固態(tài)排渣氣化爐的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種固態(tài)排渣氣化爐，該氣化爐包括氣化室，所述氣化室上部設(shè)有用于噴射燃料和一次氧氣的主燒嘴，在所述氣化室側(cè)壁的不同高度上設(shè)置有多個(gè)用于噴射二次氧氣的輔助燒嘴，所述氣化室的下部為錐形部，所述錐形部中設(shè)有膜冷卻裝置，用于噴出流體，以在錐形部壁面上形成流體保護(hù)膜，冷卻所述錐形部。本發(fā)明通過(guò)多級(jí)供氧，向氣化室吹送氣體以實(shí)現(xiàn)對(duì)排氣口附近壁面的氣膜冷卻，實(shí)現(xiàn)固態(tài)排渣，能夠及時(shí)清除積留在爐壁上的灰渣。因此，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)順利排渣。
【專利說(shuō)明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及利用含碳原料生產(chǎn)煤氣的氣化爐，尤其涉及一種固態(tài)排渣的氣化爐。 固態(tài)排渣氣化爐

【背景技術(shù)】
[0002] 氣流床氣化是目前最為普遍的利用煤、石油焦等含碳原料制備煤氣的方式，煤炭 和氧氣等氣化劑噴入高溫（通常在1300?1700°C )高壓（通常在4?8MPa)的爐膛中，煤 炭和氣化劑發(fā)生燃燒和氣化反應(yīng)，生成以C0和H2為有效成分的合成煤氣，并排出氣化爐。 由于煤炭中含有大量的灰分，因此氣化爐設(shè)計(jì)必須解決灰分如何排出的問(wèn)題。
[0003] 目前商業(yè)化使用的氣化爐均采用了液態(tài)排渣的方式。其原因是為了保證在氣化 爐有限的空間內(nèi)完成速度較慢的氣化反應(yīng)，需要將氣化室內(nèi)的平均氣化溫度提高到1250°c 以上，而局部火焰的溫度則高達(dá)1800°C?2000°C，如此高的溫度會(huì)使得渣處于軟化甚至流 動(dòng)狀態(tài)，為了避免軟化狀態(tài)的渣堵塞排渣口，往往將氣化爐氣化溫度設(shè)置得高于渣的流動(dòng) 溫度100?150°C。因此氣化爐目前的出口溫度往往達(dá)到1350°C?1650°C。這么高的氣 化溫度已經(jīng)遠(yuǎn)高于提高反應(yīng)速度所需要的溫度。這么高的氣化溫度是通過(guò)燃燒煤中的有效 成分實(shí)現(xiàn)的，而且出口合成氣的顯熱是難以利用的，因此，當(dāng)煤的熔點(diǎn)較高時(shí)f如1500°C? 1700°C )，為此會(huì)造成非常嚴(yán)重的浪費(fèi)和效率降低。這種技術(shù)要求造成很大一部分高灰熔點(diǎn) 煤無(wú)法用氣流床技術(shù)氣化。而傳統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)固態(tài)排渣的固定床氣化爐由于其固有的含酚廢水 無(wú)法處理的問(wèn)題無(wú)法適應(yīng)當(dāng)前的環(huán)保要求。
[0004] 如果能實(shí)現(xiàn)氣化爐的固態(tài)排渣，就可以使得高灰熔點(diǎn)煤在1300?1400°C的氣化 溫度區(qū)間內(nèi)氣化，大大提高氣化效率，增加氣化爐的煤種適應(yīng)性。目前，能夠查詢到的固態(tài) 排渣氣化爐沒(méi)有實(shí)際工程運(yùn)行范例。只有部分專利涉及到固態(tài)排渣氣化爐，和本發(fā)明比較 相關(guān)的專利例如有發(fā)明專利 ZL200610026335. 6、CN200810183198. 6 和 CN201010299229. 1。 專利ZL200610026335. 6給出的解決方案包括排氣口采用錐面斜坡，渣口附近采用較快的 氣流速度，噴水環(huán)靠近下渣口配置，中心設(shè)置高壓氣噴管。專利CN200810183198. 6給出的 解決方案包括調(diào)整氣化爐高徑比，調(diào)整排氣口錐面坡度，不使用助熔劑。
