一种水煤浆气化系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种水煤浆气化系统及方法，包括：水煤浆进料机构，包括第一水煤浆输送单元以及微波加热单元，用于将水煤浆输送至微波加热单元升温，水煤浆升温后进入与微波加热单元连接的气化炉；气化炉，用于接收升温水煤浆以及氧气使其反应生成合成气，所述气化炉包括燃烧室与激冷室，燃烧室分为半球体上部和圆柱体下部，所述半球体上部的顶端设置烧嘴I，所述半球体上部和圆柱体下部相接的环形区域设置两两相连构成正三角形的烧嘴II、烧嘴III及烧嘴IV，所述烧嘴I、烧嘴II、烧嘴III及烧嘴IV两两相连构成正四面体。本发明专利技术采用高温水煤浆进料，配置特殊位置的喷嘴，提高雾化效果，缓解炉壁超温窜气的同时保证气化停留时间，提高气化有效气产率。有效气产率。

【技术实现步骤摘要】
一种水煤浆气化系统及方法


[0001]本专利技术涉及气化炉
，具体涉及一种水煤浆气化系统及方法。

技术介绍

[0002]水煤浆气化炉包括单喷嘴气化炉与多喷嘴气化炉，单喷嘴气化炉主要指德士古气化炉，多喷嘴应用较多为华理对置多喷嘴气化炉，其进料为水煤浆进料，水煤浆在气化炉内升温，水汽化会吸收大量热量，导致大量CO2生成，合成气中有效气含量较低，不符合当前低碳工业趋势。单喷嘴气化炉因煤浆雾化效果较差，碳转化率较低，华理多喷嘴气化炉的雾化效果虽在其基础上有所改善，但其采用中心对称的烧嘴布置易导致内部流场中高温气体冲刷拱顶区域，频繁出现拱顶超温与膨胀缝窜气问题。另外一种是采用以上顶置单喷嘴与偶数个对置多喷嘴结合形式，虽减缓了拱顶砖冲刷侵蚀问题，但实际使用过程中烧嘴数量越多，进料系统越复杂，烧嘴维护成本越高。并且顶置单喷嘴烧嘴结合偶数个对置烧嘴形式的煤浆与氧气在进料雾化对撞之后，受顶部烧嘴进料影响会迅速向下直至离开气化炉，其停留时间介于顶置单喷嘴和对置多喷嘴之间，损失部分有效气产率以保护拱顶和膨胀缝。
[0003]CN201410578595.9提供了一种顶置式多喷嘴气化炉。其中的主喷嘴竖直地设在外壳和内壳的顶部；每个副喷嘴倾斜地设在外壳和内壳的顶部，其中多个副喷嘴中的每一个的出口的中心延长线与主喷嘴的出口的中心延长线在气化室内相交于一点。其进料虽角度有所倾斜，但因此种形式烧嘴均位于顶部，原料在气化室对撞后向下离开燃烧室，与德士古单喷嘴气化炉相似，原料在反应器内停留时间较短，且对撞方向来源均为顶部，对撞中心底部物料未经足够充分地对撞混合便向下进入后续反应，碳转化率和有效气产量提升空间较为受限。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种水煤浆气化系统及方法，采用高温煤浆进料，配置特殊位置的喷嘴，提高雾化效果，缓解炉壁超温窜气的同时保证气化停留时间，提高气化有效气产率。
[0005]为实现上述专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：一种水煤浆气化系统，包括：
[0006]水煤浆进料机构，包括第一水煤浆输送单元以及与其连接的微波加热单元，用于将水煤浆输送至微波加热单元升温，水煤浆升温后进入与微波加热单元连接的气化炉；
[0007]气化炉，用于接收升温水煤浆以及氧气使其反应生成合成气，所述气化炉包括燃烧室与激冷室，燃烧室分为半球体上部和圆柱体下部，所述半球体上部的顶端设置烧嘴I，所述半球体上部和圆柱体下部相接过渡的环形区域设置两两相连构成正三角形的烧嘴II、烧嘴III及烧嘴IV，所述烧嘴I、烧嘴II、烧嘴III及烧嘴IV两两相连构成正四面体；所述水煤浆升温后由所述烧嘴I、烧嘴II、烧嘴III及烧嘴IV进入气化炉。
[0008]根据本专利技术的系统，还包括水煤浆制备单元，在其中用于将原煤与添加剂、水混合研磨制得水煤浆。所述水煤浆通过第一水煤浆输送单元输送至微波加热单元。
[0009]根据本专利技术的系统，所述微波加热单元包括微波发射器，微波加热腔，优选地，所述微波加热腔外部衬有金属套筒阻断微波发射至外界，若干个微波发射器对称置于金属套筒上，发射微波加热腔内流通的水煤浆。
[0010]在一些具体的实施方案中，所述微波加热腔包括内腔室和外腔室，内腔室为水煤浆槽，水煤浆沿轴向一端进料，一端出料，该水煤浆槽沿轴向旋转，旋转速率在15
‑
20次/分钟；外腔室保持静止，其内表面的微波发射器发射微波加热水煤浆；微波加热的频率在2400Hz
‑
2500Hz，内腔室水煤浆的停留时间在3
‑
10min，优选3
‑
5min。
[0011]根据本专利技术的系统，所述水煤浆升温后通过第二水煤浆输送单元分别由所述烧嘴I、烧嘴II、烧嘴III及烧嘴IV进入气化炉。
[0012]根据本专利技术的系统，所述烧嘴I的物料喷射方向为正下方，烧嘴II、烧嘴III及烧嘴IV的喷射交点位于气化炉中心轴线上。
