CN106833749A - 流化床煤炭气化炉用气体分布器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种流化床煤炭气化炉用气体分布器，其中排渣管穿过气化炉壳体连通倒锥形分布板的底部，环管环绕排渣管设置，氧化剂进气管穿设气化炉壳体管路连通环管，倒锥形分布板的下部设置有3个以上的通孔，通孔管路连通环管，通孔以倒锥形分布板的中心轴线呈均匀对称分布，旋风返料管穿过气化炉壳体与锥形分布板管路连通。本发明创新地将气化炉的“中心射流、环管排渣”的传统结构，改为“中心管排渣、环管射流”的新式结构，同时将外部旋风分离器收集的热态煤粉输送至气化炉内的中心高温区直接参与反应，大幅提高了气化炉的产气量，本发明不仅能够长期安全稳定运行，而且炭效率高、结构简洁、成本低且操作简便，适于大规模推广应用。

Description

流化床煤炭气化炉用气体分布器

技术领域

本发明涉及气体分布器技术领域，特别涉及气化炉用气体分布器技术领域，具体是指一种流化床煤炭气化炉用气体分布器。

背景技术

在我国的自然资源中，基本特点是富煤、贫油、少气，这就决定了煤炭在一次能源中的重要地位。与石油天然气比较而言，我国煤炭的储量相对比较丰富，占世界储量的11.6％，成为世界上第一产煤大国。煤炭直接利用不仅效率低，而且造成严重的环境污染，为了提高煤炭利用效率、降低环境污染，从20世纪70年代开始，国际上就兴起了对洁净煤技术的研究和开发，其中，煤气化是煤炭清洁高效利用的核心技术，也是煤化工的龙头技术。因此发展煤气化技术是我国当前最紧迫、最艰巨的任务之一。

根据气化炉所使用的煤颗粒大小和颗粒在气化炉内的流动状态，气化炉总体上分为三类，即以鲁奇为代表的固定床气化炉、以U-Gas、灰熔聚为代表的流化床气化炉和以德士古、壳牌为代表的气流床气化炉。其中，流化床气化炉是以碎煤为原料，以空气、富氧或氧气为氧化剂，水蒸汽或二氧化碳为气化剂，在适当的气速下，使床层中粉煤沸腾流化，达到气固两相充分混合，在高温下进行煤的气化。U-Gas及灰熔聚气化炉一般采用“中心射流、环管排渣”的结构，即中心管插入排渣管中心，灰渣从中心管与排渣管形成的环管内排出气化炉。氧气、水蒸气混合物以很高的速度从中心管喷入床内，形成中心射流区，该区为富氧状态，主要发生燃烧反应，形成中心高温区，促使灰渣团聚成球，并借助灰渣自身重量的差异实现灰团与煤粒的有效分离。这种“中心射流、环管排渣”的结构存在以下问题：(1)灰渣从环管排出时高温气流夹带着灰渣会冲刷中心管外壁，最终会导致中心管磨破或断裂；另外，排渣管上部一般设计成文丘里结构，文丘里结构相对于上下直径相同的直管更容易被磨破；(2)中心管和排渣管形成的环隙较小，若遇到较大渣块或者气化炉壳体内部衬里脱落，将会堵住环管，影响气化炉正常排渣；(3)中心管直管部分较长，为防止中心管晃动，需在环管内增加支撑件固定中心管，支撑件受到灰渣直接冲刷，会最终脱落，引起中心管晃动，中心射流将偏离气化炉中心区域，导致床层内流化不良形成死区，造成炉内结焦。以上问题均影响气化炉长周期稳定运行。

为了解决上述问题，中国发明专利申请“一种灰熔聚流化床气化炉用气体分布器”(申请号：201210346022.4，公布号：CN102827644A)公开了一种灰熔聚气化炉用气体分布器，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，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，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。该气体分布器不足之处在于：(1)锥形分布板上表面容易磨损，对于流化床气化炉来说，气体分布器是一个至关重要的部件，它对流化床的流化效果以及气固两相反应的各项性能都具有决定性的影响，由于锥形分布板上表面容易磨损，锥形分布板将很快被磨穿，导致锥形分布板报废，气化炉将被迫停车；(2)分布式喷射管数量至少为3个，气化炉壳体开孔数量会增加，每一支喷射管需安装阀门调节，这将增加气化炉制造成本；另外，进入每一支喷射管的气量需要相同，才能保证所有喷射管喷射出的气体能够汇聚在气化炉的中心区域，这就要求每一支喷射管的阀门需要同步调节来控制气量，这将增加气化炉的操作难度。

中国实用新型专利“一种射流流化床气化炉用的气体分布器”(申请号：201420499113.6，授权号CN204079921U)公开了一种射流流化床气化炉用的气体分布器，是有出气圆孔的倒锥形分布板位于圆柱形气室壳体上部，其上端与圆柱形气室壳体相连，下端与预分离渐缩管上端相连；预分离渐缩管上分布至少有3个对称的气化剂射流喷嘴。该气体分布器不足之处在于：(1)预分离渐缩管上分布至少有3个对称的气化剂射流喷嘴，同上述申请号：201210346022.4公开的一种灰熔聚流化床气化炉用气体分布器不足之处(2)相同；(2)倒锥形气体分布板上端与圆柱形气室壳体直接相连，气化炉内高温会通过倒锥形分布板传导至气化炉壳体，导致壳体温度超过设计温度，而煤气化炉属于II类或III类压力容器，壳体超温后板材许用应力会迅速下降，会有爆炸危险，气化炉运行存在严重的安全隐患；(3)排渣管上端为预分离渐缩管，在高温条件下的气流冲刷及排渣导致预分离渐缩管磨损严重，气化炉难以长周期运行。

