[发明专利]一种煤粉旋风气流床气化装置及方法

权利要求书

1.一种煤粉旋风气流床气化装置，所述装置包括圆柱形气化室(1)、渣池(2)和炉顶(4)，炉顶(4)设置在圆柱形气化室(1)的顶部，渣池(2)设置在圆柱形气化室(1)的底部，圆柱形气化室(1)的下端侧壁设有粗合成气出口(1-1)，其特征在于：所述装置还包括顶部喷嘴(3)和四个氧化剂喷嘴(5)，顶部喷嘴(3)设置在炉顶(4)上，且顶部喷嘴(3)的轴线与圆柱形气化室(1)的轴线重合，顶部喷嘴(3)由内筒(3-3)和外筒(3-4)组成，内筒(3-4)设置在外筒(3-5)中，内筒(3-4)的内腔为煤粉喷嘴(3-1)，内筒(3-4)与外筒(3-4)之间的腔体为水蒸汽喷嘴(3-2)，四个氧化剂喷嘴(5)沿圆柱形气化室(1)的上端外壁均布设置。

2.根据权利要求1所述一种煤粉旋风气流床气化装置，其特征在于：所述四个氧化剂喷嘴(5)设置在同一高度内，每个氧化剂喷嘴(5)的轴线与圆柱形气化室(1)的直径之间的锐角(α)为25°～50°，四个氧化剂喷嘴(5)的射流延长线均与内接圆(K)相切。

3.根据权利要求1所述一种煤粉旋风气流床气化装置，其特征在于：所述四个氧化剂喷嘴(5)分两层布置在圆柱形气化室(1)的侧壁上，每层布置两个氧化剂喷嘴(5)，上层的氧化剂喷嘴(5)为上层氧化剂喷嘴(5-1)，下层的氧化剂喷嘴(5)为下层氧化剂喷嘴(5-2)，两个上层氧化剂喷嘴(5-1)设置在同一高度内，且两个上层氧化剂喷嘴(5-1)对角设置，两个下层氧化剂喷嘴(5-2)设置在同一高度内，且两个下层氧化剂喷嘴(5-2)对角设置，每个氧化剂喷嘴(5)的轴线与圆柱形气化室(1)的直径之间的锐角(α)为25°～50°，两个上层氧化剂喷嘴(5-1)和两个下层氧化剂喷嘴(5-2)的射流延长线均与内接圆(K)相切。

4.根据权利要求1所述一种煤粉旋风气流床气化装置，其特征在于：所述四个氧化剂喷嘴(5)分两层布置在圆柱形气化室(1)的侧壁上，每层布置两个氧化剂喷嘴(5)，上层的氧化剂喷嘴(5)为上层氧化剂喷嘴(5-1)，下层的氧化剂喷嘴(5)为下层氧化剂喷嘴(5-2)，两个上层氧化剂喷嘴(5-1)设置在同一高度内，且两个上层氧化剂喷嘴(5-1)对角设置，每个上层氧化剂喷嘴(5-1)的轴线与圆柱形气化室(1)的直径之间的锐角(α)为25°～50°，两个上层氧化剂喷嘴(5-1)的射流延长线与内接圆(K)相切，两个下层氧化剂喷嘴(5-2)设置在同一高度内，且两个下层氧化剂喷嘴(5-2)相对设置。

5.根据权利要求2、3或4所述一种煤粉旋风气流床气化装置，其特征在于：所述锐角(α)为45°。

6.根据权利要求1所述一种煤粉旋风气流床气化装置，其特征在于：所述炉顶(3)的结构为半球形、椭球形或平板形。

7.一种利用权利要求1所述装置实现煤粉旋风气流床气化的方法，其特征在于：所述方法是通过以下步骤实现的：

步骤一、设定圆柱形气化室(1)内部的压力为0.1Mpa～4Mpa，圆柱形气化室(1)的运行温度为1400℃～1600℃；

步骤二、干煤粉由N₂或CO₂携带以直流方式或旋流方式经顶部喷嘴(3)上的煤粉喷嘴(3-1)送入炉膛内部，同时水蒸汽由水蒸汽喷嘴(3-2)送入炉膛内部，在炉膛顶部形成向下的旋转射流；

步骤三、四个氧化剂喷嘴(5)同时将体积浓度为70％～100％的氧气送入炉膛内部，在圆柱形气化室(1)内壁区域形成一股强劲的旋转气流，这个旋转气流使煤粉射流发生偏斜并被卷吸到圆柱形气化室(1)内壁附近，依附内壁面呈螺旋线轨迹(M)自上而下缓慢运动，粒径小于100μm的煤粉颗粒经过高温干燥和热解，在离心力的作用下被不断抛向圆柱形气化室(1)内壁并在圆柱形气化室(1)内壁上形成一层熔渣膜，随着熔渣膜的渣层流动和迅速加热，以及氧化剂喷嘴(5)喷出的旋流气流的高速冲刷，煤粉、纯氧和水蒸汽在高温条件下发生气化还原反应，产生合成气，从而实现了煤粉旋风气化，粒径大于80μm的煤粉颗粒容易从高速旋转的气流中分离出来后直接进入渣池(2)，并从底部的排渣口排出。

8.根据权利要求7所述一种煤粉旋风气流床气化的方法，其特征在于：步骤一中的圆柱形气化室(1)内部的压力为2Mpa，圆柱形气化室(1)的运行温度为1500℃。