CN101003755A - 一种多喷嘴气化炉及其气化方法 - Google Patents

一种多喷嘴气化炉及其气化方法 Download PDF

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Abstract

一种多喷嘴气化炉，包括以下构件：炉壳(1)、炉胆(3)、侧喷嘴(11)，所述侧喷嘴位于气化室(12)的中上部，并沿其圆周方向设置至少一层侧喷嘴；所述侧喷嘴的轴向偏角α和径向偏角β分别满足以下角度要求：0°≤α≤18°，0°≤β≤22.5°，且α和β不同时为0°。此外，本发明还提供了采用该气化炉的气化方法。本发明适用于大规模煤炭和含碳燃料气化生产合成气的工艺过程。该气化炉可延长含碳固体反应物在气化炉内的停留时间，并使气化反应的转化率明显提高。

Description

一种多喷嘴气化炉及其气化方法
技术领域
本发明涉及一种由含碳燃料制造以一氧化碳和氢气为主的粗煤气的气化装置及其气化方法，更具体地说，是一种多喷嘴的气化炉及采用该气化炉的气化方法。
背景技术
煤气化技术作为洁清煤技术的基础和核心，其发展已有200多年的历史。现代煤气化技术的发展得益于石油危机，二十世纪70年代第一次世界性的石油危机，使人们清醒的认识到石油和天然气与煤相比并不是无限资源，发达国家出于对石油、天然气供应前景的预测，纷纷把发展煤气化作为替代能源重新提到议事日程，加快了煤气化新工艺开发和产业化的步伐。
气流床气化是煤炭气化的一种重要形式。原料是以粉状或流体状入炉，气化原料和气化剂经由烧嘴或燃烧器一起夹带、并流送入气化炉，在气化炉内进行充分的混合、燃烧和气化反应。由于在气化炉内气固相对差速度很低，气体夹带固体几乎是以相同的速度向相同的方向运动，因此称为气流床气化。
有代表性的工业化气流床气化炉型主要有：
(1)K-T(Koppers-Totzek)炉：常压气化、干粉进料、以氧气为气化剂。
(2)Shell气化炉、Prenflo(Pressurized Entrained FlowGasification)气化炉、GSP(Gaskombiant Schwarze Pumpe)气化炉：这三种气化工艺均为加压气化、干粉进料、以氧气为气化剂。
(3)Texaco炉：湿法水煤浆进料，加压气化、以氧气为气化剂。
K-T炉是最早实现工业化的第一代气流床煤气化工艺。K-T炉是由德国Koppers公司的Totzek工程师发明，因而取名为Koppers-Totzek炉，简称K-T炉。1948年在美国密苏里州路易斯安挪进行中试，用以生产“F-T”合成气。第一台工业化装置于1952年建于芬兰，以后有17个国家20家工厂先后建设了77台炉子，主要用于生产合成氨和燃料气。K-T炉为常压气化，干法粉煤进料，气化炉温度1400～1600℃，煤气有效成分(CO+H2)达85％～88％，甲烷含量低于0.1％，煤气不含可冷凝的高级烃类、焦油和酚等，煤气净化简易，三废治理方便。K-T式气化炉有双头和四头两种结构，气化炉的形状像几个球形锥体，中间焊在一起。它有双层炉壳(水夹套)，用锅炉钢板制成，夹套内生产的低压(0.2MPa)蒸汽可用作气化工艺蒸汽。
Shell气化炉与Prenflo气化炉是在K-T式气化炉的基础上开发的加压气流床气化炉，在K-T炉的基础上，荷兰Shell国际石油公司和原联邦德国Krupp-Uhde公司的前身Kropp-Koppers公司合作，联合开发了Shell-Koppers气化工艺。并于1976年在荷兰阿姆斯特丹建成了小试装置，1978年在原联邦德国的Hamburg-Harburg建立了工业示范装置，1983年结束试验运转。此后，Shell公司的开发了Shell煤气化工艺简称SCGP，Krupp-Koppers公司开发了加压气流床气化工艺简称Prenflo。Shell气化炉与Prenflo气化炉的主要区别是：Shell炉采用膜式炉胆，废热锅炉与气化炉采用分体式结构，激冷后的煤气经导管引入气化炉旁边的废热锅炉；Prenflo炉采用盘管式炉胆，废热锅炉与气化炉一体，设置在气化炉上部，激冷后的煤气直接进入气化炉上部的废热锅炉。1993年Shell公司在荷兰的Demkolec建成2000t/d的IGCC发电工业示范装置；1992年Krupp-Koppers公司在西班牙的Puertollano建设了气化能力为2600t/d，气化压力为2.0MPa的IGCC示范电厂。
