CN206494906U - 一种防止挂渣的常压固定床液态排渣气化反应炉 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种防止挂渣的常压固定床液态排渣气化反应炉装置，包括炉体，炉体壁由内至为耐火材料保护衬、保温层和钢板壳体，中间形成腔室；所述腔室由上至下分为干燥热解室、气化反应室和灰渣熔融室；所述干燥热解室顶部炉体壁开有合成气出口，干燥热解室腰部炉体壁上开有温度测口和压力测口；所述气化反应室处炉体壁上开有氧气及水蒸汽喷嘴安装口、温度测口和压力测口；所述气化反应室和灰渣熔融室的侧边和底部耐火材料保护衬外还设置有一层耐火材料，这种防止挂渣的常压固定床液态排渣气化反应炉装置有效解决碎煤加压液态排渣技术气化炉熔渣液位控制及排渣困难的问题、提高等气化炉空间利用率、提高气化炉空间利用率和能量利用效率、提高气化炉使用寿命、大大降低了能量耗损且提高气化反应碳转化效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及气化反应炉领域，特别涉及一种防止挂渣的常压固定床液态排渣气化反应炉装置。
背景技术
现有固定床气化炉多采用固态排渣方式，以固定床纯氧气化炉为例，其工艺流程为采用固定床煤气炉，以小粒焦或块煤为原料，经煤仓下的自动加煤机，自动定时、定量加入气化炉中，以纯氧（＞99.6％）和水蒸汽作气化剂经计量和比例调节进入混合罐中混合，混合后通过煤气发生炉内与炽热的炭反应（吸热反应与放热反应达到平衡），在炉内约900℃高温条件下，经过床层内各个层区（核心反应区温度1200~1300℃）与原料煤逆流接触进行连续气化生产水煤气。未反应的固态渣经过底部转动炉蓖排出气化炉。
其主要化学反应式如下：
C＋O2=CO2＋Q
2C＋O2=2CO＋Q
C＋CO2=2CO－Q
C＋2H2O（汽）=CO2+2H2－Q
C＋H2O（汽）=CO+H2－Q
然而这种固定床固态排渣气化炉存在气化温度低、燃料转化率低和合成气焦油含量大等缺点。液态排渣气化炉是传统固态排渣气化炉的进一步发展。其特点是气化温度高、气化后灰渣呈熔融态流出、因而使气化炉的热效率与单炉的生产能力提高。目前国内外成熟可行的固定床液态排渣气化技术为BGL碎煤加压气化技术，该气化工艺气化压力为2.0-4.0MPa，气化炉上部设有布煤搅拌器，气化剂（水蒸汽和氧气）由气化炉底部喷嘴喷入气化室，灰渣在高于煤灰熔点温度下成熔融态排出，熔渣快速通过气化炉底部出渣口，流入激冷室，在此被水激冷而形成固态熔渣，然后通过灰锁排出。它结合了熔渣气化技术高气化率、高气化强度的优点与固定床加压/常压气化技术氧耗低、炉体结构廉价的优点。BGL熔渣气化炉炉膛气化燃烧产生的液态熔渣储存在气化炉底部熔渣池内，通过环形燃烧器里面燃烧产生的大量气体托住下渣口里面的液态渣，随着熔渣增多，当液位到一定液位1.5米左右时，气化炉压力和短接压差大概48KPa，激发程序自动排渣，每次开始下渣时泄压过程要快，2 s 内完成泄压，压差从49 kPa 降到18 kPa。熔渣经过激冷、冷却后最终从压力系统中排出。然而，BGL熔渣气化炉最难控制的就是下渣口液态熔渣液位和排渣，如果控制不好，就会堵塞下渣口，液位升高，就会堵塞喷嘴出现黑管现象，导致停车。如果下渣泄压和排渣时间太长，则铁的沉淀和冷却极易堵住渣口。如果下渣频率过高，会影响压差，并且时间间隔过短渣池中可能有部分灰渣没有完全熔化，在下渣过程中极易黏在下渣通道上。并且BGL熔渣气化炉为直筒型炉膛、操作温度高，在灰渣高温软化后极易形成炉壁挂渣而导致炉料架桥问题出现。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种有效解决碎煤加压液态排渣技术气化炉熔渣液位控制及排渣困难的问题、提高等气化炉空间利用率、提高气化炉空间利用率和能量利用效率、提高气化炉使用寿命、大大降低了能量耗损且提高气化反应碳转化效率的防止挂渣的常压固定床液态排渣气化反应炉。
