CN204079921U - 一种射流流化床气化炉用的气体分布器 - Google Patents

Abstract

一种射流流化床气化炉用的气体分布器是有出气圆孔（9）的倒锥形分布板（2）位于圆柱形气室壳体（1）上部，其上端与圆柱形气室壳体（1）相连，下端与预分离渐缩管（3）上端相连；预分离渐缩管（3）上分布至少有3个对称的气化剂射流喷嘴（8），预分离渐缩管（3）下端与灰分离管（4）上端连接，灰分离管（4）的下端是落灰口（6），落灰口（6）位于圆柱形气室壳体（1）外，在落灰管（6）与圆柱形气室壳体（1）之间有灰分离管气化剂进气管（5）。本实用新型具有在气化炉炉体直径放大及气化炉压力提高的过程中气化效率高的优点。

Description

一种射流流化床气化炉用的气体分布器

技术领域

本实用新型属于一种气体分布器，具体地说涉及一种射流流化床气化炉用的气体分布器。

背景技术

煤气化是煤炭能源转化的基础技术，也是煤化工发展中最重要和关键的工艺过程之一，是煤炭清洁利用的重要途径。煤的气化技术分为固定床、流化床、气流床以及熔融床。以灰熔聚为代表的流化床气化技术。它是以粒度为0-10mm的小颗粒煤为气化原料，在气化炉内使其悬浮分散在垂直上升的气流中，煤粒在沸腾状态进行气化反应，从而使得煤料层内温度均一，易于控制，提高气化效率。根据射流原理，灰融聚气化炉在流化床气体分布器底部设计了一个局部高温区，使灰渣团聚成球，借助重量的差异达到灰团与半焦的分离，在非结渣情况下，连续有选择地排出低碳量的灰渣。

对于灰融聚流化床气化炉来说，气体分布器是一个至关重要的部件，它对流化床的流化以及气化反应器的操作性能都具有决定性的影响。具体而言分布板所起的作用包括：

1）均匀分布气化剂，同时使气化剂通过分布板的能耗最小，在分布板附近形成良好的气固接触条件，使流化床处于稳定，并对床内产生较大扰动，增加床内颗粒的内循环，促进流体与颗粒间的传热、传质，以使所有煤焦都处于运动状态，从而消除死区，进而防止分布板附近结渣，影响气化炉操作；

2）保证分布板下边缘处形成一个高温区，顺利进入环形管作用区域的物料能够快速的进行气化反应，使灰渣团聚成球，借助重量的差异达到灰团与半焦的分离，在非结渣情况下，连续有选择地排出低碳量的灰渣，从而提高气化炉效率和处理量。

中国科学院山西煤炭化学研究所开发成功了“灰熔聚流化床气化过程及装置”（申请号：94106781.5），以及目前中国科学院山西煤炭化学研究所开发的“多段分级转化流化床煤气化的方法及装置”（申请号：201010291577.4），一种带有导向板的流化床粉煤气化炉反应器（申请号：201320135846.7），一种流化床粉煤气化炉分布板（申请号：201320135649.5），一种带有上下导向板的流化床粉煤气化炉分布板（申请号：201320135592.9）使用的分布板结构较为单一，主要部分是一块圆锥气体分布板，圆锥气体分布板上设有均匀分布的气体出口，使气化剂沿垂直于圆锥气体分布板的方向喷出，分布板底部连接有选择性的灰分离管，灰分离管中轴线上设有一根中心射流管，出口与倒锥形分布板底部等高，形成一个高温区，促使灰颗粒熔融团聚，进而选择性的分离半焦和灰渣。

然而通过我们对采用这类分布板的灰熔聚气化炉多年操作实践发现，这类分布板在实际生产时，存在以下问题：

1）灰颗粒在高温高压的条件下，携带了大量的冲击能量。在进入灰分离管中进行选择性排灰的过程中，会与设在灰分离管中轴线上的中心射流管发生碰撞和摩擦，而中心射流管就成为容易被磨损处，连续工业运行时中心射流管会被磨损、磨穿，造成中心射流管内气化剂泄漏，进而被迫停车；

