CN102827644A - 一种灰熔聚流化床气化炉用气体分布器 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种灰熔聚流化床气化炉用气体分布器，包括气化炉壳体、锥形分布板、分布式喷射管、排渣管、气室进气管，所述排渣管一端连接在锥形分布板的底部并开口，另一端穿过气化炉壳体与气化剂气源连接，其特征在于：所述分布式喷射管一端连接并开口于锥形分布板的下部，另一端穿过气化炉壳体后与气化剂气源连接，所述分布式喷射管至少为三个，且其在锥形分布板上的开口以排渣管的中心呈对称均匀分布。本发明气体分布器流化性能好、适应长周期运行、结构简单并且能适用大型流化床气化炉。

Description

一种灰熔聚流化床气化炉用气体分布器

技术领域

本发明涉及一种气体分布器，特别涉及一种灰熔聚流化床气化炉用气体分布器。

背景技术

气化是将一次能源如煤、生物质等高效、洁净地转化成二次能源如煤气的主要途径。煤气不仅可以通过燃气—蒸汽联合循环发电，而且可以用于制造高价值化工产品，如合成氨、甲醇等的原料气，实现联合生产电力、清洁能源和高附加值化工产品的多联产能源系统。因此，气化不仅解决了直接燃烧过程中的污染问题，而且能形成高价值的产品，在我国能源战略中占有非常重要的地位。当前国内外气化技术向大型化发展，大型化可提高单路设备的生产能力，以满足大型联合循环电站发电以及大规模多联产能源系统的需求。目前，加压移动床气化炉（鲁奇炉）和加压气流床气化炉（Texaco炉、Shell炉、GSP炉、航天炉等）单炉日处理煤量达到千吨以上，其中Texaco炉最大的一套日处理能力达到2400吨。

流化床气化炉有较高的气固传热速率与传质速率，固体在床内的混合接近于理想状态，因而可获得均匀的固体组成和温度分布，因此流化床气化炉具有燃料适应性广，特别适合处理劣质煤、生物质和城市生活垃圾。但流化床气化炉如高温温克勒（HTW），U-gas炉（灰熔聚炉）和KRW炉都存在大型化问题，最大日处理能力只有800吨，特别是后两种炉型在放大到工业装置时均不成功，其原因之一是,这些炉型均具有中心射流、环管排渣的结构特征，这种结构一般是将排渣管设计成文丘里或渐缩管的形式，在排渣管中心插入一根中心管，中心管和排渣管形成环管，中心管射流带动密相区流化，形成局部高温区域，使灰渣团聚成球，落入环管，在环管内借助重力差异，使灰球和含碳灰球分离，灰渣从环管排出。由于采用这种结构只存在一股中心射流，大型化后，由于床截面积增大，射流影响区域减小，易导致床内四周形成大面积的流化不良和死区，在气化炉运行过程中会造成炉内结焦等问题，直接影响了大型气化炉运行的稳定性。另外目前采用的气体分布器这种中心射流、环管排渣的结构，设计复杂，价格昂贵，由于高温物料冲刷和振动，中心管很容易磨损和断裂，不能满足气化炉的长周期运行。因此对流化床气化炉来说，气体分布器是气化炉的一个关键部件，起着引发流化，形成高温射流区域、维持床层内物料连续运动以及使气体均匀分布的重要作用，直接决定了气化炉的稳定运行。

“一种流化床气化炉分布器”（申请号：200520079695.3）公开了一种流化床气化炉用气体分布器，包括分布器壳体以及设置在壳体内的分布板，壳体与分布板之间形成了与气源相连通的气室，在分布板的下端设置有与气源相连通的中心管，中心管与分布板的间隙形成了环管，且在分布板上开设有与气室相连通的通孔。

“一种流化床气化炉用气体分布器”（申请号：200520105814.8）公开了一种气化炉用气体分布器，包括与气源相连通的中心管以及中心管与气化炉下部椎体部分形成的环管，并且在气化炉炉体上设置有与气源相连通的喷嘴。

“一种流化床气化炉用气体分布器”（申请号：200720031688.5）公开了一种气化炉用气体分布器，包括气化炉椎体、斜椎体、设置在椎体上与气源相连接的喷嘴、设置在气化炉椎体上的中心管以及设置在气化炉斜椎体下与气化炉相连接的环管。

