CN205420300U - 一种流化床分布板、气化炉及气化系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供一种流化床分布板、气化炉及气化系统，涉及煤气化技术领域，能够使得流化床分布板的布气更加均匀，减少结渣事故的发生。所述流化床分布板为两端开口的锥形筒体，所述锥形筒体上设置有多个布气孔，沿所述锥形筒体的母线，从第一端到第二端的方向上，多个所述布气孔的孔径逐渐减小；其中，所述第一端为所述锥形筒体开口较小的一端，所述第二端为所述锥形筒体开口较大的一端。本实用新型实施例用于煤气转化。

Description

一种流化床分布板、气化炉及气化系统

技术领域

本实用新型涉及煤气化技术领域，尤其涉及一种流化床分布板、气化炉及气化系统。

背景技术

我国的能源特征是“富煤、少油、缺气”，把煤转化成化石能源中最优质的燃料—甲烷，是适合我国国情、清洁环保并确保能源安全的一条捷径。而将煤转化为燃料甲烷的常用方法之一是采用流化床技术，通过煤自下而上与气化剂反应保持连续不断的沸腾和悬浮状态以使其具有良好的传热性能和反应效率。

流化床分布板作为流化床设备中的主要构件，起着均匀布气和支撑固相颗粒的重要作用，其形状结构极大影响着设备的传热与传质等性能。现有的流化床分布板一般为锥形结构，其上均匀设置有多个布气孔，当在锥形结构的流化床分布板上布置床料时，沿所述流化床分布板的母线，从较小一端到较大一端的方向上，床料高度逐渐降低，因而床料对流化床分布板的压力逐渐降低，这样会造成不同区域的流化床分布板与床料之间的压差差异较大，此时气化剂会优先通过流化床分布板上压力较低区域的布气孔进入炉膛，导致从流化床分布板最底端压力较高区域进入炉膛的气量很少，进而导致此区域处于失流化状态，这样容易造成结渣事故的发生。如果此区域附近设置有中心氧气射流管，大量氧气参加反应导致该区域温度较高，失流化状态的床料更易出现结渣的事故。

实用新型内容

本实用新型的实施例提供一种流化床分布板、气化炉及气化系统，能够使得流化床分布板的布气更加均匀，减少结渣事故的发生。

为达到上述目的，本实用新型的实施例采用如下技术方案：

一方面，本实用新型实施例提供一种流化床分布板，所述流化床分布板为两端开口的锥形筒体，所述锥形筒体上设置有多个布气孔，沿所述锥形筒体的母线，从第一端到第二端的方向上，多个所述布气孔的孔径逐渐减小；其中，所述第一端为所述锥形筒体开口较小的一端，所述第二端为所述锥形筒体开口较大的一端。

