CN112779055A - 一种平推流气化炉及含碳原料的气化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及气化炉技术领域，提供一种平推流气化炉及含碳原料的气化方法，所述平推流气化炉包括喷射组件和燃烧室，所述喷射组件包括设置在所述燃烧室顶部的喷嘴台和间隔设置在所述喷嘴台上的多个工艺烧嘴，各个所述工艺烧嘴的喷射方向平行于所述燃烧室的高度方向。本发明的平推流气化炉通过设置多个喷射方向平行于燃烧室的高度方向的工艺烧嘴，一方面有利于提高火焰的长度，有效利用反应器容积，另一方面，有利于多个工艺烧嘴形成的火焰形成平推流，提高物料的有效停留时间，从而提高碳转化率，此外，相互平行的工艺烧嘴形成相互平行的火焰，减少火焰对工艺烧嘴和耐火材料的冲刷，有利于提高设备的安全性，延长设备使用寿命。

Description

一种平推流气化炉及含碳原料的气化方法
技术领域
本发明涉及气化炉技术领域，特别涉及一种平推流气化炉及含碳原料的气化方法。
背景技术
气流床气化炉内高温条件下进行的气化反应，其动力学控制基本转化主要受传质过程控制，因此需要充分利用燃烧室内的反应空间，形成合理的流场结构，加快反应物料之间的良好混合。
现有的气化炉包括以下两种：一种是单工艺烧嘴顶置的气化炉，由于这种气化炉的工艺烧嘴喷出的物料的有效停留时间短，导致气化炉的碳转化率降低。
另一种是多工艺烧嘴对置的气化炉，由于这种气化炉的工艺烧嘴两两相对设置，一方面，导致工艺烧嘴喷射的火焰较短，火焰主要集中在燃烧室的顶部，不能有效利用反应器容积，另一方面，工艺烧嘴会将物料和火焰喷射到对面的工艺烧嘴和耐火材料上，对工艺烧嘴和耐火材料造成损坏，极大地降低了气化炉的安全性和工艺烧嘴和耐火材料的使用寿命。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种平推流气化炉，以解决现有技术中的气化炉碳转化率低和有效反应容积小的问题。
为达到上述目的，本发明一方面提供一种平推流气化炉，包括喷射组件和燃烧室，所述喷射组件包括设置在所述燃烧室顶部的喷嘴台和间隔设置在所述喷嘴台上的多个第一工艺烧嘴，各个所述第一工艺烧嘴的喷射方向平行于所述燃烧室的高度方向。
优选地，多个所述第一工艺烧嘴呈环形分布。
优选地，相邻的两个所述工艺喷嘴之间的间距为所述燃烧室的内径的0.1～0.7倍。
优选地，所述喷嘴台上设置有第二工艺烧嘴，所述第二工艺烧嘴为具有点火功能的第一工艺烧嘴，多个所述第一工艺烧嘴环绕所述第二工艺烧嘴设置。
优选地，所述喷嘴台上设置有多个用于喷射惰性气体或二氧化碳气体的气体喷嘴，多个所述气体喷嘴呈环形分布且设置在多个所述第一工艺烧嘴的外周。
优选地，多个所述气体喷嘴等间距间隔设置。
优选地，沿所述高度方向，所述燃烧室的内腔的横截面面积相同。
优选地，所述燃烧室具有圆柱状内腔。
优选地，所述平推流气化炉包括与所述燃烧室相互连通的和激冷室，所述燃烧室的底端形成排渣口且连接有排渣筒，所述排渣筒的直径不小于所述燃烧室的内径且延伸至所述激冷室内，所述激冷室的侧壁设置有排气口，所述激冷室的底部设置有出渣口。
优选地，所述平推流气化炉包括筒状的外壳，所述燃烧室间隔地设置在所述外壳内，所述激冷室设置在所述外壳下方，所述外壳的顶端设置有盖体，所述喷嘴台设置在所述盖体上。
此外，本发明还提供一种含碳原料的气化方法，所述含碳原料的气化方法使用本发明所述的平推流气化炉，所述含碳原料的气化方法包括：
