CN102585908A

CN102585908A - 折返流气流床气化炉

Info

Publication number: CN102585908A
Application number: CN2012100468065A
Authority: CN
Inventors: 李维成; 孙登科; 陈阳; 聂立; 李由; 曹蕾
Original assignee: Dongfang Boiler Group Co Ltd
Current assignee: Dongfang Boiler Group Co Ltd
Priority date: 2012-02-28
Filing date: 2012-02-28
Publication date: 2012-07-18

Abstract

本发明公开了一种折返流气流床气化炉，属于气化炉技术领域；其包括立式筒形结构的反应室，所述反应室上设有与之连通的原料及气化剂喷口，所述反应室的一端为合成气出口，另一端为气流盲端；所述原料及气化剂喷口与水平面成俯仰角θ,原料及气化剂喷口与反应室所在同一平面圆心偏离一偏离角α。本发明利用气流折返增大反应流行程、增加停留时间，提高炉内空间利用效率，进而提高碳转化率；同时具有利于壁面捕渣，减轻合成气带灰，以及提高渣口温度，利于顺畅排渣等优点。

Description

折返流气流床气化炉

技术领域

本发明涉及一种折返流气流床气化炉，属于气化炉技术领域。

背景技术

大型煤气化技术是现代煤化工及IGCC（IGCC是“整体煤气化联合循环”的英文缩写）多联产的基础，是洁净煤技术的重要组成部分。在各种气化技术中，气流床气化以其煤种适应性广、碳转化率及合成气产出率高、污染小、生产强度高、易于大型化等优势，代表了煤气化先进技术的发展方向。

气流床气化技术中，炉内流场和温度场的组织是影响气化效果的关键。现有市场上使用的一些典型的气化炉有：美国通用电气（GE）公司的德士古（Texco）气化炉，如美国专利U.S.Pat.Nos.4637823,4527997,5281243；荷兰壳牌（Shell）公司的气化炉，如美国专利U.S.92-960345，中国专利申请号CN 90103807.5；以及我国华东理工大学研发的多喷嘴对置式气化炉，如中国专利申请号为CN 98110601.3及CN 200510111484.8的发明专利。

德士古气化炉原料和气化剂从反应室顶部高速射流喷入，并正对下部合成气出口，其反应停留时间短，加之单射流火焰高温区域狭小、炉内火焰充满度不高等因素，最终导致碳转化率偏低。

壳牌气化炉则是采用顶部出气、气渣逆流的方式，液态渣在渣口处由于缺少气流的伴热，易凝固而造成堵渣，严重影响设备的可用性；另外，出口合成气中携带的细渣容易导致后续流程中设备的粘污、磨损、堵塞等问题。

多喷嘴对置式气化炉利用射流撞击增大炉内火焰充满度，增加碳颗粒在火焰高温区的停留时间，并增大了部分气流尤其是撞击后上流股的行程，增加了停留时间，碳转化率相比德士古炉有明显提高。但是在这类炉型中，撞击流形成的下流股存在停留时间不足、碳转化率不够高等问题；上流股存在据炉顶高度不足，并对炉顶高温冲刷严重，进而影响设备寿命等问题。

发明内容

本发明的目的在于：提出一种利用气流折返增大反应流行程、增加停留时间，进一步提高炉内空间利用效率，提高碳转化率的气流床气化炉，从而能有效的解决上述现有技术中存在的问题。

本发明的目的是通过下述技术方案来实现：一种折返流气流床气化炉，其包括立式筒形结构的反应室，所述反应室上设有与之连通的原料及气化剂喷口，所述反应室的一端为合成气出口，另一端为气流盲端；所述原料及气化剂喷口与水平面成俯仰角θ, 原料及气化剂喷口与反应室所在同一平面圆心偏离一偏离角α

