[发明专利]一种干煤粉旋风气流床气化炉及其气化方法

说明书

技术领域

本发明涉及旋风气流床气化炉及其气化方法，特别涉及一种干煤粉旋风气流床气化炉，属于煤气化设备技术领域。

背景技术

煤炭气化技术是发展煤基化学品生产、煤基液体燃料（合成油品、甲醇、二甲醚等）、合成天然气（SNG）、IGCC发电、制氢、燃料电池、直接还原炼铁及多联产系统等过程工业的基础，是这些行业的公共技术、关键技术和龙头技术。煤气化工艺一般分为移动床（也称为固定床）、流化床和气流床三种。这其中，气流床气化技术因具有处理量大，碳转化率高、冷煤气效率高等优点已成为现代煤气化技术的主要发展方向。

气流床煤气化的进料方式有两种：水煤浆式和干煤粉式。干煤粉气流床气化技术的典型代表有壳牌（Shell）、普伦弗洛（Prenflo）和日立气化炉等，相对于水煤浆进料，干煤粉气化的煤种适应性更强，炉内气化温度更高，冷煤气效率高等优点而取得快速的发展。典型的干煤粉气流床气化炉如图1所示，主要由喷嘴、炉顶、气化室、排气口和排渣口等组成，经过干燥和制粉处理的煤粉自气化炉上部的喷嘴由N₂（或CO₂）携带进入气化炉，与O₂和水蒸气一起在气化炉中进行反应。煤粉进入气化炉后经历了热解和挥发分燃烧、半焦燃烧气化反应和气化还原反应等主要过程。生成的粗煤气经过冷却、除尘、脱硫后收集，液态灰渣经过冷却、破碎后由排渣口排出。

气流床气化有两个主要特点，一是运行温度比较高，约为1300～1600℃，在炉内形成的灰渣为液态，其排渣方式为液态排渣；另外一个特点是在气化炉内，为了保护炉壁材料和减少热损失，采用“以渣抗渣”技术，即气化产生的液态渣粘附在炉壁表面形成渣膜，利用其导热系数小的特点作为耐火衬里。

从实际运行情况来看，气流床气化技术目前还存在以下两个方面的主要问题。一方面，由于喷嘴出口处干煤粉与O₂发生燃烧氧化放热反应，导致气化烧嘴使用寿命不长。干煤粉气化炉的烧嘴寿命一般只有1年左右，远小于煤粉燃烧锅炉的燃烧器平均4-5年的使用寿命。另一方面，干煤粉气化技术采用水冷内壁结合“以渣抗渣”技术，由于负荷波动易造成在壁面上形成的渣膜出现问题，给气化炉的工作安全带来严重威胁。

发明内容

本发明的目的在于：提出一种干煤粉旋风气流床气化炉及其气化方法，在不降低气流床气化经济性的同时，解决现有干煤粉气化炉喷嘴使用寿命不长和液态渣膜不稳定的问题，提高煤气化过程的工作可靠性。

本发明的技术方案如下：

一种干煤粉旋风气流床气化炉，包括气化室、位于气化室上部的炉顶、位于炉顶上部的顶部喷嘴、布置在气化室下部的排气口和底部排渣口，其特征在于：所述的顶部喷嘴采用环形通道结构，在内通道布置内旋流叶片，在外通道布置外旋流叶片；所述气化室侧壁沿高度方向布置至少一层四角切圆O₂喷嘴。

本发明所述的炉顶采用半球形，所述的气化室采用圆柱形，所述的底部排渣口采用圆锥形。

本发明还提供一种干煤粉旋风气化方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

1）煤粉由N₂或CO₂携带，通过顶部喷嘴中环形通道的内旋流叶片进入炉顶，水蒸气通过外旋流叶片进入炉顶，在炉顶区域形成旋转向下的煤粉气流；

2）气化用O₂通过所述的气化室侧壁上的四角切圆O₂喷嘴切向进入气化室，在离心力作用下煤粉气流在近炉壁区呈螺旋线轨迹自上向下缓慢运动，煤颗粒在炉壁表面的液态渣膜上发生膜式气化；

3）气化生成的粗煤气通过所述排气口排出气化室，生成的灰渣通过底部排渣口排出气化炉。