高灰熔点煤种气化方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种适用于高灰熔点粉煤、液态排渣、合成气和液渣并流向下流出出渣口的立式加压气流床气化方法及其装置，包括气化炉的金属外壳２、绝热保温层３、耐火内胆４、氧化剂喷嘴６、粉煤喷嘴７、水蒸气喷嘴５和８；特征是将粉煤和气化剂分别由位于炉壁上不同高度的喷嘴以不同入炉方式喷入气化炉内，粉煤在载气的输送下由位于炉体上部的喷嘴７径向喷入，氧化剂由位于炉体上部另一不同位置的喷嘴６沿着平行于炉体圆形横截面切线的方向高速射入，水蒸气则由位于炉体中下部的喷嘴７和８沿着平行于炉体圆形横截面切线的方向高速射入，上下两部分气化剂的旋转方向相同。由于本发明专利技术的进料方式使得气化燃烧反应空间化，炉内温度均匀；增加了粉煤和气化剂在炉内的接触与反应时间，使得气化反应更完全，有助于进一步提高气化效率；并且采用合成气和液渣向下并流方式，顺利实现了高灰熔点粉煤的液态排渣。

【技术实现步骤摘要】

：本专利技术属于固态含碳化合物气化
，特别涉及高灰熔点粉煤加压气流床气化方法及其装置。
技术介绍
：洁净煤技术已成为我国煤化工、工业燃气及电力工业技术升级的重大关键性技术，而煤炭气化技术是洁净煤技术的重要方向之一，是以煤基为能源的化工系统中最重要的核心技术。我国煤炭的特点是，灰熔点高，流动温度大于1500℃)的煤占总储量的50％左右；另外，煤灰含量平均较高，平均23％，动力煤的平均灰含量达到25％，商业动力煤的平均灰含量甚至达到27～28％。这种高灰分高灰熔点(“双高”)煤在气化领域被称之为最难气化的煤种。到目前为主，世界上已经工业化的煤气化工艺有几十种，可归纳为三类：以Lurgi为代表的固定床气化工艺；以HTW(高温温克勒)、灰熔聚为代表的流化床气化工艺；以Texaco、Shell、GSP为代表的气流床气化工艺。当前大型工厂的煤制合成气(或H2)气化技术普遍认同的是气流床气化工艺，具有处理化合物种类多、气化效率高、原料消耗低、设备生产强度大等优点。其中，干煤粉加压气流床气化技术，如Prenflo、Shell和GSP等技术，具有煤种的适应性广、比氧耗和比煤耗低、有效气成分高、冷煤气效率、碳的转化率高、单炉容量大等优点，是煤气化工艺技术的发展方向，有很强的市场竞争力。Prenflo气化炉和Shell气化炉是在K-T(Koppers-Totzek)常压气化炉的基础上发展起来的加压气化炉型。它们的共同特点是，干煤粉进料、以氧气为气化剂、气流上行、液态排渣和水冷壁结构。如果将这些炉型应用于高灰熔点粉煤气化并形成液态排渣，必须使液渣温度保持在该煤种灰渣流动温度以上；而该炉型由于没有高温热煤气对液渣和排渣口的加热并携带液渣的顺利排出，液渣温度必然极容易降低从而凝固并堵塞排渣口。与Prenflo和Shell气化炉相比较，GSP干煤粉气流床加压气化炉也采用加压气化、干煤粉进料、以氧气为气化剂、液态排渣和水冷壁结构，不同的是，其采用煤粉和气化剂由炉顶下喷式，气流下行的流动方式。《中国化工报》(2005.09.05)和《大氮肥》(2005，28(5)，第317页)均报道了利用德国GSP技术破解了“双高”煤利用难题。但是，由于-->炉内存在由上而下的高温火舌——激烈的粉煤燃烧和气化区域，其温度最高可达2200℃(参见《大规模煤气化技术》，许世森、张东亮、任永强编著，化学工业出版社，2006.1)，该温度比高灰熔点煤种平均流动温度高出近700℃，这对气化炉内壁提出了严格的要求，直接导致了内壁材料成本的提高。