CN105524660B - 一种新型多喷嘴对置式水煤浆气化炉 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及煤气化领域，尤其涉及一种新型多喷嘴对置式水煤浆气化炉，包括壳体，所述壳体内设置有燃烧室和激冷室，激冷室下部设置有渣水流出口，侧面设置有合成气出口，所述燃烧室上部沿周向均匀分布4个对置式喷嘴，所述燃烧室顶部为截平的半球形封头；所述喷嘴距炉顶的垂直距离为950~1250mm，出口直径为200~300mm。本发明通过数值模拟方法提供了一种在现有气化炉的结构基础上进行进一步的优化改进来提高碳转化率和有效合成气含量的新型多喷嘴对置式水煤浆气化炉。
Description
技术领域
本发明涉及煤气化领域，尤其涉及一种新型多喷嘴对置式水煤浆气化炉。
背景技术
我国能源资源丰富，在常规能源（煤、石油、天然气和水能）中，煤炭在资源储量中占有绝对优势，煤炭是我国的主要能源。清洁高效地利用我国的煤炭资源，对于促进能源与环境的协调发展，满足国民经济快速稳定的发展需要，具有非常重要的战略意义。水煤浆是一种新型低污染的液态煤炭产品，是21世纪最有前途的洁净煤技术之一。它将廉价的煤炭转化为清洁的煤气，既可用于生产化工产品，如化肥、甲醇、二甲醚等，还可用于氢能领域、联合循环发电(IGCC)和冶金领域。
目前，水煤浆气化技术主要有Texaco水煤浆气化技术、道水煤浆气化技术和多喷嘴对置式水煤浆气化技术。气化炉是水煤浆气化工艺的核心和关键设备，研究高效可靠的水煤浆气化炉具有重要意义。Texaco水煤浆气化技术具有气化炉结构简单、水煤浆进料安全可靠、容易高压操作、煤种适应较广、负荷适应性强、单炉生产能力大等优点。但其也存在一定的问题，如气化炉耐火砖、炉膛热电偶使用寿命短；烧嘴使用周期短，煤浆泵易磨损，耗氧量较多。同时，由于喷嘴出口射流速度高，有部分物流在炉内走短路，直接冲向出口，影响气化反应的结果。道水煤浆气化技术是在Texaco气化技术的基础上开发出来的二段式气流床技术，该技术甲烷生成量较高，甲烷的脱除比较复杂，因此该气化炉很少应用于化工领域。
鉴于上两种炉型的缺陷，中国专利公开了一种多喷嘴对置式水煤浆或煤粉气化炉（CN1186840A），该气化炉已进行了中试规模的运转，比氧消耗和比煤消耗都有所降低，碳转化率有所提高，但其出口有效气（CO+H2）含量、水蒸气的分解率都较低，排渣效率（出口直径）和撞击位置（喷嘴位置）是影响煤气化过程的重要结构参数，通过优化这些结构提高碳转化率和出口有效气含量。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足提供一种通过对现有气化炉的结构进行进一步的优化改进来提高碳转化率和有效合成气含量的新型多喷嘴对置式水煤浆气化炉。
本发明的技术方案是这样实现的：一种新型多喷嘴对置式水煤浆气化炉，包括壳体，所述壳体内设置有燃烧室和激冷室，激冷室下部设置有渣水流出口，侧面设置有合成气出口，所述燃烧室上部沿周向均匀分布4个对置式喷嘴，所述燃烧室顶部为截平的半球形封头；所述喷嘴距炉顶的垂直距离为950~1250mm，出口直径为200~300mm。
进一步地，所述喷嘴距炉顶的垂直距离为1150mm。
本发明的技术方案产生的积极效果如下：本发明在现有的多喷嘴对置式水煤浆气化炉的基础上进行结构的优化，增大喷嘴距炉顶距离，上部空间会增大，会使得撞击进入上部的煤粒量及回流量增大，延长了颗粒停留时间，使得气化炉的碳转化率增大，这样使得C与CO2、H2O的反应量增大，从而使得CO、H2的含量增大，CO2、H2O的含量减少。
与现有气化炉相比，本发明提高了碳转化率，降低灰渣中可燃物含量，增加单位质量原料的发气量、有效期成分和水蒸气的分解率，使得出口有效气含量高达64.5%，碳转化率高达96.1%。
附图说明
图1为本发明多喷嘴对置式水煤浆气化炉的结构示意图之一。