进一步的，沿所述锥形筒体的母线，从所述第一端到所述第二端的方向上，多个所述布气孔的孔间距逐渐减小。

进一步的，沿所述锥形筒体的母线，从所述第一端到所述第二端的方向上，多个所述布气孔的孔径成第一等比数列。

进一步的，所述第一等比数列的公比为5/8～5/6。

进一步的，沿所述锥形筒体的母线，从所述第一端到所述第二端的方向上，多个所述布气孔的孔间距成第二等比数列。

进一步的，所述第二等比数列的公比为5/9～5/6。

进一步的，沿所述锥形筒体的母线，从所述第一端到所述第二端的方向上，多个所述布气孔的孔道长度逐渐增大。

进一步的，最大孔道长度与最小孔道长度的比值为1.5～3。

进一步的，沿所述锥形筒体的母线，从所述第一端到所述第二端的方向上，多个所述布气孔的孔道内壁的粗糙度逐渐增大。

进一步的，多个所述布气孔的孔道内设置有减压孔板，沿所述锥形筒体的母线，从所述第一端到所述第二端的方向上，所述减压孔板的减压能力逐渐增强。

进一步的，所述流化床分布板各区域的开孔率一致，且所述开孔率为0.5％～1％。

进一步的，所述流化床分布板的侧壁与所述水平面的夹角为40°～60°。

进一步的，所述流化床分布板采用金属管浇筑在耐火材料里的方式制成。

另一方面，本实用新型实施例提供一种气化炉，包括上述任意一种所述的流化床分布板。

再一方面，本实用新型实施例提供一种气化系统，包括上述任意一种所述的气化炉。

本实用新型实施例提供的流化床分布板、气化炉及气化系统，所述流化床分布板为两端开口的锥形筒体，锥形筒体上设置有多个布气孔，沿锥形筒体的母线，从第一端到第二端的方向上，多个布气孔的孔径逐渐减小；其中，所述第一端为锥形筒体开口较小的一端，第二端为锥形筒体开口较大的一端。相较于现有技术，本实用新型实施例中通过沿流化床分布板的母线，从开口较小的第一端到开口较大的第二端的方向上，设置多个布气孔孔径逐渐减小，使得流化床分布板阻力逐渐增大，这样会减小或消除不同区域的流化床分布板与床料之间的压差差异，使得流化床分布板与床料之间的压差趋于一致，进而使得流化床分布板的布气更加均匀，避免失流化状态区域的出现，减少结渣事故的发生。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种气化炉结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种流化床分布板结构示意图；

图3为本实用新型另一实施例提供的一种气化炉结构示意图；

图4为本实用新型又一实施例提供的一种气化炉结构示意图；

图5为本实用新型再一实施例提供的一种气化炉结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例提供一种流化床分布板11，如图1至图5所示，流化床分布板11为两端开口的锥形筒体，所述锥形筒体上设置有多个布气孔111，沿所述锥形筒体的母线，从第一端112到第二端113的方向上，多个布气孔111的孔径逐渐减小；其中，第一端112为所述锥形筒体开口较小的一端，第二端113为所述锥形筒体开口较大的一端。

这样一来，相较于现有技术，本实用新型实施例中通过沿流化床分布板的母线，从开口较小的第一端到开口较大的第二端的方向上，设置多个布气孔孔径逐渐减小，使得流化床分布板阻力逐渐增大，这样会减小或消除不同区域的流化床分布板与床料之间的压差差异，使得流化床分布板与床料之间的压差趋于一致，进而使得流化床分布板的布气更加均匀，避免失流化状态区域的出现，减少结渣事故的发生。

下面结合图1介绍本实用新型实施例的基本原理。

图1为气化炉内部结构示意图。参考图1所示，流化床分布板11上方堆积有床料，假设流化床分布板11区域任意高度处压力值为P_a，流化床分布板11最底端压力值为P_b，故P_b＞P_a，在理想状态下，整个流化床分布板11区域和床料之间的压差为恒定值时，流化床分布板11可以实现均匀布气。即如公式(1)：

P_气室-△P_分布板-P_h＝C(恒定值)(1)

其中，P_气室为气室13的压力，是恒定值；△P_分布板为流化床分布板11的阻力；P_h为流化床分布板11区域任意高度处压力值。

由于沿流化床分布板11的母线，从第一端112到第二端113的方向上，床料高度逐渐降低，床料对流化床分布板11的压力逐渐降低，即P_h不断减小。为了使得整个流化床分布板11区域和床料之间的压差为恒定值，即使公式(1)成立，就需逐渐的提高流化床分布板11的阻力，即增大△P_分布板的值。本实用新型实施例中通过沿流化床分布板11的母线，从开口较小的第一端112到开口较大的第二端113的方向上，设置多个布气孔111孔径逐渐减小，使得流化床分布板11阻力逐渐增大，这样使得流化床分布板11的布气更加均匀。需要说明的是，外部的气化剂是通过进气管12进入气室13中的，本实用新型实施例对于进气管12的设置数量不做限定。

较佳的，参考图2所示，沿所述锥形筒体的母线，从第一端112到第二端113的方向上，多个布气孔111的孔径成第一等比数列。这样使得流化床分布板11阻力增大程度比较平稳，有利于流化床分布板11的布气均匀性。