GSP煤气化是原民主德国VEB Gaskombiant的黑水泵公司于1976年开始研究开发的另一类干煤粉加压气化工艺。1980年开始进行中试，1985年实现工业化应用。目前，工业化气化炉单台气化炉的生产能力为720t/d煤，气化压力为4.0MPa。GSP气化炉是典型的上置下喷加料气化炉，GSP气化炉与Shell气化炉、Prenflo气化炉结构相同之处都是采用冷壁式气化炉结构，炉胆与炉壳之间填充隔热材料，且气化室与激冷室采用二段式结构。
Texaco煤气化是最早实现工业化应用的加压气流床气化技术。该技术由美国Texaco Development Corporation(TDC)首先提出，于1948年在美国加州Montebello建立规模为15吨煤/天的试验装置，1956年在西弗吉尼亚州的摩根城建立100吨/天的示范厂。1973年美国又重建试验装置，1978年德国鲁尔化学/鲁尔煤(RCH/RAG)公司，建立规模为150t/d的示范装置。第一套工业化装置1983年在美国Eastman化工公司投入运行。自1983年至今国外先后在美国、日本、德国、中国建设了多套大型气化装置，单炉最大生产能力2000t/d，最高气化压力6.5MPa。Texaco气化炉采用的是热壁式结构，在压力炉壳内砌筑耐火材料，以昂贵的耐火砖作衬里，一般每二年要更换一次，运行费用高。
K-T式气化炉是第一代气流床煤气化技术的典型的代表，进入二十世纪80年代以后，随着第二代加压气流床煤气化工艺的工业化，K-T炉基本停止发展。Shell、Prenflo、GSP及Texaco等煤气化技术均属第二代煤气化技术，第二代干法粉煤气化技术的主要特点是加压气化。由于干法粉煤加压气流床气化是在高压下进行，这就大大提高了气化装置单位体积和单位时间的产品产量。由于采用高压气化制合成气，会大大减少气体净化的投资，并节省压缩功，降低产品能耗。
综上所述，尽管已有多种不同型式的气化炉成功地实现了工业应用，但它们均不同程度地存在着反应物停留时间短、气化反应转化率不理想等问题。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种新型的多喷嘴气化炉。该气化炉可延长反应物，特别是固体反应物在气化炉内的停留时间，并使气化反应的转化率明显提高。
本发明的另一个目的是提供一种采用本发明所述的多喷嘴气化炉的气化方法。
本发明所提供的多喷嘴气化炉包括以下构件：炉壳1、炉胆3、侧喷嘴11，所述侧喷嘴位于气化室12的中上部，并沿其圆周方向设置至少一层侧喷嘴，所述侧喷嘴的轴向偏角α和径向偏角β分别满足以下角度要求：0°≤α≤18°，0°≤β≤22.5°，且α和β不同时为0°。
本发明所提供的气化方法是将气化原料和气化剂由气化炉的侧喷嘴注入，使其在气化炉内进行气化反应生成粗煤气，反应产物及反应残余物并流向下离开气化室；其中，所述侧喷嘴的轴向偏角α和径向偏角β分别满足以下角度要求：0°≤α≤18°，0°≤β≤22.5°，且α和β不同时为0°。
与现有技术相比，本发明所提供的气化炉及其气化方法具有以下有益效果：
(1)本发明所提供的气化炉适用于大规模煤炭和含碳燃料气化生产合成气的工艺过程。
(2)本发明通过轴向偏角的设计实现反应物流的扰动，通过径向偏角实现旋流，因此可延长反应物特别是固体反应物在气化炉内的停留时间，在一定范围内固体反应物越粗停留时间也就越长，使气化反应碳的转化率明显提高。通过试验证明：固体反应物的停留时间可以延长1-3倍，气化反应的转化率可提高1-4％。
附图说明
图1是本发明实施方式一所述气化炉的示意图。
图2是本发明实施方式二所述气化炉的示意图。
图3是本发明实施方式三所述气化炉的示意图。
图4是本发明实施方式四所述气化炉侧喷嘴部位的俯视图。
具体实施方式
下面进一步说明本发明所提供的气化炉，以便于本领域技术人员的理解，但本发明并不因此而受到任何限制。
