一種旋流干煤粉氣化爐的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型提供了一種旋流干煤粉氣化爐，包括旋流煤粉燒嘴、反應(yīng)室、排渣口、激冷室、外殼和保護(hù)環(huán)。旋流煤粉燒嘴設(shè)置在反應(yīng)室上部，排渣口的上部與下部分別與反應(yīng)室的下部和保護(hù)環(huán)的上部連通，保護(hù)環(huán)的下部與激冷室的下降管上部連通，排渣口的直徑與反應(yīng)室的直徑的比例為1:3～1:4。激冷室包括激冷環(huán)、下降管和破泡板，破泡板設(shè)置在下降管與外殼之間，反應(yīng)室及排渣口的外部設(shè)有冷卻水盤(pán)管。本實(shí)用新型的旋流干煤粉氣化爐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，特別適合日處理2000～3000噸的大規(guī)模煤氣化生產(chǎn)工藝，同時(shí)碳轉(zhuǎn)化率可達(dá)到98%以上。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種旋流干煤粉氣化爐
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及干煤粉氣化領(lǐng)域，特別涉及一種干煤粉氣化爐。
【背景技術(shù)】
[0002]煤的潔凈與高效利用是當(dāng)今世界能源與環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域中的重大技術(shù)課題，也是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一，煤氣化是將一次能源轉(zhuǎn)化成潔凈的二次能源的主要途徑，大規(guī)模高效煤氣化技術(shù)是發(fā)展煤基化學(xué)品生產(chǎn)、煤基液體燃料(合成油品、甲醇、二甲醚等)、先進(jìn)的整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)發(fā)電系統(tǒng)、多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)、制氫、燃料電池以及直接還原煉鐵等過(guò)程工業(yè)的基礎(chǔ)，是這些行業(yè)的公共技術(shù)、關(guān)鍵技術(shù)和龍頭技術(shù)。
[0003]目前采用干煤粉氣化的技術(shù)中，有代表性的主要有Shell、GSP、航天爐等干煤粉氣化技術(shù)。Shell干煤粉氣化爐采用四個(gè)煤粉燒嘴，為廢鍋流程，投資高，制造難度大，制造周期長(zhǎng)；GSP為單噴嘴煤粉氣化爐，但其激冷采用噴嘴噴淋方式，粗煤氣中灰含量大；航天爐干煤氣化爐在處理煤粉規(guī)模上還沒(méi)有達(dá)到2000噸/天，且排渣口與反應(yīng)室直徑比例較大(1:2?1:2.5)，碳轉(zhuǎn)化率較低。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型的目的是提供一種旋流干煤粉氣化爐，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的干粉氣化，提高碳轉(zhuǎn)化率。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取了如下的技術(shù)方案:
