灰熔聚氣化反應(yīng)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種改進的灰熔聚氣化反應(yīng)裝置。所述灰熔聚氣化反應(yīng)裝置包括由進料噴嘴、圓錐形氣體分布板、氣化劑進氣口和雙進氣室進氣裝置等結(jié)構(gòu)組成的灰熔聚氣化系統(tǒng)以及由集渣室、排渣罐、水冷夾套和氣體入口等結(jié)構(gòu)組成的排渣冷卻系統(tǒng)。本發(fā)明省去了灰熔聚氣化反應(yīng)裝置中容易結(jié)渣燒毀中心管結(jié)構(gòu)，改進了其進氣裝置，并優(yōu)化了排渣冷卻系統(tǒng)便于控制排渣，冷卻灰渣。氣化反應(yīng)裝置結(jié)構(gòu)簡單，能長期穩(wěn)定運行，氣化效率更高。
【專利說明】灰熔聚氣化反應(yīng)裝置
[0001]【技術(shù)領(lǐng)域】:
本發(fā)明專利屬于煤氣化領(lǐng)域，具體涉及一種灰熔聚氣化反應(yīng)裝置。
[0002]【背景技術(shù)】:
灰熔聚粉煤氣化工藝是利用流態(tài)化原理，將原料粉煤連續(xù)加入氣化反應(yīng)裝置密相區(qū)，氣化劑(純氧、二氧化碳和蒸汽)從氣化反應(yīng)裝置底部吹入，使煤粒沸騰流化。在燃燒產(chǎn)生的高溫條件下，氣固兩相充分混合接觸，發(fā)生煤的熱解和碳的氧化還原反應(yīng)，最終實現(xiàn)煤的氣化。該工藝的特點是在:高含氧氣化劑和蒸汽通過中心管進入床層中心區(qū)，形成床內(nèi)局部高溫區(qū)，提高氣化強度的同時在不生成熔渣的條件下，使灰粘聚成球；流化床底部根據(jù)射流原理設(shè)計了灰的粘聚分離裝置，利用重力的差別，使灰球連續(xù)、有選擇性地通過環(huán)隙，從床層中分離出低含碳量的灰渣，并且通過旋風(fēng)分離器控制飛灰循環(huán)利用提高碳轉(zhuǎn)化率。
[0003]灰熔聚氣化工藝具有氣化溫度適中，煤種適用性寬，對灰分、灰熔點等不敏感，可以實現(xiàn)原料本地化，并且產(chǎn)品氣不含焦油，氣化反應(yīng)裝置耐火材料要求低等優(yōu)點?；胰劬蹥饣に嚴碚摱允且环N非常高效的氣化方式，然后通過工業(yè)實踐，仍然存在很多的問題，影響著灰熔聚氣化反應(yīng)裝置長期穩(wěn)定的運行。其中爐內(nèi)結(jié)渣、排渣系統(tǒng)不暢、設(shè)備磨損較嚴重、中心管易斷裂等是最常見而急需解決的問題。比如說中心管的斷裂，從中心管設(shè)計的本意來說，是從中心管加入部分氧氣和蒸汽，使其在爐子中心部位產(chǎn)生一個高溫氣化區(qū)。從而使煤粒氣化得更徹底，效率更高，效果更好，這無疑是一個很好的設(shè)計創(chuàng)意。但是就目前排氣方式來說，氣速太高，易形成溝流，氣速太低，又容易漏料或高溫區(qū)達不到應(yīng)有的高溫。而且中心管暴露在排渣通道中，更容易粘污結(jié)渣和燒毀，更容易引起下渣不暢等。
[0004]對于氣化裝置的改進，主要設(shè)計熔聚灰分離的構(gòu)件上，USP4, 229，289介紹了一種文丘里管中插入一個可以通入氧氣或空氣的射流管，以便造成流化床的局部高溫。它保留了結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工制造麻煩的文丘里喉管。CN1038846公布了一種灰熔聚流化床氣化方法及氣化裝置，在灰熔聚灰分離單元中省去了結(jié)構(gòu)復(fù)雜制造困難的文丘里喉管，保留了暴露在排渣通道中的中心進氣管。CN201981170公開了一種改進的中心進氣管，包括中心進氣管、帶法蘭的短節(jié)和隔熱耐火陳立組成，其特征在于中心進氣管為夾套式，又內(nèi)管和夾套組成。從中心進氣管的進氣口的夾套內(nèi)通入蒸汽或其惰性氣體，在一定程度上保護了中心進氣管，提聞了其使用壽命。
