一種兩段式氣流床固態排渣氣化裝置的制作方法

專利名稱：一種兩段式氣流床固態排渣氣化裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型總體涉及含碳原料生產煤氣的氣化裝置，具體涉及兩段式氣流床固態排渣氣化裝置。
背景技術：
煤炭氣化是煤炭清潔高效轉化的關鍵技術，并隨著煤制油煤化工項目的建設而得到迅速發展。煤炭氣化技術中的移動床、流化床和氣流床氣化各有優缺點，均在我國得到不同程度的工業應用。對大規模的煤制油化工項目，氣流床氣化技術因其氣化能力高、環境友好而得到了更多的應用，也是目前國內開發的重點領域之一。其中，氣流床氣化的共同特點是高溫、加壓、入料粒度細，但因為進料形式、爐殼內襯、燒嘴數量及布置迥異，因此形成了不同技術風格。國外的氣流床氣化技術包括考伯 斯-托切克氣化爐(K-T爐)、GE/Texaco爐(GE-德士古公司)、Shell爐(殼牌公司)、Prenflo爐(加壓氣流床氣化工藝，Pressure Entrained Flow Gasif ication)、GSP爐(杰斯菲克公司)、E-gas爐(康菲公司)、三菱爐(三菱公司)等。國內的氣流床氣化技術包括華東理工大學開發的對置式多噴嘴、西安熱工院開發的兩段式干粉氣化、清華大學開發的非熔渣熔渣氣化、航天爐、多原料漿、神華集團開發的多噴嘴氣化等氣流床氣化技術。氣流床氣化技術按照進料方式大體可分為干粉進料和水煤漿進料兩種方式，均已實現工業化。在國外主要用于整體煤氣化聯合循環(IGCC)發電、生產化產等，也有規劃擬用于煤制油、天然氣生產。國內主要用于煤制油、煤化工項目。水煤漿氣化爐具有壓力高、造價相對低、爐型結構簡單等特點，但煤種適應性不強、溫度低。干煤粉氣化爐的煤種適應性廣、效率高，但系統相對復雜、造價更高。目前商業化使用的氣流床氣化爐均采用了液態排渣方式，因此操作溫度必須大于灰渣的流動溫度(FT)50-150°C以上。而國內山西、河南、安徽和山東等地均存在一些高灰分含量高流動溫度(FT)的煤種，有的甚至達到1600-1700°C，且有些煤種即使加入助熔劑仍無法將流動溫度(FT)降至1400°C以下。這些煤種如使用液態排渣氣化技術，則為使灰渣液化需要消耗大量的氧氣，增加運行成本，另外很高的操作溫度將導致耐火材料的損壞，存在一定風險。而如采用干法排灰技術則可以在相對低的溫度下操作，減少氧氣消耗量。但因煤質相對較差，灰分含量高，如溫度過低，則將使灰渣含碳量增加，降低碳轉化率。為此，迫切需要開發一種既能干法排灰又能保證較高碳轉化率的兩段式氣流床氣化爐。目前的國內的氣流床兩段爐主要有清華大學開發的非熔渣-熔渣工藝熱壁爐和西北熱工院開發的兩段爐技術，國外有E-gas兩段式水煤漿氣化技術和三菱氣化技術等。但這些氣化技術目前商業化后均采用了液態排渣技術，適合流動溫度FT較低(或添加助熔劑可降低FT)的煤。而其申請的有關干法排灰技術如中國實用新型專利CN201065399Y和中國發明專利申請號200710017906. 4等均沒有提到二次補燃和氣化的問題。為此，對于新的適合高灰熔點干法排灰的氣化技術具有持續的需要，以克服現有技術所存在的因煤質相對較差，灰分含量高，如溫度過低，則將使灰渣含碳量增加，降低碳轉化率等問題。

實用新型內容為了解決現有技術存在的問題，本實用新型的目的是提供一種新型適合高灰熔點干法排灰的氣化技術，以克服現有技術所存在的因煤質相對較差，灰分含量高，如溫度過低，則將使灰渣含碳量增加，降低碳轉化率等缺點。因此，在一個方面，本實用新型提供了一種兩段式氣流床固態排渣氣化裝置，包括承壓外殼，在承壓外殼內部設置有耐熱襯里，承壓外殼與其內設置的耐熱襯里具有上部區段、下部區段、位于上部區段與下部區段之間的第一縮頸部、以及位于下部區段下方的第二縮頸部；以及激冷及煤氣排出室，激冷及煤氣排出室設置于承壓外殼的下部，并通過第二縮頸 部與承壓外殼的下部區段聯通，激冷及煤氣排出室具有激冷水進口煤氣出口，和下排渣Π ；其中，承壓外殼與其內設置的耐熱襯里的上部區段構成一段煤燃燒/氣化反應室，并且在一段煤燃燒/氣化反應室頂部設置有第一煤和氣化劑燒嘴，在一段煤燃燒/氣化反應室的承壓外殼側面的同一水平面上對稱設置多個第二煤/氣化劑燒嘴，承壓外殼與其內設置的耐熱襯里的下部區段構成第二段補充燃燒氣化室，并且在第二段補充燃燒氣化室的承壓外殼側面的同一水平面上對稱設置至少兩個氧氣或少量氣化劑燒嘴，至少兩個氧氣或少量氣化劑燒嘴在第二段補充燃燒氣化室內部處于水平或斜向上的方向，一段煤燃燒/氣化反應室和第二段補充燃燒氣化室通過第一縮頸部聯通。