CN207062208U - 一种干煤粉耦合生物质共气化下行激冷气化炉结构 - Google Patents

Abstract

一种干煤粉耦合生物质共气化下行激冷气化炉结构，包括气化炉壳体，气化炉壳体内设有带循环水进口和循环水出口的水冷壁，气化炉壳体上部沿水平方向布置有多个气粉煤烧嘴，气化炉壳体顶部沿竖直方向布置有生物质及气化炉点火开工一体化的烧嘴，烧嘴通过顶盖和气化炉壳体固定密封；水冷壁的底部通过分程隔板和激冷罐的顶部连接，分程隔板的底部和激冷环连接，激冷环和下降管的顶部连接，下降管外壁和气化炉壳体内壁之间固定有破泡器，激冷环的激冷水入口穿过激冷罐外壁设置的激冷水进口，激冷罐外壁设有合成气出口、渣水出口，本实用新型实现粉煤与生物质共气化，便于气化炉温控制，采用的下行激冷形式，使后续净化除尘系统负担小，能耗低，效率高。

Description

一种干煤粉耦合生物质共气化下行激冷气化炉结构

技术领域

本实用新型属于煤气化技术领域，具体涉及一种干煤粉耦合生物质共气化下行激冷气化炉结构。

背景技术

我国能源禀赋特征是“富煤、贫油、少气”，实现煤炭清洁高效转化是克服我国“贫油、少气”的主要技术途径。除化石能源外，生物质作为一种可再生能源，有着储量丰富、廉价易得等优势，同时生物质也是唯一可再生的含碳能源，在能源生成和转化过程中，不增加大气CO₂总量。作为农业大国，我国生物质资源丰富，从储量上看，生物质能源是继煤炭、石油、天然气之外的“第四大”能源。

在众多煤炭洁净转化利用技术中，煤气化技术是发展煤基化学品、煤制清洁燃料、整体煤气化联合循环发电等领域的共性技术和关键技术，是煤炭清洁高效转化最有效的途径。干煤粉气流床采用干粉进料、纯氧/富氧气化、水冷壁结构和液态排渣，床层反应温高达1400～1600℃的高温，具有良好的煤种适应性，能气化较宽范围的煤种，对灰含量要求低，含灰量5％-30％均可气化，气化过程碳转化率高、不产生有机污染物，符合煤炭清洁高效利用总对节能和环保的要求，成为煤气化技术发展的最主要方向。

在缺乏有效的生物质利用技术下，生物质往往通过焚烧或废弃处理，不仅造成能源大巨大浪费，同时还会产生二噁英、烟尘等污染物。生物质燃烧技术在一定程度上实现了生物质资源化利用，实现了燃烧污染物的集约化处理。生物质原料的供给受季节的影响和地域限制，导致原料的收集与运输成本过高，生物质燃烧装置通常规模较小，能源效率低下；燃烧烟气中碱金属富集，尾部见到和换热面结渣和腐蚀严重；仍然存在二噁英等污染物排放风险；而且，生物质能仅作热能利用。生物质气化可将生物质中的碳氢元素转化成CO和H₂，作为化工生产的基础原料或清洁燃气，近年来对生物质气化技术的研究日益增多，也取得了明显进展。但是生物质单独气化也存在类似燃烧装置中规模小、效率低、二噁英污染、碱金属腐蚀等缺点，气化过程中还将生成焦油等污染物。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种干煤粉耦合生物质共气化下行激冷气化炉结构，实现了粉煤与生物质共气化，便于气化炉温控制，采用的下行激冷形式，使后续净化除尘系统负担小，能耗低，效率高。

为了达到上述目的，本实用新型通过如下技术方案实现：

一种干煤粉耦合生物质共气化下行激冷气化炉结构，包括气化炉壳体1，气化炉壳体1内设有带循环水进口15和循环水出口16的水冷壁2，气化炉壳体1上部沿水平方向布置有多个气粉煤烧嘴4，气化炉壳体1顶部沿竖直方向布置有生物质及气化炉点火开工一体化的烧嘴3，烧嘴3通过顶盖14和气化炉壳体1固定密封；

水冷壁2的底部通过分程隔板7和激冷罐5的顶部连接，分程隔板7的底部和激冷环8连接，激冷环8和下降管6的顶部连接，下降管6外壁和气化炉壳体1内壁之间固定有破泡器9，激冷环8的激冷水入口和激冷罐5外壁设置的激冷水进口10连通，激冷罐5外壁设有合成气出口11、液位计12和人孔17，激冷罐5底部设有渣水出口13。

所述的干煤粉耦合生物质共气化下行激冷气化炉为干法进料加压气流床气化炉，上部为水冷壁2的气化反应室，生物质占总进料的质量分数为0～30％，气化压力0.6～4.5MPa，反应温度1300℃～1700℃；下部的激冷罐5采用液态排渣方式。

