CN110452737A - 一种四烧嘴正反旋转的气流床气化炉装置及气化方法 - Google Patents

Abstract

一种四烧嘴正反旋转的气流床气化炉装置及气化方法，涉及一种气流床气化炉装置及利用该装置的气化方法。是要解决现有多烧嘴气流床气化炉烧嘴布置方式不合理，导致气化炉水冷壁烧损和碳转化率低等问题。四烧嘴正反旋转的气流床气化炉装置包括气化炉体、烧嘴、水冷壁、点火烧嘴、渣池和合成气通道，所述烧嘴为四个，烧嘴B₁、烧嘴B₂、烧嘴B₃和烧嘴B₄位于同一水平面上，依次沿气化炉体圆周均匀分布，其中心线与水冷壁面的交点分别为C₁、C₂、C₃和C₄，B₁和B₂的中心线相交于O点，B₃和B₄的中心线交相于O＇点；C₁O与C₁C₃的夹角α，C₂O与C₂C₄的夹角β，满足0﹤α﹤β﹤45°或者0﹤β﹤α﹤45°。本发明用于气流床气化领域。

Description

一种四烧嘴正反旋转的气流床气化炉装置及气化方法

技术领域

本发明涉及一种气流床气化炉装置及利用该装置的气化方法。

背景技术

我国是煤炭大国，煤炭储量丰富，是我国的基础能源和重要原料。煤炭直接燃烧是最主要的利用方式，会产生严重的污染。煤气化技术是煤炭清洁利用的核心技术之一，有助于保护环境和可持续发展。煤炭气化技术主要分为固定床气化、流化床气化和气流床气化三种。气流床气化技术因具有适用煤种广、碳转化率高、处理量大、环境污染小等优点已成为现在煤气化技术的主要发展方向。气流床煤气化的进料方式有水煤浆和干煤粉两种。与水煤浆进料相比，干煤粉气化的煤种适应性更强，炉内气化温度更高，冷煤气效率高，在国内获得广泛应用。实际运行时，干煤粉气流床气化炉存在水冷壁烧损和碳转化率低的问题。

发明专利《煤的汽化反应器》(申请号为90103807.5，下称“对比文件”)公开了一种汽化反应器，其反应器容器壁上的烧嘴燃烧器布置方式不合理，导致烧嘴射流间混合弱，反应容器壁面上热负荷高，容易烧损，碳转化率低。

发明内容

本发明是要解决现有多烧嘴气流床气化炉烧嘴布置方式不合理，导致气化炉水冷壁烧损和碳转化率低等问题，提供一种四烧嘴正反旋转的气流床气化炉装置及气化方法。

本发明四烧嘴正反旋转的气流床气化炉装置包括气化炉体、烧嘴、水冷壁、点火烧嘴、渣池和合成气通道，水冷壁安装在气化炉体内，水冷壁由多根竖直圆管排列组成，水冷壁围成静止的内腔体为气化炉膛，点火烧嘴安装在气化炉体的顶部，气化炉体的底部设有渣池，渣池的底部设有排渣口，合成气通道插装在气化炉体的下部，所述烧嘴的数量为四个。四个烧嘴分别为烧嘴B₁、烧嘴B₂、烧嘴B₃和烧嘴B₄，设置在气化炉膛的上部，且位于同一水平面上，烧嘴B₁、烧嘴B₂、烧嘴B₃和烧嘴B₄依次沿气化炉体圆周均匀分布，烧嘴B₁、烧嘴B₂、烧嘴B₃和烧嘴B₄的中心线与水冷壁面的交点分别为C₁、C₂、C₃和C₄，烧嘴B₁和烧嘴B₂的中心线相交于O点，烧嘴B₃和烧嘴B₄的中心线交相于O＇点；C₁O与C₁C₃的夹角以及C₃O＇与C₁C₃的夹角大小相等为α，C₂O与C₂C₄的夹角以及C₄O＇与C₂C₄的夹角大小相等为β，α和β满足0﹤α﹤β﹤45°或者0﹤β﹤α﹤45°。