本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：
一种防止挂渣的常压固定床液态排渣气化反应炉，包括炉体，其特征在于：炉体壁由内至为耐火材料保护衬、保温层和钢板壳体，中间形成腔室；所述腔室由上至下分为干燥热解室、气化反应室和灰渣熔融室；所述干燥热解室顶部炉体壁开有含碳物质入口，干燥热解室腰部炉体壁上开有合成气出口、温度测口和压力测口；所述气化反应室处炉体壁上开有氧气及水蒸汽喷嘴安装口、温度测口和压力测口；所述灰渣熔融室处炉体壁上开有氧气喷嘴安装口和溢流排渣口，灰渣熔融室底部设置有残渣排放口；且所述干燥热解室和气化反应室的直径由上至下保持逐渐变宽、至气化反应室和灰渣熔融室连接处再逐渐变窄；气化反应室的直径大于干燥热解室和灰渣熔融室的直径；所述气化反应室和灰渣熔融室的侧边和底部耐火材料保护衬外还设置有一层耐火材料。
所述干燥热解室上半部为圆柱形、下半部分为直径逐渐变宽的圆锥形柱；所述灰渣熔融室为圆柱形；所述气化反应室上半部分为连接干燥热解室且直径逐渐变宽的圆锥形柱，下半部分为连接灰渣熔融室且直径逐渐变窄的圆锥形柱，即干燥热解室的下半部分与气化反应室上半部分构成一个腔室内大圆锥形柱，气化反应室的上、下半部的分界处为腔室直径最大处。
所述干燥热解室下半部分圆锥形柱的锥角为α，α为10-20°；所述干燥热解室下半部分高度H2与干燥热解室上半部分高度H1比为2.5-3.5：1；所述气化反应室下半圆锥形柱的锥角为γ，γ为60-80°；所述气化反应室上半部的高度H3与干燥热解室上半部分高度H1比为1-1.5：1；所述气化反应室下半部分高度H4与干燥热解室上半部分高度H1的高度比为0.8.2：1。 10-20°的锥角、H2：H1 = 2.5-3.5：1、60-80°的锥角、H3：H1 = 1-1.5：1以及H4：H1 = 0.8.2：1的数据为经过数次实验所得到的最有利于反应发生且不会积累残渣的数据。
所述气化反应室处炉体的同一高度上均匀布置有6-8个氧气及水蒸汽喷嘴安装口，所述氧气及水蒸汽喷嘴安装口的中心线与炉体腔室的垂直中心线在纵向截面上呈β夹角，β为80-85°，氧气及水蒸汽喷嘴安装口中心线在炉体水平截面上的正投影经过炉体腔室的水平截面的圆心。氧气及水蒸汽喷嘴安装口的中心线与炉体腔室的垂直中心线在纵向截面上存在夹角、均匀布置，便于使内部物料向下运动且氧气和水蒸汽均匀，保持向上一定角度可以有效避免含碳物质堵塞管口。
所述灰渣熔融室处炉体的同一平面上均匀布置有6-8个氧气喷嘴安装口，所述氧气喷嘴安装口的中心线与炉体腔室的垂直中心线在纵向截面上呈δ夹角，δ为70-80°，所述氧气喷嘴安装口的中心线在水平方向上的正投影与所述灰渣熔融室水平截面圆接触点处的中心线之间呈ε夹角，ε为40-60°
所述合成气出口、溢流排渣口和残渣排放口均为中通管道，管道内壁为耐火材料；所述溢流排渣口的中心线与灰渣熔融室的垂直中心线在纵向截面上呈ζ角，ζ为75-85°；所述所述残渣排放口的中心线与灰渣熔融室的垂直中心线在纵向截面上呈η角，η为92-100°。溢流排渣口的中心线与灰渣熔融室的垂直中心线在纵向截面上的夹角以及残渣排放口的中心线与灰渣熔融室的垂直中心线在纵向截面上的夹角均是为了更好的排除气体的残渣。