[0013]在一些具体的实施方案中，可将烧嘴I、烧嘴II、烧嘴III及烧嘴IV的流量设置一致，所述烧嘴II、烧嘴III及烧嘴IV的喷射交点为所述烧嘴I、烧嘴II、烧嘴III及烧嘴IV构成的正四面体的中心，保护拱顶砖的同时，实现高效雾化。
[0014]在一些具体的实施方案中，可提高烧嘴I流量至烧嘴II、烧嘴III或烧嘴IV的1.1
‑
1.3倍，烧嘴II、烧嘴III及烧嘴IV的流量保持一致。
[0015]本专利技术另一方面还提供了一种水煤浆气化方法，包括如下步骤：
[0016]将水煤浆输送至微波加热单元升温；
[0017]氧气和升温后的水煤浆由所述烧嘴I、烧嘴II、烧嘴III及烧嘴IV进入气化炉内部，反应生成合成气。
[0018]根据本专利技术的方法，还包括：将原煤与添加剂、水在水煤浆制备单元内混合研磨制得水煤浆。
[0019]根据本专利技术的方法，在所述微波加热单元中，水煤浆被加热至60
‑
90℃。
[0020]本专利技术与现有技术相比，具有以下有益效果：
[0021]1、本专利技术采用微波加热，获取高温煤浆可大幅降低煤浆粘度，提高煤浆流动性，可作为煤浆提浓手段，并有利于煤浆雾化效果，提高有效气收率，采用微波加热与传统换热器加热相比，煤浆在换热器内易出现部分水分挥发煤浆结块至换热器内部造成堵塞问题，而采用加热原煤的形式加热煤浆易出现原煤蓄热自燃风险，采用微波加热煤浆，煤浆由内而外发热，加热均匀且设备容积较大不易堵塞。煤浆提温的热量在进入气化炉内减少了原煤燃烧给原料升温部分热量，有利于提升有效气产率。
[0022]2、本专利技术顶部设置一个烧嘴I，另外三个烧嘴(II、III及IV)位于燃烧室外壁，可根据原料特点与反应需求将烧嘴的对撞中心设置在外壁烧嘴水平面以上或以下，当设置在水平面以上时可有效提升反应停留时间，减小气化炉燃烧室的设计长度，并且原料对撞更加剧烈，反应更加充分，碳转化率更高。
[0023]3、与行业内当前顶置单喷嘴、华理对置式多喷嘴及二者结合等形式相比，本专利技术采用正四面体烧嘴布置，一方面可避免筒体布置偶数对称烧嘴对拱顶的冲刷问题，又可以解决单喷嘴气化炉因内部流场导致反应停留时间较短，碳转化率偏低问题。与顶置单喷嘴与对置多喷嘴结合系统相比，因正四面体的几何对称性，对撞雾化效果更好，且炉内煤浆与氧气在燃烧过程中放出热量在各方向分布均匀，煤浆提温后出现局部因煤浆雾化与氧气反
应不均出现过氧的可能性更小，可减缓对称烧嘴中心处温度过高对炉砖、烧嘴端面以及气化炉热电偶等损伤。另外，对于正四面体烧嘴布置，当对撞中心在正四面体的球心时，可一定程度上延长反应停留时间，有利于气固反应，进一步提高碳转化率。
附图说明
[0024]图1为本专利技术示例的一种水煤浆气化系统结构示意图。
[0025]图2为图1中微波加热单元的结构示意图。
[0026]图3为烧嘴I、烧嘴II、烧嘴III及烧嘴IV的布置示意图。
[0027]标记本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水煤浆气化系统，其特征在于：包括：水煤浆进料机构，包括第一水煤浆输送单元以及与其连接的微波加热单元，用于将水煤浆输送至微波加热单元升温，水煤浆升温后进入与微波加热单元连接的气化炉；气化炉，用于接收升温水煤浆以及氧气使其反应生成合成气，所述气化炉包括燃烧室与激冷室，燃烧室分为半球体上部和圆柱体下部，所述半球体上部的顶端设置烧嘴I，所述半球体上部和圆柱体下部相接过渡的环形区域设置两两相连构成正三角形的烧嘴II、烧嘴III及烧嘴IV，所述烧嘴I、烧嘴II、烧嘴III及烧嘴IV两两相连构成正四面体；所述水煤浆升温后由所述烧嘴I、烧嘴II、烧嘴III及烧嘴IV进入气化炉。2.根据权利要求1所述的水煤浆气化系统，其特征在于：还包括水煤浆制备单元，在其中用于将原煤与添加剂、水混合研磨制得水煤浆；所述水煤浆通过第一水煤浆输送单元输送至微波加热单元。3.根据权利要求1或2所述的水煤浆气化系统，其特征在于：所述微波加热单元包括微波发射器及微波加热腔；优选地，所述微波加热腔外部衬有金属套筒阻断微波发射至外界，若干个微波发射器对称置于金属套筒上，发射微波加热腔内流通的水煤浆。4.根据权利要求3所述的水煤浆气化系统，其特征在于：所述微波加热腔包括内腔室和外腔室，内腔室为水煤浆槽，水煤浆沿轴向一端进料，一端出料，所述水煤浆槽沿轴向旋转，旋转速率在15
‑
20次/分钟；外腔室保持静止，其内表面的微波发射器发射微波加热水煤浆；微波加热的频率在2400...

【专利技术属性】
技术研发人员：王倩倩，孙路滨，沈天洋，王凯，张宏科，姜良建，
申请(专利权)人：万华化学集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：