CN204162667U - 一种灰熔聚气化反应装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种改进的灰熔聚气化反应装置。所述灰熔聚气化反应装置包括由进料喷嘴、圆锥形气体分布板、气化剂进气口和双进气室进气装置等结构组成的灰熔聚气化系统以及由集渣室、排渣罐、水冷夹套和气体入口等结构组成的排渣冷却系统。本实用新型省去了灰熔聚气化反应装置中容易结渣烧毁中心管结构，改进了其进气装置，并优化了排渣冷却系统便于控制排渣，冷却灰渣。气化反应装置结构简单，能长期稳定运行，气化效率更高。

Description

一种灰熔聚气化反应装置

技术领域：

本实用新型专利属于煤气化领域，具体涉及一种灰熔聚气化反应装置。

背景技术：

灰熔聚粉煤气化工艺是利用流态化原理，将原料粉煤连续加入气化反应装置密相区，气化剂(纯氧、二氧化碳和蒸汽)从气化反应装置底部吹入，使煤粒沸腾流化。在燃烧产生的高温条件下，气固两相充分混合接触，发生煤的热解和碳的氧化还原反应，最终实现煤的气化。该工艺的特点是在：高含氧气化剂和蒸汽通过中心管进入床层中心区，形成床内局部高温区，提高气化强度的同时在不生成熔渣的条件下，使灰粘聚成球；流化床底部根据射流原理设计了灰的粘聚分离装置，利用重力的差别，使灰球连续、有选择性地通过环隙，从床层中分离出低含碳量的灰渣，并且通过旋风分离器控制飞灰循环利用提高碳转化率。

灰熔聚气化工艺具有气化温度适中，煤种适用性宽，对灰分、灰熔点等不敏感，可以实现原料本地化，并且产品气不含焦油，气化反应装置耐火材料要求低等优点。灰熔聚气化工艺理论而言是一种非常高效的气化方式，然后通过工业实践，仍然存在很多的问题，影响着灰熔聚气化反应装置长期稳定的运行。其中炉内结渣、排渣系统不畅、设备磨损较严重、中心管易断裂等是最常见而急需解决的问题。比如说中心管的断裂，从中心管设计的本意来说，是从中心管加入部分氧气和蒸汽，使其在炉子中心部位产生一个高温气化区。从而使煤粒气化得更彻底，效率更高，效果更好，这无疑是一个很好的设计创意。但是就目前排气方式来说，气速太高，易形成沟流，气速太低，又容易漏料或高温区达不到应有的高温。而且中心管暴露在排渣通道中，更容易粘污结渣和烧毁，更容易引起下渣不畅等。

对于气化装置的改进，主要设计熔聚灰分离的构件上，USP4,229,289介绍了一种文丘里管中插入一个可以通入氧气或空气的射流管，以便造成流化床的局部高温。它保留了结构复杂、加工制造麻烦的文丘里喉管。CN1038846公布了一种灰熔聚流化床气化方法及气化装置，在灰熔聚灰分离单元中省去了结构复杂制造困难的文丘里喉管，保留了暴露在排渣通道中的中心进气管。CN201981170公开了一种改进的中心进气管，包括中心进气管、带法兰的短节和隔热耐火陈立组成，其特征在于中心进气管为夹套式，又内管和夹套组成。从中心进气管的进气口的夹套内通入蒸汽或其惰性气体，在一定程度上保护了中心进气管，提高了其使用寿命。

因此，有必要开发一种灰熔聚排渣顺畅结构简单，气化效率更高，更加稳定长期运行的灰熔聚流化床气化装置。

实用新型内容：

本实用新型的目的在于克服已有技术的缺点，提供一种可以排渣顺畅结构简单，气化效率更高，能够更加稳定长期运行的灰熔聚流化床气化装置。

本实用新型的技术方案是：在气化单元，省去了结构复杂制造困难的文丘里管以及容易烧毁结渣的中心管，提供了一种新的灰熔聚进气装置，避免中心管烧坏结渣；并对排渣系统进行了优化，在气化反应装置底部连接有一锁斗，集收集灰渣与冷却灰渣功能于一体，畅通排渣通道。

本实用新型其特征在于：包括灰熔聚气化系统和排渣冷却系统。所述的灰熔聚气化系统由气化反应装置壳体、煤喷嘴、细灰回料喷嘴、灰熔聚进气装置等主要部件组成；所述的排渣冷却系统由集渣室、排渣罐、水冷夹套和气化剂进气口等主要部件组成；灰熔聚气化系统通过中心排渣管与集渣室连接。

