[发明专利]干煤粉分级加压气化反应装置及其气化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种气化反应装置，特别是涉及一种干煤粉分级加压气化反应装置，以及其气化方法。

背景技术

煤气化技术是发展煤基化学品、煤基液态燃料、联合循环发电、制氢等过程工业的基础，是这些行业的关键技术和龙头技术。

现有的可将煤、焦等含碳燃料气化，在采用气流床进行气化的技术中，有代表性的干煤粉气化技术主要有：我国华东理工大学等单位开发的多烧嘴对置式干煤粉气化炉、谢尔气化炉，以及GSP气化炉和国家电力公司热工研究院的两段式干煤粉气化炉。

现有技术中的单烧嘴顶置式干煤粉气化炉的单炉处理能力较小，如GSP气化炉。由于顶部射流的湍流强度较高，存在部分物料短路和形成较大射流回流区的现象，且采用顶部入料方式，燃烧、气化反应集中在气化反应室的顶部区域。通常该区域温度较高，炉内顶部炉壁材料由于承受高温下回流物料的冲刷，其使用寿命较短，影响长周期运行。然而，华东理工大学的多烧嘴对置式干煤粉气化炉由于采用撞击式进料，撞击产生的向上撞击火焰仍对气化炉的顶部炉壁材料存在较大威胁。谢尔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，其主要问题是熔融态渣在气流的逆向托力作用下靠重力向下排出气化炉，极易凝固堵塞渣口。

目前干煤粉气化炉运行存在两个主要问题：一是气化炉内温度控制问题；二是气化产物的冷却和高温净化过程。

由于无法人为控制气化炉内的反应状态，使得炉内的温度分布和气流状态不尽合理。而在节能环保的时代背景下，采用水洗涤冷却工艺处理具有高位显热的气化产物，存在能源利用效率低下的问题。因此，国内外诸多研究人员尝试开发适用于煤气化过程产生的合成气余热回收技术，如美国专利US20080041572采用辐射废锅加底部水激冷的工艺，能回收部分气化产物显热，但辐射废锅内辐射段直接采用屏式水冷壁，极易出现屏式水冷壁结渣堵渣，影响其长周期运行，伴随底部水激冷，工艺复杂，黑水处理量也较大。

谢尔气化的典型工艺流程采用在气化炉顶部出口处低温合成气激冷，再经过膜式水冷壁传热冷却后，进入合成气导管流入对流废锅进行进一步冷却处理。由于合成气夹带大量飞灰进入合成气冷却器，容易在其水冷壁上形成积灰，影响传热效果，且其采用了两个换热设备，合成气冷却器结构庞大、制造成本高，制造周期长，安装与维护难度较大，且存在占地面积大等问题。

因此，开发一种炉内温度可灵活调控、气化产物显热得到有效利用的大规模高效气化技术，是提高我国煤炭气化技术可靠性的关键技术途径之一。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中气化炉内温度无法灵活调控，并且气化产物显热未得到有效利用的缺陷，提供一种干煤粉分级加压气化反应装置及其气化方法。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种干煤粉分级加压气化反应装置，其包括一炉壳，在所述炉壳内由上至下同轴布置有一气化反应室、一合成气冷却室及一底部渣池，其特点在于：

所述气化反应室的顶部设有一内置有一顶置工艺烧嘴的第一烧嘴室，所述气化反应室的上部侧面沿圆周方向设有一层第二烧嘴室，并在每个所述第二烧嘴室内布置一侧面工艺烧嘴，在所述气化反应室的底部还设有一下渣口，通过所述下渣口与所述合成气冷却室连通，所述气化反应室的内壁采用膜式水冷壁。

所述合成气冷却室的上端部设有若干个激冷气入口，所述合成气冷却室内设有一内筒膜式水冷壁，在所述合成气冷却室和所述炉壳之间还设置一外筒膜式水冷壁，且在所述内筒膜式水冷壁和所述外筒膜式水冷壁之间设置一屏式水冷壁。

所述膜式水冷壁、所述内筒模式水冷壁、所述外筒模式水冷壁及所述屏式水冷壁上均设有相应的水冷壁集箱。

其中，膜式水冷壁的使用寿命长，运行可靠性高。所述第一烧嘴室内设置部分冷却盘管，可以起到保护顶置工艺烧嘴的作用。

较佳地，所述下渣口采用盘管式水冷壁和列管式水冷壁相结合的水冷壁形式，所述气化反应室上的所述第一烧嘴室开口和直段部分采用列管式水冷壁。

此处，气化反应室上部的所述第一烧嘴室开口和直段部分采用列管式水冷壁冷却有利于保护气化炉顶部炉壁材料，下渣口采用盘管式和列管式水冷壁组合利于加工和实现液态排渣，而两者的中间段也采用列管式水冷壁，其有利于熔渣向下流动。

另外，若干个激冷气入口的设置可以有效地使熔渣在合成气冷却室头部入口区域即被激冷凝固。

较佳地，所述盘管式水冷壁、所述列管式水冷壁及所述膜式水冷壁为悬臂式或侧面支撑式安装在所述气化反应装置内。