分級給氧氣化爐的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種分級給氧氣化爐，其包括上殼體和耐火襯里，筒體段上設有二次給氧燒嘴室；各二次給氧燒嘴室軸線到下錐段頂面上的距離為筒體段直徑的0.5-0.8倍，二次給氧燒嘴軸線在水平面上與二次給氧燒嘴室軸線之間的夾角為3°～5°，二次給氧燒嘴軸線在豎直面上與二次給氧燒嘴室的軸線之間的夾角為5°～10°。本實用新型實現高效氣化以及液態排渣，降低氧化劑消耗，降低了氣化爐壁面熱損失，提高氣化爐內產生的冷煤氣效率。
【專利說明】分級給氧氣化爐
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種用于以碳物質為原料的氣化爐，特別涉及一種分級給氧氣化 爐。
【背景技術】
[0002] 煤氣化技術是將煤炭等固態一次能源轉化為氣態清潔二次能源的主要途徑，該技 術主要運用于合成氨、合成甲醇、煉廠制氫、高爐還原煉鐵化工冶金行業、聯合循環發電裝 置以及工業和民用燃氣領域中。
[0003] 現有的已經工程實施的煤氣化技術中主要有以水煤漿為原料的Texaco (現為GE 公司）氣化爐、多燒嘴對置式水煤漿氣化爐；以粉煤為原料的Shell氣化爐、GSP氣化爐 和多燒嘴對置式粉煤氣化爐；具有分級給料的清華爐和兩段爐（西安熱工院）。中國實 用新型專利申請CN101613623A、中國實用新型專利CN100404652C和中國實用新型專利申 請CN102453550A所公開的氣化爐，通過將氧氣分級加入，降低氣化爐上部（頂部）空間的 溫度，提高耐火襯里的使用壽命。其中，中國實用新型專利CN101613623A公開的氣化爐 中二次給氧燒嘴距離氣化爐下錐部的直段距離為1. 5?2. 4D(其中，一般直段高度為3D， 且上述直段距離為直段高度的53 %?81 %，），即處于氣化爐中上部；中國實用新型專利 CN100404652C所公開的氣化爐二次噴嘴處于回流區頂部下沿，即處于氣化爐上部；中國實 用新型專利申請CN102453550A公開的氣化爐中二次給氧燒嘴距離氣化爐下錐部的直段距 離為1D?即二次給氧燒嘴處于氣化爐的中下部，D為氣化室的直徑。
[0004] 然而，對于以劣質煤為原料的氣流床氣化爐，考慮到煤的高灰熔點、高灰分、高水 分等特點，一般都采用以粉煤形態進料，及以水冷壁為耐火襯里的氣化工藝，因此，氣化溫 度不是影響氣化爐長周期運行的限制條件，而是影響氣化爐性能的關鍵參數。在煤種一定 的條件下，隨著氣化爐溫度的提高，一方面水冷壁兩側的溫差增大，壁面熱損失增大，另一 方面液態熔渣粘度減小，熔渣厚度減小，壁面熱阻減小，熱損失增大。通過工業氣化爐運行 分析和計算得出，以神府煤為例，氣化溫度提高100°C，壁面熱損失增加5倍。因此，對于高 灰熔點煤，采用現有氣化技術進行氣化，為了保證液態排渣，需要維持很高的氧煤比，以融 化灰渣，確保渣口暢通。這樣使得氣化爐壁面熱損失過大，壁面耐火襯里熱負荷過高，氧耗 高，氣化冷煤氣效率很低。 實用新型內容
[0005] 本實用新型為了克服現有的氣化爐壁面熱損失過大、氧氣消耗過高、氣化冷煤氣 效率低和氣化爐性能較低的缺陷，提供一種以劣質煤為原料的高效液態排渣的分級給氧氣 化爐。
[0006] 本實用新型通過下述技術方案解決上述技術問題的：
