CN103409170A

CN103409170A - 一种含碳燃料分级进料的抗堵渣气化反应器

Info

Publication number: CN103409170A
Application number: CN2013103712605A
Authority: CN
Inventors: 张世程; 崔洁; 曹枫; 熊浪; 陈展雄; 陈未来; 雷树宽; 李召召
Original assignee: 711th Research Institute of CSIC
Current assignee: 711th Research Institute of CSIC
Priority date: 2013-08-22
Filing date: 2013-08-22
Publication date: 2013-11-27
Anticipated expiration: 2033-08-22
Also published as: CN103409170B

Abstract

本发明公开了一种含碳燃料分级进料的抗堵渣气化反应器，其包括一炉壳，炉壳内设置一气化反应室，在气化反应室的下方设有渣池，通过气化反应室底部设置的下渣口，与渣池连通；气化反应室设有主工艺烧嘴；其特点是：气化反应室还设有辅助工艺烧嘴；辅助工艺烧嘴布置在主工艺烧嘴下方，位于临近所述气化反应室底部的部位。主工艺烧嘴喷入70%～90%含碳燃料及相应的氧气和水蒸气，辅助工艺烧嘴喷入10%～30%含碳燃料及相应的氧气和水蒸气。本发明在气化反应室内增加了辅助工艺烧嘴，保证了下下渣口附近的温度，解决了现有技术中由于下渣口堵塞而带来排渣不顺的问题。

Description

一种含碳燃料分级进料的抗堵渣气化反应器

技术领域

本发明涉及一种将含碳燃料分级进料气化的抗堵渣反应器。

背景技术

现有气流床气化方式有气渣并流和气渣逆流式，具有代表性的主要有：谢尔气化炉的气渣逆流式和GE气化炉的气渣并流式。该两种不同的气化方式均存在下渣口堵渣的情况。出现下渣口堵渣的原因有多种，主要有：气化炉操作温度偏低，渣的流动性就会变差，在锥形下渣口处就会越积越多，导致下渣口减小；气化炉操作不稳定造成氧煤比、炉温波动较大，影响渣的流动性；煤质差的煤粘温特性高，灰渣流动缓慢，造成下渣口堵；气化炉停车前未提炉温进行熔渣，在下次开车时炉温提的较快，引起大量熔渣流至下渣口导致下渣口减小。而针对GE气化炉，在长时间运行之后，烧嘴磨损，张角增大，燃烧不好，高压下带向炉壁的灰渣就会增加，当渣积到一定的程度，在重力和气体冲击力的双重影响下，积渣顺着炉壁流向下渣口，渣在下渣口处聚积，下渣口随之变小，容易引起堵塞。

因此，开发一种抗堵渣的气化反应器，是提高我国煤炭气化技术可靠性的关键技术途径之一。

发明内容

本发明是为了克服现有技术存在的以上缺点，而提出的一种含碳燃料分级进料的抗堵渣气化反应器。本发明在主工艺烧嘴下方、临近气化室底部下渣口的部位设置了辅助工艺烧嘴，实现了下下渣口区域的排渣温度可调，避免了下下渣口的渣凝固堵塞，保证了排渣的顺畅。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种含碳燃料分级进料的抗堵渣气化反应器，其包括一炉壳，炉壳内设置一气化反应室，在所述气化反应室的下方设有渣池，通过所述气化反应室底部设置的下渣口，与所述渣池连通；所述气化反应室设有主工艺烧嘴；其特点是：所述气化反应室还设有辅助工艺烧嘴；所述的辅助工艺烧嘴布置在主工艺烧嘴下方，位于临近所述气化反应室底部下渣口的部位。

上述含碳燃料分级进料抗堵渣气化反应器，其中，所述辅助工艺烧嘴为2～4个，采用切圆方式布置在气化反应室的同一层面。

上述含碳燃料分级进料抗堵渣气化反应器，其中，每个所述辅助工艺烧嘴沿气化室的径向和轴向偏斜，其中：径向偏斜角度为3°～8°，轴向向下偏斜0°～10°；各辅助工艺烧嘴的偏斜角度一致，径向偏斜方向一致。