因此，需要提供一种流化床煤炭气化炉用气体分布器，其不仅能够长期、高效、安全及稳定运行，而且结构简洁、制造简单成本低，操作简便。

发明内容

为了克服上述现有技术中的缺点，本发明的一个目的在于提供一种流化床煤炭气化炉用气体分布器，其不仅能够长期、高效、安全及稳定运行，而且炭转化率高、结构简洁、制造简单成本低且操作简便，适于大规模推广应用。

为达到以上目的，本发明的流化床煤炭气化炉用气体分布器，包括气化炉壳体、倒锥形分布板和排渣管，所述倒锥形分布板设置在所述气化炉壳体内从而在所述倒锥形分布板和所述气化炉壳体之间形成封闭腔，所述排渣管穿设所述气化炉壳体，所述排渣管的上端位于所述封闭腔内并管路连通所述倒锥形分布板的底部，所述排渣管的下端位于所述气化炉壳体外，其特点是，所述流化床煤炭气化炉用气体分布器还包括氧化剂进气管和环管，所述氧化剂进气管穿设所述气化炉壳体，所述氧化剂进气管的一端位于所述封闭腔内并管路连通所述环管，所述氧化剂进气管的另一端位于所述气化炉壳体外，所述环管位于所述封闭腔内并环绕所述排渣管设置，所述倒锥形分布板的下部设置有3个以上的通孔，所述通孔以所述倒锥形分布板的中心轴线呈均匀对称分布且所述通孔的中心线与所述中心轴线相交，所述通孔管路连通所述环管。

较佳地，所述流化床煤炭气化炉用气体分布器还包括射流喷嘴，所述射流喷嘴设置在所述通孔中且朝向所述的倒锥形分布板的中心轴线。

较佳地，所述排渣管的管路为圆柱形管路。

较佳地，所述流化床煤炭气化炉用气体分布器还包括排渣接管，所述排渣接管位于所述气化炉壳体外并与所述气化炉壳体相连接，所述的排渣管的下端管路连通所述排渣接管。

较佳地，所述流化床煤炭气化炉用气体分布器还包括气化剂进气管，所述气化剂进气管穿设所述气化炉壳体，所述气化剂进气管的一端位于所述封闭腔内，所述气化剂进气管的另一端位于所述气化炉壳体外，所述倒锥形分布板中沿水平方向设置有穿孔。

更佳地，所述流化床煤炭气化炉用气体分布器还包括分布板喷嘴，所述分布板喷嘴设置在所述穿孔中且朝向所述倒锥形分布板内。

较佳地，所述流化床煤炭气化炉用气体分布器还包括旋风返料管，所述旋风返料管穿设所述气化炉壳体，所述旋风返料管的一端位于所述封闭腔内向上折弯并插设在所述倒锥形分布板中，所述的旋风返料管的一端的中心线与所述中心轴线相交，所述旋风返料管的另一端位于所述气化炉壳体外。

较佳地，所述流化床煤炭气化炉用气体分布器还包括隔热层，所述流化床煤炭气化炉用气体分布器还包括隔热层，所述隔热层设置在所述气化炉壳体的内壁上，所述倒锥形分布板设置在所述隔热层内从而在所述倒锥形分布板和所述隔热层之间形成所述封闭腔，所述排渣管还穿设所述隔热层，所述氧化剂进气管还穿设所述隔热层。

较佳地，所述流化床煤炭气化炉用气体分布器还包括耐磨层，所述耐磨层设置在所述倒锥形分布板的上表面上以及所述气化炉壳体的内壁的位于所述倒锥形分布板的上方的部分上，所述通孔延伸至所述耐磨层中。

较佳地，所述流化床煤炭气化炉用气体分布器还包括分布板支撑件和隔热件，所述分布板支撑件安设在所述气化炉壳体的内壁上，所述倒锥形分布板的上部通过所述隔热件安设在所述分布板支撑件上。

本发明的有益效果主要在于：

1、本发明的流化床煤炭气化炉用气体分布器包括气化炉壳体、倒锥形分布板、排渣管、氧化剂进气管和环管，倒锥形分布板设置在气化炉壳体内从而在倒锥形分布板和气化炉壳体之间形成封闭腔，排渣管穿设气化炉壳体，排渣管的上端位于封闭腔内并管路连通倒锥形分布板的底部，排渣管的下端位于气化炉壳体外，氧化剂进气管穿设气化炉壳体，氧化剂进气管的一端位于封闭腔内并管路连通环管，氧化剂进气管的另一端位于气化炉壳体外，环管位于封闭腔内并环绕排渣管设置，倒锥形分布板的下部设置有3个以上的通孔，通孔以倒锥形分布板的中心轴线呈均匀对称分布且通孔的中心线与中心轴线相交，通孔管路连通环管，因此，其不仅能够长期、高效、安全及稳定运行，而且炭转化率高、结构简洁、制造简单成本低，操作简便，适于大规模推广应用。

2、本发明的流化床煤炭气化炉用气体分布器改变了流化床煤气化炉“中心射流、环管排渣”的传统结构，采用“中心管排渣、环管射流”的新式结构。这样就避免传统结构中灰渣从环管排出时，在高温气流夹带着灰渣颗粒冲刷中心射流管外壁，导致中心射流管磨破或断裂。使气化炉能长周期稳定运行，减少气化炉运行成本，适于大规模推广应用。

3、本发明的流化床煤炭气化炉用气体分布器包括环管，氧化剂通过氧化剂进气管进入环管后从均匀对称分布的射流喷嘴射出，形成多股气流，气流汇聚在一点，形成一个中心高温气化区，氧化剂通过这种方式进入气化炉形成的中心高温气化区，相对于传统的一个中心管射流形成的中心高温气化区，流化区域更广，流化效果更好。避免流化床内因流化不良形成死区，出现炉内结渣等问题，适于大规模推广应用。