[0005]因此，有必要開發(fā)一種灰熔聚排渣順暢結(jié)構(gòu)簡單，氣化效率更高，更加穩(wěn)定長期運行的灰熔聚流化床氣化裝置。
[0006]
【發(fā)明內(nèi)容】
:
本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)的缺點，提供一種可以排渣順暢結(jié)構(gòu)簡單，氣化效率更高，能夠更加穩(wěn)定長期運行的灰熔聚流化床氣化裝置。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案是:在氣化單元，省去了結(jié)構(gòu)復(fù)雜制造困難的文丘里管以及容易燒毀結(jié)渣的中心管，提供了一種新的灰熔聚進氣裝置，避免中心管燒壞結(jié)渣；并對排渣系統(tǒng)進行了優(yōu)化，在氣化反應(yīng)裝置底部連接有一鎖斗，集收集灰渣與冷卻灰渣功能于一體，暢通排渣通道。
[0008]本發(fā)明其特征在于:包括灰熔聚氣化系統(tǒng)和排渣冷卻系統(tǒng)。所述的灰熔聚氣化系統(tǒng)由氣化反應(yīng)裝置殼體、煤噴嘴、細灰回料噴嘴、灰熔聚進氣裝置等主要部件組成；所述的排渣冷卻系統(tǒng)由集渣室、排渣罐、水冷夾套和氣化劑進氣口等主要部件組成；灰熔聚氣化系統(tǒng)通過中心排渣管與集渣室連接。
[0009]優(yōu)選地，灰熔聚進氣裝置包括內(nèi)外兩個進氣室、兩個進氣口、氣體分布板和隔熱耐火襯里等結(jié)構(gòu)。所說的隔熱耐火襯里、氣體分布板與氣化反應(yīng)裝置外壁殼體形成了空腔，擋板將空腔分隔成兩個進氣室；氣體進氣口設(shè)置在氣化反應(yīng)裝置外壁上，分別與兩個進氣室連接；
優(yōu)選地，擋板為與隔熱耐火襯里同心圓式結(jié)構(gòu)，并與氣體分布板以及氣化反應(yīng)裝置外壁密封連接。以擋板為界，氣體分布板被分成內(nèi)圈和外圈，分別對應(yīng)內(nèi)外兩進氣室；
優(yōu)選地，氣體分布板采用錐形設(shè)計，厚度10mm-70mm,優(yōu)選值40mm,錐形口夾角β為60-120°，優(yōu)選值90° ;氣體分布板上設(shè)有分別與兩進氣室對應(yīng)噴氣孔，氣體分布板內(nèi)圈(對應(yīng)內(nèi)進氣室)上的布置有2-5圈噴氣孔，每一圈噴氣孔數(shù)量2-20個，噴氣孔成中心軸對稱分布，進氣孔中心軸線與排渣管中心軸線的夾角α為0-90° ,優(yōu)選值噴氣孔3圈，夾角α分別為30°、45°和60° ;氣體分布板外圈(對應(yīng)外進氣室)上布置有2_20圈噴氣孔；
優(yōu)選地，噴氣孔為圓孔，孔徑范圍lmm-40mm，氣體分布板內(nèi)圈上的噴氣孔為圓錐形擴口結(jié)構(gòu)，噴氣孔進氣端孔徑小出氣端孔徑大；氣體分布板外圈上的噴氣孔為圓錐形縮口結(jié)構(gòu)，噴氣孔進氣端孔徑大出氣端孔徑?。?br> 優(yōu)選地，中心排渣管外有水冷夾套保護；