上述含碳燃料分级进料抗堵渣气化反应器，其中，所述主工艺烧嘴由设置在所述气化室顶部的顶置烧嘴构成。

上述含碳燃料分级进料抗堵渣气化反应器，其中，所述主工艺烧嘴还包括设于气化室周边的多个切圆式主烧嘴，所述的切圆式主烧嘴可设置多层，均位于所述的辅助工艺烧嘴上方，每层烧嘴个数为2～6个。

上述含碳燃料分级进料抗堵渣气化反应器，其中，所述主工艺烧嘴由设于气化室周边的多个切圆式主烧嘴构成，所述的切圆式主烧嘴可设置多层，均位于所述的辅助工艺烧嘴上方，每层烧嘴个数为2～6个。

上述含碳燃料分级进料抗堵渣气化反应器，其中，各所述切圆式主烧嘴沿径向偏斜，偏斜角度为4°～6°；各切圆式主烧嘴的径向偏斜方向和偏斜角度一致。

上述含碳燃料分级进料抗堵渣气化反应器，其中，所述的主工艺烧嘴喷入70%～90%含碳燃料及相应的氧气和水蒸气；所述的辅助工艺烧嘴喷入10%～30%含碳燃料及相应的氧气和水蒸气；所述的含碳燃料包括煤、生物质、垃圾、石油焦、或半焦的粉体。

上述含碳燃料分级进料抗堵渣气化反应器，其中，所述气化室的内壁采用盘管式或列管式水冷壁。

上述含碳燃料分级进料抗堵渣气化反应器，其中，所述气化反应室内可采用气渣并流式或者气渣逆流式的气化方式。

本发明由于采用了以上的技术方案，其产生的技术效果是显著的：由于在主烧嘴的下方设置辅助烧嘴，使含碳燃料、水蒸汽、富氧空气等原料进行分离式多段给入气化炉内，其中10%～30%的燃料及相应的氧气和水蒸气从邻近下渣口处从辅助设置送入气化炉，合理优化了气化炉内的反应分配，保证了下渣口附近的温度，避免了各种原因导致的渣凝固堵塞下渣口，实现了高温液态顺利排渣。

附图说明

图1为本发明含碳燃料分级进料抗堵渣气化反应器一种实施例(气渣逆流式)的结构示意图。

图2为本发明含碳燃料分级进料抗堵渣气化反应器的辅助工艺烧嘴的截面示意图。

图3为本发明含碳燃料分级进料抗堵渣气化反应器另一种实施例(气渣并流式)的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和较佳实施例，进一步详细说明本发明的性能和特征。

请参阅图1，图1是本发明含碳燃料分级进料抗堵渣气化反应器一种实施例(逆流式)的结构示意图。本实施例中将其设置为一直立圆筒型，其包括一炉壳11，在炉壳11内有一气化反应室12及一底部渣池13，渣池13底部设有排渣出口15。所述气化室的内壁采用盘管式。气化室顶部为合成气输出口16。

气化反应室12设有主工艺烧嘴121和辅助工艺烧嘴122，反应室12的底部设有一下渣口123，下渣口123的下方为渣池13。

本实施例所述的主工艺烧嘴121由采用切圆方式、分两层布置在气化室周边的切圆式主烧嘴构成，每层烧嘴个数最佳为2～6个，且沿径向偏斜4°～6°。本实施例在上面一层设置2个烧嘴，下面一层设置4个烧嘴，每个烧嘴的偏斜角度均为径向倾斜4°，且偏斜方向一致。

本发明所述辅助工艺烧嘴为2～4个，采用切圆方式布置，设置在所述主工艺烧嘴的下方。每个烧嘴径向偏斜角度а为3°～8°（请结合参阅图2），同时轴向向下偏斜0°～10°，偏斜方向和偏斜角度一致。本实施例所述的辅助工艺烧嘴设置为2个，沿径向偏斜角度а为7°，同时向下偏斜2°。各烧嘴偏斜方向和偏斜角度一致。

