[发明专利]一种水煤浆旋风气流床气化炉及其气化方法

说明书

技术领域

本发明涉及旋风气流床气化炉及其气化方法，特别涉及一种水煤浆旋风气流床气化炉，属于煤气化设备技术领域。

背景技术

煤气化技术广泛应用于工业燃气、民用煤气生产、化工合成、燃料油合成原料气、冶金还原、联合循环发电、燃料电池、制氢等诸多领域，得到了普遍关注并取得了较大进展。煤气化工艺一般分为移动床（也称为固定床）、流化床和气流床三种。其中气流床气化技术因具有处理量大，碳转化率高、冷煤气效率高等优点已成为现代煤气化技术的主要发展方向。

气流床煤气化的进料方式有两种：水煤浆式和干煤粉式。水煤浆气化炉由于其工艺简单、煤种范围宽、单台出力大等技术优点而得到广泛关注。德士古（Texaco）水煤浆气化炉是水煤浆气化技术的典型代表，如图1所示，气化炉主要由顶部喷嘴、炉顶、气化室、排气口和排渣口等组成。水煤浆经过气流破碎雾化后进入气化炉，与O₂和水蒸气一起在气化炉中进行反应。水煤浆进入气化炉后经历了水分蒸发、热解挥发、半焦燃烧气化反应和气化还原反应等主要过程。生成的粗煤气经过冷却、除尘、脱硫后由排气口收集，液态灰渣经过冷却、破碎后由排渣口排出。

从实际运行情况来看，水煤浆气流床气化技术目前还存在以下两个方面的主要问题。  一方面，由于气化炉温度极高，喷嘴出口处O₂和水煤浆发生氧化反应放热，造成水煤浆喷嘴使用寿命很短，平均每2-6个月就需更换。另一方面，目前的水煤浆气化炉内传热特性和流动特性不均匀，在负荷波动时易造成壁面上形成的渣膜出现问题，导致水煤浆气化炉的耐火材料或者水冷壁结构损坏而不得不定期更换。

发明内容

本发明的目的是提供一种水煤浆旋风气流床气化炉及其气化方法，在不降低气流床气化经济性的同时，解决现有水煤浆气化炉喷嘴使用寿命不长和液态渣膜不稳定的问题，提高煤气化过程的工作可靠性。

本发明的技术方案如下：

一种水煤浆旋风气流床气化炉，包括气化室、位于气化室上部的炉顶、位于炉顶上部的顶部喷嘴、布置在气化室下部的排气口和底部排渣口，其特征在于：所述的顶部喷嘴内设有旋流叶片，在气化室侧壁沿高度方向设有至少一层四角切圆O₂喷嘴。本发明所述的炉顶采用半球形；所述的气化室采用圆柱形，所述的底部排渣口采用圆锥形。

本发明还提供了一种水煤浆旋风气化方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

1）水煤浆通过N₂或CO₂破碎雾化后通过顶部喷嘴内的旋流叶片进入炉顶，在炉顶区域形成旋转向下的水煤浆雾化气流；

2）气化用O₂通过气化室侧壁上的四角切圆O₂喷嘴切向进入气化室，在离心力作用下，水煤浆雾化气流在近炉壁区呈螺旋线轨迹自上向下缓慢运动，煤颗粒在炉壁表面形成的液态渣膜上发生膜式气化；

3）气化生成的粗煤气通过所述排气口排出气化室，生成的灰渣通过底部排渣口排出气化炉。

本发明具有以下突出优点及效果：①从顶部喷嘴喷射出的水煤浆雾化气流由于没有O₂助燃不能燃烧放热，在喷嘴出口处射流温度较低，有效保护顶部喷嘴不被烧坏；喷嘴射流和氧气射流的混合位置和交叉射流结构可以通过流场优化确定，实现灵活度较大；②水煤浆雾化气流沿炉壁成螺旋线运动，受壁面液态渣粘滞力的影响，运动缓慢，大大延长了在炉内的停留时间，同时壁面处气流线速度最高，气固混合传热传质强烈，有利于提高煤气化的碳转化率；③煤气化后形成的液态渣将直接停留在壁面上，有效地保护炉壁不受高温酸性气体的热侵害和化学腐蚀侵害，提高了气化炉的工作安全性；④四角切圆O₂喷嘴沿高度方向分一层或者多层布置，能够有效分散热负荷，形成均匀的炉内温度场，提高了气化炉工作可靠性。水煤浆旋风气流床气化炉能够有效解决当前水煤浆气化炉运行中暴露的问题，在维持气流床气化炉高效率的同时提高煤气化过程的可靠性。

附图说明

图1为现有典型水煤浆气流床气化炉结构示意图。

图2为本发明提出的一种水煤浆旋风气流床气化炉实施例的结构示意图。

图3为顶部旋流喷嘴示意图。

图4为球形炉顶内水煤浆雾化气流运动轨迹示意图。

图5为侧壁四角切圆喷嘴结构和旋转射流示意图。

图6为气化室内水煤浆气流运动轨迹示意图。