[发明专利]单喷嘴水煤浆气流床气化炉及其气化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种将含碳物质气化生产粗煤气的装置及气化方法，特别是涉及一种单喷嘴水煤浆气流床气化炉及其气化方法。

背景技术

煤炭清洁高效利用，不仅是将煤转化为清洁二次能源和化学品的关键，也是实现煤炭利用与环境保护之间的纽带。随着工业技术的发展，煤气化技术经历了第一代固定床气化技术、第二代流化床气化技术及第三代气流床气化技术。从原料形态上看，可以粉煤块煤气化、粒煤气化、粉煤气化和水煤浆气化等。以粉煤和水煤浆为进料状态的第三代气流床煤气化技术已经成为了煤炭清洁高效利用的主要方法和手段。

水煤浆气化技术，除了对煤的灰熔点和成浆性等方面限制外，具有良好的原料输送、计量和操作稳定性，是目前应用最广泛的煤气化技术。单喷嘴气化技术和多喷嘴水煤浆气化技术是国际水煤浆气流床气化技术的主流。就控制和进料系统而言，水煤浆气化技术具有控制系统和操作过程简单等特点，然而现有的单喷嘴热壁式水煤浆气化技术的烘炉和气化运行烧嘴是分开的，导致气化炉开车过程很复杂，工作量大。同时，现有气化炉高径比较小，一方面导致大量物流因射流物料短路，碳转化率低，整体气化效率低；另一方面气化炉中下部回流区速度很大，且中下部的温度较高，导致气化炉中下部耐火砖寿命很短。

此外，目前气流床气化炉耐火衬里，主要有膜式水冷壁和耐火砖等两种方式，其中膜式水冷壁衬里主要用于高灰熔点气化技术，其特点是许用温度高、热损失较大；耐火砖衬里主要用于灰熔点相对较低气化技术，其特点是壁面热损失小，气化整体热效率高等。国内应用最为广泛的德士古(现为GE通用)水煤浆气化技术和多喷嘴对置式水煤浆气化技术的气化炉均采用耐火砖衬里。如图1-2所示，现有的耐火衬里均由耐火纤维料4′、隔热砖3′(氧化铝砖，导热系数约为0.9W/m·K)、铬刚玉砖层2′(Cr-Al，导热系数约为4W/m·K)和铬铝锆砖层1′(Cr-Al-Zr，导热系数约为4.2W/m·K)组成，厚度很大，费用也很高。以日处理2000吨煤的多喷嘴对置式水煤浆气化炉为例，耐火纤维料厚度约为19mm，隔热砖厚度约为105mm，铬刚玉砖层约为200mm，铬铝锆砖层约为230mm，总体厚度约为554mm，气化炉气化室约55％的容积均被耐火砖所占据，大大降低了气化炉的容积使用率。

发明内容

本发明为了克服现有单喷嘴气流床气化炉内碳转化率低，气化炉中下部耐火砖寿命短和高温热电偶寿命短及开工过程工作量大等问题，提供一种带点火、烘炉与工艺一体式多通道烧嘴的分段支撑耐火砖的大高径比的单喷嘴水煤浆气流床气化炉及其气化方法。

本发明是通过下述技术方案解决上述技术问题的：

一种单喷嘴水煤浆气流床气化炉，包括上壳体，该上壳体的顶部设有喷嘴室，且该上壳体围绕形成有一气化室，该上壳体包括一拱形段、一直筒段和一下锥段，该直筒段的两端分别与该拱形段和该下锥段相连接，其特点在于，该下锥段的底部设有一出渣口，该直筒段的底部沿竖直方向向下设有一下壳体，该下壳体内形成有一冷凝室，该下壳体的上部侧壁上设有粗煤气出口，该下壳体的底部设有一排渣口，该下锥段的底部固设有一冷却器和一与该冷却器相连接的导气管，该导气管的一端通过该出渣口与该气化室相连通，另一端与该冷凝室相连通；

该拱形段的内壁上设有一第一耐火衬里，该直筒段的内壁上设有一第二耐火衬里，该下锥段的内壁上设有一第三耐火衬里，其中，该第二耐火衬里从该直筒段的内壁到该气化室依次包括隔热涂层、铬刚玉砖层和铬铝锆砖层，该隔热涂层厚度和该铬刚玉砖层厚度的比例为(0.5):(100)-(8):(40)，该隔热涂层为纳米空心陶瓷微珠涂料层。

在本方案中，该纳米空心陶瓷微珠涂料层由本领域常规的纳米空心无机陶瓷微珠涂料涂抹在气化炉壁面后形成。该纳米无机空心微珠涂料的主要化学组成为AL₂O₃、SiO₂、TiO₂、B₂O₃，纳米无机空心微珠与硅酸盐溶液和硅酸铝纤维配合成上述涂料。纳米无机空心微珠涂料市售可得，比如北京志盛威华化工有限公司ZS-1耐高温隔热保温涂料。