專利名稱：干煤粉加壓固態排渣氣流床氣化裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于以煤為原料制備合成氣的裝置，具體地說涉及一種干煤粉加壓固態排渣氣流床氣化裝置。
背景技術：
煤的氣化反應是發生在碳和載氧的氣化劑(O2、H2O、CO2)之間的一種不完全氧化反應。煤氣化技術是發展煤基化學品、煤基液體燃料、聯合循環發電、多聯產系統、制氫、燃料電池等過程工業的基礎，是這些行業的共性技術、關鍵技術和龍頭技術。按煤在氣化床層中的流動方式可分固定床、流化床和氣流床三種。而其中氣流床氣化爐具有單爐處理能力強、煤種適應性廣、碳轉化率高和負荷調節性好等優點，代表了今后煤氣化技術的發展方向。
氣流床氣化以粉煤為原料，由氣化劑夾帶入爐，煤和氣化劑進行并流(活塞流)部分氧化反應。為彌補反應時間短的缺陷，要求入爐煤粒度很細(＜0.1mm)和高的反應溫度(火焰中心溫度在2000℃以上)，因此液態排渣是其必然結果。
氣流床氣化有干法進料和濕法進料兩種形式。由于濕法進料采用耐火材料內襯，為保證其使用壽命，要求操作溫度不能超過1400℃。而干法進料氣化由于采用水冷壁結構，因而有原料適應性廣、冷煤氣效率高、碳轉化率高、比氧耗低等特點，氣化溫度可達1800℃左右。屬于干法進料氣流床氣化的爐型有常壓K-T爐、Shell、Prenflo、GSP和西安熱工院的兩段式氣化爐等。常壓K-T爐由于氧、煤消耗較高，隨著技術進步，逐步被加壓操作的干粉爐所取代。
目前，荷蘭Shell和德國Prenflo氣化爐均為以干煤粉形式進料的氣化裝置，但它們只有-級氣化反應，為了讓高溫煤氣中的熔融態灰渣凝固以免使煤氣冷卻器堵塞，不得不采用后續工藝中大量的冷煤氣對高溫煤氣進行急冷，方可使高溫煤氣由1400℃冷卻到900℃，其熱量損失很大，氣化爐的冷煤氣效率和總熱效率等指標均比較低。另外在氣化高灰熔點煤時，SHELL采用添加石灰石從而降低灰熔點的方法原因來控制氣化溫度，而對于高灰分、高灰熔點煤，則顯得束手無策。這主要是由于Shell采用冷煤氣再循環過程，降低氣化爐操作溫度后，可以控制冷煤氣激冷時循環冷煤氣量。如果不加石灰石，將使冷煤氣循環量達到產生氣量的100％以上，甚至達到150％。這樣的直接后果是煤氣冷卻器和飛灰過濾器的容積更大，造成投資更高。而且目前Shell和PRENFLO氣化流程只有廢鍋流程，而此設備不僅投資巨大，而且不適合于化工流程。
而GSP技術采用下噴式進料，排渣口溫度正好在經過氣化爐水冷壁吸熱后氣化室內溫度最低點。為此必須提高氣化反應溫度，從而保證排渣順利。但這種情況下不僅降低了冷煤氣效率，同時也增加了比氧耗和比煤耗。而根據煤氣化反應熱力學平衡和動力學分析，在1200℃～1300℃范圍內，煤氣化反應可以完全進行。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術的缺點，提供一種結構合理、可用率高、并具有較高碳轉化率、冷煤氣效率的干煤粉加壓固態排渣氣流床氣化裝置。
為達到上述目的，本發明采用的技術方案是包括爐體以及設置在爐體內的帶有進料口、出料口和煤氣出口的反應室，所說的反應室包括自上而下依次設置的相連通的第一反應室和第二反應室，所說的第一反應室的頂部設置有一個下噴式進料口，第二反應室的側壁上設置有個以上的水平式進料口，第二反應室還與出料口及煤氣出口相連通。
本發明的第一反應室的底部為一漸縮形結構，第二反應室的直徑大于第一反應室底部的直徑而小于第一反應室的直徑；第一反應室和第二反應室均為水冷壁結構，該水冷壁為列管式或盤管式結構；第一反應室的水冷壁上設置有耐火襯里，第二反應室的水冷壁為光管結構；第二反應室的下端還設置有用于對含固態渣的粗煤氣進行急冷的急冷水管道；第二反應室的上還設置有給第一反應室和第二反應室水冷壁的供水與下聯箱水入口，在第一反應室上設置有用于排出水冷壁所產生的高溫水和蒸汽的上聯箱水出口。
由于本發明采用氣流下行式多噴嘴兩段氣化方式，從而使碳轉化率、冷煤氣效率及比煤耗、比氧耗均比現有的氣化爐高，而且可以氣化高灰熔點煤，只需適應調整第二反應區投煤量即可。
圖1為本發明用于激冷流程的結構示意圖；圖2為本發明用于廢鍋流程的結構示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖及實施例對本發明作進一步詳細說明，但本發明并不局限于以下實施例。
