CN113025386A - 干湿物料混合进料的喷嘴和包含其的气化炉及气化方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种喷嘴，由外向内包括同轴设置的水夹套、干煤粉通道、环隙氧通道、水煤浆通道和中心氧通道；其中，所述干煤粉通道、所述环隙氧通道、所述水煤浆通道和所述中心氧通道的端口到喷嘴出口的距离依次增加。本发明还提供了包括该喷嘴的气化炉，以及利用该气化炉实施的气化方法。

Description

干湿物料混合进料的喷嘴和包含其的气化炉及气化方法

技术领域

本发明属于煤气化炉燃烧技术领域，涉及一种干湿物料混合进料的喷嘴和包含其的气化炉及气化方法，尤其涉及一种大型化干湿物料混合多点进料的可燃物气化和热量回收装置及其系统方法。

背景技术

煤气化是采用空气、富氧空气、水蒸气和氧气等作为气化剂，煤基燃料在一定的压力与温度下与气化剂发生不完全燃烧反应(气化反应)，生成氢气和一氧化碳为主的粗煤气。

目前国内已经成功实现工业化的煤气化工艺有数十种之多。就实际应用来看，应用最广泛的应属气流床气化工艺，该工艺将磨煤加工后的煤粒以煤浆或煤粉的型式与气化剂一起喷入气化炉，在燃料气化过程中产生的煤气夹带熔渣并流在冷却室内经分离后出气化炉。根据进入气化炉的煤粒形态，煤气化工艺分为水煤浆气化工艺和粉煤气化工艺。其中，水煤浆气化工艺相比于粉煤气化工艺，具有气化炉结构简单、对原料适应性强、气化生产气纯度高、碳转化率高等优点。因此，水煤浆气化工艺越来越受到生产商的青睐。

水煤浆气化工艺的代表有Texaco煤气化，华理四喷嘴煤气化等。由于Texaco煤气化的气化烧嘴寿命较短，一般使用2个月后需停车进行检查、维修或更换喷嘴，此外，Texaco煤气化受气化炉耐火衬里的限制，只能使用气化低灰熔点的煤。华理四喷嘴煤气化工艺受限于工艺烧嘴的结构限制，烧嘴经常出现损毁的现象，造成烧嘴偏喷，加速耐火砖磨蚀。

此外，煤气化回收高温煤气显热工艺包括：激冷流程和废锅流程。其中激冷工艺最为常用，可以将气化室出来的高温煤气从1300摄氏度左右激冷到300摄氏度以下，设备结构简单，投资省，但是能量回收效率低。辐射废锅可以将高温煤气从1300摄氏度冷却至700摄氏度左右，然而现有的辐射废锅装置存在换热面积和换热效率低，出现堵渣等问题，因此需要进一步改进。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种干湿物料混合进料的喷嘴和包含其的气化炉及气化方法。

本发明通过如下技术方案实现了上述目的：

一种喷嘴，由外向内包括同轴设置的水夹套、干煤粉通道、环隙氧通道、水煤浆通道和中心氧通道；其中，所述干煤粉通道、所述环隙氧通道、所述水煤浆通道和所述中心氧通道的端口到喷嘴出口的距离依次增加。

可选地，所述喷嘴的出口设有导流旋流片。

一种气化炉，包括多个喷嘴、气化室、冷却室和渣池，所述喷嘴为上述的喷嘴。

可选地，，所述喷嘴设置在所述气化室的顶盖且与顶盖垂直。

可选地，，所述喷嘴的分布圆圆心在所述气化室的轴线上，且所述喷嘴的分布圆直径和所述气化室直径的比为黄金比；其中，所述喷嘴与所述喷嘴分布圆的切线夹角为2-5°。

可选地，，所述冷却室设有辐射废锅，所述辐射废锅包括分布环、换热单元和收集环，其中，所述换热单元由换热板构成。

可选地，，所述辐射废锅为单筒体辐射废锅，所述换热单元由长换热板和短换热板相间构成，突出的长换热板形成水冷屏。

可选地，，所述辐射废锅为双筒体辐射废锅，包括内辐射废锅和外辐射废锅；所述内辐射废锅的直径小于所述外辐射废锅的直径，二者之间形成折流通道；其中内辐射废锅的换热单元由长换热板和短换热板相间构成，突出的长换热板形成水冷屏。