优选地，灰熔聚进气装置包括内外两个进气室、两个进气口、气体分布板和隔热耐火衬里等结构。所说的隔热耐火衬里、气体分布板与气化反应装置外壁壳体形成了空腔，挡板将空腔分隔成两个进气室；气体进气口设置在气化反应装置外壁上，分别与两个进气室连接； 

优选地，挡板为与隔热耐火衬里同心圆式结构，并与气体分布板以及气化反应装置外壁密封连接。以挡板为界，气体分布板被分成内圈和外圈，分别对应内外两进气室；

优选地，气体分布板采用锥形设计，厚度10mm-70mm，优选值40mm，锥形口夹角β为60-120°，优选值90°；气体分布板上设有分别与两进气室对应喷气孔，气体分布板内圈（对应内进气室）上的布置有2-5圈喷气孔，每一圈喷气孔数量2-20个，喷气孔成中心轴对称分布，进气孔中心轴线与排渣管中心轴线的夹角α为0-90°，优选值喷气孔3圈，夹角α分别为30°、45°和60°；气体分布板外圈（对应外进气室）上布置有2-20圈喷气孔；

优选地，喷气孔为圆孔，孔径范围1mm-40mm，气体分布板内圈上的喷气孔为圆锥形扩口结构，喷气孔进气端孔径小出气端孔径大；气体分布板外圈上的喷气孔为圆锥形缩口结构，喷气孔进气端孔径大出气端孔径小；

优选地，中心排渣管外有水冷夹套保护；

优选地，集渣室为双层壁结构，外壁上设置有气化剂进气口，夹层走冷却水。

本实用新型的设计思路：煤粉经喷嘴进入气化反应装置后，遇到从气体分布板出来的气化剂,发生燃烧气化反应。气体分布板外圈喷气孔提供气化剂占总耗气量的15%，主要用来维持床层的流化态，喷气孔圆锥形缩口结构具有防止泄漏的作用：可以防止炉内固体颗粒通过喷气孔流动或泄漏掉入下方的进气室，造成不期望的燃烧反应。分布板内圈喷气孔提供氧气和水蒸气等气化剂占总耗气量的75%，用来达到中心射流的效果实现局部高温，3圈喷气孔，每圈喷气孔4个，同一圈喷气孔在同一水平面布置，第一、二、三圈喷气孔的中心轴线与排渣管中心轴线的夹角α分别为30°、45°和60°，合理角度布置的喷气孔可以拉长中心高温区的长度，同时可调节内气室进气量大小来控制中心高温区的温度，使中心射流形成床内局部高温区（1200-1300℃），由此实现控制中心区域气化温度，喷气孔圆锥形扩口结构可以更好的扩散气化剂。

气化粗气体产物上升排出气化反应装置，随后粗气体产物进入气体净化及处理单元，通过局部高温区后的灰渣会团聚成球，借助重量的差异达到灰团与半焦的分离。从集渣室向上流动通过中心排渣管的的气化剂占总耗气量的10%，动力不足以将灰渣固体颗粒维持在悬浮或流化状态，灰渣固体颗粒会掉入到中心排渣管，较未充分反应的较小或较轻的灰渣颗粒其自身重力不足以克服上升气流的作用力，从较充分反应的较大或较重的固体灰渣中分离，并被再次带入到流化床气化室进行进一步的气化反应。较重或较大的固体颗粒残渣克服上升气流向上作用力影响，通过排渣管排放到集渣室。灰渣固体颗粒从流化床掉入排渣管的多少取决于向上流动气体的流量，可通过调节下气化剂进气口气体流量改变上升的作用力大小控制排渣的速度：利用灰渣自身重力的差别，使灰球连续、有选择性地分离出低含碳量的灰渣落入集渣室中。布置在中心排渣管外的水冷夹套以及带自冷却功能的集渣室均能较好的冷却生成的灰渣，收集的灰渣最终间歇性的通过排渣罐排出。经过旋风分离器分离后的细灰渣通过回料口进入气化炉中继续气化，通过旋风分离器控制飞灰循环利用提高碳转化率。

本实用新型的有益效果

1. 与现有技术相比，取消了位于排渣口中心位置的传统中心进气管，用双进气室结构进气装置取代。有效解决了原中心进气管容易烧蚀损坏和结渣的问题，延长了设备的使用寿命。同时改进后的排渣通道空间更大，无阻碍物，有利于灰渣排出。

