CN107557079A - 一种增强混合的气化炉烧嘴及气化炉运行方法 - Google Patents
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Abstract
一种增强混合的气化炉烧嘴及气化炉运行方法，烧嘴本体包括两个同心圆排列的通道，分别为内部的干煤粉通道和外部的气化剂通道，干煤粉通道内部设置有静态混合器；静态混合器内件为多组旋转方向相反的螺旋片；其外径不大于干煤粉通道内径；气化剂O2，H2O经气化炉烧嘴内部气化剂通道高速进入气化炉，气力加压密相输送的干煤粉与气化剂在气化炉内部烧嘴平面形成撞击流，强化混合、传热、传质，形成合成气，高压氮气输运进入气化炉二段的干煤粉平均粒径要小于进入气化炉一段的干煤粉；本发明的特点在于干煤粉气力加压密相输送时流动均匀，并且增强了干煤粉与气化剂在气化炉内的混合，从而提高了气化炉二段入炉煤的碳转化率。
Description
技术领域
本发明涉及增强混合的气化炉烧嘴，特别涉及一种增强混合的气化炉烧嘴及气化炉运行方法。
背景技术
煤气化是清洁高效利用煤炭的主要方式之一，气化炉则是煤气化系统中的关键装备。气化炉可以大致分为固定床，流化床，气流床三种不同类型，其中干煤粉进料的加压气流床气化炉具有处理能力高，碳转化率高等优点，成为目前广泛采用的气化炉炉型。在气流床气化炉基础之上发展起来的两段式干煤粉加压气流床气化炉，利用气化炉二段投入干煤粉高效回收气化炉一段气化反应产生的大量热量，使得气化炉二段投入的煤热解和部分气化，减少废热锅炉体积，进而提高总的冷煤气效率和热效率。但是，由于气化炉二段温度较气化炉一段温度低，气化炉二段投入的煤的碳转化率相较气化炉一段投入的煤接近100％的碳转化率还有较大差距。另外，干煤粉是通过气力加压密相输送进入气化炉的，然而随着煤粉(固相)浓度的增加，煤粉颗粒之间的扰动甚至碰撞更加频繁剧烈，容易出现流动不均匀的现象，即容易出现煤粉颗粒团聚或者分离等现象，表现为干煤粉质量流量波动较大。这将极大影响干煤粉在气化炉内特别是气化炉二段内的气化程度，同时对于气化炉负荷稳定调节也会产生一定的负作用。
发明内容
为了克服上述问题，本发明的目的在于提供一种增强混合的气化炉烧嘴及气化炉运行方法，通过提高气力加压密相输送干煤粉的均匀度以及增强干煤粉与气化剂在气化炉内的混合来提升两段式干煤粉加压气流床气化炉二段入炉煤的碳转化率。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种增强混合的气化炉烧嘴，包括烧嘴本体，烧嘴本体包括两个同心圆排列的通道，分别为内部的干煤粉通道13和外部的气化剂通道14，所述的干煤粉通道13内部设置有静态混合器15；
所述的静态混合器15内件为沿流动方向布置的多组旋转方向相反的螺旋片17；
所述的静态混合器15外形为圆筒形，其外径不大于干煤粉通道13内径。
所述的干煤粉通道13和气化剂通道14流通截面积应满足下列关系其中，A为通道流通截面积，F为体积流量，下标c代表气力加压密相输送的干煤粉，下标g代表气化剂。
所述的静态混合器15出口至干煤粉通道13出口的距离比静态混合器15长度大一倍以上。
所述的烧嘴本体进入气化炉的端部，气化剂通道14以一定角度与干煤粉通道13相切。
所述的烧嘴本体进入气化炉的端部装静态混合器二16。
所述的静态混合器二16为圆筒形，静态混合器二16内件为多组交叉横条组成的X形单元。
所述的烧嘴本体分别间隔90°角布置在气化炉一段31外壁圆周上，所述的烧嘴本体间隔180°角布置在气化炉二段32圆周外壁上。