[0006]本實(shí)用新型提供了一種旋流干煤粉氣化爐，包括旋流煤粉燒嘴、反應(yīng)室、排渣口、激冷室、外殼和保護(hù)環(huán)。所述旋流煤粉燒嘴設(shè)置在所述反應(yīng)室的上部，所述反應(yīng)室的下部與所述排渣口的上部連通，所述激冷室包括激冷環(huán)、下降管和破泡板，所述破泡板設(shè)置在所述下降管與所述外殼之間，所述激冷環(huán)設(shè)置在所述下降管的上端，所述反應(yīng)室及所述排渣口的外部設(shè)有冷卻水盤(pán)管。所述排渣口的下端和所述下降管的上端分別與所述保護(hù)環(huán)的上端與下端連通。所述排渣口的直徑與所述反應(yīng)室的直徑的比例為1:3?1:4。本實(shí)用新型的旋流干煤粉氣化爐相應(yīng)縮小了排渣口的直徑，在保證排渣口不堵塞的前提下延長(zhǎng)了干煤粉在反應(yīng)室內(nèi)的停留時(shí)間，提高了碳轉(zhuǎn)化率；增加的保護(hù)環(huán)實(shí)現(xiàn)了排渣口與下降管的過(guò)渡，進(jìn)一步保護(hù)了下降管，同時(shí)便于后續(xù)的檢修。
[0007]優(yōu)選地，所述旋流煤粉燒嘴由內(nèi)到外依次包括點(diǎn)火通道、第一冷卻循環(huán)水通道、氧氣與蒸汽通道、煤粉通道和第二冷卻循環(huán)水通道，所述第一冷卻循環(huán)水通道與所述第二冷卻循環(huán)水通道分別在向火端螺旋盤(pán)繞。所述第一冷卻循環(huán)水通道與所述第二冷卻循環(huán)水通道在向火端處分別通過(guò)螺旋盤(pán)繞的部分使冷卻水高速螺旋流動(dòng)，減薄甚至破壞湍流流動(dòng)的層流底層，提高了導(dǎo)熱系數(shù)，提高了冷卻件的換熱效果，保護(hù)了燒嘴端部。
[0008]進(jìn)一步優(yōu)選地，所述氧氣與蒸汽通道內(nèi)設(shè)有旋流葉片，所述旋流葉片與所述旋流煤粉燒嘴的縱軸夾角為20?30°，這有利于煤粉與氧氣在燃燒前充分混合。
[0009]優(yōu)選地，所述旋流煤粉燒嘴包括4-6根煤粉管線(xiàn)，例如5根，所述煤粉管線(xiàn)沿所述旋流煤粉燒嘴的縱軸均勻分布，所述煤粉管線(xiàn)使得干煤粉在進(jìn)入反應(yīng)室前混合均勻，從而在與氧氣混合進(jìn)入反應(yīng)室后能夠充分燃燒，有利于提高碳轉(zhuǎn)化率。
[0010]優(yōu)選地，所述排渣口的直徑與所述反應(yīng)室的直徑的比例為1:3.3?1:3.8，例如1:3.5 或 1:3.6。
[0011]優(yōu)選地，所述反應(yīng)室的直徑與所述下降管的直徑的比例為2:0.8?2:1.2，進(jìn)一步優(yōu)選為2:0.9?2:1.1，例如2:1。
[0012]優(yōu)選地，所述破泡板為3?6層。
[0013]優(yōu)選地，所述保護(hù)環(huán)為獨(dú)立冷卻水盤(pán)管，形狀為圓筒狀或喇叭口形，所述保護(hù)環(huán)的內(nèi)表面堆焊鎳基合金材料，以提高保護(hù)環(huán)的壽命。進(jìn)一步優(yōu)選地，當(dāng)所述保護(hù)環(huán)為圓筒狀時(shí)，所述排渣口的直徑<所述保護(hù)環(huán)的直徑<所述下降管的直徑；當(dāng)所述保護(hù)環(huán)為喇叭口形時(shí)，所述保護(hù)環(huán)的小口端與所述排渣口的下端連通，所述保護(hù)環(huán)的大口端與所述下降管的上端連通，所述保護(hù)環(huán)的小口端的直徑 > 所述排渣口的直徑，所述保護(hù)環(huán)的大口端的直徑 < 所述下降管的直徑。
[0014]優(yōu)選地，所述下降管內(nèi)側(cè)壁與所述激冷環(huán)之間形成環(huán)形的激冷水出口，所述激冷水出口的環(huán)寬為5?15mm,例如8?12mm,從而使得激冷水的寬度合適,既不會(huì)浪費(fèi)過(guò)多的水同時(shí)又能達(dá)到理想的激冷效果。
[0015]優(yōu)選地，所述外殼與所述排渣口之間設(shè)有支撐板，所述下降管的下部通過(guò)固定桿與所述旋流干煤粉氣化爐的外殼固定。
[0016]優(yōu)選地，所述反應(yīng)室由膜式水冷壁包繞，所述膜式水冷壁由冷卻水盤(pán)管或豎直管構(gòu)成，所述膜式水冷壁的內(nèi)表面焊有長(zhǎng)I?3cm，直徑3?15mm的圓柱狀不銹鋼抓釘，抓釘上涂有I?3cm厚的碳化硅涂層。
