CN102161912A - 一种五喷嘴水煤浆气化炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种五喷嘴水煤浆气化炉，包括炉身，炉身顶部设有炉顶喷嘴，炉身侧壁上设有四个炉侧喷嘴，炉侧喷嘴的进料嘴低、出料嘴高，炉侧喷嘴的轴线与水平面之间的夹角夹角大于0°、小于90°，四个炉侧喷嘴设在炉身的中下部同一高度。本发明炉采用炉顶单喷和炉侧多喷嘴同时喷射入炉的进料形式，与现有技术相比，本发明的结构简单、可以用于工业生产。

Description

一种五喷嘴水煤浆气化炉

技术领域

本发明涉及一种可以使水煤浆气化的设备。

背景技术

水煤浆气化技术是涉及煤炭、化工、电力、建材四大主要行业的一项新技术。西方发达国家自70年代开始就从事洁净煤技术的研究开发工作。美国能源部自80年代起就开始了洁净煤技术计划。80年代，世界第一座整体煤气化联合循环（IGCC）—冷水（Cool Water）电站问世，采用水煤浆气化生产煤气作为燃气轮机燃料，被国际誉为“世界上最洁净（煤）电站”。

水煤浆气化是在重油气化基础上发展起来的第二代煤气化技术，属于加压气流床（又称喷流床）气化工艺，火焰型部分氧化反应，液态排渣。水煤浆气化是一个很复杂的物理-化学反应过程，水煤浆和氧气喷入气化炉后经历煤浆预热、水蒸发、煤热解、挥发物燃烧和气化、残C气化和水煤气平衡等化学反应，最终生成以CO和H2为主要组分的合成气，基本不含烃类和凝聚物。

气化炉是水煤浆加压气化技术的关键设备，是进行气化反应的反应器。气化炉在设计上既要有足够的反应时间和适宜的高径比，使得反应物有足够的停留时间和良好的流体力学条件，又要具有对进料负荷变化的适应能力，同时壳体还要适应温度与压力的变化。气化反应决定了所需的反应容积，而反应容积是根据气体在炉内的停留时间来确定的，最终根据试验结果来确定一个适宜的高径比。由于水煤浆气化反应的黑区较长，气化炉一般采用细长型结构，但是气化炉的炉身又不能太高，否则炉身过高将导致排渣口温度降低，容易造成渣口堵塞影响气化炉的运行，因此气化炉的高径比受到一定的限制。另外，气化炉的高径比还与气化压力有关，当气化压力提高后，气化反应的火焰缩短，高温区上移，渣口温度降低，为了保证渣口温度而顺利排渣，必须降低高径比。由于水煤浆气化过程是在高温、高压下进行的，在高达1300℃的气化反应温度条件下，气化反应速率已完全受传递速率控制，也就是说，气化炉内的流场结构、雾化与混合效果的好坏都将直接影响气化反应的最终结果。目前，气化炉正在向大型化、高压方向发展，单台气化炉容量不断提高，为了保证设备初期投资，气化炉要求结构紧凑，负荷调节灵活方便，因此对气化炉的结构和进料方式提出了新的要求。

目前,国内和国际上采用的水煤浆气化炉形式主要有德士古气化炉、道水煤浆气化炉和多喷嘴对置式水煤浆气化炉。其中德士古气化炉和道水煤浆气化炉成本高、费用昂贵；多喷嘴对置式水煤浆气化炉目前还处在中试阶段，没有批量用于工业生产。

发明内容

本发明要解决的技术问题是现有水煤浆气化炉成本高、不能批量用于工业生产，提供一种成本低、可以用于工业生产的五喷嘴水煤浆气化炉。

本发明的技术方案是以下述方式实现的：一种五喷嘴水煤浆气化炉，包括炉身，炉身顶部设有炉顶喷嘴，炉身侧壁上设有四个炉侧喷嘴，炉侧喷嘴的进料嘴低、出料嘴高，炉侧喷嘴的轴线与水平面之间的夹角夹角大于0°、小于90°，四个炉侧喷嘴设在炉身的中下部同一高度。

所述炉侧喷嘴的轴线与水平面之间的夹角是15~75°。

所述炉侧喷嘴的轴线与水平面之间的夹角是45°。

所述炉身是中空的圆柱体或者长方体。

所述炉侧喷嘴铰接在炉身上。

本发明炉采用炉顶单喷和炉侧多喷嘴同时喷射入炉的进料形式，炉顶喷嘴布置于气化炉轴线上，炉侧对称布置四个小型喷嘴，在气化炉一定高度处以一定角度喷射入炉，五股射流在气化炉内相碰撞，形成强烈的湍流搅混。炉侧四股斜向上的射流在射流下方气化炉轴线四周形成较大的低压回流区，对气化炉下部的高温气体具有强烈的湍流卷吸作用，大大增强了炉侧喷嘴射流的着火性能，缩短了着火时间，改善了着火稳定性。炉侧喷嘴射流对炉顶喷嘴射流具有一定的冲击阻挡作用，使得其形成的高速射流不能直接到达炉底出口，大大抑制了“短路”现象的发生，炉侧四喷嘴射流在撞击区下方形成了较大的负压回流区，不会形成向下的撞击流股，这更加抑制了撞击流股直接冲向炉底出口的可能性，整个气化炉内颗粒停留时间长，湍流搅混剧烈，混合程度好，流场分布合理，为燃烧和气化反应的进行提供了优良的条件。与现有技术相比，本发明的结构简单、可以用于工业生产。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