一种气化方法，采用上述的气化炉，包括：

(1)通过喷嘴将干煤粉、水煤浆、氧气喷入气化炉，在气化室发生气化反应；

(2)所述气化反应生成的高温粗煤气和熔渣进入冷却室和渣池；

(3)经冷却后的粗煤气离开冷却室进入下一工序；

其中，所述气化炉内的压力为3.0～7.0MPa，所述气化室内的燃烧温度为1500℃～1750℃。

可选地，，所述水煤浆的浓度为60％wt～65％wt；所述干煤粉中90％颗粒粒径≤150μm，优选为85％颗粒粒径≤74μm。

本发明的技术方案具有如下的有益效果：

(1)本发明的喷嘴是一种全新型多通道结构型式的喷嘴，可以同时以定量配比的方式喷入煤粉和水煤浆；水煤浆通过喷嘴雾化，同时惰性气送入煤粉，两者使煤粒均匀的分散在气化剂上；

(2)本发明的气化炉结合水煤浆气化和粉煤气化工艺的优点，具有煤种适应性广的优势，无烟煤、烟煤、褐煤均可气化；

(3)本发明通过将所述干煤粉通道、所述环隙氧通道、所述水煤浆通道和所述中心氧通道的端口到喷嘴出口的距离设置为依次增加，既可以避免局部过氧导致的局部超温工况，又可以避免局部欠氧导致的碳损失，保证了水煤浆与氧气充分混合，气化效果达到最优；

(4)本发明的气化炉中，在煤气化负荷较小时，设置一个多通道喷嘴，位于气化炉顶部中间，所述喷嘴方向与气化室的轴线重合，喷入的气化物料与点火喷嘴喷入的高温气流和脉冲火花充分混合，优化燃烧。

在煤气化负荷较大时(投煤量超过1500吨/天)，设置多个多通道喷嘴通过将所述喷嘴的分布圆圆心与所述气化室的轴线重合，且所述喷嘴的分布圆直径和所述气化室直径的比为黄金比，不仅极大的提高了生产负荷和气化强度，也可以避免喷嘴各自产生的高温区的互相干扰，延长喷嘴的使用寿命，提高生产能力；

(5)本发明在有多个喷嘴工况下，通过将所述喷嘴与所述喷嘴分布圆的切线夹角控制为2-5°，可以使粗煤气产生切向速度矢量，从而在气化室内产生旋转气流，促进熔渣挂渣；

(6)本发明的气化炉中，通过将废热锅中的换热管替换为换热板(优选为鼓泡板)，可以节省材料降低成本，提高热回收效率；

(7)本发明的气化炉中，通过采用由短换热板和长换热板相间设置辐射废锅，使凸出的长换热板形成水冷屏，可以在避免结渣的情况下充分利用辐射废锅的空间，强化传热。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。

图1为本发明烧嘴的结构示意图；

图2为本发明一个实施例的气化炉结构示意图；

图3为本发明又一个实施例的气化炉结构示意图；

图4为本发明的多喷嘴在气化炉顶部的分布示意图；

图5为本发明气化炉中单筒体辐射废锅的纵剖面结构示意图；

图6为本发明气化炉中单筒体辐射废锅的横截面结构示意图；

图7为本发明气化炉中双筒体辐射废锅的纵剖面结构示意图；

图8为本发明气化炉中双筒体辐射废锅的横截面结构示意图；

图9为本发明的单喷嘴在气化炉顶部的分布示意图。

附图标记：

10为喷嘴、11为水夹套、12为干煤粉通道、13为环隙氧通道、14为水煤浆通道、15为中心氧通道、100为气化炉、20为气化室、30为冷却室、40为辐射废锅、50为渣池、101为开工喷嘴、21为水冷壁、22为高压水进口、23为高压水出口、31为锅炉水进口、34为激冷水入口、32为锅炉水出口、405为粗煤气出口、401,411,421为分布环、402,4021,4022为换热板、4023为压力外壁、403,412,422为收集环、404为碳化硅层、4011为分布环开口。

