[发明专利]分级给氧气流床气化炉及其气化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种将含碳物质气化，生产粗煤气的装置及气化方法，特别是涉及一种分级给氧气流床气化炉及其气化方法。

背景技术

煤气化技术是当今煤炭等含碳物质清洁高效利用的关键技术之一，也是将一次能源转化为洁净二次能源的主要途径，该技术主要运用于合成氨、合成甲醇、炼厂制氢、高炉还原炼铁化工冶金行业和联合循环发电装置中。

经过几十年的发展，气流床气化炉的碳转化率已超过95％。但目前的气化炉技术中，无论是水煤浆气化炉还是粉煤气化炉都受到了热力学平衡的限制。

如图1所示，现有技术中的气化炉主体顶端为开口式，气化反应生成的合成气由气化炉顶端的合成气出口排出，而熔渣由气化炉主体底端的排渣口排出。在气化反应过程中，含碳物质与全部的氧化剂同时由工艺喷嘴进入气化炉。为了保证气化炉能顺利排渣，气流床气化炉操作温度均在煤灰熔点(FT)以上。一般操作温度要高于灰熔点50℃～200℃，气流床气化为了实现高温液态排渣，渣的温度提高到1300℃以上。

在这一过程中，因为热力学平衡限制，同时也将大量的合成气温度提高到与熔渣温度一样高。因此，需要通过额外的氧气和合成气的燃烧反应提供热量。这样就导致气化炉的冷煤气效率降低和原料消耗增加。同时也带来了复杂的含熔渣合成气高温显热回收的技术难题。

综上，在合成气与熔渣的热力学平衡限制下，很难兼顾气化过程中熔渣温度为1300℃以上，且合成气的温度相对较低。因此，如何实现两者兼具成为了重要课题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术气流床气化炉无法兼顾高温排渣和降低合成气温度的缺陷，提供一种分级给氧气流床气化炉。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种分级给氧气流床气化炉，包括气化炉主体、一位于所述气化炉主体顶部的合成气出口、一位于气化炉主体底部的排渣口、套设于气化炉主体底部的集渣池，以及至少两个内设工艺喷嘴的工艺喷嘴室，所述工艺喷嘴室对称布置于所述气化炉主体的四周，所述工艺喷嘴安装在所述工艺喷嘴室内；

其特点在于，所述气流床气化炉还包括至少两个内设二次给氧喷嘴的二次给氧喷嘴室，所述二次给氧喷嘴室设置于所述工艺喷嘴室和所述集渣池之间，并对称布置于所述气化炉主体四周，所述二次给氧喷嘴安装在所述二次给氧喷嘴室内。

二次给氧喷嘴和二次给氧喷嘴室的设置可以调整进入气化炉的氧气分布，从而降低工艺喷嘴的氧化剂量，并适当提供二次氧化剂量来提高排渣口熔渣的温度，保证液态熔渣的顺利流出。此外，采用二次给氧喷嘴还可以降低氧化剂的消耗和原料的消耗。

较佳地，所述工艺喷嘴室轴线与所述气化炉主体径向的夹角α为0°～45°；所述工艺喷嘴室轴线与所述气化炉主体轴线的夹角β为60°～120°。

较佳地，所述工艺喷嘴轴线与所述工艺喷嘴室轴线在水平面上的夹角r为0°～20°，在垂直面上的夹角δ为0°～20°。

较佳地，所述二次给氧喷嘴室轴线与所述气化炉主体径向的夹角ε为0°～45°；所述二次给氧喷嘴室轴线与所述气化炉主体轴线的夹角ζ为60°～120°。

较佳地，所述二次给氧喷嘴轴线与所述二次给氧喷嘴室轴线在水平面上的夹角η为0°～20°，在垂直面上的夹角θ为0°～20°。

通过工艺喷嘴和工艺喷嘴室、二次给氧喷嘴和二次给氧喷嘴室角度的设置与匹配，可以在炉内形成撞击流来强化混合(热质传递)过程，并在炉内形成不同强度的旋流流场，从而达到良好的工艺与工程效果，有效气体成分高、碳转化率高。

较佳地，所述气化炉主体的内直径为D，所述排渣口内直径为0.05～0.9D，所述合成气出口内直径为0.05～0.9D。

较佳地，所述工艺喷嘴室上部空间的高度为0.5～15D，所述工艺喷嘴室与所述二次给氧喷嘴室间的直段高度为0～2D，所述工艺喷嘴室下部直段高度为0.05～5D。

工艺喷嘴室及二次给氧喷嘴室在气化炉四周布置位置和气化炉主体的内直径有关，在设计上按上述关系得到的气化炉效率较佳，有助于温度的调节，从而充分进行气化反应。

较佳地，所述排渣口和所述合成气出口分别为下锥收缩口和上锥收缩口，其下锥收缩角λ为20°～70°，上锥收缩角为60°～90°。

较佳地，所述气化炉主体为具有壁面耐火衬里的圆柱形壳体。

较佳地，所述壁面耐火衬里为耐火砖衬里结构和水冷壁衬里结构。

较佳地，所述集渣池的内直径为0.5～2D，高度为0.5～5D。