实施例1：如图1所示，一种五喷嘴水煤浆气化炉，包括炉身3，炉身3顶部设有炉顶喷嘴1，炉身3侧壁上设有四个炉侧喷嘴2，炉侧喷嘴2的进料嘴低、出料嘴高，炉侧喷嘴2的轴线与水平面之间的夹角夹角大于0°、小于90°，四个炉侧喷嘴2设在炉身3的同一高度。

所述炉身3是中空的圆柱体或者长方体。

所述炉侧喷嘴2可以固定在炉身上，或者通过铰接轴铰接在炉身3上，铰接结构中可以调节炉侧喷嘴2与水平面之间的夹角。

本发明采用了炉顶和炉侧多喷嘴入口的形式，气化炉对负荷调节的适应性大大提高，在小负荷内变化时，只需调节炉顶喷嘴负荷既可满足气化炉负荷变化的需要，而不致影响气化炉内整个流场的分布，在较大负荷变化时，可同时调节5个喷嘴的负荷，以满足负荷变化的需要，各喷嘴负荷调节可按比例进行，仍然可保证整个气化炉内流场的稳定性，从而增强了气化炉对负荷调节的适应性、灵活性和稳定性。单台气化炉气化容量明显增大，仅炉顶一个喷嘴就可与德士古气化炉相当，炉侧四个喷嘴总负荷又有较大的调解范围，使得整台气化炉容量受喷嘴负荷的影响减弱，气化炉大型化发展的前景十分乐观。由于炉侧喷嘴以一定角度喷入气化炉，避免了多喷嘴对置式水煤浆气化炉喷嘴射流直接对冲产生的不良后果，有利于保护喷嘴不受射流冲击的直接影响。炉侧四支喷嘴射流仍然具有互相冲击破碎的作用，从喷嘴出口到撞击区的距离增大，减弱了由于射流撞击空间狭窄而导致射流未能充分发展就直接冲向撞击区的缺点，更能充分发挥喷嘴高效雾化的优势。由于整个气化室内湍流混合剧烈，没有射流直接冲向炉底出口，雾化颗粒在炉内停留时间长，炉侧喷嘴下部管流区缩短，因此气化炉的高径比可适当减小，使气化炉整体结构更加紧凑。经过大量的数值模拟计算和实验测试结果证明，该气化炉具有气化效率高、水解率高、节省气化剂、有效气成分含量高、且该气化炉负荷可调范围宽、运行调节灵活方便、喷嘴和气化炉寿命长等众多优点。在气化炉内充分气化后的产物通过气化炉底部的液态排渣口经水冷套和激冷环排到激冷室，在激冷室内气化产物的气体成分经激冷室上部的气化产物排出口排出，灰渣在激冷室内经循环冷却水冷却后经激冷室下部的排渣口间歇排出。

实施例2:炉侧喷嘴2的轴线与水平面之间的夹角是10°，其他结构同实施例1。

实施例3:炉侧喷嘴2的轴线与水平面之间的夹角是20°，其他结构同实施例1。

实施例4： 炉侧喷嘴2的轴线与水平面之间的夹角是30°，其他结构同实施例1。

实施例5：炉侧喷嘴2的轴线与水平面之间的夹角是40°，其他结构同实施例1。

实施例6：炉侧喷嘴2的轴线与水平面之间的夹角是45°，其他结构同实施例1。

实施例7：炉侧喷嘴2的轴线与水平面之间的夹角是50°，其他结构同实施例1。

实施例8： 炉侧喷嘴2的轴线与水平面之间的夹角是60°，其他结构同实施例1。

实施例9：炉侧喷嘴2的轴线与水平面之间的夹角是70°，其他结构同实施例1。

实施例10：炉侧喷嘴2的轴线与水平面之间的夹角是80°，其他结构同实施例1。

实施例11：炉侧喷嘴2的轴线与水平面之间的夹角是85°，其他结构同实施例1。

Claims (5)

1.一种五喷嘴水煤浆气化炉，包括炉身（3），炉身（3）顶部设有炉顶喷嘴（1），炉身（3）侧壁上设有四个炉侧喷嘴（2），其特征在于：炉侧喷嘴（2）的进料嘴低、出料嘴高，炉侧喷嘴（2）的轴线与水平面之间的夹角大于0°、小于90°，四个炉侧喷嘴（2）设在炉身（3）的同一高度。

2.根据权利要求1所述的五喷嘴水煤浆气化炉，其特征在于：所述炉侧喷嘴（2）的轴线与水平面之间的夹角是15~75°。

3.根据权利要求2所述的五喷嘴水煤浆气化炉，其特征在于：所述炉侧喷嘴（2）的轴线与水平面之间的夹角是45°。

4.根据权利要求1或3之一所述的五喷嘴水煤浆气化炉，其特征在于：所述炉身（3）是中空的圆柱体或者长方体。

5.根据权利要求1或3之一所述的五喷嘴水煤浆气化炉，其特征在于：所述炉侧喷嘴（2）铰接在炉身（3）上。

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