4、本发明的流化床煤炭气化炉用气体分布器还包括旋风返料管，旋风返料管穿设气化炉壳体，旋风返料管的一端位于封闭腔内并插设在倒锥形分布板中，旋风返料管的一端的中心线与中心轴线相交，这样，旋风返料管将气化炉外部的旋风分离器收集的热态煤粉从倒锥形分布板的下部输送至气化炉内的中心高温气化区并在高温区快速气化，这种返料方式相比于从分布板上部某一高度返料，返回的热态煤粉可以在中心高温区直接气化，大幅提高了炭的转化率，同时大幅降低了流化床煤粉的循环倍率，对减轻后续设备的磨损及负荷益处颇多。

5、本发明的流化床煤炭气化炉用气体分布器的排渣管的管路为圆柱形管路，即上下直径相同，可方便内部进行耐磨衬里，其可靠性明显提高，延长了排渣管的使用寿命，减少气化炉运行成本，适于大规模推广应用。

6、本发明的流化床煤炭气化炉用气体分布器还包括分布板支撑件和隔热件，分布板支撑件安设在气化炉壳体的内壁上，倒锥形分布板的上部通过隔热件安设在分布板支撑件上，从而可以有效避免气化炉内高温通过倒锥形分布板传导至气化炉壳体而引起壁面超温发生爆炸的危险，提高了气化炉运行的安全系数，适于大规模推广应用。

7、本发明的流化床煤炭气化炉用气体分布器还包括耐磨层，耐磨层设置在倒锥形分布板的上表面上以及气化炉壳体的内壁的位于倒锥形分布板的上方的部分上，可有效保护气化炉壳体、倒锥形分布板和其中的喷嘴不被磨损，提高气化炉壳体和倒锥形分布板使用寿命，适于大规模推广应用。

本发明的这些和其它目的、特点和优势，通过下述的详细说明、附图和权利要求得以充分体现，并可通过所附权利要求中特地指出的手段、装置和它们的组合得以实现。

附图说明

图1是本发明的流化床煤炭气化炉用气体分布器的第一具体实施例的主视局部剖视示意图。

图2是图1所示的具体实施例的射流喷嘴的主视剖视示意图。

图3是图1所示的具体实施例的分布板喷嘴的主视剖视示意图。

图4是图1所示的具体实施例的A-A位置的俯视局部示意图。

图5是图1所示的具体实施例的区域C的放大示意图。

图6是本发明的流化床煤炭气化炉用气体分布器的第二具体实施例的在类似图1所示的具体实施例的A-A位置的俯视局部示意图。

图7是本发明的流化床煤炭气化炉用气体分布器的第三具体实施例的在类似图1所示的具体实施例的A-A位置的俯视局部示意图。

图8是本发明的流化床煤炭气化炉用气体分布器的第四具体实施例的在类似图1所示的具体实施例的A-A位置的俯视局部示意图。

(符号说明)

1气化炉壳体；2倒锥形分布板；3排渣管；4氧化剂进气管；5环管；6封闭腔；7通孔；8射流喷嘴；9渐缩型喷嘴；10耐磨层；11排渣进气管；12排渣接管；13气化剂进气管；14穿孔；15分布板喷嘴；16文丘里式喷嘴；17分布板支撑件；18隔热件；19圆环支撑件；20圆环隔热件；21圆环边缘；22支撑加强件；23固定件；24旋风返料管；25隔热层。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。

请参见图1至图5所示，在本发明的第一具体实施例中，本发明的流化床煤炭气化炉用气体分布器包括气化炉壳体1、倒锥形分布板2、排渣管3、氧化剂进气管4和环管5，所述倒锥形分布板2设置在所述气化炉壳体1内从而在所述倒锥形分布板2和所述气化炉壳体1之间形成封闭腔6，所述排渣管3穿设所述气化炉壳体1，所述排渣管3的上端位于所述封闭腔6内并管路连通所述倒锥形分布板2的底部，所述排渣管3的下端位于所述气化炉壳体1外，所述氧化剂进气管4穿设所述气化炉壳体1，所述氧化剂进气管4的一端位于所述封闭腔6内并管路连通所述环管5，所述氧化剂进气管4的另一端位于所述气化炉壳体1外，所述环管5位于所述封闭腔6内并环绕所述排渣管3设置，所述倒锥形分布板2的下部设置有3个以上的通孔7，所述通孔7以所述倒锥形分布板2的中心轴线呈均匀对称分布且所述通孔7的中心线与所述中心轴线相交，所述通孔7管路连通所述环管5。

所述通孔7的数目可以根据需要确定，由于所述通孔7以所述倒锥形分布板2的中心轴线呈均匀对称分布，所以，所述通孔7位于同一圆周上，请参见图1和图4所示，在本发明的第一具体实施例中，所述通孔7的数目为4个，所述通孔7间隔90°设置。请参见图6所示，在本发明的第二具体实施例中，所述通孔7的数目为3个，所述通孔7间隔120°设置。请参见图7所示，在本发明的第三具体实施例中，所述通孔7的数目为5个，所述通孔7间隔72°设置。请参见图8所示，在本发明的第四具体实施例中，所述通孔7的数目为6个，所述通孔7间隔60°设置。

所述通孔7所在的圆周的直径可以根据需要确定，在本发明的第一具体实施例中，所述通孔7所在的圆周的直径是所述环管5的外径D1和所述排渣管3的外径D2之和的二分之一。

所述通孔7的直径可以根据需要确定，较佳地，所述通孔7的直径为25mm～160mm。在本发明的第一具体实施例中，所述通孔7的直径为70mm。在本发明的第二具体实施例中，所述通孔7的直径为90mm。在本发明的第三具体实施例中，所述通孔7的直径为65mm。在本发明的第四具体实施例中，所述通孔7的直径为50mm。

所述的通孔7的中心线与所述中心轴线的角度β可以根据需要确定，较佳地，所述的通孔7的中心线与所述中心轴线的角度β为10°～35°。在本发明的第一具体实施例中，所述的通孔7的中心线与所述中心轴线的角度β为30°。在本发明的第二具体实施例中，所述的通孔7的中心线与所述中心轴线的角度β为35°。在本发明的第三具体实施例中，所述的通孔7的中心线与所述中心轴线的角度β为22°。在本发明的第四具体实施例中，所述的通孔7的中心线与所述中心轴线的角度β为10°。