2）在气化炉炉体直径放大及气化炉压力提高的过程中，气化炉的处理量增加，而中心射流管产生的局部高温反应区影响范围无法匹配，导致床内颗粒混合不均，内循环速率降低，反应热不能及时的扩散，床内局部过热、飞温，进而在炉内结渣，造成气化炉气化效率降低，灰颗粒碳含量过高，同时也造成了不必要的资源浪费。

发明内容

本实用新型的目的是设计了一种中心射流方式，在气化炉炉体直径放大及气化炉压力提高的过程中气化效率高的射流流化床气化炉用气体分布器。

为了达到本发明的目的，采用了以下方案：

一种射流流化床气化炉用气体分布器，它包括圆柱形气室壳体、倒锥形分布板、预分离渐缩管、灰分离管、灰分离管气化剂进气管、落灰口、分布板气化剂进气管，其特征在于倒锥形分布板位于圆柱形气室壳体上部；倒锥形气体分布板上有均匀分布的出气圆孔；倒锥形气体分布板上端与圆柱形气室壳体相连，倒锥形气体分布板下端与预分离渐缩管上端相连；预分离渐缩管上分布至少有3个对称的气化剂射流喷嘴；预分离渐缩管下端与灰分离管上端连接；圆柱形壳体、倒锥形分布板、预分离渐缩管、落灰管构成气室空间；在倒锥形分布板气室中有分布板气化剂进气管，灰分离管的下端是落灰口，落灰口位于圆柱形气室壳体外，在落灰管与圆柱形气室壳体之间有灰分离管气化剂进气管。

所述气化剂射流喷嘴分布于预分离渐缩管上，与预分离渐缩管的轴线呈中心对称，气化剂射流喷嘴距离预分离渐缩管顶端是0-2/3倍的预分离渐缩管高度。

所述气化剂射流喷嘴分布于预分离渐缩管上，其中心线与预分离渐缩管连接处外圆切角为15-90°。

所述气化剂射流喷嘴分布于预分离渐缩管上，其中心线交汇于预分离渐缩管中心轴线处上方，气化剂射流喷嘴中心线夹角30-150°。

所述气化剂射流喷嘴最好为3－6个。

所述倒锥形分布板母线线夹角60-90°， 

所述出气圆孔的开孔率为0.4-1 %，孔径1-6 mm，其中心线与水平夹角0-90°。

所述预分离渐缩管母线与中心轴线夹角5-15°

本实用新型所采用以上技术方案，具有以下优点：

1、本实用新型所采用的结构设计将原先设计的中心射流管用多个轴对称气化剂射流管代替，气化剂射流管不再暴露在预分离渐缩管的高温物料中和灰分离管的高气速下，避免了中心射流管在灰分离管和预分离渐缩管内被磨损、磨穿，使得气化炉可以长周期运行，大大的减少运行成本；

2、采用在预分离渐缩管四周设置气化剂射流管，喷射管的数量不少于三个，与预分离渐缩管的轴线中心均匀分布，其中心线交汇于预分离渐缩管中心轴线处上方，气化剂射流喷嘴中心线夹角30-150°，且呈15-90°外切于预分离渐缩管，与水平呈5-30°夹角，气化剂射流管根据气化炉的负荷大小设计数量、高度、喷嘴中心线夹角、外切角度和水平角度。气化剂从气化剂射流管喷出在倒锥形分布板底部共同形成一个高温区，采用这种带有气化剂射流管的灰熔聚分布板比传统式的一个中心射流管产生的高温区域要广、要大，更加大了倒锥形分布板颗粒的扰动，使得颗粒的内循环速率加快，反应热扩散速率增加，避免了床内局部过热、飞温，进而在炉内结渣，使得气化炉气化效率提高，有利于气化炉的大型化，高压化的发展。

3、倒锥形分布板上设有均匀分布的出气圆孔，出气圆孔方向与水平呈0-90°夹角。倒锥形分布板上出气圆孔有利于松动、流化物料，保持分布板内的物料处于较好的流化状态，使颗粒顺利进入高温区反应。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型施例1的局部A放大示意图；