[0005] 如前面所述，對(duì)于目前噴嘴集中配置的氣化爐，雖然固態(tài)排渣后平均氣化溫度降 低到了 1300°C左右，但噴嘴附近局部區(qū)域的溫度仍高達(dá)1800°C?2000°C，熔融的灰渣在被 氣流夾帶至出氣口的過(guò)程中被逐漸冷卻，由于氣化爐內(nèi)處于高度湍流狀態(tài)，灰渣的運(yùn)動(dòng)十 分不規(guī)律，在氣化爐內(nèi)的停留時(shí)間也各不相同，相應(yīng)地，被冷卻的效果也十分不同，必然有 一部份灰渣仍然處于軟化態(tài)到熔融態(tài)之間。這部分灰渣在渣口附近仍然會(huì)與爐壁粘連。這 種粘連與爐壁的傾角并沒(méi)有太大關(guān)系，甚至垂直的爐壁都可能發(fā)生粘黏，從而導(dǎo)致渣口的 堵塞。而粘黏堵塞一旦形成，靠渣口附近流速為30?50m / s的氣流吹動(dòng)，基本無(wú)法將其 吹走。至于停止使用降低灰熔點(diǎn)的助熔劑，本是理所應(yīng)當(dāng)?shù)氖拢⒉荒芙鉀Q該技術(shù)問(wèn)題。
[0006] 專利CN20 1 0 1 0299229. 1給出的解決方案包括兩段供氧控溫及水蒸氣控溫技 術(shù)。首先根據(jù)計(jì)算和相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)，兩段供氧設(shè)計(jì)最多可以使最高點(diǎn)溫度下降200°C，仍不足 以使其降低到低于灰渣軟化溫度的區(qū)間，其次，該設(shè)計(jì)采用水蒸氣做減溫劑，而高壓水蒸氣 的制備需要大量的熱量，同時(shí)為了保證一定的過(guò)熱度避免凝結(jié)，高壓水蒸氣管道需要采用 耐高溫合金鋼并設(shè)置大量保溫結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致操作環(huán)境變得非常復(fù)雜和惡劣。
[0007] 然而氣化爐的局部溫度高達(dá)1800°C?2000°C，導(dǎo)致即使平均氣化溫度較低，仍然 會(huì)有部分的渣處于軟化、熔融狀態(tài)，這部分的渣會(huì)在爐壁上冷卻，粘連，導(dǎo)致渣口堵塞，氣化 爐無(wú)法正常運(yùn)行。如何避免爐壁及渣口處的熔融渣的堵塞和粘連是固態(tài)排渣氣化爐必須解 決的技術(shù)問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 鑒于上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出一種固態(tài)排渣氣化爐，該氣化爐包括氣化室，所述 氣化室上部設(shè)有用于噴射燃料和一次氧氣的主燒嘴，在所述氣化室側(cè)壁的不同高度上設(shè)置 有多個(gè)用于噴射二次氧氣的輔助燒嘴，所述氣化室的下部為錐形部，所述錐形部中設(shè)有膜 冷卻裝置，用于噴出流體，以在錐形部壁面上形成流體保護(hù)膜，冷卻所述錐形部。
[0009] 優(yōu)選，所述氣化爐還包括環(huán)繞爐體的二次氧氣總管，在所述二次氧氣總管的不同 位置處設(shè)有多個(gè)與所述總管連接的分管，所述輔助噴嘴設(shè)置在分管的不同高度上。
[0010] 優(yōu)選，所述氣化爐還包括能夠伸縮的噴嘴，所述噴嘴可以伸入所述氣化室中噴出 氣體，以清除積留在氣化室壁面上的灰渣。