優選地，根據本實用新型的兩段式氣流床固態排渣氣化裝置，其中，耐熱襯里被設置為管式水冷壁或耐火磚襯里。優選地，根據本實用新型的兩段式氣流床固態排渣氣化裝置，其中，多個第二煤/氣化劑燒嘴沿氣化爐的承壓外殼的同一水平面均勻布置在一段煤燃燒/氣化反應室的上部，至少兩個氧氣或少量氣化劑燒嘴沿氣化爐的承壓外殼的同一水平面均勻布置在第二段補充燃燒氣化室的中部。更優選地，根據本實用新型的兩段式氣流床固態排渣氣化裝置，其中，至少兩個氧氣或少量氣化劑燒嘴在第二段補充燃燒氣化室內部處于水平或斜向上的方向形成0-45°傾角，且至少兩個氧氣或少量氣化劑燒嘴的每一個的傾角相同。更優選地，根據本實用新型的兩段式氣流床固態排渣氣化裝置，其中，在一段煤燃燒/氣化反應室上部約四分之一處至五分之二處之間的承壓外殼側面的同一水平面上對稱布置4-10個第二煤/氣化劑燒嘴，在第二段補充燃燒氣化室的承壓外殼中部側面的同一水平面上對稱布置2-4個氧氣或少量氣化劑燒嘴。優選地，根據本實用新型的兩段式氣流床固態排渣氣化裝置，其中，第一煤/氣化劑燒嘴和多個第二煤/氣化劑燒嘴是分別輸送選自煤或其它含碳物質的第一氣化原料與選自氧氣或富氧空氣以及可選的水蒸氣或CO2的第一氣化劑的燒嘴，至少兩個氧氣或少量氣化劑燒嘴是輸送選自氧氣、富氧空氣、和可選地少量水蒸氣或二氧化碳、氧氣、富氧空氣、及可選地煤氣和少量水蒸氣的第二氣化劑燒嘴。優選地，根據本實用新型的兩段式氣流床固態排渣氣化裝置，其中一段煤燃燒/氣化反應室和第二段補充燃燒氣化室之間的體積比大致為5:1-1:1，更優選為3:1-5:2。在另一方面，本實用新型還提供了一種含碳物質的氣化方法，其中，包括分別通過在兩段式氣流床固態排渣氣化裝置的一段煤燃燒/氣化反應室頂部設置的第一煤和氣化劑燒嘴和在一段煤燃燒/氣化反應室的承壓外殼側面的同一水平面上對稱設置的多個第二煤/氣化劑燒嘴將第一氣化原料和第一氣化劑噴射入由上部區段構成的氣化爐的一段煤燃燒/氣化反應室內，第一氣化原料與第一氣化劑在第一預定溫度與第一預定壓力下進行反應，以獲得一段反應產物、固態灰渣及剩余未反應原料，并下行進入兩段式氣流床固態排渣氣化裝置的第二段補充燃燒氣化室；通過在兩段式氣流床固態排渣氣化裝置的第二段補充燃燒氣化室側面的同一水平面上對稱設置的至少兩個氧氣或少量氣化劑燒嘴將第二氣化劑噴射入由下部區段構成 的氣化爐的第二段補充燃燒氣化室，下行的一段反應產物及未反應原料與第二氣化劑在第二段燃燒室上部形成的還原層和燃燒區內在第二預定溫度與第二預定壓力下發生燃燒和氣化反應，以獲得第二段反應產物和固態灰渣；其中，所獲得的第二段反應產物和固態灰渣進入激冷及煤氣排出室，其中產生的氣體產物通過煤氣出口排出，而其中的固態灰渣進入激冷及煤氣排出室中的激冷水中被激冷，經激冷水激冷后的固態灰渣和部分激冷水通過下排渣口排出。優選地，根據本實用新型的含碳物質的氣化方法，其中第一氣化原料選自煤或其它含碳物質，為干粉或漿料形式，第一氣化劑選自氧氣、富氧空氣以及可選的水蒸氣或CO2,第二氣化劑選自氧氣和可選地少量水蒸氣或二氧化碳、氧氣和煤氣及可選地少量水蒸氣，第一預定溫度為1300-1700°C，第一預定壓力為O. Ι-lOMPa，第二預定溫度比第一預定溫度高50-20(TC，第二預定壓力與第一預定壓力接近相等，以及兩段式氣流床固態排渣氣化裝置的煤氣出口的溫度為200_300°C， 所使用的第二氣化劑中的氧氣量為所使用的第一氣化劑和第二氣化劑中的氧氣總量的5%-30%。優選地，根據本實用新型的氣化方法，其中漿料形式的第一氣化原料為水煤漿或油煤漿。更優選地，根據本實用新型的含碳物質的氣化方法，其中第一氣化原料為干煤粉，干煤粉的平均粒徑為O. 1-100 μ m，干煤粉以氮氣或二氧化碳作為輸送介質，第一氣化劑選自氧氣或富氧空氣及可選的少量水蒸氣，使用的第二氣化劑中的氧氣量為使用的第一氣化劑和第二氣化劑中的氧氣總量的 5%-30%。更優選地，根據本實用新型的含碳物質的氣化方法，包括將選自粒徑為O. 1-100 μ m的干煤粉或濃度為60%_70%的水煤漿的第一氣化原料