申请号：200520079695.3和200520105814.8公开的两种气体分布器的不足之处在于，气体分布器的中心管位于环管内，中心管的外壁与环管内壁组成环通道，气化炉内的灰渣通过环通道排出炉外，因此高温条件下的气流冲刷及排渣导致中心管外壁磨损严重，对中心管材质要求很高，材料价格昂贵。另外，由于中心管支撑点以上直管段部分较长，存在“头重脚轻”的现象，运行过程中由于振动导致中心管易从支撑点处折断，对中心管的结构设计的要求非常苛刻，且装置无法长周期运行。

申请号：200720031688.5公开的分布器将中心管固定在斜椎体或正椎体上，将排渣用的环管偏置，将支撑点上的中心管缩短，克服了中心管“头轻脚重”、易折断的问题。但是中心管处于高温密相段，环管内的高温气流对中心管的冲刷以及灰渣对中心管外壁的磨损依然很严重，不能降低对中心管材质的要求。

另外申请号：200520105814.8和200720031688.5公开的两种气体分布器都没有设置于气源连接的气室和分布板，而是将气化炉的底部设置成锥形，直接在锥形的壳体上设置喷嘴。这种设计方式简单，更换方便、制作费用低。但是高温物料直接接触壳体并在上面流化，壳体要承受高温的同时还要承担与物料的摩擦，壳体很难满足长周期运行的要求。另外这两种结构的气体分布器都是将气化炉的底部设计成锥形结构，锥形底部的气化炉制约着气化过程的加压应用。

发明内容

针对上述技术存在的问题，本发明的目的是提供一种流化性能好、适应长周期运行、结构简单并且能适用大型流化床气化炉的灰熔聚流化床气化炉用气体分布器。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

 一种灰熔聚流化床气化炉用气体分布器，包括气化炉壳体、锥形分布板、分布式喷射管、排渣管、气室进气管，所述排渣管一端连接在锥形分布板的底部并开口，另一端穿过气化炉壳体与气化剂气源连接，其特征在于：所述分布式喷射管一端连接并开口于锥形分布板的下部，另一端穿过气化炉壳体后与气化剂气源连接，所述分布式喷射管至少为三个，且其在锥形分布板上的开口以排渣管的中心呈对称均匀分布。

上述的灰熔聚流化床气化炉用气体分布器，其特征在于：所述分布式喷射管的中心线与排渣管的轴线相交于锥形分布板上方的一点，分布式喷射管的中心线相交的角度为5-30°。

上述的灰熔聚流化床气化炉用气体分布器，其特征在于：所述锥形分布板、气化炉壳体、排渣管限定一空间为气室，所述气室通过气室气源进口与气化剂气源相通，所述锥形分布板上设置有多个轴向水平布置的流化孔，所述流化孔的开孔率为0.4-0.65%、直径为1-3mm。

上述的灰熔聚流化床气化炉用气体分布器，其特征在于：所述锥形分布板、气化炉壳体、排渣管限定一空间为气室，所述气室通过气室气源进口与气化剂气源相通，所述锥形分布板上设置有轴向水平布置的流化孔，所述流化孔的开孔率为0.4-0.65%、直径为1-3mm。

上述的灰熔聚流化床气化炉用气体分布器，其特征在于：所述气室进气管设置在气化炉壳体底部，所述穿过气化炉壳体的排渣管端上设有排渣管进气管。

上述的灰熔聚流化床气化炉用气体分布器，其特征在于：所述分布式喷射管为三个，所述三个分布式喷射管在水平方向上间隔120°布置。

上述的灰熔聚流化床气化炉用气体分布器，其特征在于：所述分布式喷射管为四个，所述四个分布式喷射管在水平方向上间隔90°布置。

上述的灰熔聚流化床气化炉用气体分布器，其特征在于：所述分布式喷射管为五个，所述五个分布式喷射管在水平方向上间隔72°布置。

上述的灰熔聚流化床气化炉用气体分布器，其特征在于：所述分布式喷射管为六个，所述六个分布式喷射管在水平方向上间隔60°布置。

上述的灰熔聚流化床气化炉用气体分布器，其特征在于：所述分布式喷射管的中心线相交的角度为15-25°。

本发明灰熔聚流化床气化炉用气体分布器设置在气化炉的底部，分布式喷射管处于锥形分布板的底部、排渣管的四周，成一定角度对称分布，且喷射管的数量不少于三个。锥形分布板固定在气化炉的壳体上，锥形分布板上开设有均匀分布的流化孔，流化孔轴向方向为水平方向，流化孔的开孔率为0.4-0.65%，上述所谓开孔率为流化孔在锥形分布板上的开孔总面积与锥形分布板全面积之比值，流化孔直径1-3mm。锥形分布板的锥底直接与排渣管连接。