进一步的，烧嘴B₁、烧嘴B₂、烧嘴B₃和烧嘴B₄按顺时针依次沿气化炉体圆周均匀分布。

进一步的，烧嘴B₁、烧嘴B₂、烧嘴B₃和烧嘴B₄按逆时针依次沿气化炉体圆周均匀分布。

进一步的，烧嘴沿径向由内向外或由外向内依次同轴装有煤粉通道和气化剂通道。

进一步的，所述所述煤粉通道和气化剂通道相互平行或者不平行。

利用上述四烧嘴正反旋转的气流床气化炉装置的气化方法，包括以下步骤：

步骤一、设定气化炉膛压力为0.1～4MPa，运行温度为1250～1600℃；

步骤二、温度为25～100℃的干煤粉由氮气或二氧化碳输送，以直流射流的方式经烧嘴的煤粉通道送入气化炉膛，温度为20～400℃的气化剂以直流射流的方式通过烧嘴的气化剂通道以100～200m/s的速度喷入气化炉膛；

四个烧嘴喷射的气化剂、煤粉及输送煤粉的氮气或二氧化碳的速度相同；四个烧嘴喷射的气化剂、煤粉及输送煤粉的氮气或二氧化碳的质量流量相同；

步骤三、烧嘴喷射的煤粉与气化剂在烧嘴出口混合，经点火烧嘴点燃，待炉内火焰稳定后，从炉膛退出点火烧嘴；

步骤四、反应生成的高温气体和高温熔渣向下流动进入渣池，冷却的气体通过合成气通道离开，冷却的熔渣通过排渣口排出气化炉。

进一步的，步骤二中煤粉占煤粉与气化剂总体积的1％～25％。

本发明的工作原理：

煤粉和气化剂分别经烧嘴的煤粉通道和气化剂通道以直流射流的方式喷出，在烧嘴出口混合燃烧气化。烧嘴B₁和烧嘴B₂产生的射流在O点碰撞，烧嘴B₃和烧嘴B₄产生的射流在O＇点碰撞，一部分气流从O点(或O＇点)沿炉膛轴向向上和向下流动。大部分气流在A-A平面沿逆时针N方向旋转，旋转气流呈螺旋形轨迹向下运动，直到炉膛的底部。旋转气流的中心产生沿炉膛轴向向上的回流。从碰撞点O(或O＇点)向上的流股到达气化炉拱顶之后受阻折返，沿气化炉轴线向下流动，在A-A平面附近被卷吸进入旋转气流；从碰撞点O(或O＇点)向下的流股直接被卷吸进入旋转气流。

当烧嘴B₁、烧嘴B₂、烧嘴B₃和烧嘴B₄按顺时针依次沿气化炉体圆周均匀分布时，沿C₁O、C₃O＇方向的两股煤粉气化剂射流可形成顺时针M方向的旋转气流(即正旋转气流)。沿C₂O、C₄O＇方向的两股煤粉气化剂射流可形成逆时针N方向的旋转气流(即反旋转气流)。

当烧嘴B₁、烧嘴B₂、烧嘴B₃和烧嘴B₄按逆时针依次沿气化炉体圆周均匀分布时，沿C₁O、C₃O＇方向的两股煤粉气化剂射流可形成逆时针N方向的旋转气流(反旋转方向)，沿C₂O、C₄O＇方向的两股煤粉气化剂射流可形成顺时针M方向的旋转气流(正旋转方向)。

本发明的有益效果：

1、本发明烧嘴射流间混合更好，碳转化率高，飞灰可燃物含量低

①相邻烧嘴的煤粉与气化剂射流轴线夹角不同，混合更强烈：

本发明设置的4个烧嘴，烧嘴B₁、B₂、B₃和B₄的中心线与水冷壁面的交点分别为C₁、C₂、C₃和C₄，B₁和B₂烧嘴中心线交于O点，B₃和B₄烧嘴中心线交于O＇点。沿C₁O、C₃O＇方向的两股煤粉与气化剂射流可形成顺时针M方向的旋转气流(正旋转气流)。沿C₂O、C₄O＇方向的两股煤粉与气化剂射流可形成逆时针N方向的旋转气流(反旋转气流)，烧嘴B₁和烧嘴B₂喷射的煤粉与气化剂射流旋转方向相反，烧嘴B₃和烧嘴B₄喷射的煤粉与气化剂射流旋转方向也相反。烧嘴B₁和烧嘴B₂及烧嘴B₃和烧嘴B₄喷射的煤粉与气化剂射流轴线间的夹角∠C₁OC₂和∠C₃O＇C₄都为钝角。煤粉与气化剂射流之间的混合以类似于“迎面相撞”的形式完成，混合更强烈。这有利于提高气化反应速率，即单位时间内煤粉中更多的焦炭参与气化反应，因此进入飞灰中焦炭的含量更少，使飞灰可燃物含量降低。气化炉出口飞灰可燃物含量低于5％，碳转化率达到99％以上。

