專利名稱：無制氧粉煤超常壓、無激冷氣化爐的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及無制氧粉煤超常壓、無激冷氣化爐，應用于粉煤的造氣，是對我發明的《粉煤常壓氣化加熱給料不完全燃燒器》，申請號201020272718. 3和《粉煤常壓氣化不完全燃燒氣化爐》發明的補充和完善，是本人粉煤超常壓氣化系列發明申請之一；屬于化肥行業合成氨原料造氣技術領域。
背景技術：
一、煤氣化技術發展歷史煤氣化技術的開發與應用大約經歷了 200年的發展歷史。煤氣化技術按固體和氣體的接觸方式可分為固定床、流化床、氣流床和熔融床4種，其中熔融床技術還沒有實際應用開發，各種煤氣化爐的模式見圖I。I.固定床。固定床氣化爐是最早開發出的氣化爐，如圖1(a)所示，爐子下部為爐排，用以支撐上面的煤層。通常，煤從氣化爐的頂部加入，而氣化劑(氧或空氣和水蒸氣)則從爐子的下部供入，因而氣固間是逆向流動的。特點是單位容積的煤處理量小，大型化困難。目前，運轉中的固定床氣化爐主要有魯奇氣化爐和BGC-魯奇爐兩種。2.流化床。流化床氣化爐如圖1(b)所示，在分散板上供給粉煤，在分散板下送入氣化劑(氧、水蒸氣)，使煤在懸浮狀下進行氣化。流化床氣化爐不能用灰分融點低的煤，副產焦油少，碳利用率低。3.氣流床。氣流床氣化爐如圖1(c)所示，粉煤與氣化劑(02、水蒸氣)一起從噴嘴高速吹入爐內，快速氣化。特點是不副產焦油，生成氣中甲烷含量少。氣流床氣化是目前煤氣化技術的主流，代表著今后煤氣化技術的發展方向。氣流床按照進料方式又可分為濕法進料(水煤漿)氣流床和干法進料(煤粉)氣流床。前者以德士古氣化爐為代表，還有國內開發的多元料漿加壓氣化爐、多噴嘴(四燒嘴)水煤漿加壓氣化爐；后者以殼牌氣化爐為代表，還有GSP爐以及國內開發的航天爐、兩段爐、清華爐、四噴嘴干粉煤爐。三種先進的煤氣化工藝我國引進并被廣泛采用的三種先進煤氣化工藝——魯奇氣化爐、殼牌氣化爐、德士古氣化爐。I.魯奇氣化爐(結構見圖2)屬于固定床氣化爐的一種。魯奇氣化爐是1939年由德國魯奇公司設計，經不斷的研究改進已推出了第五代爐型，目前在各種氣化爐中實績最好。德國SVZ Schwarze Pumpe公司已將這種爐型應用于各種廢棄物氣化的商業化裝置。我國在20世紀60年代就引進了捷克制造的早期魯奇爐并在云南投產。1987年建成投產的天脊煤化工集團公司從德國引進的4臺直徑3800mm的IV型魯奇爐，先后采用陽泉煤、晉城煤和西山官地煤等煤種進行試驗，經過10多年的探索，基本掌握了魯奇爐氣化貧瘦煤生產合成氨的技術，現建成的第五臺魯奇爐已投產，形成了年產45萬噸合成氨的能力。國內魯奇爐在用廠家有云南解放軍化肥廠、哈爾濱煤機廠和河南義馬煤氣廠，在建的廠家有山西潞安礦、新疆廣匯和大唐國際等。2.德士古氣化爐(結構見圖3)屬于濕法進料氣流床的一種，最早引進該技術的是山東魯南化肥廠，1993年投產。目前，我國已有山東魯南、上海焦化、陜西渭化、安徽淮化、金陵石化、南化公司等近30臺(套)裝置投運，有些已具有10多年運行經驗，到目前為止運行基本良好，顯示了水煤漿氣化技術的先進性。