在本发明所提供的气化炉中，所述侧喷嘴的轴向偏角α是指喷嘴中心线与喷嘴安装口的中心到气化炉中心线(又称轴线)的垂线所形成的夹角。这里所述的喷嘴中心线可以位于所述喷嘴安装口的中心到气化炉中心线的垂线的上方，也可以位于其下方。简单地说就是，轴向偏角α可以向上偏斜，也可以向下偏斜。但是，对于同一气化炉而言，其喷嘴的轴向偏角α的偏斜方向是一致的。
在本发明所提供的气化炉中，所述侧喷嘴的径向偏角β是喷嘴中心线在喷嘴安装口中心所在的水平截面上的垂直投影与过喷嘴安装口的中心与气化炉水平截面圆心的连线所形成的夹角。这里所述的喷嘴中心线在喷嘴安装口中心所在的水平截面上的垂直投影可以位于所述过喷嘴安装口中心与气化炉水平截面圆心连线的左侧，也可以位于其右侧。简单地说就是，径向偏角β可以向左偏，也可以向右偏。但是，对于同一气化炉而言，其喷嘴的径向偏角β的偏斜方向是一致的。
在本发明所提供的气化炉中，所述侧喷嘴位于气化室的中上部，并沿其圆周方向至少设置一层侧喷嘴，优选地设置1-3层侧喷嘴，最优选地设置1层或2层侧喷嘴。每层侧喷嘴可以由2-8个喷嘴组成，优选地由2-6个喷嘴组成，且每层侧喷嘴沿其所在的圆周方向均匀布置。
在本发明所提供的气化炉中，所述侧喷嘴的轴向偏角α和径向偏角β分别满足以下角度要求：0°≤α≤18 °，0°≤β≤22.5 °，且α和β不同时为0°；优选地，0°≤α≤12 °，0°≤β≤18 °，且α和β不同时为0°。轴向偏角α和径向偏角β的大小取决于气化炉直径和侧喷嘴的数量；气化炉直径越小，轴向偏角α越大，而径向偏角β越小；反之，气化炉直径越大，轴向偏角α越小，而径向偏角β越大。
下面结合附图列举几种具体的实施方式，以进一步详细说明本发明所提供的气化炉，但本发明并不因此而受到任何限制。
实施方式一：
图1所示的是一种悬壁式多喷嘴气化炉，主要包括以下构件：炉壳1、炉胆3、激冷环4、水封槽15、导流筒7、折流筒8、顶喷嘴9、侧喷嘴11。所述炉胆、激冷环、水封槽、导流筒、折流筒自上而下地设置于炉壳内部，且上述构件最好是自上而下地同轴设置，并最好与所述炉壳同轴设置。所述炉胆内部是气化原料与气化剂充分接触、进行气化反应的气化室12。而炉胆与炉壳之间所形成的环形空间为隔热室13，所述水封槽15以下的空间为反应物流的激冷室18。
在该气化炉中，所述顶喷嘴9设置于气化炉的顶部，其轴线与气化炉的轴线重合。在气化室12的上部沿圆周方向均匀设置一层侧喷嘴11。气化室顶部至侧喷嘴安装口中心线的垂直距离优选地为气化室直径的20-150％，进一步优选地为气化室直径的50-120％。
该气化炉的顶喷嘴和侧喷嘴与喷嘴安装口之间优选地采用具有密封性能的填料10进行间隔和密封，例如，可以采用耐火水泥隔热材料或挠性夹套管焊接密封填充耐火纤维棉、氧化铝空心球松散填料等。
在本发明所提供的气化炉中，所述炉胆3的高径比与常规的气化炉基本相同，例如，其高径比可以为2-5∶1。
在本发明所提供的气化炉中，所述炉胆3优选地采用水冷壁式结构，例如，所述炉胆的上、下封头采用盘管式结构，而其直筒部位采用盘管式结构或列管式水冷壁结构。在该气化炉的制造和安装过程中，优选地采用炉胆3、激冷环4和导流筒7一体化连接，例如，可以采用焊接、机械连接或其它方式连接。
为了减少气化热损失，最好在炉胆向火面(即炉膛)敷设一层5.0-150mm厚的隔热耐火材料。所述隔热耐火材料可以是煤渣、SiC或含Al2O3、SiO2、Cr2O3、Fe2O3、CaO、MgO等主要组份的耐火材料，也可以是由多种耐火材料组成的混合物。
在炉胆下端的环形出口处设有激冷环4。该激冷环的上部或侧面设有一根或一根以上的激冷介质导入管14，用于向该激冷环内输送激冷介质。所述的激冷介质导入管优选地设置为两根或两根以上，且沿激冷环所在的圆周方向均匀布置。在所述激冷环的内侧设有与炉胆内的气化室相连通的激冷介质喷出口，用于对气化反应后的物流进行第一次激冷。