優(yōu)選地，集渣室為雙層壁結(jié)構(gòu)，外壁上設(shè)置有氣化劑進氣口，夾層走冷卻水。
[0010]本發(fā)明的設(shè)計思路:煤粉經(jīng)噴嘴進入氣化反應(yīng)裝置后，遇到從氣體分布板出來的氣化劑，發(fā)生燃燒氣化反應(yīng)。氣體分布板外圈噴氣孔提供氣化劑占總耗氣量的15%，主要用來維持床層的流化態(tài)，噴氣孔圓錐形縮口結(jié)構(gòu)具有防止泄漏的作用:可以防止?fàn)t內(nèi)固體顆粒通過噴氣孔流動或泄漏掉入下方的進氣室，造成不期望的燃燒反應(yīng)。分布板內(nèi)圈噴氣孔提供氧氣和水蒸氣等氣化劑占總耗氣量的75%，用來達到中心射流的效果實現(xiàn)局部高溫，3圈噴氣孔，每圈噴氣孔4個，同一圈噴氣孔在同一水平面布置,第一、二、三圈噴氣孔的中心軸線與排渣管中心軸線的夾角α分別為30°、45°和60°，合理角度布置的噴氣孔可以拉長中心高溫區(qū)的長度，同時可調(diào)節(jié)內(nèi)氣室進氣量大小來控制中心高溫區(qū)的溫度，使中心射流形成床內(nèi)局部高溫區(qū)(1200-1300°C )，由此實現(xiàn)控制中心區(qū)域氣化溫度，噴氣孔圓錐形擴口結(jié)構(gòu)可以更好的擴散氣化劑。
[0011]氣化粗氣體產(chǎn)物上升排出氣化反應(yīng)裝置，隨后粗氣體產(chǎn)物進入氣體凈化及處理單元，通過局部高溫區(qū)后的灰渣會團聚成球，借助重量的差異達到灰團與半焦的分離。從集渣室向上流動通過中心排渣管的的氣化劑占總耗氣量的10%，動力不足以將灰渣固體顆粒維持在懸浮或流化狀態(tài)，灰渣固體顆粒會掉入到中心排渣管，較未充分反應(yīng)的較小或較輕的灰渣顆粒其自身重力不足以克服上升氣流的作用力，從較充分反應(yīng)的較大或較重的固體灰渣中分離，并被再次帶入到流化床氣化室進行進一步的氣化反應(yīng)。較重或較大的固體顆粒殘渣克服上升氣流向上作用力影響，通過排渣管排放到集渣室?；以腆w顆粒從流化床掉入排渣管的多少取決于向上流動氣體的流量，可通過調(diào)節(jié)下氣化劑進氣口氣體流量改變上升的作用力大小控制排渣的速度:利用灰渣自身重力的差別，使灰球連續(xù)、有選擇性地分離出低含碳量的灰渣落入集渣室中。布置在中心排渣管外的水冷夾套以及帶自冷卻功能的集渣室均能較好的冷卻生成的灰渣，收集的灰渣最終間歇性的通過排渣罐排出。經(jīng)過旋風(fēng)分離器分離后的細灰渣通過回料口進入氣化爐中繼續(xù)氣化，通過旋風(fēng)分離器控制飛灰循環(huán)利用提高碳轉(zhuǎn)化率。
[0012]本發(fā)明的有益效果
1.與現(xiàn)有技術(shù)相比，取消了位于排渣口中心位置的傳統(tǒng)中心進氣管，用雙進氣室結(jié)構(gòu)進氣裝置取代。有效解決了原中心進氣管容易燒蝕損壞和結(jié)渣的問題，延長了設(shè)備的使用壽命。同時改進后的排渣通道空間更大，無阻礙物，有利于灰渣排出。
[0013]2.改進的灰熔聚雙氣室進氣裝置，內(nèi)外兩氣室相互獨立，可根據(jù)工藝需要各自調(diào)節(jié)氣體流量。通過合理布置分布板內(nèi)圈噴氣孔圈數(shù)、個數(shù)以及氣孔中心軸線與排灰管中心線夾角等相關(guān)參數(shù)，可以比現(xiàn)有的灰熔聚氣化提供更大范圍溫度分布更加均勻的中心高溫區(qū)域，使氣固反應(yīng)更加充分和徹底，提高煤氣化效率。有效解決了原中心進氣管氣流速度的限制:氣速太高易形成溝流。
