CN206783608U - 设置水煤浆雾化增强装置的煤气化系统 - Google Patents
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Abstract
一种设置水煤浆雾化增强装置的煤气化系统，包括气化炉、雾化增强装置，所述雾化增强装置为空心圆柱体，所述空心圆柱体具有供气体与水煤浆物料混合的密封空腔，在空心圆柱体的前端面上开设气体入口和物料入口，在空心圆柱体的后端面上开设雾化出口，所述雾化增强装置的雾化出口与烧嘴的雾化入口通过管道连接，用于将高压气体和水煤浆物料混合得到的水煤浆雾化混合物送入烧嘴，本实用新型中的雾化增强装置将水煤浆物料与高压气体进行初次雾化，初次雾化后的水煤浆雾化混合物进入烧嘴被再次雾化后，雾化效果得到加强，水煤浆小颗粒更小，对烧嘴口的磨擦作用减弱，且燃烧更充分。
Description
技术领域
本实用新型涉及水煤浆气化处理技术领域，尤其涉及一种设置水煤浆雾化增强装置的煤气化系统。
背景技术
煤化工产业以煤为原料，经化学加工使煤转化为气体、液体和固体燃料以及化学品，主要包括煤的气化、液化、干馏，以及焦油加工和电石乙炔化工等。其中煤气化是煤化工的重要的组成部分。
在传统的水煤浆气化炉气化工艺中，65%的磨碎的煤粉颗粒、34%的水和1%的添加剂混合成为水煤浆，经过加压输送进入气化炉顶部的烧嘴，通过高压O2进行雾化，点火后形成稳定的火焰，燃烧产物主要为H2 和CO，未反应的O2和部分副产物CO2 通过后续工艺进行分离，净化后的H2 和CO可以进一步转化为甲醇等液态燃料。
现有的气化炉中，经过烧嘴雾化的水煤浆存在磨损烧嘴和雾化不充分问题，磨损烧嘴问题导致运行数天，如30-120天不等，之后就要停车检修更换烧嘴；雾化不充分问题导致煤浆小颗粒雾化不完全而且分布集中，造成局部区域的过量O2与已生成的工艺气H2 、CO反应生成CO2；而O2过少的地方，气化不完全的煤浆颗粒落在激冷室中，形成未燃区，导致碳转化率和气化效率降低。而且还存在块状煤渣溅落、附着到烧嘴口两侧或气化炉壁上，降低了烧嘴内冷却盘管的冷却效果，缩短了清理结焦和煤渣的周期。由于以上问题，造成生产效率下降、成本升高。
实用新型内容
有必要提出一种对进入烧嘴前的水煤浆混合物进行增强雾化的设置水煤浆雾化增强装置的煤气化系统。
一种设置水煤浆雾化增强装置的煤气化系统，包括气化炉、雾化增强装置，所述气化炉包括炉体、设置在炉体顶部的烧嘴，在炉体的顶部开设与炉体内部连通的下料口，所述烧嘴的下端与所述下料口连接，所述烧嘴的上端设置用于通入高纯氧气的氧气入口和用于通入水煤浆雾化混合物的雾化入口，在炉体底部开设出渣口，所述雾化增强装置与所述烧嘴的雾化入口通过管道连接，以将经过雾化增强装置初次雾化的水煤浆雾化混合物送入烧嘴的雾化入口，所述雾化增强装置为空心圆柱体，所述空心圆柱体具有供气体与水煤浆物料混合的密封空腔，在空心圆柱体的前端面上开设气体入口和物料入口，在空心圆柱体的后端面上开设雾化出口，所述气体入口用于通入高压气体，所述物料入口用于通入水煤浆物料，所述雾化增强装置的雾化出口与烧嘴的雾化入口通过管道连接，用于将高压气体和水煤浆物料混合得到的水煤浆雾化混合物送入烧嘴。
优选的，所述雾化增强装置包括圆柱形侧壁、前端面、后端面、中心套管，所述前端面和后端面分别将圆柱形侧壁的前端开口和后端开口封堵，以形成供气体与水煤浆物料混合的密封空腔，所述中心套管设置在所述密封空腔内，中心套管与圆柱形侧壁同心同轴设置，以使中心套管和圆柱形侧壁之间形成气体缓冲室，所述中心套管的内部形成物料缓冲室，所述中心套管的前端与前端面固定连接，中心套管的后端向密封空腔的内部延伸，中心套管的长度不大于圆柱形侧壁的长度的1/3，以使中心套管的后端与圆柱形侧壁、及后端面之间形成混料室，在与所述气体缓冲室连接的前端面上开设若干气体入口，在与所述物料缓冲室连接的前端面上开设物料入口，在与所述物料缓冲室正对的后端面上开设雾化出口。