在气化炉壳体上四周均布开孔，分布式喷射管通过开孔进入气室，穿过锥形分布板与气化炉密相段相通，分布式喷射管对称均匀的分布在排渣管的周围并且出口固定在锥形分布板上。分布式喷射管的中心线形成锥形夹角，且分布式喷射管的中心线形成的锥形顶点与气化炉的中心线交于一点，锥角大小的设计范围可以设计为5-30°之间，其中最佳锥角的范围是15-25°。由饱和水蒸汽、氧气和二氧化碳组成的气化剂从分布式喷射管高速喷出后汇集于一点，形成一个局部的高温气化区，中心高温区与炉壁温度可保持200～250℃的温差。物料在高温区进行气化反应，反应后的灰渣在高温区软化融聚在一起形成较大的颗粒，灰渣颗粒聚集到一定粒度，当气流速度小于灰渣的流化速度时落入底部的排渣管。这种结构的分布式喷射管完全处于气室中不再接触高温物料，避免了高温物料的冲刷磨损，两端固定避免了射流时产生的振动，可以降低所选用材质的要求，制造简单，使用寿命大大延长。

气化炉下壳体、锥形分布板及排渣管构成气室，气室通过锥形分布板上的流化孔与气化炉密相区相通，气室与气化炉密相区维持一定压差，由饱和水蒸汽、氧气和二氧化碳组成的气化剂进入气室充分混合，通过锥形分布板上的流化孔进入密相段，一方面流化物料，防止物料结焦，另一方面降低锥形分布板的温度保护锥形分布板。

排渣管位于气化炉中心、锥形分布板的下部，在排渣管底部的设有气源进口，通入由饱和水蒸气、氧气或二氧化碳组成的气化剂,维持相对较低的气流速度，起到分级排渣、冷却灰渣的作用。

气体分布器将气化剂按不同的比例组成分成上述三路：气室一路、分布式喷射管一路和排渣管一路，气化剂由饱和水蒸汽、氧气和二氧化碳组成，各路气化剂中各种成分的组成比例根据气化炉的工艺要求确定，三路气化剂相互配合，共同构成喷动流化场和局部高温区，使气化炉内部物料保持均匀、稳定的流化状态，和一定的温度梯度。

本发明由于采取以上技术方案，具有以下优点：

1、本发明所采用的结构设计将传统设计所采用的中心管用多个分布式喷射管替代，分布式喷射管不再处于高温物料中，避免了射流时的振动断裂和高温物料的冲刷磨损，可以降低所选用材质的要求，制造简单，使用寿命大大延长；

2、采用在锥形分布板底部、排渣管四周设置分布式喷射管，成一定角度对称均匀分布，且喷射管的数量不少于三个，呈正三角形、正四方形、正五边形或正六边形环排渣管均匀分布，分布式喷射管的中心线与气化炉的中心线集中于一点，形成锥形，锥角大小的设计范围可以设计为5-30°之间，其中最佳锥角的范围是15-25°，锥角的大小根据气化炉的负荷大小进行设计。气化剂从分布式喷射管喷出后汇集一起，共同形成一个局部高温气化区，采用这种具有锥形倾角的分布式喷射管比传统的一个中心管射流流化区域范围广，形成的高温区域大，流化效果更好，避免结焦，有利于流化床气化炉的大型化生产；

3、排渣管中间取消中心管后，排渣时对灰渣融聚粒度的要求范围大，控制变得容易，排渣管内可采用低速流化、移动床排渣，高温渣料在缓慢下移的过程中与气化剂换热逐渐冷却，排渣设备的耐温要求降低，可降低排渣设备的投资，提高使用寿命，解决了传统的环管排渣不顺畅的问题；

4、锥形分布板上设有对称均匀分布的水平流化孔，水平流化孔的方向与气化炉中心线的垂直。锥形分布板上水平流化孔的有利于物料向气化炉中间聚集，进而被分布式喷射管吹起进入高温区气化。水平流化孔还可以避免物料堵塞，保持流化床内部的物料处于较好的流化状态。