所述灰渣熔融室底部朝残渣排放口有一定角度斜度，灰渣熔融室的高度H5与干燥热解室上半部分高度H1比为2.0-3.0：1；所述腔室内部有效高度H与干燥热解室上半部分的直径D的高径比为3.5-5.0：1。
所述气化反应室内壁山半部分的耐火材料厚度小于下半部分的耐火材料厚度。
所述温度测口、压力测口的中心线与炉体腔室的中心线垂直。
本实用新型的有益效果如下：
一、本实用新型提供的一种防止挂渣的常压固定床液态排渣气化反应炉装置，含碳物质自含碳物质入口进入到干燥热解反应室内，与自灰渣熔融内和气化反应室反应来的高温合成气进行换热。含碳物质在干燥热解反应室内自上而下依次进行干燥、热解气化反应。含碳物质干燥、热解反应所需要的热源由灰渣熔融室内灰渣及部分含碳物质气化、燃烧产生的高温合成气体提供。经干燥热解后的含碳物质产生的固体残渣和未完全反应的含碳物质进入到气化反应室，在气化反应室内固体残渣和未完全反应的含碳物质与经过气化剂喷嘴喷入的纯氧气和水蒸气进行气化反应，产生有效合成气。经气化反应后剩余的固体残渣和未完全反应的含碳物质进入到灰渣熔融室，在灰渣熔融室内固体残渣和未完全反应的含碳物质与氧气喷嘴喷入的氧气进行燃烧反应，未反应的残炭的燃尽所需要的氧气通过灰渣熔融室氧气喷口补充，喷入的氧气过量保证熔渣区为氧化性气氛，避免渣池内铁析现象发生。氧气喷口切向斜向下喷入熔融室内，可以有效搅动液态熔渣，使得熔渣池内的未反应残碳完全燃烧，提高碳转化效率。燃尽后剩余的残渣经熔融室氧气与残碳燃烧提供的高温热量进行熔融，并将高温炉渣中未反应的有机物再次气化，最后成为熔融状态的液态渣通过排渣口排出反应器。干燥热解室炉膛渐扩保持一定的锥角、熔融室渐缩，热解气化室直径大于干燥热解室和灰渣熔融室，此举可解决现有气化炉炉膛布置不合理导致的挂渣、炉料架桥问题，提高等气化炉空间利用率。灰渣熔融室二次气化及燃尽产生的合成气与热解气化反应室产生的合成气经干燥热解室降温后通过合成气出口排出反应器进入到后续的合成气利用系统。在灰渣熔融室和气化反应室设置的闹高温和灰渣冲刷的耐火保护衬，有效解决整体炉膛受热不均，易破裂，提高气化炉使用寿命。
二、本实用新型提供的一种防止挂渣的常压固定床液态排渣气化反应炉装置，干燥热解室的下半部分与气化反应室上半部分构成一个腔室内大圆锥形柱，灰渣熔融室为圆柱形，整体内壁光滑无明显夹缝，不易堆积残渣；氧气喷嘴安装口有6至8个，且每个氧气喷嘴安装口的中心线与氧气喷嘴安装口接入所述熔渣室的点的切线之间形成的夹角相同，用于提供经气化炉热解气化后残碳物质完全燃烧化所需要的纯氧及提供热量使灰渣熔融，并提供熔渣室内氧化性气氛，避免铁析，氧气切向喷入搅动渣池可进一步提高气化反应碳转化效率；气化反应室内壁山半部分的耐火材料厚度小于下半部分的耐火材料厚度，一是下半部分温度更高，二是便于形成一体化光滑内壁，有助于反应的进行。
附图说明
图1是本实用新型一种优选方案的立体结构示意图；
图2是本实用新型一种优选方案的A-A截面剖视示意图；
图3是本实用新型一种优选方案的B-B截面剖视示意图；
图中：1、上段干燥热解室；2、中段气化反应室；3、下段灰渣熔融室；4、耐火材料保护层；5、保温层；6、钢板壳体；7、含碳物质入口；8、溢流排渣口8；1-1、上部封头；1-2、炉喉1-2；1-3、炉腰1-3；1-4、合成气出口；1-5、温度测口；1-6、压力测口；2-1、筒体；2-2、下部锥口；2-3、耐火保护衬；2-4、氧气及水蒸汽喷嘴安装口；2-5、温度测口；2-6、压力测口；3-1、耐火保护衬；3-2、氧气喷嘴安装；8-1、溢流排渣口通道；8-2残渣排放口。
具体实施方式
以下通过几个具体实施例来进一步说明实现本实用新型目的的技术方案，需要说明的是，本实用新型的技术方案包含但不限于以下实施例。