②相邻两股煤粉与气化剂射流混合时一股射流流向发生折返，混合更强烈：

煤粉气化剂射流的动量为煤粉气化剂的质量与速度的乘积，由于四个烧嘴喷射的气化剂、煤粉及输送煤粉的氮气或二氧化碳的速度和质量流量相同，烧嘴B₁和烧嘴B₂喷射的两股煤粉气化剂射流离开烧嘴出口的动量p的大小相同，这两股煤粉气化剂射流相对于炉膛中心点的位置矢量(即图3中所示由原点R指向点O的有向线段)大小相等。

正旋转方向的煤粉气化剂射流相对于炉膛中心点的转动动量矩L₁＝rp sinθ_α，θ_α为正旋转方向的煤粉气化剂射流速度v₁与其相对于炉膛中心点的位置矢量的夹角(如图3所示)，反旋转方向的煤粉气化剂射流相对于炉膛中心点的转动动量矩L₂＝rp sinθ_β，θ_β为反旋转方向的煤粉气化剂射流速度v₂与其相对于炉膛中心点的位置矢量的夹角，θ_α+α+∠1＝180°，θ_β+β+∠2＝180°，由于α、β满足0﹤α﹤β﹤45°，可得∠1﹤∠2，所以可得θ_α与θ_β满足关系90°<θ_β<θ_α<180°，因而可知sinθ_α<sinθ_β，所以根据动量矩大小计算公式可以算出，正旋转方向的煤粉气化剂射流相对于炉膛中心点的转动动量矩L₁小于反旋转方向的煤粉气化剂射流相对于炉膛中心点的转动动量矩L₂。根据动量矩原理，当旋转方向相反的两股气流混合碰撞时，转动动量矩小的气流的方向会被转动动量矩大的气流方向改变而随着转动动量矩大的气流继续旋转。因此烧嘴B ₁和烧嘴B₂喷射的两股煤粉气化剂射流混合时，正旋转方向的煤粉气化剂射流速度逐渐减小至零后流动方向会发生折返，被反旋转方向的煤粉气化剂射流携带行进形成逆时针方向的旋转气流(反旋转气流)，混合更强烈。烧嘴B₃、烧嘴B₄喷射的煤粉气化剂射流混合原理与上述相同。当α、β满足0﹤β﹤α﹤45°时，本发明的煤粉气化剂混合原理与上述相同，但混合后会形成顺时针方向的煤粉气化剂旋转气流(正旋转气流)。

2、本发明有利于降低水冷壁烧损的风险，延长水冷壁使用寿命

烧嘴B₁和烧嘴B₂喷射的气流旋转方向相反，正旋转方向的煤粉气化剂射流相对于炉膛中心点的转动动量矩L₁＝rp sinθ_α，反旋转方向的煤粉气化剂射流相对于炉膛中心点的转动动量矩L₂＝rp sinθ_β，前者小于后者。这两股转动动量矩方向相反的气流相互削弱，混合后形成的煤粉气化剂气流的转动动量矩为L₂-L₁，旋转强度较小。烧嘴B₃和烧嘴B₄的混合原理与上述类似。气化炉运行时，烧嘴喷射的煤粉与气化剂发生燃烧气化反应，形成温度高达1500℃的合成气，炉膛中心区域合成气温度高，水冷壁壁面区域温度低。炉内气流旋转强度大，在离心力作用下炉膛中心高温合成气容易扩散到壁面区域，使壁面区域温度升高，导致壁面形成的液态渣层较薄，水冷壁和渣层的热阻变小，从水冷壁表面向水冷壁管内冷却水传热量增多。在水冷壁管内冷却水流速一定的情况下，通过水冷壁管传入的热量越多，水冷壁管内冷却水汽化越强烈，产生气泡，导致水冷壁管壁上发生膜态沸腾，引起水冷壁管的传热恶化，水冷壁温度迅速升高，当水冷壁温度升高到超过其耐热极限温度时，容易造成水冷壁管烧损。本发明的气化炉内煤粉气化剂气流的旋转强度较小，反应生成的高温合成气受到的离心力较小，扩散到水冷壁壁面区域的高温合成气少，壁面区域温度升高不明显，其表面形成的液态渣层较厚，水冷壁和渣膜的热阻较大，通过水冷壁管传导的热量较少，水冷壁管内冷却水升温幅度小，不会产生气泡，不会引发水冷壁管的传热恶化，水冷壁烧损的风险低，水冷壁的使用寿命长。