[0011] 優(yōu)選，噴出的流體為水蒸氣、惰性氣體、氮?dú)饣蛘哂稍摎饣癄t產(chǎn)生的合成氣。所述 輔助噴嘴為對(duì)沖設(shè)置的。所述輔助燒嘴和所述主燒嘴在高度上的距離為0.8米-3米。所 述燒嘴設(shè)置在所述錐形部高度的下1 / 3?1 / 4位置處。所述膜冷卻裝置設(shè)置在所述錐 形部高度的上1 / 2?3 / 4位置處。優(yōu)選，所述氣化爐的爐壁由承壓外殼和耐火襯兩層 組成。
[0012] 從上面的描述可以看出，本發(fā)明通過(guò)多級(jí)供氧，向氣化室吹送氣體能夠降低氣化 室的溫度，實(shí)現(xiàn)固態(tài)排漁，能夠及時(shí)清除積留在爐壁上的灰渣。因此，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā) 明實(shí)施例的方案可以順利排渣。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013] 本發(fā)明的其它特征、特點(diǎn)、優(yōu)點(diǎn)和益處通過(guò)以下結(jié)合附圖的詳細(xì)描述將變得更加 顯而易見。
[0014] 圖1示出了按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的氣化爐的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015] 圖2示出了按照本發(fā)明另外一個(gè)實(shí)施例的氣化爐的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0016] 下面將結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例。
[0017] 如圖1所示，氣化爐可以采用熱壁爐結(jié)構(gòu)，即氣化爐的爐壁由承壓外殼和耐火襯 里兩層組成。承壓外殼可以為耐壓鋼殼體，耐火襯里可以采用常用的耐火磚，其可以以貼壁 的方式鋪設(shè)。氣化爐的爐內(nèi)空間主要分成上部的氣化室1和下部的激冷室。氣化室1的下 部為錐形，即本文件中所稱的錐形部4。錐形部4的錐角可以為60?75度。該錐角既能夠 保證渣的順利下滑，又確保渣口的尺寸可以收得足夠小，避免了氣化室內(nèi)熱量通過(guò)渣口的 過(guò)度散失。
[0018] 氣化爐爐壁的頂部設(shè)置一個(gè)主燒嘴2。主燒嘴2可以為組合燒嘴的形式，大體可分 為值班燒嘴、中間管和外管。其中值班燒嘴可以通入燃料氣和氧氣，值班燒嘴就是氣化爐領(lǐng) 域所謂的"長(zhǎng)明燈"，其用于點(diǎn)火，保持火焰和爐膛壓力。中間管可以通入一次氧氣，外管可 以通入煤粉?？梢詫⒁徊糠侄趸紦Q雜在中間管的一次氧氣中，以起到降低主燒嘴火焰 高溫區(qū)溫度的作用。采用C 0 2作為減溫劑，將C 0 2與氧氣混合后噴出的好處是，一方面 提高了氧氣出口速度，另一方面降低了出口氧氣濃度，導(dǎo)致氧氣噴入后產(chǎn)生的火焰遠(yuǎn)離爐 壁，且變得更為彌散。而由于氣化爐的主要用途是煤化工生產(chǎn)，C 0 2在煤化工流程中一般 都會(huì)有，往往是無(wú)用需要排空的廢氣，采用這種方式加以利用，不用擔(dān)心C 0 2的氣源，而且 可以起到C 0 2減排的效果。當(dāng)然，主燒嘴2還可以為其它的形式，例如可以為無(wú)值班燒嘴 的氧一煤一氧燒嘴或多個(gè)獨(dú)立燒嘴的形式。
