專利名稱：一種水煤漿旋風(fēng)氣流床氣化爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及旋風(fēng)氣流床氣化爐，特別涉及一種水煤漿旋風(fēng)氣流床氣化爐，屬于煤氣化設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
煤氣化技術(shù)廣泛應(yīng)用于工業(yè)燃?xì)狻⒚裼妹簹馍a(chǎn)、化工合成、燃料油合成原料氣、冶金還原、聯(lián)合循環(huán)發(fā)電、燃料電池、制氫等諸多領(lǐng)域，得到了普遍關(guān)注并取得了較大進(jìn)展。煤氣化工藝一般分為移動(dòng)床(也稱為固定床)、流化床和氣流床三種。其中氣流床氣化技術(shù)因具有處理量大，碳轉(zhuǎn)化率高、冷煤氣效率高等優(yōu)點(diǎn)已成為現(xiàn)代煤氣化技術(shù)的主要發(fā)展方向。氣流床煤氣化的進(jìn)料方式有兩種水煤漿式和干煤粉式。水煤漿氣化爐由于其工 藝簡(jiǎn)單、煤種范圍寬、單臺(tái)出力大等技術(shù)優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛關(guān)注。德士古(Texaco)水煤漿氣化爐是水煤漿氣化技術(shù)的典型代表，如圖I所示，氣化爐主要由頂部噴嘴、爐頂、氣化室、排氣口和排渣口等組成。水煤漿經(jīng)過(guò)氣流破碎霧化后進(jìn)入氣化爐，與O2和水蒸氣一起在氣化爐中進(jìn)行反應(yīng)。水煤漿進(jìn)入氣化爐后經(jīng)歷了水分蒸發(fā)、熱解揮發(fā)、半焦燃燒氣化反應(yīng)和氣化還原反應(yīng)等主要過(guò)程。生成的粗煤氣經(jīng)過(guò)冷卻、除塵、脫硫后由排氣口收集，液態(tài)灰渣經(jīng)過(guò)冷卻、破碎后由排渣口排出。從實(shí)際運(yùn)行情況來(lái)看，水煤漿氣流床氣化技術(shù)目前還存在以下兩個(gè)方面的主要問(wèn)題。一方面，由于氣化爐溫度極高，噴嘴出口處O2和水煤漿發(fā)生氧化反應(yīng)放熱，造成水煤漿噴嘴使用壽命很短，平均每2-6個(gè)月就需更換。另一方面，目前的水煤漿氣化爐內(nèi)傳熱特性和流動(dòng)特性不均勻，在負(fù)荷波動(dòng)時(shí)易造成壁面上形成的渣膜出現(xiàn)問(wèn)題，導(dǎo)致水煤漿氣化爐的耐火材料或者水冷壁結(jié)構(gòu)損壞而不得不定期更換。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種水煤漿旋風(fēng)氣流床氣化爐，在不降低氣流床氣化經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，解決現(xiàn)有水煤漿氣化爐噴嘴使用壽命不長(zhǎng)和液態(tài)渣膜不穩(wěn)定的問(wèn)題，提高煤氣化過(guò)程的工作可靠性。本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下—種水煤漿旋風(fēng)氣流床氣化爐，包括氣化室、位于氣化室上部的爐頂、位于爐頂上部的頂部噴嘴、布置在氣化室下部的排氣口和底部排渣口，其特征在于所述的頂部噴嘴內(nèi)設(shè)有旋流葉片，在氣化室側(cè)壁沿高度方向設(shè)有至少一層四角切圓O2噴嘴。本實(shí)用新型所述的爐頂采用半球形；所述的氣化室采用圓柱形，所述的底部排渣口采用圓錐形。