2. 改进的灰熔聚双气室进气装置，内外两气室相互独立，可根据工艺需要各自调节气体流量。通过合理布置分布板内圈喷气孔圈数、个数以及气孔中心轴线与排灰管中心线夹角等相关参数，可以比现有的灰熔聚气化提供更大范围温度分布更加均匀的中心高温区域，使气固反应更加充分和彻底，提高煤气化效率。有效解决了原中心进气管气流速度的限制：气速太高易形成沟流。

3. 气体分布板适当增厚后，可以充分设计并利用喷气孔结构的差异和优势，气体分布板外圈喷气孔缩口结构可以提高气体流速，流速提高可使更多大颗粒参与流化，同时能减少固体颗粒通过喷气孔泄漏掉入下方的进气室；气体分布板内圈喷气孔扩口结构可以更好的扩散气体，实现中心射流效果。

4. 双层水夹套结构的集渣室，能起到冷却灰渣的作用，及时转移走部分热量，保护设备的正常运行；改进后的排渣系统省去了冷灰器等结构，密封性好，能够满足高压气化排渣要求。 

5. 通过调节下气化剂进气口气体流量以控制排渣的速度，气体从进气口进入集渣室，集渣室承压，其压力随气体流量变化，由于集渣室同时起到气体缓冲罐的作用，使得从排渣管上升的气流更加均衡稳定顺畅。 

附图说明

图1为本实用新型提供的一种灰熔聚气化反应装置结构图；

图2为本实用新型提供的一种灰熔聚气化反应装置中心进气装置示意图；

图3为本实用新型提供的一种灰熔聚气化反应装置气体分布板结构图。

图4为本实用新型提供的一种灰熔聚气化反应装置集渣室结构图。

图中：

 1、壳体；                     2、煤喷嘴；

3、细灰回料喷嘴；             4、气体分布板；

5、气化室；                   6、外气体进气口；

7、内气体进气口；              8、中心排渣管；

9、水冷夹套；                 10、集渣室；

11、下气化剂进气口；             12、排渣罐；

13、外进气室                     14、内进气室

15、挡板                       16、隔热耐火衬里

17、喷气孔                     18、集渣室外壁                 

19、集渣室内壁                 20、冷凝水层。

具体实施方式

为使本实用新型更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

实施例

如图1所示，为本实用新型提供的一种改进的灰熔聚气化反应装置结构示意图，包括灰熔聚气化系统和排渣冷却系统。所述的灰熔聚气化系统由气化炉壳体1、煤喷嘴2、细灰回料喷嘴3、灰熔聚进气装置等主要部件组成；所述的排渣冷却系统由集渣室10、排渣罐12、水冷夹套9和下气化剂进气口11等主要部件组成；灰熔聚气化系统通过中心排渣管8与集渣室10连接。

灰熔聚进气装置包括内外两个进气室、两个进气口、气体分布板4和隔热耐火衬里16等结构。所说的隔热耐火衬里16、气体分布板4与气化炉外壁壳体1形成了空腔，挡板15将空腔分隔成两个进气室，两个进气室与设置在气化炉外壁上的进气口分别连接。气体分布板4采用锥形设计，厚度40mm，锥形口夹角β为90°，以挡板15为界，被分成内圈和外圈，内圈喷气孔为圆锥形扩口结构，外圈喷气孔为圆锥形缩口结构。气体分布板内圈有3圈喷气孔，每圈4个喷气孔，同一圈喷气孔在同一水平面布置，第一、二、三圈喷气孔的中心轴线与排渣管中心轴线的夹角α分别为30°、45°和60°。中心排渣管8外有水冷夹套9保护，集渣室10为双层壁结构，夹层走冷却水，外壁上设置有下气化剂进气口11。

煤粉经喷嘴2进入气化反应装置后，在特定温度、压强及停留时间下在流化床中与从气体分布板4出来的气相原料进行化学反应并转换成易燃的气相产物。可根据工艺需要调节内气室中进气量大小，气体分布板4合理角度布置的进气孔可以达到中心射流的效果，来实现控制中心区域气化温度，中心射流形成床内局部高温区（1200-1300℃）。粗气体产物上升排出气化反应装置，随后粗气体产物进入气体净化及处理单元。通过局部高温区后的灰渣会团聚成球，利用灰渣自身重力的差别，使灰球连续、有选择性地分离出低含碳量的灰渣落入集渣室中。布置在中心排渣口外的水冷夹套以及带自冷却功能的集渣室均能较好的冷却生成的灰渣，收集的灰渣最终间歇性的通过排渣罐12排出。经过旋风分离器分离后的细灰渣通过回料口进入气化反应装置中继续气化，通过旋风分离器控制飞灰循环利用提高碳转化率。

