CN103820158B - 气旋式粉煤气化炉 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种气旋式粉煤气化炉，包括炉体、顶喷嘴、炉壁喷嘴、冷渣池、余热锅炉、辅助余热锅炉和储气装置，本产品通过喷头对炉内进行旋转喷气（汽），煤粉气化强度好，反应更充分。在炉内产生气旋流，使炉渣、杂质及煤粉粘附在炉壁上，延长了煤炭炉内停留时间，促进其反应。设在炉顶的煤粉纯氧喷嘴能够大大提高炉内反应温度，设在炉体上部切线喷气蒸汽喷嘴能够形成强烈气旋，促使反应，同时形成蒸汽幕包含炉壁免遭高温烧蚀。本产品相比于其他高温气化炉，能够降低制造成本及原料煤消耗成本，气化效率高，实用性强。

Description

气旋式粉煤气化炉
技术领域
本发明涉及煤炭气化设备领域，特别是涉及一种气旋式粉煤气化炉。
背景技术
煤炭气化是指在一定温度下，使煤炭与二氧化碳、蒸汽反应产生煤气的过程，是对煤炭进行深加工的一个重要方法。现在普遍利用气化炉对煤炭进行加工。目前使用的高温气化炉在应用过程中，暴露出许多缺陷。气化炉的炉体为直筒形结构，炉膛内煤粉与二氧化碳、蒸汽同向流动，气体扰流效果不明显，反应速度慢。炉渣中的残碳含量高。气化炉的炉壁易受高温烟气烧蚀，使用周期短，难以进一步提高气化炉反应温度促进反应。所产煤气中因含有大量炉渣，高温煤气中所含的热量难以回收。原有气化炉对使用煤炭过于挑剔，无法利用廉价劣质煤作原料。现有气化炉造价较高，等等。针对上述缺陷，现在普遍采用的气流床气化炉难以大量推广。例如：壳牌气化对炉存在炉壁易烧蚀，炉龄较短。德士古气化炉和清华气化炉无法将煤气中余热进行回收，故采用了水冷却，浪费了大量热能。航天气化炉出口炉渣高达20％以上含碳量。其他高温气化炉残碳亦较高。
发明内容
本发明的目的是提供一种设计合理新颖，能够长周期运行，且造价低廉的设计，用以解决上述现有技术存在的缺陷。
为了达到上述目的，本发明所提供的技术方案是：一种气旋式粉煤气化炉，包括炉体、顶喷嘴、炉壁喷嘴、冷渣池、余热锅炉、辅助余热锅炉和储气装置，所述顶喷嘴装置在炉体顶部，顶喷嘴分别与氧气管道和煤粉管道连通；所述炉壁喷嘴安装在炉壁中上部，炉壁喷嘴与蒸汽管道连通，炉体下部设置的锥形漏斗式通道将炉膛分隔为上部的燃烧室和下部的冷却室，燃烧室内的气体经出气管道与余热锅炉连通，高温煤气进入余热锅炉进行冷却，并进入储气装置中，所述冷却室内的高温煤气经出气管道进入辅助余热锅炉进行冷却，并储存在储气装置中。
进一步的，所述顶喷嘴中蒸汽加入量与炉壁喷嘴中蒸汽加入量的比例为0-1：1。
进一步的，所述顶喷嘴中蒸汽加入量与炉壁喷嘴中蒸汽加入量的比例为0-0.5：1。
进一步的，所述炉壁喷嘴环设在炉体炉壁上，且炉壁喷嘴的管腔轴线与炉壁相切。
进一步的，所述冷渣池内填充有冷却水。
进一步的，所述炉壁为水冷壁。
采用上述技术方案，本发明产生的技术效果有：
1、本产品只在炉顶设置氧气和煤粉喷头，使用少量的蒸汽，使得喷入炉内的煤粉能够进行更加猛烈的燃烧，产生高达2200℃的高温，气旋炉中心区域的温度，比以往任何一种气流床气化炉的温度高的多。一般气流床气化炉中心区的温度通常低于1500℃，因此，气旋式气化炉的中心区气化反应要好于任何一种其他类型的炉型。