需要说明的是，在实际制作中，本领域技术人员可以根据实际情况设置所述第一等比数列的公比的具体数值，本实用新型实施例对此不做限定。优选的，所述第一等比数列的公比为5/8～5/6。这样的公比范围可以使得流化床分布板11的布气更加均匀。

进一步的，参考图2所示，沿所述锥形筒体的母线，从第一端112到第二端113的方向上，多个布气孔111的孔间距逐渐减小。这样增加了开孔密集度，保证了流化床分布板11各区域的开孔率趋于一致，使得气化炉10炉膛内各组分气化剂分布均匀。同时，开孔密集也增加了气化剂的流动距离，进而渐变的增加了流化床分布板11的阻力，使得流化床分布板11的布气更加均匀。

较佳的，沿所述锥形筒体的母线，从第一端112到第二端113的方向上，多个布气孔111的孔间距成第二等比数列。与多个布气孔111的孔径成第一等比数列相配合，更加有利于实现流化床分布板11各区域的开孔率趋于一致。

需要说明的是，在实际制作中，本领域技术人员可以根据实际情况设置所述第二等比数列的公比的具体数值，本实用新型实施例对此不做限定。优选的，所述第二等比数列的公比为5/9～5/6。这样的公比范围便于实现流化床分布板11各区域的开孔率一致，同时使得流化床分布板11的布气更加均匀。

其中，布气孔111的孔间距和孔径的调整原则可以如表1所示。

表1

参考图1和图2所示，气化炉10在工作时，由于气泡上升携带颗粒破裂使颗粒沿气化炉10侧壁回落等，会出现侧壁区域(即图1中所示的A区域)颗粒浓度高且侧壁区域大颗粒偏多。由于本实用新型实施例中沿流化床分布板11的母线，从开口较小的第一端112到开口较大的第二端113的方向上，多个布气孔111孔径逐渐减小，进入流化床分布板11内侧的气化剂速度渐变提高，这样加强了A区域内气固相之间的扰动和气化剂推动力，优化了气化炉10内的流场。

可选的，参考图3所示，沿所述锥形筒体的母线，从第一端112到第二端113的方向上，多个布气孔111的孔道长度逐渐增大。实现孔道长度逐渐增大的具体方式可以为：沿所述锥形筒体的母线，从第一端112到第二端113的方向上，流化床分布板11的厚度逐渐增大，这样在所述流化床分布板11上开设的布气孔111的孔道长度也会逐渐增大。孔道长度逐渐增大，使得气化剂流动的距离逐渐增大，即逐渐增大了流化床分布板11的阻力，使得流化床分布板11的布气更加均匀。需要说明的是，如果最大孔道长度与最小孔道长度的比值太小就不能显著增加流化床分布板11的阻力，而比值太大又会影响气化炉10内流化床分布板11的布置，因而较佳的，最大孔道长度与最小孔道长度的比值为1.5～3。

可选的，沿所述锥形筒体的母线，从第一端112到第二端113的方向上，多个布气孔111的孔道内壁的粗糙度逐渐增大。通过逐渐增加孔道内壁的粗糙度可以达到逐渐增大流化床分布板11阻力的目的，进而实现流化床分布板11的均匀布气。需要说明的是，多个布气孔111的孔道内壁的粗糙度不同可以通过孔道选用材料不同来实现，本实用新型实施例对具体选用的孔道材料不做限定。

可选的，沿所述锥形筒体的母线，从第一端112到第二端113的方向上，多个布气孔111的孔道内设置的减压孔板的减压能力逐渐增强。通过逐渐增强减压孔板的减压能力可以达到逐渐增大流化床分布板11阻力的目的，进而实现流化床分布板11的均匀布气。需要说明的是，所述减压孔板的减压能力与减压孔板的材料、孔口直径大小和设置数量等因素有关，本领域技术人员可以根据实际需求选用合适的减压孔板，本实用新型实施例对此不做限定。