[0019] 主燒嘴2下方側(cè)壁的不同高度上設(shè)置有用于噴射二次氧氣的多個(gè)輔助燒嘴3。這 些輔助燒嘴3可以以陣列的方式布置。例如，爐壁上可以對(duì)沖布置2組或4組對(duì)沖的輔助 燒嘴3,每組輔助燒嘴3可以由3?6只上下分布的氧氣燒嘴組成。對(duì)沖燒嘴可以稍有錯(cuò) 開以形成切圓。為了簡(jiǎn)化氣化爐的結(jié)構(gòu)，可以設(shè)置一個(gè)環(huán)繞爐體的氧氣總管6,在氧氣總管 6的2?4個(gè)位置處連接分管7,在各個(gè)分管7的不同高度上設(shè)置3?6個(gè)氧氣燒嘴。為了 避免主燒嘴2的燃燒區(qū)域和輔助燒嘴3的燃燒區(qū)域重疊，輔助燒嘴3可以離開主燒嘴2 - 定的距離。優(yōu)選，輔助燒嘴3和主燒嘴2在高度上相距0.8?3米。輔助燒嘴3和主燒嘴 2高度差的選擇需要不能影響主燒嘴的燃燒區(qū)，從而使得燃燒過(guò)程分散而均勻，實(shí)現(xiàn)低溫燃 燒。同時(shí)，輔助燒嘴3還需要與氣化室1的煤氣出口保持足夠的距離，以免使得煤氣燃燒不 充分，降低冷煤氣效率。輔助燒嘴3的供氧量?jī)?yōu)選占總體供氧量的30%?40%。如果輔助 燒嘴供氧量太多，會(huì)造成生成的C02和H20在爐內(nèi)停留時(shí)間過(guò)短，來(lái)不及與碳粒反應(yīng)。
[0020] 在錐形部4中還設(shè)置有膜冷卻噴嘴5,其略微伸出氣化爐的壁面，用于將水蒸氣、 惰性氣體、氮?dú)饣蛘弑練饣癄t產(chǎn)生的合成氣作為激冷氣貼著氣化爐的壁面噴出，激冷氣的 溫度優(yōu)選為300°C，這樣噴出的激冷氣可以迅速將靠近壁面的合成氣溫度降低至800°C左 右。 申請(qǐng)人:經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)和計(jì)算發(fā)現(xiàn)，錐形部高度的上1 / 2?3 / 4位置處容易貼渣，故 而優(yōu)選在錐形部高度的上1 / 2?3 / 4位置處設(shè)置上述膜冷卻噴嘴5。當(dāng)然，能夠噴射高 壓氣體的裝置都可以用作膜冷卻裝置，不限于噴嘴的形式。
[0021] 為了應(yīng)付可能出現(xiàn)的堵渣、搭橋等故障，還設(shè)置了可伸縮吹渣桿10,吹渣桿的頂端 設(shè)置有吹渣噴嘴8,其可以噴出流速在100?300m / s的蒸氣或合成氣，以清除積留在氣化 室壁面上的灰渣。噴嘴8的方向可以旋轉(zhuǎn)，這樣就可以向氣化室的各個(gè)方向噴射氣體，從而 可以清楚積留在氣化室各個(gè)方向上的灰渣。噴嘴8的位置也可以由吹渣桿的伸縮來(lái)改變， 以確保能夠清除渣口各個(gè)位置的堵渣。在氣化爐正常運(yùn)行時(shí)，吹渣桿可以帶動(dòng)噴嘴8,可以 縮入耐火磚內(nèi)部，以保護(hù)噴嘴8不被燒壞。噴嘴8吹出氣體的流速優(yōu)選為100?300m / s。 該范圍內(nèi)的流速既能實(shí)現(xiàn)沖掉積留的灰渣，又能夠?qū)t膛流場(chǎng)產(chǎn)生盡可能少的影響。申請(qǐng) 人經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)和研究發(fā)現(xiàn)，在所述錐形部（4)高度的下1 / 3?1 / 4這一段最容易出 現(xiàn)堵渣搭橋現(xiàn)象，所以最需要緊急沖渣裝置。所以噴嘴8優(yōu)選設(shè)置在所述錐形部4高度的 下1 / 3?1 / 4位置處。吹渣桿10的伸縮可以由氣化爐的運(yùn)行人員觀察爐壁是否積留 灰渣，進(jìn)而手動(dòng)操作吹渣桿，將噴嘴8伸入或者抽出氣化室。也可以通過(guò)傳感器測(cè)量氣化爐 內(nèi)的壓差，利用檢測(cè)的壓差信號(hào)借助自動(dòng)控制裝置控制。