优选的，还在所述中心套管的后端与圆柱形侧壁之间设置紊流环形板，紊流环形板将所述气体缓冲室的出口封堵，所述紊流环形板的一端与中心套管的后端固定连接，紊流环形板的另一端与圆柱形侧壁的内壁连接，在所述紊流环形板的中间开设导流口。
优选的，所述导流口的方向朝向圆柱形侧壁的轴线方向倾斜。
优选的，所述导流口为沿着紊流环形板的中间开设的圆环形导流口，以通过圆环形导流口将紊流环形板分割为第一环形板半体和第二环形板半体。
优选的，在所述若干气体入口内通入的高压气体为高压二氧化碳气体。
优选的，在所述若干气体入口的前端连接用于通入高压二氧化碳气体的送气管道，在所述送气管道上设置止回阀，以防止雾化后的水煤浆雾化混合物倒流进入送气管道内。
优选的，所述设置水煤浆雾化增强装置的煤气化系统还包括旋风分离装置和换热装置，还在所述气化炉的炉体的顶部开设混合气出口，用于排出气化反应的混合气，所述旋风分离装置包括旋流入口、气相出口、杂质出口，所述旋流入口与炉体的混合气出口连接，所述气相出口与所述换热装置连接，所述杂质出口用于排出旋流分离后的杂质，所述换热装置包括换热盘管，所述换热盘管的一端与旋风分离装置的气相出口连接，换热盘管的另一端用于排出换热后的混合气，所述换热盘管螺旋盘绕在所述雾化增强装置的圆柱形侧壁的外壁上。
本实用新型中的雾化增强装置将水煤浆物料与高压气体进行初次雾化，初次雾化后的水煤浆雾化混合物进入烧嘴被再次雾化后，雾化效果得到加强，水煤浆小颗粒更小，对烧嘴口的磨擦作用减弱，且燃烧更充分。
附图说明
图1为所述设置水煤浆雾化增强装置的煤气化系统的结构示意图。
图2为所述雾化增强装置的内部结构示意图。
图3为设置了换热盘管的雾化增强装置的内部结构示意图。
图4为所述烧嘴的内部结构示意图。
图中：气化炉10、炉体11、出渣口111、混合气出口112、烧嘴12、氧气入口121、雾化入口122、雾化增强装置20、圆柱形侧壁21、气体缓冲室211、物料缓冲室212、混料室213、前端面22、气体入口221、物料入口222、后端面23、雾化出口231、中心套管24、第一环形板半体25、第二环形板半体26、圆环形导流口27、旋风分离装置30、旋流入口31、气相出口32、杂质出口33、换热装置40、换热盘管41。
具体实施方式
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图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。
参见图1至图3，本实用新型实施例提供了一种设置水煤浆雾化增强装置的煤气化系统，包括气化炉10、雾化增强装置20，气化炉10包括炉体11、设置在炉体11顶部的烧嘴12，在炉体11的顶部开设与炉体11内部连通的下料口，烧嘴12的下端与下料口连接，烧嘴12的上端设置用于通入高纯氧气的氧气入口121和用于通入水煤浆雾化混合物的雾化入口122，在炉体11底部开设出渣口111，雾化增强装置20与烧嘴12的雾化入口122通过管道连接，以将经过雾化增强装置20初次雾化的水煤浆雾化混合物送入烧嘴12的雾化入口122，雾化增强装置20为空心圆柱体，空心圆柱体具有供气体与水煤浆物料混合的密封空腔，在空心圆柱体的前端面22上开设气体入口221和物料入口222，在空心圆柱体的后端面23上开设雾化出口231，气体入口221用于通入高压气体，物料入口222用于通入水煤浆物料，雾化增强装置20的雾化出口231与烧嘴12的雾化入口122通过管道连接，用于将高压气体和水煤浆物料混合得到的水煤浆雾化混合物送入烧嘴12。
进一步，雾化增强装置20包括圆柱形侧壁21、前端面22、后端面23、中心套管24，前端面22和后端面23分别将圆柱形侧壁21的前端开口和后端开口封堵，以形成供气体与水煤浆物料混合的密封空腔，中心套管24设置在密封空腔内，中心套管24与圆柱形侧壁21同心同轴设置，中心套管24也为空心圆柱体，以使中心套管24和圆柱形侧壁21之间形成气体缓冲室211，中心套管24的内部形成物料缓冲室212，中心套管24的前端与前端面22固定连接，中心套管24的后端向密封空腔的内部延伸，中心套管24的长度不大于圆柱形侧壁21的长度的1/3，以使中心套管24的后端与圆柱形侧壁21、及后端面23之间形成混料室213，在与气体缓冲室211连接的前端面22上开设若干气体入口221，在与物料缓冲室212连接的前端面22上开设物料入口222，在与物料缓冲室212正对的后端面23上开设雾化出口231。也就是在中心套管24正对的前端面22上开设物料入口222，在中心套管24与圆柱形侧壁21之间的前端面22上开设若干气体入口221。