所述的水冷壁2采用盘管或列管结构，水冷壁2内部构成气化反应区，水冷壁2内壁敷耐火材料。

所述的粉煤烧嘴4的数量为2～6个，采用水平对置；当粉煤烧嘴4的数量多于3个时，切圆布置，粉煤烧嘴4中心线与气化炉直径偏离夹角α为0～9°。

所述的粉煤烧嘴4进料包括气化原料和氧化剂，气化原料是煤炭、焦炭、半焦或石油焦原料制成的粉末，氧化剂是纯氧、富氧或纯氧/富氧与水蒸汽/二氧化碳的混合物。

所述的烧嘴3实现气化炉点火、开工和生物质气化给料的功能，烧嘴中心是气化炉点火、开工原料通道，烧嘴外环包括生物质给料通道和气化剂通道；点火、开工原料是液化石油气、天然气、柴油及其氧化剂，其氧化剂为仪表空气或氧气；生物质给料通道和气化剂通道进料包括气化原料及其氧化剂，气化原料为秸秆、稻壳、树皮、生活垃圾预制成的颗粒，其氧化剂是纯氧或富氧。

所述的烧嘴3采用螺栓螺母与炉顶盖14固定，用垫片密封，插入水冷壁2的上口，插入深度H为100～500mm，烧嘴3外壁与水冷壁2上口内壁间距D为10～40mm。

所述的激冷水进口10的激冷水经激冷环8沿切线方向进入下降管6后，在下降管6内壁上形成均匀的螺旋状水膜。

所述的下降管6为中空结构，底端为锯齿状。

所述的破泡器9通过机械方式固定在气化炉壳体1内壁与下降管6外壁之间。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型将干煤粉和生物质送入同一个反应室内，在氧气或富氧的条件下，发生共气化反应，气化原料以煤粉为主，气化单炉容量放大容易。在纯氧/富氧氛围下，气化温度高，避免了生物质单独气化时采用空气气化温度低引起合成气含有焦油二噁英等污染物、合成气碱金属高度富集引起腐蚀等问题。生物质通常具有较高的氢碳比，与煤炭氢碳比低形成了互补，与单独煤气化相比，产生的合成气氢含量提高，改善了煤炭单独气化合成气组分。

煤与生物质共气化可以充分发挥煤和生物质两种资源的特点，改善合成气品质，克服生物质气化应用中的难题，实现生物质资源的清洁高效地利用，节约煤炭。

本实用新型采用的下行激冷形式，使绝大部分灰渣经激冷洗涤后混于水中排出，使后续净化除尘系统负担小；并且粗合成气中含有足够的饱和水蒸汽，可直接送入下游变换系统，不需要额外补加蒸汽，能耗小，效率高。干煤粉与生物质共气化可以充分发挥煤和生物质两种资源的特点，改善合成气品质，克服生物质气化应用中的难题，实现生物质资源的清洁高效地利用，节约煤炭。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为粉煤烧嘴4中心线与气化炉壳体1直径偏离夹角α示意图。

图3为本实用新型的局部结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型进行进一步说明。本领域技术人员了解，下述内容不是对本实用新型保护范围的限制。任何在本实用新型基础上做出的改进和变化都在本实用新型的保护范围之内。

参照图1，一种干煤粉耦合生物质共气化下行激冷气化炉结构，包括气化炉壳体1，气化炉壳体1内设有带循环水进口15和循环水出口16的水冷壁2，气化炉壳体1上部沿水平方向布置有多个气粉煤烧嘴4，气化炉壳体1顶部沿竖直方向布置有生物质及气化炉点火开工一体化的烧嘴3，烧嘴3通过顶盖14和气化炉壳体1固定密封；

水冷壁2的底部通过分程隔板7和激冷罐5的顶部连接，分程隔板7的底部和激冷环8连接，激冷环8和下降管6的顶部连接，下降管6外壁和气化炉壳体1内壁之间固定有破泡器9，激冷环8的激冷水入口和激冷罐5外壁设置的激冷水进口10连通，激冷罐5外壁设有合成气出口11、液位计12和人孔17，激冷罐5底部设有渣水出口13。

所述的干煤粉耦合生物质共气化下行激冷气化炉为干法进料加压气流床气化炉，上部为水冷壁2的气化反应室，气化压力0.6～4.5MPa，反应温度1300℃～1700℃；下部的激冷罐5采用液态排渣方式，气化炉外壳1作为压力容器承受气化压力。

所述的水冷壁2采用盘管或列管结构，水冷壁2内部构成气化反应区，内壁敷耐火材料。

所述的粉煤烧嘴4的数量为2～6个，采用水平对置；当粉煤烧嘴4的数量多于3个时，切圆布置，粉煤烧嘴4中心线与气化炉直径偏离夹角α为0～9°，如图2所示。

所述的粉煤烧嘴4进料包括气化原料和氧化剂，气化原料是煤炭、焦炭、半焦、石油焦等原料制成的粉末，氧化剂是纯氧、富氧、或纯氧/富氧与水蒸汽/二氧化碳的混合物。

所述的烧嘴3实现气化炉点火、开工和生物质气化给料的功能，烧嘴中心是气化炉点火、开工原料通道，烧嘴外环包括生物质给料通道和气化剂通道；点火、开工原料是液化石油气、天然气、柴油及其氧化剂，其氧化剂为仪表空气或氧气；生物质给料通道和气化剂通道进料包括气化原料及其氧化剂，气化原料为秸秆、稻壳、树皮、生活垃圾预制成的颗粒，其氧化剂是纯氧或富氧。

