CN203960148U - 一种气流床气化炉 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种气流床气化炉，所述气化炉炉壁为圆筒形结构，包括气化炉内筒和气化炉外筒，所述气化炉还包括设置在其炉壁上部的用于将经反应生成的合成气体进行排出的合成气出口，设置在该气化炉上部供氢气流经的换热管，设置在该气化炉内筒壁中部或下部的多个用于将反应原料向上喷出的原料喷嘴，该原料喷嘴与原料输送管相连接，用于将原料喷进气化炉内进行反应。以通过下部的原料喷嘴不断向上喷出原料，在上部进行换热和排出合成气体，解决气化炉内反应不彻底、合成气热量利用率低的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及气化装置，尤其涉及一种气流床气化炉。
背景技术
气流床气化是一种高效洁净煤气化技术，在气化炉内，煤炭细粉粒经特殊喷嘴进入反应室，会在瞬间着火，热解、燃烧及吸热的气化反应几乎是同时发生的。随气流的运动，未反应完的气化剂、热解挥发物及燃烧产物裹夹着煤焦粒子高速运动，运动过程中同时进行着煤焦颗粒的气化反应。
现有技术中的气流床气化喷嘴都是设置在气化炉的顶部或者中上部炉体的周围，气固原料向炉体下部或向炉体中间喷入，固体物料和气体或液体物料因各自质量的差异，在混合向下运动时受到重力作用的影响会导致反应过程中部分固体或者液体物料向下直接落入焦渣区域，失去与气体接触进行反应的机会，影响参与反应的气固原料混合均匀程度，进而影响反应的彻底程度。
另外，现有的一种气流床气化炉反应生成的高温合成气通常使用激冷水冷却或者水浴冷却，热利用率低，同时导致合成气含水量增加或者产生大量黑水，后续气体处理需要额外增加合成气干燥工艺或者增加黑水净化处理工艺。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种气流床气化炉，实现使气化炉内部的气化反应更彻底，合成气热量利用率高。
为解决上述问题，本实用新型提供的技术方案为：一种气流床气化炉，所述气化炉炉壁为圆筒形结构，包括气化炉内筒和气化炉外筒，所述气化炉还包括设置在其炉壁上部的用于将经反应生成的合成气体进行排出的合成气出口，设置在该气化炉上部供氢气流经的换热管，设置在该气化炉内筒壁中部或下部的多个用于将反应原料向上喷出的原料喷嘴，该原料喷嘴与原料输送管相连接，用于将原料喷进气化炉内进行反应。
作为上述技术方案的进一步改进，所述原料喷嘴为氢气喷嘴、氧气喷嘴或者煤粉喷嘴，每个所述氢气喷嘴、氧气喷嘴和煤粉喷嘴两两之间的夹角为10°～60°。
作为上述技术方案的进一步改进，所述氢气喷嘴和所述氧气喷嘴以及所述煤粉喷嘴配合设置为一体式喷嘴。
作为上述技术方案的进一步改进，每种所述原料喷嘴的设置数量为两个或者两个以上，并且其在所述气化炉内筒壁上以周向均布形式设置。
作为上述技术方案的进一步改进，每种所述原料喷嘴的喷口入射方向与水平面具有0°～60°夹角。
作为上述技术方案的进一步改进，所述气化炉内筒的下部还设置有下部换热管，所述下部换热管和所述换热管之间通过连接管路连接。
作为上述技术方案的进一步改进，换热管与下部换热管为盘管或竖管。
作为上述技术方案的进一步改进，所述连接管路设置在所述气化炉外筒筒壁的外侧或气化炉内筒筒壁和气化炉外筒筒壁的中间。
作为上述技术方案的进一步改进，所述换热管与氢气喷嘴之间通过氢气输送管路相连通，所述氢气输送管路设置在所述气化炉外筒筒壁的外侧或气化炉内筒筒壁和气化炉外筒筒壁的中间。
作为上述技术方案的进一步改进，所述气流床气化炉还包括设置在所述气化炉内筒的中部或上部的挡板。