由于进入气化炉10的气化剂非单一组分，如果流化床分布板11的开口率不均匀，气化炉10内各区域就会出现水煤比和氧煤比不同的情况，影响化学反应稳定性，且当流化床分布板11某个区域进气量偏大，氧气浓度偏高时，该区域易形成结渣事故，因而较佳的，所述流化床分布板11各区域的开孔率一致，且所述开孔率为0.5％～1％。这样能够保证炉膛内各组分气化剂在炉膛横截面均匀分布。

进一步的，参考图3所示，流化床分布板11的侧壁与水平面的夹角α为40°～60°。这样有利于气化剂和床料充分混合与热交换。

流化床分布板11的制作方式有多种，示例的，可以是在成型的分布板上直接打孔，也可以是金属管放在耐火材料里，然后浇筑耐火材料直接形成带孔的分布板，本实用新型实施例对于流化床分布板11的具体制作方式不做限定。较佳的，选用金属管浇筑在耐火材料里的方式制作流化床分布板11，制作方式较为简便。

本实用新型实施例提供的流化床分布板为两端开口的锥形筒体，锥形筒体上设置有多个布气孔，沿锥形筒体的母线，从第一端到第二端的方向上，多个布气孔的孔径逐渐减小；其中，所述第一端为锥形筒体开口较小的一端，第二端为锥形筒体开口较大的一端。相较于现有技术，本实用新型实施例中通过沿流化床分布板的母线，从开口较小的第一端到开口较大的第二端的方向上，设置多个布气孔孔径逐渐减小，使得流化床分布板阻力逐渐增大，这样会减小或消除不同区域的流化床分布板与床料之间的压差差异，使得流化床分布板与床料之间的压差趋于一致，进而使得流化床分布板的布气更加均匀，避免失流化状态区域的出现，减少结渣事故的发生。

下面以具体实施例对本实用新型提供的流化床分布板的性能进行详细说明。

采用具有一定粒径分布的原料煤进行煤催化气化实验，实验装置为内径0.2m、高4m的流化床，流化床内设有5个测点，测点位置如图5所示。所用原料煤粒径分布如表2所示。

表2

实施例1：流化床分布板的安装倾角α＝40°时，等孔径和等孔间距的普通流化床分布板，流化床分布板整体开孔率为0.5％，实验选用煤的粒径分布如表2所示，控制煤粉进料速率为20kg/h；气化剂经流化床分布板通入炉膛内，所述气化剂为过热蒸汽和氧气的混合气，流量为50kg/h，氧浓度为15mol％；气化炉操作温度为700℃，压力为3.5Mpa。待床层稳定在2m左右时，在图5所示位置的5个测点收集相关数据。具体数据如表3所示。

实施例2：如图4所示，气化炉中流化床分布板11的安装倾角α＝40°。布气孔111的孔间距公比k1＝1.5，孔径公比k2＝1.3，最小孔径为0.5mm。最大孔道长度7cm，最小孔道长度3cm。流化床分布板11整体开孔率为0.5％，实验选用煤的粒径分布如表2所示，控制煤粉进料速率为20kg/h；气化剂经流化床分布板11通入炉膛内，所述气化剂为过热蒸汽和氧气的混合气，流量为50kg/h，氧浓度为15mol％；气化炉操作温度为700℃，压力为3.5Mpa。待床层稳定在2m左右时，在图5所示位置的5个测点收集相关数据。具体数据如表3所示。

实施例3：如图4所示，气化炉中流化床分布板11的安装倾角α＝60°。布气孔111的孔间距公比k1＝1.5，孔径公比k2＝1.3，最小孔径为0.5mm。最大孔道长度7cm，最小孔道长度3cm。流化床分布板11整体开孔率为0.5％，实验选用煤的粒径分布如表2所示，控制煤粉进料速率为20kg/h；气化剂经流化床分布板11通入炉膛内，所述气化剂为过热蒸汽和氧气的混合气，流量为50kg/h，氧浓度为15mol％；气化炉操作温度为700℃，压力为3.5Mpa。待床层稳定在2m左右时，在图5所示位置的5个测点收集相关数据。具体数据如表3所示。