但是，德士古氣化爐對煤質限制比較嚴格，成漿性差和灰分較高，還存在耐火磚成本高、壽命短和煤燒嘴易受磨損等問題。3.殼牌氣化爐(結構見圖4)屬于氣流床氣化爐的一種，是目前世界煤氣化采用最多的爐型之一。這種爐型不僅可用不同種類的煤，包括劣質的次煙煤和褐煤，還可用于生物燃料和廢棄物等的氣化。殼牌氣化工藝于1972年開始研究，1978年在德國漢堡建成中試裝置，1987年在美國建成投煤量250 400噸/日的示范裝置，1996年在荷蘭建成大型IGCC裝置，氣化爐為單系統操作，日處理煤量2000噸。我國從2006年開始先后有岳陽洞氮、湖北雙環和廣西柳州等10余家企業引進了 16臺該類型氣化爐。三、三種先進的煤氣化工藝優缺比較由當今各先進的煤氣化工藝相比較，殼牌粉煤氣化工藝裝置最先進(如圖4所 示)，但也存在建設投資高、建設周期比較長，配套的給煤、干燥、高壓氮氣及回爐激冷用合成氣加壓所需的功耗大。殼牌粉煤氣化工藝裝置一投入生產，克服殼牌粉煤氣化工藝裝置的缺點，就成為世界煤氣化發明人的新目標。中國煤氣化發明人也在其中。我父親馬建新就是典型代表，他提出了克服殼牌粉煤氣化工藝裝置所有缺點的技術思想用落后型煤氣化工藝裝置的建設成本達到殼牌粉煤中壓氣化爐裝置的節能、環保效果；節約投資成本80%。4.技術優缺點比較。
氣化爐優點缺點
魯奇魯奇爐生產能力大，以塊煤為原料尤其適應揭生產的合成氣中甲烷含量 氣化爐煤，碳轉化率高，調節負荷方便。高，焦油和苯酚等液狀物較
多，生產流程長投資大，結
____構復雜，加工難度大。
殼牌干粉煤進料，煤種適應廣，碳轉化率高，甲烷投資高，設備造價過高，建 氣化爐含量少，氧耗低15%~20%，單爐生產能力大，設周期較長，配套的干燥、 運轉周期長，氣化熱效率高，氣化過程無廢氣磨煤、高壓氮氣及回爐激冷 排放。用合成氣加壓所需的功耗
__ 較大。__
挖士古水煤漿進料，對煤種的適應較寬，單爐生產能耗氧量大；投資大；技術費 氣化爐力大，碳轉化率高，煤氣質量好，甲烷含量低，用高。
_廢物排放少。__.2009年發明實用新型專利《粉煤近常壓造氣方法》專利號20092014678和《虹吸給粉煤裝置》專利號200920146502。是想用落后型煤氣化工藝裝置的建設成本達到殼牌粉煤中壓氣化爐裝置的節能、環保效果；節約投資成本80%。但是由于《粉煤近常壓造氣方法》和《虹吸給粉煤裝置》還存在許多技術缺陷而不能用于生產。我經過一年多創新、改進和完善。在今年7月28日向專利局申請了《粉煤常壓氣化加熱給料不完全燃燒器》申請號201020272781. 3，在10月14日又申請了《粉煤常壓氣化不完全燃燒氣化爐》。通過進一步創新、改進和完善，一種由中國人發明的、克服殼牌粉煤中壓氣化爐裝置所有缺點的萬能煤氣化工藝裝置——超常壓無激冷氣化工藝及其裝置問世了。它由《無制氧粉煤超常壓無激冷氣化工藝及其裝置》，也就是無空分裝置粉煤超常壓無激冷氣化工藝及其裝置、《富氧粉煤超常壓無激冷氣化工藝及其裝置》、《純氧粉煤超常壓無激冷氣化工藝及其裝置》等組成。本人將陸續向中國專利局申請十多項專利，進行專利技術保護。