在本发明所提供的气化炉中，在炉壳1与其内部的炉胆3、导流筒7、折流筒8等炉体内部构件之间形成一基本上为环形的空间。在该环形空间中设有基本上是环形的水封槽15。该水封槽位于激冷环4之下、粗煤气出口之上。该水封槽将上述的基本上为环形的空间分隔为上下两部分，上部即为隔热室13，下部为粗煤气激冷室18。该水封槽所处的炉壳上设有一个或多个进水口16，用于向水封槽内注入所需的介质。所述的进水口优选地设置为1个，当采用多个进水口时应使所述进水口沿炉壳外壁均匀布置。
上述的水封槽可以通过多种结构形式实现，例如，可以采用如图1所示的双层伞式结构，也可以采用具有类似功能的套筒式或阶梯式等结构。下面以双层伞式结构为例，对其结构进行详细说明。如图1所示，伞式的水封挡板5通过一圆筒体与激冷环4的下沿固定连接。在水封挡板5的下方设置同样为伞式的折流挡板6。水封挡板5、折流挡板6与导流筒7采用同心式结构。折流挡板6的下沿与水封槽15的底部固定连接，而折流挡板6的上沿与另一圆筒体的下沿固定连接。该圆筒体与导流筒7形成局部的套筒式结构，且该圆筒体的上沿与导流筒7之间是开口的。该圆筒体与导流筒7之间所形成的通道以及水封挡板5与折流挡板6之间所形成的通道是彼此连通的，该通道即为水封槽内的水封介质溢流进入折流筒的通道。
在本发明所提供的气化炉中，所述导流筒7和折流筒8按照如图1所示的套筒式结构设置，其中，所述导流筒7的下端是开口的，折流筒8的两端也是开口的，且折流筒8的下沿应低于导流筒7的下沿。导流筒7和折流筒8之间所形成的环形空间是粗煤气在水封介质的作用下实现进一步冷却并离开折流筒的通道。折流筒7的上沿与折流挡板5之间留有一空间，以供粗煤气经导流筒7和折流筒8之间的环形空间导出后，在折流挡板6的作用下实现转向，并最终经出气口导出。
在本发明所提供的气化炉中，所述粗煤气出气口设置于水封槽下方的炉壳侧壁上。所述激冷室18的下部设有渣浴19；该气化炉的下部设有出渣口。
在本发明所提供的气化炉中，可以通过在所述炉壳内壁的上部设置定位支架用于支撑或悬挂炉胆，也可以通过所述的侧喷嘴起到支撑和悬挂炉胆的作用。当需要设置定位支架时，所述定位支架可分别设置于炉胆的上部和下部，并沿它们所在的圆周方向均匀布置。定位支架的具体数量可以由本领域技术人员依据装置的规模、设备的材质等要素，通过常规的工艺计算和设备的结构设计确定。在炉壳内壁的下部设有折流筒支架17。在所述炉壳的隔热室段的上部设置一个或一个以上的进气口2，且所述进气口最好沿圆周方向均匀布置。所述进气口的一端与隔热室相连通，而其另一端与气源相连。
为了方便设备的安装和维修，炉壳上可以设置一个或多个人孔，例如，可以在水封槽的附近设置人孔。
实施方式二：
图2所示的气化炉是本发明的另一种实现形式。它是一种填充耐火保温材料的炉胆结构。顶喷嘴9设置在气化室12的顶部，且顶喷嘴的中心轴线与气化室的中心轴线重合。气化室12的上部设有一层按照本发明所要求的轴向偏角和径向偏角设置的侧喷嘴11。在炉胆3与气化炉壳体1之间填充耐火保温材料13a，炉胆3的上、下封头和喷嘴安装接口采用的是盘管式结构，直筒部位采用盘管式结构或采用膜式水冷壁结构。气化原料和气化剂自气化炉顶喷嘴9和侧喷嘴11进入气化室12，在气化室内进行气化反应生成粗煤气，反应产物及反应残余物并流向下出气化室。离开气化室的反应产物及反应残余物进入下部的激冷室进行激冷降温，或进入下部的废热锅炉降温回收余热。
实施方式三：
如图3所示，在本发明的第三种实施方式中，该气化炉的主要结构与实施方式二基本相同，其区别仅在于该气化炉不设置气化原料和气化剂的顶喷嘴，而仅设置侧喷嘴11。在气化室12的顶部设有人孔9a，以方便设备的安装和检修。
实施方式四：
在该实施方式中，气化炉的主要结构与实施方式一基本相同，其区别仅在于该气化炉设置两层侧喷嘴。气化室顶部至上层侧喷嘴安装口中心线的垂直距离优选地为气化室直径的50-120％，而两层侧喷嘴之间的垂直距离优选地为气化室直径的70-120％。每层侧喷嘴均由3个沿气化室圆周方向均匀布置的喷嘴组成，且每个喷嘴的轴向偏角和径向偏角的偏斜方向和角度都是相同的，其轴向偏角为8-12°，其径向偏角为5-8°。
下面进一步详细说明本发明所提供的采用该气化炉的气化方法，以便于本领域技术人员理解。