实施例4：如图4所示，气化炉中流化床分布板11的安装倾角α＝60°。调整布气孔111的孔间距公比k1＝1.4，孔径公比k2＝1.38，最小孔径为0.5mm。最大孔道长度7cm，最小孔道长度3cm。流化床分布板11整体开孔率为0.5％，实验选用煤的粒径分布如表2所示，控制煤粉进料速率为20kg/h；气化剂经流化床分布板11通入炉膛内，所述气化剂为过热蒸汽和氧气的混合气，流量为50kg/h，氧浓度为15mol％；气化炉操作温度为700℃，压力为3.5Mpa。待床层稳定在2m左右时，在图5所示位置的5个测点收集相关数据。具体数据如表3所示。

实施例5：如图4所示，气化炉中流化床分布板11的安装倾角α＝60°。相比案例3，最大孔道长度变为10cm，最小孔道长度3cm，其他参数不变。布气孔111的孔间距公比k1＝1.5，孔径公比k2＝1.3，最小孔径为0.5mm。流化床分布板11整体开孔率为0.5％，实验选用煤的粒径分布如表2所示，控制煤粉进料速率为20kg/h；气化剂经流化床分布板11通入炉膛内，所述气化剂为过热蒸汽和氧气的混合气，流量为50kg/h，氧浓度为15mol％；气化炉操作温度为700℃，压力为3.5Mpa。待床层稳定在2m左右时，在图5所示位置的5个测点收集相关数据。具体数据如表3所示。

实施例6：如图4所示，气化炉中流化床分布板11的安装倾角α＝60°。相比案例3，沿流化床分布板11的母线，从第一端到第二端的方向上，采用内径粗糙度逐渐变大的管材，并逐渐增加减压孔板的降压能力。布气孔111的孔间距公比k1＝1.5，孔径公比k2＝1.3，最小孔径为0.5mm。最大孔道长度7cm，最小孔道长度3cm。流化床分布板11整体开孔率为0.5％，实验选用煤的粒径分布如表2所示，控制煤粉进料速率为20kg/h；气化剂经流化床分布板11通入炉膛内，所述气化剂为过热蒸汽和氧气的混合气，流量为50kg/h，氧浓度为15mol％；气化炉操作温度为700℃，压力为3.5Mpa。待床层稳定在2m左右时，在图5所示位置的5个测点收集相关数据。具体数据如表3所示。

表3

数据分析：

对比实施例1与实施例2：实施例1的气化炉选用的是现有技术中的流化床分布板，实施例2的气化炉选用的是本实用新型的流化床分布板。分析5个测点的信号数据可知实施例1中测点1、2、3、4中的温度和压力数值有明显不同，且其数值也很不稳定。测点4和测点5之间的压差数值波动剧烈。实施例1中，气化炉内流化床分布板区域有结渣现象。而实施例2中，测点1、2、3温度数值几乎相等且很稳定，测点4温度值略低于测点1、2、3。实施例2中流化床分布板区域没有结渣现象。即本实用新型实施例提供的流化床分布板使得气化炉内的流化更为均匀，气化炉温度场和压力场更为合理。

对比实施例2、3、4：实施例3将流化床分布板的倾角α增加到60°，孔间距与孔径和实施例2中的相同，实施例4在实施例3的基础上，因倾角α的变化，依据孔径和孔间距的调整原则，调整了流化床分布板孔间距与孔径的公比。收集5个测点的压力及温度信号，并取固相样分析。实施例2中测点1、2、3温度稳定在700℃左右，测点4稳定在695℃左右，测点5稳定在680℃左右。测点4和测点5的压差稳定且波动不明显。测点4平均粒径大于测点5的粒径，没有结渣现象发生。但实施例3中测点压力和温度波动较为显著，控制测点2的温度稳定在700℃后，但测点1、2、4温度不稳定，测点4、5之间温差常大于50℃。取出的固相样中发现少量渣块。实施例4中，测点1、2、3温度很接近，维持在700℃左右，测点4与测点5压差恒定且波动不明显。且固相样中未发现渣块。由此可知，调整布气孔的孔间距以及孔径后，气化剂在气化炉内分布均匀，气化反应更稳定。