本實(shí)用新型具有以下突出優(yōu)點(diǎn)及效果①?gòu)捻敳繃娮靽娚涑龅乃簼{霧化氣流由于沒(méi)有O2助燃不能燃燒放熱，在噴嘴出口處射流溫度較低，有效保護(hù)頂部噴嘴不被燒壞；噴嘴射流和氧氣射流的混合位置和交叉射流結(jié)構(gòu)可以通過(guò)流場(chǎng)優(yōu)化確定，實(shí)現(xiàn)靈活度較大；②水煤漿霧化氣流沿爐壁成螺旋線運(yùn)動(dòng)，受壁面液態(tài)渣粘滯力的影響，運(yùn)動(dòng)緩慢，大大延長(zhǎng)了在爐內(nèi)的停留時(shí)間，同時(shí)壁面處氣流線速度最高，氣固混合傳熱傳質(zhì)強(qiáng)烈，有利于提高煤氣化的碳轉(zhuǎn)化率；③煤氣化后形成的液態(tài)渣將直接停留在壁面上，有效地保護(hù)爐壁不受高溫酸性氣體的熱侵害和化學(xué)腐蝕侵害，提高了氣化爐的工作安全性；④四角切圓O2噴嘴沿高度方向分一層或者多層布置，能夠有效分散熱負(fù)荷，形成均勻的爐內(nèi)溫度場(chǎng)，提高了氣化爐工作可靠性。水煤漿旋風(fēng)氣流床氣化爐能夠有效解決當(dāng)前水煤漿氣化爐運(yùn)行中暴露的問(wèn)題，在維持氣流床氣化爐高效率的同時(shí)提高煤氣化過(guò)程的可靠性。

圖I為現(xiàn)有典型水煤漿氣流床氣化爐結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實(shí)用新型提出的一種水煤漿旋風(fēng)氣流床氣化爐實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為頂部旋流噴嘴示意圖。 圖4為球形爐頂內(nèi)水煤漿霧化氣流運(yùn)動(dòng)軌跡示意圖。圖5為側(cè)壁四角切圓噴嘴結(jié)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)射流示意圖。圖6為氣化室內(nèi)水煤漿氣流運(yùn)動(dòng)軌跡示意圖。圖中標(biāo)記1_頂部噴嘴；2_爐頂；3_氣化室；4_排氣口 ；5_底部排渣口 ；6_旋流葉片四角切圓O2噴嘴。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型的原理、結(jié)構(gòu)及實(shí)施方式。如圖2所示，本實(shí)用新型提供的一種水煤漿旋風(fēng)氣流床氣化爐，包括氣化室3、位于氣化室上部的爐頂2、位于爐頂上部的頂部噴嘴I、布置在氣化室下部的排氣口 4和底部排渣口 5。所述的頂部噴嘴I內(nèi)設(shè)有旋流葉片6，在氣化室3側(cè)壁沿高度方向設(shè)有至少一層四角切圓O2噴嘴7。本實(shí)用新型所述的爐頂采用半球形，氣化室優(yōu)選采用圓柱形，底部排渣口采用圓錐形。水煤漿通過(guò)N2或CO2 (取決于氣化爐后續(xù)流程的要求)破碎霧化后通過(guò)頂部噴嘴I內(nèi)的旋流葉片6進(jìn)入爐頂2，水煤漿霧化氣流和水蒸氣在氣化爐頂部形成向下的旋轉(zhuǎn)射流，在爐頂區(qū)域形成旋轉(zhuǎn)向下的水煤漿霧化氣流(如圖4所示)；頂部噴嘴I為一出口帶旋流葉片6的旋流噴嘴(如圖3所示)。在氣化室3側(cè)壁上沿高度方向安裝有至少一層四角切圓O2噴嘴7，在氣化室橫截面上，四角切圓O2噴嘴沿圓周方向均布四只(如圖5所示)；氣化用O2通過(guò)氣化室側(cè)壁上的四角切圓O2噴嘴7切向進(jìn)入氣化室，四角切圓O2噴嘴中的射流與直徑方向成一定角度進(jìn)入氣化室，噴嘴的射流延長(zhǎng)線相交成內(nèi)接圓，在氣化室近壁區(qū)域形成一股強(qiáng)勁的旋轉(zhuǎn)氣流。這個(gè)旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)使水煤漿霧化氣流發(fā)生偏斜并被卷吸到氣化室壁面附近，在離心力作用下，水煤漿霧化氣流在近爐壁區(qū)呈螺旋線軌跡自上向下緩慢運(yùn)動(dòng)，煤顆粒在爐壁表面形成的液態(tài)渣膜上發(fā)生膜式氣化，如圖6所示。氣化爐熱態(tài)運(yùn)行時(shí)，會(huì)在筒壁上形成一層熔渣膜。當(dāng)水煤漿氣流進(jìn)入旋風(fēng)氣化爐，粒徑較大的水煤漿顆粒被從高速旋轉(zhuǎn)的氣流中分離出來(lái)，經(jīng)過(guò)高溫區(qū)蒸發(fā)、干燥和熱解，在離心力的作用下被不斷拋向筒壁的熔渣膜。