[实用新型]一种干煤粉旋风气流床气化炉

说明书

技术领域

本实用新型涉及旋风气流床气化炉及，特别涉及一种干煤粉旋风气流床气化炉，属于煤气化设备技术领域。

背景技术

煤炭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）、合成天然气（SNG）、IGCC发电、制氢、燃料电池、直接还原炼铁及多联产系统等过程工业的基础，是这些行业的公共技术、关键技术和龙头技术。煤气化工艺一般分为移动床（也称为固定床）、流化床和气流床三种。这其中，气流床气化技术因具有处理量大，碳转化率高、冷煤气效率高等优点已成为现代煤气化技术的主要发展方向。

气流床煤气化的进料方式有两种：水煤浆式和干煤粉式。干煤粉气流床气化技术的典型代表有壳牌（Shell）、普伦弗洛（Prenflo）和日立气化炉等，相对于水煤浆进料，干煤粉气化的煤种适应性更强，炉内气化温度更高，冷煤气效率高等优点而取得快速的发展。典型的干煤粉气流床气化炉如图1所示，主要由喷嘴、炉顶、气化室、排气口和排渣口等组成，经过干燥和制粉处理的煤粉自气化炉上部的喷嘴由N₂（或CO₂）携带进入气化炉，与O₂和水蒸气一起在气化炉中进行反应。煤粉进入气化炉后经历了热解和挥发分燃烧、半焦燃烧气化反应和气化还原反应等主要过程。生成的粗煤气经过冷却、除尘、脱硫后收集，液态灰渣经过冷却、破碎后由排渣口排出。

气流床气化有两个主要特点，一是运行温度比较高，约为1300～1600℃，在炉内形成的灰渣为液态，其排渣方式为液态排渣；另外一个特点是在气化炉内，为了保护炉壁材料和减少热损失，采用“以渣抗渣”技术，即气化产生的液态渣粘附在炉壁表面形成渣膜，利用其导热系数小的特点作为耐火衬里。

从实际运行情况来看，气流床气化技术目前还存在以下两个方面的主要问题。一方面，由于喷嘴出口处干煤粉与O₂发生燃烧氧化放热反应，导致气化烧嘴使用寿命不长。干煤粉气化炉的烧嘴寿命一般只有1年左右，远小于煤粉燃烧锅炉的燃烧器平均4-5年的使用寿命。另一方面，干煤粉气化技术采用水冷内壁结合“以渣抗渣”技术，由于负荷波动易造成在壁面上形成的渣膜出现问题，给气化炉的工作安全带来严重威胁。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提出一种干煤粉旋风气流床气化炉，在不降低气流床气化经济性的同时，解决现有干煤粉气化炉喷嘴使用寿命不长和液态渣膜不稳定的问题，提高煤气化过程的工作可靠性。

本实用新型的技术方案如下：

一种干煤粉旋风气流床气化炉，包括气化室、位于气化室上部的炉顶、位于炉顶上部的顶部喷嘴、布置在气化室下部的排气口和底部排渣口，其特征在于：所述的顶部喷嘴采用环形通道结构，在内通道布置内旋流叶片，在外通道布置外旋流叶片；所述气化室侧壁沿高度方向布置至少一层四角切圆O₂喷嘴。

本实用新型所述的炉顶采用半球形，所述的气化室采用圆柱形，所述的底部排渣口采用圆锥形。

本实用新型具有以下技术效果：①从顶部喷嘴喷射出的煤粉由于没有O₂助燃不能燃烧放热，在喷嘴出口处射流温度较低，有效保护顶部喷嘴不被烧坏。煤粉射流和氧气射流的混合位置和交叉射流结构可以通过流场优化确定，实现灵活度较大；②煤粉沿炉壁成螺旋线运动，受壁面液态渣粘滞力的影响，运动缓慢，大大延长了在炉内的停留时间，同时壁面处气流线速度最高，气固混合传热传质强烈，有利于提高煤粉颗粒气化的碳转化率；③煤粉气化后形成的液态渣将直接停留在壁面上，有效地保护炉壁不受高温酸性气体的热侵害和化学腐蚀侵害，提高了气化炉的工作安全性；④四角切圆O₂喷嘴沿高度方向分一层或者多层布置，能够有效分散热负荷，形成均匀的炉内温度场，提高了气化炉工作可靠性。旋风气流床气化炉能够有效解决当前煤粉气化炉在运行中暴露的问题，在维持气流床气化炉高效率的同时提高煤气化过程的可靠性。

附图说明

图1为现有典型干煤粉气流床气化炉结构示意图。

图2为本实用新型提出的一种干煤粉旋风气流床气化炉实施例的结构示意图。

图3为顶部旋流喷嘴示意图。

图4为球形炉顶内煤粉气流运动轨迹示意图。

图5为侧壁四角切圆O₂喷嘴结构和旋转射流示意图。

图6为气化室内煤粉气流运动轨迹示意图。