[0007] -種分級給氧氣化爐，包括上殼體，該上殼體包括一上封頭、一堅直筒段殼體和一 下封頭，該堅直筒段殼體的兩端分別與該上封頭和該下封頭相連接，該上封頭的頂部設有 工藝燒嘴室，該下封頭的底部設有出渣口，該堅直筒段殼體的底部沿堅直方向向下設有一 形成有一冷凝室的下殼體，該下殼體的底部設有排渣口，該下殼體的上部側壁上設有粗煤 氣出口，其特點在于，該分級給氧氣化爐還包括一設置在該上殼體內的耐火襯里，該耐火襯 里內形成有一氣化室，該氣化室的頂部與該工藝燒嘴室相連通，該氣化室的底部通過該出 渣口與該冷凝室相連通，該耐火襯里為膜式水冷壁；
[0008] 該耐火襯里包括一設置于該工藝燒嘴室底部的上錐段、一筒體段和一設置于該出 渣口底部的下錐段，該筒體段的側壁上設有至少一固定于該堅直筒段殼體側壁上的二次給 氧燒嘴室，工藝燒嘴和二次給氧燒嘴分別安裝在該工藝燒嘴室和該二次給氧燒嘴室內；
[0009] 該工藝燒嘴室的軸線與該氣化室的軸線重合，該工藝燒嘴的軸線與該工藝燒嘴室 的軸線重合，且該工藝燒嘴用于將氧化劑、蒸汽和含碳物質送入氣化室內產生氣化反應； [0010] 各該二次給氧燒嘴室的軸線到該下錐段的頂面上的距離為該耐火襯里的筒體段 的直徑的〇. 5-0. 8倍，該二次給氧燒嘴室的軸線與該氣化室的軸線垂直相交，該二次給氧 燒嘴的軸線在水平面上與該二次給氧燒嘴室的軸線之間的夾角為3°?5°，該二次給氧 燒嘴的軸線在堅直面上與該二次給氧燒嘴室的軸線之間的夾角為5°?10°，且各該二次 給氧燒嘴用于通入氧化劑。
[0011] 在本方案中，采用上述結構形式，能夠實現氧化劑的分級加入，使靠近上錐段的 氣化室保持低氧碳比氣化，使靠近下錐段的氣化室保持高氧灰比熔渣，實現高效氣化以及 液態排渣，降低氧化劑消耗，降低了氣化爐壁面熱損失，提高氣化爐內產生的冷煤氣效率和 氣化爐在線率；另外，二次給氧燒嘴的軸線在水平面上與二次給氧燒嘴室的軸線之間的夾 角為3°?5°，二次給氧燒嘴的軸線在堅直面上與二次給氧燒嘴室的軸線之間的夾角為 5°?10°，從而使得從二次給氧燒嘴通入的氧化劑形成旋流，并且該氧化劑最終是否向出 渣口方向運動，即以形成旋流并向渣口運動的流場；此外，冷凝室用于對氣化產生的合成氣 和熔渣進行冷卻及分離。
[0012] 較佳地，各該二次給氧燒嘴室的軸線到該下錐段的頂面上的距離為該耐火襯里的 筒體段的直徑的〇. 6倍，該二次給氧燒嘴的軸線在水平面上與該二次給氧燒嘴室的軸線之 間的夾角為4°，該二次給氧燒嘴的軸線在堅直面上與該二次給氧燒嘴室的軸線之間的夾 角為8°。
[0013] 較佳地，該二次給氧燒嘴室和二次給氧燒嘴的數量為兩個，兩個該二次給氧燒嘴 室位于同一水平面上且沿該筒體段的周向均勻分布。
[0014] 較佳地，該下錐段的底部固設有一冷卻器和一與該冷卻器相連接的導氣管，該導 氣管的一端通過該出渣口與該氣化室相連通，另一端與該冷凝室相連通。
[0015] 在符合本領域常識的基礎上，上述各優選條件，可任意組合，即得本實用新型各較 佳實例。
[0016] 本實用新型的積極進步效果在于：
[0017] 本實用新型能夠實現氧化劑的分級加入，使靠近上錐段的氣化室保持低氧碳比氣 化，使靠近下錐段的氣化室保持高氧灰比熔渣，實現高效氣化以及液態排渣，降低氧化劑消 耗，降低了氣化爐壁面熱損失，提高氣化爐內產生的冷煤氣效率和氣化爐在線率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018] 圖1為本實用新型較佳實施例的分級給氧氣化爐的結構示意圖。
[0019] 圖2為圖1中二次給氧燒嘴在堅直面上的結構示意圖。
[0020] 圖3為圖1中二次給氧燒嘴在水平面上的結構示意圖。
[0021] 附圖標記說明
[0022] 上殼體：1
[0023] 上封頭：11 堅直筒段殼體：12 下封頭：13