附图说明

图1为本发明灰熔聚流化床气化炉用气体分布器实施例一的截面结构示意图；

图2为本发明灰熔聚流化床气化炉用气体分布器实施例一的俯视示意图；

图3为本发明灰熔聚流化床气化炉用气体分布器实施例二的俯视示意图；

图4为本发明灰熔聚流化床气化炉用气体分布器实施例三的俯视示意图；

图5为本发明灰熔聚流化床气化炉用气体分布器实施例四的俯视示意图；

图6为图1中A的局部放大图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

参见图1、图2，本发明的实施例一，为设有四个分布式喷射管5的具体实施方式，如图1和图2所示，本气体分布器的结构组成包括气化炉壳体1、密相区2、锥形分布板3、分布板流化孔4、分布式喷射管5、排渣管6、喷射管进气管7、气室进气管8、气室9以及排渣管进气管10。锥形分布板3密封固定在气化炉的壳体1上，参见图6，锥形分布板3上开设有若干个轴向为水平方向的流化孔4，流化孔4的开孔率为0.4-0.65%，流化孔4直径为1-3mm，上述开孔率为流化孔4在锥形分布板3上的开孔总面积与锥形分布板3全面积之比值，即流化孔4与锥形分布板3相交形成的截面面积与锥形分布板3全面积之比值。在锥形分布板3的底部连接着排渣管6，排渣管6穿过气化炉壳体1的底部与排渣管气源连通，气化炉壳体1下部设有与气化剂气源连通的气室进气管8。锥形分布板3、气化炉壳体1、排渣管6共同限定形成一个空间即气室9，气室9除通过分布板流化孔4与密相区2相通以及通过气室气源进口8与气化剂气源相通外，其它部分都是密封结构。进气管穿过气室9后与锥形分布板3密封固定连接，所述进气管与锥形分布板3连接的一端为分布式喷射管5，另一端为喷射管进气管7，喷射管进气管7密封固定在气化炉壳体1并与气化剂气源连通。在排渣管6的周围对称均匀分布有四个分布式喷射管5，所述四个分布式喷射管5在水平方向上间隔90°布置，所述四个分布式喷射管5穿过气室9处于气室9内，所述四个分布式喷射管 5的中心线呈锥形夹角α，5°≤α≤30°, 其中α最佳范围是15-25°，锥角α的大小根据气化炉的负荷大小进行设计。所述四个分布式喷射管5的中心线在锥形分布板3上方形成的锥形顶点与气化炉的垂直中心线交于一点B。气化剂从分布式喷射管5喷出后汇集一起，共同形成一个局部高温气化区。气室9通过气室气源进口8提供气化剂，排渣管6内由排渣管进气管10通入气化剂,起到冷却灰渣、分级排渣的作用。

参见图3，本发明的实施例二，为设有三个分布式喷射管5的具体实施方式，如图3所示，三个分布式喷射管5在排渣管6的周围穿过锥形分布板3构成正三角形，即所述三个分布式喷射管5在水平方向上间隔120°布置，分布式喷射管5的中心线与气化炉的垂直中心线集中于一点B，形成锥形，其锥角为α,5°≤α≤30°，其中α最佳范围是15-25°，锥角α的大小根据气化炉的负荷大小进行设计。本发明的实施例二除分布式喷射管5的设置方式与实施例一不同外，其它部分与实施例一相同，在此不再赘述。

参见图4，本发明的实施例三，为设有五个分布式喷射管5的具体实施方式，如图4所示，五个分布式喷射管5在排渣管6的周围穿过锥形分布板3构成正五边形，即所述五个分布式喷射管5在水平方向上间隔72°布置，分布式喷射管的中心线与排渣管6的轴线在锥形分布板3上方集中于一点B，形成锥形，其锥角为α,5°≤α≤30°，其中α最佳范围是15-25°，锥角α的大小根据气化炉的负荷大小进行设计。本发明的实施例三除分布式喷射管5的设置方式与实施例一不同外，其它部分与实施例一相同，在此不再赘述。

