CN112210403B - 气化剂分布板及流化床气化炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及煤气化技术领域，尤其涉及一种气化剂分布板及流化床气化炉。本发明提供的气化剂分布板，包括分布板本体和风帽，分布板本体上开设有通孔；风帽设于通孔处，风帽上设有与通孔连通的第一气道和第二气道，第一气道具有形成于风帽顶部的第一射流口，第二气道具有形成于风帽底部的第二射流口，第二射流口朝向分布板本体。本发明的气化剂分布板，通过在风帽顶部设置第一气道的第一射流口及在风帽底部设置第二气道的第二射流口，使得气化炉膛内及气化剂分布板处的流化均得到加强，有效降低气化炉膛内及气化剂分布板特别是风帽底部发生物料堆积结渣的风险。

Description

气化剂分布板及流化床气化炉

技术领域

本发明涉及煤气化技术领域，尤其涉及一种气化剂分布板及流化床气化炉。

背景技术

流化床煤气化技术作为最早工业化的气化工艺之一，其工艺为原料煤在自下而上的气化剂的作用下保持着连续不断的沸腾和悬浮状态运动，迅速进行混合与热交换的气化技术。

气化剂分布板作为流化床设备中的主要构件，起着均匀布气和支撑固相颗粒的重要作用，其形状结构极大影响着设备的传热与传质等生产操作性能。具体来说，气化剂分布板所起的作用包括：均匀分布气化剂流体，保证在气化剂分布板附近形成良好的气固接触条件，以及保证所有颗粒都处于运动状态，从而消除流动死区。

现有的气化剂分布板，分布板上开有小孔，小孔处配置有风帽，风帽的存在在一定程度上防止了漏料情况的发生，但是风帽的存在使得分布板射流比较弱，易使分布板区域整体流化状况欠佳，从而导致分布板板面上发生物料堆积结渣的风险较高。

发明内容

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本发明提供了一种气化剂分布板及流化床气化炉，可以使得气化剂分布板的板面区域具有较好的流化形态，从而降低气化剂分布板的板面区域由于物料堆积而引起结渣的风险。

本发明提供的一种气化剂分布板，包括：分布板本体，分布板本体上开设有通孔；和风帽，风帽设于通孔处，风帽上设有与通孔连通的第一气道和第二气道，第一气道具有形成于风帽顶部的第一射流口，第二气道具有形成于风帽底部的第二射流口，第二射流口朝向分布板本体。

可选地，沿气化剂在第一气道内的流动方向上，第一射流口的口径逐渐减小。

可选地，第一气道的轴线方向与通孔的轴线方向一致。

可选地，沿气化剂在第二气道内的流动方向上，第二射流口的口径逐渐增大。

可选地，由第二射流口喷出的气化剂在第二射流口的出口位置形成呈圆锥状的气化区域，气化区域的最外边界为第二射流口靠近通孔的出口位置与风帽的根部的连线时，气化区域所在的圆锥的锥角最小。

可选地，分布板本体上开设有多个通孔，每个通孔处设有一风帽，每一风帽的第二射流口的出口位置形成的气化区域所在的圆锥的锥角大于最小锥角，其中最小锥角为以第二射流口靠近通孔的出口位置与风帽的根部的连线为最外边界的圆锥的锥角；至少两个相邻的风帽的第二射流口的出口位置形成的气化区域具有重叠区域。

可选地，风帽上设有多个第二气道，多个第二气道沿风帽的周向均布。

可选地，第二气道的数量为两个，两个第二气道对称设于第一气道的两侧，两个第二气道均与第一气道连通。

可选地，第一气道上设有三通口，三通口的其中一个连通口通向第一射流口、另两个连通口分别通向两个第二射流口；其中，第一射流口的直径为通孔的直径的0.1～0.4倍，第二射流口的直径为通孔的直径的0.3～0.8倍，三通口通向第一射流口的直径为通孔的直径的0.2～0.55倍，三通口通向第二射流口的直径为通孔的直径的0.05～0.3倍。

