[实用新型]高灰熔点煤种加压气流床气化装置

说明书

技术领域：

本实用新型属于固态含碳化合物气化技术领域，特别涉及高灰熔点煤种加压气流床气化装置。

背景技术：

洁净煤技术已成为我国煤化工、工业燃气及电力工业技术升级的重大关键性技术，而煤炭气化技术是洁净煤技术的重要方向之一，是以煤基为能源的化工系统中最重要的核心技术。我国煤炭的特点是，灰熔点高，流动温度大于1500℃)的煤占总储量的50％左右；另外，煤灰含量平均较高，平均23％，动力煤的平均灰含量达到25％，商业动力煤的平均灰含量甚至达到27～28％。这种高灰分高灰熔点(“双高”)煤在气化领域被称之为最难气化的煤种。

到目前为主，世界上已经工业化的煤气化工艺有几十种，可归纳为三类：以Lurgi为代表的固定床气化工艺；以HTW(高温温克勒)、灰熔聚为代表的流化床气化工艺；以Texaco、Shell、GSP为代表的气流床气化工艺。当前大型工厂的煤制合成气(或H₂)气化技术普遍认同的是气流床气化工艺，具有处理化合物种类多、气化效率高、原料消耗低、设备生产强度大等优点。其中，干煤粉加压气流床气化技术，如Prenflo、Shell和GSP等技术，具有煤种的适应性广、比氧耗和比煤耗低、有效气成分高、冷煤气效率、碳的转化率高、单炉容量大等优点，是煤气化工艺技术的发展方向，有很强的市场竞争力。

Prenflo气化炉和Shell气化炉是在K-T(Koppers-Totzek)常压气化炉的基础上发展起来的加压气化炉型。它们的共同特点是，干煤粉进料、以氧气为气化剂、气流上行、液态排渣和水冷壁结构。如果将这些炉型应用于高灰熔点煤粉气化并形成液态排渣，必须使液渣温度保持在该煤种灰渣流动温度以上；而该炉型由于没有高温热煤气对液渣和排渣口的加热并携带液渣的顺利排出，液渣温度必然极容易降低从而凝固并堵塞排渣口。

与Prenflo和Shell气化炉相比较，GSP干煤粉气流床加压气化炉也采用加压气化、干煤粉进料、以氧气为气化剂、液态排渣和水冷壁结构，不同的是，其采用煤粉和气化剂由炉顶下喷式，气流下行的流动方式。《中国化工报》(2005.09.05)和《大氮肥》(2005，28(5)，第317页)均报道了利用德国GSP技术破解了“双高”煤利用难题。但是，由于炉内存在由上而下的高温火舌——激烈的煤粉燃烧和气化区域，其温度最高可达2200℃(参见《大规模煤气化技术》，许世森、张东亮、任永强编著，化学工业出版社，2006.1)，该温度比高灰熔点煤种平均流动温度高出近700℃，这对气化炉内壁提出了严格的要求，直接导致了内壁材料成本的提高。由辐射斯蒂芬-波耳兹曼定律——黑体的辐射能力与其绝对温度的四次方成正比——可知，如果能将炉内最高温度降低200℃，则高温火舌对气化炉内壁的辐射热降低28.6％；如果将炉内最高温度降低400℃，则高温火舌对气化炉内壁的辐射热降低53.9％。辐射热量的降低必然降低气化炉内壁的温度，使内壁的材料成本降低，并提高内壁的使用寿命。另外，该炉型采用顶端竖直向下并流进料，合成气和液渣则由底端出口竖直向下排出，这种直进直出型流线减少了煤粉和气化剂在炉内的接触与反应时间，在一定程度上限制了气化效率的进一步提高。

针对这种在燃烧器出口形成的火舌或火炬，《锅炉原理与计算》(冯俊凯、沈幼庭主编，科学出版社，1992，第60-64页)和《燃油燃气锅炉结构设计及图册》(赵钦新等编著，西安交通大学出版社，2002，第54-56页)均有提及。这种火舌或火炬的存在，使燃烧反应发生在较小的区域，形成局部超高温区，炉内温度梯度大，燃烧不够充分，热效率较低；另一方面也增加了大气污染物氮氧化物(NOx)的排放。

为了克服炉膛内局部高温火舌或火炬造成的燃烧效率下降、污染物排放上升和对炉体内壁材料高要求等问题，中国专利CN 1862090A“一种燃气或燃油锅炉”和CN 1987286A“采用稀薄-无焰燃烧方式的燃气或燃油锅炉”均公开了一种无焰燃烧方式的锅炉，这种燃烧没有前面所述锅炉中的火舌或火苗，是一种空间燃烧方式，燃烧反应发生在整个炉膛空间，具有高效节能、低污染等优点。但这两种锅炉均应用于气体和液体燃料的燃烧，并不涉及固体燃料燃烧，特别是高灰熔点碳氢燃料的燃烧，更不涉及固体燃料的气化。

实用新型内容：

本实用新型公开一种高灰熔点煤种加压气流床气化装置，克服现有技术的上述缺陷，使高灰熔点的煤渣顺利呈液态排出，同时降低炉内的最高温度和整体温度梯度，使气化炉炉内温度均匀，提高高灰熔点煤种气化效率。