作为一种优选方式，其中：所述俯仰角θ为5°-60°，所述偏离角α为0-30°。

作为进一步优选方式，所述俯仰角θ为15°-45°，所述偏离角α为5-20°。

作为进一步优选方式，所述原料及气化剂喷口为2-8个，均匀设于反应室筒体同一圆周平面上。

作为进一步优选方式之一，所述合成气出口设于反应室底部，所述原料及气化剂喷口往上倾斜，气流盲端设于反应室顶部。

作为进一步优选方式之一，所述合成气出口设于反应室顶部，所述原料及气化剂喷口往下倾斜，气流盲端设于反应室底部。

作为进一步优选，所述反应室外罩有耐压壳体，以适应加压条件下的气化。

与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明折返流气流床气化炉具备以下优点：

1.利用气流在盲端的折返，大大增加了反应的流程，增加了反应的停留时间，提高了炉内空间的利用率，从而有利于提高碳转化率；

2.射流的撞击及旋转有扩大火焰高温区域，增大颗粒停留时间，增强颗粒与气相的传质，强化反应，提高碳转化率的效果；

3.向上气流与折返气流发出逆流传热，利于提高折返气流中反应末尾阶段的温度水平，利于提高碳转化率；

4.气流在盲端的折返，以及折返气流贴近壁面的流动有利于提高渣被壁面捕获的效率，从而减轻对合成气后续流程的影响；

5.当采用底部出气的结构时，合成气与液渣顺流，液渣得到合成气伴热，易于保证流渣通畅；且合成气后续处理可接简单的激冷流程；

6.当采用顶部出气的结构时，底部排渣虽没有气流伴热，但气流至此只经过了一半的流程，温度仍较高，且有较强的滞止冲刷对流传热作用，因此也易于保证排渣顺畅；

7.合成气后续除可选激冷处理外，也可选择接废热锅炉等工艺流程，以利于回收合成气的显热，同时，由于壁面捕渣效率的提高，后续工艺中设备粘污、磨损、堵塞等问题可得以减轻。

附图说明

图1是本发明实施例1的结构示意图；

图2是本发明实施例2的结构示意图；

图3是本发明喷口布置的结构示意图。

图中：1-反应室， 2-原料及气化剂喷口， 3-合成气出口， 4-气流盲端， 5-耐压壳体。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步的说明。

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了相互排斥的特质和/或步骤以外，均可以以任何方式组合，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换，即，除非特别叙述，每个特征之一系列等效或类似特征中的一个实施例而已。

本发明折返流气流床气化炉包括立式筒形结构的反应室1，所述反应室1上设有与之连通的原料及气化剂喷口2，所述原料及气化剂喷口2为2-8个，均匀设于反应室1筒体同一圆周平面上。所述反应室1的一端为合成气出口3，另一端为气流盲端4；所述原料及气化剂喷口2与水平面成俯仰角θ, 所述俯仰角θ为5°-60°，原料及气化剂喷口2与反应室所在同一平面圆心偏离一偏离角α；所述偏离角α为0-30°，在该范围值中，还可优选俯仰角θ为15°-45°，所述偏离角α为5-20°。气化炉可用于在常压下运行，也可用于加压条件下运行，当气化炉在加压下运行时，所述反应室外罩有耐压壳体5。

实施例1：

如图1、图3所示，所述原料及气化剂喷口2为4个，合成气出口3设于反应室1底部，所述原料及气化剂喷口2往上倾斜，气流盲端4设于反应室顶部；所述原料及气化剂喷口2与水平面形成的俯仰角θ为30度，原料及气化剂喷口2与反应室所在同一平面圆心偏离的偏离角α为4度。

原料及气化剂从喷口斜向上喷入反应室，射流撞击后主要向上流动，至顶部气流盲端后折返，向下流动；部分向下流动的气体在喷口附近又被喷口射流卷吸，部分流过射流的周向间隙并最终从底部气流的合成气出口流出，此出口也是排渣口，合成气与液渣顺流，液渣得到合成气伴热，易于保证流渣通畅；且在排渣口后可接水激冷流程，也可接其它工艺流程。

当气化炉在加压条件下运行时，需将反应室罩在耐压壳体内，反应的原料、产物、测量和控制、冷却水等，通过耐压壳体上的管口与外界连通。

实施例2：

如图2、图3所示，所述原料及气化剂喷口2为4个，合成气出口3设于反应室1顶部，所述原料及气化剂喷口2往下倾斜，气流盲端4设于反应室底部；所述原料及气化剂喷口2与水平面形成的俯仰角θ为45度，原料及气化剂喷口2与反应室所在同一平面圆心偏离的偏离角α为6度。