具体实施方式

为了充分了解本发明的目的、特征及功效，通过下述具体实施方式，对本发明作详细说明。本发明的工艺方法除下述内容外，其余均采用本领域的常规方法或装置。下述名词术语除非另有说明，否则均具有本领域技术人员通常理解的含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明为气流床气化工艺，发明人兼合水煤浆气化和粉煤气化的优点，提出一种新的干湿物料混合多点进料的气化工艺。该工艺能同时处理水煤浆和煤粉进料，两种进料以特定比例分多点喷入气化炉内，经气化反应后得到高品质的合成气。该工艺可以处理多种煤种，具有热效率高，碳转化效率高，运行周期长，投资低等优点。

具体的，如图1所示，本发明提供的一种喷嘴10由外向内包括同轴设计的水夹套11、干煤粉通道12、环隙氧通道13、水煤浆通道14和中心氧通道15；其中，所述干煤粉通道12、所述环隙氧通道13、所述水煤浆通道14和所述中心氧通道15的端口到喷嘴出口的距离依次增加。

本发明的喷嘴10是一种全新型多通道结构型式的喷嘴，可以同时以定量配比的方式喷入煤粉和水煤浆。水煤浆通过喷嘴雾化，同时惰性气送入煤粉，两者使煤粒均匀的分散在气化剂上。

其中，水夹套11用于保护喷嘴在高温工况下使用，尤其是对喷嘴10出口进行保护降温。干煤粉通道12用于输送干煤粉，其中，干煤粉由氮气或二氧化碳作为载气非连续相密相输送，为了防止回火，气速不得低于100m/s。由于采用惰性气体输送，应尽量提高粉煤输送的固气比，以降低煤气产品中的惰性气含量。环隙氧通道13为主氧通道，占总氧量的80-85％，出环隙流速在120～200m/s。高流速有利于提高氧气流的动能，使水煤浆雾化并充分分散干煤粉。水煤浆通道14与泵相连，水煤浆用泵作为动力送入气化炉100内，并添加分散剂、稳定剂和助剂，以降低水煤浆的黏度，保障煤粉在浆液中的均匀分散和流动性。中心氧通道15流速低于环隙氧，仅占总氧量15～20％，流速在80-120m/s。

优选的，本发明喷嘴10中水煤浆和煤粉的进料比为1.5～1.8，其通过水煤浆和煤粉的定量体积比例经验式计算获得，具体如下：

式中，F为进料流量，单位m³/h；V为气速，单位m/s；P为进料被压差，单位MPa，k为校正系数，无量纲。

其中，通过将所述干煤粉通道12、所述环隙氧通道13、所述水煤浆通道14和所述中心氧通道15的端口到喷嘴10出口的距离设置为依次增加，可以使从环道喷出的水煤浆首先在预混合腔内与中心氧预混合，然后再与环隙氧在出喷嘴处混合。这样，既可以避免局部过氧导致的局部超温工况，又避免了局部欠氧导致的碳损失，保证了水煤浆与氧气充分混合，气化效果达到最优。

优选的，所述喷嘴10的出口设有导流旋流片(图未示)。使高速并流进入喷嘴出口的介质，在喷嘴的出口形成螺旋状分散后进入高温炉体内，有利于炉体内介质均匀分布。

进一步优选的，喷嘴10的外壁即水夹套11外壁涂覆有一层碳化硅涂层，涂层厚度为10～16mm(优选13mm)，对喷嘴10进行保护。

优选的，如图1所示，所述烧嘴10还包括用于冷却水进口(未编码)、冷却水出口(未编码)、干煤粉进口(未编码)、环隙氧进口(未编码)、水煤浆进口(未编码)和氧进口(未编码)等结构。上述结构的位置可根据实际工况进行确定，本发明在此不做具体限定。