通过将本实用新型的技术方案与现有技术进行对比，可知本实用新型提供的气流床气化炉通过将煤粉喷嘴和气化剂喷嘴设置在气化炉内部的中下部位置处，将反应的原料混合后从气化炉的中部或下部同时向上喷出，以解决以往的气化炉内反应原料混合不均匀的问题；并在上部设置换热管与反应生成的合成气体在所述气流床气化炉的上部进行换热，避免在下部换热造成的半焦粘附在换热管上或者管壁结垢后导致的换热效率减低的问题。
附图说明
图1为本实用新型实施例提供的一种气流床气化炉的整体结构示意图。
具体实施方式
为便于对本实用新型实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本实用新型实施例的限定。
本实用新型实施例提供了一种气流床气化炉，包括气化炉内筒和气化炉外筒，该气化炉还包括用于排出经反应生成的合成气体的合成气出口，和可以供氢气流经的换热管，在气化炉内筒的中部或者下部的筒壁上设置有分别和各原料输送管相连接的多个原料喷嘴，用于将反应原料不断从气化炉的下部喷入气化炉内部进行反应，以解决以往在气流床气化炉内的反应不够彻底的问题。
本实用新型实施例提供的气流床气化炉，其具体实现结构如图1所示，该气流床气化炉的炉壁为圆筒形结构，整体由内外两部分结构组成，包括气化炉内筒4和气化炉外筒3，在气化炉内筒4和气化炉外筒3中间还可以设置有保温层，用于对内部进行保温，为反应提供需要的温度。在气化炉上部设置有一合成气出口1，用于将经气化炉内反应生成的合成气体从气化炉的上部进行排出。具体的，该合成气出口1可以设置在气化炉的顶部，也可以设置在气化炉顶部或者其中上部周围的炉壁上，在气化炉内反应生成的合成气体从气化炉的顶部被排出，并且气流床气化炉的合成气出口1处还设置有出口阀门2，该出口阀门2用于控制合成气体的向外排出和停止排出，当然也可以不设置该出口阀门2，也可以将该合成气出口通过连接管路与其他工艺设备连接，执行下一道工序。
在气化炉内筒4筒壁上设置的多个原料喷嘴指的是多个氢气喷嘴12、多个氧气喷嘴11或者多个煤粉喷嘴10，其中，氢气喷嘴12、氧气喷嘴11和煤粉喷嘴10可以配合设置为图1所示的一体式喷嘴13结构，也可以分体单独设置在气流床气化炉的内筒4的内壁上。以分体形式设置的多个煤粉喷嘴10、多个氧气喷嘴11以及多个氢气喷嘴12分别单独设置在气化炉内筒4筒壁的中部或者下部，且优选为将三种喷嘴在气化炉内筒4的筒壁上同一平面层设置，而且还可以将每种原料喷嘴以多层的混合喷嘴层的形式设置，即每层都配合设置不同种的原料喷嘴。
进一步地，每个一体式喷嘴13的数量设置至少两个，并且优选为将其以周向均布的形式设置在气化炉内筒4同一高度平面的内壁上。同样的，单独设置的每种原料喷嘴(即煤粉喷嘴10、氧气喷嘴11或者氢气喷嘴12)也是每种原料喷嘴的数量至少为两个，并且优选将同一类型的每种原料喷嘴以周向均布的形式设置在气化炉内筒4同一高度平面的内壁上。当然，不同类型的原料喷嘴优选为设置在同一平面内，以使喷入气化炉内的原料可以混合均匀，反应更充分。
进一步地，每个一体式喷嘴13的喷口入射方向或者单独设置的每种原料喷嘴的喷口入射方向与水平面皆具有一夹角，该夹角优选为0°～60°，并且每个不同的原料喷嘴两两之间的夹角为10°～60°。这样设置喷嘴的角度便于喷嘴向上喷出物料，并且从喷嘴中喷到气化炉中的原料可以混合的更均匀，当固体物料因本身重力作用与上面的反应气体分离并向气化炉底部落下时，底部连续喷出的反应气体会再次带动它们再次向上运动，继续进行混合后的气化反应，如此往复，物料混合更加均匀，煤粉能够充分地进行燃烧，提高气化炉内的气化反应效率，使反应更彻底。
上述煤粉喷嘴10和煤粉输送管8相连接，煤粉输送管8与煤粉源连接，用于将外部输送的煤粉喷进气化炉内部；氧气喷嘴11与氧气输送管9相连接，氧气输送管9与氧气源连接，用于将外部输送的氧气喷进气化炉内部。同时气化炉内筒4的中部或者上部还设置有换热管5，换热管5在气化炉的炉壁上形成有多个供氢气进入的氢气进口17，以使换热管5的进气端与氢气源连接，并且换热管5的出气端与氢气喷嘴12之间通过氢气输送管路6连接，用于将外部输送的氢气喷进气化炉，该换热管的结构可以为盘管或者竖管。该氢气输送管路6可以设置在所述气化炉外筒3筒壁的外侧或者设置在所述气化炉内筒4筒壁和气化炉外筒3筒壁之间的保温层里，并且这种将氢气输送管路6设置在中间的形式可以替代保温层对气化炉内部起到保温的作用。
