一種沿爐高氣化劑分層強旋轉(zhuǎn)煤粉氣化裝置及氣化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種氣化劑強旋煤粉轉(zhuǎn)氣化裝置及氣化方法，具體涉及一種沿爐高氣化劑分層強旋轉(zhuǎn)煤粉氣化裝置及氣化方法，屬于煤氣化設(shè)備領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]煤氣化技術(shù)是高效清潔的潔凈煤技術(shù)。當(dāng)前的煤氣化技術(shù)主要分為移動床氣化、流化床氣化、氣流床氣化和熔融床氣化四類。
[0003]其中，氣流床氣化技術(shù)因其氣化強度高、生產(chǎn)能力大、碳轉(zhuǎn)化率高等優(yōu)點已成為現(xiàn)在煤氣化技術(shù)的主要發(fā)展方向。氣流床氣化有兩個主要特點，一是運行溫度高，約為1300?1600°C，煤粉進入爐內(nèi)后形成液態(tài)渣，排渣方式為液態(tài)排渣；另外一個特點是采用“以渣抗渣”技術(shù)來保護爐壁和減少熱損失。氣流床氣化爐存在的問題是:第一、氣化爐內(nèi)壁面容易燒損。該問題導(dǎo)致氣化爐經(jīng)常停車，而氣化爐作為化工企業(yè)的生產(chǎn)源頭，一旦停車，導(dǎo)致整個生產(chǎn)線全部停運，整個生產(chǎn)線停運一次給企業(yè)造成巨額經(jīng)濟損失。例如:一套造氣量80000Nm3/h的煤氣化生產(chǎn)線停運一次經(jīng)濟損失達4000萬元以上。第二、氣化爐沿爐高方向溫度分布不均。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術(shù)中氣化爐壁面掛渣不均勻，沿爐高方向溫度分布不均的問題，進而提出一種沿爐高氣化劑分層強旋轉(zhuǎn)煤粉氣化裝置及燃燒方法。
[0005]本發(fā)明為解決上述問題采取的技術(shù)方案是:本發(fā)明所述裝置包括煤粉燒嘴、氣化爐體、水冷壁、合成氣通道和多個氣化劑噴口，氣化爐體由半球體和圓柱體組合而成，水冷壁安裝在氣化爐體內(nèi)，水冷壁由多根豎直圓管組成，水冷壁圍成回轉(zhuǎn)體氣化爐膛，氣化爐體的底部設(shè)有渣池，合成氣通道插裝在氣化爐體的下部，多個氣化劑噴口由上至下依次均勻設(shè)置在氣化爐體上部的外側(cè)壁上，且多個氣化劑噴口均位于同一豎直面上，每個氣化劑噴口沿氣化爐膛的切線方向插入氣化爐膛內(nèi)，煤粉燒嘴安裝在氣化爐體的頂部，且煤粉燒嘴的軸線與氣化爐膛的軸線重合，煤粉燒嘴內(nèi)設(shè)有橫截面為環(huán)形的煤粉通道。
[0006]本發(fā)明所述氣化方法的具體步驟如下:步驟一、設(shè)定氣化爐膛內(nèi)部壓力為0.1?4MPa，氣化爐膛的運行溫度為1250?1600°C ；
[0007]步驟二、溫度為25?100°C的干煤粉由氮氣或二氧化碳氣體攜帶以旋流方式經(jīng)煤粉燒嘴上的煤粉通道送入氣化爐膛內(nèi)部，煤粉所占的體積分?jǐn)?shù)為1%?25%，在爐頂區(qū)域形成旋轉(zhuǎn)向下的煤粉氣流；
[0008]步驟三、煤粉氣流接觸到中心回流區(qū)卷吸回來的高溫合成氣后，被其點燃，在氣化爐膛頂部燃燒形成熔渣；
[0009]步驟四、溫度為20?400 °C的氣化劑通過所述氣化劑噴口以100?200m/s的速度沿爐高方向分層切向噴入氣化爐膛，高速的氣化劑氣流沖入氣化爐膛后形成強烈旋轉(zhuǎn)氣流，在離心力的作用下，約80%的熔渣被甩在爐壁面形成較厚的渣層，渣層均勻，旋轉(zhuǎn)氣流不斷沖刷氣化爐膛壁面上的渣層，并與其發(fā)生強烈氣化反應(yīng)；
[0010]步驟五、氣化生成的粗煤氣通過所述合成氣通道流出氣化爐膛，生成的液態(tài)渣沿壁面流入渣池，冷卻后通過底部排渣口排出氣化爐。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:
[0012]—、本發(fā)明中渣層由離心力作用形成?，F(xiàn)有技術(shù)中，煤粉與氣化劑均從氣化爐頂部噴入爐膛，煤粉進入爐膛后在高溫下形成熔渣，熔渣與氣化劑氣流一起同向一般以直流的方式流向爐膛底部。在流動過程中，只有少量的壁面附近的熔渣由于氣流脈動粘到壁面上形成渣膜；而本發(fā)明中，煤粉從氣化爐頂部噴入，煤粉進入爐膛后在高溫下形成熔渣，以100?200m/s的速度切向噴入爐膛的氣化劑在爐內(nèi)形成強烈的旋轉(zhuǎn)氣流，熔渣與氣化劑一起在近壁面區(qū)高速旋轉(zhuǎn)向下流動，約80%的熔渣受強旋產(chǎn)生的離心力作用不斷地被甩到壁面上形成渣層。