附图说明

图1为本发明四烧嘴正反旋转的气流床气化炉装置的结构示意图；

图2为图1中A-A方向的剖视图；

图3为图2中I处的放大图；

图4为烧嘴沿轴向的剖视图；

图5为“对比文件”中烧嘴的剖面视图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不与限定本发明。

结合图1、图2和图3说明本发明实施例，本实施例四烧嘴正反旋转的气流床气化炉装置包括气化炉体1、烧嘴、水冷壁4、点火烧嘴6、渣池5和合成气通道7，水冷壁4安装在气化炉体1内，水冷壁4由多根竖直圆管排列组成，水冷壁4围成静止的内腔体为气化炉膛2，点火烧嘴6安装在气化炉体1的顶部，气化炉体1的底部设有渣池5，渣池5的底部设有排渣口8，合成气通道7插装在气化炉体1的下部，所述烧嘴的数量为四个。四个烧嘴分别为烧嘴B₁、烧嘴B₂、烧嘴B₃和烧嘴B₄，设置在气化炉膛2的上部，且位于同一水平面上，烧嘴B₁、烧嘴B₂、烧嘴B₃和烧嘴B₄按顺时针依次沿气化炉体1圆周均匀分布，烧嘴B₁、烧嘴B₂、烧嘴B₃和烧嘴B₄的中心线与水冷壁面的交点分别为C₁、C₂、C₃和C₄，烧嘴B₁和烧嘴B₂的中心线相交于O点，烧嘴B₃和烧嘴B₄的中心线交相于O＇点；C₁O与C₁C₃的夹角以及C₃O＇与C₁C₃的夹角大小相等为α，C₂O与C₂C₄的夹角以及C₄O＇与C₂C₄的夹角大小相等为β，α和β满足0﹤α﹤β﹤45°或者0﹤β﹤α﹤45°。如图1和图2所示。

如图4，烧嘴沿径向由内向外依次同轴装有煤粉通道9和气化剂通道10。所述煤粉通道9和气化剂通道10相互平行。

利用上述四烧嘴正反旋转的气流床气化炉装置的气化方法，包括以下步骤：

步骤一、设定气化炉膛2压力为0.1～4MPa，运行温度为1250～1600℃；

步骤二、温度为25～100℃的干煤粉由氮气或二氧化碳输送，以直流射流的方式经烧嘴的煤粉通道9送入气化炉膛2，煤粉所占的体积分数为1％～25％，温度为20～400℃的气化剂以直流射流的方式通过烧嘴的气化剂通道10以100～200m/s的速度喷入气化炉膛2；

四个烧嘴喷射的气化剂、煤粉及输送煤粉的氮气或二氧化碳的速度相同；四个烧嘴喷射的气化剂、煤粉及输送煤粉的氮气或二氧化碳的质量流量相同；

步骤三、烧嘴喷射的煤粉与气化剂在烧嘴出口混合，经点火烧嘴6点燃，待炉内火焰稳定后，从炉膛退出点火烧嘴6；

步骤四、反应生成的高温气体和高温熔渣向下流动进入渣池5，冷却的气体通过合成气通道7离开，冷却的熔渣通过排渣口8排出气化炉。

煤粉和气化剂分别经烧嘴的煤粉通道9和气化剂通道10以直流射流的方式喷出，在烧嘴出口混合燃烧气化。烧嘴B₁和烧嘴B₂产生的射流在O点碰撞，烧嘴B₃和烧嘴B₄产生的射流在O＇点碰撞，一部分气流从O点(或O＇点)沿炉膛轴向向上和向下流动。大部分气流在A-A平面沿逆时针N方向旋转，旋转气流呈螺旋形轨迹向下运动，直到炉膛的底部。旋转气流的中心产生沿炉膛轴向向上的回流。从碰撞点O(或O＇点)向上的流股到达气化炉拱顶之后受阻折返，沿气化炉轴线向下流动，在A-A平面附近被卷吸进入旋转气流；从碰撞点O(或O＇点)向下的流股直接被卷吸进入旋转气流。