隨著渣層的流動(dòng)和迅速加熱，以及二次風(fēng)旋流的高速?zèng)_刷，煤、純氧和水蒸汽在高溫條件下發(fā)生氣化還原反應(yīng)，產(chǎn)生合成氣。最終氣化生成的粗煤氣通過(guò)所述排氣口 4排出氣化室，生成的灰渣通過(guò)底部排渣口 5排出氣化爐。相對(duì)于傳統(tǒng)氣流床氣化爐，本實(shí)用新型提出的一種水煤漿旋風(fēng)氣流床氣化爐，由于采用了水煤漿通過(guò)頂部噴嘴旋流進(jìn)料，純氧通過(guò)氣化室側(cè)壁的四角切圓O2噴嘴切向進(jìn)氣的設(shè)計(jì)，避免了頂部噴嘴處水煤漿霧化氣流與O2燃燒放熱反應(yīng)，有效解決了水煤漿氣流床氣化爐噴嘴壽命不長(zhǎng)的問(wèn)題。利用高速旋轉(zhuǎn)射流的離心力作用將水煤漿顆粒分離出來(lái)并不斷拋向熔融的液態(tài)渣膜上，使得氣化室壁面液態(tài)渣層穩(wěn)定，有效保護(hù)了爐壁不受高溫酸性氣體的熱侵害和化學(xué)腐蝕侵害。沿壁面成螺旋線運(yùn)動(dòng)的水煤漿氣流在液態(tài)渣粘滯力的作用下運(yùn)動(dòng)緩慢，大大增加了在氣化爐內(nèi)停留時(shí)間，同時(shí)壁面氣固傳熱傳質(zhì)強(qiáng)烈，提高了煤氣化的碳轉(zhuǎn)化率；四角切圓O2噴嘴沿氣化室高度方向分多層布置，使得氣化室內(nèi)溫度場(chǎng)均勻，提高氣化爐工作穩(wěn)定性。本實(shí)用新型提出的水煤漿旋風(fēng)氣流床氣化爐在不降低氣流床氣化 經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，解決現(xiàn)有水煤漿氣化爐的問(wèn)題，提高煤氣化過(guò)程的工作可靠性。
權(quán)利要求1.一種水煤漿旋風(fēng)氣流床氣化爐，包括氣化室(3)、位于氣化室上部的爐頂(2)、位于爐頂上部的頂部噴嘴(I)、布置在氣化室下部的排氣口(4)和底部排渣口(5)，其特征在于所述的頂部噴嘴(I)內(nèi)設(shè)有旋流葉片(6)，在氣化室(3)側(cè)壁沿高度方向設(shè)有至少一層四角切圓O2噴嘴(7)。
2.如權(quán)利要求I所述的一種水煤漿旋風(fēng)氣流床氣化爐，其特征在于所述的爐頂(2)采用半球形。
3.如權(quán)利要求I所述的一種水煤漿旋風(fēng)氣流床氣化爐，其特征在于所述的氣化室(3)采用圓柱形，所述的底部排渣口(5)采用圓錐形。
專利摘要一種水煤漿旋風(fēng)氣流床氣化爐，屬于煤氣化設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。本實(shí)用新型包括頂部噴嘴、爐頂、氣化室、排氣口和底部排渣口；頂部噴嘴內(nèi)設(shè)有旋流葉片，氣化室側(cè)壁布置有至少一層四角切圓O2噴嘴。水煤漿通過(guò)頂部噴嘴旋流進(jìn)料，在爐頂區(qū)域形成旋轉(zhuǎn)的水煤漿霧化氣流；純氧通過(guò)氣化室側(cè)壁四角切圓O2噴嘴進(jìn)氣，在近壁區(qū)形成切向高速旋轉(zhuǎn)氣流；在高速旋轉(zhuǎn)氣流的離心力作用下，水煤漿顆粒在爐壁表面形成的液態(tài)渣膜上發(fā)生膜式氣化。本實(shí)用新型有效增加了氣化爐噴嘴壽命；增加了水煤漿在爐內(nèi)停留時(shí)間，提高煤氣化碳轉(zhuǎn)化率；形成的液態(tài)渣停留在壁面上，有效保護(hù)爐壁不受熱侵害和化學(xué)腐蝕侵害；四角切圓O2噴嘴沿氣化室高度方向多層布置，爐內(nèi)溫度場(chǎng)均勻。
文檔編號(hào)C10J3/48GK202786142SQ20122042627
公開(kāi)日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月24日
發(fā)明者俞偉偉, 呂俊復(fù), 楊海瑞, 張海, 劉青, 沈解忠, 李俊, 韋志平 申請(qǐng)人:清華大學(xué), 無(wú)錫華光鍋爐股份有限公司