在本实施方式中，将通入水煤浆物料的物料入口222设置在中间，在环绕物料入口222的周围设置若干气体入口221，如此高压气体先进入气体缓冲室211，再进入混料室213，由于气体缓冲室211的体积小于混料室213的体积，使得高压气体从气体缓冲室211进入混料室213的过程中，气体会因体积突变而出现体积膨胀，进而打乱高压气体的流向，形成紊流，如此使气体与水煤浆物料混合更加充分。
进一步，还在中心套管24的后端与圆柱形侧壁21之间设置紊流环形板，紊流环形板将气体缓冲室211的出口封堵，紊流环形板的一端与中心套管24的后端固定连接，紊流环形板的另一端与圆柱形侧壁21的内壁连接，在紊流环形板的中间开设导流口。
进一步，导流口的方向朝向圆柱形侧壁21的轴线方向倾斜。经过导流口导向的高压气体向圆柱形侧壁21的中心方向喷射，也就是向水煤浆物料的方向喷射，进而增大气体与物料的混合均匀程度。
进一步，导流口为沿着紊流环形板的中间开设的圆环形导流口27，以通过圆环形导流口27将紊流环形板分割为第一环形板半体25和第二环形板半体26。如此，呈圆环形、连通的导流口，使得从气体缓冲室211进入混料室213的高压气体的体积变化梯度增大，气体压力变化梯度也增大，气体紊流程度更大，使得气体与物料混合效果更好。
进一步，在若干气体入口221内通入的高压气体为高压二氧化碳气体。
由于在煤气化炉10在高温下存在如下可逆反应，a.C+H2O=H2+CO，b. C+CO2=2CO,c.2CO+O2=2CO2，在雾化增强装置20中，作为初次水煤浆雾化载气的CO2气体，经过初次雾化后，与水煤浆物料一起进入气化炉10后会影响以上反应的化学平衡反应方向，根据化学平衡移动原理可知，CO2体积比例的增加，会促进反应b和抑制反应c，因此通过调节雾化增强装置20中CO2的流量，可以控制煤和水在高温下反应生成H2和CO的化学平衡朝着有利的反应a的方向进行，进而可以提高水煤浆气化效率，提高碳转化率。
进一步，在若干气体入口221的前端连接用于通入高压二氧化碳气体的送气管道，在送气管道上设置止回阀，以防止雾化后的水煤浆雾化混合物倒流进入送气管道内。
参见图1、图4，进一步，所述设置水煤浆雾化增强装置的煤气化系统还包括旋风分离装置30和换热装置40，还在气化炉10的炉体11的顶部开设混合气出口112，用于排出气化反应的混合气，旋风分离装置30包括旋流入口31、气相出口32、杂质出口33，旋流入口31与炉体11的混合气出口112连接，气相出口32与换热装置40连接，杂质出口33用于排出旋流分离后的杂质，换热装置40包括换热盘管41，换热盘管41的一端与旋风分离装置30的气相出口32连接，换热盘管41的另一端用于排出换热后的混合气，换热盘管41螺旋盘绕在雾化增强装置20的圆柱形侧壁21的外壁上。
经过气化炉10气化生产的混合气为工艺气体，其主要成分包括H2，CO，CO2，O2，这些混合气体需要经过后序工序进一步的处理分离，从而得到生产所需的气体，在气化炉10气化反应完成后，从混合气出口112出来的混合气的温度较高，达到1300-1500℃，而这些混合气体在后序工序处理时，还需要冷却降温处理，造成这部分热量的浪费；而该雾化增强装置20中高压气体和水煤浆物料混合初次雾化时，温度越高，气体和水煤浆物料越活跃，分子运动越激烈，混合越均匀，所以该技术方案将二者结合，设计了换热盘管41，这样，经过换热后，混合气中的热量进入初次雾化的水煤浆雾化混合物中，初次雾化的水煤浆和CO2气体被预热后温度约达到500-600℃，预热后有利于进入烧嘴后再次雾化时反应速率的提高，并且能够有效提高碳转化率，不仅提高了水煤浆雾化混合物的温度和热量，而且降低了混合气的温度，一举两得，完全符合节能降耗的理念。
