CN106085510B - 煤气化方法及气化炉 - Google Patents

Abstract

本发明一方面提供了一种煤气化方法，在煤气化过程中，当气化运行不稳定时，向气化炉内喷入保护气，保护气形成用于保护气化炉的拱顶内壁的保护气层。本发明的目的在于提供一种煤气化方法，使得运行过程中气化炉拱顶内壁形成一种层状保护层。另一方面，本发明提供了一种气化炉。

Description

煤气化方法及气化炉

技术领域

本发明涉及煤气化领域，更具体地，涉及一种煤气化方法及气化炉。

背景技术

煤气化是将一次能源转化成洁净的二次能源的主要途径，其产品为燃料气(煤气)、合成气、还原气、氢气、一氧化碳。煤的气化技术在联合循环(IGCC)发电装置、合成氨和合成甲醇工业、纯一氧化碳的制备、纯氢气的制备等领域得到了广泛的应用，而气化炉则是煤气化的关键设备。采用气流床进行气化的技术中，早期的气化炉只有一个进料口，气化炉的煤处理量比较低，物料在炉内的停留时间短、与气化剂接触不充分，导致碳转化率较低，然后出现的多喷嘴对置式水煤浆或粉煤气化炉是一个多喷嘴对置的竖式气流床，在炉体周边同一水平面或多个水平面对称设置两个或两个以上的喷嘴，气化物料对置射入气化炉发生撞击，强化接触；而多喷嘴旋风气流床气化炉，气化原料通过喷嘴以偏斜射流方式进入炉膛，原料以切圆旋流方式在气化炉内运动。两种气化炉均能实现来自不同喷嘴物料流股在炉膛中相互撞击掺混，停留时间增加，同时湍流强度显著增加，使传热传质速率大幅提高，从而提高了燃料的碳转化率和水蒸汽的分解率。

但是这类气化炉和气化方式也存在比较大的弊端：要控制物料上冲高度，防止冲刷气化炉的内部拱顶；另外，一旦喷嘴进料不稳定，造成炉内高温层上移危及气化炉的内部拱顶时，就必须停炉，更换或维修喷嘴以恢复其进料能力。

针对现有技术中存在的问题，需要在不降低气化炉性能的情况下，减少气化炉的拱顶内壁的烧蚀和冲蚀，延长气化炉拱顶的寿命。

发明内容

针对相关技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种煤气化方法，使得运行过程中气化炉拱顶内壁形成一种层状保护层。

本发明一方面提供了一种煤气化方法，在煤气化过程中，当气化运行不稳定时，向气化炉内喷入保护气，保护气形成用于保护气化炉的拱顶内壁的保护气层。

根据本发明，根据气化炉的拱顶内壁的温度确定气化运行是否稳定。

根据本发明，当气化炉的拱顶内壁的温度超出预定温度范围时，气化运行不稳定；并且当气化炉的拱顶内壁的温度超出预定温度范围30℃以上时，向气化炉内喷入保护气。

根据本发明，根据气化炉的炉顶喷嘴的进料量的变化确定气化运行是否稳定。

根据本发明，当炉顶喷嘴进料量的质量下降20％以上时，气化运行不稳定，并向气化炉内喷入保护气。

根据本发明，保护气的喷入量为炉顶喷嘴进料量的下降量的10％～50％。

根据本发明，的保护气是不助燃的气体。

根据本发明，保护气从气化炉的拱顶内壁或者距离拱顶内壁50cm以内的侧壁上喷入气化炉。

另一方面，本发明提供了一种气化炉，包括位于气化炉顶部的拱顶内壁以及围绕拱顶内壁的侧壁，在拱顶内壁或侧壁上设置有用于喷射保护气的保护气喷嘴，保护气形成用于保护拱顶内壁的保护气层。

根据本发明，所述保护气喷嘴可以是环隙通道，也可以是扇形喷嘴。

根据本发明，气化炉用于上述任一项的煤气化方法。

本发明的有益技术效果在于：

本发明提出的一种煤气化方法及气化炉，通过向气化炉内喷入保护气，在使用过程中，在气化炉的拱顶覆盖了一层保护气，以保护气化炉的内部拱顶不被高温烧蚀或气化物料冲蚀。可以实现必要时启动保护气化炉的内部拱顶，延长气化炉拱顶寿命，减少停炉维修次数。

附图说明

图1示出的是本发明的气化炉的第一实施例的示意图。

图2示出的是本发明的气化炉的第二实施例的局部示意图。

具体实施方式

参考附图公开示出的实施例。然而，应当理解，所公开的实施例仅为可以以各种和替代形式显示的实施例。附图未必按比例绘制，并且可能放大或缩小一些特征来显示特定部件的细节。所公开的具体结构和功能性细节不应解释为限制，而是作为用于教导本领域技术人员如何实践本公开的代表性基础。

针对相关技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种煤气化方法，使得运行过程中气化炉1拱顶内壁2形成一种层状保护层。

参考图1，本发明一方面提供了一种煤气化方法，在煤气化过程中，当气化运行不稳定时，向气化炉1内喷入保护气，保护气形成用于保护气化炉1的拱顶内壁2的保护气层。本发明的主要目的在于：在气化炉1内部拱顶以下形成保护气层，护住气化炉1的内拱顶，冲击上来的物料在保护气的喷射对冲下，向上的冲击力以及所携带的热量大为下降，即使仍然能冲击到内拱顶，也无法构成大的伤害。根据本发明的实施例，保护气是不助燃的气体，可以是诸如氦、氖、氩、氪、氙的惰性气体、氮气、水蒸汽、二氧化碳气等中的一种或几种混合，在本发明的优选实施例中，不助燃的气体为氮气、水蒸汽、二氧化碳中的一种或几种混合。此外，不助燃的气体可以为本发明实施例之外的其它气体，本发明在此不做限制。

此外，在气化过程中，根据气化炉1的拱顶内壁2的温度确定气化运行是否稳定，来判断是否需要启动保护气的喷入，方法如下：当气化炉1的拱顶内壁2的温度超出预定温度范围时，气化运行不稳定；并且当气化炉1的拱顶内壁2的温度超出预定温度范围30℃以上时，向气化炉1内喷入保护气。在本发明的优选实施例中，当气化炉1的拱顶内壁2的温度超出预定温度范围50℃以上时启动保护气的喷入，促使拱顶内壁2温度回归理想范围。在其它实施例中，超出预定温度的范围可以根据气化炉1的质量和结构调整，本发明在此不做限制。

继续参考图1，除上述通过温度控制保护气的输入之外，根据气化炉1的炉顶喷嘴的进料量的变化确定气化运行是否稳定，方法如下：当炉顶喷嘴进料量的质量下降20％以上时，气化运行不稳定，并向气化炉1内喷入保护气，在本发明的优选实施例中，当炉顶喷嘴进料量的质量下降50％以上时，启动向气化炉1内喷入保护气。其中，上述质量下降20％指的是，炉顶喷嘴进料的消耗总质量对于炉顶喷嘴进料量的总质量的比例。

此外，在本发明的实施例中，保护气的喷入量为炉顶喷嘴进料量的下降量的10％～50％，在更优选的实施例中，保护气的喷入量为炉顶喷嘴进料量的下降量的20％～30％。其中，上述10％～50％以及20％～30％指的是保护气的喷入质量对于炉顶喷嘴进料的下降质量比例。还有，在本发明的可选实施例中，保护气从气化炉1的拱顶内壁2或者距离拱顶内壁250cm以内的侧壁上喷入气化炉1，可以理解的是，根据气化炉1的尺寸和用途不同，保护气喷入气化炉1的最佳位置也不同，本实施例提供的50cm为示意性范围，本发明在此不做限制。

另一方面，本发明提供了一种气化炉1，包括位于气化炉1顶部的拱顶内壁2以及围绕拱顶内壁2的侧壁，在拱顶内壁2或侧壁上设置有用于喷射保护气的保护气喷嘴，保护气形成用于保护拱顶内壁2的保护气层。

参考图1，在第一实施例中，保护气喷嘴3为集成在顶部燃料喷嘴周围的环隙通道，该喷嘴3的保护气通道可以是环隙外扩喷口，也可以是扇形喷口。此外，保护气喷嘴3可以是单独喷入保护气的喷嘴，也可以是气化物料(包括燃料和气化剂)和保护气从同一个喷嘴的不同通道喷入气化炉。

继续参考图1，在第一实施例中，在粉煤和水煤浆共气化的气化炉1中，气化炉1侧壁上均匀分布的四个进料喷嘴4以一定的偏斜角向气化炉1内喷射水煤浆和气化剂，水煤浆和气化剂以切圆旋流式在气化炉1内向上运动，气化炉1顶部喷嘴3的物料通道分别向气化炉1内喷入粉煤和气化剂，向下喷射的粉煤和气化剂与切圆上旋来的水煤浆和气化剂发生进一步的撞击，以强化混合和热质传递过程，并形成炉内合理的流场结构，从而达到良好的工艺与工程效果，产品有效气(CO+H2)成分高、碳转化率高。顶部喷嘴3的保护气通道接通二氧化碳气源，时刻准备向气化炉1内喷入保护气。一旦因粉煤输送系统等非喷嘴原因造成顶部粉煤喷入量下降，降低了对旋流向上的水煤浆的压制能力，炉内原有稳定的流场结构失去稳定性，会造成高温层上移，危及拱顶内壁2，粉煤喷入量下降的越多，高温层上移越多，为避免高温烧蚀拱顶内壁2，需启动顶部喷嘴3保护气即二氧化碳的喷入，启动时机以粉煤喷入量下降20％以上为宜，二氧化碳的喷入量以粉煤喷入下降量的20％。在二氧化碳气的保护下，继续进行粉煤和水煤浆的共气化，同时，对造成粉煤喷入量下降的故障进行排除，以期恢复粉煤的喷入量，当粉煤喷入量恢复时，停止二氧化碳保护气的喷入，气化炉1正常运行。