实施例1
如图1至图3所示，一种防止挂渣的常压固定床液态排渣气化反应炉，包括炉体，炉体壁由内至为耐火材料保护衬4、保温层5和钢板壳体6，中间形成腔室；所述腔室由上至下分为干燥热解室1、气化反应室2和灰渣熔融室3；所述干燥热解室1顶部炉体壁开有含碳物质入口7，干燥热解室1腰部炉体壁上开有合成气出口1-4、温度测口1-5和压力测口1-6；所述气化反应室2处炉体壁上开有氧气及水蒸汽喷嘴安装口2-4、温度测口1-5和压力测口1-6；所述灰渣熔融室3处炉体壁上开有氧气喷嘴安装口3-2和溢流排渣口8，灰渣熔融室3底部设置有残渣排放口8-2；且所述干燥热解室1和气化反应室2的直径由上至下保持逐渐变宽、至气化反应室2和灰渣熔融室3连接处再逐渐变窄；气化反应室2的直径大于干燥热解室1和灰渣熔融室3的直径；所述气化反应室2和灰渣熔融室3的侧边和底部耐火材料保护衬4外还设置有一层耐火材料2-3。
这是本实用新型的一种最基本实施方案。含碳物质自含碳物质入口进入到干燥热解反应室内，与自灰渣熔融内和气化反应室反应来的高温合成气进行换热。含碳物质在干燥热解反应室内自上而下依次进行干燥、热解气化反应。含碳物质干燥、热解反应所需要的热源由灰渣熔融室内灰渣及部分含碳物质气化、燃烧产生的高温合成气体提供。经干燥热解后的含碳物质产生的固体残渣和未完全反应的含碳物质进入到气化反应室，在气化反应室内固体残渣和未完全反应的含碳物质与经过气化剂喷嘴喷入的纯氧气和水蒸气进行气化反应，产生有效合成气。经气化反应后剩余的固体残渣和未完全反应的含碳物质进入到灰渣熔融室，在灰渣熔融室内固体残渣和未完全反应的含碳物质与氧气喷嘴喷入的氧气进行燃烧反应，未反应的残炭的燃尽所需要的氧气通过灰渣熔融室氧气喷口补充，喷入的氧气过量保证熔渣区为氧化性气氛，避免渣池内铁析现象发生。氧气喷口切向斜向下喷入熔融室内，可以有效搅动液态熔渣，使得熔渣池内的未反应残碳完全燃烧，提高碳转化效率。燃尽后剩余的残渣经熔融室氧气与残碳燃烧提供的高温热量进行熔融，并将高温炉渣中未反应的有机物再次气化，最后成为熔融状态的液态渣通过排渣口排出反应器。干燥热解室炉膛渐扩保持一定的锥角、熔融室渐缩，热解气化室直径大于干燥热解室和灰渣熔融室，此举可解决现有气化炉炉膛布置不合理导致的挂渣、炉料架桥问题，提高等气化炉空间利用率。灰渣熔融室二次气化及燃尽产生的合成气与热解气化反应室产生的合成气经干燥热解室降温后通过合成气出口排出反应器进入到后续的合成气利用系统。在灰渣熔融室和气化反应室设置的闹高温和灰渣冲刷的耐火保护衬，有效解决整体炉膛受热不均，易破裂，提高气化炉使用寿命。
实施例2
如图1至图3所示，一种防止挂渣的常压固定床液态排渣气化反应炉，包括炉体，炉体壁由内至为耐火材料保护衬4、保温层5和钢板壳体6，中间形成腔室；所述腔室由上至下分为干燥热解室1、气化反应室2和灰渣熔融室3；所述干燥热解室1顶部炉体壁开有含碳物质入口7，干燥热解室1腰部炉体壁上开有合成气出口1-4、温度测口1-5和压力测口1-6；所述气化反应室2处炉体壁上开有氧气及水蒸汽喷嘴安装口2-4、温度测口1-5和压力测口1-6；所述灰渣熔融室3处炉体壁上开有氧气喷嘴安装口3-2和溢流排渣口8，灰渣熔融室3底部设置有残渣排放口8-2；且所述干燥热解室1和气化反应室2的直径由上至下保持逐渐变宽、至气化反应室2和灰渣熔融室3连接处再逐渐变窄；气化反应室2的直径大于干燥热解室1和灰渣熔融室3的直径；所述气化反应室2和灰渣熔融室3的侧边和底部耐火材料保护衬4外还设置有一层耐火材料2-3。