發明內容本實用新型的目的是針對常壓煤炭造氣、中壓煤炭造氣爐背景技術所述的不足，特別是克服殼牌純氧粉煤氣化工藝裝置(如圖6所示)所有的缺點，提出一種無制氧粉煤 超常壓、無激冷氣化爐，一定比例的粉煤、空氣經過加熱器加熱后，進入氣化爐無制氧燃燒器(也即《粉煤常壓氣化加熱給料不完全燃燒器》，已申請專利，申請號201020272718. 3)，粉煤、空氣切線進入，旋轉混合均勻進入氣化爐著火不完全燃燒。爐頂1-2米為著火區，著火區溫度在750850，加熱的蒸汽在距離氣化爐頂2米的中上部反應區爐壁，前后左右四處對稱進入氣化爐，象殼牌燒嘴一樣，確保著火區溫度在750850，為穩定反應區溫度在1500度左右，產生有效成份(H2+C0)達到66%左右的合成氣，提供條件。氣化爐和中壓鍋爐是連體設計；氣化爐和中壓鍋爐爐底部溫度都在1300度左右，氣化室和中壓鍋爐煤渣順爐壁而下，在汽化爐爐底遇水成渣。經破渣機、集渣室、排渣室排出爐外。由于中壓鍋爐吸收反應熱，爐頂出口溫度在480度左右，所以不需要當今煤氣化激冷系統裝置。無激冷、投資少和更節能是本實用新型專利的重要特征之一。本實用新型的技術方案是無制氧粉煤超常壓、無激冷氣化爐，包括氣化爐、氣化室、粹渣機、集渣室、排渣室、余熱回收鍋爐，氣化爐和鍋爐成連體設計，氣化爐的下方依次是粹渣機、集渣室、排渣室，其特征在于還包括粉煤無制氧旋風不完全燃燒器，粉煤無制氧旋風不完全燃燒器位于氣化爐的頂部，蒸汽入口在氣化爐的中上部反應區爐壁前后左右四處對稱布置。一定比例的粉煤、空氣經過加熱器加熱后，進入氣化爐爐頂富氧不完全燃燒器(已申請專利，申請號201020272718. 3)，粉煤、空氣切線進入，旋轉混合均勻進入氣化爐旋轉不完全燃燒。其有益效果之一是分區燃燒，爐頂1-2米為著火區，著火區溫度在750——850度，加熱的蒸汽在氣化爐中上部反應區爐壁，前后左右四處對稱進入氣化爐，象殼牌燒嘴一樣。無制氧粉煤燃燒器工作溫度比殼牌燒嘴工作溫度低500度左右，工作比殼牌燒嘴工作更穩定，連續工作周期是殼牌燒嘴工作周期的幾倍，完全克服殼牌爐因為燒嘴故障被迫停車，而不能長周期連續生產的缺陷。其有益效果之二是爐頂給料，分區燃燒，完全克服殼牌爐因為燒嘴四周對稱噴射給料，高溫集中，燒穿冷卻壁的重大缺陷。湖北雙環公司因為燒穿冷卻壁造成一億多元的損失。如上所述的無制氧粉煤超常壓、無激冷氣化爐，其特征在于加熱的蒸汽入口距離氣化爐頂2米的中上部反應區爐壁，前后左右四處對稱布置。其有益效果是由于確保著火區溫度在750――850度，為穩定反應區溫度在1500度左右，產生有效成份(H2+C0)達到66 %左右的合成氣,提供條件。如上所述的無制氧粉煤超常壓、無激冷氣化爐，其特征在于氣化爐的中下部和余熱回收鍋爐成連體設計。氣化爐和余熱回收中壓鍋爐爐底部溫度都在1300度左右，氣化室和余熱回收中壓鍋爐煤渣順爐壁而下，在汽化爐爐底遇水成渣。經破渣機、集渣室、排渣室排出爐外。其有益效果是由于余熱回收中壓鍋爐吸收反應熱，爐頂出口合成氣溫度在480度左右，所以不需要當今粉煤氣化激冷系統裝置。完全克服殼牌爐因為激冷系統裝置，回爐激冷用合成氣加壓所用的功耗較大的缺陷。比現在粉煤氣化爐更科學、更合理、更節能。