含碳物质和氧化剂、气化剂的混合物由所述第一工艺烧嘴喷入所述平推流气化炉的燃烧室进行燃烧和气化反应。
优选地，所述含碳原料包括含碳粉体或所述含碳粉体与水混配而成的液态浆体，所述含碳粉体包括煤粉、热解半焦粉、石油焦粉、生物质粉或固废粉。
相对于现有技术，本发明的平推流气化炉通过设置多个喷射方向平行于燃烧室的高度方向的第一工艺烧嘴，一方面有利于提高火焰的长度，有效利用反应器容积，另一方面，有利于多个第一工艺烧嘴形成的火焰形成平推流，提高物料的有效停留时间，从而提高碳转化率，此外，相互平行的第一工艺烧嘴形成相互平行的火焰，减少火焰对第一工艺烧嘴和耐火材料的冲刷，有利于提高设备的安全性，延长设备使用寿命。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
在附图中：
图1为本发明的一种实施方式的平推流气化炉的剖视图；
图2为本发明的一种实施方式的喷嘴的结构示意图。
附图标记说明：
1 喷射组件 2 燃烧室
3 激冷室 4 外壳
11 喷嘴台 12 第一工艺烧嘴
13 第二工艺烧嘴 14 气体喷嘴
21 排渣口 22 排渣筒
31 排气口 32 出渣口
41 盖体
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是指参考附图1所示的上、下。下面将参考附图1和图2并结合实施方式来详细说明本发明。
根据本发明的一个方面，提供一种平推流气化炉，如图1所示，包括喷射组件1和燃烧室2，所述喷射组件1包括设置在所述燃烧室2顶部的喷嘴台11和间隔设置在所述喷嘴台11上的多个第一工艺烧嘴12，各个所述第一工艺烧嘴12的喷射方向平行于所述燃烧室2的高度方向。所述第一工艺烧嘴12用于向燃烧室2内供给含碳物质、氧化剂和气化剂，所述喷嘴台11为板状结构且与所述燃烧室2的顶部相适配，所述喷嘴台11与所述燃烧室2的顶部固定连接，所述喷嘴贯穿所述喷嘴台11设置。多个所述喷嘴在所述喷嘴台11上等间距间隔设置。
本发明的平推流气化炉通过设置间隔多个第一工艺烧嘴12，使得含碳原料与氧化剂充分混合，具有气化反应速度快、强化反应物料传质、充分利用燃烧室2反应体积等特点，故能有效减少气化炉体积，从而降低设备投资成本；通过设置多个喷射方向平行于燃烧室2的高度方向的第一工艺烧嘴12，一方面有利于提高火焰的长度，有效利用反应器容积，另一方面，有利于多个第一工艺烧嘴12形成的火焰形成平推流，提高物料的有效停留时间，从而提高碳转化率，此外，相互平行的第一工艺烧嘴12形成相互平行的火焰，减少火焰对第一工艺烧嘴12和耐火材料的冲刷，有利于提高设备的安全性，延长设备使用寿命。
上述中，多个所述喷嘴设置在所述燃烧室2的一端，并朝向所述燃烧室2的另一端喷射。
为了使得燃烧室2内火焰均匀分布，如图2所示，多个所述第一工艺烧嘴12呈环形分布。多个所述第一工艺烧嘴12在燃烧室2的顶部等间距间隔设置，这样的设置有利于多个工艺喷嘴形成的火焰均匀地分布在燃烧室2内。上述中，多个所述第一工艺烧嘴12呈圆环或者椭圆环分布。进一步的，多个所述第一工艺烧嘴12等间距间隔设置。
进一步的，相邻的两个所述工艺喷嘴12之间的间距为所述燃烧室的内径的0.1～0.7倍。优选地，相邻的两个所述工艺喷嘴12之间的间距为所述燃烧室的内径的0.4～0.5倍。这样的设置使得喷入燃烧室的多股射流可以形成二次撞击和相互扰动，强化气固混合效果，有利于反应转化率的提高。