[0017]本實(shí)用新型的旋流干煤粉氣化爐煤粉在爐內(nèi)彌散充分，停留時(shí)間長(zhǎng)，碳轉(zhuǎn)化率高，激冷洗滌除塵效果好，設(shè)備投資省，特別適合日處理2000?3000噸的大規(guī)模煤氣化生產(chǎn)工藝。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為本實(shí)用新型的旋流干煤粉氣化爐示意圖；
[0019]圖2為本實(shí)用新型的旋流煤粉燒嘴的剖面圖；
[0020]圖3為圖1所示激冷環(huán)的局部放大圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例作進(jìn)一步描述。
[0022]如圖1所示，本實(shí)用新型的旋流干煤粉氣化爐包括旋流煤粉燒嘴1、反應(yīng)室2、排渣口 3、支撐板4、保護(hù)環(huán)5和激冷室6，外部設(shè)有外殼23。旋流煤粉燒嘴I設(shè)置在反應(yīng)室2的頂部中心，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，由內(nèi)向外依次包括呈環(huán)狀的點(diǎn)火通道11、第一冷卻循環(huán)水通道12、氧氣與蒸汽通道13、煤粉通道14和第二冷卻循環(huán)水通道15。為提高旋流煤粉燒嘴I向火端處的冷卻效果，第一冷卻循環(huán)水通道12和第二冷卻循環(huán)水通道15分別包括沿向火端螺旋盤(pán)繞的第一螺旋冷卻管121和第二螺旋冷卻管151，其前端面由I?4mm的高溫合金薄壁構(gòu)成，冷卻水通過(guò)第一冷卻循環(huán)水通道12的入口及第二冷卻循環(huán)水通道15的入口流入，分別流入第一螺旋冷卻管121和第二螺旋冷卻管151內(nèi)高速螺旋流動(dòng)，再分別從第一冷卻循環(huán)水通道12的出口及第二冷卻循環(huán)水通道15的出口流出，冷卻效果明顯提高。煤粉通道14包括4根煤粉管線(xiàn)，相對(duì)于旋流煤粉燒嘴I的縱軸均勻分布，煤粉管線(xiàn)螺旋延伸至距離旋流煤粉燒嘴I出口 L處，此時(shí)在圖2中L為30mm。氧氣與蒸汽通道13內(nèi)設(shè)有18個(gè)均勻分布的旋流葉片16，旋流葉片16與旋流煤粉燒嘴I的縱軸的夾角為25。，旋流葉片16的高度為100mm。
[0023]反應(yīng)室2由膜式水冷壁21包繞，膜式水冷壁21由冷卻水盤(pán)管構(gòu)成，膜式水冷壁21的內(nèi)表面焊有長(zhǎng)1.5cm，直徑IOmm的圓柱狀不銹鋼抓釘，抓釘上涂有2cm厚的碳化硅涂層。排渣口 3的外部也設(shè)有膜式水冷壁，排渣口 3的直徑D2與反應(yīng)室2的直徑Dl的比例為1:3.5。排渣口 3與外殼23之間設(shè)有支撐反應(yīng)室2的支撐板4。膜式水冷壁21與外殼23之間設(shè)有空腔，可以防止高溫向外輻射，同時(shí)空腔中有吹掃氣，可以帶走冷卻水盤(pán)管的熱量，防止冷卻水盤(pán)管熱疲勞及壽命下降。保護(hù)環(huán)5呈圓筒狀，內(nèi)表面堆焊鎳基合金材料，使保護(hù)環(huán)5能夠承受高溫。排渣口 3的上端與下端分別與反應(yīng)室2的下端和保護(hù)環(huán)5的上端連通，連通處的縫隙用耐高溫的碳纖維填充，保護(hù)環(huán)5通過(guò)螺栓與支撐板4固定連接。由于排渣口 3及保護(hù)環(huán)5處容易受高溫腐蝕，容易損壞，這種連接方式可便于檢修。反應(yīng)室2與激冷室6通過(guò)支撐板4隔開(kāi)。由于排渣口 3的直徑D2為了增加碳轉(zhuǎn)化率的目的而相應(yīng)縮小，而下降管62的直徑D4為了實(shí)現(xiàn)激冷的目的又不能過(guò)小，因此保護(hù)環(huán)5的直徑D3需要滿(mǎn)足D2 < D3 < D4的條件。