所述干燥热解室1上半部为圆柱形、下半部分为直径逐渐变宽的圆锥形柱；所述灰渣熔融室3为圆柱形；所述气化反应室2上半部分为连接干燥热解室1且直径逐渐变宽的圆锥形柱，下半部分为连接灰渣熔融室3且直径逐渐变窄的圆锥形柱，即干燥热解室1的下半部分与气化反应室上半部分构成一个腔室内大圆锥形柱，气化反应室的上、下半部的分界处为腔室直径最大处。
所述干燥热解室1下半部分圆锥形柱的锥角为α，α为10-20°；所述干燥热解室1下半部分高度H2与干燥热解室1上半部分高度H1比为2.5-3.5：1；所述气化反应室2下半圆锥形柱的锥角为γ，γ为60-80°；所述气化反应室2上半部的高度H3与干燥热解室1上半部分高度H1比为1-1.5：1；所述气化反应室2下半部分高度H4与干燥热解室1上半部分高度H1的高度比为0.8.2：1。
所述气化反应室2处炉体的同一高度上均匀布置有6～8个氧气及水蒸汽喷嘴安装口2-4，所述氧气及水蒸汽喷嘴安装口2-4的中心线与炉体腔室的垂直中心线在纵向截面上呈β夹角，β为80-85°，氧气及水蒸汽喷嘴安装口2-4中心线在炉体水平截面上的正投影经过炉体腔室的水平截面的圆心。
所述灰渣熔融室3处炉体的同一平面上均匀布置有6～8个氧气喷嘴安装口3-2，所述氧气喷嘴安装口3-2的中心线与炉体腔室的垂直中心线在纵向截面上呈δ夹角，δ为70-80°，所述氧气喷嘴安装口3-2的中心线在水平方向上的正投影与所述灰渣熔融室水平截面圆接触点处的中心线之间呈ε夹角，ε为40-60°。
所述合成气出口、溢流排渣口和残渣排放口均为中通管道，管道内壁为耐火材料；所述溢流排渣口的中心线与灰渣熔融室的垂直中心线在纵向截面上呈ζ角，ζ为75-85°；所述所述残渣排放口的中心线与灰渣熔融室的垂直中心线在纵向截面上呈η角，η为92-100°。
所述灰渣熔融室3底部朝残渣排放口有一定角度斜度，灰渣熔融室3的高度H5与干燥热解室1上半部分高度H1比为2.0-3.0：1；所述腔室内部有效高度H与干燥热解室1上半部分的直径D的高径比为3.5-5.0：1。
所述气化反应室2内壁上半部分的耐火材料2-3厚度小于下半部分的耐火材料2-3厚度。
所述温度测口1-5、压力测口1-6的中心线与炉体腔室的中心线垂直。
这是本实用新型的一种优选的实施方案。含碳物质自含碳物质入口进入到干燥热解反应室内，与自灰渣熔融内和气化反应室反应来的高温合成气进行换热。含碳物质在干燥热解反应室内自上而下依次进行干燥、热解气化反应。含碳物质干燥、热解反应所需要的热源由灰渣熔融室内灰渣及部分含碳物质气化、燃烧产生的高温合成气体提供。经干燥热解后的含碳物质产生的固体残渣和未完全反应的含碳物质进入到气化反应室，在气化反应室内固体残渣和未完全反应的含碳物质与经过气化剂喷嘴喷入的纯氧气和水蒸气进行气化反应，产生有效合成气。经气化反应后剩余的固体残渣和未完全反应的含碳物质进入到灰渣熔融室，在灰渣熔融室内固体残渣和未完全反应的含碳物质与氧气喷嘴喷入的氧气进行燃烧反应，未反应的残炭的燃尽所需要的氧气通过灰渣熔融室氧气喷口补充，喷入的氧气过量保证熔渣区为氧化性气氛，避免渣池内铁析现象发生。氧气喷口切向斜向下喷入熔融室内，可以有效搅动液态熔渣，使得熔渣池内的未反应残碳完全燃烧，提高碳转化效率。燃尽后剩余的残渣经熔融室氧气与残碳燃烧提供的高温热量进行熔融，并将高温炉渣中未反应的有机物再次气化，最后成为熔融状态的液态渣通过排渣口排出反应器。干燥热解室炉膛渐扩保持一定的锥角、熔融室渐缩，热解气化室直径大于干燥热解室和灰渣熔融室，此举可解决现有气化炉炉膛布置不合理导致的挂渣、炉料架桥问题，提高等气化炉空间利用率。灰渣熔融室二次气化及燃尽产生的合成气与热解气化反应室产生的合成气经干燥热解室降温后通过合成气出口排出反应器进入到后续的合成气利用系统。