这样设置换热管和喷嘴的方式使在气化炉内部生成的合成气体可以在气化炉的顶部或中上部进行换热，这种换热形式较之在底部换热能够避免半焦粘附在换热管上或者管壁结垢后导致的换热效率减低的问题。
进一步地，在气化炉内还设置有下部换热管15，下部换热管15的结构也同样可以为盘管或者竖管。下部换热管15设置在气化炉外筒3筒壁的下部区域，并且下部换热管15一端和换热管5之间通过连接管路16连接，另一端和氢气源连接。该连接管路16同样可以设置在气化炉内筒4的筒壁中，或者设置在气化炉内筒4和气化炉外筒3之间的保温层中，或者设置在气化炉外筒3筒壁的外侧。设置下部换热管15后，该下部换热管15与氢气输送管相连接，进一步将氢气输送到换热管5中，从而再经氢气喷嘴12进行喷出，反应生成的热半焦即可在气流床气化炉的下部与下部换热管15进行换热，冷却热半焦的同时第一次预热原料氢气，同时节约了能源的损耗。
工作时，原料氢气、氧气以及煤粉通过各原料喷嘴被喷射到气化炉内进行气化反应，一定压力下的常温氢气通过气化炉炉壁上的氢气进口17进入到设置在气化炉外筒3下部区域的下部换热管15中，该氢气与在气化炉内反应后生成的热半焦进行第一次换热，在将下部换热管15中的氢气预热的同时冷却热半焦；生成的合成气体经过换热管5并向上部的合成气出口1处移动，预热后的氢气通过连接管路16进入到气化炉的换热管5中与合成气体进行第二次换热，冷却合成气体的同时进一步预热氢气，使氢气达到较高温度。
二次预热后的氢气从气化炉内筒4的氢气出口出来后，进入设置在氢气喷嘴12之前的氢气输送管路6，通过该段氢气输送管路6将氢气输送给氢气喷嘴12，并由氢气喷嘴12将氢气喷入气化炉内，同时氧气通过氧气输送管9被输送到氧气喷嘴11处，通过氧气喷嘴11被喷入气化炉内，煤粉输送管8也将煤粉输送到煤粉喷嘴10，通过该煤粉喷嘴10将煤粉喷入气化炉内；采用一体式的原料喷嘴，则三种原料首先被喷进一体式原料喷嘴内进行充分混合后，再进一步被喷入气化炉中进行气化反应。在气化炉中，氧气(少量)完全燃烧将氢气(过量)预热到较高温度的同时，高温氢气与煤粉发生气化反应，生成高温合成气体和热的半焦。并且在反应过程中喷嘴设置在气化炉的下部区域中，向上喷入物料，气体和固体或液体物料混合后进行反应，当固体或液体物料因本身重力作用与上面的反应气体分离并向气化炉底部落下时，底部连续喷入的反应气体会再次带动它们向上运动，继续进行混合后的气化反应，如此往复，物料混合更加均匀，反应更彻底。
反应生成的热半焦在重力作用下会向下落到焦汇集区14中，与下部换热管15中输送的氢气进行热交换，对该氢气进行第一次预热的同时冷却反应生成的热半焦，进一步地，本实用新型中的气流床气化炉还设置有排焦口，冷却后的热半焦经由排焦口18排出。
合成气体在移动到合成气出口1排出的过程中与换热管5中输送的氢气进行第二次热交换，避免在底部换热可能导致的半焦粘附换热管或管壁结垢，进而解决降低换热效率的问题；同时合成气则在抵达出口前与经过第一次预热后的氢气再次换热，在该合成气体得到冷却的同时也可以加热原料氢气，利用低温的原料气体冷却高温合成气体的方式，能够减少后续合成气体处理中的水冷和干燥工艺以及黑水净化处理工艺，工艺过程相对简化。冷却后的合成气体由合成气出口1排出气化炉，进入后续处理工序。
