CN1279311C - 多喷嘴喷动流化床气化炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于处理大规模煤、生物质和城市生活垃圾的多喷嘴喷动流化床气化炉，由气化炉本体、喷管和布风板组成，在气化炉本体内设有密相区、过渡区和稀相区，喷管自气化炉本体的外部延伸进入气化炉本体的密相区，喷管上设有喷嘴，喷嘴的设置数量不小于2个，在布风板上且位于喷嘴周围设有风帽。本发明的多个喷嘴的设置，在炉内形成多个喷动流化床小模块，该类型的气化炉较传统喷动流化床气化炉如U-gas炉和KRW炉更易大型化；燃料适应性好，特别是其它类型气化炉不易处理和粘结性煤，低热值的劣质煤，高水分、低热值的生物质以及成分变化很大的城市生活垃圾。

Description

多喷嘴喷动流化床气化炉

                          技术领域

本发明涉及一种用于处理大规模煤、生物质和城市生活垃圾的气化炉，尤其涉及一种多喷嘴喷动流化床气化炉。

                          背景技术

气化是高效、洁净将一次能源如煤、生物质等转化成二次能源如煤气的主要途径。煤气不仅可以通过燃气—蒸汽联合循环发电，而且可以用于制造高价值化工产品，如合成氨，甲醇等的原料气，实现联合生产电力、清洁燃料和高附加值化工产品的多联产能源系统。因此，气化不仅解决了直接燃烧过程中污染问题，而且能形成高价值的产品，在我国能源战略中占有非常重要的地位。当前国内外气化技术向大型化发展，大型化可提高单炉设备的生产能力，以满足大型联合循环电站发电以及大规模多联产能源系统的需求。目前，加压移动床气化炉(鲁奇炉)和加压气流床气化炉(Texaco炉和Shell炉)单炉日处理煤达到干吨以上，其中Texaco炉最大的一套日处理能力达到2400吨。流化床气化炉有较高的气固传热速率与传质速率，固体在床内的混合接近于理想状态，因而可获得均匀的固体组成和温度分布，因此流化床气化炉具有燃料适应性广，特别适合处理劣质煤、生物质和城市生活垃圾。但流化床气化炉如高温温克勒炉(HTW)，U-gas炉和KRW炉都存在大型化问题，最大日处理能力只有800吨，特别是后两种炉型在放大到工业装置时均不成功，主要的原因是因为这些炉型的主要特征在于存在一股中心射流，大型化后，由于床截面增大后，射流影响区域减小，这会导致床内四周形成大面积的流化不良和死区，在气化炉运行过程中会造成炉内结焦等故障，直接影响了大型气化炉运行的稳定性。

                          技术内容

本发明提供一种能够提高床层颗粒之间的横向混合性能并适合于工业使用的大型化多喷嘴喷动流化床气化炉，本发明可以混合使用不同性质和粒径的燃料。

本发明采用如下技术方案：

一种用于处理大规模煤、生物质和城市生活垃圾的多喷嘴喷动流化床气化炉，由气化炉本体、喷管和布风板组成，在气化炉本体内设有密相区、过渡区和稀相区，喷管自气化炉本体的外部延伸进入气化炉本体的密相区，喷管上设有喷嘴，喷嘴的设置数量不小于2个，在布风板上且位于喷嘴周围设有风帽。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

多喷嘴喷动流化床气化炉在传统单喷嘴喷动流化床气化炉基础上，在大面积床面上布置多个喷嘴，以形成多股射流。由于高速射流具有较大的能量，在流化床浓相区内形成形成几个大的扰动源，有利于改善流化床固有的横向混合差的缺点，同时在气化过程中，高速射流在流化床浓相床中央建立一局部高温区，中心温度达到1200℃左右，炉壁温度1000℃～1100℃，不仅气化炉平均温度高，利于气化反应的进行，而且生成灰熔聚颗粒物，容易与半焦分离，从而使排灰碳含量降低。在喷嘴之间布置风帽，引入流化风，可以消除喷嘴周边环形区的死区，这样，喷嘴及其周边区域构成了一个小型传统喷动流化床单元，在这个单元内，喷动区处于稀相气力输送状态，环形区颗粒处于流化床状态。由于中心喷动区氧气浓度高，主要发生燃烧放热反应，产生的CO₂浓度高；而周边环形区氧气浓度低，主要发生气化吸热反应，CO和H₂浓度高。由于浓度差，两区之间存在气体交换，可以使两区组分的浓度差减小。此外，喷动区通过燃烧反应释放的热量，通过颗粒内循环和中心区高温气体扩散传递至环形区，以提供环形区气化吸热反应所需的能量，从而使反应连续进行。由此可见，多个小型传统喷动流化床单元组成了大型的多喷嘴喷动流化床气化炉，使喷动流化床气化炉在放大尺寸方面不存在任何限制，因此多喷嘴喷动流化床气化炉既保留了传统喷动流化床气化炉的技术特点，且克服了传统喷动流化床气化炉难以大型化的不足并适合于工业化应用。