文中所述的水煤浆：是由大约65%的煤、34%的水和1%的添加剂通过物理加工得到的一种低污染、高效率、可管道输送的代油煤基流体燃料。
本实用新型实施例装置中的模块或单元可以根据实际需要进行合并、划分和删减。
以上所揭露的仅为本实用新型较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属于实用新型所涵盖的范围。
Claims (8)
1.一种设置水煤浆雾化增强装置的煤气化系统，其特征在于：包括气化炉、雾化增强装置，所述气化炉包括炉体、设置在炉体顶部的烧嘴，在炉体的顶部开设与炉体内部连通的下料口，所述烧嘴的下端与所述下料口连接，所述烧嘴的上端设置用于通入高纯氧气的氧气入口和用于通入水煤浆雾化混合物的雾化入口，在炉体底部开设出渣口，所述雾化增强装置与所述烧嘴的雾化入口通过管道连接，以将经过雾化增强装置初次雾化的水煤浆雾化混合物送入烧嘴的雾化入口，所述雾化增强装置为空心圆柱体，所述空心圆柱体具有供气体与水煤浆物料混合的密封空腔，在空心圆柱体的前端面上开设气体入口和物料入口，在空心圆柱体的后端面上开设雾化出口，所述气体入口用于通入高压气体，所述物料入口用于通入水煤浆物料，所述雾化增强装置的雾化出口与烧嘴的雾化入口通过管道连接，用于将高压气体和水煤浆物料混合得到的水煤浆雾化混合物送入烧嘴。
2.如权利要求1所述的设置水煤浆雾化增强装置的煤气化系统，其特征在于：所述雾化增强装置包括圆柱形侧壁、前端面、后端面、中心套管，所述前端面和后端面分别将圆柱形侧壁的前端开口和后端开口封堵，以形成供气体与水煤浆物料混合的密封空腔，所述中心套管设置在所述密封空腔内，中心套管与圆柱形侧壁同心同轴设置，以使中心套管和圆柱形侧壁之间形成气体缓冲室，所述中心套管的内部形成物料缓冲室，所述中心套管的前端与前端面固定连接，中心套管的后端向密封空腔的内部延伸，中心套管的长度不大于圆柱形侧壁的长度的1/3，以使中心套管的后端与圆柱形侧壁、及后端面之间形成混料室，在与所述气体缓冲室连接的前端面上开设若干气体入口，在与所述物料缓冲室连接的前端面上开设物料入口，在与所述物料缓冲室正对的后端面上开设雾化出口。
3.如权利要求2所述的设置水煤浆雾化增强装置的煤气化系统，其特征在于：还在所述中心套管的后端与圆柱形侧壁之间设置紊流环形板，紊流环形板将所述气体缓冲室的出口封堵，所述紊流环形板的一端与中心套管的后端固定连接，紊流环形板的另一端与圆柱形侧壁的内壁连接，在所述紊流环形板的中间开设导流口。
4.如权利要求3所述的设置水煤浆雾化增强装置的煤气化系统，其特征在于：所述导流口的方向朝向圆柱形侧壁的轴线方向倾斜。
5.如权利要求4所述的设置水煤浆雾化增强装置的煤气化系统，其特征在于：所述导流口为沿着紊流环形板的中间开设的圆环形导流口，以通过圆环形导流口将紊流环形板分割为第一环形板半体和第二环形板半体。
6.如权利要求2所述的设置水煤浆雾化增强装置的煤气化系统，其特征在于：在所述若干气体入口内通入的高压气体为高压二氧化碳气体。
7.如权利要求6所述的设置水煤浆雾化增强装置的煤气化系统，其特征在于：在所述若干气体入口的前端连接用于通入高压二氧化碳气体的送气管道，在所述送气管道上设置止回阀，以防止雾化后的水煤浆雾化混合物倒流进入送气管道内。
8.如权利要求2所述的设置水煤浆雾化增强装置的煤气化系统，其特征在于：所述设置水煤浆雾化增强装置的煤气化系统还包括旋风分离装置和换热装置，还在所述气化炉的炉体的顶部开设混合气出口，用于排出气化反应的混合气，所述旋风分离装置包括旋流入口、气相出口、杂质出口，所述旋流入口与炉体的混合气出口连接，所述气相出口与所述换热装置连接，所述杂质出口用于排出旋流分离后的杂质，所述换热装置包括换热盘管，所述换热盘管的一端与旋风分离装置的气相出口连接，换热盘管的另一端用于排出换热后的混合气，所述换热盘管螺旋盘绕在所述雾化增强装置的圆柱形侧壁的外壁上。
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