另一方面，如图2和图3所示，本发明还提供了一种新型顶置多喷嘴气化炉100，包括多个上述喷嘴10、气化室20、冷却室30和渣池50。

又一方面，本发明提供了一种使用上述气化炉的气化方法，包括：(1)通过喷嘴将干煤粉、水煤浆、氧气喷入气化炉，在气化室发生气化反应；(2)所述气化反应生成的高温粗煤气和熔渣进入冷却室和渣池；(3)经冷却后的粗煤气离开冷却室进入下一工序。

其中，水煤浆的浓度为60％wt～65％wt，干煤粉要求90％颗粒粒径≤150μm。优选的，水煤浆的浓度为65％左右，干煤粉要求85％颗粒粒径≤74μm。

煤粉喷入高温炉内，瞬间经历煤粉的干燥、热解、气化等过程，生成以高品质粗煤气。整个反应过程温度高、速度快，煤粉停留时间短，膨胀、软化、燃尽、熔渣迅速。煤渣以液态型式排出。整个气化过程发生以下化学反应：

C+O₂→CO₂

如图2、图3、图4和图7所示，本发明的气化炉可选的包括但不限于点火及、壳体(未编码)、水冷壁21、排渣口(图未示)、高压水进口22、高压水出口23、锅炉水进口31或激冷水入口34、锅炉水出口32、粗煤气出口405等结构，上述结构的位置及其连接关系为本领域常规设置，本发明在此不做具体限定。

优选的，所述喷嘴10设置在所述气化室20的顶盖且与顶盖垂直。具体的，喷嘴10插入顶盖并与顶盖弧线垂直。该布置方式有利于喷嘴气体摩擦形成撞击区，降低传质速率，强化雾化传质效果，提高了停留时间和气化效率。碳转化率高达99％。

在煤气化负荷较小时(投煤量低于1500吨/天)，优选的如图9所示，设置一个多通道喷嘴，位于气化炉顶部中间，所述喷嘴方向与气化室的轴线重合，喷入的气化物料与点火喷嘴喷入的高温气流和脉冲火花充分混合，优化燃烧。

在煤气化负荷较大时(投煤量高于1500吨/天)，优选的，如图4所示，所述喷嘴10的数量为4个，呈顶部90°对置式分布，优选的，气化炉100顶盖中心设有点火及开工喷嘴101。所述喷嘴10的分布圆圆心与所述气化室20的轴线重合，且所述喷嘴10的分布圆直径和所述气化室20直径的比为黄金比。采用该布置方式，不仅极大的提高了生产负荷和气化强度，也可以避免喷嘴各自产生的高温区的互相干扰，延长喷嘴0的使用寿命，提高生产能力。

进一步优选的，所述喷嘴10与所述喷嘴分布圆的切线夹角为2-5°。该角度根据具体煤种和生产负荷进行优化。夹角使粗煤气产生切向速度矢量，从而在气化室20内产生旋转气流，促进熔渣挂渣。

本发明的气化炉100为适用于水煤浆和煤粉气化的水冷壁式气化炉，其操作压力弹性较大，根据后续工艺的不同可以在3.0～7.0MPa之间优选，气化炉100燃烧温度在1500～1750℃，优选为1650℃左右。燃烧后的气体进入冷却室30降温，降温方式可通过热回收和水激冷两种方式实现。配置方式根据后续生产需要确定：采用辐射废锅40有助于提高蒸汽产量，降低水耗，节能效果佳；采用水激冷投资低，有利于后续的变换流程，不需要补充蒸汽。

优选的，所述冷却室30与所述气化室20同轴心设置，其中，所述冷却室30设有辐射废锅40或水急冷装置(图未示)。激冷后的粗煤气粗效分离出熔渣后出气化炉100，煤气进入下游热回收和净化设备。

其中，如图5至图8所示，所述辐射废锅40包括分布环(401,411,421)、换热单元(未编码)和收集环(403,412,422)，其中，所述换热单元由换热板402构成。通过设计分布环(401,411,421)和收集环(403,412,422)可以实现锅炉上水及蒸汽的回收。