由辐射斯蒂芬-波耳兹曼定律——黑体的辐射能力与其绝对温度的四次方成正比——可知，如果能将炉内最高温度降低200℃，则高温火舌对气化炉内壁的辐射热降低28.6％；如果将炉内最高温度降低400℃，则高温火舌对气化炉内壁的辐射热降低53.9％。辐射热量的降低必然降低气化炉内壁的温度，使内壁的材料成本降低，并提高内壁的使用寿命。另外，该炉型采用顶端竖直向下并流进料，合成气和液渣则由底端出口竖直向下排出，这种直进直出型流线减少了粉煤和气化剂在炉内的接触与反应时间，在一定程度上限制了气化效率的进一步提高。针对这种在燃烧器出口形成的火舌或火炬，《锅炉原理与计算》(冯俊凯、沈幼庭主编，科学出版社，1992，第60-64页)和《燃油燃气锅炉结构设计及图册》(赵钦新等编著，西安交通大学出版社，2002，第54-56页)均有提及。这种火舌或火炬的存在，使燃烧反应发生在较小的区域，形成局部超高温区，炉内温度梯度大，燃烧不够充分，热效率较低；另一方面也增加了大气污染物氮氧化物(NOx)的排放。为了克服炉膛内局部高温火舌或火炬造成的燃烧效率下降、污染物排放上升和对炉体内壁材料高要求等问题，中国专利CN 1862090 A“一种燃气或燃油锅炉”和CN 1987286A“采用稀薄-无焰燃烧方式的燃气或燃油锅炉”均公开了一种无焰燃烧方式的锅炉，这种燃烧没有前面所述锅炉中的火舌或火苗，是一种空间燃烧方式，燃烧反应发生在整个炉膛空间，具有高效节能、低污染等优点。但这两种锅炉均应用于气体和液体燃料的燃烧，并不涉及固体燃料燃烧，特别是高灰熔点碳氢燃料的燃烧，更不涉及固体燃料的气化。
技术实现思路
：本专利技术公开一种高灰熔点煤种气化方法及其装置，克服现有技术的上述缺陷，使高灰熔点的煤渣顺利呈液态排出，同时降低炉内的最高温度和整体温度梯度，使气化炉炉内温度均匀，提高高灰熔点煤种气化效率。本专利技术的实现思想是这样的：采用立式气化炉；采用氧化剂和水蒸气为气化剂；采用合成气和液渣向下并流方式，使排渣口的温度保持在灰渣流动温度以上，并利用高温合成气对高粘度熔渣的良好携带作用，以实现高灰熔点粉煤的顺利液态排渣；改变传统-->的粉煤和气化剂通过同一喷嘴喷入炉内的方式，将粉煤和气化剂分别由位于炉壁上不同高度的喷嘴以不同入炉方式喷入炉内，粉煤在载气的输送下由位于炉体上部的某一位置径向喷入，氧化剂由位于炉体上部的另一不同位置沿着平行于炉体圆形横截面切线的方向高速射入，气化剂水蒸气则由位于炉体中下部的某一位置沿着平行于炉体圆形横截面切线的方向高速射入，上下两部分气化剂的旋转方向相同。这样，在气化炉的上段粉煤与氧化剂发生氧化燃烧反应。粉煤在高速切向进入的氧化剂射流的驱动下呈分散状在炉内高速向下旋转，一方面，高速喷入的氧化剂被其自身卷吸的大量烟气稀释，大大降低旋转气流中的氧浓度；另一方面，在与燃料接触反应之前，被稀释的氧化剂分子还受到高温烟气的卷吸混合加热，同时还受到高温炉壁的热辐射，使其温度在瞬间上升到粉煤着火点以上。当喷入的氧化剂旋转至粉煤喷入位置的时候，粉煤被迅速扩散到高温低氧的氧化性气氛中，迅速升温。温度升高导致在粉煤颗粒表面溢出大量的挥发分，该挥发分一旦与旋转气流中的高温氧气分子接触，立即着火燃烧，生成CO、CO2和焦炭，并放出大量反应热。