專利名稱：一種多噴嘴氣流床氣化爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種多噴嘴氣流床氣化爐，屬于能源清潔利用技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
氣化過程是含碳物質(zhì)的一個熱化學過程。氣化技術(shù)通常以煤等含碳固體燃料的粉末或其配置的液體燃料為原料，以含氧氣、水蒸汽作為氣化劑，通過燒嘴噴入氣化爐后，在高溫高壓條件下發(fā)生氣化反應，產(chǎn)生高溫高壓合成氣(或稱為煤氣)和爐渣。合成氣在投入使用前需經(jīng)降溫、凈化等工序處理。所投入燃料經(jīng)氣化后產(chǎn)生的灰渣同樣需要降溫處理才能排出氣化爐。
所述的氣化技術(shù)，其中氣流床氣化技術(shù)是一種高效潔凈煤氣化方法。從氣化原料分可分為漿體燃料氣化技術(shù)和粉體燃料氣化技術(shù)兩類；從氣化爐爐壁材料分，可分為水冷壁型氣化爐(冷壁型)和耐火磚型氣化爐(熱壁型)；從合成氣冷卻凈化方案分可分為余熱回收型和洗滌冷卻型；從氣化爐燒嘴個數(shù)分可分為單噴嘴型和多噴嘴型；上述所說的合成氣冷卻器中，余熱回收式通常需要采用廢熱鍋爐，而廢熱鍋爐主要存在投資成本高、運行不可靠、容易結(jié)渣等問題，現(xiàn)有氣流床氣化技術(shù)大多采用洗滌冷卻技術(shù)處理高溫高壓合成氣和熔融態(tài)灰渣，如中國專利CN1322795所公開的一種復合床高溫煤氣冷卻洗滌設(shè)備，其由于高溫合成氣夾帶有大量灰渣，直接進入洗滌冷卻室與其下降管接觸，由于下降管的保護主要靠掛壁液膜來保證，容易出現(xiàn)下降管燒穿等惡性事故，導致氣化系統(tǒng)停車等問題。而單噴嘴系列技術(shù)，主要存在受單噴嘴負荷限制，大型化和運行穩(wěn)定性不如多噴嘴設(shè)計可靠的問題。因此，開發(fā)一種易于執(zhí)行大型化放大、運行穩(wěn)定可靠的大規(guī)模高效氣化技術(shù)，是提高我國煤炭等含碳物質(zhì)氣化技術(shù)可靠性的關(guān)鍵技術(shù)途徑之一。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是解決廢熱鍋爐存在的投資成本高、運行不可靠、容易結(jié)渣以及由于高溫合成氣夾帶有大量灰渣，導致下降管燒穿等問題，提供一種運行穩(wěn)定可靠、易于大型化放大、環(huán)保節(jié)能的多噴嘴氣流床氣化爐。為了達到上述目的，本實用新型提供了一種多噴嘴氣流床氣化爐，其特征在于，包括氣化爐本體，所述的氣化爐本體的下面設(shè)有激冷變換室，激冷變換室的下面設(shè)有洗滌除渣室，所述氣化爐本體、激冷變換室和洗滌除渣室為同軸設(shè)置，所述的氣化爐本體內(nèi)設(shè)有燒嘴室和工藝燒嘴室，所述的激冷變換室內(nèi)設(shè)有激冷環(huán)。優(yōu)選地，所述的氣化爐本體包括氣化爐殼體，氣化爐殼體內(nèi)的上部設(shè)有氣化爐爐壁，氣化爐爐壁的頂部設(shè)有燒嘴室，氣化爐爐壁的中上部設(shè)有工藝燒嘴室，氣化爐爐壁的內(nèi)部為氣化爐爐膛，氣化爐爐膛的底部設(shè)有氣化爐下渣口，氣化爐下渣口穿過氣化爐本體出Π ；所述的激冷變換室包括與氣化爐本體出口相連的導引管，導引管的外側(cè)與激冷環(huán)連接，激冷環(huán)上設(shè)有激冷噴頭，激冷環(huán)的下方設(shè)有激冷變換室錐形底部，激冷變換室錐形底部與激冷變換室錐形出口連接；所述的洗滌除渣室包括與激冷變換室錐形出口相連的下降管，下降管的下方設(shè)有渣池，下降管與氣化爐殼體之間設(shè)有破泡板，破泡板上方的氣化爐殼體上設(shè)有合成氣出口，渣池內(nèi)設(shè)有破渣器，破渣器包括破渣格柵，破渣格柵上方設(shè)有錐心破渣錐，破渣器下方設(shè)有排渣口。