因合成气出口1设置在气化炉的顶部或者顶部四周，在气化炉内经反应生成的高温合成气体会向上方的合成气出口1移动，并且气流床气化炉的中部或下部设置有挡板7，细小的飞灰在自身重力作用和挡板7的阻挡作用下向下降落，最终落入焦汇集区14，使得通过合成气出口1排出的合成气体中的杂质灰分含量减少，净化合成气，并可以减少后续净化设备的负荷。
进一步地，还可以将氢气喷嘴12、氧气喷嘴11和煤粉喷嘴10相应地配合并以一体式喷嘴13的形式设置在气化炉内筒4的中下部或底部的筒壁上，用于将煤粉、氢气以及氧气混合后同时喷出。一体式喷嘴13以气化炉纵向中心轴线为中心，以偶数对且呈对称形式设置在气化炉内筒4筒壁的中下部或底部同一高度平面的筒壁上，该一体式喷嘴13的喷嘴出口方向与水平面具有一夹角，该夹角优选为0°～60°，这样设置一体式喷嘴13的角度便于向上喷出物料，同样当固体物料因本身重力作用与上面的反应气体分离并向气化炉底部落下时，底部连续喷出的反应气体会再次带动它们再次向上运动，继续进行混合后的气化反应，如此往复，物料混合更加均匀，煤粉能够充分地进行燃烧，提高气化炉内的气化反应效率，使反应更彻底。
综上，本实用新型实施例提供的气流床气化炉通过将原料喷嘴设置在气化炉内筒的中部或下部的位置处，还可以将氢气喷嘴、煤粉喷嘴以及氧气喷嘴设置为一体式喷嘴的形式，并且喷嘴向上倾斜一定角度设置，并在气化炉的上部相应地设置换热管使生成的合成气体与换热管中的氢气进行换热处理，从而避免在底部换热可能导致的半焦粘附在换热管或管壁上结垢，进而降低换热效率的问题；向上喷入物料的方式，使得物料混合更加均匀，反应更彻底；并且利用低温的原料气体冷却高温的合成气体，能够减少后续合成气体处理中的水冷和干燥工艺以及黑水净化处理工艺，从而极大地简化了工艺过程。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种气流床气化炉，其特征在于：所述气化炉炉壁为圆筒形结构，包括气化炉内筒和气化炉外筒，所述气化炉还包括设置在其炉壁上部的用于将经反应生成的合成气体进行排出的合成气出口，设置在该气化炉内筒上部供氢气流经的换热管，设置在该气化炉内筒壁中部或下部的多个用于将反应原料向上喷出的原料喷嘴，该原料喷嘴与原料输送管相连接，用于将原料喷进气化炉内进行反应。
2.根据权利要求1所述的一种气流床气化炉，其特征在于：所述原料喷嘴为氢气喷嘴、氧气喷嘴或者煤粉喷嘴，每个所述氢气喷嘴、氧气喷嘴和煤粉喷嘴两两之间的夹角为10°～60°。
3.根据权利要求2所述的一种气流床气化炉，其特征在于：所述氢气喷嘴和所述氧气喷嘴以及所述煤粉喷嘴配合设置为一体式喷嘴。
4.根据权利要求1所述的一种气流床气化炉，其特征在于：每种所述原料喷嘴的设置数量为两个或者两个以上，并且其在所述气化炉内筒壁上以周向均布形式设置。
5.根据权利要求1所述的一种气流床气化炉，其特征在于：每种所述原料喷嘴的喷口入射方向与水平面具有0°～60°夹角。
6.根据权利要求1所述的一种气流床气化炉，其特征在于：所述气化炉内筒的下部还设置有下部换热管，所述下部换热管和所述换热管之间通过连接管路连接。
7.根据权利要求6所述的一种气流床气化炉，其特征在于：所述换热管与下部换热管为盘管或竖管。
8.根据权利要求6所述的一种气流床气化炉，其特征在于：所述连接管路设置在所述气化炉外筒筒壁的外侧或气化炉内筒筒壁和气化炉外筒筒壁的中间。
9.根据权利要求2所述的一种气流床气化炉，其特征在于：所述换热管与氢气喷嘴之间通过氢气输送管路相连通，所述氢气输送管路设置在所述气化炉外筒筒壁的外侧或气化炉内筒筒壁和气化炉外筒筒壁的中间。
10.根据权利要求1所述的一种气流床气化炉，其特征在于：所述气流床气化炉还包括设置在所述气化炉内筒的中部或上部的挡板。
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|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |