頂部及爐體同時供入氣化劑強(qiáng)旋轉(zhuǎn)煤粉氣化爐裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種氣化爐及氣化方法，具體涉及一種頂部及爐體同時供入氣化劑強(qiáng)旋轉(zhuǎn)煤粉氣化爐裝置及方法，屬于煤氣化領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]煤氣化技術(shù)是高效清潔的潔凈煤技術(shù)。當(dāng)前的煤氣化技術(shù)主要分為移動床氣化、流化床氣化、氣流床氣化和熔融床氣化四類。其中，氣流床氣化技術(shù)因其氣化強(qiáng)度高、生產(chǎn)能力大、碳轉(zhuǎn)化率高等優(yōu)點(diǎn)已成為現(xiàn)在煤氣化技術(shù)的主要發(fā)展方向。氣流床氣化有兩個主要特點(diǎn)，一是運(yùn)行溫度高，約為1300°C?1600°C，爐內(nèi)形成的灰渣為液態(tài)，排渣方式為液態(tài)排渣；另外一個特點(diǎn)是采用“以渣抗渣”技術(shù)來保護(hù)爐壁和減少熱損失?，F(xiàn)有氣流床氣化爐(見圖3)存在的問題是:(1)、氣化爐內(nèi)壁面容易燒損。該問題導(dǎo)致氣化爐經(jīng)常停車，而氣化爐作為化工企業(yè)的生產(chǎn)源頭，一旦停車，導(dǎo)致整個生產(chǎn)線全部停運(yùn)，整個生產(chǎn)線停運(yùn)一次給企業(yè)造成巨額經(jīng)濟(jì)損失。例如:一套造氣量80000Nm3/h的煤氣化生產(chǎn)線停運(yùn)一次經(jīng)濟(jì)損失達(dá)4000萬元以上。(2)、氣化爐高度方向溫度分布不均，存在局部超溫問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術(shù)中氣化爐壁面掛渣不均勻，高度方向溫度分布不均的問題，進(jìn)而提出一種頂部及爐體同時供入氣化劑強(qiáng)旋轉(zhuǎn)煤粉氣化爐裝置及方法。
[0004]本發(fā)明為解決上述問題采用的技術(shù)方案是:本發(fā)明所述裝置包括煤粉燒嘴、氣化爐體、水冷壁、合成氣通道、氣化劑噴口、流量調(diào)節(jié)閥、煤粉通道、氣化劑通道和兩個旋流葉片，水冷壁設(shè)置在氣化爐體的內(nèi)側(cè)壁上，水冷壁由數(shù)根豎直圓管組成，由水冷壁圍成的回轉(zhuǎn)體內(nèi)腔為氣化爐膛，氣化爐體的底部為渣池，合成氣通道設(shè)置在氣化爐體下部的外側(cè)壁上，且合成氣通道與氣化爐膛連通，氣化劑噴口設(shè)置在氣化爐體上部的側(cè)壁上，且氣化劑噴口沿氣化爐膛的切線方向插入氣化爐膛內(nèi)，流量調(diào)節(jié)閥安裝在氣化劑噴口上，煤粉燒嘴設(shè)置在氣化爐體的頂部，且煤粉燒嘴的軸線與氣化爐膛的軸線重合，所述煤粉燒嘴內(nèi)同軸線徑向由內(nèi)向外裝有環(huán)形的氣化劑通道和環(huán)形的煤粉通道，煤粉通道和氣化劑通道的下部均設(shè)置有旋流葉片。
[0005]本發(fā)明所述方法是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)的:步驟一:設(shè)定氣化爐膛內(nèi)部壓力為0.1MPa?4MPa，氣化爐膛的運(yùn)行溫度為1250°C?1600°C ；
