[发明专利]流化床气化炉及气化系统

说明书

技术领域

本发明涉及气化炉技术领域，尤其涉及一种流化床气化炉及气化系统。

背景技术

煤气化反应是一个热化学过程，以粉煤(通常直径小于5mm的粉煤)作为原料，在高温高压条件下与气化剂反应生成粗煤气和轻质焦油。

在煤气化领域中，流化床气化炉是一种常用的煤气化反应装置，其原理主要是向气化炉内通入气化剂，并合理控制气化剂的气体流量，以使气化剂的气体流速达到粉煤颗粒的最小流化速度，从而使粉煤处于悬浮状态，并与气化剂充分接触进行气化反应。其中，在重力作用下粉煤颗粒会自行分层，即部分大颗粒的粉煤会沉入气化炉下部的气体分布板区域，从而容易导致大颗粒的粉煤在气化炉的底部聚集，出现流动死区现象。具体地，为了避免大颗粒的粉煤在气化炉底部出现死区现象，可以通过加大气化剂的气体流速以改善大颗粒粉煤的流动状态；但是，随着气化反应的进行，气化炉内的气体体积将会增加，气体体积的增加又会导致气体流速的增大，从而容易造成小颗粒的粉煤被带出气化炉。

因此在向流化床气化炉中通入气化剂时，最为理想的情况为：气化剂的气体流速既要保证使大颗粒的粉煤达到流动状态，从而避免流化床气化炉的失流化现象；同时随着气化反应的进行，气化剂的气体流速又不能过大，以免将过多的小颗粒粉煤带出气化炉，从而导致粉煤的利用效率降低。

然而，现有技术中流化床气化炉内气化剂的气体流速通常随着反应的进行而增大，因此很难同时既保证大颗粒粉煤的流化，又防止小颗粒粉煤的带出。

发明内容

本发明提供一种流化床气化炉及气化系统，解决了现有技术中的流化床气化炉很难同时既保证大颗粒粉煤的流化，又防止小颗粒粉煤带出的问题。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种流化床气化炉，包括气化炉本体，所述气化炉本体的顶部设有固体物料入口、底部设有气化剂入口；所述气化炉本体内的下部区域为气化反应区，所述气化反应区的底端内径小于所述气化反应区的顶端内径。

其中，所述气化反应区的顶端内径与所述气化反应区的底端内径的比值为d，且所述1＜d≤2。

进一步地，所述气化炉本体内所述气化反应区的内侧筒壁与水平方向的夹角为75度-85度。

实际应用时，所述气化炉本体内的中上部区域为热解区，所述气化炉本体的内壁在所述热解区的底部设有缓冲缩口。

其中，所述缓冲缩口中最小横截面积所对应的缩口内径小于所述缓冲缩口中的上下部敞口内径，以使通过所述缓冲缩口处气化剂的气体流速不大于物料的最小流化速度。

具体地，所述物料的最小流化速度是指物料平均粒径的最小流化速度。

优选地，所述缓冲缩口与所述气化炉本体之间的衔接位置，以及所述缓冲缩口中的缩口直径位置均为弧形过渡结构。

进一步地，所述缓冲缩口中同一侧的两侧壁之间的夹角对应的设置范围应能够保证物料在所述气化炉本体内从所述热解区平稳地下落至所述气化反应区。

实际应用时，所述缓冲缩口中同一侧的上、下两侧壁之间的夹角为60度-180度。

优选地，所述缓冲缩口中同一侧的上、下两侧壁之间的夹角为80度-120度。

本发明提供的流化床气化炉中，包括气化炉本体，气化炉本体的顶部设有固体物料入口、底部设有气化剂入口；气化炉本体内的下部区域为气化反应区，气化反应区的底端内径为D1、气化反应区的顶端内径为D2，且D1小于D2。由此分析可知，以煤气化反应为例进行说明，粉煤通过顶部的固体物料入口进入气化炉本体内，气化剂通过底部的气化剂入口进入气化炉本体内，并与粉煤在气化反应区充分接触且发生气化反应。其中，气化反应区的底端内径为D1、气化反应区的顶端内径为D2，且D1小于D2，因此气化炉本体内的气化反应区的内侧筒径自下至上逐渐由D1增加至D2，从而随着气化反应的进行，气化反应区内气体体积增加时，气化炉本体内气化反应区直径的增加能够有效抵消气体体积的增加，进而使气化剂的气体流速保持不变或降低。因此本发明提供的流化床气化炉在气化反应区进行变径设计，能够使气化剂的气体流速与煤气化反应相匹配，从而有效解决大、小不同颗粒粉煤的流动性质差异所造成的流化床气化炉的操作困难，进而能够改善大颗粒粉煤的流动状态，同时减少小颗粒粉煤的带出问题，以使煤气化反应更充分，提高粉煤的利用率。

本发明还提供一种气化系统，包括上述任一项所述的流化床气化炉。

本发明提供的气化系统与流化床气化炉具有相同的优势，故在此不再赘述。

附图说明