[发明专利]一种煤粉旋风气流床气化装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种气化炉及气化方法，具体涉及一种煤粉旋风气流床气化装置及方法。

背景技术

气流床气化技术因具有处理量大，碳转化率、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。气流床气化有两个主要的特点，一是运行温度比较高，大约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。气流床煤气化的进料方式有两种：水煤浆式和干煤粉式。相比于水煤浆式进料，干煤粉气化的煤种适应性更强，炉内气化温度更高，气化产物分解更彻底，产生的主要是CO和H2等小分子化合物，灰渣中几乎没有可溶性有害物质且含碳量很低，更有利于后续的煤化工等利用。

气流床气化技术已成为当今大型煤气化工业应用的首先技术，然而不同的气化技术拥有各自的结构及工艺特点，从而形成不同的炉内流场分布，然而流场分布又决定了炉内相与相之间的混合，既是炉内动量、质量及能量的相互作用，造成炉内停留时间、温度及浓度的不同分布，最终影响了一种气化技术的性能。旋风煤粉气化技术利用旋风流场的特点，强化了炉内传热传质过程，延长了煤粉在炉内的停留时间，提高了炉内的热强度，从而优化了气化性能。此外，旋风流场使炉内煤粉在水冷壁表面发生气化反应，液态熔渣沉积在其表面，避免水冷壁收到高温损害和冲刷磨损；由于气化剂是从侧壁喷嘴切向射入炉内，使得反应区域距离气化炉顶部较远，故对带有顶部喷嘴的气化炉，起到保护其喷嘴的作用。

2004年吕清刚，那永洁等人研究了一种固体燃料气化反应装置。该装置利用旋风炉内的强烈的气固掺混条件，强化气化反应。但是，其气化方式为空气气化，相比于纯氧气化，产气的热值较低；同时，气化炉内所形成的旋转流场由单一喷口维持，不利于形成均匀稳定的渣层及温度场。2008年，唐治国、唐超君等人公开了一种适用于高灰熔点粉煤、液态排渣、合成气和液态渣并流向下流出出渣口的立式加压气流床气化方法及装置。它是将粉煤和气化剂分别由位于炉壁上不同高度的喷嘴以不同入炉方式喷入气化炉内。氧化剂和水蒸气分别从炉体的上部和中下部切向喷入，两部分气体旋转方向相同。但是，其给粉方式为侧喷给粉，在氧化剂与煤粉接触并发生发应瞬间，会造成煤粉喷嘴温度过高，影响喷嘴的使用寿命。2010年，董利、许光文等人公开了一种分级喷粉气流床气化炉及其气化方法。其主要特征在于将一部分燃料随氧化剂从燃烧喷嘴喷入气化室并燃烧，在气化室上部形成高温区，将另一部分燃料与气化剂从气化喷嘴进入气化炉，在气化室顶部预热后进入高温区气化。其主要通过分级给粉、布置至少一组燃烧喷嘴的方式来实现煤粉气化。尽管其气化喷嘴布置于气化室顶部，但其同时喷射煤粉与气化剂，其喷嘴使用寿命还有待考证；并且分级给粉的方式无论是在气化炉结构设计上还是运行调节上都比较复杂。

气流床气化技术发展至今，存在的问题主要表现在两个方面：

(1)气化烧嘴寿命不长。无论是干煤粉气化还是水煤浆气化，由于采用纯氧作为气化剂，炉内温度高，传热剧烈，导致气化烧嘴使用寿命有限。因为更换烧嘴的气化炉需要停车，这将影响气化炉的工作可靠性。有资料表明，水煤浆气化炉烧嘴的使用寿命一般在3-6个月，干煤粉气化炉烧嘴寿命长于水煤浆气化炉，但这个数字也远小于煤粉燃烧锅炉燃烧器寿命。

(2)炉壁耐火衬里容易烧损。干煤粉气化一般采用水冷壁型内壁，通过调整灰分的粘温特性，使得形成的液态炉渣粘附在水冷壁表面，“以渣抗渣”来保护水冷壁的工作安全。由于炉内流场的分布，液态熔渣并不能全部沉积在水冷壁表面，甚至在某些部位没有熔渣挂壁，造成壁面高温损害和磨损。如果炉渣在壁面形成的渣膜出现问题，气化炉的工作安全性将受到威胁。水煤浆气化炉采用耐火材料作为内壁，没有水冷壁结构。由于负荷波动等问题，气化炉的内壁工作可靠性不高，容易发生热疲劳导致内壁材料损坏，需要定期更换。

发明内容

本发明的目的是为解决传统气化炉喷嘴容易过烧，干煤粉在炉内的停留时间短，煤粉颗粒气化的碳转化率低，煤粉气化后形成的液态渣不会停留在壁面上，炉壁面易受高温酸性气体的热侵害和化学腐蚀侵害的问题，而提供一种煤粉旋风气流床气化装置。

本发明的是通过以下技术方案来实现的：