在灰渣熔融室和气化反应室设置的闹高温和灰渣冲刷的耐火保护衬，有效解决整体炉膛受热不均，易破裂，提高气化炉使用寿命；干燥热解室的下半部分与气化反应室上半部分构成一个腔室内大圆锥形柱，灰渣熔融室为圆柱形，整体内壁光滑无明显夹缝，不易堆积残渣；氧气喷嘴安装口有6至8个，且每个氧气喷嘴安装口的中心线与氧气喷嘴安装口接入所述熔渣室的点的切线之间形成的夹角相同，用于提供经气化炉热解气化后残碳物质完全燃烧化所需要的纯氧及提供热量使灰渣熔融，并提供熔渣室内氧化性气氛，避免铁析，氧气切向喷入搅动渣池可进一步提高气化反应碳转化效率；气化反应室内壁山半部分的耐火材料厚度小于下半部分的耐火材料厚度，一是下半部分温度更高，二是便于形成一体化光滑内壁，有助于反应的进行。
实施例3
如图1至图3所示，本实用新型所述的用于将含碳物质转化为合成气和惰性熔渣产物的防止挂渣的固定床液态排渣气化反应炉，其特征在于反应器腔室分为上段干燥热解室1、中段气化反应室2、下段灰渣熔融室3三段，三段分段成型，炉体内侧设有耐火材料保护层4和保温层5，外侧为钢板壳体6。
其特征在于，所述的防止挂渣的固定床液态排渣气化反应炉，包括含碳物质入口7、干燥热解室1、气化反应室2、灰渣熔融室3、排渣口8、壳体6。
所述的防止挂渣的固定床液态排渣气化反应炉的含碳物质入口7为一窄长的喉部通道，内壁为耐火衬里。
所述干燥热解室包括上部封头1-1、炉喉1-2和炉腰1-3。反应室内壁为耐火材料层4，外壁为壳体6部分，内壁与外壁间为保温层5。所述含碳物质入口7开设在干燥热解室上部封头1-1上。
所述炉喉1-2为一圆形筒体，上部封头壳体1-1与中部炉喉壳体1-2通过焊接连接。
所述炉腰1-3为渐扩型圆锥形筒体，圆锥形筒体锥角为α，α为10-20°，所述炉腰壳体1-3与炉喉壳体1-2通过焊接连接。
所述干燥热解室炉喉1-2筒体上部开有合成气出口1-4，所述干燥热解室炉腰上开有一系列温度测口1-5，压力测口1-6，温度、压力测口中心线与中间筒体垂直中心线垂直。
所述干燥热解室炉腰1-3高度H2与干燥热解室炉喉1-2高度H1比为2.5-3.5。
所述气化反应室2包括筒体2-1和下部锥口2-2两部分。
所述气化反应室筒体2-1内壁为圆形筒体。
所述气化反应室内壁为耐高温的耐火保护衬2-3，耐火保护衬外侧为耐火材料层4，外壁为壳体5部分，气化反应室耐火材料层4与外壁5间为保温层6。所述气化反应室筒体壳体上部与干燥热解室壳体炉喉下部通过焊接连接。
所述气化反应室筒体2-1内壁耐火保护衬厚度小于下部锥口2-2内壁耐火保护衬。
所述气化反应室处筒体2-上1的同一平面上均匀布置有6-8个氧气及水蒸汽喷嘴安装口2-4，所述氧气及水蒸汽喷嘴安装口2-3的中心线在纵向截面上与炉体腔室的垂直中心线呈β夹角，β为80-85°，氧气及水蒸汽喷嘴安装口2-4中心线在炉体水平截面上的正投影经过炉体腔室的水平截面的圆心。
所述气化反应室筒体上开有一系列温度测口2-5、压力测口2-6，温度、压力测口中心线与筒体垂直中心线垂直。
所述化反应室下部锥口2-2锥角γ为60-80°。
所述气化反应室筒体2-1高度H3与干燥热解室炉喉1-2高度H1比为1-1.5。
所述气化反应室下部锥口2-2高度H4与干燥热解室炉喉1-2高度H1比为0.8.2。
所述灰渣熔融3为圆形筒体。所述灰渣熔融内壁为耐高温和灰渣冲刷的耐火保护衬3-1，耐火保护衬外侧3-1为耐火材料层4，外壁为壳体5部分，耐火材料层4与外壁5间为保温层6。所述灰渣熔融筒体壳体3上部与气化反应室下部锥口2-2通过焊接连接。