[0014]3.氣體分布板適當(dāng)增厚后，可以充分設(shè)計并利用噴氣孔結(jié)構(gòu)的差異和優(yōu)勢，氣體分布板外圈噴氣孔縮口結(jié)構(gòu)可以提高氣體流速，流速提高可使更多大顆粒參與流化，同時能減少固體顆粒通過噴氣孔泄漏掉入下方的進氣室；氣體分布板內(nèi)圈噴氣孔擴口結(jié)構(gòu)可以更好的擴散氣體，實現(xiàn)中心射流效果。
[0015]4.雙層水夾套結(jié)構(gòu)的集渣室，能起到冷卻灰渣的作用，及時轉(zhuǎn)移走部分熱量，保護設(shè)備的正常運行；改進后的排渣系統(tǒng)省去了冷灰器等結(jié)構(gòu)，密封性好，能夠滿足高壓氣化排渣要求。
[0016]5.通過調(diào)節(jié)下氣化劑進氣口氣體流量以控制排渣的速度，氣體從進氣口進入集渣室，集渣室承壓，其壓力隨氣體流量變化，由于集渣室同時起到氣體緩沖罐的作用，使得從排渣管上升的氣流更加均衡穩(wěn)定順暢。
[0017]

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明提供的一種灰熔聚氣化反應(yīng)裝置結(jié)構(gòu)圖；
圖2為本發(fā)明提供的一種灰熔聚氣化反應(yīng)裝置中心進氣裝置示意圖；
圖3為本發(fā)明提供的一種灰熔聚氣化反應(yīng)裝置氣體分布板結(jié)構(gòu)圖。
[0019]圖4為本發(fā)明提供的一種灰熔聚氣化反應(yīng)裝置集渣室結(jié)構(gòu)圖。
[0020]圖中:
1、殼體；2、煤噴嘴；
3、細灰回料噴嘴；4、氣體分布板；
5、氣化室；6、外氣體進氣口；
7、內(nèi)氣體進氣口 ；8、中心排渣管；
9、水冷夾套；10、集渣室；
I1、下氣化劑進氣口；12、排渣罐；
13、外進氣室14、內(nèi)進氣室
15、擋板16、隔熱耐火襯里 17、噴氣孔18、集渣室外壁
19、集渣室內(nèi)壁20、冷凝水層。

【具體實施方式】
[0021]為使本發(fā)明更明顯易懂，茲以優(yōu)選實施例，并配合附圖作詳細說明如下。
實施例
[0022]如圖1所示，為本發(fā)明提供的一種改進的灰熔聚氣化反應(yīng)裝置結(jié)構(gòu)示意圖，包括灰熔聚氣化系統(tǒng)和排渣冷卻系統(tǒng)。所述的灰熔聚氣化系統(tǒng)由氣化爐殼體1、煤噴嘴2、細灰回料噴嘴3、灰熔聚進氣裝置等主要部件組成；所述的排渣冷卻系統(tǒng)由集渣室10、排渣罐
12、水冷夾套9和下氣化劑進氣口 11等主要部件組成；灰熔聚氣化系統(tǒng)通過中心排渣管8與集渣室10連接。
[0023]灰熔聚進氣裝置包括內(nèi)外兩個進氣室、兩個進氣口、氣體分布板4和隔熱耐火襯里16等結(jié)構(gòu)。所說的隔熱耐火襯里16、氣體分布板4與氣化爐外壁殼體I形成了空腔，擋板15將空腔分隔成兩個進氣室，兩個進氣室與設(shè)置在氣化爐外壁上的進氣口分別連接。氣體分布板4采用錐形設(shè)計,厚度40mm,錐形口夾角β為90° ,以擋板15為界,被分成內(nèi)圈和外圈，內(nèi)圈噴氣孔為圓錐形擴口結(jié)構(gòu)，外圈噴氣孔為圓錐形縮口結(jié)構(gòu)。氣體分布板內(nèi)圈有3圈噴氣孔，每圈4個噴氣孔，同一圈噴氣孔在同一水平面布置，第一、二、三圈噴氣孔的中心軸線與排渣管中心軸線的夾角α分別為30°、45°和60°。中心排渣管8外有水冷夾套9保護，集渣室10為雙層壁結(jié)構(gòu)，夾層走冷卻水，外壁上設(shè)置有下氣化劑進氣口 11。