本发明提供的一种流化床气化炉，包括如上述任一实施例的气化剂分布板。

本发明实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：

本发明实施例提供的气化剂分布板及流化床气化炉，通过在风帽上设置第一气道和第二气道，第一气道的作用是向流化床气化炉的气化炉膛内喷入流化气体，维持气化炉膛内物料流化；第二气道的作用是向气化剂分布板的板面区域喷射流化气体，特别是向位于风帽底部的板面区域喷射流化气体，使得气化剂分布板的板面区域特别是风帽底部的流化得到加强，避免物料在气化剂分布板的板面堆积，从而降低气化剂分布板的板面特别是风帽底部发生物料堆积结渣的风险。换言之，本发明通过在风帽顶部设置第一气道的第一射流口及在风帽底部设置第二气道的第二射流口，使得流化床气化炉的气化炉膛内及气化剂分布板处的流化均得到加强，均具有较好的流化形态，从而使得气化炉膛内的物料得到很好地返混，进而使得反应更加均匀，并有效改善了气化炉膛内及气化剂分布板特别是风帽底部发生物料堆积结渣的情况。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例所述流化床气化炉的局部主视结构示意图；

图2为本发明一实施例所述流化床气化炉的局部俯视结构示意图；

图3为本发明一实施例所述气化剂分布板的结构示意图；

图4为本发明一实施例所述气化剂分布板的结构示意图。

其中，1-气化剂分布板；2-气化炉膛；3-气室；4-排渣管；

11-分布板本体；111-通孔；12-风帽；121-第一气道；1211-第一射流口；122-第二气道；1221-第二射流口；123-风帽头；124-风帽杆。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面将对本发明的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图1和图2所示，本发明实施例提供了一种气化剂分布板1，该气化剂分布板1可应用于流化床气化炉内，流化床气化炉的气室3中的气体(或称气化剂)通过气化剂分布板1上的开孔进入流化床气化炉的气化炉膛2内，达到均匀布气的目的。

如图3和图4所示，该气化剂分布板1包括：分布板本体11和风帽12，分布板本体11上开设有通孔111(或称布气孔)；风帽12设于通孔111处，风帽12上设有与通孔111连通的第一气道121和第二气道122，第一气道121具有形成于风帽12顶部的第一射流口1211(或称第一射流出口)，第二气道122具有形成于风帽12底部的第二射流口1221(或称第二射流出口)，第二射流口1221朝向分布板本体11。

与现有的风帽12形分布板相比，本发明在风帽12上设有第一气道121和第二气道122，第一气道121和第二气道122的作用是将经过分布板本体11上的通孔111的气体均匀地分布在气化剂分布板1上以及气化炉膛2内。具体而言，第一气道121具有形成于风帽12顶部的第一射流口1211，第一气道121的作用是向气化炉膛2内喷入流化气体，维持气化炉膛2内物料流化；第二气道122具有形成于风帽12底部的第二射流口1221，第二气道122的作用是向分布板本体11的板面区域喷射流化气体，特别是向位于风帽12底部的板面区域喷射流化气体，使得分布板本体11的板面区域特别是风帽12底部的流化得到加强，从而避免物料在气化剂分布板1的板面堆积，进而降低气化剂分布板1的板面特别是风帽12底部发生物料堆积结渣的风险。换言之，本发明的气化剂分布板1，可以使得气化炉膛2内及气化剂分布板1处的流化均得到加强，均具有较好的流化形态，使得气化炉膛2内的物料得到很好地返混，进而使得反应更加均匀，同时可以有效改善气化炉膛2内及气化剂分布板1特别是风帽12底部发生物料堆积结渣的情况。

在一些实施例中，如图3所示，第一射流口1211形成为渐缩径形状，具体来说，沿气化剂在第一气道121内的流动方向上，第一射流口1211的口径逐渐减小。第一气道121出口端的第一射流口1211采用渐缩径结构，一方面为了提高射流的动力，使得气化炉膛2内的物料得到很好地返混，同时减少气化炉膛2内的物料通过气化剂分布板1上的通孔111反窜至气室3中的可能；另一方面使得气体通过气化剂分布板1的阻力增大，进而使得出口气体分布地更加均匀。需要说明的是，第一气道可以整体采用渐缩径结构，也即从第一气道的入口端到出口端为渐缩径结构；也可以仅位于出口端的第一射流口采用渐缩径结构。