上述中，多个所述第一工艺烧嘴12位于同一水平面上。这样的设置使得位于燃烧室2内同一高度的不同位置的温度和压力一致，有利于燃烧室2内形成平推流，充分利用燃烧室2的体积。
此外，所述第一工艺烧嘴12为内部具有至少两个流道的第一工艺烧嘴12，含碳物质经过其中一个流道从第一工艺烧嘴12的一端流出，氧化剂和气化剂经过另外一个流道从第一工艺烧嘴12的一端流出，同时，氧化剂和气化剂对含碳物质进行冲击，使含碳物质雾化，充分与氧化剂和气化剂混合。为了对第一工艺烧嘴12进行冷却，所述第一工艺烧嘴12还包括冷却水流道。
为了对第一工艺烧嘴12进行点火，所述喷嘴台11上设置有第二工艺烧嘴13，所述第二工艺烧嘴13为具有点火功能的第一工艺烧嘴12，多个所述第一工艺烧嘴12环绕所述第二工艺烧嘴13设置，所述第二工艺烧嘴13的喷射方向平行于所述燃烧室2的高度方向，这样的设置便于在燃烧室2内形成平推流流场，优选地，所述第二工艺烧嘴13与由多个所述第一工艺烧嘴12围成的环形同轴线设置，这样的设置使得第二工艺烧嘴13与每一个第一工艺烧嘴12的距离相同，有利于第二工艺烧嘴13对第一工艺烧嘴12高效点火。具有点火功能的第一工艺烧嘴12中具有点火燃料流道，点火燃料通过点火燃料通道从第一工艺烧嘴12的一端流出，点火装置安装在第一工艺烧嘴12的另一端。所述点火装置包括高压电点火器，所述点火燃料包括纯氧、液化气或氧气与柴油的混合物等易燃气体。当需要利用第二工艺烧嘴13进行点火时，点火装置通过产生电火花将点火燃料点燃，在利用点火燃料产生的火焰将从第二工艺烧嘴13流出的含碳物质点燃，第二工艺烧嘴13点燃，并将环绕在第二工艺烧嘴13外周的第一工艺烧嘴12点燃。
为了减少火焰对燃烧室2内壁的冲刷，所述喷嘴台11上设置有多个用于喷射惰性气体或二氧化碳气体的气体喷嘴14，多个所述气体喷嘴14呈环形分布且设置在多个所述第一工艺烧嘴12的外周。上述中，多个所述气体喷嘴14呈圆环或者椭圆环分布。上述中，由多个所述气体喷嘴14围合而成的环形位于由多个所述第一工艺烧嘴12围合而成的环形的外周。进一步的，所述第一工艺烧嘴12和所述气体喷嘴14排布成同心环形状且所述气体喷嘴14设置在所述第一工艺烧嘴12的外周。优选地，所述第一工艺烧嘴12和所述气体喷嘴14排布成同心圆环形状。优选地，所述气体喷嘴14的喷射方向平行于所述燃烧室2的高度方向。
在第一工艺烧嘴12工作时，喷射惰性气体或二氧化碳气体由气体喷嘴14喷出，由于气体喷嘴14设置在所述第一工艺烧嘴12的外周，所以多个气体喷嘴14喷出的气体在燃烧室2内壁和第一工艺烧嘴12之间形成环形的气幕，用于阻隔第一工艺烧嘴12的火焰对燃烧室2的冲刷。
为了使燃烧室2内的火焰更加均匀、提高气体喷嘴14的保护效果，多个所述气体喷嘴14等间距间隔设置。这样的设置有利于多个气体喷嘴14喷出的气体形成环形的气幕，气幕将工艺喷嘴12产生的火焰包裹。
为了有利于平推流流场的形成，沿所述高度方向，所述燃烧室2的内腔的横截面面积相同，上述中，所述燃烧室2的横截面可以为圆形或椭圆形，这样的设置使得沿所述高度方向，所述燃烧室2的内腔的不同高度的流量相同，有利于形成平推流流场。
进一步的，所述燃烧室2具有圆柱状内腔。所述第二工艺烧嘴13与所述燃烧室2同轴线设置，同时，由多个所述第一工艺烧嘴12围成的环形和由多个所述气体喷嘴14围成的环形与所述燃烧室2同轴线设置。这样的设置有利于火焰均匀地充满燃烧室2的内腔。