由于粉煤和氧化剂的接触发生在整个旋转气流中，而不是在某一个峰面上，所以该燃烧反应属于空间反应，燃烧热量弥散到整个反应空间中，这使得炉内温度均匀，避免了传统的燃烧反应局部温度过高，从而显著地降低了燃烧氧化反应的最高温度水平。在炉体的中下段沿着平行于炉体圆形横截面切线的方向高速喷入水蒸气，其迅速扩散到旋转气流中并与上部生成的焦炭和CO发生反应。最终生成的合成气(H2+CO)旋转带动液渣一道沿着出渣口向下流出。基于以上实现思想，本专利技术提出一种适用于高灰熔点粉煤、粉煤和气化剂(包括氧化剂与水蒸气)分开由炉壁上不同高度不同位置的喷嘴喷入炉内、液态排渣、合成气和液渣并流向下流出出渣口的立式加压气流床气化方法及其装置，包括气化炉的金属外壳2、绝热保温层3、耐火内胆4、氧化剂喷嘴6、粉煤喷嘴7、水蒸气喷嘴5和8；其特征在于：将粉煤和气化剂分别由位于炉壁上不同高度的喷嘴以不同入炉方式喷入气化炉内，粉煤在载气的输送下由位于炉体上部的喷嘴7径向喷入，氧化剂由位于炉体上部另一不同位置的喷嘴6沿着平行于炉体圆形横截面切线的方向高速射入，水蒸气则由位于炉体中下部的的喷嘴7和8沿着平行于炉体圆形横截面切线的方向高速射入，上下两部分气化剂的旋转方向相同。所述的气化炉由金属外壳2、绝热保温层3和耐火内胆4组成，金属外壳2在20℃～400℃下能承受0.1～4MPa，气化炉本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于高灰熔点粉煤、粉煤和气化剂（包括氧化剂与水蒸气）分开由炉壁上不同高度不同位置的喷嘴喷入炉内、液态排渣、合成气和液渣并流向下流出出渣口的立式加压气流床气化方法及其装置，包括气化炉的金属外壳２、绝热保温层３、耐火内胆４、氧化剂喷嘴６、粉煤喷嘴７、水蒸气喷嘴５和８；其特征在于：将粉煤和气化剂分别由位于炉壁上不同高度的喷嘴以不同入炉方式喷入气化炉内，粉煤在载气的输送下由位于炉体上部的喷嘴７径向喷入，氧化剂由位于炉体上部另一不同位置的喷嘴６沿着平行于炉体圆形横截面切线的方向高速射入，水蒸气则由位于炉体中下部的的喷嘴７和８沿着平行于炉体圆形横截面切线的方向高速射入，上下两部分气化剂的旋转方向相同。

【技术特征摘要】
1、一种适用于高灰熔点粉煤、粉煤和气化剂(包括氧化剂与水蒸气)分开由炉壁上不同高度不同位置的喷嘴喷入炉内、液态排渣、合成气和液渣并流向下流出出渣口的立式加压气流床气化方法及其装置，包括气化炉的金属外壳2、绝热保温层3、耐火内胆4、氧化剂喷嘴6、粉煤喷嘴7、水蒸气喷嘴5和8；其特征在于：将粉煤和气化剂分别由位于炉壁上不同高度的喷嘴以不同入炉方式喷入气化炉内，粉煤在载气的输送下由位于炉体上部的喷嘴7径向喷入，氧化剂由位于炉体上部另一不同位置的喷嘴6沿着平行于炉体圆形横截面切线的方向高速射入，水蒸气则由位于炉体中下部的的喷嘴7和8沿着平行于炉体圆形横截面切线的方向高速射入，上下两部分气化剂的旋转方向相同。2、如权利要求1所述的高灰熔点煤种气化方法及其装置，特征在于所述的气化炉由金属外壳2、绝热保温层3和耐火内胆4组成，金属外壳2在20℃～400℃下能承受0.1～4MPa，气化炉的高度与内径比例D...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐志国，唐超君，邢献军，林其钊，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：34[中国|安徽]