进一步地，如图3所示，第一射流口1211的方向优选与分布板本体11开孔方向一致，使得气体经第一射流口1211沿与分布板本体11上开孔方向一致的方向喷至气化炉膛2内。进一步优选地，第一气道121为直气道，第一气道121的轴线方向与分布板本体11上的通孔111的轴线方向一致，这样设置可以使得气体不改变方向喷至气化炉膛2内，从而提高射流的动力，减少能耗，进而使得气化炉膛2内的物料得到很好地返混，反应更加均匀，同时射流动力的增加，可以减少气化炉膛2内的物料通过气化剂分布板1上的通孔111反窜至气室3中的可能。

需要说明的是，分布板本体11上开孔的方向不做限定，可以根据实际情况进行合理设计与调整。较佳地，分布板本体11上的通孔111的轴线方向垂直于分布板本体11的板面，第一气道121的轴线方向与通孔111的轴线方向一致，也即第一气道121的轴线方向也垂直于分布板本体11的板面。当然，分布板本体11上的通孔111的方向、第一气道121的方向以及第一射流口1211的方向均不限于上述限定。

在一些实施例中，如图3所示，第二射流口1221形成为扩口形状或者说喇叭口形状，具体来说，沿气化剂在第二气道122内的流动方向上，第二射流口1221的口径逐渐增大。第二射流口1221设计为扩大开口结构，这样设置是为了扩大由第二气道122的第二射流口1221喷射出的气体的影响区域(如图3中的a区域所示，表示由第二射流口1221射流出的气体的影响区域，也即由第二射流口1221喷出的气化剂在第二射流口1221的出口位置形成的气化区域)，从而确保更大范围的分布板板面区域具有较好的流化形态，进而降低物料在分布板板面区域堆积结渣的风险。

进一步地，为了确保由第二射流口1221射流出的气体能够影响到风帽12的根部，从而避免物料在风帽12的根部堆积，如图3所示，由第二射流口1221喷出的气化剂在第二射流口1221的出口位置形成呈圆锥状的气化区域(该气化区域为图3中的a区域)，当气化区域的最外边界为第二射流口1221靠近通孔111的出口位置与风帽12的根部的连线(如图3中a区域右侧的那根虚线所示)时，气化区域所在的圆锥的锥角最小。换言之，最外边界为第二射流口1221靠近通孔的出口位置与风帽12的根部的连线的那个圆锥记为最小圆锥，气化区域所在的圆锥的锥角大于或等于该最小圆锥的锥角。如此设置，使得风帽12的根部位于第二射流口1221的出口位置形成的气化区域内，也即第二射流口1221相对靠近风帽12中心的一点继续沿扩展方向延伸形成的延伸线(如图3中a区域右侧的那根虚线所示)与风帽12的根部相交，或者与风帽12的侧部相交。以确保由第二射流口1221射流出的气体能够影响到风帽12的根部，从而使得分布板本体11的板面区域尤其是风帽12的根部区域具有较好的流化形态，进而降低物料在风帽12的根部区域堆积结渣的风险。

需要说明的是，风帽12的根部也即风帽12与分布板本体11连接的部位。一般而言，风帽12包括风帽头123及与风帽头123连接的风帽杆124，风帽杆124相对远离风帽头123的一端部与分布板本体11连接(如点焊连接)，风帽12的根部也即风帽杆124相对远离风帽头123的一端部，风帽12的侧部也即风帽杆124的侧部。

进一步地，为了确保分布板本体11的整个板面区域均具有较好的流化形态，如图3所示，分布板本体11上开设有多个通孔111，每个通孔111处设有一风帽12，每一风帽12的第二射流口1221的出口位置形成的气化区域所在的圆锥的锥角大于最小锥角，其中最小锥角为以第二射流口1221靠近通孔111的出口位置与风帽12的根部的连线为最外边界的圆锥的锥角；至少两个相邻的风帽12的第二射流口1221的出口位置形成的气化区域具有重叠区域。也即其中一个风帽12的第二射流口1221喷射出的气体的影响区域与另一个风帽12的第二射流口1221喷射出的气体的影响区域产生重叠。或者说，第二射流口1221相对远离风帽12中心的一点继续沿扩展方向延伸形成的延伸线(如图3中a区域左侧的那根虚线所示)与另一风帽12的第二射流口1221相对远离风帽12中心的一点继续沿扩展方向延伸形成的延伸线相交。如此设置可以有效地避免物料在分布板本体11上及风帽12根部的堆积，也即尽可能地确保气化剂分布板1的整个板面区域均具有较好的流化形态。由于气化炉膛2内反应剧烈，在风帽12底部及分布板本体11上的物料堆积容易引起物料板结，进一步恶化导致流化床内物料大面积结渣，本发明通过上述第二射流口1221的结构设计，可以有效地避免物料在分布板本体11上及风帽12根部的堆积，从而有效降低流化床内物料大面积结渣的风险。