2、本产品的炉壁喷嘴环设在炉体炉壁上，且炉壁喷嘴的管腔轴线与炉壁圆周相切，喷气时候在炉膛内产生让气旋，气流中夹带的煤粉和炉渣在离心力作用下，粘结在炉壁上，延长煤粉在炉内停留时间，促进反应。形成强烈扰动气流，使气体和粘结在炉壁上的煤粉与气体剧烈摩擦，加快反应速度。炉壁喷嘴喷出的蒸汽，能够有效的保护炉壁。
3、本产品可以利用廉价劣质煤作原料。相比于普通高压式气化炉，本产品极大地降低了生产及使用成本，实用性强。
4、本产品对气体的余热进行了有效的回收，减少了能量的浪费。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明A-A向剖视图；
其中：1、炉体2、顶喷嘴3、炉壁喷嘴4、冷渣池5、余热锅炉6、辅助余热锅炉7、储气装置8、氧气管道9、煤粉管道10、蒸汽管道11、通道12、燃烧室13、冷却室14、出气管道。
具体实施方式
下面结合附图说明本发明的具体实施方式。
如图1-图2所示，本发明结构示意图，顶喷嘴2装置在炉体1顶部，顶喷嘴2分别与氧气管道8、煤粉管道9和蒸汽管道10连通，炉壁喷嘴3装置在炉体1中上部的炉壁上，本发明的炉壁采用水冷壁，对炉壁起到降温的作用，防止炉壁受高温而损伤。水冷壁内侧挂有耐火材料，运行时，炉渣被粘结到炉壁上，形成新的炉壁保护层。炉体1为圆柱形，炉壁喷嘴3环设在炉体1炉壁上，且炉壁喷嘴3的管腔轴线与炉壁圆周相切，炉壁喷嘴4可以有三组或者多组。炉壁喷嘴4与外部的氧气管道8和蒸汽管道10连通，炉体1内的煤粉在燃烧时，炉壁喷嘴4喷气能够在炉膛内形成强烈气旋，进而增大燃烧室12内气体的扰流，促进煤粉于气体的气化反应，提高了反应速度；同时形成蒸汽幕包护炉壁免遭高温烧蚀；燃烧时炉渣及煤粉颗粒会附着在炉壁上，延长了炉体1的使用寿命。炉体1内设置的锥形漏斗式通道11将炉膛分隔为上部的燃烧室12和下部的冷却室13，之所以将燃烧室12和冷却室13，高温气体持续进入冷却室13中，有效防止冷渣池4内冷却水受热后产生的水蒸气向上移动进通道11，而导致煤粉燃烧后产生的残渣在通道11口处产生堆积、阻塞，保障气化炉的正常运转。
冷渣池4设置在冷却室13下部并与其连通，冷渣池4内填充有冷却水，煤粉燃烧过程中产生的碳渣等固体颗粒杂质落入冷却水中，并对杂质予以排除。燃烧室12内的气体经出气管道14进入余热锅炉5进行冷却，并储存在储气装置7中，冷却室13的气体经出气管道14进入辅助余热锅炉6行冷却，并储存在储气装置7，本产品在工作过程中，大部分的煤气在燃烧室12经出气管道14排出，一部分煤气进入下部的冷却室13中，从冷却室13经出气管道14排出，可以有效避免了冷渣池4内的水蒸气上移，杂质也不会在锥形漏斗式通道14口处堆积，堵塞，同时，杂质直接落入冷却水中，也不会粘附在冷却室的炉壁上，另外，顶喷嘴中蒸汽加入量与炉壁喷嘴中蒸汽加入量的比例为0-1：1，优选为0-0.5：1。
本发明采用分区反应原理，彻底解决以往气化炉问题。设置在炉顶的氧气、煤粉喷头，使用少量的蒸汽，使得喷入炉内的煤粉能够进行更加猛烈的燃烧，产生高达2200℃的高温。气旋炉中心区域的温度，比以往任何一种气流床气化炉的温度高的多。一般气流床气化炉中心区的温度通常低于1500℃。因此，气旋式气化炉的中心区气化反应要好于任何一种其他类型的炉型。