本发明的多个喷嘴的设置，在炉内形成多个喷动流化床小模块，该类型的气化炉较传统喷动流化床气化炉如U-gas炉和KRW炉更易大型化；

燃料适应性好，特别是其它类型气化炉不易处理和粘结性煤，低热值的劣质煤，高水分、低热值的生物质以及成分变化很大的城市生活垃圾；

由于气化炉内颗粒内循环和设置旋风分离器外循环系统，气化炉内下部密相区和上部稀相区温度分布均匀，有利于焦油的二次裂解反应，煤气中焦油含量低。

采用了射流灰熔聚技术，渣的含碳量要比其它类型流化床气化炉如高温温克勒炉低，整体碳转化率高。

对燃料粒径的要求较低，粒径范围宽，适合处理目前机械化开采的碎煤，而移动床气化炉只能处理块煤，气流床气化炉只适合处理煤粉，对制备系统要求较高。

为增大固体和气体接触和混合强度，大扰动源是关键所在，由于本发明采用多喷嘴设计思路，在炉内密相区形成多股高速射流，作为一个大扰动源，高速射流产生的高湍流会造成喷动区和周环形区颗粒内循环和气体横向扩散，因此本发明能够提高床层颗粒之间的横向混合性能。

本发明采用相邻的3个喷嘴的三角形分布或正方形分布、喷嘴周围风帽的特定分布等技术措施，喷嘴的三角形分布或正方形分布能在炉内形成有规则的喷动，在喷嘴周围布置风帽加入流化气，避免周边环形区出现流化不良的现象。

                          附图说明

图1是多喷嘴喷动流化床气化炉正视图。

图2是多喷嘴喷动流化床气化炉布风板俯视图。

图3喷嘴与排渣管正视图。

图4喷嘴与排渣管俯视图。

图5流化风帽正视图。

图6流化风帽俯视图。

                         具体实施例

一种用于处理大规模煤、生物质和城市生活垃圾的多喷嘴喷动流化床气化炉，由气化炉本体、喷管21和布风板23组成，在气化炉本体内设有密相区24、过渡区和稀相区，喷管21自气化炉本体的外部延伸进入气化炉本体的密相区24，喷管21上设有喷嘴2312，喷嘴的设置数量不小于2个，在布风板23上且位于喷嘴周围设有风帽232，在气化炉本体的稀相区连接有旋风分离器26，旋风分离器26的回料口通过膨胀节27连接了回料控制器28，回料控制器28的出料口与气化炉本体内的密相区24连接，为了进一步提高床层颗粒之间的横向混合性能，更有利于气化炉的大型化，本发明可以采取几种技术措施之一：①相邻的3个喷嘴的连线构成三角形，相邻的2个风帽及与之相邻的喷嘴连线构成三角形；②相邻的4个喷嘴的连线构成正方形，喷嘴周围且以该喷嘴为中心的4个风帽的连线构成正方形；③相邻的3个喷嘴的连线构成三角形，喷嘴周围且以该喷嘴为中心的4个风帽的连线构成正方形。

Claims (6)

1、一种用于处理煤、生物质和城市生活垃圾的多喷嘴喷动流化床气化炉，由气化炉本体、喷管(21)和布风板(23)组成，在气化炉本体内设有密相区(24)、过渡区和稀相区，喷管(21)自气化炉本体的外部延伸进入气化炉本体的密相区(24)，喷管(21)上设有喷嘴(2312)，其特征在于喷嘴的设置数量不小于2个，在布风板(23)上且位于喷嘴周围设有风帽(232)。

2、根据权利要求1所述的多喷嘴喷动流化床气化炉，其特征在于相邻的3个喷嘴的连线构成三角形。

3、根据权利要求1所述的多喷嘴喷动流化床气化炉，其特征在于相邻的4个喷嘴的连线构成正方形。

4、根据权利要求2或3所述的多喷嘴喷动流化床气化炉，其特征在于相邻的2个风帽及与之相邻的喷嘴连线构成三角形。

5、根据权利要求2或3所述的多喷嘴喷动流化床气化炉，其特征在于喷嘴周围且与以该喷嘴为中心的4个风帽的连线构成正方形。

6、根据权利要求1所述的多喷嘴喷动流化床气化炉，其特征在于在气化炉本体的稀相区连接有旋风分离器(26)，旋风分离器(26)的回料口通过膨胀节(27)连接了回料控制器(28)，回料控制器(28)的出料口与气化炉本体内的密相区(24)连接。

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