優(yōu)選地，所述的工藝燒嘴室至少設(shè)有一層，每層至少設(shè)有兩個工藝燒嘴。優(yōu)選地，所述工藝燒嘴的燒嘴軸線與氣化爐徑向形成的夾角為O 30°。優(yōu)選地，所述的氣化爐下渣口為錐形狀，其錐形角度為15 75°。優(yōu)選地，所述的導引管的外側(cè)設(shè)有至少一圈激冷環(huán)，每圈激冷環(huán)上均設(shè)有64 200個沿環(huán)形布置的激冷噴頭。優(yōu)選地，所述激冷噴頭的噴頭與氣化爐軸向和徑向分別形成的第一夾角角度和第二夾角角度，第一夾角角度為O 60°，第二夾角角度為-60 60°，第二夾角角度與工藝燒嘴所形成切向角度的方向相反。優(yōu)選地，所述的激冷變換室錐形底部的錐形角度15 75°。優(yōu)選地，所述的導引管的形狀為喇叭口狀，其擴口角度為5 45°。優(yōu)選地，所述的燒嘴室貫穿氣化爐殼體的頂部且與氣化爐本體同軸設(shè)置，燒嘴室內(nèi)可設(shè)有工藝燒嘴、點火燒嘴或烘爐燒嘴。優(yōu)選地，所述的破泡板至少設(shè)有一層，每層破泡板包括骨架破泡條和外圍破泡條，骨架破泡條和外圍破泡條 的下面均設(shè)有向下的錐形破泡齒。優(yōu)選地，所述的破渣格柵為圓拱形，且至少設(shè)有一層，破渣格柵的格柵孔徑20X20 200 X 200mm。優(yōu)選地，所述的下降管為圓筒狀，且與激冷變換室同軸，下降管直徑與氣化爐本體內(nèi)徑的比值為0.1 0.6。相比現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型置具有如下有益效果:(I)采用激冷變換室和洗滌除渣室分離聯(lián)用系統(tǒng)，大大提高了氣化產(chǎn)物降溫、洗滌凈化的效率，并可使設(shè)備運行穩(wěn)定性和可靠性大大提高，既解決了合成氣出口帶灰問題，也解決了下降管高溫腐蝕和燒蝕等問題，還可為水蒸汽、CO變換反應提供物流條件和反應空間，且可使氣化爐下部合成氣冷卻處理系統(tǒng)結(jié)渣、堵渣概率大大降低；(2)采用了氣化爐上置式，使合成氣與灰渣同向向下流動，并在下渣口位置進行大空間噴淋激冷，可有效清除合成氣中灰渣，并迅速使其固化，與氣、渣逆向分流式氣化爐相t匕，大大簡化了設(shè)備結(jié)構(gòu)，降低了設(shè)備投資，既環(huán)保又節(jié)能；(3)采用的氣化爐本體設(shè)有側(cè)面切向多噴嘴，避免了撞擊式產(chǎn)生強撞擊火焰燒蝕氣化爐頂部耐火磚，同時提高了燃料在氣化爐內(nèi)的停留時間，從而提高了碳轉(zhuǎn)化率和冷煤氣效率，并易于大型化放大。