图3为本实用新型实施例2的局部A放大示意图；

图4为本实用新型实施例3的局部A放大示意图；

图5为本实用新型实施例4的局部A放大示意图。

如图所示，1是圆柱形气室壳体，2是倒锥形分布板，3是预分离渐缩管，4是灰分离管，5是灰分离管气化剂进气管，6是落灰口，7是分布板气化剂进气管，8是气化剂射流喷嘴，9是出气圆孔。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体结构及最佳实施方式。

实施例1

本实施例为设有3个气化剂射流喷嘴8的具体实施方式，本发明包括圆柱形气室壳体1、倒锥形分布板2、预分离渐缩管3、灰分离管4、灰分离管气化剂进气管5、落灰口6、分布板气化剂进气管7，其特征在于倒锥形分布板2位于圆柱形气室壳体1上部；倒锥形气体分布板2上有均匀分布的出气圆孔9；倒锥形气体分布板2上端与圆柱形气室壳体1相连，倒锥形气体分布板2下端与预分离渐缩管3上端相连；预分离渐缩管3上分布至少有3个对称的气化剂射流喷嘴8；预分离渐缩管3下端与灰分离管4上端连接；圆柱形壳体1、倒锥形分布板2、预分离渐缩管3、落灰管4构成气室空间；在倒锥形分布板2气室中有分布板气化剂进气管7，灰分离管4的下端是落灰口6，落灰口6位于圆柱形气室壳体1外，在落灰管6与圆柱形气室壳体1之间有灰分离管气化剂进气管5。

所述出气圆孔与倒锥形气体分布板2母线夹角α为45°，倒锥形气体分布板2的开孔率为0.56 %，孔径4 mm。倒锥形分布板2母线夹角β为90°。

预分离渐缩管3母线夹角θ为10°。气化剂射流喷嘴8距离预分离渐缩管3顶端处为1/2倍的预分离渐缩管3高度，气化剂射流喷嘴8一端连接并外切于预分离渐缩管3上，外切角度δ为45°，气化剂射流喷嘴8中心线与预分离渐缩管中心轴线交汇于一处，中心线夹角γ为80°。 

实施例2

本实施例为设有4个气化剂射流喷嘴8的具体实施方式，所述出气圆孔9与倒锥形气体分布板2母线夹角α为30°，倒锥形气体分布板2的开孔率为0.75 %，孔径3 mm。倒锥形分布板2母线夹角β为100°。预分离渐缩管3母线夹角θ为15°。气化剂射流喷嘴8距离预分离渐缩管3顶端处为1/3倍的预分离渐缩管3高度，气化剂射流喷嘴8一端连接并外切于预分离渐缩管3上，外切角度δ为70°，气化剂射流喷嘴8中心线与预分离渐缩管中心轴线交汇于一处，中心线夹角γ为60°，其余同实施例1。 

实施例3

本实施例为设有5个气化剂射流喷嘴8的具体实施方式，所述出气圆孔9与倒锥形气体分布板2母线夹角α为75°，倒锥形气体分布板2的开孔率为0.84 %，孔径5 mm。倒锥形分布板2母线夹角β为80°。预分离渐缩管3母线夹角θ为18°。气化剂射流喷嘴8距离预分离渐缩管3上部L处为2/3倍的预分离渐缩管3高度，气化剂射流喷嘴8一端连接并外切于预分离渐缩管3上，外切角度δ为75°，气化剂射流喷嘴8中心线与预分离渐缩管中心轴线交汇于一处，中心线夹角γ为45°其余同实施例1。

实施例4，

本实施例为设有6个气化剂射流喷嘴8的具体实施方式，所述出气圆孔9与倒锥形气体分布板2母线夹角α为90°，倒锥形气体分布板2的开孔率为1 %，孔径6 mm。倒锥形分布板2母线夹角β为105°。预分离渐缩管3母线夹角θ为20°。气化剂射流喷嘴8距离预分离渐缩管3顶端处为0倍的预分离渐缩管3高度，气化剂射流喷嘴8一端连接并外切于预分离渐缩管3上，外切角度δ为90°，气化剂射流喷嘴8中心线与预分离渐缩管中心轴线交汇于一处，中心线夹角γ为30°，其余同实施例1。