参考图1和图2，在第二实施例中，保护气喷嘴21设置在距离拱顶内壁250cm以内的侧壁上，并且保护气喷嘴为扇形喷嘴。并且在气化炉圆周上分布多个保护气喷嘴21，在优选的实施例中，保护气喷嘴21为均匀分布的3～6个。气化炉1用于上述的煤气化方法。

继续参考图2，在第二实施例中，在多个进料喷嘴22对置式粉煤气化实施例中，从气化炉侧壁进料喷嘴22的不同通道向气化炉内喷入粉煤和气化剂，对置喷入的粉煤在炉内形成撞击流，以强化混合和热质传递过程，并形成炉内合理的流场结构，从而达到良好的工艺与工程效果、产品有效气(CO+H₂)成分高、碳转化率高。在距离侧壁上端20cm处的气化炉圆周上均匀设置4个保护气喷嘴21，在此采用二氧化碳和水蒸汽以1:1(质量比)混合作为保护气，该保护气喷嘴21能够以扇形喷射出保护气，且四个扇形在同一个平面内，在气化炉的保护气喷嘴21所在内截面形成一个保护气层，上述撞击导致粉煤四处飞溅，粉煤边运动边发生化学反应产生大量热能，上冲的粉煤和热量在保护气流的对冲下，向上的冲击力以及热能大为下降，就可以避免粉煤和热能对气化炉拱顶内壁的冲刷和烧蚀。保护气的喷射需要根据气化炉拱顶内壁的温度来确定，拱顶内壁温度的理想范围根据煤种和气化工艺不同而不同，但超出理想范围30℃以上，尤其是超出50℃以上时，就需要开启保护气的喷入，来降低拱顶内壁的温度促使其回归正常，一旦拱顶内壁温度回归正常，就可以停止保护气的喷入，气化炉正常运行。

除上述部分外，参考图1和图2，气化炉1的内部空间被激冷环和下降管分割成上部气化室和激冷室，气化室的侧壁上设置至少一层侧喷嘴接口，同层侧喷嘴接口均匀分布在气化室的圆周上，通过侧喷嘴接口的设置，当进料喷嘴22接入后，可以是物料对置式喷入气化炉，也可以是物料旋流式喷入气化室；激冷室的上部侧壁设有激冷水入口和合成气出口，激冷室的下部侧壁设有灰水出口，激冷室的下端出口即为排渣口。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种煤气化方法，其特征在于，在煤气化过程中，当气化运行不稳定时，向气化炉内喷入保护气，所述保护气形成用于保护所述气化炉的拱顶内壁的保护气层，其中，所述保护气包括二氧化碳和水蒸气；

其中，用于向所述气化炉内喷入煤粉和气化剂的进料喷嘴分布在所述气化炉的侧壁上，用于喷入所述保护气的多个保护气喷嘴位于所述进料喷嘴上方并且分布在气化炉的所述侧壁的圆周上，所述保护气喷嘴构造成以扇形喷射出保护气，根据所述气化炉的拱顶内壁的温度确定开启或停止位于所述进料喷嘴上方的所述保护气喷嘴的保护气喷入，

其中，当所述拱顶内壁的温度超出理想范围30℃以上时开启所述保护气喷入，当所述拱顶内壁的温度回归正常时停止所述保护气喷入。

2.根据权利要求1所述的煤气化方法，其特征在于，所述保护气从距离所述拱顶内壁50cm以内的侧壁上喷入所述气化炉。

3.一种用于权利要求1-2中任一项所述的煤气化方法的气化炉，其特征在于，包括位于所述气化炉顶部的拱顶内壁以及围绕所述拱顶内壁的侧壁，在所述侧壁上分布有用于喷入煤粉和气化剂的进料喷嘴，多个保护气喷嘴位于所述进料喷嘴上方并且分布在所述气化炉的所述侧壁的圆周上，所述保护气喷嘴构造成以扇形喷射出保护气，所述保护气形成用于保护所述拱顶内壁的保护气层，其中，在煤气化过程中，当气化运行不稳定时，向所述气化炉内喷入保护气，所述保护气包括二氧化碳和水蒸气；

其中，根据所述气化炉的拱顶内壁的温度确定开启或停止位于所述进料喷嘴上方的所述保护气喷嘴的保护气喷入，

其中，当所述拱顶内壁的温度超出理想范围时开启所述保护气喷入，当所述拱顶内壁的温度回归正常时停止所述保护气喷入。

4.根据权利要求3所述的气化炉，其特征在于，所述保护气喷嘴是扇形喷嘴。

Images