[0024] 工藝燒嘴室：14 工藝燒嘴：15 二次給氧燒嘴室：16
[0025] 二次給氧燒嘴：17 出渣口 ：18
[0026] 下殼體：2
[0027] 冷凝室：21 排渣口 ：22 粗煤氣出口 ：23
[0028] 耐火襯里：3
[0029] 氣化室：31 上錐段：32 筒體段：33
[0030] 下錐段：34 冷卻器：35 導氣管：36
[0031] 二次給氧燒嘴室軸線：L1
[0032] 二次給氧燒嘴軸線：L2
[0033] 二次給氧燒嘴軸線在水平面上與二次給氧燒嘴室軸線之間夾角：α
[0034] 二次給氧燒嘴軸線在堅直面上與二次給氧燒嘴室軸線之間夾角：β
【具體實施方式】
[0035] 下面通過實施例的方式進一步說明本實用新型。
[0036] 如圖1所示，本實用新型分級給氧氣化爐包括上殼體1。上殼體1包括上封頭11、 堅直筒段殼體12和下封頭13。堅直筒段殼體12的兩端分別與上封頭11和下封頭13相連 接，且下封頭13向堅直筒段殼體12內部延伸。
[0037] 其中，上封頭11的頂部設有工藝燒嘴室14,工藝燒嘴室14內安裝有工藝燒嘴15。 工藝燒嘴室的軸線與氣化室的軸線重合，工藝燒嘴的軸線與工藝燒嘴室的軸線重合，且該 工藝燒嘴用于將氧化劑、蒸汽和含碳物質送入氣化室內產生氣化反應。
[0038] 另外，該下封頭13的底部設有出渣口 18,該堅直筒段殼體12的底部沿堅直方向向 下設有一下殼體2,下殼體2內形成有一冷凝室21。冷凝室21能夠用于對氣化產生的合成 氣和熔渣進行冷卻及分離。當然，該下殼體的底部設有排渣口 22,下殼體的上部側壁上設有 粗煤氣出口 23。
[0039] 請根據圖1予以理解，該分級給氧氣化爐還包括一設置在該上殼體1內的耐火襯 里3。該耐火襯里3內形成有氣化室31，氣化室31的頂部與工藝燒嘴室相連通，該氣化室 的底部通過出渣口與冷凝室相連通。同時，在本實用新型中，該耐火襯里為膜式水冷壁。
[0040] 其中，該耐火襯里包括設置在工藝燒嘴室底部的上錐段32、筒體段33和設置在出 渣口底部的下錐段34。下錐段的底部固設有冷卻器35和一與冷卻器35相連接的導氣管 36,該導氣管36的一端通過出渣口與該氣化室相連通，另一端與冷凝室相連通。從圖1可 知，筒體段的側壁上設有至少一固定于該堅直筒段殼體12側壁上的二次給氧燒嘴室16,二 次給氧燒嘴室16內安裝有二次給氧燒嘴17。
[0041] 優選的，在本實用新型中，該二次給氧燒嘴室和二次給氧燒嘴的數量為兩個，兩個 該二次給氧燒嘴室位于同一水平面上且沿該筒體段的周向均勻分布。
[0042] 請根據圖2-3予以理解，各二次給氧燒嘴室軸線L1到下錐段的頂面上的距離為耐 火襯里的筒體段的直徑的〇. 5-0. 8倍。二次給氧燒嘴室軸線L1與氣化室軸線垂直相交。同 時，二次給氧燒嘴軸線L2在水平面上與二次給氧燒嘴室軸線L1之間夾角為3°?5°，二 次給氧燒嘴軸線L2在堅直面上與二次給氧燒嘴室軸線L1之間夾角為5°?10°，以形成 旋流并向渣口運動的流場，且各二次給氧燒嘴用于通入氧化劑。
[0043] 在本實用新型中，采用工藝燒嘴和二次給氧燒嘴的結構形式，能夠實現氧化劑的 分級加入，使靠近上錐段的氣化室保持低氧碳比氣化，使靠近下錐段的氣化室保持高氧灰 比熔渣，實現高效氣化以及液態排渣，降低氧化劑消耗，降低了氣化爐壁面熱損失，提高氣 化爐內產生的冷煤氣效率和氣化爐在線率。其中，在線率是一年內氣化爐運行時間/ 一年 總時間。