和選自氧氣或富氧空氣及可選的預定量的水蒸氣或二氧化碳的第一氣化劑分別通過在兩段式氣流床固態排渣氣化裝置I的一段煤燃燒/氣化反應室頂部設置的第一煤和氣化劑燒嘴和在一段煤燃燒/氣化反應室的承壓外殼側面的同一水平面上對稱設置的多個第二煤/氣化劑燒嘴噴射入由上部區段構成的氣化爐的一段煤燃燒/氣化反應室內進行反應，生成以CO和H2為主的粗煤氣并形成固態灰渣；所形成的固態灰渣及未反應的煤或焦在生成的粗煤氣夾帶下行進入兩段式氣流床固態排渣氣化裝置的第二段補充燃燒氣化室，選自氧氣、富氧空氣、和可選地少量水蒸氣或二氧化碳、氧氣、富氧空氣、及可選地煤氣和少量水蒸氣的第二氣化劑通過在兩段式氣流床固態排渣氣化裝置的第二段補充燃燒氣化室側面的同一水平面上對稱設置的至少兩個氧氣或少量氣化劑燒嘴噴射入由下部區段構成的氣化爐的第二段補充燃燒氣化室內，與由一段煤燃燒/氣化反應室下行的粗煤氣中的合成氣和未反應完的煤或焦進行接觸，在第二段補充燃燒氣化室上部形成還原層和燃燒區以使未反應完的煤或焦直接發生燃燒和氣化反應;反應后的灰分形成固態渣排至激冷及煤氣排出室，其中形成的氣體產物經激冷后由激冷及煤氣排出室的煤氣出口排出，固態渣經激冷后由激冷及煤氣排出室的下排渣口排 出。其中，兩段式氣流床固態排渣氣化裝置的一段煤燃燒/氣化反應室和第二段補充燃燒氣化室的壓力范圍為O. Ι-lOMPa，一段煤燃燒/氣化反應室溫度控制為1300°C 13500C，而第二段補充燃燒氣化室的溫度控制為1350-1550°C，兩段式氣流床固態排渣氣化裝置的煤氣出口的溫度為200-300°C，使用的第二氣化劑中的氧氣量為使用的第一氣化劑和第二氣化劑中的氧氣總量的5%-30%。在第三方面，本實用新型提供了兩段式氣流床固態排渣氣化裝置在含碳物質的氣化方法中的應用。尤其是，本實用新型的兩段式氣流床固態排渣氣化裝置在含碳物質，如干煤粉、水煤漿和油煤漿，或其他生物質粉末的氣化方法中的應用。其中的其他生物質粉末可以是莊稼秸桿、蘆葦、灌木、速生林林木等的粉末。具體而言，本實用新型的兩段式氣流床固態排渣氣化裝置，包括承壓外殼、自上而下沿軸向設置的一段煤燃燒/氣化反應室、第二段補充燃燒氣化室激冷及煤氣排出室。所說的承壓外殼內部設有管式水冷壁或耐火磚襯里，一段煤燃燒/氣化反應室和第二段補充燃燒氣化室通過縮口聯通。本實用新型氣化裝置在氣化爐頂部設置第一煤/氣化劑燒嘴、在煤燃燒氣化反應室外殼側面設置對稱布置的煤/氣化劑燒嘴，在第二段燃燒室對稱布置氣化劑燒嘴。即對一段燃燒/氣化反應室，在頂部布置煤和氣化劑燒嘴，在氣化爐上部側面同一水平面上對稱布置4-10個煤/氣化劑燒嘴；在氣化爐第二段補充燃燒氣化室，在同一水平面上對稱布置2-4個氧氣或少量氣化劑燒嘴，燒嘴水平或向上，角度為0-45°。在第二段燃燒氣化室下部聯通設置激冷和煤氣出口。本實用新型設置一段燃燒氣化室的目的是將煤中反應活性高的部分與頂部燒嘴和側部燒嘴噴入的氣化劑如氧氣和水蒸氣或CO2進行燃燒和氣化反應。設置頂置煤/氣化劑燒嘴的目的是可以將干煤粉或水煤漿與氣化劑氧氣、二氧化碳或水蒸氣同時噴入爐內參加氣化反應，達到提前預混的效果，使反應更加充分。氣化所用原料可以是煤或其它含碳物質，可以干粉或漿料形式加入氣化爐。氣化劑為氧氣或富氧空氣、蒸汽或二氧化碳。所說的燒嘴如使用干煤粉進料，可使用氮氣或二氧化碳作輸送介質，氧氣(或加少量水蒸氣)為氣化劑；如使用水煤漿或油煤漿，則以氧氣為氣化劑。所說的氣化劑燒嘴，除了氧氣或富氧空氣進料外，還可配入適量水蒸氣或二氧化碳。設置第二補充燃燒氣化室的目的是通入氧氣和水蒸氣或二氧化碳，或通入氧氣和煤氣及少量水蒸氣，其目的是將未反應的碳進一步參加反應，從而提高碳轉化率。為此需要使該處溫度高于一段反應室。本氣化裝置的操作壓力范圍為O. Ι-lOMPa,上部一段燃燒/氣化反應區溫度為1300-1700°C，第二段燃燒區溫度比一段高50-200°C，氣化爐煤氣出口溫度為200_300°C。

圖I是本實用新型的一種實施方式的兩段式氣流床固態排渣氣化裝置的示意圖。
具體實施方式
·以下提供了本實用新型的具體實施方式