为了避免燃烧室2堵渣，所述平推流气化炉包括与所述燃烧室2相互连通的和激冷室3，所述燃烧室2包括耐热材料围合成的内腔，所述燃烧室2的底端形成排渣口且连接有排渣筒，所述排渣筒的直径不小于所述燃烧室2的内径且延伸至所述激冷室3内，这样的设置有利于液态熔渣快速的从排渣筒内滴落至激冷室3，而不受燃烧室2内壁的阻挡，从而避免液态熔渣在燃烧室2内形成固态熔渣导致燃烧室2堵渣，所述激冷室3的侧壁设置有排气口和冷却喷头，冷却喷头向激冷室3内喷水，对熔渣进行冷却，所述激冷室3的底部设置有出渣口。燃烧室2内形成的煤气经过排渣筒进入激冷室3，并从排气口排出。滴落至激冷室3液态熔渣经过冷却后形成固态熔渣，并从出渣口排出。
所述平推流气化炉包括筒状的外壳4，所述燃烧室2间隔地设置在所述外壳4内，在燃烧室2和外壳4之间设有水冷壁，所述水冷壁对燃烧室2进行冷却，所述激冷室3设置在所述外壳4下方，所述外壳4的顶端设置有盖体，所述盖体同时与外壳4和燃烧室2的顶部固定连接，所述喷嘴台11设置在所述盖体上，优选地，所述喷嘴台11与所述盖体可拆卸连接。
此外，本发明还提供一种含碳原料的气化方法，所述含碳原料的气化方法使用本发明所述的平推流气化炉，所述含碳原料的气化方法包括：
含碳物质和氧化剂、气化剂的混合物由所述第一工艺烧嘴12喷入所述平推流气化炉的燃烧室2进行燃烧和气化反应。
上述中，所述含碳原料包括含碳粉体或所述含碳粉体与水混配而成的液态浆体，所述含碳粉体包括煤粉、热解半焦粉、石油焦粉、生物质粉或固废粉。
下面通过实施例说明本发明的平推流气化炉的优点。
实施例
以一台日处理量1000吨的平推流气化炉为例，气化炉外壳直径2200mm，燃烧室内径1600mm，燃烧室长度3400mm，平推流气化炉顶部布置三个第一工艺喷嘴12，一个第二工艺喷嘴13。含碳原料为煤粉，点火燃料为天然气，流量10～50Nm3/h，助燃气为空气，流量20～100Nm3/h；升温升压过程燃料气为天然气，流量500～2500Nm3/h，助燃气体为氧气，流量700～4000Nm3/h。以流量计，60％的煤粉和纯氧由三个第一工艺喷嘴12进入气化炉，40％的煤粉和纯氧由第二工艺喷嘴13进入。气化温度1300℃，气化压力4.0MPa，入炉煤粉含水率3wt％，氧煤比(质量比)0.8，不投入水蒸气，煤粉气力输送载气为氮气，输送浓度450kg/m3，输送氮气压力5.0MPa。平推流气化炉启动可以在3小时内完成。
原料煤的成分如下表1所示，原料煤的灰熔融特性如下表2所示，平推流气化炉出口合成气组成及气体工艺指标见下表3和表4所示。
表1原料煤性质
Figure BDA0002264124250000081
表2原料煤的灰熔融特性
Figure BDA0002264124250000091
表3平推流气化炉出口合成气组成(干气)
Figure BDA0002264124250000092
表4气化工艺指标
指标 数值
合成气(CO+H<sub>2</sub>)产量Nm<sup>3</sup>/h 80000
碳转化率 99％
冷煤气效率 81.5％
比氧耗Nm<sup>3</sup>O<sub>2</sub>/1000Nm<sup>3</sup>(CO+H<sub>2</sub>) 340
比煤耗kg干煤/1000Nm<sup>3</sup>(CO+H<sub>2</sub>) 550
副产蒸汽t/h 7
对比例：
相同入炉煤指标下，普通气化炉的气化工艺指标如下：