實施列1，參見圖1，本發明包括爐體1以及設置在爐體1內的帶有進料口5、出料口6和煤氣出口8的反應室，反應室包括自上而下依次設置的相連通的第一反應室2和第二反應室4，第一反應室2的頂部設置有一個下噴式進料口3，第一反應室2的底部7為一漸縮形結構，第二反應室4的直徑大于第一反應室2底部7的直徑而小于第一反應室2的直徑，第二反應室4的側壁上設置有2個以上的水平式進料口5，第二反應室4還與出料口6及煤氣出口8相連通，第一反應室2和第二反應室4均為水冷壁結構，該水冷壁為列管式或盤管式結構，第一反應室2的水冷壁上設置有耐火襯里，第二反應室4的水冷壁為光管結構，在第二反應室4的下端還設置有用于對含固態渣的粗煤氣進行急冷的急冷水管道9，第二反應室4的上還設置有給第一反應室2和第二反應室4水冷壁的供水與下聯箱水入口10，在第一反應室2上設置有用于排出水冷壁所產生的高溫水和蒸汽的上聯箱水出口11。
實施例2，參見圖2，本實施例在第二反應室4外側還設置有一外筒體12，該外筒體12位于進料口5的下端，且在該外筒體12與煤氣出口8相連，其它連接關系同實施例1。
本發明采用氣流下行式多噴嘴兩段氣化方式。上段為第一反應室，采用膜式水冷壁結構，水冷壁上敷設有耐火襯里；下段為第二反應室，采用水冷壁結構，水冷壁上不敷設耐火材料，即采用光管式。第一反應室頂部設有一個噴入煤粉和氣化劑(氧氣和蒸汽)的噴嘴，在第二反應室側壁對稱設有二個噴入煤粉和蒸汽的噴嘴。第一反應室和第二反應室通過第一反應室的縮口相連。
與現有技術相比，本發明將氣化爐膛分為二段。在第一反應區，在氣化爐頂部，85～95％煤與氣化劑經噴嘴噴入在該室內進行強烈的高溫燃燒和氣化反應，氣化反應溫度為1400～1800℃，反應物料在第一反應室的停留時間為5秒左右，在第一反應區出口，渣以液態的形式進入第二反應區。在第二反應區，噴入約5～15％煤和少量的蒸汽，與第一反應區生成的高溫煤氣進行煤的熱解和氣化反應，一方面使煤氣中的可燃成分含量和熱值提高，另一方面使高溫煤氣冷卻，高溫熔融態灰渣凝固，最終實現固態排渣，反應物料在第二反應室的停留時間為10秒，從而保證碳轉化率。
該氣化爐的碳轉化率、冷煤氣效率及比煤耗、比氧耗均比現有的氣化爐高，而且可以氣化高灰熔點煤，只需適應調整第二反應區投煤量即可。在激冷流程中，攜帶灰渣的溫度為900～1400℃的煤氣穿過噴淋環后進入激冷室，煤氣在激冷室中傳熱傳質后被冷卻至溫度為175～350℃，由煤氣出口進入下游工序，80％以上灰渣在激冷室中被分離進入液相，然后自渣水出口排出。
在廢鍋流程中，在第二氣化室下部，夾帶流從水冷壁外側與氣化爐承壓殼體之間的區域折流向上，然后出氣化爐，從而使灰渣和較大顆粒的飛灰與粗煤氣得到分離，氣化爐的捕渣率可達70％以上，僅有少量細灰進入后系統。
權利要求
1.干煤粉加壓固態排渣氣流床氣化裝置，包括爐體(1)以及設置在爐體(1)內的帶有進料口(5)、出料口(6)和煤氣出口(8)的反應室，其特征在于所說的反應室包括自上而下依次設置的相連通的第一反應室(2)和第二反應室(4)，所說的第一反應室(2)的頂部設置有一個下噴式進料口(3)，第二反應室(4)的側壁上設置有(2)個以上的水平式進料口(5)，第二反應室(4)還與出料口(6)及煤氣出口(8)相連通。
2.根據權利要求1所述的干煤粉加壓固態排渣氣流床氣化裝置，其特征在于所說的第一反應室(2)的底部(7)為一漸縮形結構，第二反應室(4)的直徑大于第一反應室(2)底部(7)的直徑而小于第一反應室(2)的直徑。
3.根據權利要求1所述的干煤粉加壓固態排渣氣流床氣化裝置，其特征在于所說的第一反應室(2)和第二反應室(4)均為水冷壁結構，該水冷壁為列管式或盤管式結構。
4.根據權利要求1或3所述的干煤粉加壓固態排渣氣流床氣化裝置，其特征在于所說的第一反應室(2)的水冷壁上設置有耐火襯里，第二反應室(4)的水冷壁為光管結構。
5.根據權利要求1所述的干煤粉加壓固態排渣氣流床氣化裝置，其特征在于所說的第二反應室(4)的下端還設置有用于對含固態渣的粗煤氣進行急冷的急冷水管道(9)。
6.根據權利要求1所述的干煤粉加壓固態排渣氣流床氣化裝置，其特征在于所說的第二反應室(4)的上還設置有給第一反應室(2)和第二反應室(4)水冷壁的供水與下聯箱水入口(10)，在第一反應室(2)上設置有用于排出水冷壁所產生的高溫水和蒸汽的上聯箱水出口(11)。
全文摘要
干煤粉加壓固態排渣氣流床氣化裝置，包括爐體以及設置在爐體內的帶有進料口、出料口和煤氣出口的反應室，反應室包括自上而下依次設置的相連通的第一反應室和第二反應室，所說的第一反應室的頂部設置有一個下噴式進料口，第二反應室的側壁上設置有個以上的水平式進料口，第二反應室還與出料口及煤氣出口相連通。由于本發明采用氣流下行式多噴嘴兩段氣化方式，從而使碳轉化率、冷煤氣效率及比煤耗、比氧耗均比現有的氣化爐高，而且可以氣化高灰熔點煤，只需適應調整第二反應區投煤量即可。
文檔編號C10J3/56GK101050387SQ20071001790
公開日2007年10月10日 申請日期2007年5月22日 優先權日2007年5月22日
發明者許世森, 任永強, 徐越, 夏軍倉, 王保民, 李小宇, 劉剛, 劉沅, 李明亮 申請人:西安熱工研究院有限公司