[0022] 下面分析本發(fā)明的實(shí)施方式能夠?qū)崿F(xiàn)的技術(shù)效果。就燃燒方面講，本發(fā)明的實(shí)時(shí) 方式采用多級(jí)陣列式噴嘴，煤粉或煤漿通過(guò)復(fù)合噴嘴從頂部供入，同時(shí)供入一小部分的氧 氣作為氣化劑，在燒嘴設(shè)計(jì)中加大旋流角使其迅速擴(kuò)散?？梢栽龃笱鯕獬隹谔幮魅~片的 角度來(lái)增大氧氣出口的旋流角度。這一設(shè)計(jì)在其他形式的燒嘴中可能帶來(lái)容易熄火等問(wèn) 題，但由于本發(fā)明的實(shí)時(shí)方式中還設(shè)置了值班燒嘴，就避免了熄火的可能性。剩余的氧氣由 主燒嘴下方的爐壁上對(duì)角布置的2組或4組陣列氧噴嘴噴出，每組陣列氧噴嘴由2?6只 上下分布的氧氣噴嘴組成。噴嘴的分散布置，導(dǎo)致每次噴入的氧量變少，由此產(chǎn)生的局部高 溫區(qū)溫度大大降低，且區(qū)域更為分散。陣列氧噴嘴的位置，設(shè)置在主燒嘴下方一定距離，避 開主燒嘴的燃燒區(qū)，從而使得燃燒過(guò)程分散而均勻，實(shí)現(xiàn)低溫燃燒。
[0023] 下面參照?qǐng)D1對(duì)本發(fā)明氣化爐的一種結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。圖1示出的氣化爐采用熱壁 爐結(jié)構(gòu)。燃料為高熱值（27?30MJ / kg)、低灰（3?6%)的煤或石油焦，添加阻熔劑后， 灰的軟化溫度達(dá)到1600°C。壓力殼的內(nèi)部鋪設(shè)有貼壁的耐火磚，頂部設(shè)置一個(gè)主燒嘴2。氣 化爐上部為氣化室1，氣化室的下部為錐形4,錐角為60?75度。主燒嘴2的供氧量占總 體供氧量的30%?40%，主燒嘴2為一個(gè)復(fù)合燒嘴，其內(nèi)的外環(huán)氧摻雜有33%的C0 2，以起 到降低燃燒溫度的效果。
[0024] 主燒嘴下方的爐壁上對(duì)角布置4組對(duì)沖的陣列式輔助燒嘴3,每組輔助燒嘴3由2 只上下分布的氧氣噴嘴組成。每只噴嘴噴出的氧量占總氧量的2?5%。噴入的C0 2量與 總氧量的摩爾比為1:1. 5?1:2. 5,下部噴嘴內(nèi)的0)2占總量的30%?40%。
[0025] 氣化爐1錐形部的上2 / 3位置處設(shè)有氣膜冷卻噴嘴5,其略微伸出氣化爐的 壁面，用于將該氣化爐產(chǎn)生的合成氣作為激冷氣貼著氣化爐的壁面噴出，激冷氣的溫度為 300°C，噴出的激冷氣可以迅速將靠近壁面的合成氣溫度降低至800°C左右。在膜冷卻噴嘴 5的下方設(shè)置有可以伸縮、旋轉(zhuǎn)的高壓氣吹渣桿10,吹渣桿10上設(shè)有噴嘴8,用于在萬(wàn)一發(fā) 生堵渣時(shí)噴射高溫氣體進(jìn)行疏通。
[0026] 合成氣在輻射式換熱器11里冷卻到600°C后由側(cè)面的出氣口 12流出，一部分較重 的灰則落入冷灰斗，經(jīng)由渣鎖斗排出。
[0027] 下面參照?qǐng)D2對(duì)本發(fā)明氣化爐的另外一種結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。該氣化爐采用熱壁爐結(jié) 構(gòu)。設(shè)計(jì)煤種為熱值25?27MJ / kg，灰分含量為10%左右的煙煤，加入一定的阻熔劑后 使得灰的軟化溫度達(dá)到1500°C。壓力殼的內(nèi)部鋪設(shè)有貼壁的耐火磚，頂部設(shè)置一個(gè)主燒嘴 1，主燒嘴的中心設(shè)置有噴入天然氣的值班燒嘴，外層為氧一煤的復(fù)合燒嘴。主噴嘴下方的 爐壁上對(duì)角布置2組對(duì)沖的噴射二次氧氣的輔助燒嘴3,每組輔助燒嘴由3只上下分布的噴 嘴組成。噴入的〇) 2量與總氧量的摩爾比為1 :4,輔助燒嘴內(nèi)的C02占總量的26%?30%。 對(duì)角燒嘴的角度稍有錯(cuò)開以形成切圓。