。本領域技術人員應該理解其中實施方式僅是為了說明的目的，不應被視為以任何方式限制由權利要求所限定的本實用新型的范圍。因此，在一個具體實施方式
中，本實用新型提供了一種兩段式氣流床固態排渣氣化裝置I，包括承壓外殼10,在承壓外殼內部設置有耐熱襯里12,承壓外殼10與其內設置的耐熱襯里12具有上部區段100、下部區段200、位于上部區段100與下部區段200之間的第一縮頸部300、以及位于下部區段200下方的第二縮頸部500 ；以及激冷及煤氣排出室60，激冷及煤氣排出室60設置于承壓外殼10的下部，并通過第二縮頸部500與承壓外殼10的下部區段200聯通，激冷及煤氣排出室60具有激冷水進口620煤氣出口 650，和下排渣口 680 ；其中，承壓外殼10與其內設置的耐熱襯里12的上部區段100構成一段煤燃燒/氣化反應室100，并且在一段煤燃燒/氣化反應室100頂部設置有第一煤和氣化劑燒嘴150，在一段煤燃燒/氣化反應室100的承壓外殼10側面的同一水平面上對稱設置多個第二煤/氣化劑燒嘴160，承壓外殼10與其內設置的耐熱襯里12的下部區段200構成第二段補充燃燒氣化室200，并且在第二段補充燃燒氣化室200的承壓外殼10側面的同一水平面上對稱設置至少兩個氧氣或少量氣化劑燒嘴220，至少兩個氧氣或少量氣化劑燒嘴220在第二段補充燃燒氣化室200內部處于水平或斜向上的方向，一段煤燃燒/氣化反應室100和第二段補充燃燒氣化室200通過第一縮頸部300聯通。在一優選實施方式中，根據本實用新型的兩段式氣流床固態排渣氣化裝置1，其中，耐熱襯里12被設置為管式水冷壁或耐火磚襯里。在一優選實施方式中，根據本實用新型的兩段式氣流床固態排渣氣化裝置1，其中，多個第二煤/氣化劑燒嘴160沿氣化爐的承壓外殼10的同一水平面均勻布置在一段煤燃燒/氣化反應室100的上部，至少兩個氧氣或少量氣化劑燒嘴220沿氣化爐的承壓外殼10的同一水平面均勻布置在第二段補充燃燒氣化室200的中部。在一更優選實施方式中，根據本實用新型的兩段式氣流床固態排渣氣化裝置1，其中，至少兩個氧氣或少量氣化劑燒嘴220在第二段補充燃燒氣化室200內部處于水平或斜向上的方向形成0-45°的傾角，且至少兩個氧氣或少量氣化劑燒嘴220的每一個的傾角相同。進一步優選地，至少兩個氧氣或少量氣化劑燒嘴220在第二段補充燃燒氣化室200內部處于水平或斜向上的方向形成0-35° 或10-45°的傾角，且至少兩個氧氣或少量氣化劑燒嘴220的每一個的傾角相同。在一更優選實施方式中，根據本實用新型的兩段式氣流床固態排渣氣化裝置1，其中，在一段煤燃燒/氣化反應室100上部約四分之一處至五分之二處之間的承壓外殼10側面的同一水平面上對稱布置4-10個第二煤/氣化劑燒嘴160，在第二段補充燃燒氣化室200的承壓外殼10中部側面的同一水平面上對稱布置2-4個氧氣或少量氣化劑燒嘴220。在一更優選實施方式中，根據本實用新型的兩段式氣流床固態排渣氣化裝置1，其中，第一煤/氣化劑燒嘴150和多個第二煤/氣化劑燒嘴160是分別輸送選自煤或其它含碳物質的第一氣化原料與選自氧氣或富氧空氣以及可選的水蒸氣或CO2的第一氣化劑的燒嘴，至少兩個氧氣或少量氣化劑燒嘴220是輸送選自氧氣、富氧空氣、和可選地少量水蒸氣或二氧化碳，氧氣、富氧空氣、及可選地煤氣和少量水蒸氣的第二氣化劑燒嘴。尤其是，第一煤/氣化劑燒嘴150和多個第二煤/氣化劑燒嘴160是分別輸送例如煤或水煤漿或油煤漿的第一氣化原料與選自純氧或富氧空氣以及可能存在的水蒸氣或CO2的第一氣化劑的燒嘴。至少兩個氧氣或少量氣化劑燒嘴220是輸送如純氧、富氧空氣、和可能存在的少量水蒸氣或二氧化碳，純氧、富氧空氣、及可能存在的煤氣和少量水蒸氣的第二氣化劑燒嘴。在一更優選實施方式中，根據本實用新型的兩段式氣流床固態排渣氣化裝置1，其中一段煤燃燒/氣化反應室100和第二段補充燃燒氣化室200之間的體積比大致為
更優選為 3:1-5:2。在另一具體實施方式
