CN101885990B - 一种多烧嘴顶置干煤粉气化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多烧嘴顶置干煤粉气化装置，主要包括气化单元与汽/水激冷单元；其特点是，气化单元与汽/水激冷单元同轴垂直布置于同一压力壳体内，气化单元设置在汽/水激冷单元的上方；气化单元包括反应室、间隔设置在反应室顶部的四个喷嘴；还包括与汽/水激冷单元同轴设置的一合成气上升引导部件，合成气上升引导部件包括设置在汽/水激冷单元周边的上升通道、设置在上升通道顶部的折流部件；压力壳体中部设有合成气出口，底部设有排渣口，与汽/水激冷单元的底部正对。本发明采用多喷嘴顶置下喷、用水雾激冷从反应室出来的高温合成气，并通过水浴脱除合成气中飞灰，具有结构上更合理、使用方便的优点。

Description

一种多烧嘴顶置干煤粉气化装置
技术领域
本方案涉及一种用干煤粉气化制备合成气的装置，具体地说是一种将干煤粉和氧气及水蒸汽在高压高温环境下进行气化反应，生成的高温合成气采用水激冷降温除尘的一种多烧嘴顶置干煤粉气化装置。
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、共性技术和先导技术。
煤气化工艺按反应室中煤的运动状态可分为移动床、流化床和气流床三种。而其中气流床相比其他两种工艺，具有单炉处理能力大、煤种适应性广、碳转化率高等优点，代表了煤气化技术的发展方向。
目前气流床煤气化技术有干法进料和湿法进料两种工艺。
湿法进料的主要代表为美国GE公司的水煤浆气化炉，其特点为水煤浆进料，采用单喷嘴或多喷嘴顶置下喷，气化反应室采用耐火材料内衬，大部分采用水激冷工艺流程，即产生的高温粗煤气直接用水激冷。该工艺因其技术成熟和投资较低等特点在世界范围内得到广泛应用，但其主要不足在于：1.水煤浆中含40％的水，使原料热值降低；2.对原料煤的限制较严格，如成浆性差，灰份高、灰熔点高的煤均不宜使用；3.气化效率和碳转化率均比干煤粉气化低，比氧耗高；4.其炉壁采用成型耐火砖，寿命较短，维护费用高。
干法进料的主要代表为荷兰Shell和德国Prenflo的干煤粉气化工艺，其气化炉采用水冷壁结构，合成气冷却采用废锅流程，其优点为原料适应性广、冷煤气效率高、碳转化率高、比氧耗低等。但带废锅流程的干粉气化工艺存在以下不足：1.设备造价高，制造周期长。主要因为合成气冷却器结构庞大，且与反应室之间采用45°输气管连接，其制造和安装均较复杂；2.回炉激冷用合成气压缩机功耗大；3.对后接一氧化碳变换的工艺流程，其产品气中水份不足，需补充蒸汽。故该工艺不适合于化工流程。
德国未来能源公司的GSP气化技术也采用干粉气化，其采用单喷嘴顶置下喷，反应室为螺旋盘管水冷壁结构，液态排渣。由于是单喷嘴，炉膛内合成气不能产生旋流，故停留时间短。为保证反应时间，炉高度不能太低，而排渣口正好位于经气化炉水冷壁吸热后炉膛温度的最低点区域，为兼顾两者，必须提高气化反应的温度，这种情况下不仅降低了冷煤气效率，同时增加了比氧耗和比煤耗。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的不足，而提供的一种采用多喷嘴顶置下喷、用水雾激冷从反应室出来的高温合成气，并通过水浴脱除合成气中飞灰的一种多烧嘴顶置干煤粉气化装置，具有结构上更合理、使用方便的优点。
实现上述目的的技术方案是：一种多烧嘴顶置干煤粉气化装置，主要包括：气化单元和汽/水激冷单元；其特点是，所述的气化单元和汽/水激冷单元同轴垂直布置于同一压力壳体内，其中，所述的气化单元设置在所述汽/水激冷单元的上方；
所述的气化单元包括反应室、间隔设置在所述反应室顶部的四个喷嘴；
还包括与汽/水激冷单元同轴设置的一合成气上升引导部件，所述合成气上升引导部件包括设置在所述汽/水激冷单元周边的上升通道、设置在上升通道顶部的折流部件；
所述的压力壳体设有合成气出口、以及排渣口；其中：所述的合成气出口位于所述压力壳体的中部；所述的排渣口位于所述压力壳体的底部，与所述汽/水激冷单元的底部正对。
上述多烧嘴顶置干煤粉气化装置，其中，所述的四个喷嘴按圆周等份布置，每个喷嘴相对纵轴线有一个向下的倾斜夹角α，并与横轴线有一个水平的夹角β。