本实施例中相邻烧嘴的煤粉与气化剂射流轴线夹角不同，混合更强烈：烧嘴B₁、烧嘴B₂、烧嘴B₃和烧嘴B₄的中心线与水冷壁面的交点分别为C₁、C₂、C₃和C₄，烧嘴B₁和烧嘴B₂中心线交于O点，烧嘴B₃和烧嘴B₄中心线交于O＇点。沿C₁O、C₃O＇方向的两股煤粉与气化剂射流可形成顺时针M方向的旋转气流(正旋转气流)。沿C₂O、C₄O＇方向的两股煤粉与气化剂射流可形成逆时针N方向的旋转气流(反旋转气流)，B₁和B₂烧嘴喷射的煤粉与气化剂射流旋转方向相反，烧嘴B₃和烧嘴B₄喷射的煤粉与气化剂射流旋转方向也相反。烧嘴B₁和烧嘴B₂及烧嘴B₃和烧嘴B₄喷射的煤粉与气化剂射流轴线间的夹角∠C₁OC₂和∠C₃O＇C₄都为钝角。煤粉与气化剂射流之间的混合以类似于“迎面相撞”的形式完成，混合更强烈。

本实施例中相邻两股煤粉与气化剂射流混合时一股射流流向发生折返，混合更强烈：煤粉气化剂射流的动量为煤粉气化剂的质量与速度的乘积，由于四个烧嘴喷射的气化剂、煤粉及输送煤粉的氮气或二氧化碳的速度和质量流量相同，烧嘴B₁和烧嘴B₂喷射的两股煤粉气化剂射流离开烧嘴出口的动量p的大小相同，这两股煤粉气化剂射流相对于炉膛中心点的位置矢量(即图3中所示由原点R指向点O的有向线段)大小相等。

正旋转方向的煤粉气化剂射流相对于炉膛中心点的转动动量矩L₁＝rp sinθ_α，θ_α为正旋转方向的煤粉气化剂射流速度v₁与其相对于炉膛中心点的位置矢量的夹角(如图3所示)，反旋转方向的煤粉气化剂射流相对于炉膛中心点的转动动量矩L₂＝rp sinθ_β，θ_β为反旋转方向的煤粉气化剂射流速度v₂与其相对于炉膛中心点的位置矢量的夹角，θ_α+α+∠1＝180°，θ_β+β+∠2＝180°，由于α、β满足0﹤α﹤β﹤45°，可得∠1﹤∠2，所以可得θ_α与θ_β满足关系90°<θ_β<θ_α<180°，因而可知sinθ_α<sinθ_β，所以根据动量矩大小计算公式可以算出，正旋转方向的煤粉气化剂射流相对于炉膛中心点的转动动量矩L₁小于反旋转方向的煤粉气化剂射流相对于炉膛中心点的转动动量矩L₂。根据动量矩原理，当旋转方向相反的两股气流混合碰撞时，转动动量矩小的气流的方向会被转动动量矩大的气流方向改变而随着转动动量矩大的气流继续旋转。因此烧嘴B₁和烧嘴B₂喷射的两股煤粉气化剂射流混合时，正旋转方向的煤粉气化剂射流速度逐渐减小至零后流动方向会发生折返，被反旋转方向的煤粉气化剂射流携带行进形成逆时针方向的旋转气流(反旋转气流)，混合更强烈。烧嘴B₃、烧嘴B₄喷射的煤粉气化剂射流混合原理与上述相同。当α、β满足0﹤β﹤α﹤45°时，煤粉气化剂混合原理与上述相同，但混合后会形成顺时针方向的煤粉气化剂旋转气流(正旋转气流)。

本实施例中烧嘴B₁和烧嘴B₂喷射的气流旋转方向相反，正旋转方向的煤粉气化剂射流相对于炉膛中心点的转动动量矩L₁＝rp sinθ_α，反旋转方向的煤粉气化剂射流相对于炉膛中心点的转动动量矩L₂＝rp sinθ_β，前者小于后者。这两股转动动量矩方向相反的气流相互削弱，混合后形成的煤粉气化剂气流的转动动量矩为L₂-L₁，旋转强度较小。烧嘴B₃和烧嘴B₄的混合原理与上述类似。炉内反应生成的高温合成气受到的离心力较小，扩散到水冷壁壁面区域的高温合成气少，壁面区域温度升高不明显，其表面形成的液态渣层较厚，水冷壁和渣膜的热阻较大，通过水冷壁管传导的热量较少，水冷壁管内冷却水升温幅度小，不会产生气泡，不会引发水冷壁管的传热恶化，水冷壁烧损的风险低，水冷壁的使用寿命长。