所述的通孔7的中心线可以汇聚成一点B，该点B位于中心轴线上，也可以不汇聚成一点B，请参见图1所示，在本发明的第一具体实施例中，所述的通孔7的中心线汇聚成一点B。

所述氧化剂进气管4的一端管路连通所述环管5可以管路连通所述环管5的任何合适的位置，请参见图1所示，在本发明的第一具体实施例中，所述的氧化剂进气管4的一端管路连通所述环管5的下部。

所述的氧化剂进气管4的一端离所述环管5的底部的距离h可以根据需要确定，较佳地，所述的氧化剂进气管4的一端离所述环管5的底部的距离h为10mm～50mm。在本发明的第一具体实施例中，所述的氧化剂进气管4的一端离所述环管5的底部的距离为30mm。在本发明的第二具体实施例中，所述的氧化剂进气管4的一端离所述环管5的底部的距离为10mm。在本发明的第三具体实施例中，所述的氧化剂进气管4的一端离所述环管5的底部的距离为28mm。在本发明的第四具体实施例中，所述的氧化剂进气管4的一端离所述环管5的底部的距离为50mm。

所述环管5的外径D1和所述排渣管3的外径D2之比可以根据需要确定，所述环管5的外径D1和所述排渣管3的外径D2之比为2～3。在本发明的第一具体实施例中，所述环管5的外径D1和所述排渣管3的外径D2之比为2.5。在本发明的第二具体实施例中，所述环管5的外径D1和所述排渣管3的外径D2之比为3.0。在本发明的第三具体实施例中，所述环管5的外径D1和所述排渣管3的外径D2之比为2.2。在本发明的第四具体实施例中，所述环管5的外径D1和所述排渣管3的外径D2之比为2.0。

所述环管5可以相对于所述倒锥形分布板2独立，也可以相互连接，较佳地，所述的环管5的顶部与所述的倒锥形分布板2的下部连接。请参见图1所示，在本发明的第一具体实施例中，所述的环管5的顶部缺失形成开口，所述的倒锥形分布板2的下部遮盖在所述的环管5的开口上，换句话说，所述的倒锥形分布板2的下部成为所述的环管5的顶部。

所述环管5可以相对于所述排渣管3独立，也可以相互连接，较佳地，所述环管5的内壁连接所述排渣管3的侧壁，更佳地，所述环管5的内壁缺失形成缺口，所述排渣管3的侧壁遮盖在所述的环管5的缺口上，换句话说，所述排渣管3的侧壁成为所述的环管5的内壁。请参见图1所示，在本发明的第一具体实施例中，在所述的环管5的顶部缺失形成开口以及所述的倒锥形分布板2的下部遮盖在所述的环管5的开口上的情况下，所述的排渣管3的侧壁的上部遮盖在所述的环管5的缺口上，换句话说，所述排渣管3的侧壁的上部成为所述的环管5的内壁。由此，所述环管5成为底部封堵的圆管与倒锥形分布板2和排渣管3之间形成密闭的结构。

为了更好地喷射气体，请参见图1和图2所示，在本发明的第一具体实施例中，所述流化床煤炭气化炉用气体分布器还包括射流喷嘴8，所述射流喷嘴8设置在所述通孔7中且朝向所述倒锥形分布板2的上方。

所述射流喷嘴8可以是任何合适的喷嘴，较佳地，所述射流喷嘴8为渐缩型喷嘴9。所述渐缩型喷嘴9的进气内径D6和出气内径D5之比例如可以为1.2～2.5。在本发明的第一具体实施例中，所述渐缩型喷嘴9的进气内径D6和出气内径D5之比为1.2。在本发明的第二具体实施例中，所述渐缩型喷嘴9的进气内径D6和出气内径D5之比为2.1。在本发明的第三具体实施例中，所述渐缩型喷嘴9的进气内径D6和出气内径D5之比为1.6。在本发明的第四具体实施例中，所述渐缩型喷嘴9的进气内径D6和出气内径D5之比为2.5。

所述射流喷嘴8的长度H可以根据需要确定，在倒锥形分布板2上存在耐磨层10(见下文所述)的情况下，较佳地，所述射流喷嘴8的长度H为70mm～150mm，其最佳长度可根据倒锥形分布板2和耐磨层10的厚度适当调整。所述射流喷嘴8还穿设耐磨层10，所述射流喷嘴8的头部埋在所述耐磨层10内，并与所述耐磨层10外表面平齐。在本发明的第一具体实施例中，所述射流喷嘴8的长度H为100mm。在本发明的第二具体实施例中，所述射流喷嘴8的长度H为150mm。在本发明的第三具体实施例中，所述射流喷嘴8的长度H为96mm。在本发明的第四具体实施例中，所述射流喷嘴8的长度H为70mm。

为了防止所述排渣管3在高温气流夹带灰渣颗粒冲刷下容易被磨穿，请参见图1所示，在本发明的第一具体实施例中，所述排渣管3的管路为圆柱形管路。

为了控制排渣管3的排渣量、冷却灰渣、防止气化炉上部的合成气进入排渣管3，请参见图1所示，在本发明的第一具体实施例中，所述流化床煤炭气化炉用气体分布器还包括排渣进气管11，所述排渣进气管11与所述的排渣管3的下端管路连通。气化剂可以由排渣进气管11进入排渣管3内，起到控制排渣管3的排渣量、冷却灰渣、防止气化炉上部的合成气进入排渣管3的作用。

为了避免所述排渣管3与所述气化炉壳体1直接相连而引起所述气化炉壳体1的壁面超温，较佳地，所述流化床煤炭气化炉用气体分布器还包括排渣接管12，所述排渣接管12位于所述气化炉壳体1外并与所述气化炉壳体1相连接，所述的排渣管3的下端管路连通所述排渣接管12。请参见图1所示，在本发明的第一具体实施例中，在所述流化床煤炭气化炉用气体分布器还包括排渣进气管11的情况下，所述排渣进气管11与所述排渣接管12管路连通。即所述排渣进气管11通过所述排渣接管12与所述的排渣管3的下端间接管路连通。