中，本實用新型提供了一種利用本實用新型的兩段式氣流床固態排渣氣化裝置用于含碳物質的氣化方法，其中，包括分別通過在兩段式氣流床固態排渣氣化裝置I的一段煤燃燒/氣化反應室100頂部設置的第一煤和氣化劑燒嘴150和在一段煤燃燒/氣化反應室100的承壓外殼10側面的同一水平面上對稱設置的多個第二煤/氣化劑燒嘴160將第一氣化原料和第一氣化劑噴射入由上部區段100構成的氣化爐的一段煤燃燒/氣化反應室100內，第一氣化原料與第一氣化劑在第一預定溫度與第一預定壓力下進行反應，以獲得一段反應產物、固態灰渣及剩余未反應原料，并下行進入兩段式氣流床固態排渣氣化裝置I的第二段補充燃燒氣化室200 ；通過在兩段式氣流床固態排渣氣化裝置I的第二段補充燃燒氣化室200側面的同一水平面上對稱設置的至少兩個氧氣或少量氣化劑燒嘴220將第二氣化劑噴射入由下部區段200構成的氣化爐的第二段補充燃燒氣化室200，下行的一段反應產物及未反應原料與第二氣化劑在第二段燃燒室上部形成的還原層和燃燒區內在第二預定溫度與第二預定壓力下發生燃燒和氣化反應，以獲得第二段反應產物和固態灰渣；[0067]其中，所獲得的第二段反應產物和固態灰渣進入激冷及煤氣排出室60，其中產生的氣體產物通過煤氣出口 650排出，而其中的固態灰渣進入激冷及煤氣排出室60中的激冷水中被激冷，經激冷水激冷后的固態灰渣和部分激冷水通過下排渣口 680排出。在一優選實施方式中，根據利用本實用新型的兩段式氣流床固態排渣氣化裝置的含碳物質的氣化方法，其中第一氣化原料選自煤或其它含碳物質，為干粉或漿料形式，第一氣化劑選自純氧氣、富氧空氣以及可選的水蒸氣或CO2, 第二氣化劑選自純氧氣和可選地少量水蒸氣或二氧化碳、氧氣和煤氣及可選地少量水蒸氣，第一預定溫度為1300-1700°C，第一預定壓力為O. Ι-lOMPa，第二預定溫度比第一 預定溫度高50-20(TC，第二預定壓力與第一預定壓力接近相等，以及兩段式氣流床固態排渣氣化裝置I的煤氣出口 650的溫度為200_300°C，所使用的第二氣化劑中的氧氣量為所使用的第一氣化劑和第二氣化劑中的氧氣總量的5%-30%。在一更優選實施方式中，利用本實用新型的兩段式氣流床固態排渣氣化裝置的氣化方法，其中漿料形式的第一氣化原料為水煤漿或油煤漿。在一更優選實施方式中，根據本實用新型的含碳物質的氣化方法，其中第一氣化原料為干煤粉，干煤粉的平均粒徑為O. 1-100 μ m，干煤粉以氮氣或二氧化碳作為輸送介質，第一氣化劑選自氧氣或富氧空氣及可選的少量水蒸氣，使用的第二氣化劑中的氧氣量為使用的第一氣化劑和第二氣化劑中的氧氣總量的 5%-30%。在一更優選實施方式中，利用本實用新型的兩段式氣流床固態排渣氣化裝置的含碳物質的氣化方法，包括 將選自粒徑為O. 1-100 μ m的干煤粉或濃度為60%_70%的水煤漿的第一氣化原料和選自氧氣或富氧空氣及可選的預定量的水蒸氣或二氧化碳的第一氣化劑分別通過在兩段式氣流床固態排渣氣化裝置I的一段煤燃燒/氣化反應室100頂部設置的第一煤和氣化劑燒嘴150和在一段煤燃燒/氣化反應室100的承壓外殼10側面的同一水平面上對稱設置的多個第二煤/氣化劑燒嘴160噴射入由上部區段100構成的氣化爐的一段煤燃燒/氣化反應室100內進行反應，生成以CO和H2為主的粗煤氣并形成固態灰渣；所形成的固態灰渣及未反應的煤或焦在生成的粗煤氣夾帶下行進入兩段式氣流床固態排渣氣化裝置I的第二段補充燃燒氣化室200，選自氧氣、富氧空氣、和可選地少量水蒸氣或二氧化碳，氧氣、富氧空氣、及可選地煤氣和少量水蒸氣的第二氣化劑通過在兩段式氣流床固態排渣氣化裝置I的第二段補充燃燒氣化室200側面的同一水平面上對稱設置的至少兩個氧氣或少量氣化劑燒嘴220噴射入由下部區段200構成的氣化爐的第二段補充燃燒氣化室200內，與由一段煤燃燒/氣化反應室100下行的粗煤氣中的合成氣和未反應完的煤或焦進行接觸，在第二段補充燃燒氣化室200上部形成還原層和燃燒區以使未反應完的煤或焦直接發生燃燒和氣化反應；反應后的灰分形成固態渣排至激冷及煤氣排出室60，其中形成的氣體產物經激冷后由激冷及煤氣排出室60的煤氣出口 650排出，固態渣經激冷后由激冷及煤氣排出室60的下排渣口 680排出。其中，兩段式氣流床固態排渣氣化裝置I的一段煤燃燒/氣化反應室100和第二段補充燃燒氣化室200的壓力范圍為O. Ι-lOMPa，一段煤燃燒/氣化反應室100溫度控制為1300°C 1350°C，而第二段補充燃燒氣化室200的溫度控制為1350_1550°C，兩段式氣流床固態排渣氣化裝置I的煤氣出口 650的溫度為200-300°C，使用的第二氣化劑中的氧氣量為使用的第一氣化劑和第二氣化劑中的氧氣總量的5%-30%。在第三具體實施方式