[0024]煤粉經(jīng)噴嘴2進入氣化反應(yīng)裝置后，在特定溫度、壓強及停留時間下在流化床中與從氣體分布板4出來的氣相原料進行化學(xué)反應(yīng)并轉(zhuǎn)換成易燃的氣相產(chǎn)物?？筛鶕?jù)工藝需要調(diào)節(jié)內(nèi)氣室中進氣量大小，氣體分布板4合理角度布置的進氣孔可以達到中心射流的效果，來實現(xiàn)控制中心區(qū)域氣化溫度，中心射流形成床內(nèi)局部高溫區(qū)(1200-1300°C)。粗氣體產(chǎn)物上升排出氣化反應(yīng)裝置，隨后粗氣體產(chǎn)物進入氣體凈化及處理單元。通過局部高溫區(qū)后的灰渣會團聚成球，利用灰渣自身重力的差別，使灰球連續(xù)、有選擇性地分離出低含碳量的灰渣落入集渣室中。布置在中心排渣口外的水冷夾套以及帶自冷卻功能的集渣室均能較好的冷卻生成的灰渣，收集的灰渣最終間歇性的通過排渣罐12排出。經(jīng)過旋風(fēng)分離器分離后的細灰渣通過回料口進入氣化反應(yīng)裝置中繼續(xù)氣化，通過旋風(fēng)分離器控制飛灰循環(huán)利用提高碳轉(zhuǎn)化率。
[0025]實例I
以煤為原料的日處理量為600噸的煤氣化裝置為例，氣化壓力為0.6MPa，氣化溫度為1050°C。煤粉從噴嘴2進入，水蒸汽和氧氣從氣化劑進氣口 6和7分分別進入進氣室，之后從各自對應(yīng)的氣體分布板上的氣孔進入氣化反應(yīng)裝置，發(fā)生燃燒氣化反應(yīng)，其中進氧量10200Nm3/h，進蒸汽量23200kg/h。氣化反應(yīng)裝置溫度主要靠調(diào)節(jié)內(nèi)進氣室14的氧氣量大小來達到，從內(nèi)進氣室14進入的氣體約占全部進氣量的75% ;從外進氣室13進入的氣體約占全部進氣量的15%，和水蒸汽一起，主要控制氣化反應(yīng)裝置內(nèi)顆粒物料的流化，平穩(wěn)氣化反應(yīng)裝置的溫度，調(diào)節(jié)床層高度。從下氣體進氣口 11進入的氣體約占全部進氣量的10%，必要時補充一部分水蒸氣，主要控制氣化反應(yīng)裝置的排灰溫度，控制排灰渣速率，有選擇性的分離低含碳量的灰渣落入帶自冷卻功能集渣室中，間歇性的排出至排渣罐中，最終排出氣化反應(yīng)裝置。另一部分經(jīng)旋風(fēng)分離器分離后的細灰通過回料口再次進入氣化反應(yīng)裝置中繼續(xù)氣化。裝置生成煤氣產(chǎn)量57420 Nm3/h，碳轉(zhuǎn)化率高于93%，灰渣含碳量< 6%。
[0026]由此可見，本發(fā)明在有效解決了傳統(tǒng)灰熔聚氣化反應(yīng)裝置爐內(nèi)結(jié)渣、排渣系統(tǒng)捕暢、設(shè)備磨損較嚴重、中心管易斷裂等問題，能長期穩(wěn)定運行，并實現(xiàn)氣化指標(biāo)優(yōu)于傳統(tǒng)灰熔聚氣化反應(yīng)裝置，具有明顯的技術(shù)創(chuàng)新優(yōu)勢。
【權(quán)利要求】