圖1為一種多噴嘴氣流床氣化爐的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1的A-A剖視圖；[0027]圖3為圖1的B-B剖視圖；圖4為破泡板的截面示意圖。附圖標記說明1-氣化爐殼體；2_氣化爐爐壁；3_氣化爐爐膛；4_氣化爐下渣口 ；5-氣化爐本體出口 ；6_激冷變換室錐形出口 ；7_下降管；8_破泡板；8a-外圍破泡條；8b-骨架破泡條；9-渣池；10-排渣口 ；IIa-工藝燒嘴室；IIb-燒嘴室；12-導引管；13-激冷噴頭；14_激冷環(huán)；15-合成氣出口 ； 16-工藝燒嘴；17-破渣格柵；18-激冷變換室錐形底部；19-錐心破渣錐，20-洗滌水入口，21-洗滌水出口。
具體實施方式
為使本實用新型更明顯易懂，茲以優(yōu)選實施例，并配合附圖作詳細說明如下。本實用新型為一種多噴嘴氣流床氣化爐，包括三個主要組成部分，分別為氣化爐本體(氣化區(qū)域I)、激冷變換室(冷卻區(qū)域II)和洗滌除渣室(洗滌除渣區(qū)域III)。如圖1所示，為一種多噴嘴氣流床氣化爐的結(jié)構(gòu)示意圖。氣化爐本體的下面安置有激冷變換室，激冷變換室的下面安置有洗滌除渣室，氣化爐本體、激冷變換室和洗滌除渣室為同軸設(shè)置。氣化爐頂部采用圓拱形設(shè)計，其直徑與氣化爐筒體直徑一致，氣化爐下部采用直段式設(shè)計。氣化爐本體包括氣化爐殼體1、爐內(nèi)膽耐火襯里(可為水冷壁襯里或耐火材料襯里)、氣化爐爐膛3、氣化爐頂部的燒嘴室Ilb和側(cè)面的工藝燒嘴室11a，以及氣化爐下渣口4等組成。氣化爐殼體I內(nèi)的上部安裝有氣化爐爐壁2，氣化爐爐壁2的頂部安裝有燒嘴室11b，燒嘴室Ilb貫穿氣化爐殼體I的頂部且與氣化爐本體同軸設(shè)置。燒嘴室Ilb可作為工藝燒嘴室，也可作為點火燒嘴室或烘爐燒嘴室等輔助燒嘴室，或作為人孔。氣化爐爐壁2的中上部安裝有工藝燒嘴室11a，工藝燒嘴室Ila至少設(shè)置一層，每層至少設(shè)置兩個工藝燒嘴16,工藝燒嘴16米用機械方式固定于工藝`燒嘴室Ila內(nèi)。側(cè)面同一層平面上的工藝燒嘴16采用切圓設(shè)計，沿氣化爐圓周均勻布置，工藝燒嘴16的燒嘴軸線與氣化爐徑向形成的夾角Θ為O 30°，如圖2所示。氣化爐爐壁2的內(nèi)部為氣化爐爐膛3，氣化爐爐膛3的底部為氣化爐下渣口 4，氣化爐下渣口 4為錐形狀，其錐形角度δ為15 75°。氣化爐下渣口 4穿過氣化爐本體出口 5。激冷變換室包括與氣化爐本體出口 5相連的導引管12、環(huán)形的激冷環(huán)14、沿環(huán)形布置安裝在激冷環(huán)14上的激冷噴頭13和激冷變換室錐形底部18等組成。在激冷變換室入口處安裝有激冷環(huán)14和導引管12，激冷環(huán)14與導引管12的外側(cè)連接，導引管12的形狀為喇叭口狀，其擴口角度ε為5 45°。導引管12外側(cè)安裝有至少一圈激冷環(huán)14，每圈激冷環(huán)14上均安裝有64 200個沿激冷環(huán)14圓周布置的激冷噴頭13，如圖3所示。激冷噴頭13的噴頭與氣化爐軸向形成的第一夾角角度λ為O 60°，且每一圈噴頭的軸向噴射角度可不一致。激冷噴頭13的噴頭與氣化爐徑向形成的第二夾角角度α為-60 60°，且與工藝燒嘴16所形成切向角度Θ的方向相反，形成逆向消旋。激冷環(huán)14的下方為激冷變換室錐形底部18，激冷變換室錐形底部18的錐形角度ω 15 75°，錐形設(shè)計可確保噴淋水/蒸汽夾帶部分灰渣向下流動。激冷變換室錐形底部18與激冷變換室錐形出口 6連接。洗滌除渣室包括與激冷變換室錐形出口 6相連的下降管7、渣池9、破渣格柵17、破泡板8、排渣口 10和合成氣出口 15等組成。在洗滌除渣室的中心安裝有下降管7，其底部為渣池9，下降管7與激冷變換室同軸設(shè)置，均采用圓筒形結(jié)構(gòu)設(shè)計。