專利名稱：多級粉煤攜帶床固態(tài)排渣氣化爐的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于粉煤氣化的多級粉煤攜帶床固態(tài)排渣氣化爐。
背景技術：
煤的潔凈與高效利用是當今世界能源與環(huán)境保護領域的重大技術課題，也是我國國民經(jīng)濟和社會可持續(xù)發(fā)展的關鍵技術之一。煤氣化技術作為煤炭深度加工、轉化的先導技術，是潔凈煤技術的關鍵。煤氣化是指將煤投放在氣化爐內，在一定的溫度及壓力條件下，煤中有機質與氣化劑(如蒸汽/空氣或氧氣等)發(fā)生一系列化學反應，將固體煤轉化為含有CO、H2、CH4等可燃氣體和CO2、N2等非可燃氣體的過程。煤的氣化技術在聯(lián)合循環(huán)(IGCC)發(fā)電裝置、合成氨以及合成甲醇等行業(yè)應用極為廣泛，而氣化爐則是煤氣化的關鍵設備。因此，世界各國的科技人員研究和開發(fā)出了各種類型的氣化爐。其中，氣流床與固定床、流化床相比，氣流床具有較好的煤種與粒度適應性和更優(yōu)良的技術性能，是煤基大容量、高效潔凈、運行可靠的燃氣與合成氣制備裝置的首選技術。
目前，采用氣流床進行氣化的技術中，有代表性的主要技術流派有采用水煤漿為原料，液態(tài)排渣的美國Texaco氣化爐和以干煤粉為原料，液態(tài)排渣的荷蘭Shell氣化爐。
美國Texaco氣化爐，水煤漿由氣化爐爐頂向下噴入，在爐內進行熔渣氣化。由于物料在該氣化爐內的停留時間分布較寬，部分物料在爐內的停留時間很短，沒有達到平均停留時間就逸出爐外，因此，碳轉化率一般低于95％。美國Texaco氣化爐的氣化操作溫度為1400～1500℃，氣化操作壓力為2.5～8.5Mpa。美國Texaco氣化爐世界范圍內的商業(yè)化市場占有量大，技術成熟，它因煤漿制備、計量、輸送、控制簡單，安全可靠，操作壓力高，可達6.5MPa和投資低等技術特點得到廣泛應用。
荷蘭Shell氣化爐屬加壓對噴式粉煤液態(tài)排渣氣化爐。干煤粉用加壓鎖式煤斗，靠氮氣或CO2氣流輸送，與氧氣及少量水蒸汽混合噴入爐內，氣化爐溫度維持在1400～1600℃，形成的熔渣在中間底部排渣口排出，煤氣出爐后采用回流冷煤氣激冷方式。該爐裝有四個煤粉燃燒器，并裝設水冷壁，在水冷壁中將產(chǎn)生飽和蒸汽。
荷蘭Shell氣化爐與美國Texaco氣化爐相比，冷煤氣效率高6～8個百分點，比煤耗和比氧耗大幅度下降，煤種適應性更廣，氣化系統(tǒng)的投資基本相當。
在我國，煤的商業(yè)化和社會化迄今已有100余年，但沒有形成能與國際抗衡的商業(yè)化自主產(chǎn)權煤氣化技術。20世紀70年代起西北化工研究院研究開發(fā)了水煤漿氣化技術并建設了中試裝置，為此后4家廠引進Texaco水煤漿氣化技術提供了豐富的經(jīng)驗。
九十年代后期，隨著IGCC等潔凈煤發(fā)電技術的推廣應用，在國家電力公司的資助下，西安熱工研究院建立了國內第一套干煤粉加壓氣化特性試驗裝置和干煤粉加壓濃相供料裝置，日處理煤量為700kg，氣化壓力為2.0～3.0MPa，并進行了干煤粉氣化特性和干煤粉濃相加壓供料系統(tǒng)的研究。
