[发明专利]一种微正压空气气化的气流床粉煤气化炉及其气化方法

说明书

技术领域

本发明涉及煤、生物质、石油焦等固态含碳燃料与气化剂在高温下反应生成CO、H2的气流床气化反应器领域，尤其是一种微正压空气气化的气流床粉煤气化炉及其气化方法。

背景技术

煤制低热值的人工燃气在机械、冶金、建材等行业有着广泛的用途，当前普遍使用固定床气化炉来制造人工燃气，热值最高可达1200kcal/M3，固定床气化炉需要以块煤为原料、碳转化率低、单炉产量低、操控自动化程度低、煤气中含有焦油等缺点，人们希望以更好的气化技术来替代传统的固定床气化技术。

气流床粉煤气化技术具备碳转换率高、煤气中不含焦油、煤种要求不高、全自动化操控等诸多优势，非常适应于大规模的煤气化产业，当前已经较为广泛地应用于煤化工行业，一般用纯氧作为气化剂、在高压下进行气化反应制备合成气，每小时投煤量在数十吨以上。然而这样设备系统复杂，造价昂贵，无法将这类技术应用到小型的工业燃气制备行业。

小型工业燃气的制备通常采用空气作为气化剂，需要在微正压情况下进行气化。按照现有气流床气化技术理论（燃料在炉内停留3～5s时间）来设计这类气流床反应器，气化反应器的体积会相当大，炉膛壁面散热量很大，会导致气化炉出口煤气的有效气体含量很低（CO+H2<20%），影响了气流床气化技术在工业燃气制备行业的推广与应用。比如华东理工大学设计的一排壁面烧嘴和一排给氧烧嘴的气流床气化炉的空气常压气化示范装置，产能仅为72吨/天，但气化炉本体直径就为2.2米，高度更达到了11米，有效气体含量（CO+H2）仅仅为17%。

气化炉本体体积过大，直接导致设备造价大幅度提高，安装运输极不方便，炉体散热量太大，余热得不到有效的利用，因此制约了气流床气化炉在工业燃气行业的应用。

另外，现在运行的气流床气化炉都有两个通病，第一是排渣口的液态渣排放不畅，经常有堵塞现象，需要经常检查和清理，影响气化炉系统连续正常运行；第二是较多的煤粉颗粒会从排渣口落入渣池，影响了燃料的利用率，造成一定程度的浪费。如果采用空气作为气化剂，炉内温度更低，排渣口不能保证长时间顺利排渣，从而影响正常的工作。

综上所述，在微正压、以空气作为气化剂的工况下，需要开发出具备很高的单位容积气化强度的气化炉，减小气化炉的体积，并能够产生高热值、低出口温度的煤气，工作时排渣顺畅，且碳转化率高，只有这样，才能将气流床气化技术应用到小型工业燃气制备行业。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种在微正压环境下、利用空气作为气化剂的气流床粉煤气化炉，其体积小，单位容积的气化强度大，其在微正压、空气气化的条件下能够产生高热值、低出口温度的煤气，渣口排渣顺畅，能够实现长时间连续工作，并且气化炉炉内的煤粉不容易通过渣口落入渣池，减小燃料的浪费。

为此，本发明通过以下技术方案来解决上述技术问题：一种微正压空气气化的气流床粉煤气化炉，包括气化炉本体、安装在气化炉本体下方的渣池和位于气化炉本体顶部的合成气出口，气化炉本体的底部开有气化炉排渣口，其特征在于：

所述的气化炉本体上设有至少一排壁面烧嘴，每排壁面烧嘴包括若干个壁面烧嘴且沿气化炉本体的周向间隔布置，壁面烧嘴的轴线与其和气化炉本体交点处切线所成的夹角为50～85°，壁面烧嘴的轴线与气化炉本体壁面所成的夹角为35～110°，通过全部壁面烧嘴喷入气化炉内的气化剂占全部气化剂用量的80～97%；

所述气化炉排渣口的底面下方设有至少一个以上垂直往上的炉底烧嘴，炉底烧嘴顶面与气化炉排渣口底面的距离大于100mm；通过全部炉底烧嘴喷入气化炉内的气化剂占全部气化剂的3～20%上。

本发明通过调整每排壁面烧嘴喷入气化反应器的角度和控制每排壁面烧嘴气化剂与气化燃料的喷入量，控制气化反应器内部流场也是重要的增强气化反应器的单位容积气化强度的措施。通过调整以上参数使气化反应器火焰中心往下移动，底部温度升高，最高区域温度达到1450～1600℃，为炉子上段的反应提供了热量，同时增大了高温反应的区域空间。另外要求整个炉膛由下往上，温度呈由高往低的梯度，气化反应器本体下半段区域混合要完全充分，反应最为强烈，本体上半段区域，要存在着明显的多个烧嘴射流的卷吸回流、以及多个高速的强旋流场。整体气流在强旋流的作用下，沿炉膛从底部盘旋而上，中间经过多个卷吸回流，使之得到更加充分的混合。要达到这样的气化反应流场，本发明通过调整每排壁面烧嘴达到合理的喷入角度、以及壁面烧嘴气化剂与气化燃料的喷入比例是完全可以实现的。