下降管7直徑與氣化爐本體內(nèi)徑的比值為0.1 0.6。下降管7與氣化爐殼體I之間安裝有破泡板8，破泡板8采用骨架式設(shè)計，破泡板8至少安裝有一層，每層破泡板8由骨架破泡條8b和外圍破泡條8a組成，如圖4所示。骨架破泡條8b和外圍破泡條8a的下面均安裝有向下的錐形破泡齒。破泡板8上方的氣化爐殼體I上(即在洗滌除渣室側(cè)面中上部)開有合成氣出口 15，合成氣出口 15 口徑根據(jù)氣化爐裝置設(shè)計產(chǎn)量確定，控制氣化爐合成氣出口 15流速為3 15m/
S。渣池9內(nèi)安裝有破渣器，破渣器包括破渣格柵17和錐心破渣錐19，錐心破渣錐19安裝在破渣格柵17的上方，破渣格柵17采用圓拱形格柵設(shè)計，且至少設(shè)有一層，破渣格柵17的格柵孔徑20 X 20 200 X 200mm，破渣器下方為排渣口 10。洗滌水可從洗滌水入口 20進入渣池9，經(jīng)處理后，將其從洗滌水出口 21排出。多噴嘴氣流床氣化爐的工藝過程主要分三個子過程，分別描述如下:過程一:氣化燃料和氣化劑同時通過工藝燒嘴16從氣化爐側(cè)面工藝燒嘴室Ila或同時聯(lián)合頂部燒嘴室Ilb噴入氣化爐，在氣化爐爐膛3內(nèi)發(fā)生高溫、高壓復雜氣化反應，采用切圓布置的多噴嘴將在氣化爐爐膛3內(nèi)形成旋流，將使熔融態(tài)灰渣顆粒在慣性力的作用下甩向氣化爐爐壁2，形成穩(wěn)定的液態(tài)渣膜，以利于液態(tài)排渣，同時大大提高停留時間和碳轉(zhuǎn)化率。氣化后的產(chǎn)物經(jīng)氣化爐下渣口 4進入激冷變換室，氣化爐下渣口 4物流溫度根據(jù)煤種灰熔融特性差異，一般保持在120(TC以上。過程二:高溫高壓合成氣夾帶著氣化過程中產(chǎn)生的液態(tài)灰渣通過導引管12進入激冷變換室，在導引管12的導引下，氣渣混合物在導引管12下方在來自激冷環(huán)14上激冷噴頭13的噴淋作用下，合成氣迅速降溫，熔融態(tài)灰渣迅速凝固，固化后向下匯聚流動，并在激冷噴頭13側(cè)面偏向中心的噴淋作用下，合成氣夾帶灰渣流向中心聚集，最終流向洗滌除渣室，此時的合成氣及灰渣物流溫度通常為250 500°C之間，同時在激冷變換室內(nèi)還發(fā)生一定的水蒸汽、CO 的變換反應，為下游化工合成或制氫做好準備。過程三:噴淋水/蒸汽在激冷變換室下方的激冷變換室錐形出口 6處匯集，向下流動，并在洗滌除渣室的下降管7內(nèi)壁形成液膜，以進一步保護下降管7免受合成氣和灰渣流的沖蝕。經(jīng)激冷固化的灰渣在合成氣的夾帶下沿下降管7自上而下流動，在向下流動過程中，合成氣夾帶的灰渣顆粒被底部渣池9捕集，并經(jīng)破渣格柵17破渣過濾處理后向下經(jīng)排渣口 10排出氣化爐，合成氣則經(jīng)渣池9鼓泡洗滌后進入下降管7與氣化爐殼體I之間形成的環(huán)隙，并沿環(huán)隙向上流動，夾帶的泡沫和灰渣顆粒通過破泡板8進一步除去，充分除渣冷卻后經(jīng)氣化爐側(cè)面合成氣出口 15排出氣化爐，此時合成氣溫度通常保持在200°C左右。經(jīng)以上三個過程，即完成了本實用新型的完整工藝過程。 本實用新型所采用的燃料適應性廣，可選為煤等含碳固體燃料或其配制而成的漿體液態(tài)燃料，即其燃料形態(tài)可為固體粉術(shù)或液態(tài)漿體；采用的氣化劑可選為水蒸汽、空氣、純氧或氧氣濃度大于21%的富氧空氣。