需要说明的是，通过合理设计不同风帽12上的第二气道122沿风帽12的周向的位置，可以保证尽可能多的风帽12由第二射流口1221射流出的气体的影响区域具有重叠区域，从而尽可能地确保气化剂分布板1的整个板面区域均具有较好的流化形态。

在一些实施例中，风帽12上设有多个第二气道122，多个第二气道122沿风帽12的周向均布。通过设置多个第二气道122，在风帽12的底部形成多个第二射流口1221，以利用多个第二射流口1221向风帽12底部的不同部位喷射流化气体，从而确保整个风帽12的底部均具有较好的流化形态。需要说明的是，此处的多个指的是两个或两个以上。

较佳地，如图3和图4所示，第二气道122的数量为两个，两个第二气道122对称设于第一气道121的两侧，两个第二气道122均与第一气道121连通，如此设置可以减少第二气道122的数量，从而提高每个第二气道122的射流的动力，同时使得风帽12的加工更加方便。

在一个具体实施例中，如图3和图4所示，风帽12上设有一个第一气道121和两个第二气道122，第一气道121具有一个第一射流口1211，每个第二气道122具有一个第二射流口1221，第一气道121上设有三通口，三通口的其中一个连通口通向第一射流口1211、另两个连通口分别通向两个第二射流口1221。

为了满足顶部射流气体与底部扩口射流气体的均匀性，在设计过程中需确保经过各个气道的压降是均匀的，以常用的一个顶部第一气道121和两个对称的第二气道122为例，对重点结构进行如下限定，如图4所示，第一射流口的直径d1为通孔的直径d的0.1～0.4倍，第二射流口的直径d4为通孔的直径d的0.3～0.8倍，三通口通向第一射流口的直径d2为通孔的直径d的0.2～0.55倍，三通口通向第二射流口的直径d3为通孔的直径d的0.05～0.3倍，如此确保气体经过第一气道121和第二气道122的压降是均匀性，从而确保由第一气道121和第二气道122射流出的气体的均匀性，进而使得气化炉膛2内的反应更加均匀。具体设计时，可以根据实际情况在上述范围内进行合理取值，当然，第一气道121和第二气道122的上述各处的直径也不限于在上述范围内取值，可以根据实际情况进行合理调整。

在一些实施例中，如图2所示，分布板本体11上开设有多个通孔111，每个通孔111处配置有风帽12，其中分布板本体11的开孔率优选为0.01％～2％，分布板本体11的开孔方向不做限定。如此设置使得分布板本体11具有相对较小的开孔率，从而提高第一气道121和第二气道122的射流的动力，使得气化炉膛2内以及气化剂分布板1上均具有较好的流化形态，避免物料在气化炉膛2内以及气化剂分布板1的板面区域堆积结渣。当然，分布板本体11的开孔率不限于上述限定，也可以根据第一气道121及第二气道122的数量、尺寸大小等参数合理设计分布板本体11的开孔率。

如图1所示，本发明实施例还提供了一种流化床气化炉，包括如上述任一实施例的气化剂分布板1。

本发明提供的流化床气化炉，因其包括上述任一实施例的气化剂分布板1，因而具有上述任一实施例的气化剂分布板1的有益效果，在此不再赘述。

在一些实施例中，如图1所示，流化床气化炉包括气化炉膛2、气化剂分布板1和气室3，气化剂分布板1隔设于气化炉膛2和气室3之间，气室3中的气体(即气化剂)通过气化剂分布板1上的开孔进入气化炉膛2内，达到均匀布气的目的；气化剂分布板1优选为锥形分布板，锥形分布板的小端设有排渣管4，排渣管4用于排出气化炉膛2内的灰渣。