将换热管换成换热片克服了换热管换热面积小，传热系数低及易堵渣等技术障碍。具体如下：

1、堵渣：传统换热管向热面表面易挂渣，形成的壁面热阻影响水冷壁和粗煤气的对流和热辐射换热效率。而采用鼓泡式换热板的冷却水通道，仅向热面部分受影响，换热板表面垂直于气体流向，故仍可高效的参与对流和热辐射换热。

2、结垢：换热管式的冷却介质容易在换热管内形成沉积物，恶化传热，造成结垢。而鼓泡式换热板的冷却水通道可使冷却水的流动方向不断的变化而引起湍流，在强化传热的同时减少污垢沉积。

3、传热系数：换热管式的换热介质垂直交叉流动，而且多为层流，而换热板逆向流动，且为湍流，故换热板的传热系数可为管壳式的2～4倍。

4、换热面积：一方面换热板的传热系数高，另外一方面换热板的换热端差可低至1℃，而管壳式端差在5℃左右，故同等换热要求下，换热板的换热面积小。需要的冷却水量也小。

5、安装：换热板体积小，重量轻，不需设检修起吊设施，占地小，而管壳式换热重量体积大并需设置检修起吊设置，占地也大。

其中，换热锅炉还包括压力外壁4023。

压力外壁4023，换热板被夹紧在一个在面带有连接管的固定板和活动压紧板的框架中。

4023为水冷壁结构，该结构一方面保护促合成器对内壁的冲刷磨蚀，另一方面有效保护可以材料防止超温。在外壁上设有锅炉水进口和锅炉水出口。而各分布环和收集环就分别焊接在进口和出口总管，实现锅炉水上水及征集回收。

在一些优选的实施例中，将多片换热板402以模块化型式成组拼装，由此降低安装难度。

其中，分布环(401,411,421)用于将冷却介质(如锅炉水)通过分布环开口4011分布至各换热板402，分布环焊接在锅炉水(冷却介质)进水总管上，各换热板有管道连接至分布环上。

优选的，根据气化炉100的大小，所述分布环(401,411,421)可以采用整体或分段式结构。

其中，收集环(403,412,422)用于收集换热后生成的气液两相形态的冷却介质，收集环(403,412,422)被环焊接在锅炉水(冷却介质)出水总管上，各换热板402有管道连接至收集环上。

其中，所述换热板402的宽度优选为180mm，300mm，600mm等，优选的换热板402的排列可以采用多种规格板拼装。

优选的，所述换热板402为鼓泡板，单位体积的换热面积可达250～1000m²/m³，远高于列管换热的40～150m²/m³。因此在相同换热量的情况下，所需的换热板402面积比换热管面积要小，可显著节省材料，降低成本。

换热板402内的冷却介质(如：锅炉水)在鼓泡通道中流动的流体受到强烈扰动，可在低速下达到湍流状态。所以与列管相比，冷却介质的对流传热系数较高。且由于板间流体的剧烈湍动，杂质不易沉积，板片内侧的污垢系数比换热管内侧的污垢系数要小。因此，如在同样的换热需求下，采用换热板402可以节省材料降低成本。同时，如在同样的空间内使用换热板402，热回收效率会显著提高。

其中，如图5至图8所示，所述辐射废锅40在使用方式上可以分为单筒体辐射废锅和双筒体辐射废锅两种型式。

具体的，如图5和图6所示，所述单筒体辐射废锅的所述换热单元由长换热板4022和短换热板4021相间构成，突出的长换热板4022形成水冷屏。在避免结渣的情况下可以充分利用辐射废锅的空间，强化传热。其中，长短换热板间隔布置，根据结渣计算情况设置长换热板4022之间的短换热板4021数量。

采用单筒体辐射废锅时，气化炉壳体内侧设置有耐火砖(图未示)，耐火砖内侧设置换热板废锅，换热板表面用碳化硅404涂覆。在生产过程中，一方面，出气化室的粗煤气携带熔渣进入冷却室，经过上述结构的单筒体辐射废锅回收热量后，实现粗效分离，冷却熔渣进入渣池50，粗煤气送出气化炉100。另一方面，单筒体辐射废锅采用锅炉水作为冷却介质，由底部进入分布环401，通过分布环开口4011分布至各换热板402。锅炉水在换热板402内部经过充分换热后，以气液两相的形态进入收集环403，然后从锅炉水出口流出，去下游汽包发生蒸汽。其中锅炉水以密度差作为推动力实现自然循环。