一种增强混合的气化炉烧嘴的运行方法，平均粒径100μm的干煤粉由高压氮气输送至一段气化炉烧嘴21内部干煤粉通道13，经静态混合器15强化混合，高速进入气化炉一段31，静态混合器15的设置，使得干煤粉与载气可以充分的混合，气化剂O2，H2O经一段气化炉烧嘴21内部气化剂通道14高速进入气化炉一段31，气力加压密相输送的干煤粉与气化剂在气化炉一段31内部烧嘴平面形成撞击流，强化混合、传热、传质，并发生化学反应生成以CO、H2为主要成分的合成气，同时释放大量热能，由于二段气化炉烧嘴22进入气化炉的端部加装了静态混合器二16，为了减少流动阻力，由高压氮气输运进入气化炉二段32的干煤粉平均粒径要小于进入气化炉一段31的干煤粉，优选50-80μm，静态混合器二16的设置促进了气力加压密相输送的干煤粉与气化剂充分的混合，有助于提高气化炉二段32入炉煤的热解及气化反应程度，高压氮气输送的干煤粉经二段气化炉烧嘴22内部干煤粉通道13，经静态混合器15强化混合，高速进入气化炉，气化剂H2O则经二段气化炉烧嘴22内部气化剂通道14高速进入气化炉二段32，静态混合器二(16)的设置促进了气力加压密相输送的干煤粉与气化剂充分的混合，在气化炉二段32内部烧嘴平面形成撞击流，强化混合、传热、传质，促进气化炉二段32入炉煤的热解以及进一步的气化反应，提高碳转化率。
本发明的有益效果：
本发明在气化炉烧嘴内部干煤粉通道及气化炉烧嘴进入气化炉的端部加装静态混合器，有助于消除气力加压密相输送容易出现的干煤粉团聚现象，同时有利于促进气化剂与干煤粉的混合。
另外采用满足同轴对向流动进料的气化炉烧嘴布置方式，可以在烧嘴平面中心附近形成一个撞击流区域，有助于强化混合、传质、传热，提高气化反应进行的程度，最终可以提升两段式干煤粉加压气流床气化炉二段入炉煤的碳转化率，最高可以提高约20％。
附图说明
图1为气化炉烧嘴示意图。
图2为气化炉烧嘴内部干煤粉通道静态混合器示意图。
图3为二段气化炉烧嘴示意图。
图4a为四个气化炉烧嘴平面布置示意图；图4b为两个气化炉烧嘴平面布置示意图。
图5为装配有增强混合的烧嘴的两段式干煤粉加压气流床气化炉示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，增强混合的气化炉烧嘴由成同心圆排列的两个通道组成，内侧通道为气力加压密相输送的干煤粉通道13，外侧通道为输送O2和H2O的气化剂通道14。为了匹配气力加压密相输送的干煤粉与气化剂的流速，干煤粉通道13和气化剂通道14流通截面积应满足下列关系
其中，A为通道流通截面积，F为体积流量，下标c代表气力加压密相输送的干煤粉，下标g代表气化剂。在干煤粉通道13内部设置有静态混合器15。
如图1和图2所示，作为一种优选，静态混合器15外形为圆筒形，其外径不大于干煤粉通道13内径，以便装配进干煤粉通道13，静态混合器15的内件为沿流动方向布置的多组旋转方向相反的螺旋片17。优选的，静态混合器15出口至干煤粉通道13出口的距离应至少大于一倍静态混合器15长度，以便最小化静态混合器15对于气力加压密相输送的干煤粉流动的影响。在烧嘴进入气化炉的端部，气化剂通道14以一定角度与干煤粉通道13相切，形成倾斜撞击流，强化气化剂与气力加压密相输送的干煤粉的混合。
如图4a所示，四个所述的增强混合的一段气化炉烧嘴21分别间隔90°角布置在圆筒形两段式加压干煤粉气流床气化炉一段31外壁上。由于气化炉二段温度较低，且气化炉二段投入的气化剂仅为H2O，为了进一步强化气化剂与气力加压密相输送的干煤粉的混合，如图3所示，还可以在二段气化炉烧嘴进入气化炉的端部加装静态混合器二16。作为一种优选，静态混合器二16为圆筒形，其外径与二段气化炉烧嘴22进入气化炉的端部内径相同，其内件为多组交叉横条组成的X形单元。
如图4b所示，两个所述的增强混合的二段气化炉烧嘴22分别间隔180°角布置在圆筒形两段式加压干煤粉气流床气化炉二段32外壁上。最终，形成如图5所示的两段式加压干煤粉气流床气化炉。