为了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，请参见图1所示，在本发明的第一具体实施例中，所述流化床煤炭气化炉用气体分布器还包括气化剂进气管13，所述气化剂进气管13穿设所述气化炉壳体1，所述气化剂进气管13的一端位于所述封闭腔6内，所述气化剂进气管13的另一端位于所述气化炉壳体1外，所述倒锥形分布板2中沿水平方向设置有穿孔14。

为了更好地喷射气体，请参见图1和图3所示，在本发明的第一具体实施例中，所述流化床煤炭气化炉用气体分布器还包括分布板喷嘴15，所述分布板喷嘴15设置在所述穿孔14中且朝向所述倒锥形分布板2内。

所述分布板喷嘴15可以是任何合适的喷嘴，较佳地，所述分布板喷嘴15为文丘里式喷嘴16。所述文丘里式喷嘴16的进气内径D3和出气内径D4之比例如可以为1.2～2.2。在本发明的第一具体实施例中，所述文丘里式喷嘴16的进气内径D3和出气内径D4之比为1.2。在本发明的第二具体实施例中，所述文丘里式喷嘴16的进气内径D3和出气内径D4之比为1.6。在本发明的第三具体实施例中，所述文丘里式喷嘴16的进气内径D3和出气内径D4之比为1.8。在本发明的第四具体实施例中，所述文丘里式喷嘴16的进气内径D3和出气内径D4之比为2.2。

所述分布板喷嘴15的长度L可以根据需要确定，在倒锥形分布板2上存在耐磨层10(见下文所述)的情况下，较佳地，所述分布板喷嘴15的长度L为80mm～150mm，其最佳长度可根据倒锥形分布板2和耐磨层10的厚度适当调整。所述分布板喷嘴15还穿设耐磨层10，所述分布板喷嘴15的头部埋在所述耐磨层10内，可以保护所述分布板喷嘴15不被磨损。在本发明的第一具体实施例中，所述分布板喷嘴15的长度L为100mm。在本发明的第二具体实施例中，所述分布板喷嘴15的长度L为150mm。在本发明的第三具体实施例中，所述分布板喷嘴15的长度L为92mm。在本发明的第四具体实施例中，所述分布板喷嘴15的长度L为80mm。

所述穿孔14可以均匀设置在所述倒锥形分布板2中，也可以不均匀设置在所述倒锥形分布板2中，请参见图1所示，在本发明的第一具体实施例中，所述穿孔14均匀设置在所述倒锥形分布板2中。

所述穿孔14的开孔率可以根据需要确定，较佳地，所述穿孔14的开孔率为1.8％～2.5％。在本发明的第一具体实施例中，所述穿孔14的开孔率为1.8％。在本发明的第二具体实施例中，所述穿孔14的开孔率为2.0％。在本发明的第三具体实施例中，所述穿孔14的开孔率为2.3％。在本发明的第四具体实施例中，所述穿孔14的开孔率为2.5％。

所述穿孔14的直径可以根据需要确定，较佳地，所述穿孔14的直径为10mm～22mm。在本发明的第一具体实施例中，所述穿孔14的直径为20mm。在本发明的第二具体实施例中，所述穿孔14的直径为22mm。在本发明的第三具体实施例中，所述穿孔14的直径为16mm。在本发明的第四具体实施例中，所述穿孔14的直径为10mm。

所述倒锥形分布板2的锥度θ可以根据需要确定，较佳地，所述倒锥形分布板2的锥度θ为80°～120°。在本发明的第一具体实施例中，所述倒锥形分布板2的锥度θ为108°。在本发明的第二具体实施例中，所述倒锥形分布板2的锥度θ为120°。在本发明的第三具体实施例中，所述倒锥形分布板2的锥度θ为95°。在本发明的第四具体实施例中，所述倒锥形分布板2的锥度θ为80°。

所述倒锥形分布板2设置在所述气化炉壳体1内可以采用任何合适的结构，请参见图1和图5所示，在本发明的第一具体实施例中，所述流化床煤炭气化炉用气体分布器还包括分布板支撑件17和隔热件18，所述分布板支撑件17安设在所述气化炉壳体1的内壁上，所述倒锥形分布板2的上部通过所述隔热件18安设在所述分布板支撑件17上。

所述分布板支撑件17可以是任何合适的分布板支撑件，所述隔热件18可以是任何合适的隔热件，请参见图1和图5所示，在本发明的第一具体实施例中，所述分布板支撑件17为圆环支撑件19，所述隔热件18为圆环隔热件20，所述圆环支撑件19的外侧安设(例如焊接或一体成型)在所述的气化炉壳体1的内壁上，所述的倒锥形分布板2的上部具有径向朝外延伸的圆环边缘21，所述圆环边缘21通过所述圆环隔热件20安设在所述圆环支撑件19上。

所述圆环支撑件19的宽度可以根据需要确定，较佳地，所述圆环支撑件19的宽度为60mm～150mm。在本发明的第一具体实施例中，所述圆环支撑件19的宽度为120mm。

为了增加所述分布板支撑件17的强度，请参见图1和图5所示，在本发明的第一具体实施例中，所述流化床煤炭气化炉用气体分布器还包括支撑加强件22，所述支撑加强件22分别连接所述分布板支撑件17和所述的气化炉壳体1的内壁。