“对比文件”中气化反应器容器侧壁上也布置有多个燃烧器口，如图5所示，为“对比文件”中气化反应器烧嘴剖面视图。

在四周间隔的诸点上与同一水平位置设置有具有小着火角的多个切向定向燃烧器，着火角为5°(“着火角”的定义为：所说燃烧器喷嘴的对称轴与通过所说燃烧器中心和同一水平线上反应器中心的直线间夹角)。如图5所示，A＇、B＇、C＇和D＇为四个燃烧器，燃烧器A＇烧嘴喷射的煤粉和气化剂射流轴线A＇E＇延长线与燃烧器D＇烧嘴喷射的煤粉和气化剂射流轴线D＇H＇的夹角为直角，其它相邻的两个燃烧器烧嘴喷射的煤粉和气化剂射流轴线间夹角情况与上述相同，也都为直角。四个燃烧器烧嘴喷射的煤粉气化剂射流旋转方向相同，相邻的两个燃烧器烧嘴喷射的煤粉与气化剂射流之间的混合是以一股煤粉气化剂射流垂直“穿越”相邻另一股煤粉气化剂射流的形式完成，混合较弱。

燃烧器A＇烧嘴喷射的沿A＇E＇方向的煤粉气化剂射流垂直射向燃烧器D＇烧嘴喷射的沿D＇H＇方向的煤粉气化剂射流，并沿D＇H＇方向边流动边混合形成旋转气流。没有一股煤粉与气化剂射流流动方向发生折返。其它相邻的两个燃烧器烧嘴喷射的煤粉气化剂射流混合原理与上述相同。

四个燃烧器A＇、B＇、C＇和D＇喷射的煤粉与气化剂射流的旋转方向相同，各旋转气流彼此加强，炉内气流旋转强度较大。现在采用“对比文件”中烧嘴布置方式的气流床气化炉，其反应容器壁为水冷壁设计。炉内气流旋转强度大，在离心力作用下炉膛中心高温合成气容易扩散到壁面区域，使壁面区域温度升高，导致壁面形成的液态渣层较薄，水冷壁温度迅速升高，当水冷壁温度升高到超过其耐热极限温度时，容易造成水冷壁管烧损。气化炉作为化工企业的生产源头，水冷壁烧损会引发气化炉停车，导致整个生产线全部停运。

因此，与“对比文件”相比，本实施例气流床气化炉装置的烧嘴的布置方式使得煤粉与气化剂射流之间的混合更为强烈，这有利于提高气化反应速率，导致进入飞灰中焦炭的含量更少，飞灰可燃物含量降低，碳转化率更高。将气化炉内煤粉与气化剂射流的旋转强度适当降低，减少扩散到水冷壁壁面区域的高温合成气，使水冷壁处于安全运行温度范围内，降低水冷壁烧损的风险，延长水冷壁使用寿命。

某化工厂一台耗煤量为2000t/d的气流床气化炉，采用“对比文件”中烧嘴布置方式，气化炉水冷壁的壁面温度超过1800℃，气化炉运行约6个月就因为水冷壁烧损被迫停炉。气化炉出口飞灰可燃物含量超过15％，碳转化率约为94％。每次停炉更换被烧损的水冷壁，需要花费约600万元，检修后启炉需要花费约2000万元，停炉期间还会造成后续生产工艺停工，化工厂没有产出而不断亏损，使用“对比文件”中烧嘴布置方式每年造成的经济损失有5200万元以上。

为解决使用“对比文件”中烧嘴布置方式出现的问题，应用本实施例的烧嘴布置方式及气化方法。数值模拟表明，水冷壁的壁面温度约为1400℃，气化炉水冷壁的吸热量降低30％。气化炉出口飞灰可燃物含量低于5％，碳转化率达到99％以上。处于安全运行温度范围内，预计水冷壁可稳定运行2年以上。应用本实施例的烧嘴布置方式及气化方法，可以有效降低气流床气化炉水冷壁烧损的风险，延长水冷壁使用寿命，减少了水冷壁更换、启炉费用，降低飞灰可燃物含量和提高碳转化率，增加了经济效益。

Claims (9)