如图5所示的下部进料上部出气的两段式加压干煤粉气流床气化炉运行方式为，平均粒径100μm的干煤粉由高压氮气输送至一段气化炉烧嘴21内部干煤粉通道13，经静态混合器15强化混合，高速进入气化炉一段31。静态混合器15的设置，使得干煤粉与载气可以充分的混合，可以大大减轻气力加压密相输送容易出现的干煤粉团聚现象。气化剂O2，H2O经一段气化炉烧嘴21内部气化剂通道14高速进入气化炉一段31。气力加压密相输送的干煤粉与气化剂在气化炉一段31内部烧嘴平面形成如图4a所示的撞击流，强化混合、传热、传质，并发生化学反应生成以CO、H2为主要成分的合成气，同时释放大量热能。由于二段气化炉烧嘴22进入气化炉的端部加装了静态混合器二16，为了减少流动阻力，由高压氮气输运进入气化炉二段32的干煤粉平均粒径要小于进入气化炉一段31的干煤粉，优选50-80μm。静态混合器二16的设置，促进了气力加压密相输送的干煤粉与气化剂充分的混合，有助于提高气化炉二段32入炉煤的热解及气化反应程度。高压氮气输送的干煤粉经二段气化炉烧嘴22内部干煤粉通道13，经静态混合器二15强化混合，高速进入气化炉。气化剂H2O则经二段气化炉烧嘴22内部气化剂通道14高速进入气化炉二段32，在气化炉二段32内部烧嘴平面形成如图4b所示的撞击流，强化混合、传热、传质，促进气化炉二段32入炉煤的热解以及进一步的气化反应，提高碳转化率。最终，气化炉二段入炉煤的碳转化率最高可提高约20％。
Claims (8)
1.一种增强混合的气化炉烧嘴，包括烧嘴本体，其特征在于，烧嘴本体包括两个同心圆排列的通道，分别为内部的干煤粉通道(13)和外部的气化剂通道(14)，所述的干煤粉通道(13)内部设置有静态混合器(15)；
所述的静态混合器(15)内件为沿流动方向布置的多组旋转方向相反的螺旋片(17)；
所述的静态混合器(15)外形为圆筒形，其外径不大于干煤粉通道(13)内径。
2.根据权利要求1所述的一种增强混合的气化炉烧嘴，其特征在于，所述的干煤粉通道(13)和气化剂通道(14)流通截面积应满足下列关系其中，A为通道流通截面积，F为体积流量，下标c代表气力加压密相输送的干煤粉，下标g代表气化剂。
3.根据权利要求1所述的一种增强混合的气化炉烧嘴，其特征在于，所述的静态混合器(15)出口至干煤粉通道(13)出口的距离比静态混合器(15)长度大一倍以上。
4.根据权利要求1所述的一种增强混合的气化炉烧嘴，其特征在于，所述的烧嘴本体进入气化炉的端部，气化剂通道(14)以一定角度与干煤粉通道(13)相切。
5.根据权利要求1所述的一种增强混合的气化炉烧嘴，其特征在于，所述的烧嘴本体进入气化炉的端部装静态混合器二(16)。
6.根据权利要求5所述的一种增强混合的气化炉烧嘴，其特征在于，所述的静态混合器二(16)为圆筒形，静态混合器二(16)内件为多组交叉横条组成的X形单元。
7.根据权利要求1所述的一种增强混合的气化炉烧嘴，其特征在于，所述的烧嘴本体分别间隔90°角布置在气化炉一段(31)外壁圆周上，所述的烧嘴本体间隔180°角布置在气化炉二段(32)圆周外壁上。
8.一种增强混合的气化炉烧嘴的运行方法，其特征在于，平均粒径100μm的干煤粉由高压氮气输送至一段气化炉烧嘴(21)内部干煤粉通道(13)，经静态混合器(15)强化混合，高速进入气化炉一段(31)，气化剂O2，H2O经一段气化炉烧嘴(21)内部气化剂通道(14)高速进入气化炉一段(31)，气力加压密相输送的干煤粉与气化剂在气化炉一段(31)内部烧嘴平面形成撞击流，强化混合、传热、传质，并发生化学反应生成以CO、H2为主要成分的合成气，同时释放大量热能，静态混合器二(16)由高压氮气输运进入气化炉二段(32)的干煤粉平均粒径要小于进入气化炉一段(31)的干煤粉，优选50-80μm，静态混合器二(16)高压氮气输送的干煤粉经二段气化炉烧嘴(22)内部干煤粉通道(13)，经静态混合器(15)强化混合，高速进入气化炉，气化剂H2O则经二段气化炉烧嘴(22)内部气化剂通道(14)高速进入气化炉二段(32)，静态混合器二(16)的设置促进了气力加压密相输送的干煤粉与气化剂充分的混合，在气化炉二段(32)内部烧嘴平面形成撞击流，强化混合、传热、传质，促进气化炉二段(32)入炉煤的热解以及进一步的气化反应，提高碳转化率。
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