对比实施例3和实施例5：实施例5渐变的改变了布气孔的孔道长度，且实施例5实验效果优于实施例3，实施例5固相取样未发现明显渣块，即达到了优化流场的目的。但如果布气孔的孔道过长，将增加耐火材料的用量以及铺设难度。

对比实施例3与实施例6：实施例6中，5个测点压力和温度都比实施例3稳定，且测点4和测点5之间的温差和压差较稳定。取固相样分析未发现明显渣块。但布气孔的孔道粗糙度易变化，而减压孔板相对更稳定，此方式与其他设计方式共同使用可达到更好效果。

本实用新型另一实施例提供一种气化炉，包括上述任意一种所述的流化床分布板。所述气化炉可以是如图4所示的带有排渣管14和中心氧气射流管15的气化炉，也可以是如图3所示的只带有排渣管14的气化炉。

本实用新型再一实施例提供一种气化系统，包括上述任意一种所述的气化炉。相较于现有技术，本实用新型实施例中通过沿流化床分布板的母线，从开口较小的第一端到开口较大的第二端的方向上，设置多个布气孔孔径逐渐减小，使得流化床分布板阻力逐渐增大，这样会减小或消除不同区域的流化床分布板与床料之间的压差差异，使得流化床分布板与床料之间的压差趋于一致，进而使得流化床分布板的布气更加均匀，避免失流化状态区域的出现，减少结渣事故的发生。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，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以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (15)

1.一种流化床分布板，所述流化床分布板为两端开口的锥形筒体，所述锥形筒体上设置有多个布气孔，其特征在于，沿所述锥形筒体的母线，从第一端到第二端的方向上，多个所述布气孔的孔径逐渐减小；其中，所述第一端为所述锥形筒体开口较小的一端，所述第二端为所述锥形筒体开口较大的一端。

2.根据权利要求1所述的流化床分布板，其特征在于，沿所述锥形筒体的母线，从所述第一端到所述第二端的方向上，多个所述布气孔的孔间距逐渐减小。

3.根据权利要求1所述的流化床分布板，其特征在于，沿所述锥形筒体的母线，从所述第一端到所述第二端的方向上，多个所述布气孔的孔径成第一等比数列。

4.根据权利要求3所述的流化床分布板，其特征在于，所述第一等比数列的公比为5/8～5/6。

5.根据权利要求1所述的流化床分布板，其特征在于，沿所述锥形筒体的母线，从所述第一端到所述第二端的方向上，多个所述布气孔的孔间距成第二等比数列。

6.根据权利要求5所述的流化床分布板，其特征在于，所述第二等比数列的公比为5/9～5/6。

7.根据权利要求1所述的流化床分布板，其特征在于，沿所述锥形筒体的母线，从所述第一端到所述第二端的方向上，多个所述布气孔的孔道长度逐渐增大。

8.根据权利要求7所述的流化床分布板，其特征在于，最大孔道长度与最小孔道长度的比值为1.5～3。

9.根据权利要求1所述的流化床分布板，其特征在于，沿所述锥形筒体的母线，从所述第一端到所述第二端的方向上，多个所述布气孔的孔道内壁的粗糙度逐渐增大。

10.根据权利要求1所述的流化床分布板，其特征在于，多个所述布气孔的孔道内设置有减压孔板，沿所述锥形筒体的母线，从所述第一端到所述第二端的方向上，所述减压孔板的减压能力逐渐增强。

11.根据权利要求1所述的流化床分布板，其特征在于，所述流化床分布板各区域的开孔率一致，且所述开孔率为0.5％～1％。

12.根据权利要求1所述的流化床分布板，其特征在于，所述流化床分布板的侧壁与水平面的夹角为40°～60°。

13.根据权利要求1所述的流化床分布板，其特征在于，所述流化床分布板采用金属管浇筑在耐火材料里的方式制成。

14.一种气化炉，其特征在于，包括权利要求1至13中任意一项权利要求所述的流化床分布板。

15.一种气化系统，其特征在于，包括权利要求14所述的气化炉。