本发明所述的含碳燃料为所述的含碳燃料包括煤、生物质、垃圾、石油焦、或半焦的粉体等。其中所述的主工艺烧嘴喷入70%～90%含碳燃料及相应的氧气和水蒸气；所述的辅助工艺烧嘴喷入10%～30%含碳燃料及相应的氧气和水蒸气。本实施例例如采用氧气含量为99%的煤粉。工作时将80%的煤粉及相应的氧气和水蒸气从主工艺烧嘴喷入气化炉，另20%的煤粉及相应的氧气和水蒸气从辅助工艺烧嘴喷入气化炉。

本发明的工作原理：

例如以粉煤为原料，80%的煤粉及相应的氧气和水蒸气从气化室的主工艺烧嘴进入气化炉，20%的煤粉及相应的氧气和水蒸气从辅助工艺烧嘴喷入气化炉。在气化反应室内，煤粉和气化剂进行部分氧化反应，生成主要成分是一氧化碳和氢气的合成气，合成气经过上升管进入废锅进行冷却，而煤粉中的灰在高温环境中以熔融渣的状态靠惯性作用被水冷壁捕捉下来，再沿反应室壁面流淌汇集到反应室底部的下渣口，由于在临近下渣口的气化室周边设置了2～4个辅助工艺烧嘴，辅助工艺烧嘴的工作保证了渣的熔融状态温度，实现了液态顺利排渣至渣池。

请参阅图3，图3为本发明含碳燃料分级进料抗堵渣气化反应器另一种实施例(气渣并流式)的结构示意图。与上述施例相同，本实施例包括一炉壳21，在炉壳21内有一气化反应室22及一底部渣池23，渣池23底部设有排渣出口25；所述气化室的内壁采用列管式水冷壁结构。气化反应室22设有主工艺烧嘴221和辅助工艺烧嘴222，反应室22的底部设有一下渣口223，下渣口223的下方为渣池23，渣池底部为排渣口25。

与上述实施例不同的是：本实施例的气化方式是采用气渣并流式。本实施例的下渣口同时为合成气出口，该输出的合成气经过上升通道（如箭头所示）上升到合成气输出口26输出。

另外，本实施例的主工艺烧嘴221设置为5个，除了按切圆式单层布置的4个切圆式主烧嘴外，还在气化室的顶部设置了一个顶置烧嘴。顶置烧嘴与气化室同轴心设置，其他切圆式主烧嘴径向有偏斜，偏斜角度为6°。本实施例中，所述辅助工艺烧嘴设置为4个，采用切圆方式布置在切圆式主烧嘴的下方。每个辅助工艺烧嘴径向偏斜角度ａ为3°，同时向下偏斜8°，各径向偏斜的烧嘴的偏斜方向一致，且各烧嘴的径向偏斜角度一致，向下偏斜的角度一致。

本实施例中，主工艺烧嘴喷入70%含碳燃料及相应的氧气和水蒸气；所述的辅助工艺烧嘴喷入30%含碳燃料及相应的氧气和水蒸气。

除上述实施例外，还可将主工艺烧嘴设置为仅由在气化室的顶部设置的一个顶置烧嘴构成，或以其他的结构构成。但所有的实施例的辅助工艺烧嘴都设置在位于临近气化室的下渣口部位的气化室的周壁，通过辅助工艺烧嘴对该部位气化室的加温，既达到进一步气化的效果，又达到使下渣口的渣一直保持熔融状态、从而顺利排渣的目的。

下面以一具体的实例对本发明进行具体说明：

一套日处理5000吨煤的气化装置，气化反应室壳体的内直径为4600mm，气化室高度为8000mm。在气化反应室的周边设置两层烧嘴，一层为主工艺烧嘴，另一层为辅助工艺烧嘴。辅助工艺烧嘴层布置2个烧嘴，偏斜5°，同时向下偏斜5°，由辅助工艺烧嘴喷入10%煤粉及相应的氧气和水蒸气。主工艺烧嘴布置6个，偏斜5°，由主工艺烧嘴喷入90%的煤粉及相应的氧气和水蒸气。