“十五”期間兗礦集團有限公司、華東理工大學承擔“863”課題——新型水煤漿氣化技術，建設了日處理1000t煤的四噴嘴對置水煤漿氣化爐商業(yè)示范裝置(4.0MPa)。
“十五”期間，西安熱工研究院負責完成了國家高技術研究發(fā)展計劃(863計劃)課題“干煤粉加壓氣化技術”中試試驗研究，發(fā)明了帶水冷壁和煤氣冷卻器的兩段式干煤粉加壓氣化爐，建成了規(guī)模為36t/d的中試裝置。氣化爐操作壓力3.4MPa，操作溫度1400～1600℃，干煤粉密相進料，液態(tài)排渣，進行了十幾種煤的氣化試驗，并通過了國家驗收。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種多級粉煤攜帶床固態(tài)排渣氣化爐，該氣化爐使氣化反應室的流場和溫度場分布更加均勻，氣化操作溫度在1300～1500℃之間。以干煤粉為原料，空氣、富氧或者純氧為氣化劑。對于高灰份和高灰熔點的煤，其氣化產(chǎn)生的灰渣以固態(tài)形式從氣化爐底部排出，飛灰則經(jīng)過旋風分離器進行分離、收集后，經(jīng)過飛灰再循環(huán)裝置和第一級噴嘴供料系統(tǒng)送入氣化反應室。
為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是包括開設有氣體出口和排渣口的氣化爐殼體和氣化反應室，在氣化爐殼體的不同標高處對稱均勻布置有一組或一組以上的與氣化反應室相連通的多級噴嘴，氣化反應室產(chǎn)生的灰渣以固態(tài)形式經(jīng)排渣口排出，氣化反應室的氣體出口通過管路與旋風分離器相連通，旋風分離器的上端出口通過管路與煤氣冷卻器相連通，旋風分離器的下端通過飛灰再循環(huán)裝置與最低標高的第一級噴嘴相連通。
本發(fā)明的氣化爐殼體內設置有構成氣化反應室的水冷壁；多級噴嘴包括自下而上設置在氣化爐殼體不同標高處的第一級噴嘴、第二級噴嘴和第三級噴嘴。
由于本發(fā)明設置了多級噴嘴，每級噴嘴投入物料不同，量也不同，通過調節(jié)每級噴嘴投入物料量的不同，不但調整了氣化反應室的溫度場、流場和爐內的氣化反應，而且變負荷能力大大加強。


圖1是本發(fā)明的整體結構示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。
參見附圖1，本發(fā)明包括氣化爐殼體1、氣化反應室2、水冷壁3、多級噴嘴、旋風分離器7、飛灰再循環(huán)裝置8和煤氣冷卻器9。在氣化爐殼體1的不同標高處自下而上對稱布置有第一級噴嘴6、第二級噴嘴5和第三級噴嘴4，氣化反應室2的氣體出口通過管路與旋風分離器7相連通，旋風分離器7與煤氣冷卻器9相連通。飛灰經(jīng)旋風分離器分離、收集后，經(jīng)飛灰再循環(huán)裝置8送到第一級噴嘴供料系統(tǒng)。粗煤氣經(jīng)過煤氣冷卻器9冷卻后進入后續(xù)系統(tǒng)。飛灰則經(jīng)過飛灰再循環(huán)裝置8送入第一級噴嘴6的供料系統(tǒng)。氣化反應室2產(chǎn)生的灰渣則以固態(tài)形式經(jīng)爐底排渣口排出。