[0013]二、本發(fā)明中粘附在爐壁上的渣量多，渣層厚度大?，F(xiàn)有技術(shù)中，煤粉與氣化劑均從氣化爐頂部噴入爐膛，煤粉進入爐膛后在高溫下形成熔渣，熔渣與氣化劑氣流一起同向一般以直流的方式流向爐膛底部。在流動過程中，只有少量的壁面附近的熔渣由于氣流脈動粘到壁面上形成渣膜，離壁面較遠處的熔渣無法粘到壁面上，因此只有約10%左右的熔渣能夠粘到壁面形成渣膜，由于粘附在爐壁上的渣量小，導(dǎo)致壁面渣膜較薄，一般渣膜厚度為2?3mm ;本發(fā)明依靠離心力將熔渣甩到壁面形成渣層，氣化劑以100?200m/s的速度噴入爐膛3，形成強烈的旋轉(zhuǎn)氣流，產(chǎn)生的離心力足以將熔渣甩到壁面上形成渣層，氣化過程中約占80%左右的熔渣都被甩到壁面上形成渣層，由于粘附在爐壁上的渣量多，因此壁面渣層較厚，渣層厚度可達5?6_。
[0014]三、本發(fā)明中壁面渣層厚度比較均勻?，F(xiàn)有技術(shù)中，煤粉與氣化劑均從氣化爐頂部噴入爐膛，煤粉進入爐膛后在高溫下形成熔渣，熔渣與氣化劑氣流一起同向一般以直流的方式流向爐膛底部。在流動過程中，只有少量的壁面附近的熔渣由于氣流脈動粘到壁面上形成渣膜，離壁面較遠處的熔渣無法粘到壁面上，因此只有約10%左右的熔渣能夠粘到壁面形成渣膜，由于粘附在爐壁上的渣量小，當(dāng)沿氣化爐圓周方向的氣量分布不均時，沿圓周方向壁面熔渣粘附情況不均，導(dǎo)致圓周方向壁面渣膜厚度不均勻。而本發(fā)明中，煤粉從氣化爐頂部噴入，煤粉進入爐膛后在高溫下形成熔渣，以100?200m/s的切向速度噴入的氣化劑在爐內(nèi)形成強烈的旋轉(zhuǎn)氣流，熔渣與氣化劑一起在近壁面區(qū)高速旋轉(zhuǎn)向下流動。本發(fā)明中氣流速度高，湍流強度大，有利于氣化劑與熔渣的混合。熔渣與氣化劑沿圓周方向混合均勻后在強旋產(chǎn)生的離心力作用下甩到壁面形成渣層，壁面渣層厚度比較均勻。
[0015]四、本發(fā)明能更有效保護氣化爐內(nèi)壁面。壁面渣層主要成分為二氧化硅，二氧化硅導(dǎo)熱系數(shù)約為7.6W/mk，常用耐火磚的導(dǎo)熱系數(shù)約為20?28W/mk，渣層導(dǎo)熱系數(shù)比耐火磚小很多，因此渣層的隔熱效果好。現(xiàn)有技術(shù)中壁面渣膜較薄，渣膜厚度一般為2?3_，而且沿圓周方向渣膜厚度不均勻，易出現(xiàn)部分內(nèi)壁面沒有渣膜覆蓋的問題，氣化爐內(nèi)壁面裸露于高溫?zé)煔猸h(huán)境中，容易出現(xiàn)超溫而被燒損。氣化爐內(nèi)氣體中含有60%?70%的一氧化碳，高溫的一氧化碳為腐蝕性氣體，氣化爐內(nèi)壁面裸露于高溫且富含一氧化碳的環(huán)境下，容易發(fā)生化學(xué)腐蝕。本發(fā)明中壁面渣層厚，渣層厚度高達5?6_，是現(xiàn)有技術(shù)的2?3倍，同時渣層厚度比較均勻，沒有氣化爐內(nèi)壁面裸露于高溫?zé)煔庵?，更能有效保護氣化爐內(nèi)壁面不被高溫氣體燒損；而且較厚的渣層將氣化爐內(nèi)壁面與爐內(nèi)氣體(含有60%?70%的一氧化碳)隔開，能保護氣化爐內(nèi)壁面不受一氧化碳氣體的化學(xué)腐蝕。
[0016]五、本發(fā)明氧的消耗量少?，F(xiàn)有技術(shù)中壁面掛渣薄而且不均勻，渣膜厚度一般為2?3_ ;本發(fā)明中壁面掛渣厚且均勾，渣層厚度高達5?6_，是現(xiàn)有技術(shù)的2?3倍，而渣層導(dǎo)熱系數(shù)小，隔熱性好，因此本發(fā)明能夠減小壁面熱損失。碳與氧氣反應(yīng)生成一氧化碳放熱112.lkj/mol，碳與氧氣反應(yīng)生成二氧化碳放熱395kJ/mol，顯然碳與氧氣反應(yīng)生成二氧化碳放熱是生成一氧化碳放出的熱量的3.52倍。煤粉氣化需要在較高溫度(1250?1600°C )下才能迅速反應(yīng)，雖然期望得到的煤氣化產(chǎn)物是一氧化碳，但為了維持較高爐內(nèi)溫度，必須通入過量的氧氣生成二氧化碳來提高溫度?，F(xiàn)有技術(shù)中壁面熱損失較大，實際運行時調(diào)整氧原子與碳原子的當(dāng)量比為1.05?1.1時，也就是說多通入5%?10%的氧氣生成二氧化碳維持爐溫。而本發(fā)明中渣層厚，壁面熱損失小，調(diào)整氧原子與碳原子的當(dāng)量比為
1.01?1.05即可維持同樣的爐內(nèi)高溫，與現(xiàn)有技術(shù)相比氧的消耗量降低約5%。氧氣是從空氣中分離出來的，分離過程耗電量大，本發(fā)明降低大量氧的消耗量，相應(yīng)節(jié)省大量電能。
[0017]六、本發(fā)明的煤種適