所述灰渣熔融室3处炉体的同一平面上均匀布置有6-8个氧气喷嘴安装3-2口，所述氧气喷嘴安装口3-2的中心线与炉体腔室的垂直中心线在纵向截面上呈δ夹角，δ为70-80°，氧气安装口的中心线3-2在炉体水平截面上的正投影与灰渣熔融室水平截面的中心线呈ε夹角，ε为40-60°。
所述灰渣熔融室3开有一溢流排渣口8，所述溢流排渣口8为一窄长的喉部通道，内壁为耐火衬里。所述溢流排渣口8中心线与灰渣熔融室的垂直中心线在纵向截面上呈ζ角，ζ为75-85°。
所述灰渣熔融室3底部开有一残渣排放口8-2，所述残渣排放口8-2为一窄长的喉部通道，内壁为耐火衬里。所述残渣排放口8-2中心线与灰渣熔融室的垂直中心线在纵向截面上呈η角，η为92-100°。
所述灰渣熔融室3底部朝残渣排放口8-2有一定角度斜度。
所述灰渣熔融室3高度H5与干燥热解室炉喉1-2高度H1比为2.0-3.0。
所述气化反应室内部有效高度H与干燥热解室炉喉1-2直径D的高径比为3.5-5.0。
本发明一种防止挂渣的固定床液态排渣气化反应炉的工作过程为：含碳物质自含碳物质入口进入到干燥热解反应室内，与自灰渣熔融内和气化反应室反应来的高温合成气进行换热。含碳物质在干燥热解反应室内自上而下依次进行干燥、热解气化反应。含碳物质干燥、热解反应所需要的热源由灰渣熔融室内灰渣及部分含碳物质气化、燃烧产生的高温合成气体提供。经干燥热解后的含碳物质产生的固体残渣和未完全反应的含碳物质进入到气化反应室，在气化反应室内固体残渣和未完全反应的含碳物质与经过气化剂喷嘴喷入的纯氧气和水蒸气进行气化反应，产生有效合成气。经气化反应后剩余的固体残渣和未完全反应的含碳物质进入到灰渣熔融室，在灰渣熔融室内固体残渣和未完全反应的含碳物质与氧气喷嘴喷入的氧气进行燃烧反应，未反应的残炭的燃尽所需要的氧气通过灰渣熔融室氧气喷口补充，喷入的氧气过量保证熔渣区为氧化性气氛，避免渣池内铁析现象发生。氧气喷口切向斜向下喷入熔融室内，可以有效搅动液态熔渣，使得熔渣池内的未反应残碳完全燃烧，提高碳转化效率。燃尽后剩余的残渣经熔融室氧气与残碳燃烧提供的高温热量进行熔融，并将高温炉渣中未反应的有机物再次气化，最后成为熔融状态的液态渣通过排渣口排出反应器。干燥热解室炉膛渐扩保持一定的锥角、熔融室渐缩，热解气化室直径大于干燥热解室和灰渣熔融室，此举可解决现有气化炉炉膛布置不合理导致的挂渣、炉料架桥问题，提高等气化炉空间利用率。灰渣熔融室二次气化及燃尽产生的合成气与热解气化反应室产生的合成气经干燥热解室降温后通过合成气出口排出反应器进入到后续的合成气利用系统。在灰渣熔融室和气化反应室设置的闹高温和灰渣冲刷的耐火保护衬，有效解决整体炉膛受热不均，易破裂，提高气化炉使用寿命。
Claims (9)
1.一种防止挂渣的常压固定床液态排渣气化反应炉，包括炉体，其特征在于：炉体壁由内至为耐火材料保护衬（4）、保温层（5）和钢板壳体（6），中间形成腔室；所述腔室由上至下分为干燥热解室（1）、气化反应室（2）和灰渣熔融室（3）；所述干燥热解室（1）顶部炉体壁开有含碳物质入口（7），干燥热解室（1）腰部炉体壁上开有合成气出口（1-4）、温度测口（1-5）和压力测口（1-6）；所述气化反应室（2）处炉体壁上开有氧气及水蒸汽喷嘴安装口（2-4）、温度测口（1-5）和压力测口（1-6）；所述灰渣熔融室（3）处炉体壁上开有氧气喷嘴安装口（3-2）和溢流排渣口（8），灰渣熔融室（3）底部设置有残渣排放口（8-2）；且所述干燥热解室（1）和气化反应室（2）的直径由上至下保持逐渐变宽、至气化反应室（2）和灰渣熔融室（3）连接处再逐渐变窄；气化反应室（2）的直径大于干燥热解室（1）和灰渣熔融室（3）的直径；所述气化反应室（2）和灰渣熔融室（3）的侧边和底部耐火材料保护衬（4）外还设置有一层耐火材料（2-3）。