[0006]步驟二:溫度為25V?100°C的干煤粉由氮?dú)饣蚨趸紨y帶，以旋流方式經(jīng)煤粉燒嘴上的煤粉通道送入氣化爐膛內(nèi)部，氣化劑以旋流的方式經(jīng)煤粉燒嘴上的氣化劑通道噴入氣化爐膛內(nèi)部，其中氣化劑占?xì)饣癄t運(yùn)行所需總氣化劑量的10 %?40%，氣化劑的溫度為20°C?400°C，氣化劑與煤粉在爐頂區(qū)域同向旋轉(zhuǎn)向下混合流動；
[0007]步驟三:干煤粉與氣化劑混合氣流接觸到中心回流區(qū)卷吸回來的高溫合成氣后，被高溫合成氣點(diǎn)燃，在氣化爐膛頂部燃燒形成熔渣；
[0008]步驟四:剩下的60 %?90 %的溫度為20°C?400°C的氣化劑通過氣化劑噴口以lOOm/s?200m/s的速度切向噴入氣化爐膛，高速的氣化劑氣流沖入爐膛后形成強(qiáng)烈旋轉(zhuǎn)氣流，在離心力的作用下，80%的熔渣被甩到爐壁面形成較厚的渣層，渣層均勻，旋轉(zhuǎn)氣流不斷沖刷爐膛壁面上的渣層，并與其發(fā)生強(qiáng)烈氣化反應(yīng)；
[0009]步驟五:氣化生成的粗煤氣通過合成氣通道流出氣化爐膛，生成的液態(tài)渣沿壁面流入渣池，冷卻后通過底部排渣口排出氣化爐體。
[0010]本發(fā)明與現(xiàn)有氣化裝置及方法相比具有以下有益效果:
[0011]1、本發(fā)明中渣層由離心力作用形成?，F(xiàn)有技術(shù)中(見圖3)，煤粉與氣化劑均從氣化爐頂部噴入爐膛，煤粉進(jìn)入爐膛后在高溫下形成熔渣，熔渣與氣化劑氣流一起同向一般以直流的方式流向爐膛底部。在流動過程中，只有少量的壁面附近的熔渣由于氣流脈動粘到壁面上形成渣膜；而本發(fā)明中，煤粉和約10%?40%的氣化劑從氣化爐頂部噴入，在爐膛內(nèi)混合燃燒形成熔渣，剩余60%?90%的氣化劑以100?200m/s的速度切向噴入爐膛，在爐內(nèi)形成強(qiáng)烈的旋轉(zhuǎn)氣流，在旋轉(zhuǎn)氣流的引射下，熔渣與氣化劑一起在近壁面區(qū)高速旋轉(zhuǎn)向下流動，約80%的熔渣受強(qiáng)旋產(chǎn)生的離心力作用不斷地被甩到壁面上形成渣層。
[0012]2、本發(fā)明中粘附在爐壁上的渣量多，渣層厚度大。現(xiàn)有技術(shù)中，煤粉與氣化劑均從氣化爐頂部噴入爐膛，煤粉進(jìn)入爐膛后在高溫下形成熔渣，熔渣與氣化劑氣流一起同向一般以直流的方式流向爐膛底部。在流動過程中，只有少量的壁面附近的熔渣由于氣流脈動粘到壁面上形成渣膜，離壁面較遠(yuǎn)處的熔渣無法粘到壁面上，因此只有約10%左右的熔渣能夠粘到壁面形成渣膜，由于粘附在爐壁上的渣量小，導(dǎo)致壁面渣膜較薄，一般渣膜厚度為2mm?3mm ;本發(fā)明依靠離心力將恪渣用到壁面形成渣層，約占60%?90%的氣化劑以100m/s?200m/s的速度切向噴入爐膛3，形成強(qiáng)烈的旋轉(zhuǎn)氣流，產(chǎn)生的離心力足以將熔渣甩到壁面上形成渣層，氣化過程中約占80%左右的熔渣都被甩到壁面上形成渣層，由于粘附在爐壁上的渣量多，因此壁面渣層較厚，渣層厚度可達(dá)5_?6_。
