一種新型氣化爐爐膛結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于煤炭氣化領(lǐng)域，尤其涉及一種新型氣化爐爐膛結(jié)構(gòu)。 技術(shù)背景
[0002] 煤炭氣化技術(shù)伴隨著人類工業(yè)文明已經(jīng)走過(guò)200多年的歷史，從固定床到流化床 再到氣流床，新型氣化技術(shù)不斷涌現(xiàn)，目前氣化技術(shù)日益朝大型化、高壓力方向發(fā)展，反應(yīng) 強(qiáng)度也不斷增強(qiáng)。但現(xiàn)代煤化工所涉及的氣化技術(shù)多以氣流床為主，這方面主要以Texaco 水煤漿氣化技術(shù)與shell干煤粉氣化技術(shù)為代表，相對(duì)應(yīng)，國(guó)內(nèi)水煤漿氣化技術(shù)主要有多 噴嘴、清華爐、多元料漿等氣化技術(shù)，干煤粉氣化技術(shù)主要為航天爐、兩段爐等氣化技術(shù)。目 前國(guó)際上主流的氣化技術(shù)幾乎都已在國(guó)內(nèi)找到運(yùn)用業(yè)績(jī)，可以說(shuō)中國(guó)的煤氣化技術(shù)，特別 是氣化運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。
[0003] 針對(duì)同一個(gè)煤氣化反應(yīng)過(guò)程，不同的氣化技術(shù)氣化方案不盡相同，足見氣化反應(yīng) 是多么復(fù)雜多變，可以說(shuō)其是物理與化學(xué)過(guò)程相互耦合的復(fù)雜反應(yīng)過(guò)程，通過(guò)對(duì)現(xiàn)有煤氣 化技術(shù)分析，發(fā)現(xiàn)目前研究熱點(diǎn)多集中在通過(guò)改善氣化物理反應(yīng)過(guò)程達(dá)到優(yōu)化產(chǎn)物分布的 目的，如通過(guò)研發(fā)高效噴嘴技術(shù)達(dá)到最優(yōu)的原料霧化效果，通過(guò)多噴嘴對(duì)置技術(shù)達(dá)到煤漿 在氣化爐內(nèi)較佳反應(yīng)強(qiáng)度以及控制原料和氣化劑分段入爐提高反應(yīng)轉(zhuǎn)化率等等，這些技術(shù) 方案獲得了巨大成功，但同時(shí)還需要指出的是氣化反應(yīng)本質(zhì)上是化學(xué)反應(yīng)，普適的化學(xué)反 應(yīng)規(guī)律同樣影響反應(yīng)過(guò)程與最終的產(chǎn)物分布，通過(guò)物理手段改變化學(xué)目的雖然效果明顯， 但如果在此基礎(chǔ)上引入從化學(xué)分子反應(yīng)級(jí)別再認(rèn)識(shí)氣化過(guò)程盡而指導(dǎo)氣化爐設(shè)計(jì)，更能得 到較佳的氣化反應(yīng)指標(biāo)，向氣化反應(yīng)產(chǎn)物分布可控性目標(biāo)邁進(jìn)。
[0004] 氣化爐內(nèi)氣化反應(yīng)可分為一次反應(yīng)與二次反應(yīng)，一次反應(yīng)主要有：
[0005] 煤中揮發(fā)分 +02- CO 2+H20 ( 1)
[0006] C+02-CO2 (2)
[0007] 2C0+02-2C02 (3)
[0008] 2C+02- 2C0 (4)
[0009] CH4+202-CO 2+2H20 (5)
[0010] 2H2+02-2H20 (6)
[0011] -次反應(yīng)后的產(chǎn)物將進(jìn)行二次反應(yīng)，其主要反應(yīng)物有碳顆粒、C02、H20、C0、等，主要 反應(yīng)如下：
[0012] C+C02-2C0 (7)
[0013] C+H20 -C0+H2 (8)
[0014] C0+H20 - C02+H2 (9)
[0015] 一次反應(yīng)發(fā)生區(qū)域?qū)?yīng)為一次反應(yīng)區(qū)，二次反應(yīng)發(fā)生區(qū)域?qū)?yīng)為二次反應(yīng)區(qū)，一 次反應(yīng)全部為放熱反應(yīng)，伴隨著水汽蒸發(fā)與原料自身加熱，一次反應(yīng)區(qū)位于噴嘴與第二反 應(yīng)區(qū)之間，二次反應(yīng)大多為吸熱反應(yīng)，二次反應(yīng)區(qū)位于一次反應(yīng)區(qū)與合成氣氣化爐膛出口 間。下表為典型水煤漿與干煤粉氣化產(chǎn)物分布：
[0016]
[0017] 這種產(chǎn)物分布差異可歸結(jié)為在水煤漿氣化第二反應(yīng)區(qū)，蒸汽H2O遠(yuǎn)多于CO 2組分， 反應(yīng)（8)更優(yōu)于反應(yīng)（7)進(jìn)行；相反，在干煤粉氣化第二反應(yīng)區(qū)，CO2組分相對(duì)多于蒸汽H 20， 反應(yīng)（7)優(yōu)于反應(yīng)（8)進(jìn)行?？梢姸畏磻?yīng)結(jié)果對(duì)最終氣化產(chǎn)物分布影響巨大，因此在氣化 爐爐型設(shè)計(jì)階段充分考慮兩反應(yīng)區(qū)的存在及差異，盡而優(yōu)化氣化爐型設(shè)計(jì)，達(dá)到最優(yōu)的氣 化指標(biāo)無(wú)疑具有重要意義。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0018] 本實(shí)用新型為解決上述技術(shù)問題，提供了一種新型氣化爐爐膛結(jié)構(gòu)，根據(jù)氣化反 應(yīng)的一、二次反應(yīng)特點(diǎn)提出兩級(jí)串聯(lián)的爐膛結(jié)構(gòu)；可以滿足第一反應(yīng)區(qū)、第二反應(yīng)區(qū)的反 應(yīng)，并可避免一、二次反應(yīng)相互影響。
