥面与上段气化室中心线的夹角为15～25°。从下段气化室出口出来的夹带有未反应碳粒和飞灰的高温粗煤气(1300～1400℃)进入上段气化室内，在上段气化室内粗煤气中的未反应碳粒继续与CO₂和蒸汽等发生气化反应，粒径较大的碳颗粒灰渣由于重力作用重新回落至下段气化室内继续燃烧、破碎，破碎后的细小颗粒被携带至上段气化室内继续气化，从而极大程度地提高了气化炉的碳转换效率。

本发明的合成气冷却室包括：膜式水冷壁(辐射受热面)、水冷壁入口集箱、水冷壁出口集箱、合成气导向水冷壁、合成气出口、吹灰器。从上段气化室出来的高温合成气进入合成气冷却室，高温合成气在合成气冷却室内被进一步冷却，最后冷却后的合成气向上经合成气导向板进入内、外膜式水冷壁间的环形通道往下至气化炉合成气出口排出，进入下道工序。