[0044] 進一步的，各該二次給氧燒嘴室軸線L1到該下錐段的頂面上的距離為該耐火襯 里的筒體段的直徑的〇. 6倍，二次給氧燒嘴軸線L2在水平面上與該二次給氧燒嘴室軸線L1 之間夾角為4°，該二次給氧燒嘴軸線L2在堅直面上與二次給氧燒嘴室軸線L1之間夾角為 8°。
[0045] 以下為采用本實用新型分級給氧氣流床氣化爐進行氣化試驗和計算得到的結 果：
[0046] 效果實施例1
[0047] -個日處理1500噸煤的分級給氧氣化爐，以粉煤為原料進行氣化；氣化壓力 4. OMPa，耐火襯里為膜式水冷壁。氣化爐用煤量t為1500噸/天，沉積率為80%，氣化室直 徑D為2400mm，氣化室高度Η為6000mm，水冷壁內水溫Tw為493K。表1給出了現有的氣化 爐數據，表2給出本實施例氣化爐數據。
[0048] 表1、現有氣化爐數據
[0049]
【權利要求】
1. 一種分級給氧氣化爐，包括上殼體，該上殼體包括一上封頭、一堅直筒段殼體和一下 封頭，該堅直筒段殼體的兩端分別與該上封頭和該下封頭相連接，該上封頭的頂部設有工 藝燒嘴室，該下封頭的底部設有出渣口，該堅直筒段殼體的底部沿堅直方向向下設有一形 成有一冷凝室的下殼體，該下殼體的底部設有排渣口，該下殼體的上部側壁上設有粗煤氣 出口，其特征在于，該分級給氧氣化爐還包括一設置在該上殼體內的耐火襯里，該耐火襯里 內形成有一氣化室，該氣化室的頂部與該工藝燒嘴室相連通，該氣化室的底部通過該出渣 口與該冷凝室相連通，該耐火襯里為膜式水冷壁； 該耐火襯里包括一設置于該工藝燒嘴室底部的上錐段、一筒體段和一設置于該出渣口 底部的下錐段，該筒體段的側壁上設有至少一固定于該堅直筒段殼體側壁上的二次給氧燒 嘴室，該分級給氧氣化爐的工藝燒嘴和二次給氧燒嘴分別安裝在該工藝燒嘴室和該二次給 氧燒嘴室內； 該工藝燒嘴室的軸線與該氣化室的軸線重合，該工藝燒嘴的軸線與該工藝燒嘴室的軸 線重合，且該工藝燒嘴用于將氧化劑、蒸汽和含碳物質送入氣化室內產生氣化反應； 各該二次給氧燒嘴室的軸線到該下錐段的頂面上的距離為該耐火襯里的筒體段的直 徑的0. 5-0. 8倍，該二次給氧燒嘴室的軸線與該氣化室的軸線垂直相交，該二次給氧燒嘴 的軸線在水平面上與該二次給氧燒嘴室的軸線之間的夾角為3° -5°，該二次給氧燒嘴的 軸線在堅直面上與該二次給氧燒嘴室的軸線之間的夾角為5° -10°，且各該二次給氧燒 嘴用于通入氧化劑。
2. 如權利要求1所述的分級給氧氣化爐，其特征在于，各該二次給氧燒嘴室的軸線到 該下錐段的頂面上的距離為該耐火襯里的筒體段的直徑的〇. 6倍，該二次給氧燒嘴的軸線 在水平面上與該二次給氧燒嘴室的軸線之間的夾角為4°，該二次給氧燒嘴的軸線在堅直 面上與該二次給氧燒嘴室的軸線之間的夾角為8°。
3. 如權利要求1所述的分級給氧氣化爐，其特征在于，該二次給氧燒嘴室和二次給氧 燒嘴的數量為兩個，兩個該二次給氧燒嘴室位于同一水平面上且沿該筒體段的周向均勻分 布。
4. 如權利要求1-3中任意一項所述的分級給氧氣化爐，其特征在于，該下錐段的底部 固設有一冷卻器和一與該冷卻器相連接的導氣管，該導氣管的一端通過該出渣口與該氣化 室相連通，另一端與該冷凝室相連通。
【文檔編號】C10J3/50GK203947082SQ201420309687
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年6月11日 優先權日:2014年6月11日
【發明者】許建良, 趙輝, 劉海峰, 李偉鋒, 龔欣, 王輔臣, 于廣鎖, 王亦飛, 梁欽鋒, 周志杰, 代正華, 陳雪莉, 郭曉鐳, 王興軍, 郭慶華, 劉霞, 陸海峰, 李超, 龔巖, 王立 申請人:華東理工大學, 上海熠能燃氣科技有限公司