如图7和图8所示，所述辐射废锅为双筒体辐射废锅，包括：内辐射废锅(未编码)和外辐射废锅(未编码)；所述内辐射废锅的直径小于所述外辐射废锅的直径，二者之间形成折流通道；其中内辐射废锅的换热单元由长换热板4022和短换热板4021相间构成，突出的长换热板4022形成水冷屏。优选的，换热板表面用碳化硅404涂覆。

优选的，所述双筒体辐射废锅包括两套分布环和收集环系统，即：内辐射废锅中设有内分布环411和内收集环412，外辐射废锅中设有外分布环421和外收集环422。借此可以适应内外辐射废锅换热强度差别大的环境，提高热交换率。

在生产过程中，一方面，出气化室20的粗煤气携带熔渣进入内辐射废锅，经过上述结构的内辐射废锅回收热量后，实现粗效分离，冷却熔渣进入渣池50，粗煤气进入折流通道经进一步换热后，送出气化炉。另一方面，双筒体辐射废锅采用锅炉水作为冷却介质，由底部锅炉水入口分别进入内分布环411和外分布环421，通过分布环开口4011分布至各换热板402。锅炉水在换热板402内部经过充分换热后，以气液两相的形态进入内收集环412和外收集环422，然后从锅炉水出口流出，去下游汽包发生蒸汽。

由于进入折流通道粗煤气温度低于灰熔点且夹带煤渣，优选的外辐射废锅不设置水冷屏。

本发明提供的气化炉100可同时处理水煤浆和煤粉，发明人根据混合进料的特点，优化设计了进料配比和多点进料方式，并优选的提出了热回收方式，满足了气化炉高压高温氧化的操作氛围，实现原料和气化剂稳定调节，保障气化装置长周期高强度高温稳定运行。

下面以实施例的方式分别对水激冷和辐射废锅流程进行说明。其中，采用煤样数据如下。

表1煤的工业数据

表2煤的元素分析

实施例1

本实施例为单喷嘴进料水激冷冷却流程。

1)煤气化操作数据

表3煤气化操作数据

序号	参数	数值
			1	气化压力(MPag)	6.3
2	煤(t/天)	500
			3	氧量(Nm<sup>3</sup>/h)/99.6v％	1500
4	粗煤气温度(℃)	340
			5	粗煤气中H<sub>2</sub>+CO(Nm<sup>3</sup>/h)	35800
6	粗煤气中H<sub>2</sub>+CO含量(v％干基)	83.46
			7	粗煤气中CH<sub>4</sub>含量(v％干基)	0.14
8	排渣量(t/h)	4.3

2)流程描述

原料经预处理后，以水煤浆和干煤粉两种形式进料。进料通过本发明的喷嘴10，将两种进料以特定比例喷入气化炉100内。喷嘴10布置于气化炉100的顶部中间，中心为点火通道101，与顶盖弧线垂直。

喷嘴10内水煤浆从环道喷出，首先在预混合腔内与中心氧预混合，进而和环隙氧在出喷嘴处混合。水煤浆和氧气与高速煤粉并流进入喷嘴出口，出口处设置有导流旋向槽，高速介质通过槽口形成螺旋状分散后，进入高温炉体内。

在高温炉内，瞬间经历煤粉的干燥、热解、气化等过程，生成以高品质粗煤气。整个反应过程温度高、速度快，煤粉停留时间短，膨胀、软化、燃尽、熔渣迅速。煤渣以液态型式排出。一般炉内气化操作温度在1650℃左右。

气化炉100压力容器采用双承压结构，外部承压壳体设计压力7.50MPaG，壳体内部采用水冷壁构造，水冷壁也采用全压设计，承压外壳按冷壁设计。水冷壁内通过多点送入热水，底进顶出，强制循环。正常操作时，气化炉内反应热传递给水冷壁内热水产蒸汽，后汽水混合物送至汽包，分离出的蒸汽送至全厂管网。