对于流化床气化炉，气化剂通常采用两种或多种，如空气+氧气、水蒸气+空气、水蒸气+氧气或者水蒸气+空气+氧气，如图1所示，各类气化剂进入气室3进行混合后，进入流化床气化炉的气化炉膛2内参与反应。由于通入介质增多，使得不同介质进入气化炉膛2内后分布通常呈现不均匀的现象，本发明通过风帽12的顶部射流和底部扩口射流设计，使得气室3中的气体可以进入气化炉膛2内的压降增大，从而使得各类气化剂在气室3内即可满足较好的混合后再进入气化炉膛2内，进而使得气化炉膛2内的反应更加均匀。

综上所述，本发明实施例的气化剂分布板1及流化床气化炉，使得气化炉膛2内物料返混更加均匀，减少了气化剂分布板1的板面由于物料堆积而引起结渣的风险，同时减少了气化炉膛2内的物料通过气化剂分布板1的通孔111反窜至气室3中的可能，进而为流化床的稳定运行提供了基础保障。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所发明的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种气化剂分布板，其特征在于，包括：

分布板本体(11)，所述分布板本体(11)上开设有通孔(111)；和

风帽(12)，所述风帽(12)设于所述通孔(111)处，所述风帽(12)上设有与所述通孔(111)连通的第一气道(121)和第二气道(122)，所述第一气道(121)具有形成于所述风帽(12)顶部的第一射流口(1211)，所述第二气道(122)具有形成于所述风帽(12)底部的第二射流口(1221)，所述第二射流口(1221)朝向所述分布板本体(11)；

沿气化剂在所述第二气道(122)内的流动方向上，所述第二射流口(1221)的口径逐渐增大。

2.根据权利要求1所述的气化剂分布板，其特征在于，沿气化剂在所述第一气道(121)内的流动方向上，所述第一射流口(1211)的口径逐渐减小。

3.根据权利要求1所述的气化剂分布板，其特征在于，所述第一气道(121)的轴线方向与所述通孔(111)的轴线方向一致。

4.根据权利要求1所述的气化剂分布板，其特征在于，由所述第二射流口(1221)喷出的气化剂在所述第二射流口(1221)的出口位置形成呈圆锥状的气化区域，所述气化区域的最外边界为所述第二射流口(1221)靠近所述通孔(111)的出口位置与所述风帽(12)的根部的连线时，所述气化区域所在的圆锥的锥角最小。

5.根据权利要求4所述的气化剂分布板，其特征在于，所述分布板本体(11)上开设有多个所述通孔(111)，每个所述通孔(111)处设有一所述风帽(12)，每一所述风帽(12)的第二射流口(1221)的出口位置形成的气化区域所在的圆锥的锥角大于最小锥角，其中最小锥角为以所述第二射流口(1221)靠近所述通孔(111)的出口位置与所述风帽(12)的根部的连线为最外边界的圆锥的锥角；

至少两个相邻的所述风帽(12)的第二射流口(1221)的出口位置形成的气化区域具有重叠区域。

6.根据权利要求1至5任一项所述的气化剂分布板，其特征在于，所述风帽(12)上设有多个所述第二气道(122)，多个所述第二气道(122)沿所述风帽(12)的周向均布。

7.根据权利要求6所述的气化剂分布板，其特征在于，所述第二气道(122)的数量为两个，两个所述第二气道(122)对称设于所述第一气道(121)的两侧，两个所述第二气道(122)均与所述第一气道(121)连通。

8.根据权利要求7所述的气化剂分布板，其特征在于，所述第一气道(121)上设有三通口，所述三通口的其中一个连通口通向所述第一射流口(1211)、另两个连通口分别通向两个所述第二射流口(1221)；

其中，所述第一射流口(1211)的直径为所述通孔(111)的直径的0.1～0.4倍，所述第二射流口(1221)的直径为所述通孔(111)的直径的0.3～0.8倍，所述三通口通向所述第一射流口(1211)的直径为所述通孔(111)的直径的0.2～0.55倍，所述三通口通向所述第二射流口(1221)的直径为所述通孔(111)的直径的0.05～0.3倍。

9.一种流化床气化炉，其特征在于，包括如权利要求1至8任一项所述的气化剂分布板(1)。

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