[发明专利]一种旋流干煤粉气化炉

说明书

技术领域

本发明涉及干煤粉气化领域，特别涉及一种干煤粉气化炉。

背景技术

煤的洁净与高效利用是当今世界能源与环境保护领域中的重大技术课题，也是我国国民经济可持续发展的关键技术之一，煤气化是将一次能源转化成洁净的二次能源的主要途径，大规模高效煤气化技术是发展煤基化学品生产、煤基液体燃料（合成油品、甲醇、二甲醚等）、先进的整体煤气化联合循环（IGCC）发电系统、多联产系统、制氢、燃料电池以及直接还原炼铁等过程工业的基础,是这些行业的公共技术、关键技术和龙头技术。

目前采用干煤粉气化的技术中，有代表性的主要有Shell、GSP、航天炉等干煤粉气化技术。Shell干煤粉气化炉采用四个煤粉烧嘴，为废锅流程，投资高，制造难度大，制造周期长；GSP为单喷嘴煤粉气化炉，但其激冷采用喷嘴喷淋方式，粗煤气中灰含量大；航天炉干煤气化炉在处理煤粉规模上还没有达到2000吨/天，且排渣口与反应室直径比例较大（1:2～1:2.5），碳转化率较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种旋流干煤粉气化炉，实现大规模的干粉气化，提高碳转化率。

为实现上述目的，本发明采取了如下的技术方案：

本发明提供了一种旋流干煤粉气化炉，包括旋流煤粉烧嘴、反应室、排渣口、激冷室、外壳和保护环。所述旋流煤粉烧嘴设置在所述反应室的上部，所述反应室的下部与所述排渣口的上部连通，所述激冷室包括激冷环、下降管和破泡板，所述破泡板设置在所述下降管与所述外壳之间，所述激冷环设置在所述下降管的上端，所述反应室及所述排渣口的外部设有冷却水盘管。所述排渣口的下端和所述下降管的上端分别与所述保护环的上端与下端连通。所述旋流煤粉烧嘴由内到外依次包括点火通道、第一冷却循环水通道、氧气与蒸汽通道、煤粉通道和第二冷却循环水通道，所述第一冷却循环水通道与所述第二冷却循环水通道分别在向火端螺旋盘绕，所述氧气与蒸汽通道内设有旋流叶片，所述旋流叶片与所述旋流煤粉烧嘴的纵轴夹角为20～30°。所述排渣口的直径与所述反应室的直径的比例为1:3～1:4。所述第一冷却循环水通道与所述第二冷却循环水通道在向火端处分别通过螺旋盘绕的部分使冷却水高速螺旋流动，减薄甚至破坏湍流流动的层流底层，提高了导热系数，提高了冷却件的换热效果，保护了烧嘴端部；相应缩小了排渣口的直径，在保证排渣口不堵塞的前提下延长了干煤粉在反应室内的停留时间，提高了碳转化率；增加的保护环实现了排渣口与下降管的过渡，进一步保护了下降管，同时便于后续的检修。

优选地，所述煤粉通道包括4-6根煤粉管线，例如5根，所述煤粉管线沿所述旋流煤粉烧嘴的纵轴均匀分布，所述煤粉管线使得干煤粉在进入反应室前混合均匀，从而在与氧气混合进入反应室后能够充分燃烧，有利于提高碳转化率。

优选地，所述排渣口的直径与所述反应室的直径的比例为1:3.3～1:3.8，例如1:3.5或1:3.6。

优选地，在所述氧气与蒸汽通道内设有12～20个所述旋流叶片，所述旋流叶片高度为60～120mm，例如75～110mm，所述煤粉管线螺旋延伸至距离所述旋流煤粉烧嘴向火端出口20～40mm处，例如25～35mm，这样的设置方式使得氧气湍动更强，与煤粉混合更均匀。

优选地，所述反应室的直径与所述下降管的直径的比例为2:0.8～2:1.2，进一步优选为2:0.9～2:1.1，例如2:1。

优选地，所述破泡板为3～6层。

优选地，所述保护环为独立冷却水盘管，形状为圆筒状或喇叭口形，所述保护环的内表面堆焊有镍基合金材料，以提高保护环的寿命。进一步优选地，当所述保护环为圆筒状时，所述排渣口的直径＜所述保护环的直径≤所述下降管的直径；当所述保护环为喇叭口形时，所述保护环的小口端与所述排渣口的下端连通，所述保护环的大口端与所述下降管的上端连通，所述保护环的小口端的直径>所述排渣口的直径，所述保护环的大口端的直径≤所述下降管的直径。

优选地，所述下降管内侧壁与所述激冷环之间形成环形的激冷水出口，所述激冷水出口的环宽为5～15mm，例如8～12mm，从而使得激冷水的宽度合适，既不会浪费过多的水同时又能达到理想的激冷效果。

优选地，所述外壳与所述排渣口之间设有支撑板，所述下降管的下部通过固定杆与所述旋流干煤粉气化炉的外壳固定。

优选地，所述反应室由膜式水冷壁包绕，所述膜式水冷壁由冷却水盘管或竖直管构成，所述膜式水冷壁的内表面焊有长1～3cm，直径3～15mm的圆柱状不锈钢抓钉，抓钉上涂有1～3cm厚的碳化硅涂层。