在本发明所提供的气化方法中，气化原料和气化剂自顶喷嘴和侧喷嘴同时进入气化室12。在不设置顶喷嘴的情况下，气化原料和气化剂自侧喷嘴注入气化室中。在气化室内进行气化反应生成粗煤气，反应产物及反应残余物并流向下离开气化室。粗煤气经激冷或废热锅炉回收余热后引出，送至后续流程。
在本发明所提供的气化方法中，气化室内的温度一般在1200℃-2300℃之间，出气化室的工质温度约为1100℃-1700℃。
气化炉运行时通过进气口2向隔热室13连续充入少量气体，并通过进水口16向水封槽15连续注入水封介质，通过水封高度调节隔热室压力，保证隔热室压力略高于气化室压力，例如，它们的压力差可以为0-0.02Mpa。向隔热室充入的气体选自N2、CO2、气化炉所生成的粗煤气中的任意一种或一种以上的混合物。隔热室温度一般控制在100℃-450℃。
所述隔热室13与激冷室18之间是靠水封隔断，水封档板5具有形成水封和消除气化炉胆膨胀的双重功能，同时水封中的水还可对折流档板6起冷却作用，水封的溢流水还可对导流筒7起冷却作用。
本发明可以对反应产物进行三段激冷。出气化室12的高温粗煤气首先经激冷环4喷水激冷，并保证导流筒7不受高温气体的直接冲刷；高温粗煤气通过导流筒7进入气化炉下部的渣浴19，并通过折流向上鼓泡为第二段激冷；第三段激冷是靠隔热室13与激冷室18之间水封槽的溢流水冷却。激冷后的粗煤气出气化炉的温度一般在100℃-300℃之间。
本发明所述的气化原料可以是粉料或浆料或可燃气体，气化剂可以是氧气、空气或富氧空气和二氧化碳或蒸汽。粉料可以是：煤液化残渣粉、煤粉、生物质粉及含碳有机粉料；浆料可以是：熔融的煤液化残渣、液化残渣料浆、水煤浆、油煤浆、甲醇煤浆、多元料浆及轻油、重油等液状含碳的流体燃料；可燃气体可以是：天然气、焦化干气、催化裂化干气、催化裂解干气、可燃化工释放气等含碳的可燃气体。
本发明所述方法生成的粗煤气的主要组分含量分别为：一氧化碳18％-60％，氢气20％-45％，二氧化碳1％-30％，氮气0.2％-12％以及少量的CH4、H2S、COS等。该气体可用作化工合成原料气、联合循环发电燃料气、提取氢气的原料气以及其它各种燃料气。
下面的实施例将对本发明予以进一步的说明，但本发明并不因此而受到任何限制。
实施例之一：
本实例说明：采用本发明可实现大规模干煤粉气化生产合成气(CO+H2)，同时可获得较高的转化率和气化效率。
试验所采用的气化炉设置一个顶喷嘴和八个侧喷嘴。气化室有效容积80m3，高径比为2.8，侧喷嘴按一层周向均匀布置，轴向偏角α为偏下5°、径向偏角β为20°，侧喷嘴距炉顶的距离为0.6倍的气化室直径。该气化炉的单炉生产能力可达4500t/d。主要气化操作条件和气化结果如下：
原料：一种烟煤干煤粉，其主要性质如下：
工业分析：重％
    水分Mad     灰分Aad     挥发分Vad     总硫St.ad
    5.6     5.36     34.73     0.4
灰渣的熔融特性：℃
    变形温度DT     软化温度ST     流动温度FT
    1070     1150     1220
其它特性：
    高位发热量MJ/kg     可磨指数HGI     1100℃反应活性(α值)％     煤粉粒度％(＜0.076mm)
    28.2     65     94     90
主要操作条件：
气化温度：1400℃
气化压力：4.0MPa
氧气/原料：0.57Nm3/kg
蒸汽/氧气：0.17kg/Nm3
主要气化试验结果：
出气化煤气组成(干基)：mol％
    CO     H2     CO2     N2+Ar     CH4     H2S+COS
    62.85     30.95     2.13     3.92     0.01     0.14
碳转化率：99％
冷煤气效率：83.37％
CO+H2含量：93.79％
氧耗：291Nm3/1000Nm3(CO+H2)
原料耗：499kg/1000Nm3(CO+H2)
蒸汽耗：51kg/1000Nm3(CO+H2)
实施例之二：
本实例说明：本发明可以气化热熔的煤直接液化残渣原料，生产合成气(CO+H2)或制H2原料气。