[0013]3、本發(fā)明中壁面渣層厚度比較均勻?，F(xiàn)有技術(shù)中，煤粉與氣化劑均從氣化爐頂部噴入爐膛，煤粉進(jìn)入爐膛后在高溫下形成熔渣，熔渣與氣化劑氣流一起同向一般以直流的方式流向爐膛底部。在流動過程中，只有少量的壁面附近的熔渣由于氣流脈動粘到壁面上形成渣膜，離壁面較遠(yuǎn)處的熔渣無法粘到壁面上，因此只有約10%左右的熔渣能夠粘到壁面形成渣膜，由于粘附在爐壁上的渣量小，當(dāng)沿氣化爐圓周方向的氣量分布不均時，沿圓周方向壁面熔渣粘附情況不均，導(dǎo)致圓周方向壁面渣膜厚度不均勻。而本發(fā)明中，煤粉和約10%?40%的氣化劑從氣化爐頂部噴入，在爐膛內(nèi)混合燃燒形成熔渣，剩余約60%?90%的氣化劑以100m/S?200m/s的速度切向噴入爐膛，在爐內(nèi)形成強(qiáng)烈的旋轉(zhuǎn)氣流，在旋轉(zhuǎn)氣流的引射下，熔渣與氣化劑一起在近壁面區(qū)高速旋轉(zhuǎn)向下流動。本發(fā)明中氣流速度高，湍流強(qiáng)度大，有利于氣化劑與熔渣的混合。熔渣與氣化劑沿圓周方向混合均勻后在強(qiáng)旋產(chǎn)生的離心力作用下甩到壁面形成渣層，壁面渣層厚度比較均勻。
[0014]4、本發(fā)明能更有效保護(hù)氣化爐內(nèi)壁面。壁面渣層主要成分為二氧化硅，二氧化硅導(dǎo)熱系數(shù)約為7.6W/mk，常用耐火磚的導(dǎo)熱系數(shù)約為20W/mk?28W/mk，渣層導(dǎo)熱系數(shù)比耐火磚小很多，因此渣層的隔熱效果好?，F(xiàn)有技術(shù)中壁面渣膜較薄，渣膜厚度一般為2_?3mm，而且沿圓周方向渣膜厚度不均勻，易出現(xiàn)部分內(nèi)壁面沒有渣膜覆蓋的問題，氣化爐內(nèi)壁面裸露于高溫?zé)煔猸h(huán)境中，容易出現(xiàn)超溫而被燒損。氣化爐內(nèi)氣體中含有60 %?70 %的一氧化碳，高溫的一氧化碳為腐蝕性氣體，氣化爐內(nèi)壁面裸露于高溫且富含一氧化碳的環(huán)境下，容易發(fā)生化學(xué)腐蝕。本發(fā)明中壁面渣層厚，渣層厚度高達(dá)5_?6_，是現(xiàn)有技術(shù)的2倍?3倍，同時渣層厚度比較均勻，沒有氣化爐內(nèi)壁面裸露于高溫?zé)煔庵?，更能有效保護(hù)氣化爐內(nèi)壁面不被高溫氣體燒損；而且較厚的渣層將氣化爐內(nèi)壁面與爐內(nèi)氣體(含有60%?70%的一氧化碳)隔開，能保護(hù)氣化爐內(nèi)壁面不受一氧化碳?xì)怏w的化學(xué)腐蝕。
[0015]5、本發(fā)明氧的消耗量少。現(xiàn)有技術(shù)中壁面掛渣薄而且不均勻，渣膜厚度一般為2mm?3mm ;本發(fā)明中壁面掛渣厚且均勾，渣層厚度高達(dá)5mm?6mm，是現(xiàn)有技術(shù)的2倍?3倍，而渣層導(dǎo)熱系數(shù)小，隔熱性好，因此本發(fā)明能夠減小壁面熱損失。碳與氧氣反應(yīng)生成一氧化碳放熱112.lkj/mol，碳與氧氣反應(yīng)生成二氧化碳放熱395kJ/mol，顯然碳與氧氣反應(yīng)生成二氧化碳放熱是生成一氧化碳放出的熱量的3.52倍。煤粉氣化需要在較高溫度(1250°C?1600°C )下才能迅速反應(yīng)，雖然期望得到的煤氣化產(chǎn)物是一氧化碳，但為了維持較高爐內(nèi)溫度，必須通入過量的氧氣生成二氧化碳來提高溫度?，F(xiàn)