本發(fā)明工藝實施步驟起始階段，氣化爐操作溫度1300℃～1500℃，操作壓力3.0MPa的條件下，首先干煤粉(含氮氣或CO2)和氣化劑(空氣、富氧或者純氧)及水蒸汽從氣化爐底部最低標高處對稱布置的第一級噴嘴6進入氣化反應室2內進行氣化。當氣化穩(wěn)定10分鐘后，氣化劑及水蒸汽開始從氣化爐中間標高處對稱布置的第二級噴嘴5進入氣化反應室2內，同時干煤粉(含氮氣或CO2)和水蒸汽從氣化爐上部標高處對稱布置的第三級噴嘴4投入氣化反應室。在氣化反應室2內生成以CO和H2為主的粗煤氣，產(chǎn)生的粗煤氣的溫度約為1500℃，粗煤氣在氣化爐內自下而上流動，經(jīng)氣化爐出口至旋風分離器7進行飛灰分離后，進入煤氣冷卻器9進行冷卻，最后進入后續(xù)系統(tǒng)。飛灰經(jīng)過飛灰再循環(huán)裝置8送入第一級噴嘴6供料系統(tǒng)，然后進入氣化反應室2內，而氣化反應室2產(chǎn)生的灰渣以固態(tài)形式經(jīng)排渣口排出。
本發(fā)明首次提出了多級粉煤攜帶床固態(tài)排渣氣化爐，氣化反應室的流場和溫度場分布更加均勻，碳轉化率高達98％以上。該氣化爐結構合理，比氧耗低，配套制氧裝置投資較小，變負荷能力強，設備使用壽命長，可靠性高。氣化操作溫度在1300～1500℃之間，適合于高灰、高灰熔點煤的氣化。
權利要求
1.一種多級粉煤攜帶床固態(tài)排渣氣化爐，包括開設有氣體出口和排渣口的氣化爐殼體(1)和氣化反應室(2)，其特征在于在氣化爐殼體(1)的不同標高處對稱均勻布置有一組或一組以上的與氣化反應室(2)相連通的多級噴嘴，氣化反應室(2)產(chǎn)生的灰渣以固態(tài)形式經(jīng)排渣口排出，氣化反應室(2)的氣體出口通過管路與旋風分離器(7)相連通，旋風分離器(7)的上端出口通過管路與煤氣冷卻器(9)相連通，旋風分離器(7)的下端通過飛灰再循環(huán)裝置(8)與最低標高的第一級噴嘴(6)相連通。
2.根據(jù)權利要求1所述的多級粉煤攜帶床固態(tài)排渣氣化爐，其特征在于所說的氣化爐殼體(1)內設置有構成氣化反應室(2)的水冷壁(3)。
3.根據(jù)權利要求1所述的多級粉煤攜帶床固態(tài)排渣氣化爐，其特征在于所說的多級噴嘴包括自下而上設置在氣化爐殼體(1)不同標高處的第一級噴嘴(6)、第二級噴嘴(5)和第三級噴嘴(4)。
全文摘要
一種多級粉煤攜帶床固態(tài)排渣氣化爐，包括氣化爐殼體和氣化反應室，在氣化爐殼體的不同標高處對稱均勻布置有一組或一組以上的與氣化反應室相連通的多級噴嘴，氣化反應室的氣體出口通過管路與旋風分離器相連通，旋風分離器的上端出口通過管路與煤氣冷卻器相連通，旋風分離器的下端通過飛灰再循環(huán)裝置與最低標高的第一級噴嘴相連通。氣化產(chǎn)生的灰渣以固態(tài)形式經(jīng)爐底排渣口排出。本氣化爐以干煤粉為原料，空氣、富氧或者純氧為氣化劑。該氣化爐碳轉化率98％以上，用于產(chǎn)電力、甲醇、合成氨、制氫及合成油等領域。該氣化爐結構合理，比氧耗低，配套制氧裝置投資較小，變負荷能力強，設備使用壽命長，適合于高灰分及高灰熔點煤的氣化。
文檔編號C10J3/52GK1944590SQ20061010474
公開日2007年4月11日 申請日期2006年10月17日 優(yōu)先權日2006年10月17日
發(fā)明者許世森, 王保民, 李小宇, 任永強, 夏軍倉, 劉剛, 劉沅, 李明亮 申請人:西安熱工研究院有限公司