借助顶喷头产生的高温，在喷头火焰的周围，高速飞旋的煤粉和气体中的二氧化碳在极短时间内完成了还原反应，气体降低到1600℃，在离心力的作用下，被甩在炉壁上，进行气化炉最后一步反应，即中低温汽化反应。
气旋炉内部能够产生强烈的气旋，流体力学的原理是由设计在炉壁中上部的炉壁喷嘴形成的。炉壁喷嘴内喷出高速的蒸汽，其每秒流速高达120米以上。炉壁喷嘴气体流程管腔的轴线，与气化炉内壁相切，因此形成了强烈的气旋。这种旋转气流有三个目的：1、让气流中夹带的煤粉和炉渣在离心力作用下，粘结在炉壁上，延长煤粉在炉内停留时间，促进反应。2、形成强烈扰动气流，使气体和粘结在炉壁上的煤粉与气体剧烈摩擦，加快反应速度。3、炉壁喷嘴喷出的蒸汽，能够有效的保护炉壁，使得炉壁温度长期保持在1300℃以下。因此，气旋炉特殊设计使得气化炉同时解决了三个问题，即气化效率问题、使用周期问题以及造价问题。气旋炉造价较低，主要原理是利用气旋扰流产生的流体摩擦，使炉体体积大大缩小。气旋炉效率高于任何一种气流床气化炉的主要原理是：更高的中心区温度、强烈的扰流以及炉渣被甩粘到炉壁上，延长了炉渣在炉内的停留时间。气旋炉出口炉渣含碳量只有气流床三分之一。由于气旋炉的旋转气流，粉尘被粘结在炉壁上，起到了旋风除尘作用，因此气旋炉的气体余热很容易被任何一种余热回收装置回收，而不会造成熔渣堵塞余热锅炉的问题。旋转气流能够产生离心力，可用使任何一种炉渣很容易的“抹在”炉壁上，不会像气流床气化炉，必须选用粘结性较好的煤种，也不会像水煤浆气化炉那样，需要较高热值的煤粉。因此，气旋炉的煤种适应性较好。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种气旋式粉煤气化炉，其特征在于：包括炉体（1）、顶喷嘴（2）、炉壁喷嘴（3）、冷渣池（4）、余热锅炉（5）、辅助余热锅炉（6）和储气装置（7），所述顶喷嘴（2）装置在炉体（1）顶部，顶喷嘴（2）分别与氧气管道（8）、煤粉管道（9）和蒸汽管道（10）连通；所述炉壁喷嘴（3）装置在炉体（1）中上部的炉壁上，所述炉壁为水冷壁，所述炉壁喷嘴（3）环设在炉体（1）炉壁上，且炉壁喷嘴（3）的管腔轴线与炉壁圆周相切，炉壁喷嘴（3）分别与氧气管道（8）和蒸汽管道（10）连通，炉体（1）内设置的锥形漏斗式通道（11）将炉膛分隔为上部的燃烧室（12）和下部的冷却室（13），燃烧室（12）内的气体经出气管道（14）与余热锅炉（5）连通，高温煤气进入余热锅炉（5）进行冷却，并进入储气装置（7）中，所述冷却室（13）内的高温煤气经出气管道（14）进入辅助余热锅炉（5）进行冷却，并储存在储气装置（7）中。
2.根据权利要求1所述的气旋式粉煤气化炉，其特征在于：所述顶喷嘴（2）中蒸汽加入量与炉壁喷嘴中蒸汽加入量的比例为0-1：1。
3.根据权利要求1或2所述的气旋式粉煤气化炉，其特征在于：所述顶喷嘴（2）中蒸汽加入量与炉壁喷嘴中蒸汽加入量的比例为0-0.5：1。
4.根据权利要求1所述的气旋式粉煤气化炉，其特征在于：所述冷渣池（4）内填充有冷却水。
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