[0028] 在合成氣的出口設(shè)置有2?3圈激冷噴水環(huán)，將出口的合成氣冷卻至200°C? 300°C。然后經(jīng)由側(cè)面的出氣口 12流出，一部分較重的灰則落入冷灰斗，經(jīng)由渣鎖斗排出。
[0029] 本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，上面公開的各個(gè)實(shí)施例可以在不偏離發(fā)明實(shí)質(zhì)的情況 下做出各種變形和修改。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)由所附的權(quán)利要求書來(lái)限定。
【權(quán)利要求】
1. 一種固態(tài)排渣氣化爐，該氣化爐包括氣化室（1)，所述氣化室（1)上部設(shè)有用于噴 射燃料和一次氧氣的主燒嘴（2)，在所述氣化室（1)側(cè)壁的不同高度上設(shè)置有多個(gè)用于噴 射二次氧氣的輔助燒嘴（3)，所述氣化室（1)的下部為錐形部（4)，所述錐形部（4)中設(shè)有 膜冷卻裝置（5)，用于噴出流體，以在錐形部（4)壁面上形成流體保護(hù)膜，冷卻所述錐形部 ⑷。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣化爐，其中所述氣化爐還包括環(huán)繞爐體的二次氧氣總管 (6)，在所述二次氧氣總管（6)的不同位置處設(shè)有多個(gè)與所述總管（6)連接的分管（7)，所述 輔助燒嘴（3)設(shè)置在分管（7)的不同高度上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣化爐，其中所述氣化爐還包括能夠伸縮的噴嘴（8)，所述噴 嘴（8)可以伸入所述氣化室（1)中噴射氣體，以清除積留在氣化室壁面上的灰渣。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣化爐，其中噴出的流體為水蒸氣、惰性氣體或者由該氣化 爐產(chǎn)生的合成氣。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣化爐，其中所述輔助燒嘴（3)為對(duì)沖設(shè)置的。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣化爐，其中所述輔助燒嘴（3)和所述主燒嘴（2)在高度上 的距離為0.8米-3米。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的氣化爐，其中所述噴嘴（8)設(shè)置在所述錐形部（4)高度的下 1/3?1/4位置處。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣化爐，其中所述膜冷卻裝置（5)設(shè)置在所述錐形部⑷高 度的上1/2?3/4位置處。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣化爐，其中所述氣化爐的爐壁由承壓外殼和耐火襯里兩層 組成。
【文檔編號(hào)】C10J3/50GK104119957SQ201310156803
【公開日】2014年10月29日 申請(qǐng)日期:2013年4月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月28日
【發(fā)明者】江寧, 徐四清 申請(qǐng)人:西門子公司