原料及气化剂从喷口中斜向下喷入反应室，射流撞击后主要向下流动，至底部气流盲端后折返，向上流动；部分向上流动的气体在喷口附近又被喷口射流卷吸，部分流过射流的周向间隙并最终从顶部气流的合成气出口流出。此出口可接合成气激冷流程，也可接废热锅炉等其它工艺流程；此时反应室的底部虽是气流的盲端，但也是排渣口，下接渣池，渣收集后定期排出；底部排渣虽没有气流伴热，但气流至此只经过了一半的流程，温度仍较高，且有较强的滞止冲刷对流传热作用，因此也易于保证排渣顺畅。

当气化炉在加压条件下运行时，需将反应室罩在耐压壳体内，反应的原料、产物、测量和控制、冷却水等，通过压力壳体上的管口与外界连通。

本发明的工作原理为：

原料及气化剂喷口与水平面有一俯仰角θ；在喷口所在的水平面内，原料及气化剂喷口与反应室所在同一平面圆心偏离一偏离角α。利用原料及气化剂喷口角度的这种特殊布置，使得喷入的射流在反应室内的径向、切向、高度方向三个空间方向上均有分量，从而通过反应室内空间流场、温度场和反应过程的优化组织提高碳转化率，同时还具有提高壁面捕渣效率和利于顺畅排渣的有益效果。

射流在反应室内的径向流动，利用射流的相互撞击增强颗粒与气相的传质，强化反应。

射流在反应室高度方向的分量使得射流在撞击后主要流向气流盲端，避免了直接从合成气出口流出。利用气流在盲端的折返增大了气流的行程，增加了炉内空间的利用效率，增加了停留时间，以提高碳转化率。同时，气流的折返转向及折返后的贴壁流动对提高壁面捕渣效果是有利的。

射流在切向的分量使得从原料及气化剂喷口喷射出的气体形成一定强度切圆旋转流动，切向旋转的离心作用对提高渣被壁面捕获的效率，减少合成气中携带的细渣浓度，减轻对后续工艺的影响是有利的。

另外，这种流动组织还改善了炉内温度分布。利用向上气流与折返气流发出的逆流传热，以提高折返气流中反应末尾阶段的温度水平，利于提高碳转化率。这种流动组织也提高了排渣口处的温度，利于顺畅排渣。

合成气出口流出的合成气后续除可选激冷处理外，也可选择接废热锅炉等工艺流程，以利于回收合成气的显热；同时，由于壁面捕渣效率的提高，后续工艺中设备粘污、磨损、堵塞等问题可得以减轻。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种折返流气流床气化炉，包括立式筒形结构的反应室，所述反应室上设有与之连通的原料及气化剂喷口，其特征在于：所述反应室的一端为合成气出口，另一端为气流盲端；所述原料及气化剂喷口与水平面成俯仰角θ,原料及气化剂喷口与反应室所在同一平面圆心偏离一偏离角α。

2.如权利要求1所述的折返流气流床气化炉，其特征在于：所述俯仰角θ为5°-60°，所述偏离角α为0-30°。

3.如权利要求2所述的折返流气流床气化炉，其特征在于：所述俯仰角θ为15°-45°，所述偏离角α为5-20°。

4.如权利要求3所述的折返流气流床气化炉，其特征在于：所述原料及气化剂喷口为2-8个，均匀设于反应室筒体同一圆周平面上。

5.如权利要求4所述的折返流气流床气化炉，其特征在于：所述合成气出口设于反应室底部，所述原料及气化剂喷口往上倾斜，气流盲端设于反应室顶部。

6.如权利要求4所述的折返流气流床气化炉，其特征在于：所述合成气出口设于反应室顶部，所述原料及气化剂喷口往下倾斜，气流盲端设于反应室底部。

7.如权利要求5或6中任一权利要求所述的折返流气流床气化炉，其特征在于：所述反应室外罩有耐压壳体。