中，提供了利用本實 用新型的兩段式氣流床固態排渣氣化裝置在含碳物質的氣化方法中的應用。尤其是，利用本實用新型的兩段式氣流床固態排渣氣化裝置在含碳物質，如干煤粉、水煤漿和油煤漿，或其他生物質粉末的氣化方法中的應用。其中的其他生物質粉末可以是莊稼秸桿、蘆葦、灌木、速生林林木等的粉末。為便于理解，以下參照附圖對本實用新型的兩段式氣流床固態排渣氣化裝置及其處理方法進行具體描述。但本實用新型的范圍并不應因此而受到限制。實施例I參照圖1，本實用新型的一種實施方式的兩段式氣流床固態排渣氣化裝置1，包括承壓外殼10,在承壓外殼內部設置有耐熱襯里12,承壓外殼10與其內設置的耐熱襯里12具有上部區段100、下部區段200、位于上部區段100與下部區段200之間的第一縮頸部300、以及位于下部區段200下方的第二縮頸部500 ；以及激冷及煤氣排出室60，激冷及煤氣排出室60設置于承壓外殼10的下部，并通過第二縮頸部500與承壓外殼10的下部區段200聯通，激冷及煤氣排出室60具有激冷水進口620煤氣出口 650，和下排渣口 680 ；其中，承壓外殼10與其內設置的耐熱襯里12的上部區段100構成一段煤燃燒/氣化反應室100，并且在一段煤燃燒/氣化反應室100頂部設置有第一煤和氣化劑燒嘴150，在一段煤燃燒/氣化反應室100的承壓外殼10側面的同一水平面上對稱設置多個第二煤/氣化劑燒嘴160，承壓外殼10與其內設置的耐熱襯里12的下部區段200構成第二段補充燃燒氣化室200，并且在第二段補充燃燒氣化室200的承壓外殼10側面的同一水平面上對稱設置至少兩個氧氣或少量氣化劑燒嘴220，至少兩個氧氣或少量氣化劑燒嘴220在第二段補充燃燒氣化室200內部處于水平或斜向上的方向，一段煤燃燒/氣化反應室100和第二段補充燃燒氣化室200通過第一縮頸部300聯通。與現有氣流床氣化技術相比，采用固態排渣不僅擴大了煤種實用范圍，而且與液態排渣氣化相比消耗的氧氣量要降低。另外本實用新型采用兩段式氣化爐，在第二段燃燒氣化室增設了氣化劑燒嘴，從而使在一段燃燒/氣化反應室未反應完的煤在第二段得到充分氣化，能有效的提高碳轉化率。并且第二段的燒嘴有相應傾角，在氣化過程中會在燃燒氣化室內形成相應的對流氣團，增加未反應煤與氣化劑的接觸面積，并增加停留時間，相應提高氣化爐的產氣能力。[0097]如圖I所示，本實用新型的兩段式氣流床固態排渣氣化裝置I具體包括如下構件自上往下沿軸向依次為排渣氣化裝置I頂部設置的第一煤/氣化劑燒嘴150、具有第一縮頸部300的承壓外殼10、承壓外殼10內部的耐熱內襯12、第一縮頸部300，以上各部件構成了一段燃燒/氣化反應室100 (即上部區段100)，在第一縮頸部300以上的承壓外殼10側部的第二煤/氣化劑燒嘴160 ;在第一縮頸部300以下和第二縮頸部500以上的承壓外殼10、和承壓外殼10內部的耐熱內襯12構成的第二段補充燃燒氣化室200 (下部區段200)，在第一縮頸部300以下和第二縮頸部500以上的承壓外殼10側部的氧氣或少量氣化劑燒嘴220 ;在第二縮頸部500以下具有激冷水進口 620、煤氣出口 650和下排渣口 680的激冷及煤氣排出室60等。具體而言，由承壓外殼和其內的內襯以及與第一縮頸部300和第二縮頸部500分別構成的一段燃燒/氣化反應室100、第二段補充燃燒氣化室200，以及激冷及煤氣排出室60沿氣化裝置軸向自上而下布置。頂部設置的第一煤/氣化劑燒嘴150位于承壓外殼10的頂部。設置在承壓外殼10的側部的第二煤/氣化劑燒嘴160具有多個，最好是四個、六個或八個，沿氣化爐外殼同·