该试验所采用的气化炉设置一个顶喷嘴和四个侧喷嘴。气化室有效容积40m3，高径比为3.0，侧喷嘴按一层周向均匀布置，轴向偏角α为偏上8°、径向偏角β为12°，侧喷嘴距炉顶的距离为0.85倍的气化室直径。气化炉的单炉生产能力可达2500t/d。原料特性及主要气化操作条件和气化结果如下：
原料特性：
原料名称：熔融的煤直接液化残渣
工业分析：重％
    水分Mar     灰分Aar     挥发分Var     总硫St.ar
    0     16.18     43.15     2.85
灰渣的熔融特性：℃
    变形温度DT     软化温度ST     流动温度FT
    1080     1150     1200
主要物理特征：
    闪点℃     软化点℃     250℃粘度mpa.s     300℃粘度mpa.s
    290     140     1600     220
主要操作条件：
气化温度：1350-1450℃
气化压力：6.5MPa
氧气/原料：0.59Nm3/kg
蒸汽/氧气：0.43kg/Nm3
进料温度：300℃
过热蒸汽温度：350℃
主要气化试验结果：
出气化煤气组成(干基)：mol％
    CO     H2     CO2     N2+Ar     CH4     H2S+COS
    59.51     35.88     3.24     0.64     ＜0.01     0.73
碳转化率：98.8％
冷煤气效率：84.77％
CO+H2含量：95.39％
氧耗：284Nm3/1000Nm3(CO+H2)
原料耗：481kg/1000Nm3(CO+H2)
蒸汽耗：125kg/1000Nm3(CO+H2)
实施例之三：
本实例说明：本发明具有一定的操作灵活性。可根据原料性质、产品煤气用途及不同的喷嘴设置，采用不同的操作条件和原料加入方式，详见下表中的四种方案，但对粗煤气的组成略有影响。此外本实例还说明，采用本发明提供的方法可获得较高的气化效率和气化转化率。
试验过程中所采用的气化原料与实施例之一相同。试验所采用的气化炉设置八个侧喷嘴，其具体设置方式、主要操作条件及所得到的试验结果参见下表。
方案a的气化加料方式与气化操作条件及气化炉结构与实施例之一相同，这里需要说明的是经喷嘴入气化炉煤粉的输送介质是氮气，隔热室注入的密封气也是N2气。采用氮气输送，使得产品煤气中含有较高的氮气，这种产品煤气应优选用于制合成氨原料气。
方案b的气化炉的结构性能与方案a相同，经喷嘴入气化炉煤粉的输送介质是CO2，隔热室注入的密封气也是CO2。CO2可经脱碳装置方便地脱除，因此采用CO2输送和密封优选用于制合成甲醇原料气或制氢原料气。
方案c的气化炉的结构如图2所示，下部可接激冷室或废热锅炉，气化炉的顶喷嘴和侧喷嘴的设置方式与方案a和方案b相同，只是采用水煤浆进料。气化炉顶喷嘴作为点火喷嘴，正常运行时仅有侧喷嘴进料。这种气化方案较适宜于制氢或IGCC发电。
方案d的气化炉设置两层侧喷嘴和一个顶喷嘴，其它气化操作条件与方案b相同。
项目名称     方案a     方案b     方案c     方案d
进料方式     干煤粉     干煤粉     水煤浆     干煤粉
载气和密封气     N2     CO2     无     CO2
煤气冷却方式     激冷     激冷     激冷/废锅     激冷
产品煤气优选用途     制氨     氢、甲醇     氢/IGCC     氢、甲醇
气化炉结构 气化炉喷嘴数    个     9     9     9     9
运行侧喷嘴数量  个     8     8     8     8
是否运行顶喷嘴     是     是     否     是
侧喷嘴层数      层     1     1     1     2
轴向偏角        °     5     5     5     8
径向偏角        °     20     20     8     12
高径比(H/D)     2.8     2.8     2.8     3.8