上述多烧嘴顶置干煤粉气化装置，其中，所述每个喷嘴与纵轴线形成的倾斜夹角α20～60°，与横轴线有一个水平的夹角β为4～6°。
上述多烧嘴顶置干煤粉气化装置，其中，所述的反应室由水冷壁构成，其上部为圆台形水冷壁，中间为直筒形水冷壁，下部为锥形水冷壁。
上述多烧嘴顶置干煤粉气化装置，其中，所述的反应室内部设有一层耐火衬里。
上述多烧嘴顶置干煤粉气化装置，其中，所述的上升通道顶部的出口处和/或底部进口处均呈喇叭形。
上述多烧嘴顶置干煤粉气化装置，其中，所述的折流部件为一个弯口朝下的
Figure BSA00000197127300031
形弯板，所
Figure BSA00000197127300032
形弯板的横边挡在所述上升通道顶部的出口处，该横边的一端固定在所述激冷室外壁。
上述多烧嘴顶置干煤粉气化装置，其中，所述的汽/水激冷单元包括水雾/浸没式激冷组合的激冷室，该激冷室的顶部设有多个水雾喷嘴，底部为激冷池。
上述多烧嘴顶置干煤粉气化装置，其中，所述的激冷池内设有齿形板。
上述多烧嘴顶置干煤粉气化装置，其中，所述的在压力壳与反应室之间设有一便于安装检修的环隙。
本发明由于采用了以上的技术方案，在一个由水冷壁组成的反应室内，在其顶部布置4个烧嘴，烧嘴斜向下与水平面成20～60°夹角，同时烧嘴在水平面投影与气化炉断面中心线成4～6°夹角。由四个烧嘴喷出的物料在反应室发生碰撞后，形成旋转向下的流态。气流旋转可以延长反应物料在反应室内的停留时间，同时提高液态渣的捕获率，减少飞灰量，有利于灰水处理。反应室出来的高温合成气采用水雾化激冷与浸没式激冷相结合，浸没式激冷采用了准文丘里上升通道，强化汽水混合强度。这种设计较大地强化了激冷效果，降低了激冷室高度。
附图说明
本发明的具体结构性能由以下的实施例及其附图进一步描述。
图1是本发明的整体结构示意图。
图2是显示图1的反应室的喷嘴部位的剖视图。
具体实施方式
本发明为一种用于干煤粉气化同时将气化后的高温合成气用水雾进行冷却和洗涤的多烧嘴顶置干煤粉气化装置，该装置主要包括：气化单元和汽/水激冷单元，均同轴垂直布置于同一压力壳体内。在压力壳体和气化单元水冷壁之间留有一环隙，便于安装检修。
为了能更好地对本方案进行理解，下面通过具体的实施案例并结合附图进行详细地说明：
请参阅图1至图2，本发明一种多烧嘴顶置干煤粉气化装置，主要由压力壳体1及支吊在压力壳体内的气化单元2、合成气激冷单元3组成。所述的气化单元和汽/水激冷单元同轴垂直布置于同一压力壳体内，其中，所述的气化单元设置在所述汽/水激冷单元的上方；所述的在压力壳与反应室之间设有一便于安装检修的环隙5。
所述的气化单元2包括反应室21、间隔设置在所述反应室顶部的四个喷嘴22，在反应室底部设有流渣口23；所述的反应室由水冷壁构成，其上部为圆台形水冷壁，中间为直筒形水冷壁，下部为锥形水冷壁。所述的反应室内部设有一层耐火衬里(未图示)。所述的四个喷嘴按圆周等份布置，每个喷嘴相对纵轴线有一个向下的倾斜夹角α，并与横轴线有一个水平的夹角β。本实施例中，所述每个喷嘴与纵轴线形成的倾斜夹角α20～60°，与横轴线有一个水平的夹角β为4～6°。
所述的汽/水激冷单元3包括水雾/浸没式激冷组合的激冷室31，该激冷室的顶部设有多个水雾喷嘴32，底部为激冷池。所述的激冷池内设有齿形板33。
本发明多烧嘴顶置干煤粉气化装置中，还包括与汽/水激冷单元同轴设置的一合成气上升引导部件4，所述合成气上升引导部件4包括设置在所述汽/水激冷单元周边的上升通道41、设置在上升通道顶部的折流部件42。所述的上升通道顶部的出口处和/或底部进口处均呈喇叭形。所述的折流部件为一个弯口朝下的
Figure BSA00000197127300041
形弯板，挡在所述上升通道顶部的出口处上方。所
Figure BSA00000197127300042
形弯板的横边固定在所述激冷室外壁。
本发明所述的压力壳体设有合成气出口11、以及排渣口12；其中：所述的合成气出口11位于所述压力壳体的中部；所述的排渣口12位于所述压力壳体的底部，与所述汽/水激冷单元的底部正对。在压力壳体壁上还设有供激冷水到激冷室水雾喷嘴的激冷水输入孔13，以及在压力壳体壁上还设有多个人孔14。
本气化装置的工作原理是：