合成气冷却导管直径设置为1500mm，高度为6000mm，对流换热区采用盘管式冷却，设置3段对流换热区，高度均为1600mm。

承压外壳与水冷壁之间采用氮气密封。

由上述气化反应装置气化的煤质分析（如表1所示）及出口合成气的分析数据（如表2所示）：

表1煤质分析表

其他主要操作条件：

操作温度：1750K；

操作压力：4.0MPa；

煤粉输送载气介质：氮气；

氧煤比：0.72kg/kg；

蒸汽煤比：0.096kg/kg；

蒸汽入口温度：538K；

氧气入口温度：453K；

氧气纯度：99.6%。

气化反应装置出口合成气分析数据为：

表2气化装置出口合成气成分(Vol%)

H₂	CO	CO₂	H₂O	H₂S	N₂
						23.96	67.18	1.72	0.45	1.49	5.21

碳转化率：99.1%；

煤气中有效成分含量(H₂+CO)：91.14%；

气化装置出口合成气流量：11.05万Nm³/h；

整体冷煤气效率：81.6%。

本发明由于采用了在气化炉增加辅助烧嘴，由于辅助烧嘴距离下渣口近，因此，防止了煤渣在下渣口的低温凝固，保证了煤渣的输出流畅。该结构还使合成气的输出量增加，质量提高。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种含碳燃料分级进料的抗堵渣气化反应器，其包括一炉壳，炉壳内设置一气化反应室，在所述气化反应室的下方设有渣池，通过所述气化反应室底部设置的下渣口，与所述渣池连通；所述气化反应室设有主工艺烧嘴；其特征在于：

所述气化反应室还设有辅助工艺烧嘴；所述的辅助工艺烧嘴布置在主工艺烧嘴下方，位于临近所述气化反应室底部下渣口的部位。

2.根据权利要求1所述的一种含碳燃料分级进料的抗堵渣气化反应器，其特征在于，所述辅助工艺烧嘴为2～4个，采用切圆方式布置在气化反应室的同一层面。

3.根据权利要求1所述的一种含碳燃料分级进料的抗堵渣气化反应器，其特征在于，每个所述辅助工艺烧嘴沿气化室的径向和轴向偏斜，其中：径向偏斜角度为3°～8°，轴向向下偏斜0°～10°；各辅助工艺烧嘴的偏斜角度一致，径向偏斜方向一致。

4.根据权利要求1所述的一种含碳燃料分级进料的抗堵渣气化反应器，其特征在于，所述主工艺烧嘴由设置在所述气化室顶部的顶置烧嘴构成。

5.根据权利要求4所述的一种含碳燃料分级进料的抗堵渣气化反应器，其特征在于，所述主工艺烧嘴还包括设于气化室周边的多个切圆式主烧嘴，所述的切圆式主烧嘴可设置多层，均位于所述的辅助工艺烧嘴上方，每层烧嘴个数为2～6个。

6.根据权利要求1所述的一种含碳燃料分级进料的抗堵渣气化反应器，其特征在于，所述主工艺烧嘴由设于气化室周边的多个切圆式主烧嘴构成，所述的切圆式主烧嘴可设置多层，均位于所述的辅助工艺烧嘴上方，每层烧嘴个数为2～6个。

7.根据权利要求5或6所述的一种含碳燃料分级进料的抗堵渣气化反应器，其特征在于，各所述切圆式主烧嘴沿径向偏斜，偏斜角度为4°～6°；各切圆式主烧嘴的径向偏斜方向和偏斜角度一致。

8.根据权利要求1～7任一项所述的一种含碳燃料分级进料的抗堵渣气化反应器，其特征在于，

所述的主工艺烧嘴喷入70%～90%含碳燃料及相应的氧气和水蒸气；

所述的辅助工艺烧嘴喷入10%～30%含碳燃料及相应的氧气和水蒸气；

所述的含碳燃料包括煤、生物质、垃圾、石油焦、或半焦的粉体。

9.根据权利要求1所述的含碳燃料分级进料抗堵渣气化反应器，其特征在于，所述气化室的内壁采用盘管式或列管式水冷壁。

10.根据权利要求1所述的含碳燃料分级进料抗堵渣气化反应器，其特征在于，所述气化反应室内可采用气渣并流式或者气渣逆流式的气化方式。