[发明专利]一种沿炉高气化剂分层强旋转煤粉气化装置及气化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种气化剂强旋煤粉转气化装置及气化方法，具体涉及一种沿炉高气化剂分层强旋转煤粉气化装置及气化方法，属于煤气化设备领域。

背景技术

煤气化技术是高效清洁的洁净煤技术。当前的煤气化技术主要分为移动床气化、流化床气化、气流床气化和熔融床气化四类。

其中，气流床气化技术因其气化强度高、生产能力大、碳转化率高等优点已成为现在煤气化技术的主要发展方向。气流床气化有两个主要特点，一是运行温度高，约为1300～1600℃，煤粉进入炉内后形成液态渣，排渣方式为液态排渣；另外一个特点是采用“以渣抗渣”技术来保护炉壁和减少热损失。气流床气化炉存在的问题是：第一、气化炉内壁面容易烧损。该问题导致气化炉经常停车，而气化炉作为化工企业的生产源头，一旦停车，导致整个生产线全部停运，整个生产线停运一次给企业造成巨额经济损失。例如:一套造气量80000Nm³/h的煤气化生产线停运一次经济损失达4000万元以上。第二、气化炉沿炉高方向温度分布不均。

发明内容

本发明为解决现有技术中气化炉壁面挂渣不均匀，沿炉高方向温度分布不均的问题，进而提出一种沿炉高气化剂分层强旋转煤粉气化装置及燃烧方法。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明所述装置包括煤粉烧嘴、气化炉体、水冷壁、合成气通道和多个气化剂喷口，气化炉体由半球体和圆柱体组合而成，水冷壁安装在气化炉体内，水冷壁由多根竖直圆管组成，水冷壁围成回转体气化炉膛，气化炉体的底部设有渣池，合成气通道插装在气化炉体的下部，多个气化剂喷口由上至下依次均匀设置在气化炉体上部的外侧壁上，且多个气化剂喷口均位于同一竖直面上，每个气化剂喷口沿气化炉膛的切线方向插入气化炉膛内，煤粉烧嘴安装在气化炉体的顶部，且煤粉烧嘴的轴线与气化炉膛的轴线重合，煤粉烧嘴内设有横截面为环形的煤粉通道。

本发明所述气化方法的具体步骤如下：步骤一、设定气化炉膛内部压力为0.1～4MPa，气化炉膛的运行温度为1250～1600℃；

步骤二、温度为25～100℃的干煤粉由氮气或二氧化碳气体携带以旋流方式经煤粉烧嘴上的煤粉通道送入气化炉膛内部，煤粉所占的体积分数为1％～25％，在炉顶区域形成旋转向下的煤粉气流；

步骤三、煤粉气流接触到中心回流区卷吸回来的高温合成气后，被其点燃，在气化炉膛顶部燃烧形成熔渣；

步骤四、温度为20～400℃的气化剂通过所述气化剂喷口以100～200m/s的速度沿炉高方向分层切向喷入气化炉膛，高速的气化剂气流冲入气化炉膛后形成强烈旋转气流，在离心力的作用下，约80％的熔渣被甩在炉壁面形成较厚的渣层，渣层均匀，旋转气流不断冲刷气化炉膛壁面上的渣层，并与其发生强烈气化反应；

步骤五、气化生成的粗煤气通过所述合成气通道流出气化炉膛，生成的液态渣沿壁面流入渣池，冷却后通过底部排渣口排出气化炉。

本发明的有益效果是：

一、本发明中渣层由离心力作用形成。现有技术中，煤粉与气化剂均从气化炉顶部喷入炉膛，煤粉进入炉膛后在高温下形成熔渣，熔渣与气化剂气流一起同向一般以直流的方式流向炉膛底部。在流动过程中，只有少量的壁面附近的熔渣由于气流脉动粘到壁面上形成渣膜；而本发明中，煤粉从气化炉顶部喷入，煤粉进入炉膛后在高温下形成熔渣，以100～200m/s的速度切向喷入炉膛的气化剂在炉内形成强烈的旋转气流，熔渣与气化剂一起在近壁面区高速旋转向下流动，约80％的熔渣受强旋产生的离心力作用不断地被甩到壁面上形成渣层。

二、本发明中粘附在炉壁上的渣量多，渣层厚度大。现有技术中，煤粉与气化剂均从气化炉顶部喷入炉膛，煤粉进入炉膛后在高温下形成熔渣，熔渣与气化剂气流一起同向一般以直流的方式流向炉膛底部。在流动过程中，只有少量的壁面附近的熔渣由于气流脉动粘到壁面上形成渣膜，离壁面较远处的熔渣无法粘到壁面上，因此只有约10％左右的熔渣能够粘到壁面形成渣膜，由于粘附在炉壁上的渣量小，导致壁面渣膜较薄，一般渣膜厚度为2～3mm；本发明依靠离心力将熔渣甩到壁面形成渣层，气化剂以100～200m/s的速度喷入炉膛3，形成强烈的旋转气流，产生的离心力足以将熔渣甩到壁面上形成渣层，气化过程中约占80％左右的熔渣都被甩到壁面上形成渣层，由于粘附在炉壁上的渣量多，因此壁面渣层较厚，渣层厚度可达5～6mm。