对实施例1－4进行运行实验如下：

1）实验室冷态操作数据

物料：原煤、聚苯乙烯

运行数据：①采用本发明如图1的分布板，利用高速摄像机摄像、帧处理软件分析、光纤颗粒测速仪，研究发现分布板内的物料处于较好的流化状态，反应器的边壁区没有出现大的空隙，倒锥形分布板颗粒的扰动剧烈，颗粒的内循环速率加快。

2）计算机模拟操作数据

利用计算流体力学软件对采用本发明如图1所示的分布板进行数据模拟，主要考察了边壁处颗粒浓度、颗粒速率，颗粒循环速率以及高温区热扩散速率，采用图1所示的分布板时，边壁处颗粒始终处于浓相区，颗粒速率增加，颗粒的内循环速率加快，热扩散速率增加，避免了床内局部过热、飞温，进而在炉内结渣，使得气化炉气化效率提高。

3）热态装置上热态操作

反应物料：褐煤、烟煤、无烟煤

主要对采用如图1所示的分布板进行了操作，在压力为0.6 MPa、1.0 MPa、2.0 MPa的操作压力下，在气化炉中试装置上连续运行72小时，运行中气化炉底部及边壁处的温度传感器没有出现高温点，停炉后边壁处没有发现较大的渣块，排渣碳含量降低，表明气化炉运行中没有结渣，气化效率增大，比较稳定。

Claims (9)

1.一种射流流化床气化炉用的气体分布器，它包括圆柱形气室壳体（1）、倒锥形分布板（2）、预分离渐缩管（3）、灰分离管（4）、灰分离管气化剂进气管（5）、落灰口（6）、分布板气化剂进气管（7），其特征在于倒锥形分布板（2）位于圆柱形气室壳体（1）上部；倒锥形气体分布板（2）上有均匀分布的出气圆孔（9）；倒锥形气体分布板（2）上端与圆柱形气室壳体（1）相连，倒锥形气体分布板（2）下端与预分离渐缩管（3）上端相连；预分离渐缩管（3）上分布至少有3个对称的气化剂射流喷嘴（8）；预分离渐缩管（3）下端与灰分离管（4）上端连接；圆柱形壳体（1）、倒锥形分布板（2）、预分离渐缩管（3）、落灰管（4）构成气室空间；在倒锥形分布板（2）气室中有分布板气化剂进气管（7），灰分离管（4）的下端是落灰口（6），落灰口（6）位于圆柱形气室壳体（1）外，在落灰管（6）与圆柱形气室壳体（1）之间有灰分离管气化剂进气管（5）。

2.如权利要求1所述的一种射流流化床气化炉用的气体分布器，其特征在于所述气化剂射流喷嘴（8）分布于预分离渐缩管（3）上，与预分离渐缩管（3）的轴线呈中心对称。

3.如权利要求1所述的一种射流流化床气化炉用的气体分布器，其特征在于所述气化剂射流喷嘴（8）距离预分离渐缩管（3）顶端是0-2/3倍的预分离渐缩管（3）高度。

4.如权利要求1所述的一种射流流化床气化炉用的气体分布器，其特征在于所述气化剂射流喷嘴（8）分布于预分离渐缩管上，其中心线与预分离渐缩管（3）连接处外圆切角为15-90°。

5.如权利要求1所述的一种射流流化床气化炉用的气体分布器，其特征在于所述气化剂射流喷嘴（8）分布于预分离渐缩管（3）上，其中心线交汇于预分离渐缩管（3）中心轴线处上方，气化剂射流喷嘴（8）中心线夹角30-150°。

6.如权利要求1所述的一种射流流化床气化炉用的气体分布器，其特征在于所述气化剂射流喷嘴（8）为3－6个。

7.如权利要求1所述的一种射流流化床气化炉用的气体分布器，其特征在于所述预分离渐缩管（8）母线与中心轴线夹角5-15°。

8.如权利要求1所述的一种射流流化床气化炉用的气体分布器，其特征在于所述倒锥形分布板（2）母线线夹角60-90°。

9.如权利要求1所述的一种射流流化床气化炉用的气体分布器，其特征在于所述出气圆孔（9）的开孔率为0.4-1 %，孔径1-6 mm，其中心线与水平夹角0-90°。