氣化爐爐壁2的材料可采用水冷壁結(jié)構(gòu)或耐火磚結(jié)構(gòu)設(shè)計，水冷壁結(jié)構(gòu)可選用列管式、盤管式或其組合形式。下面結(jié)合采用本實用新型提供的多噴嘴氣流床氣化爐進行相應試驗得到的結(jié)果對本實用新型作進一步說明:實施例1[0044]一套日處理3000噸煤的干煤粉加壓多噴嘴氣流床氣化爐，氣化反應室殼體(即氣化爐爐壁2)的內(nèi)直徑為3850mm，氣化爐下渣口 4內(nèi)徑1100mm。氣化爐本體中上部側(cè)面均勻布置一層四個側(cè)面工藝燒嘴16，側(cè)面工藝燒嘴平面與氣化反應室軸線垂直，徑向偏斜角度Θ為4.5°，由四個側(cè)面工藝燒嘴16共噴入100%的煤粉、100%的水蒸汽以及100%純氧氣，頂部燒嘴室Ilb作為點火/開工燒嘴。合成氣激冷變換室的筒體直徑為4800mm，激冷環(huán)14設(shè)置一層，激冷噴頭13沿激冷環(huán)14均勻布置128個，噴淋液態(tài)水，共設(shè)有一層，激冷噴頭13軸向噴射的第一夾角角度λ為15°，徑向噴射的第二夾角角度α為-3°，噴射速度約5m/s。 激冷變換室導引管12擴口角度ε設(shè)為15°。洗滌除渣室下降管7直徑1500_，設(shè)有3層破泡板8和一層破渣格柵17，格柵孔徑 150X150mm。氣化爐本體合成氣出口 15直徑650mm。氣化爐爐壁2采用水冷壁設(shè)計。洗滌除渣室內(nèi)采用4.0Mpa下的120°C的液態(tài)水進行噴淋。由上述氣化反應裝置可以得到煤質(zhì)分析(如表I所示)及氣化反應裝置出口合成氣的分析數(shù)據(jù)(如表2所示):表I煤質(zhì)分析表
權(quán)利要求1.一種多噴嘴氣流床氣化爐，其特征在于，包括氣化爐本體，所述的氣化爐本體的下面設(shè)有激冷變換室，激冷變換室的下面設(shè)有洗滌除渣室，所述氣化爐本體、激冷變換室和洗滌除渣室為同軸設(shè)置，所述的氣化爐本體內(nèi)設(shè)有燒嘴室(Ilb)和工藝燒嘴室(11a)，所述的激冷變換室內(nèi)設(shè)有激冷環(huán)(14)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種多噴嘴氣流床氣化爐，其特征在于，所述的氣化爐本體包括氣化爐殼體(I)，氣化爐殼體(I)內(nèi)的上部設(shè)有氣化爐爐壁(2)，氣化爐爐壁(2)的頂部設(shè)有燒嘴室(11b)，氣化爐爐壁(2)的中上部設(shè)有工藝燒嘴室(11a)，氣化爐爐壁(2)的內(nèi)部為氣化爐爐膛(3)，氣化爐爐膛(3)的底部設(shè)有氣化爐下渣口(4)，氣化爐下渣口(4)穿過氣化爐本體出口(5)； 所述的激冷變換室包括與氣化爐本體出口(5)相連的導引管(12)，導引管(12)的外側(cè)與激冷環(huán)(14)連接，激冷環(huán)(14)上設(shè)有激冷噴頭(13)，激冷環(huán)(14)的下方設(shè)有激冷變換室錐形底部(18)，激冷變換室錐形底部(18)與激冷變換室錐形出口(6)連接； 所述的洗滌除渣室包括與激冷變換室錐形出口(6)相連的下降管(7)，下降管(7)的下方設(shè)有渣池(9)，下降管(7)與氣化爐殼體(I)之間設(shè)有破泡板(8)，破泡板(8)上方的氣化爐殼體(I)上設(shè)有合成氣出口(15)，渣池(9)內(nèi)設(shè)有破渣器，破渣器包括破渣格柵(17)，破渣格柵(17)上方設(shè)有錐心破渣錐(19)，破渣器下方設(shè)有排渣口(10)。