图2为本发明多喷嘴对置式水煤浆气化炉的结构示意图之二。
图3为本发明多喷嘴对置式水煤浆气化炉在不同喷嘴位置下Y=0平面CO浓度分布。
图4为本发明多喷嘴对置式水煤浆气化炉在不同喷嘴位置下气化炉Y=0平面H2浓度分布图。
图5本发明多喷嘴对置式水煤浆气化炉在不同喷嘴位置下出口气体含量数值图。
图6为本发明多喷嘴对置式水煤浆气化炉在不同喷嘴位置下碳转化率数值图。
图7为本发明多喷嘴对置式水煤浆气化炉喷在不同出口直径下气化炉Y=0平面H2浓度分布图。
图8为本发明多喷嘴对置式水煤浆气化炉喷在不同出口直径下气化炉Y=0平面CO浓度分布图。
图9为本发明多喷嘴对置式水煤浆气化炉在不同出口直径下出口气体含量数值图。
图10为本发明多喷嘴对置式水煤浆气化炉在不同出口直径下碳转化率数值图。
图中标注为：1、喷嘴；2、壳体；3、渣水流出口。
具体实施方式
一种新型多喷嘴对置式水煤浆气化炉，如图1、2所示，包括壳体2，所述壳体内设置有燃烧室和激冷室，激冷室下部设置有渣水流出口3，渣水流出口以机械方法与下游设备相联接，煤气和液渣从出口排出炉外；气化炉侧面设置有合成气出口，所述燃烧室上部沿周向均匀分布4个对置式喷嘴1，四个喷嘴设置在壳体周边同一个水平面上，且与气化炉主体轴线相垂直。所述燃烧室顶部为截平的半球形封头。所述喷嘴距炉顶的垂直距离为950~1250mm，出口直径为200~300mm。其中，当喷嘴距炉顶的垂直距离为1150mm时，气化炉出口CO、H2含量最大，分别为40.5%、24%，碳转化率最大，为96.1%。
所说的气化炉以水煤浆为原料，煤浆浓度为60%-70%，温度为323K，水煤浆处理量为5-25t/h。气化剂为纯氧，温度为303K，流量为3500-7500Nm3/h。颗粒直径50-200 ，水气化压力为1-8MPa。
所说的气化炉可用于联合循环(IGCC)发电装置，也可用于制备合成氨、合成甲醇、拨基化法生产醋酸与醋酐所需的原料气，海绵铁的生产、一氧化碳的生产、纯氢的生产或可燃垃圾的气化处理。
通过数值模拟技术与实验结果对比验证了数值模拟技术的可靠性及适用性，进而通过数值模拟方法对现有的多喷嘴对置式气化炉进行结构优化设计，即对比分析相同操作工况不同结构的气化炉数值模拟结果，选出气化效果更好的气化炉。从图3、4、5、6所示结果可以看出，随着喷嘴距炉顶距离的增加，气化炉出口处CO、H2含量先增大后减小，CO2、H2O的含量先减小后增大，碳转化率先增大后减小，当喷嘴距炉顶距离为1150mm时，气化炉的出口CO、H2含量最大，分别为40.5%、24%，碳转化率最大，为96.1%。从图7、8、9、10所示结果可以看出，随着气化炉的出口直径的减小，气化炉出口处CO、H2的含量增多，CO2、H2O的含量降低，碳转化率升高。在实际运行时，气化炉的出口直径不可能无限减小，气化炉的出口直径太小将影响气化炉的排渣。气化炉的出口直径D从500mm降到200mm，气化炉出口处有效气（CO+H2）含量从58.1%增加到62.0%，碳转化率从85.6%增加到93.8%。出口直径为200~300mm时，碳转化率在90%以上，出口有效气60%以上。因此可知，喷嘴距炉顶距离为1150mm，出口直径为200时，效率最高。
Claims (2)
1.一种新型多喷嘴对置式水煤浆气化炉，包括壳体，所述壳体内设置有燃烧室和激冷室，激冷室下部设置有渣水流出口，侧面设置有合成气出口，其特征在于：所述燃烧室上部沿周向均匀分布4个对置式喷嘴，所述燃烧室顶部为截平的半球形封头；所述喷嘴距炉顶的垂直距离为950~1250mm，出口直径为200~300mm。
2.根据权利要求1所述的一种新型多喷嘴对置式水煤浆气化炉，其特征在于：所述喷嘴距炉顶的垂直距离为1150mm。
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