1.一种四烧嘴正反旋转的气流床气化炉装置，包括气化炉体(1)、烧嘴、水冷壁(4)、点火烧嘴(6)、渣池(5)和合成气通道(7)，水冷壁(4)安装在气化炉体(1)内，水冷壁(4)由多根竖直圆管排列组成，水冷壁(4)围成静止的内腔体为气化炉膛(2)，点火烧嘴(6)安装在气化炉体(1)的顶部，气化炉体(1)的底部设有渣池(5)，渣池(5)的底部设有排渣口(8)，合成气通道(7)插装在气化炉体(1)的下部，所述烧嘴的数量为四个，其特征在于四个烧嘴分别为烧嘴(B₁)、烧嘴(B₂)、烧嘴(B₃)和烧嘴(B₄)，设置在气化炉膛(2)的上部，且位于同一水平面上，烧嘴(B₁)、烧嘴(B₂)、烧嘴(B₃)和烧嘴(B₄)依次沿气化炉体(1)圆周均匀分布，烧嘴(B₁)、烧嘴(B₂)、烧嘴(B₃)和烧嘴(B₄)的中心线与水冷壁面的交点分别为C₁、C₂、C₃和C₄，烧嘴(B₁)和烧嘴(B₂)的中心线相交于O点，烧嘴(B₃)和烧嘴(B₄)的中心线交相于O＇点；C₁O与C₁C₃的夹角以及C₃O＇与C₁C₃的夹角大小相等为α，C₂O与C₂C₄的夹角以及C₄O＇与C₂C₄的夹角大小相等为β，α和β满足0﹤α﹤β﹤45°或者0﹤β﹤α﹤45°。

2.根据权利要求1所述的一种四烧嘴正反旋转的气流床气化炉装置，其特征在于烧嘴(B₁)、烧嘴(B₂)、烧嘴(B₃)和烧嘴(B₄)按顺时针依次沿气化炉体(1)圆周均匀分布，沿C₁O、C₃O＇方向的两股煤粉气化剂射流形成顺时针方向的旋转气流，沿C₂O、C₄O＇方向的两股煤粉气化剂射流形成逆时针方向的旋转气流。

3.根据权利要求1所述的一种四烧嘴正反旋转的气流床气化炉装置，其特征在于烧嘴(B₁)、烧嘴(B₂)、烧嘴(B₃)和烧嘴(B₄)按逆时针依次沿气化炉体(1)圆周均匀分布，沿C₁O、C₃O＇方向的两股煤粉气化剂射流形成逆时针方向的旋转气流，沿C₂O、C₄O＇方向的两股煤粉气化剂射流形成顺时针方向的旋转气流。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种四烧嘴正反旋转的气流床气化炉装置，其特征在于所述烧嘴沿径向由内向外或由外向内依次同轴装有煤粉通道(9)和气化剂通道(10)。

5.根据权利要求4所述的一种四烧嘴正反旋转的气流床气化炉装置，其特征在于所述煤粉通道(9)和气化剂通道(10)相互平行或者不平行。

6.利用权利要求1所述气流床气化炉装置的气化方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一、设定气化炉膛(2)压力为0.1～4MPa，运行温度为1250～1600℃；

步骤二、煤粉由氮气或二氧化碳输送，以直流射流的方式经烧嘴的煤粉通道(9)送入气化炉膛(2)，气化剂以直流射流的方式通过烧嘴的气化剂通道(10)以100～200m/s的速度喷入气化炉膛(2)；四个烧嘴(3)喷射的气化剂、煤粉及输送煤粉的氮气或二氧化碳的速度相同；四个烧嘴(3)喷射的气化剂、煤粉及输送煤粉的氮气或二氧化碳的质量流量相同；

步骤三、烧嘴喷射的煤粉与气化剂在烧嘴出口混合，经点火烧嘴(6)点燃，待炉内火焰稳定后，从炉膛退出点火烧嘴(6)；

步骤四、反应生成的高温气体和高温熔渣向下流动进入渣池(5)，冷却的气体通过合成气通道(7)离开，冷却的熔渣通过排渣口(8)排出气化炉。

7.根据权利要求6所述的气化方法，其特征在于步骤二所述煤粉的温度为25～100℃。

8.根据权利要求6所述的气化方法，其特征在于步骤二所述气化剂的温度为20～400℃。

9.根据权利要求6、7或8所述的气化方法，其特征在于步骤二中煤粉占煤粉与气化剂总体积的1％～25％。