表5气化工艺指标
Figure BDA0002264124250000093
Figure BDA0002264124250000101
由此可见，相对于普通气化炉，本发明的平推流气化炉，一方面能够获得较高的合成气(CO+H2)产量，另一方面，碳转化率和冷煤气效率提高，提高了燃料的利用率，此外，比氧耗、比煤耗kg干煤降低，有利于节约燃料。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，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 (12)

1.一种平推流气化炉，其特征在于，包括喷射组件(1)和燃烧室(2)，所述喷射组件(1)包括设置在所述燃烧室(2)顶部的喷嘴台(11)和间隔设置在所述喷嘴台(11)上的多个第一工艺烧嘴(12)，各个所述第一工艺烧嘴(12)的喷射方向平行于所述燃烧室(2)的高度方向。
2.根据权利要求1所述的平推流气化炉，其特征在于，多个所述第一工艺烧嘴(12)呈环形分布。
3.根据权利要求1所述的平推流气化炉，其特征在于，相邻的两个所述工艺喷嘴(12)之间的间距为所述燃烧室的内径的0.1～0.7倍。
4.根据权利要求1所述的平推流气化炉，其特征在于，所述喷嘴台(11)上设置有第二工艺烧嘴(13)，所述第二工艺烧嘴(13)为具有点火功能的第一工艺烧嘴(12)，多个所述第一工艺烧嘴(12)环绕所述第二工艺烧嘴(13)设置。
5.根据权利要求1所述的平推流气化炉，其特征在于，所述喷嘴台(11)上设置有多个用于喷射惰性气体或二氧化碳气体的气体喷嘴(14)，多个所述气体喷嘴(14)呈环形分布且设置在多个所述第一工艺烧嘴(12)的外周。
6.根据权利要求5所述的平推流气化炉，其特征在于，多个所述气体喷嘴(14)等间距间隔设置。
7.根据权利要求1所述的平推流气化炉，其特征在于，沿所述高度方向，所述燃烧室(2)的内腔的横截面面积相同。
8.根据权利要求7所述的平推流气化炉，其特征在于，所述燃烧室(2)具有圆柱状内腔。
9.根据权利要求1所述的平推流气化炉，其特征在于，所述平推流气化炉包括与所述燃烧室(2)相互连通的和激冷室(3)，所述燃烧室(2)的底端形成排渣口(21)且连接有排渣筒(22)，所述排渣筒(22)的直径不小于所述燃烧室的内径且延伸至所述激冷室(3)内，所述激冷室(3)的侧壁设置有排气口(31)，所述激冷室(3)的底部设置有出渣口(32)。
10.根据权利要求9所述的平推流气化炉，其特征在于，所述平推流气化炉包括筒状的外壳(4)，所述燃烧室(2)间隔地设置在所述外壳(4)内，所述激冷室(3)设置在所述外壳(4)下方，所述外壳(4)的顶端设置有盖体(41)，所述喷嘴台(11)设置在所述盖体(41)上。
11.一种含碳原料的气化方法，其特征在于，所述含碳原料的气化方法使用权利要求1-10中任意一项所述的平推流气化炉，所述含碳原料的气化方法包括：
含碳物质和氧化剂、气化剂的混合物由所述第一工艺烧嘴(12)喷入所述平推流气化炉的燃烧室(2)进行燃烧和气化反应。
12.根据权利要求11所述的含碳原料的气化方法，其特征在于，所述含碳原料包括含碳粉体或所述含碳粉体与水混配而成的液态浆体，所述含碳粉体包括煤粉、热解半焦粉、石油焦粉、生物质粉或固废粉。
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