[0019] 本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是：
[0020] -種新型氣化爐爐膛結(jié)構(gòu)，其特征在于：包括第一級(jí)爐膛和第二級(jí)爐膛，第一級(jí) 爐膛的上端與氣化爐噴嘴固定連接，第一級(jí)爐膛的下端與第二級(jí)氣爐膛的上端之間通過(guò)中 空的圓臺(tái)狀結(jié)構(gòu)相連形成縱向串聯(lián)的兩級(jí)爐膛結(jié)構(gòu)，第二級(jí)氣爐膛的下端通過(guò)中空的倒圓 臺(tái)狀結(jié)構(gòu)連接排渣口；所述圓臺(tái)狀結(jié)構(gòu)的斜面與第一級(jí)爐膛內(nèi)壁的縱向方向的夾角a滿 足：10°〈 a〈 80°，倒圓臺(tái)狀結(jié)構(gòu)的斜面與第二級(jí)爐膛內(nèi)壁的縱向方向的夾角b滿足： 110。 〈 b 〈 170。；
[0021] 第一級(jí)爐膛內(nèi)為第一反應(yīng)區(qū)，第一反應(yīng)去的高度為hi ;第二級(jí)爐膛內(nèi)為第二反應(yīng) 區(qū)，第二反應(yīng)區(qū)的高度為h2;第一反應(yīng)去的高度hl〈（hl+h2)/2,第二反應(yīng)區(qū)的高度h2> (hl+h2)/2,且第一反應(yīng)區(qū)的內(nèi)徑〈第二反應(yīng)區(qū)的內(nèi)徑。
[0022] 最優(yōu)為：所述第二反應(yīng)區(qū)的高度h2>l. 5倍第一反應(yīng)區(qū)高度hl，且第二反應(yīng)區(qū)的內(nèi) 徑>1.2倍第一反應(yīng)區(qū)的內(nèi)徑。
[0023] 所述圓臺(tái)狀結(jié)構(gòu)的斜面與第一級(jí)爐膛內(nèi)壁的縱向方向的夾角a優(yōu)選為25°〈 a〈 55。。
[0024] 為保證順利排渣，所述倒圓臺(tái)狀結(jié)構(gòu)的斜面與第二級(jí)爐膛內(nèi)壁的縱向方向的夾角 b 優(yōu)選為 125°〈 b〈 150°。
[0025] 進(jìn)一步的，排渣口的內(nèi)徑>0. 8倍第一反應(yīng)區(qū)的內(nèi)徑。
[0026] 兩級(jí)爐膛結(jié)構(gòu)及相應(yīng)尺寸是根據(jù)氣化反應(yīng)特點(diǎn)設(shè)定的。第一級(jí)爐膛內(nèi)為第一反應(yīng) 區(qū)，第二級(jí)爐膛內(nèi)為第二反應(yīng)區(qū)，兩個(gè)反應(yīng)區(qū)是根據(jù)氣化反應(yīng)一、二次反應(yīng)設(shè)定的，這樣在 氣化爐型方面人為對(duì)氣化反應(yīng)過(guò)程的一、二次反應(yīng)進(jìn)行分割，根據(jù)各段反應(yīng)特點(diǎn)采用不同 手段強(qiáng)化一、二次反應(yīng)，達(dá)到最優(yōu)的氣化效果。
[0027] 所述第一級(jí)爐膛和第二級(jí)爐膛均可為耐火磚型熱壁爐，也可為水冷壁型冷壁爐， 可以布置成下噴上出氣或上噴下出氣。
[0028] 本實(shí)用新型相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0029] 1、根據(jù)氣化反應(yīng)一、二次反應(yīng)特點(diǎn)提出兩段反應(yīng)區(qū)氣化爐型設(shè)計(jì)方案，從設(shè)備結(jié) 構(gòu)方面優(yōu)化氣化反應(yīng)；
[0030] 2、第一反應(yīng)區(qū)內(nèi)徑與反應(yīng)容積小于第二反應(yīng)區(qū)的設(shè)計(jì)理念是根據(jù)氣化反應(yīng)一、二 次反應(yīng)特點(diǎn)設(shè)置的，在滿足一次反應(yīng)條件下盡量縮小第一反應(yīng)區(qū)容積，保證一次反應(yīng)熱及 時(shí)導(dǎo)入第二反應(yīng)區(qū)，避免一、二次反應(yīng)相互影響。一次反應(yīng)產(chǎn)物與未完全反應(yīng)的碳顆粒進(jìn)入 第二反應(yīng)區(qū)后體積膨脹，相對(duì)停留時(shí)間延長(zhǎng)，這對(duì)二次反應(yīng)進(jìn)行有利，碳轉(zhuǎn)化率與有效氣成 份明顯提尚；
[0031] 3、在第二反應(yīng)區(qū)引入碳顆粒、H2O (蒸汽）或CO2改變二次反應(yīng)間發(fā)生比例，為氣化 反應(yīng)產(chǎn)物可控性提供了一種可能。
【附圖說(shuō)明】
[0032]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
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