一水平面均勻布置在一段燃燒/氣化室上部。多個氧氣或少量氣化劑燒嘴220沿氣化爐外殼同一水平面均勻布置在第二段燃燒室中部，并且向上形成0-45°傾角，每個燒嘴傾角相同。且一段燃燒/氣化反應室的煤/氣化劑燒嘴與第二段補充燃燒氣化室的氣化劑燒嘴徑向對稱布置，使氣化爐內氣體形成撞擊流或對流。本實用新型的兩段式氣化裝置的操作如下0. 1-ΙΟΟμπι的干煤粉或濃度為60%-70%的水煤漿和部分氣化劑通過頂部煤/氣化劑燒嘴和側部煤/氣化劑燒嘴加入到氣化爐一段燃燒/氣化反應室內，進入一段燃燒/氣化反應室的爐腔中的煤和氣化劑發生反應，生成以CO和H2為主的粗煤氣。固態灰渣及未反應的煤或焦被煤氣夾帶下行進入第二補充燃燒氣化室。另一部分氣化劑(如氧氣、富氧空氣、可能存在的水蒸氣、CO2)通過第二段補充燃燒室的氣化劑燒嘴進入氣化爐內，與從一段燃燒/氣化反應室下行的合成氣和未反應完的煤進行接觸，在第二段補充燃燒室上部形成還原層和燃燒區。在此，新加入的氣化劑和一段燃燒/氣化反應室的的未燃盡煤可直接發生燃燒和氣化反應，進一步提高碳轉化率，最后灰分形成固態渣排至激冷室。第二段補充燃燒室使用的氧氣量為總量的5%-30%。另外,對第二補充燃燒氣化室可以使用凈化煤氣和氧氣及少量水蒸氣。例如，某煤種灰熔融性溫度DT 1480°C, ST>1500°C, FT>1500°C。則在一段燃燒氣化室可控制溫度為1300°C，而第二補充燃燒氣化室則控制溫度為1350-1500°C。其中，控制干煤粉的平均粒徑為20-80 μ m,配成濃度為60%_70%的水煤漿作為第一氣化原料，與部分氣化劑(氧氣或富氧空氣及可選的預定量的水蒸氣或二氧化碳作為第一氣化劑)通過在兩段式氣流床固態排渣氣化裝置I的一段煤燃燒/氣化反應室100頂部設置的第一煤和氣化劑燒嘴150 (頂部煤/氣化劑燒嘴)和在一段煤燃燒/氣化反應室100的承壓外殼10側面的同一水平面上對稱設置的多個第二煤/氣化劑燒嘴160 (側部煤/氣化劑燒嘴)加入到上部區段100構成的氣化爐一段燃燒/氣化反應室內，進入一段燃燒/氣化反應室100的爐腔中的煤和氣化劑發生反應，其中氣化爐一段燃燒/氣化反應室使用的氧氣量為總量的95%-85%，生成以CO和H2為主的粗煤氣。[0105]接著，形成的固態灰渣及未反應的煤或焦被生成的煤氣夾帶下行進入第二段補充燃燒氣化室200 (第二補充燃燒氣化室)。第二氣化劑(另一部分氣化劑(如富氧空氣))通過第二段補充燃燒室的氣化劑燒嘴進入氣化爐內，與從一段燃燒/氣化反應室下行的合成氣和未反應完的煤進行接觸，在第二段補充燃燒室上部形成還原層和燃燒區。在此，新加入的氣化劑和一段燃燒/氣化反應室的未燃盡煤可直接發生燃燒和氣化反應，進一步提高碳轉化率，最后灰分形成固態洛排至激冷室。第二段補充燃燒室使用的氧氣量為總量的5%-15%。對于不同的煤的種類，可以根據各種煤的灰熔融性溫度DT、ST和FT來調節，控制不同的一段燃燒氣化室內溫度。在兩段式氣流床固態排渣氣化裝置I的一段煤燃燒/氣化反應室100和第二段補充燃燒氣化室200的壓力范圍為O. Ι-lOMPa, 一段煤燃燒/氣化反應室100溫度控制為1300°C 1350°C，而第二段補充燃燒氣化室200的溫度控制為1350-1550°C，兩段式氣流床固態排渣氣化裝置I的煤氣出口 650的溫度為200-300°C，使用的第二氣化劑中的氧氣量為使用的第一氣化劑和第二氣化劑中的氧氣總量的5%-30%1300°C，而第二補充燃燒氣化室則控制溫度為1350-1500°C。通過利用本實用新型的兩段式氣流床固態排渣氣化裝置進行的上述含碳物質的氣化，可以實現煤(如煤粉或水煤漿或油煤漿)的完全氣化，比不設補燃室的氣化裝置提高1-5%的碳轉化率。尤其是，本實用新型的兩段式氣流床固態排渣氣化裝置還可以用于含碳物質，如干煤粉、水煤漿和油煤漿，或其他生物質粉末的氣化中。其中，其他生物質粉末可以是莊稼秸桿、蘆葦、灌木、速生林林木等的粉末。本實用新型的兩段式氣流床固態排渣氣化裝置還可以用于如干煤粉、水煤漿或油煤漿之一與選自莊稼秸桿、蘆葦、灌木、速生林林木等的粉末或其組合的其他生物質粉末共同組成的含碳物質的氣化中。盡管本實用新型的各種實施方式已經通過具體實施方式
在上下文中進行了描述，但是本實用新型并不僅限于此。因此，以上的描述不應該當作是本實用新型范圍的限制，本實用新型的范圍由所附的權利要求進行限定。本領域技術人員應當理解，在不背離本實用新型的精神的情況下可以對本實用新型做出各種改變和變更，其都將落入本實用新型的保護范圍內。