气化后的粗煤气出气化室温度约1500℃，进入冷却室30。冷却室30与气化室20同轴同径。冷却室30上部设置有激冷水喷头，通过注入激冷水，使粗煤气激冷降温至操作压力下对应的饱和温度280℃，并从冷却室30中部引出去后工段处理。未蒸发的激冷水流入冷却室底部渣池50，使熔渣遇冷固化进入水浴。熔渣经气化室20底部出渣口进入冷却室30，固化后经破碎进入排渣系统。

实施例2

本实施例为多喷嘴进料水激冷冷却流程。

1)煤气化操作数据

表3煤气化操作数据

序号	参数	数值
			1	气化压力(MPaG)	6.3
2	煤(t/天)	1992
			3	氧量(Nm<sup>3</sup>/h)/99.6v％	58165
4	粗煤气温度(℃)	280
			5	粗煤气中H<sub>2</sub>+CO(Nm<sup>3</sup>/h)	142777
6	粗煤气中H<sub>2</sub>+CO含量(v％干基)	83.48
			7	粗煤气中CH<sub>4</sub>含量(v％干基)	0.14
8	排渣量(t/h)	17.1

2)流程描述

原料经预处理后，以水煤浆和干煤粉两种形式进料。进料通过本发明的喷嘴10，将两种进料以特定比例喷入气化炉100内。多个喷嘴10布置于气化炉100的顶部，呈90°布置型式，中心为点火通道101，喷嘴分布圆直径和炉体直径呈黄金比例分割。喷嘴10插入和顶盖弧线垂直，并与喷嘴分布圆切线呈2～5°夹角。

喷嘴10内水煤浆从环道喷出，首先在预混合腔内与中心氧预混合，进而和环隙氧在出喷嘴处混合。水煤浆和氧气与高速煤粉并流进入喷嘴出口，出口处设置有导流旋向槽，高速介质通过槽口形成螺旋状分散后，进入高温炉体内。

在高温炉内，瞬间经历煤粉的干燥、热解、气化等过程，生成以高品质粗煤气。整个反应过程温度高、速度快，煤粉停留时间短，膨胀、软化、燃尽、熔渣迅速。煤渣以液态型式排出。一般炉内气化操作温度在1650℃左右。

气化炉100压力容器采用双承压结构，外部承压壳体设计压力7.50MPaG，壳体内部采用水冷壁构造，水冷壁也采用全压设计，承压外壳按冷壁设计。水冷壁内通过多点送入热水，底进顶出，强制循环。正常操作时，气化炉内反应热传递给水冷壁内热水产蒸汽，后汽水混合物送至汽包，分离出的蒸汽送至全厂管网。

气化后的粗煤气出气化室温度约1500℃，进入冷却室30。冷却室30与气化室20同轴同径。冷却室30上部设置有激冷水喷头，通过注入激冷水，使粗煤气激冷降温至操作压力下对应的饱和温度280℃，并从冷却室30中部引出去后工段处理。未蒸发的激冷水流入冷却室底部渣池50，使熔渣遇冷固化进入水浴。熔渣经气化室20底部出渣口进入冷却室30，固化后经破碎进入排渣系统。

实施例3

本实施例为单筒体辐射废锅冷却流程。

2)煤气化操作数据

表3煤气化操作数据

序号	参数	数值
			1	气化压力(MPag)	6.3
2	煤(t/天)	1992
			3	氧量(Nm<sup>3</sup>/h)/99.6v％	58165
4	粗煤气温度(℃)	340
			5	粗煤气中H<sub>2</sub>+CO(Nm<sup>3</sup>/h)	142869
6	粗煤气中H<sub>2</sub>+CO含量(v％干基)	83.46
			7	粗煤气中CH<sub>4</sub>含量(v％干基)	0.14
8	排渣量(t/h)	17.1

2)流程描述

该流程气化室结构与实施例1中的相同。

冷却方式采用单筒体辐射废锅。粗煤气出气化室20后进入冷却室30，冷却室30内壁设置有辐射废锅换热板402。高温粗煤气在冷却室30内和换热板402内的锅炉水换热回收热量产生蒸汽后，温度降至800℃左右，经急冷至250℃出冷却室30进入下游工序。