参照图3，所述的烧嘴3采用螺栓螺母与炉顶盖14固定，用垫片密封，插入水冷壁2的上口，插入深度H为100～500mm，烧嘴3外壁与水冷壁2上口内壁间距D为10～40mm。

所述的激冷水进口10的激冷水经激冷环8沿切线方向进入下降管6后，在下降管6内壁上形成均匀的螺旋状水膜，以保护下降管6不被高温合成气及熔渣被烧坏。

所述的下降管6为中空结构，低端为锯齿状。

所述的破泡器9通过机械方式固定在气化炉壳体1内壁与下降管6外壁之间，以破除合成气中夹带的大量泡沫，破泡器9数量至少为1个。

本实用新型的工作原理为：粉煤与生物质在水冷壁2组成的反应室与氧化介质发生气化反应。多个粉煤烧嘴4水平布置，确保了粉煤在反应区具有较长的停留反应时间和扰动强度，使粉煤颗粒得到充分反应，具有较高反应活性的生物质由生物质及气化炉点火开工一体化烧嘴3从气化炉顶部进入反应区，在高温欠氧氛围下发生气化反应，煤和生物质中的灰分以液态渣的形式被水冷壁2捕集，生成的高温合成气与液态渣通过气化炉下渣口进入下降管6，激冷水由激冷水进口10进入激冷环8，并在下降管6内壁形成一层均匀螺旋的水膜，避免下降管6被高温合成气和液态渣损坏，在下降管6下部高温合成气与激冷水充分接触饱和，合成气中的液态渣被激冷成玻璃态颗粒，大部分细灰被激冷水脱除，合成气在下降管6底部反向通过下降管6与激冷罐5壳体之间的环隙向上流动，经过破泡器9除泡后由合成气出口11送出气化炉。

Claims (7)

1.一种干煤粉耦合生物质共气化下行激冷气化炉结构，包括气化炉壳体(1)，其特征在于：气化炉壳体(1)内设有带循环水进口(15)和循环水出口(16)的水冷壁(2)，气化炉壳体(1)上部沿水平方向布置有多个气粉煤烧嘴(4)，气化炉壳体(1)顶部沿竖直方向布置有生物质及气化炉点火开工一体化的烧嘴(3)，烧嘴(3)通过顶盖(14)和气化炉壳体(1)固定密封；

水冷壁(2)的底部通过分程隔板(7)和激冷罐(5)的顶部连接，分程隔板(7)的底部和激冷环(8)连接，激冷环(8)和下降管(6)的顶部连接，下降管(6)外壁和气化炉壳体(1)内壁之间固定有破泡器(9)，激冷环(8)的激冷水入口和激冷罐(5)外壁设置的激冷水进口(10)连通，激冷罐(5)外壁设有合成气出口(11)、液位计(12)和人孔(17)，激冷罐(5)底部设有渣水出口(13)。

2.根据权利要求1所述的一种干煤粉耦合生物质共气化下行激冷气化炉结构，其特征在于：所述的水冷壁(2)采用盘管或列管结构，水冷壁(2)内部构成气化反应区，水冷壁(2)内壁敷耐火材料。

3.根据权利要求1所述的一种干煤粉耦合生物质共气化下行激冷气化炉结构，其特征在于：所述的粉煤烧嘴(4)的数量为2～6个，采用水平对置；当粉煤烧嘴(4)的数量多于3个时，切圆布置，粉煤烧嘴(4)中心线与气化炉直径偏离夹角α为0～9°。

4.根据权利要求1所述的一种干煤粉耦合生物质共气化下行激冷气化炉结构，其特征在于：所述的烧嘴(3)实现气化炉点火、开工和生物质气化给料的功能，烧嘴中心是气化炉点火、开工原料通道，烧嘴外环包括生物质给料通道和气化剂通道。

5.根据权利要求1所述的一种干煤粉耦合生物质共气化下行激冷气化炉结构，其特征在于：所述的烧嘴(3)采用螺栓螺母与炉顶盖(14)固定，用垫片密封，插入水冷壁(2)的上口，插入深度H为100～500mm，烧嘴(3)外壁与水冷壁(2)上口内壁间距D为10～40mm。

6.根据权利要求1所述的一种干煤粉耦合生物质共气化下行激冷气化炉结构，其特征在于：所述的下降管(6)为中空结构，底端为锯齿状。

7.根据权利要求1所述的一种干煤粉耦合生物质共气化下行激冷气化炉结构，其特征在于：所述的破泡器(9)通过机械方式固定在气化炉壳体(1)内壁与下降管(6)外壁之间。