上侧喷嘴与炉顶间距     0.6D     0.6D     0.5D     0.7D
侧喷嘴层间距     ----     ----     ----     0.8D
气化室容积     m3     80     80     80     80
操作条件 气化温度      ℃     1400     1400     1400     1400
气化压力      MPa     4.0     4.0     6.5     4.0
氧煤比        Nm3/kg     0.57     0.58     0.70     0.58
蒸汽/氧气     kg/Nm3     0.17     0.17     ----     0.17
氧气纯度      mol％     9 9.6     99.6     99.6     99.6
粗煤气组成 CO            mol％     62.85     65.81     49.25     66.66
H2            mol％     30.95     29.43     34.03     28.86
CO2           mol％     2.13     4.13     16.11     3.85
N2+Ar         mol％     3.92     0.48     0.49     0.48
CH4           mol％     0.01     0.01     0.01     0.01
H2S+COS       mol％     0.14     0.14     0.11     0.14
主要 碳转化率      重％     99.0     99.0     98.9     99.0
冷煤气效率    ％ 83.37 82.76 73.54 82.35
  气化指标 CO+H2       mol％ 93.80 95.24 83.25 95.52
比氧耗      Nm3/kNm3(CO+H2)     291     296     396     300
比煤耗      kg/kNm3(CO+H2)     499     503     567     506
比蒸汽耗    kg/kNm3(CO+H2)     51     51     ----     51
对比例：
本对比例说明：采用设有侧喷嘴的对置式气化炉进行试验所得到的结果。
现有的设有侧喷嘴的对置式气化炉，一般采用热壁式气化炉结构，仅适应于水煤浆气化，且气化炉耐火材料昂贵，运行周期短，一般二年需要更换一次气化炉耐火衬里，操作费用高。这种气化炉如果采用干煤粉进料，更会加剧耐火材料的侵蚀，因此，干煤粉气化一般采用水冷壁式结构。
现有的设有侧喷嘴的干煤粉气化炉产生的粗煤气和灰渣向相反的方向流动，是在气化室内实现气、渣分离。本发明提供的气化炉和气化方法采用的是产生的粗煤气和灰渣向一个方向流动，在出气化室后的实现气、渣分离。这两种气化炉有质的区别。
下表说明本发明与采用相同气化原料和气化剂的对置式气化炉的主要气化技术经济指标的比较。
项目名称 本发明  对比例  本发明  对比例
进料方式 干煤粉  干煤粉  水煤浆  水煤浆
主要气化指标 碳转化率      重％ 99.0  97.5  98.9  96.8
冷煤气效率    ％ 83.37 81.24 73.54 71.48
CO+H2        mol％ 93.80 89.56 83.25 81.79
比氧耗        Nm3/kNm3(CO+H2) 291  305  396  410
比煤耗        kg/kNm3(CO+H2) 499  556  567  590
相对运行费用 1  1.3  1  1.05
相对投资 1  1.1  1  1.05

Claims (19)

1.一种多喷嘴气化炉，包括以下构件：炉壳(1)、炉胆(3)、侧喷嘴(11)，所述侧喷嘴位于气化室(12)的中上部，并沿气化室的圆周方向设置至少一层侧喷嘴，其特征在于：所述侧喷嘴的轴向偏角α和径向偏角β分别满足以下角度要求：0°≤α≤18°，0°≤β≤22.5°，且α和β不同时为0°。