[0024]如圖3所示，激冷環(huán)61設(shè)置在下降管62的上端，激冷水入口 65位于下降管62外偵牝激冷水出口 66為下降管62內(nèi)側(cè)壁與激冷環(huán)61之間形成的環(huán)形缺口，激冷水出口 66的環(huán)寬為8mm。保護(hù)環(huán)5的下端與下降管62的上端連通，中間縫隙由碳纖維填充。下降管62與外殼23之間設(shè)有4層破泡板63，下降管62的下部通過(guò)固定桿64與外殼23固定連接。激冷室6的下端設(shè)有渣出口 7，激冷室6的下端側(cè)部設(shè)有黑水出口 8，激冷室6的位于破泡板63上方的側(cè)部設(shè)有粗煤氣出口 9。下降管62的直徑D4與反應(yīng)室2的直徑Dl的比例為2:1。
[0025]本實(shí)用新型的旋流干煤粉氣化爐的工作過(guò)程如下:干煤粉與氧氣和水蒸氣一起經(jīng)旋流煤粉燒嘴I由爐頂入口旋流進(jìn)入反應(yīng)室2，即以單噴嘴方式進(jìn)料，在反應(yīng)室2內(nèi)發(fā)生劇烈的氣化反應(yīng)，氣化壓力在2?5MPa之間，氣化溫度在1300?1650°C之間。干煤粉在反應(yīng)室2停留時(shí)間為2?8秒，生成的液態(tài)灰渣被甩到碳化硅涂層上，立即固化，固化層增加至約2?3cm時(shí)，達(dá)到平衡，甩至固化層上的液態(tài)渣受重量及氣流帶動(dòng)從排渣口 3排出。粗合成氣及灰渣進(jìn)入排渣口 3，經(jīng)保護(hù)環(huán)5后進(jìn)入下降管62中，經(jīng)激冷環(huán)61噴出的激冷水冷卻、洗滌、固化，大部分激冷水會(huì)沿著下降管62內(nèi)壁形成水膜保護(hù)下降管，灰渣最后進(jìn)入了渣池，粗煤氣經(jīng)渣池上層液體進(jìn)一步洗滌、除塵、折流向上，經(jīng)破泡板63破除大量氣泡，經(jīng)粗煤氣出口 9流出。渣池中的灰渣最終通過(guò)渣出口 7排出氣化爐，激冷水與部分灰渣的混合物(即所謂的“黑水”)通過(guò)黑水出口 8流出。由于排渣口與反應(yīng)室的直徑比較合理，既保證了排渣口不會(huì)堵塞，又提高了干煤粉在反應(yīng)室2中停留的時(shí)間，有利于碳的充分轉(zhuǎn)化。在采用本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，氣化爐投煤量為70t/h，其中煤中含灰15%，反應(yīng)完后，從旋流干煤粉氣化爐排出的粗渣與細(xì)渣比例為1:1，其中粗渣含殘?zhí)?%，細(xì)渣含殘?zhí)?0%，由此算得未轉(zhuǎn)化的碳為 70*0.15/2*l%+70*0.15/2*20%=1.1025t/h,因此碳轉(zhuǎn)化率為(1_1.1025/70)*100%=98.5%，比航天爐干煤氣化爐的碳轉(zhuǎn)化率高出2%左右。
[0026]上述實(shí)施例僅供說(shuō)明本實(shí)用新型之用，而并非是對(duì)本實(shí)用新型的限制，有關(guān)【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術(shù)方案也應(yīng)屬于本實(shí)用新型的范疇，本實(shí)用新型的專(zhuān)利保護(hù)范圍應(yīng)由各權(quán)利要求限定。
【權(quán)利要求】