实施例4

本实施例为双筒体辐射废锅冷却流程。

3)煤气化操作数据

表3煤气化操作数据

序号	参数	数值
			1	气化压力(MPag)	6.3
2	煤(t/天)	1992
			3	氧量(Nm<sup>3</sup>/h)/99.6v％	58165
4	粗煤气温度(℃)	340
			5	粗煤气中H<sub>2</sub>+CO(Nm<sup>3</sup>/h)	142869
6	粗煤气中H<sub>2</sub>+CO含量(v％干基)	83.46
			7	粗煤气中CH<sub>4</sub>含量(v％干基)	0.14
8	排渣量(t/h)	17.1

2)流程描述

该流程气化室结构与实施例1中的相同。

冷却方式采用双筒体辐射废锅。废锅结构可见图7和图8。粗煤气出气化室20后进入冷却室30，冷却室30内壁设置有双筒体辐射废锅，辐射废锅内有换热板402(分为内层和外层，内层换热单元由长换热板和短换热板相间构成，外层换热单元由长度相等的换热板构成)。高温粗煤气在冷却室30内和换热板402内的锅炉水换热回收热量产生蒸汽后，温度降至700℃左右，经急冷至250℃出冷却室30进入下游工序。

本发明在上文中已以优选实施例公开，但是本领域的技术人员应理解的是，这些实施例仅用于描绘本发明，而不应理解为限制本发明的范围。应注意的是，凡是与这些实施例等效的变化与置换，均应设为涵盖于本发明的权利要求范围内。因此，本发明的保护范围应当以权利要求书中所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种喷嘴，其特征在于，由外向内包括同轴设置的水夹套、干煤粉通道、环隙氧通道、水煤浆通道和中心氧通道；其中，所述干煤粉通道、所述环隙氧通道、所述水煤浆通道和所述中心氧通道的端口到喷嘴出口的距离依次增加。

2.根据权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，所述喷嘴的出口设有导流旋流片。

3.一种气化炉，包括多个喷嘴、气化室、冷却室和渣池，其特征在于，所述喷嘴为权利要求1或2所述的喷嘴。

4.根据权利要求3所述的气化炉，其特征在于，所述喷嘴设置在所述气化室的顶盖且与顶盖垂直。

5.根据权利要求4所述的气化炉，其特征在于，所述喷嘴的分布圆圆心在所述气化室的轴线上，且所述喷嘴的分布圆直径和所述气化室直径的比为黄金比；其中，所述喷嘴与所述喷嘴分布圆的切线夹角为2-5°。

6.根据权利要求3所述的气化炉，其特征在于，所述冷却室设有辐射废锅，所述辐射废锅包括分布环、换热单元和收集环，其中，所述换热单元由换热板构成。

7.根据权利要求6所述的气化炉，其特征在于，所述辐射废锅为单筒体辐射废锅，所述换热单元由长换热板和短换热板相间构成，突出的长换热板形成水冷屏。

8.根据权利要求6所述的气化炉，其特征在于，所述辐射废锅为双筒体辐射废锅，包括内辐射废锅和外辐射废锅；所述内辐射废锅的直径小于所述外辐射废锅的直径，二者之间形成折流通道；其中内辐射废锅的换热单元由长换热板和短换热板相间构成，突出的长换热板形成水冷屏。

9.一种气化方法，其特征在于，采用权利要求3-8任一项所述的气化炉，包括：

(1)通过喷嘴将干煤粉、水煤浆、氧气喷入气化炉，在气化室发生气化反应；

(2)所述气化反应生成的高温粗煤气和熔渣进入冷却室和渣池；

(3)经冷却后的粗煤气离开冷却室进入下一工序；

其中，所述气化炉内的压力为3.0～7.0MPa，所述气化室内的燃烧温度为1500℃～1750℃。

10.根据权利要求9所述的气化方法，其特征在于，所述水煤浆的浓度为60％wt～65％wt；所述干煤粉中90％颗粒粒径≤150μm，优选为85％颗粒粒径≤74μm。

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