所述支撑加强件22可以是任何合适的支撑加强件，请参见图1和图5所示，在本发明的第一具体实施例中，所述支撑加强件22是三角支撑筋。

所述隔热件18可以是任何合适的隔热件，在本发明的第一具体实施例中，所述隔热件18是陶瓷纤维毡。

所述隔热件18的厚度根据需要确定，较佳地，所述隔热件18的厚度为6mm～10mm。在本发明的第一具体实施例中，所述隔热件18的厚度为10mm。

所述倒锥形分布板2的上部通过所述隔热件18安设在所述分布板支撑件17上可以采用任何合适的结构，较佳地，所述流化床煤炭气化炉用气体分布器还包括固定件23，所述固定件23穿设所述的倒锥形分布板2的上部、所述隔热件18和所述分布板支撑件17从而将所述的倒锥形分布板2的上部、所述隔热件18和所述分布板支撑件17固定。请参见图1和图5所示，在本发明的第一具体实施例中，在所述分布板支撑件17为圆环支撑件19、所述隔热件18为圆环隔热件20以及所述的倒锥形分布板2的上部具有径向朝外延伸的圆环边缘21的情况下，所述固定件23穿设所述圆环边缘21、所述圆环隔热件20和所述圆环支撑件19从而将所述圆环边缘21、所述圆环隔热件20和所述圆环支撑件19固定。

所述固定件23可以是任何合适的固定件，在本发明的第一具体实施例中，所述固定件23包括螺栓和螺母，所述的倒锥形分布板2的上部、所述隔热件18和所述分布板支撑件17分别设置有第一固定孔(图中未示出)、第二固定孔(图中未示出)和第三固定孔(图中未示出)，所述螺栓穿设所述第一固定孔、所述第二固定孔和所述第三固定孔并和所述螺母固定。

所述第一固定孔、所述第二固定孔和所述第三固定孔的直径可以根据需要确定，较佳地，所述第一固定孔、所述第二固定孔和所述第三固定孔的直径为20mm～40mm。在本发明的第一具体实施例中，所述第一固定孔、所述第二固定孔和所述第三固定孔的直径为30mm。

所述第一固定孔、所述第二固定孔和所述第三固定孔的开孔数可以根据需要确定，所述第一固定孔、所述第二固定孔和所述第三固定孔的最佳开孔数可根据气化炉壳体1尺寸适当调整。

为了提高了炭的转化率，请参见图1所示，在本发明的第一具体实施例中，所述流化床煤炭气化炉用气体分布器还包括旋风返料管24，所述旋风返料管24穿设所述气化炉壳体1，所述旋风返料管24的一端位于所述封闭腔6内并向上折弯插设在所述倒锥形分布板2中，所述的旋风返料管24的一端的中心线与所述中心轴线相交，所述旋风返料管24的另一端位于所述气化炉壳体1外。

所述的旋风返料管24的一端的中心线与所述中心轴线的角度α可以根据需要确定，较佳地，所述的旋风返料管24的一端的中心线与所述中心轴线的角度α为20°～60°。在本发明的第一具体实施例中，所述的旋风返料管24的一端的中心线与所述中心轴线的角度α为46°。在本发明的第二具体实施例中，所述的旋风返料管24的一端的中心线与所述中心轴线的角度α为60°。在本发明的第三具体实施例中，所述的旋风返料管24的一端的中心线与所述中心轴线的角度α为38°。在本发明的第四具体实施例中，所述的旋风返料管24的一端的中心线与所述中心轴线的角度α为32°。

所述旋风返料管24的一端插设在所述倒锥形分布板2中可以插设在所述倒锥形分布板2的任何合适的位置，请参见图1所示，在本发明的第一具体实施例中，所述旋风返料管24的一端插设在所述倒锥形分布板2的下部中。

为了避免气化炉内高温传导至气化炉壳体1而引起壁面超温发生爆炸危险，较佳地，所述流化床煤炭气化炉用气体分布器还包括隔热层25，所述隔热层25设置在所述气化炉壳体1的内壁上，所述倒锥形分布板2设置在所述隔热层25内从而在所述倒锥形分布板2和所述隔热层25之间形成所述封闭腔6，所述排渣管3还穿设所述隔热层25，所述氧化剂进气管4还穿设所述隔热层25。请参见图1和图5所示，在本发明的第一具体实施例中，在所述流化床煤炭气化炉用气体分布器还包括气化剂进气管13的情况下，所述气化剂进气管13还穿设所述隔热层25；在所述流化床煤炭气化炉用气体分布器还包括旋风返料管24的情况下，所述旋风返料管24还穿设所述隔热层25；在所述流化床煤炭气化炉用气体分布器还包括分布板支撑件17和隔热件18的情况下，所述分布板支撑件17和所述隔热件18设置在所述隔热层25和所述的气化炉壳体1的内壁之间，所述的倒锥形分布板2的上部穿设所述隔热层25；在所述流化床煤炭气化炉用气体分布器还包括排渣接管12的情况下，所述排渣接管12的内壁也设置有所述隔热层25。

所述隔热层25可以是任何合适的隔热层，在本发明的第一具体实施例中，所述隔热层25是隔热轻质浇注料层。

所述隔热层25的厚度可以根据需要确定，较佳地，所述隔热层25的厚度为80mm～250mm。在本发明的第一具体实施例中，所述隔热层25的厚度为150mm。

为了保护气化炉壳体1、倒锥形分布板2和其中的喷嘴例如射流喷嘴8和分布板喷嘴15不被磨损，较佳地，所述流化床煤炭气化炉用气体分布器还包括耐磨层10，所述耐磨层10设置在所述倒锥形分布板2的上表面上以及所述气化炉壳体1的内壁的位于所述倒锥形分布板2的上方的部分上，所述通孔7延伸至所述耐磨层10中。请参见图1和图5所示，在本发明的第一具体实施例中，在所述倒锥形分布板2中沿水平方向设置有穿孔14的情况下，所述穿孔14延伸至所述耐磨层10中。在所述流化床煤炭气化炉用气体分布器还包括隔热层25的情况下，所述耐磨层10设置在所述倒锥形分布板2的上表面上以及所述隔热层25的位于所述倒锥形分布板2的上方的部分上；在所述流化床煤炭气化炉用气体分布器还包括排渣接管12的情况下，所述排渣接管12的内壁也设置有所述耐磨层10；在所述排渣接管12的内壁也设置有所述隔热层25的情况下，所述耐磨层10设置在所述隔热层25内侧。所述排渣管3的下端的内表面与排渣接管12的内表面(有衬里(例如隔热层25、耐磨层10等)的，指衬里的内表面)平齐。