在气化单元中，干煤粉与氧气和水蒸汽发生反应，在高温高压环境下生成主要成份为一氧化碳和氢的合成气。在气化单元由于顶部布置4个烧嘴，烧嘴倾斜向下与纵轴线成20～60°夹角，同时烧嘴在水平面投影与气化炉横轴线线成4～6°夹角，由该四个烧嘴喷出的物料在反应室发生碰撞后，形成旋转向下的流态，气流向下可以降低烧嘴出口区域的温度，延长烧嘴的寿命，这可使反应室内火焰的充满度较好，温度场也较为均匀；气流旋转可以延长反应物料在反应室内的停留时间，同时提高液态渣的捕获率，减少飞灰量，有利于灰水处理。
煤粉中的灰在高温环境中主要以熔融渣的形态靠惯性作用被水冷壁捕捉下来，再顺水冷壁流淌汇集到反应室底部的流渣口，排到位于气化单元底部的激冷室的水池中淬冷。其余的灰被合成气夹带从气化单元底部排出。在与气化单元的底部出口处连接的激冷室的顶部布置了一圈水激冷喷水雾化喷嘴，喷出的水雾与高温合成气混合使气流冷却；初步冷却后的合成气再经过激冷室的浸没式激冷池，后进入准文丘里上升通道。在上升通道的上方，设置了一折流部件，用以分离合成气中的大颗粒水滴，最后合成气从位于压力壳中部的合成气出口排出。
由于气化压力大于2.0MPa，而气化单元的膜式水冷壁只能承受较小的压差，所以气化单元和环隙空间之间需要压力补偿。其方法为向环形空间注入不可燃气体(如氮气)，使环形空间内的压力微大于气化单元内的压力，这样可防止气化单元内高温气体流向环形空间，以保护压力壳体。
本发明与现有的带激冷流程干煤粉气化炉相比可提高单炉的处理能力，与同样处理能力的带废锅流程的气化炉相比，结构简单，极大地降低气化炉造价。另外激冷单元的流道设计，较大地强化了激冷效果，降低了激冷室高度。

Claims (10)

1.一种多烧嘴顶置干煤粉气化装置，主要包括：气化单元和汽/水激冷单元；其特征在于，所述的气化单元和汽/水激冷单元同轴垂直布置于同一压力壳体内，其中，所述的气化单元设置在所述汽/水激冷单元的上方； 
所述的气化单元包括反应室、间隔设置在所述反应室顶部的四个喷嘴；所述的四个喷嘴按反应室顶部的圆周等份布置，每个喷嘴相对纵轴线有一个向下的倾斜夹角α，所述每个喷嘴与纵轴线形成的倾斜夹角α为20～60°； 
还包括与汽/水激冷单元同轴设置的一合成气上升引导部件，所述合成气上升引导部件包括设置在所述汽/水激冷单元周边的上升通道、设置在上升通道顶部的折流部件； 
所述的压力壳体设有合成气出口、以及排渣口；其中：所述的合成气出口位于所述压力壳体的中部；所述的排渣口位于所述压力壳体的底部，与所述汽/水激冷单元的底部正对。 
2.根据权利要求1所述的多烧嘴顶置干煤粉气化装置，其特征在于，所述的四个喷嘴按圆周等份布置，每个喷嘴相对于横轴线有一个水平的夹角β。 
3.根据权利要求2所述的多烧嘴顶置干煤粉气化装置，其特征在于，所述每个喷嘴与横轴线形成的水平夹角β为4～6°。 
4.根据权利要求1所述的多烧嘴顶置干煤粉气化装置，其特征在于，所述的反应室由膜式水冷壁构成，其上部为圆台形水冷壁，中间为直筒形水冷壁，下部为锥形水冷壁。 
5.根据权利要求1所述的多烧嘴顶置干煤粉气化装置，其特征在于，所述的反应室内部设有一层耐火衬里。 
6.根据权利要求4所述的多烧嘴顶置干煤粉气化装置，其特征在于，所述的上升通道顶部的出口处和/或底部进口处均呈喇叭形。 
7.根据权利要求1所述的多烧嘴顶置干煤粉气化装置，其特征在于，所述的汽/水激冷单元包括水雾/浸没式激冷组合的激冷室，该激冷室的顶部设有多个水雾喷嘴，底部为激冷池。 
8.根据权利要求7所述的多烧嘴顶置干煤粉气化装置，其特征在于，所述的 折流部件为一个弯口朝下的
Figure FDA00002590552700021
形弯板，所述
Figure FDA00002590552700022
形弯板的横边挡在所述上升通道顶部的出口处，该横边的一端固定在所述激冷室外壁。 
9.根据权利要求7所述的多烧嘴顶置干煤粉气化装置，其特征在于，所述的激冷池内设有齿形板。 
10.根据权利要求1所述的多烧嘴顶置干煤粉气化装置，其特征在于，所述的压力壳体与反应室之间设有一便于安装检修的环隙。 
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