圖I各種煤氣化爐模式圖；圖2魯奇氣化爐結構；圖3德士古氣化爐結構圖；圖4殼牌氣化爐結構圖；圖5為殼牌純氧粉煤超中壓氣化爐圖；圖6為本實用新型實施例無制氧粉煤超常壓、無激冷氣化爐圖。
具體實施方式
圖I中的標記說明I-氣化爐、2-粉煤無制氧旋風不完全燃燒器、3-氣化室、4-粹渣機、5-集渣室、6-排渣室、7-余熱回收鍋爐。以下結合本實用新型實施例作進一步說明無制氧粉煤超常壓、無激冷氣化爐，包括氣化爐I、粉煤無制氧旋風不完全燃燒器2，氣化室3、粹渣機4、集渣室5、排渣室6、余熱回收鍋爐7，氣化爐I的底部和鍋爐7成連體設計，氣化爐I的下方依次是粹渣機4、集渣室5、排渣室6，粉煤無制氧旋風不完全燃燒器2位于氣化爐I的頂部，蒸汽入口在距離氣化爐I頂部2米的中上部反應區爐壁前后左右四處對稱布置。一定比例的粉煤、空氣、經過加熱器加熱后，進入氣化爐I爐頂無制氧不完全燃燒器2，粉煤、空氣切線進入，旋轉混合均勻進入氣化室3著火不完全燃燒。爐頂1-2米為著火區，著火區溫度在750850，加熱的蒸汽在距離氣化爐頂2米的中上部反應區爐壁，前后左右四處對稱進入氣化爐,象殼牌燒嘴一樣。氣化室3中部溫度在1500度左右,一定比例的粉煤、空氣氣、蒸汽不完全燃燒，產生有效成份(H2+C0)達到66%左右的合成氣。氣化爐和余熱回收中壓鍋爐7是中下部連體設計；氣化爐和余熱回收中壓鍋爐7爐底部溫度都在1300度左右，氣化室3和余熱回收中壓鍋爐7煤渣順爐壁而下，在汽化爐爐底遇水成渣。經破渣機4、集渣室5、排渣室6排出爐外。合成氣出余熱回收中壓鍋爐7后，經加熱器、余熱低壓鍋爐、靜電除塵器或陶瓷過濾器、水洗塔等工序送凈化。權利要求1.無制氧粉煤超常壓、無激冷氣化爐，包括氣化爐、氣化室、粹渣機、集渣室、排渣室、余熱回收鍋爐，氣化爐和余熱回收鍋爐成連體設計，氣化爐的下方依次是粹渣機、集渣室、排渣室，其特征在于還包括粉煤無制氧旋風不完全燃燒器，粉煤無制氧旋風不完全燃燒器位于氣化爐的頂部，蒸汽入口在氣化爐的中上部反應區爐壁前后左右四處對稱布置。
2.如權利要求I所述的無制氧粉煤超常壓、無激冷氣化爐，其特征在于加熱的蒸汽入口距離氣化爐頂2米的中上部反應區爐壁，前后左右四處對稱布置。
3.如權利要求I或2所述的無制氧粉煤超常壓、無激冷氣化爐，其特征在于氣化爐的中下部和余熱回收鍋爐成連體設計。
專利摘要無制氧粉煤超常壓、無激冷氣化爐，包括氣化爐1、氣化室3、粹渣機4、集渣室5、排渣室6、余熱回收鍋爐7，氣化爐1和鍋爐7成連體設計，爐體1的下方依次是粹渣機4、集渣室5、排渣室6，其特征在于還包括粉煤無制氧旋風不完全燃燒器2，粉煤無制氧旋風不完全燃燒器2位于爐體1的頂部，蒸汽入口在氣化爐1的中上部反應區爐壁前后左右四處對稱布置。本實用新型使用無制氧粉煤不完全燃燒器，完全克服現在爐因為燒嘴故障被迫停車檢修的缺陷；氣化爐和余熱中壓鍋爐是連體設計；無激冷系統，比現在粉煤氣化爐更科學、更合理、更節能。投資省、易于控制、安全性能高，有利于節約能源和保護環境，產生巨大的經濟效益。
文檔編號C10J3/50GK202369554SQ20102059008
公開日2012年8月8日 申請日期2010年11月4日 優先權日2010年11月4日
發明者馬超 申請人:馬超