所述耐磨层10可以是任何合适的耐磨层，在本发明的第一具体实施例中，所述耐磨层10是刚玉浇注料层。

所述耐磨层10的厚度可以根据需要确定，较佳地，所述耐磨层10的厚度为50mm～100mm。在本发明的第一具体实施例中，所述耐磨层10的厚度为60mm。

为了补偿管道长度方向上的热胀冷缩量，请参见图1所示，在本发明的第一具体实施例中，所述氧化剂进气管4、所述排渣管3、所述旋风返料管24均设置有膨胀节。

使用时，氧化剂从氧化剂进气管4进入环管5后由设置在倒锥形分布板2中的通孔7内的射流喷嘴8射出，汇聚在一起形成中心高温气化区；气化剂通过气化剂进气管13进入封闭腔6，再通过设置在倒锥形分布板2中的穿孔14中的分布板喷嘴15形成高速气流，使气化炉内的物料充分流化并向气化炉中心聚集；旋风返料管24将气化炉外部的旋风分离器收集的热态煤粉从倒锥形分布板2的下部返回气化炉内的中心高温区直接参与反应，提高了炭的转化率。气化剂还由排渣进气管11进入排渣管3内，起到控制排渣管3的排渣量、冷却灰渣、防止气化炉上部的合成气进入排渣管3的作用。

本发明的有益效果主要在于：

(1)本发明改变了流化床煤气化炉“中心射流、环管排渣”的传统结构，采用“中心管排渣、环管射流”的新式结构。这样就避免传统结构中灰渣从环管排出时，在高温气流夹带着灰渣颗粒冲刷中心射流管外壁，导致中心射流管磨破或断裂。使气化炉能长周期稳定运行，减少气化炉运行成本。

(2)采用在倒锥形分布板的下部和排渣管的周围设置环管，氧化剂通过氧化剂进气管进入环管后从均匀对称分布的射流喷嘴射出，形成多股气流，气流汇聚在一点，该点位于倒锥形分布板的中心轴线上，多股气流呈锥形，形成一个中心高温气化区，气流与中心轴线的夹角大小为10°～35°，最佳夹角大小可以根据实际气化炉床层高度确定。氧化剂通过这种方式进入气化炉形成的中心高温气化区，相对于传统的一个中心管射流形成的中心高温气化区，流化区域更广，流化效果更好。避免流化床内因流化不良形成死区，出现炉内结渣等问题。

(3)旋风返料管将气化炉外部的旋风分离器收集的热态煤粉从倒锥形分布板的下部输送至气化炉内的中心高温气化区并在高温区快速气化，这种返料方式相比于从倒锥形分布板上部返料，返回的热态煤粉可以在中心高温区直接气化，大幅提高了炭的转化率。同时为了防止返回的煤粉水平对冲倒锥形分布板而加剧倒锥形分布板的磨损，旋风返料管设计成向上折弯的形式，其中心线与倒锥形分布板的中心轴线的夹角为20°～60°，最佳夹角可以根据倒锥形分布板的锥度适当调整，这种方式不仅可以将煤粉返回中心高温区，而且可以有效避免煤粉冲刷倒锥形分布板，提高倒锥形分布板使用寿命。

(4)传统的环管排渣结构取消了内部的中心管后变成圆管排渣，排渣会更顺畅，排出的灰渣粒度范围更广。避免因气化炉内因流化不良结渣形成的较大渣块或者因气化炉内的衬里脱落而堵住排渣管，造成排渣不畅而影响气化炉生产。采用这种方式排渣提高气化炉操作的稳定性。

(5)排渣管为上下直径相同的圆管，取消了上部的文丘里结构。传统的排渣管上部之所以设计成文丘里结构原因在于：排渣管内下部有气化剂进入，该股气流的作用是控制排渣管的排渣量、冷却灰渣、防止气化炉上部的合成气进入排渣管。传统排渣管为环管结构，为了使排渣顺畅，不得已将环管的外管尺寸增大以提高排渣流通截面积。在排渣管下部进入的气化剂流量一定下，提高排渣流通截面积会使气速降低，该股气化剂的作用未完全显现出来，因此在排渣管的上部设置文丘里结构，用以提高气化剂的气速。现有结构中取消了环管内中心管，变成圆管排渣，可以在保证排渣顺畅的前提下，适当调整排渣管的管径尺寸来获得合理的气化剂气速，所以排渣管的上部也就没有必要再设置文丘里结构。文丘里结构在高温气流夹带灰渣颗粒冲刷下容易被磨穿，而上下直径相同的圆管耐磨性相对较高，延长了排渣管的使用寿命，减少气化炉运行成本。

(6)传统气化炉的倒锥形分布板为倒锥体的上部竖直向下圆角翻边结构，翻边支撑在一个与气化炉相连的锥体上，这种圆角翻边的锥体加工制造难度较大，制造成本很高。本发明提供的倒锥形分布板结构简单，加工制造相对容易。倒锥形分布板是搭接在分布板支撑件上的，并且二者之间垫上一个隔热件，可以有效避免气化炉内高温通过倒锥形分布板传导至气化炉壳体而引起壁面超温发生爆炸危险。另外，采用螺栓螺母紧固的方式将倒锥形分布板固定在分布板支撑件上，有效克服了在高温下焊接不可靠的弊端。倒锥形分布板采用这种结构形式和安装方式，不仅节约了气化炉加工成本，更提高了气化炉运行的安全系数。