                                实例1

以煤为原料的日处理量为600吨的煤气化装置为例，气化压力为0.6MPa，气化温度为1050℃。煤粉从喷嘴2进入，水蒸汽和氧气从气化剂进气口6和7分分别进入进气室，之后从各自对应的气体分布板上的气孔进入气化反应装置，发生燃烧气化反应，其中进氧量10200Nm³/h，进蒸汽量23200kg/h。气化反应装置温度主要靠调节内进气室14的氧气量大小来达到，从内进气室14进入的气体约占全部进气量的75％；从外进气室13进入的气体约占全部进气量的15％，和水蒸汽一起，主要控制气化反应装置内颗粒物料的流化，平稳气化反应装置的温度，调节床层高度。从下气体进气口11进入的气体约占全部进气量的10%，必要时补充一部分水蒸气，主要控制气化反应装置的排灰温度，控制排灰渣速率，有选择性的分离低含碳量的灰渣落入带自冷却功能集渣室中，间歇性的排出至排渣罐中，最终排出气化反应装置。另一部分经旋风分离器分离后的细灰通过回料口再次进入气化反应装置中继续气化。装置生成煤气产量57420 Nm³/h，碳转化率高于93%，灰渣含碳量＜6%。

由此可见，本实用新型在有效解决了传统灰熔聚气化反应装置炉内结渣、排渣系统捕畅、设备磨损较严重、中心管易断裂等问题，能长期稳定运行，并实现气化指标优于传统灰熔聚气化反应装置，具有明显的技术创新优势。

Claims (9)

1.一种灰熔聚气化反应装置，其特征在于：包括灰熔聚气化系统和排渣冷却系统，所述的灰熔聚气化系统由气化反应装置壳体（1）、煤喷嘴（2）、细灰回料喷嘴（3）、灰熔聚进气装置部件组成；所述的排渣冷却系统由集渣室（10）、排渣罐（12）、水冷夹套（9）和下气化剂进气口（11）部件组成；灰熔聚气化系统通过中心排渣管（8）与集渣室（10）连接。

2.如权利要求1所述的一种灰熔聚气化反应装置，其特征在于：灰熔聚进气装置包括内外两个进气室（13、14）、内外两个进气口（6、7）、气体分布板（4）和隔热耐火衬里（16）；所说的隔热耐火衬里（16）、气体分布板（4）与气化反应装置外壁（1）形成了空腔，挡板（15）将所述空腔分隔成内外两个进气室（13、14）；气体进气口设置在气化反应装置外壁上，分别与两个进气室连接。

3.如权利要求2所述的一种灰熔聚气化反应装置，其特征在于：挡板（15）为与隔热耐火衬里（16）同心圆式结构，并与气体分布板（4）以及气化反应装置外壁（1）密封连接，以挡板为界，气体分布板被分成内圈和外圈，分别对应内外两进气室。

4.如权利要求3所述的一种灰熔聚气化反应装置，其特征在于：气体分布板（4）采用锥形设计，厚度10mm-70mm，锥形口夹角β为60-120°；气体分布板上设有分别与两进气室（13）（14）对应喷气孔（17），在气体分布板内圈上，即对应内进气室（14）的气体分布板（4）上，布置有2-5圈喷气孔（17），每一圈喷气孔数量2-20个，每一圈喷气孔在气体分布板同一水平面上，喷气孔成中心轴对称分布，进气孔中心轴线与排渣管（8）中心轴线的夹角α为0-90°；在气体分布板外圈上，即对应外进气室（13）的气体分布板（4）上，布置有2-20圈喷气孔（17），每一圈喷气孔数量2-50个。

5.如权利要求4所述的一种灰熔聚气化反应装置，其特征在于：气体分布板（4）厚度优选40mm，锥形口夹角β为90°；在气体分布板内圈上，喷气孔的圈数优先为3圈，夹角α从上到下分别为30°、45°和60°。

6.如权利要求5所述的一种灰熔聚气化反应装置，其特征在于喷气孔为圆孔，孔径范围1mm-40mm，气体分布板内圈上的喷气孔为圆锥形扩口结构，喷气孔进气端孔径小，出气端孔径大；气体分布板外圈上的喷气孔为圆锥形缩口结构，喷气孔进气端孔径大，出气端孔径小。

7.如权利要求6所述的一种灰熔聚气化反应装置，其特征在于中心排渣管（8）外有水冷夹套（9）保护。

8.如权利要求7所述的一种灰熔聚气化反应装置，其特征在于集渣室（10）为双层壁结构，夹层走冷却水。

9.如权利要求8所述的一种灰熔聚气化反应装置，其特征在于在集渣室（10）外壁上设置有下气化剂进气口（11）。