2.按照权利要求1所述的气化炉，其特征在于：所述侧喷嘴设置1-3层，每层侧喷嘴由2-8个喷嘴组成，且所述喷嘴沿其所在的圆周方向均匀布置；所述侧喷嘴的偏斜方向和偏斜角度是一致的。
3.按照权利要求2所述的气化炉，其特征在于：所述侧喷嘴设置1层或2层，每层侧喷嘴由2-6个喷嘴组成；所述轴向偏角α和径向偏角β分别满足以下角度要求：0°≤α≤12°，0°≤β≤18°。
4.按照权利要求3所述的气化炉，其特征在于：所述气化炉还设有顶喷嘴(9)。
5.按照权利要求4所述的气化炉，其特征在于：所述气化炉为悬壁式气化炉，或者是炉壳(1)与炉胆(3)之间填充耐火保温材料(13a)的气化炉。
6.按照权利要求5所述的气化炉，其特征在于：所述悬壁式气化炉包括以下构件：炉壳(1)、炉胆(3)、激冷环(4)、水封槽(15)、导流筒(7)、折流筒(8)，其中，所述炉胆、激冷环、水封槽、导流筒、折流筒自上而下地设置于炉壳内部；所述炉胆通过侧喷嘴安装口和/或定位支架固定于炉壳内；所述炉壳内壁的下部设有折流筒支架(17)。
7.按照权利要求6所述的气化炉，其特征在于：该气化炉的喷嘴与喷嘴安装口之间采用具有密封性能的填料或焊接件(10)进行间隔和密封。
8.按照权利要求7所述的气化炉，其特征在于：所述炉胆(2)为冷壁式结构，所述炉胆的上、下封头采用盘管式冷壁结构，而其直筒部位采用盘管式或列管式冷壁结构。
9.按照权利要求8所述的气化炉，其特征在于：所述炉胆(3)、激冷环(4)和导流筒(7)为一体化连接。
10.按照权利要求9所述的气化炉，其特征在于：所述炉胆下端的环形出口处设有激冷环(4)，该激冷环的上部或侧面设有一根或一根以上的激冷介质导入管(14)。
11.按照权利要求10所述的气化炉，其特征在于：所述水封槽内的水封挡板(5)和折流挡板(6)设置为双层伞式结构、套筒式结构或阶梯式结构。
12.按照权利要求11所述的气化炉，其特征在于：所述折流筒(8)的上沿与折流挡板(6)之间留有一空间，以供粗煤气经导流筒(7)和折流筒(8)之间的环形空间导出后，在折流挡板(6)的作用下实现转向。
13.按照权利要求12所述的气化炉，其特征在于：所述炉壳的隔热室段的上部设置一个或一个以上的进气口(2)，所述进气口的一端与隔热室相连通，而其另一端与气源相连通。
14.一种气流床气化方法，是将气化原料和气化剂由气化炉的侧喷嘴注入，在气化炉内进行气化反应，反应产物及反应残余物并流向下离开气化室；其中，所述侧喷嘴的轴向偏角α和径向偏角β分别满足以下角度要求：0°≤α≤18 °，0°≤β≤22.5°，且α和β不同时为0°。
15.按照权利要求14所述的气化方法，其特征在于：所述气化原料和气化剂还同时通过顶喷嘴注入气化室内。
16.按照权利要求15所述的气化方法，其特征在于：所述气化炉运行时通过进气口(2)向隔热室(13)注入气体，所述气体选自N2、CO2和气化炉所生成的粗煤气中的任意一种或一种以上的混合物，使隔热室内的压力大于气化室内的压力，并通过水封槽内的水封高度调节隔热室的压力。
17.按照权利要求16所述的气化方法，其特征在于：所述离开气化室(12)的粗煤气首先经激冷环(4)喷水激冷，然后通过导流筒(7)进入气化炉下部的渣浴(19)折流向上实现鼓泡激冷，最后在水封槽溢流水的作用下实现第三次激冷。
18.按照权利要求17所述的气化方法，其特征在于：所述气化原料选自粉料、浆料和可燃气体中的任意一种或一种以上的混合物；所述气化剂为氧气、空气或富氧空气和二氧化碳或蒸汽。
19.按照权利要求18所述的气化方法，其特征在于：所述粉料选自煤液化残渣粉、干煤粉、生物质粉和含碳有机粉料中的任意一种或一种以上的混合物；所述浆料选自熔融的煤液化残渣、液化残渣料浆、水煤浆、油煤浆、甲醇煤浆、多元料浆、轻油和重油中的任意一种或一种以上的混合物；所述可燃气体选自天然气、焦化干气、催化裂化干气、催化裂解干气、可燃化工释放气中的任意一种或一种以上的混合物。
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