参见图5，本发明的实施例四，为设有六个分布式喷射管5的具体实施方式，如图5所示，六个分布式喷射管5在排渣管6的周围穿过锥形分布板3构成正六边形，即所述六个分布式喷射管5在水平方向上间隔60°布置，分布式喷射管的中心线与气化炉的垂直中心线集中于一点B，形成锥形，其锥角为α,5°≤α≤30°，其中α最佳范围是15-25°，锥角α的大小根据气化炉的负荷大小进行设计。本发明的实施例四除分布式喷射管5的设置方式与实施例一不同外，其它部分与实施例一相同，在此不再赘述。

本发明工作时，一路气化剂进入气室，在气室内均压后通过锥形分布板上流化孔，使流化床内的物料处于流化状态，并使物料向中间高温区汇集；第二路气化剂从分布式喷射管高速喷出后汇集于一点B，形成一个局部的高温气化区，中心高温区与炉壁温度可保持200～250℃的温差。物料在高温区进行气化反应，反应后的灰渣在高温区软化融聚在一起形成较大的颗粒，灰渣颗粒聚集到一定粒度，当气流速度小于灰渣的流化速度时落入底部的排渣管；第三路气化剂通过排渣管进入气化炉，与高温灰渣在排渣管内形成鼓泡床，高温渣料在排渣管内缓慢下移的过程中与气化剂换热逐渐冷却，气化剂升温后进入流化床内参与气化反应。

Claims (10)

1.一种灰熔聚流化床气化炉用气体分布器，包括气化炉壳体(1)、锥形分布板(3)、分布式喷射管(5)、排渣管(6)、气室进气管(8)，所述排渣管(6)一端连接在锥形分布板(3)的底部并开口，另一端穿过气化炉壳体(1)与气化剂气源连接，其特征在于：所述分布式喷射管(5)一端连接并开口于锥形分布板(3)的下部，另一端穿过气化炉壳体(1)后与气化剂气源连接，所述分布式喷射管(5)至少为三个，且其在锥形分布板(3)上的开口以排渣管(6)的中心呈对称均匀分布。

2.根据权利要求1所述的灰熔聚流化床气化炉用气体分布器，其特征在于：所述分布式喷射管(5)的中心线与排渣管(6)的轴线相交于锥形分布板(3)上方的一点，分布式喷射管(5)的中心线相交的角度为5-30°。

3.根据权利要求1所述的灰熔聚流化床气化炉用气体分布器，其特征在于：所述锥形分布板(3)、气化炉壳体(1)、排渣管(6)限定一空间为气室(9)，所述气室(9)通过气室气源进口(8)与气化剂气源相通，所述锥形分布板(3)上设置有多个轴向水平布置的流化孔(4)，所述流化孔(4)的开孔率为0.4-0.65%、直径为1-3mm。

4.根据权利要求2所述的灰熔聚流化床气化炉用气体分布器，其特征在于：所述锥形分布板(3)、气化炉壳体(1)、排渣管(6)限定一空间为气室(9)，所述气室(9)通过气室气源进口(8)与气化剂气源相通，所述锥形分布板(3)上设置有轴向水平布置的流化孔(4)，所述流化孔(4)的开孔率为0.4-0.65%、直径为1-3mm。

5.根据权利要求1所述的灰熔聚流化床气化炉用气体分布器，其特征在于：所述气室进气管(8)设置在气化炉壳体(1)底部，所述穿过气化炉壳体(1)的排渣管(6)端上设有排渣管进气管(10)。

6.根据权利要求1至5任一权利要求所述的灰熔聚流化床气化炉用气体分布器，其特征在于：所述分布式喷射管(5)为三个，所述三个分布式喷射管(5)在水平方向上间隔120°布置。

7.根据权利要求1至5任一权利要求所述的灰熔聚流化床气化炉用气体分布器，其特征在于：所述分布式喷射管(5)为四个，所述四个分布式喷射管(5)在水平方向上间隔90°布置。

8.根据权利要求1至5任一权利要求所述的灰熔聚流化床气化炉用气体分布器，其特征在于：所述分布式喷射管(5)为五个，所述五个分布式喷射管(5)在水平方向上间隔72°布置。

9.根据权利要求1至5任一权利要求所述的灰熔聚流化床气化炉用气体分布器，其特征在于：所述分布式喷射管(5)为六个，所述六个分布式喷射管(5)在水平方向上间隔60°布置。

10.根据权利要求2或4所述的灰熔聚流化床气化炉用气体分布器，其特征在于：所述分布式喷射管(5)的中心线相交的角度为15-25°。

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