(7)倒锥形分布板上均匀开设多个水平孔(即上述穿孔)，即孔的中心线与倒锥形分布板的中心轴线垂直。开设水平孔可以减少倒锥形分布板上的物料从孔中漏到气化炉下部的封闭腔，导致封闭腔超温或者着火。另外，开设水平孔可以将物料聚集在气化炉的中心，被从射流喷嘴喷射出的氧化剂吹起，形成中心高温气化区，提高炭的转化率。每个水平孔安装分布板喷嘴，分布板喷嘴为文丘里形式，可以提高进气速度，物料流化效果更好。

(8)倒锥形分布板的上表面设置耐磨层，可有效保护倒锥形分布板和喷嘴(包括射流喷嘴和分布板喷嘴)不被磨损，提高倒锥形分布板使用寿命。

因此，本发明改变流化床气化炉“中心射流、环管排渣”的传统结构，采用“中心管排渣、环管射流”的新式结构，氧化剂通过在倒锥形分布板下部，分布在排渣管周围的环管从设置在倒锥形分布板中的射流喷嘴均匀射向气化炉的中心，形成中心高温气化区。排渣管为上下直径相同的圆管，取消原有排渣管上部的文丘里结构。旋风返料管穿过倒锥形分布板，将气化炉外部的旋风分离器收集的热态煤粉从分布板的下部输送至气化炉内的中心高温区直接参与反应，大幅提高了气化炉的产气量。另外，倒锥形分布板的结构形式和与气化炉壳体的连接方式也作了相应的改善。本发明不仅结构简单，制造成本低，而且能长周期、高效及稳定运行。

综上，本发明的流化床煤炭气化炉用气体分布器不仅能够长期、高效、安全及稳定运行，而且结构简洁、制造简单成本低，操作简便，适于大规模推广应用。

由此可见，本发明的目的已经完整并有效的予以实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中予以展示和说明，在不背离所述原理下，实施方式可作任意修改。所以，本发明包括了基于权利要求精神及权利要求范围的所有变形实施方式。

Claims (10)

1.一种流化床煤炭气化炉用气体分布器，包括气化炉壳体、倒锥形分布板和排渣管，所述倒锥形分布板设置在所述气化炉壳体内从而在所述倒锥形分布板和所述气化炉壳体之间形成封闭腔，所述排渣管穿设所述气化炉壳体，所述排渣管的上端位于所述封闭腔内并管路连通所述倒锥形分布板的底部，所述排渣管的下端位于所述气化炉壳体外，其特征在于，所述流化床煤炭气化炉用气体分布器还包括氧化剂进气管和环管，所述氧化剂进气管穿设所述气化炉壳体，所述氧化剂进气管的一端位于所述封闭腔内并管路连通所述环管，所述氧化剂进气管的另一端位于所述气化炉壳体外，所述环管位于所述封闭腔内并环绕所述排渣管设置，所述倒锥形分布板的下部设置有3个以上的通孔，所述通孔以所述倒锥形分布板的中心轴线呈均匀对称分布且所述通孔的中心线与所述中心轴线相交，所述通孔管路连通所述环管。

2.如权利要求1所述的流化床煤炭气化炉用气体分布器，其特征在于，所述流化床煤炭气化炉用气体分布器还包括射流喷嘴，所述射流喷嘴设置在所述通孔中且朝向所述的倒锥形分布板的中心轴线。

3.如权利要求1所述的流化床煤炭气化炉用气体分布器，其特征在于，所述排渣管的管路为圆柱形管路。

4.如权利要求1所述的流化床煤炭气化炉用气体分布器，其特征在于，所述流化床煤炭气化炉用气体分布器还包括排渣接管，所述排渣接管位于所述气化炉壳体外并与所述气化炉壳体相连接，所述的排渣管的下端管路连通所述排渣接管。

5.如权利要求1所述的流化床煤炭气化炉用气体分布器，其特征在于，所述流化床煤炭气化炉用气体分布器还包括气化剂进气管，所述气化剂进气管穿设所述气化炉壳体，所述气化剂进气管的一端位于所述封闭腔内，所述气化剂进气管的另一端位于所述气化炉壳体外，所述倒锥形分布板中沿水平方向设置有穿孔。

6.如权利要求5所述的流化床煤炭气化炉用气体分布器，其特征在于，所述流化床煤炭气化炉用气体分布器还包括分布板喷嘴，所述分布板喷嘴设置在所述穿孔中且朝向所述倒锥形分布板内。

7.如权利要求1所述的流化床煤炭气化炉用气体分布器，其特征在于，所述流化床煤炭气化炉用气体分布器还包括旋风返料管，所述旋风返料管穿设所述气化炉壳体，所述旋风返料管的一端位于所述封闭腔内向上折弯并插设在所述倒锥形分布板中，所述的旋风返料管的一端的中心线与所述中心轴线相交，所述旋风返料管的另一端位于所述气化炉壳体外。

8.如权利要求1所述的流化床煤炭气化炉用气体分布器，其特征在于，所述流化床煤炭气化炉用气体分布器还包括隔热层，所述隔热层设置在所述气化炉壳体的内壁上，所述倒锥形分布板设置在所述隔热层内从而在所述倒锥形分布板和所述隔热层之间形成所述封闭腔，所述排渣管还穿设所述隔热层，所述氧化剂进气管还穿设所述隔热层。

9.如权利要求1所述的流化床煤炭气化炉用气体分布器，其特征在于，所述流化床煤炭气化炉用气体分布器还包括耐磨层，所述耐磨层设置在所述倒锥形分布板的上表面上以及所述气化炉壳体的内壁的位于所述倒锥形分布板的上方的部分上，所述通孔延伸至所述耐磨层中。

10.如权利要求1所述的流化床煤炭气化炉用气体分布器，其特征在于，所述流化床煤炭气化炉用气体分布器还包括分布板支撑件和隔热件，所述分布板支撑件安设在所述气化炉壳体的内壁上，所述倒锥形分布板的上部通过所述隔热件安设在所述分布板支撑件上。