3.如權(quán)利要求2所述的一種多噴嘴氣流床氣化爐，其特征在于，所述的工藝燒嘴室(Ila)至少設(shè)有一層，每層至少設(shè)有兩個工藝燒嘴(16)。
4.如權(quán)利要求3所述的一種多噴嘴氣流床氣化爐，其特征在于，所述工藝燒嘴(16)的燒嘴軸線與氣化爐徑向形成的夾角(Θ )為O 30°。
5.如權(quán)利要求2所述的一種多噴嘴氣流床氣化爐，其特征在于，所述的氣化爐下渣口(4)為錐形狀，其錐形角度(δ )為15 75°。
6.如權(quán)利要求2所述的一種多噴嘴氣流床氣化爐，其特征在于，所述的導引管(12)的外側(cè)設(shè)有至少一圈激冷環(huán)(14)，每圈激冷環(huán)(14)上均設(shè)有64 200個沿環(huán)形布置的激冷嗔頭(13) ο
7.如權(quán)利要求6所述的一種多噴嘴氣流床氣化爐，其特征在于，所述激冷噴頭(13)的噴頭與氣化爐軸向和徑向分別形成的第一夾角角度(λ)和第二夾角角度(α)，第一夾角角度(λ)為O 60°，第二夾角角度(α)為-60 60°，第二夾角角度(α )與工藝燒嘴(16)所形成切向角度(Θ)的方向相反。
8.如權(quán)利要求2所述的一種多噴嘴氣流床氣化爐，其特征在于，所述的激冷變換室錐形底部(18)的錐形角度(ω) 15 75°。
9.如權(quán)利要求2所述的一種多噴嘴氣流床氣化爐，其特征在于，所述的導引管(12)的形狀為喇叭口狀，其擴口角度(ε )為5 45°。
10.如權(quán)利要求2所述的一種多噴嘴氣流床氣化爐，其特征在于，所述的燒嘴室(Ilb)貫穿氣化爐殼體⑴的頂部且與氣化爐本體同軸設(shè)置，燒嘴室(Ilb)內(nèi)可設(shè)有工藝燒嘴、點火燒嘴或烘爐燒嘴。
11.如權(quán)利要求2所述的一種多噴嘴氣流床氣化爐，其特征在于，所述的破泡板(8)至少設(shè)有一層，每層破泡板(8)包括骨架破泡條(8b)和外圍破泡條(8a)，骨架破泡條(8b)和外圍破泡條(8a)的下面均設(shè) 有向下的錐形破泡齒。
12.如權(quán)利要求2所述的一種多噴嘴氣流床氣化爐，其特征在于，所述的破渣格柵(17)為圓拱形，且至少設(shè)有一層，破渣格柵(17)的格柵孔徑20X20 200 X 200mm。
13.如權(quán)利要求2所述的一種多噴嘴氣流床氣化爐，其特征在于，所述的下降管(7)為圓筒狀，且與激冷變換室同軸，`下降管(7)直徑與氣化爐本體內(nèi)徑的比值為0.1 0.6。
專利摘要本實用新型公開了一種多噴嘴氣流床氣化爐，其特征在于，包括氣化爐本體，所述的氣化爐本體的下面設(shè)有激冷變換室，激冷變換室的下面設(shè)有洗滌除渣室，所述氣化爐本體、激冷變換室和洗滌除渣室為同軸設(shè)置，所述的氣化爐本體內(nèi)設(shè)有燒嘴室和工藝燒嘴室，所述的激冷變換室內(nèi)設(shè)有激冷環(huán)。本實用新型具有運行穩(wěn)定可靠、易于大型化放大、環(huán)保節(jié)能等特點。
文檔編號C10J3/52GK203144350SQ20132009978
公開日2013年8月21日 申請日期2013年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月5日
發(fā)明者倪建軍, 池國鎮(zhèn), 熊杰 申請人:上海鍋爐廠有限公司