權利要求1.一種兩段式氣流床固態排渣氣化裝置(I)，其特征在于，包括 承壓外殼(10)，在所述承壓外殼內部設置有耐熱襯里(12)，所述承壓外殼(10)與其內設置的所述耐熱襯里(12)具有上部區段(100)、下部區段(200)、位于所述上部區段(100)與所述下部區段(200)之間的第一縮頸部(300)、以及位于所述下部區段(200)下方的第二縮頸部(500);以及 激冷及煤氣排出室(60)，所述激冷及煤氣排出室(60)設置于所述承壓外殼(10)的下部，并通過所述第二縮頸部(500)與所述承壓外殼(10)的所述下部區段(200)聯通，所述激冷及煤氣排出室(60)具有激冷水進口(620)煤氣出口(650)，和下排渣口(680)； 其中，所述承壓外殼(10)與其內設置的所述耐熱襯里(12)的所述上部區段(100)構成一段煤燃燒/氣化反應室(100)，并且在所述一段煤燃燒/氣化反應室(100)頂部設置有第一煤和氣化劑燒嘴(150)，在所述一段煤燃燒/氣化反應室(100)的所述承壓外殼(10)側面的同一水平面上對稱設置多個第二煤/氣化劑燒嘴(160)， 所述承壓外殼(10)與其內設置的所述耐熱襯里(12)的所述下部區段(200)構成第二段補充燃燒氣化室(200)，并且在所述第二段補充燃燒氣化室(200)的所述承壓外殼(10)側面的同一水平面上對稱設置至少兩個氧氣或少量氣化劑燒嘴(220)，所述至少兩個氧氣或少量氣化劑燒嘴(220)在所述第二段補充燃燒氣化室(200)內部處于水平或斜向上的方向， 所述一段煤燃燒/氣化反應室(100)和所述第二段補充燃燒氣化室(200)通過第一縮頸部(300)聯通。
2.根據權利要求I所述的兩段式氣流床固態排渣氣化裝置(I)，其特征在于，所述耐熱襯里(12)被設置為管式水冷壁或耐火磚襯里。
3.根據權利要求I所述的兩段式氣流床固態排渣氣化裝置(I)，其特征在于，所述多個第二煤/氣化劑燒嘴(160)沿氣化爐的所述承壓外殼(10)的同一水平面均勻布置在所述一段煤燃燒/氣化反應室(100)的上部，所述至少兩個氧氣或少量氣化劑燒嘴(220)沿氣化爐的所述承壓外殼(10)的同一水平面均勻布置在所述第二段補充燃燒氣化室(200)的中部。
4.根據權利要求I至3任一項所述的兩段式氣流床固態排渣氣化裝置(I)，其特征在于，所述至少兩個氧氣或少量氣化劑燒嘴(220 )在所述第二段補充燃燒氣化室(200 )內部處于水平或斜向上的方向形成0-45°傾角，且所述至少兩個氧氣或少量氣化劑燒嘴(220)的每一個的傾角相同。
5.根據權利要求I至3任一項所述的兩段式氣流床固態排渣氣化裝置(I)，其特征在于，在所述一段煤燃燒/氣化反應室(100)上部約四分之一處至五分之二處之間的所述承壓外殼(10)側面的同一水平面上對稱布置4-10個第二煤/氣化劑燒嘴(160)，在所述第二段補充燃燒氣化室(200)的所述承壓外殼(10)中部側面的同一水平面上對稱布置2-4個氧氣或少量氣化劑燒嘴(220)。
6.根據權利要求I至3任一項所述的兩段式氣流床固態排渣氣化裝置(1)，其特征在于，其中所述一段煤燃燒/氣化反應室和所述第二段補充燃燒氣化室之間的體積比為5:1-1:1。
7.根據權利要求6所述的兩段式氣流床固態排渣氣化裝置(I)，其特征在于，其中所述一段煤燃燒/氣化反應室和所述第二段補充燃燒氣化室之間的體積比為3:1-5:2。
專利摘要本實用新型提供一種兩段式氣流床固態排渣氣化裝置，該裝置包括承壓外殼，激冷及煤氣排出室，其中承壓外殼與其內設置的耐熱襯里的上部區段構成一段煤燃燒/氣化反應室，在一段煤燃燒/氣化反應室頂部設置有第一煤和氣化劑燒嘴，在一段煤燃燒/氣化反應室的承壓外殼側面同一水平面上對稱設置多個第二煤/氣化劑燒嘴，承壓外殼與其內設置的耐熱襯里的下部區段構成第二段補充燃燒氣化室，在第二段補充燃燒氣化室承壓外殼側面的同一水平面上對稱設置至少兩個氧氣或少量氣化劑燒嘴，該燒嘴在第二段補充燃燒氣化室內部處于水平或斜向上的方向，一段煤燃燒/氣化反應室和第二段補充燃燒氣化室通過第一縮頸部聯通。提供一種新型適合高灰熔點干法排灰的氣化技術。
文檔編號C10J3/56GK202717757SQ20122020550
公開日2013年2月6日 申請日期2012年5月8日 優先權日2012年5月8日
發明者步學朋, 張琪, 陳強, 吳秀章, 索婭, 朱豫飛, 單賢根, 劉瀟, 王濤 申請人:神華集團有限責任公司, 中國神華煤制油化工有限公司, 中國神華煤制油化工有限公司北京研究院