2.如权利要求1所述的一种防止挂渣的常压固定床液态排渣气化反应炉，其特征在于：所述干燥热解室（1）上半部为圆柱形、下半部分为直径逐渐变宽的圆锥形柱；所述灰渣熔融室（3）为圆柱形；所述气化反应室（2）上半部分为连接干燥热解室（1）且直径逐渐变宽的圆锥形柱，下半部分为连接灰渣熔融室（3）且直径逐渐变窄的圆锥形柱，即干燥热解室（1）的下半部分与气化反应室上半部分构成一个腔室内大圆锥形柱，气化反应室的上、下半部的分界处为腔室直径最大处。
3.如权利要求2所述的一种防止挂渣的常压固定床液态排渣气化反应炉，其特征在于：所述干燥热解室（1）下半部分圆锥形柱的锥角为α，α为10-20°；所述干燥热解室（1）下半部分高度H2与干燥热解室（1）上半部分高度H1比为2.5-3.5：1；所述气化反应室（2）下半圆锥形柱的锥角为γ，γ为60-80°；所述气化反应室（2）上半部的高度H3与干燥热解室（1）上半部分高度H1比为1-1.5：1；所述气化反应室（2）下半部分高度H4与干燥热解室（1）上半部分高度H1的高度比为0.8.2：1。
4.如权利要求1或2所述的一种防止挂渣的常压固定床液态排渣气化反应炉，其特征在于：所述气化反应室（2）处炉体的同一高度上均匀布置有6-8个氧气及水蒸汽喷嘴安装口（2-4），所述氧气及水蒸汽喷嘴安装口（2-4）的中心线与炉体腔室的垂直中心线在纵向截面上呈β夹角，β为80-85°，氧气及水蒸汽喷嘴安装口（2-4）中心线在炉体水平截面上的正投影经过炉体腔室的水平截面的圆心。
5.如权利要求1或2所述的一种防止挂渣的常压固定床液态排渣气化反应炉，其特征在于：所述灰渣熔融室（3）处炉体的同一平面上均匀布置有6～8个氧气喷嘴安装口（3-2），所述氧气喷嘴安装口（3-2）的中心线与炉体腔室的垂直中心线在纵向截面上呈δ夹角，δ为70-80°，所述氧气喷嘴安装口（3-2）的中心线在水平方向上的正投影与所述灰渣熔融室水平截面圆接触点处的中心线之间呈ε夹角，ε为40-60°。
6.如权利要求1所述的一种防止挂渣的常压固定床液态排渣气化反应炉，其特征在于：所述合成气出口（1-4）、溢流排渣口（8）和残渣排放口（8-2）均为中通管道，管道内壁为耐火材料；所述溢流排渣口的中心线与灰渣熔融室的垂直中心线在纵向截面上呈ζ角，ζ为75-85°；所述残渣排放口的中心线与灰渣熔融室的垂直中心线在纵向截面上呈η角，η为92-100°。
7.如权利要求1或2所述的一种防止挂渣的常压固定床液态排渣气化反应炉，其特征在于：所述灰渣熔融室（3）底部朝残渣排放口有一定角度斜度，灰渣熔融室（3）的高度H5与干燥热解室（1）上半部分高度H1比为2.0-3.0：1；所述腔室内部有效高度H与干燥热解室（1）上半部分的直径D的高径比为3.5-5.0：1。
8.如权利要求2所述的一种防止挂渣的常压固定床液态排渣气化反应炉，其特征在于：所述气化反应室（2）内壁上半部分的耐火材料（2-3）厚度小于下半部分的耐火材料（2-3）厚度。
9.如权利要求1所述的一种防止挂渣的常压固定床液态排渣气化反应炉，其特征在于：所述温度测口（1-5）、压力测口（1-6）的中心线与炉体腔室的中心线垂直。
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| CN108546569A (zh) * | 2018-06-27 | 2018-09-18 | 华东理工大学 | 气流床气化炉及气化方法 |
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