1.灰熔聚氣化反應(yīng)裝置，其特征在于:包括灰熔聚氣化系統(tǒng)和排渣冷卻系統(tǒng)，所述的灰熔聚氣化系統(tǒng)由氣化反應(yīng)裝置殼體(I)、煤噴嘴(2)、細灰回料噴嘴(3)、灰熔聚進氣裝置部件組成；所述的排渣冷卻系統(tǒng)由集渣室(10)、排渣罐(12)、水冷夾套(9)和下氣化劑進氣口(11)部件組成；灰熔聚氣化系統(tǒng)通過中心排渣管(8)與集渣室(10)連接。
2.如權(quán)利要求1所述的灰熔聚氣化反應(yīng)裝置，其特征在于:灰熔聚進氣裝置包括內(nèi)外兩個進氣室(13、14)、內(nèi)外兩個進氣口(6、7)、氣體分布板(4)和隔熱耐火襯里(16);所說的隔熱耐火襯里(16)、氣體分布板(4)與氣化反應(yīng)裝置外壁(I)形成了空腔，擋板(15)將所述空腔分隔成內(nèi)外兩個進氣室(13、14);氣體進氣口設(shè)置在氣化反應(yīng)裝置外壁上，分別與兩個進氣室連接。
3.如權(quán)利要求2所述的灰熔聚氣化反應(yīng)裝置，其特征在于:擋板(15)為與隔熱耐火襯里(16)同心圓式結(jié)構(gòu)，并與氣體分布板(4)以及氣化反應(yīng)裝置外壁(I)密封連接，以擋板為界，氣體分布板被分成內(nèi)圈和外圈，分別對應(yīng)內(nèi)外兩進氣室。
4.如權(quán)利要求3所述的灰熔聚氣化反應(yīng)裝置，其特征在于:氣體分布板(4)采用錐形設(shè)計，厚度10mm-70mm，錐形口夾角β為60-120° ;氣體分布板上設(shè)有分別與兩進氣室(13)(14)對應(yīng)噴氣孔(17)，在氣體分布板內(nèi)圈上，S卩對應(yīng)內(nèi)進氣室(14)的氣體分布板(4)上，布置有2-5圈噴氣孔(17),每一圈噴氣孔數(shù)量2-20個,每一圈噴氣孔在氣體分布板同一水平面上，噴氣孔成中心軸對稱分布，進氣孔中心軸線與排渣管(8)中心軸線的夾角α為0-90° ;在氣體分布板外圈上，即對應(yīng)外進氣室(13)的氣體分布板(4)上，布置有2-20圈噴氣孔(17)，每一圈噴氣孔數(shù)量2-50個。
5.如權(quán)利要求4所述的灰熔聚氣化反應(yīng)裝置，其特征在于:氣體分布板(4)厚度優(yōu)選40mm，錐形口夾角β為90° ;在氣體分布板內(nèi)圈上，噴氣孔的圈數(shù)優(yōu)先為3圈，夾角α從上到下分別為30°、45。和60。。
6.如權(quán)利要求5所述的灰熔聚氣化反應(yīng)裝置，其特征在于噴氣孔為圓孔，孔徑范圍lmm-40mm,氣體分布板內(nèi)圈上的噴氣孔為圓錐形擴口結(jié)構(gòu)，噴氣孔進氣端孔徑小，出氣端孔徑大；氣體分布板外圈上的噴氣孔為圓錐形縮口結(jié)構(gòu)，噴氣孔進氣端孔徑大，出氣端孔徑小。
7.如權(quán)利要求6所述的灰熔聚氣化反應(yīng)裝置，其特征在于中心排渣管(8)外有水冷夾套(9)保護。
8.如權(quán)利要求7所述的灰熔聚氣化反應(yīng)裝置，其特征在于集渣室(10)為雙層壁結(jié)構(gòu)，夾層走冷卻水。
9.如權(quán)利要求8所述的灰熔聚氣化反應(yīng)裝置，其特征在于在集渣室(10)外壁上設(shè)置有下氣化劑進氣口(11)。
【文檔編號】C10J3/56GK104449870SQ201410613777
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月4日
【發(fā)明者】李平, 倪建軍, 烏曉江, 程相宣 申請人:上海鍋爐廠有限公司