1.一種旋流干煤粉氣化爐，其特征在于，所述旋流干煤粉氣化爐包括旋流煤粉燒嘴、反應(yīng)室、排渣口、激冷室、外殼和保護(hù)環(huán)； 所述旋流煤粉燒嘴設(shè)置在所述反應(yīng)室的上部，所述反應(yīng)室的下部與所述排渣口的上部連通，所述激冷室包括激冷環(huán)、下降管和破泡板，所述破泡板設(shè)置在所述下降管與所述外殼之間，所述激冷環(huán)設(shè)置在所述下降管的上端，所述反應(yīng)室及所述排渣口的外部設(shè)有冷卻水盤(pán)管； 所述排渣口的下端和所述下降管的上端分別與所述保護(hù)環(huán)的上端與下端連通； 所述排渣口的直徑與所述反應(yīng)室的直徑的比例為1:3?1:4。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋流干煤粉氣化爐，其特征在于，所述旋流煤粉燒嘴由內(nèi)到外依次包括點(diǎn)火通道、第一冷卻循環(huán)水通道、氧氣與蒸汽通道、煤粉通道和第二冷卻循環(huán)水通道，所述第一冷卻循環(huán)水通道與所述第二冷卻循環(huán)水通道分別在向火端螺旋盤(pán)繞。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的旋流干煤粉氣化爐，其特征在于，所述氧氣與蒸汽通道內(nèi)設(shè)有旋流葉片，所述旋流葉片與所述旋流煤粉燒嘴的縱軸夾角為20?30°。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的旋流干煤粉氣化爐，其特征在于，所述旋流煤粉燒嘴包括4-6根煤粉管線(xiàn)，所述煤粉管線(xiàn)沿所述旋流煤粉燒嘴的縱軸均勻分布。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋流干煤粉氣化爐，其特征在于，所述排渣口的直徑與所述反應(yīng)室的直徑的比例為1:3.3?1:3.8。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋流干煤粉氣化爐，其特征在于，所述反應(yīng)室的直徑與所述下降管的直徑的比例為2:0.8?2:1.2。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋流干煤粉氣化爐，其特征在于，所述保護(hù)環(huán)為獨(dú)立冷卻水盤(pán)管，形狀為圓筒狀或喇叭口形。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的旋流干煤粉氣化爐，其特征在于，當(dāng)所述保護(hù)環(huán)為圓筒狀時(shí)，所述排渣口的直徑<所述保護(hù)環(huán)的直徑<所述下降管的直徑； 當(dāng)所述保護(hù)環(huán)為喇叭口形時(shí)，所述保護(hù)環(huán)的小口端與所述排渣口的下端連通，所述保護(hù)環(huán)的大口端與所述下降管的上端連通，所述保護(hù)環(huán)的小口端的直徑〉所述排渣口的直徑，所述保護(hù)環(huán)的大口端的直徑< 所述下降管的直徑。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或8所述的旋流干煤粉氣化爐，其特征在于，所述下降管內(nèi)側(cè)壁與所述激冷環(huán)之間形成環(huán)形的激冷水出口，所述激冷水出口的環(huán)寬為5?15mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋流干煤粉氣化爐，其特征在于，所述外殼與所述排渣口之間設(shè)有支撐板，所述下降管的下部通過(guò)固定桿與所述旋流干煤粉氣化爐的外殼固定。
【文檔編號(hào)】C10J3/48GK203569047SQ201320707907
【公開(kāi)日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2013年11月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月11日
【發(fā)明者】姚敏, 馬銀劍, 羅春桃, 黃斌, 井云環(huán), 徐才福, 張志華, 楊巍巍, 趙濤 申請(qǐng)人:神華集團(tuán)有限責(zé)任公司, 神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司