专利名称：干煤粉加压固态排渣气流床气化装置的制作方法
技术领域：
本发明属于以煤为原料制备合成气的装置，具体地说涉及一种干煤粉加压固态排渣气流床气化装置。
背景技术：
煤的气化反应是发生在碳和载氧的气化剂(O2、H2O、CO2)之间的一种不完全氧化反应。煤气化技术是发展煤基化学品、煤基液体燃料、联合循环发电、多联产系统、制氢、燃料电池等过程工业的基础，是这些行业的共性技术、关键技术和龙头技术。按煤在气化床层中的流动方式可分固定床、流化床和气流床三种。而其中气流床气化炉具有单炉处理能力强、煤种适应性广、碳转化率高和负荷调节性好等优点，代表了今后煤气化技术的发展方向。
气流床气化以粉煤为原料，由气化剂夹带入炉，煤和气化剂进行并流(活塞流)部分氧化反应。为弥补反应时间短的缺陷，要求入炉煤粒度很细(＜0.1mm)和高的反应温度(火焰中心温度在2000℃以上)，因此液态排渣是其必然结果。
气流床气化有干法进料和湿法进料两种形式。由于湿法进料采用耐火材料内衬，为保证其使用寿命，要求操作温度不能超过1400℃。而干法进料气化由于采用水冷壁结构，因而有原料适应性广、冷煤气效率高、碳转化率高、比氧耗低等特点，气化温度可达1800℃左右。属于干法进料气流床气化的炉型有常压K-T炉、Shell、Prenflo、GSP和西安热工院的两段式气化炉等。常压K-T炉由于氧、煤消耗较高，随着技术进步，逐步被加压操作的干粉炉所取代。
目前，荷兰Shell和德国Prenflo气化炉均为以干煤粉形式进料的气化装置，但它们只有-级气化反应，为了让高温煤气中的熔融态灰渣凝固以免使煤气冷却器堵塞，不得不采用后续工艺中大量的冷煤气对高温煤气进行急冷，方可使高温煤气由1400℃冷却到900℃，其热量损失很大，气化炉的冷煤气效率和总热效率等指标均比较低。另外在气化高灰熔点煤时，SHELL采用添加石灰石从而降低灰熔点的方法原因来控制气化温度，而对于高灰分、高灰熔点煤，则显得束手无策。这主要是由于Shell采用冷煤气再循环过程，降低气化炉操作温度后，可以控制冷煤气激冷时循环冷煤气量。如果不加石灰石，将使冷煤气循环量达到产生气量的100％以上，甚至达到150％。这样的直接后果是煤气冷却器和飞灰过滤器的容积更大，造成投资更高。而且目前Shell和PRENFLO气化流程只有废锅流程，而此设备不仅投资巨大，而且不适合于化工流程。
而GSP技术采用下喷式进料，排渣口温度正好在经过气化炉水冷壁吸热后气化室内温度最低点。为此必须提高气化反应温度，从而保证排渣顺利。但这种情况下不仅降低了冷煤气效率，同时也增加了比氧耗和比煤耗。而根据煤气化反应热力学平衡和动力学分析，在1200℃～1300℃范围内，煤气化反应可以完全进行。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种结构合理、可用率高、并具有较高碳转化率、冷煤气效率的干煤粉加压固态排渣气流床气化装置。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是包括炉体以及设置在炉体内的带有进料口、出料口和煤气出口的反应室，所说的反应室包括自上而下依次设置的相连通的第一反应室和第二反应室，所说的第一反应室的顶部设置有一个下喷式进料口，第二反应室的侧壁上设置有个以上的水平式进料口，第二反应室还与出料口及煤气出口相连通。
本发明的第一反应室的底部为一渐缩形结构，第二反应室的直径大于第一反应室底部的直径而小于第一反应室的直径；第一反应室和第二反应室均为水冷壁结构，该水冷壁为列管式或盘管式结构；第一反应室的水冷壁上设置有耐火衬里，第二反应室的水冷壁为光管结构；第二反应室的下端还设置有用于对含固态渣的粗煤气进行急冷的急冷水管道；第二反应室的上还设置有给第一反应室和第二反应室水冷壁的供水与下联箱水入口，在第一反应室上设置有用于排出水冷壁所产生的高温水和蒸汽的上联箱水出口。
由于本发明采用气流下行式多喷嘴两段气化方式，从而使碳转化率、冷煤气效率及比煤耗、比氧耗均比现有的气化炉高，而且可以气化高灰熔点煤，只需适应调整第二反应区投煤量即可。
图1为本发明用于激冷流程的结构示意图；图2为本发明用于废锅流程的结构示意图。
具体实施例方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明并不局限于以下实施例。
实施列1，参见图1，本发明包括炉体1以及设置在炉体1内的带有进料口5、出料口6和煤气出口8的反应室，反应室包括自上而下依次设置的相连通的第一反应室2和第二反应室4，第一反应室2的顶部设置有一个下喷式进料口3，第一反应室2的底部7为一渐缩形结构，第二反应室4的直径大于第一反应室2底部7的直径而小于第一反应室2的直径，第二反应室4的侧壁上设置有2个以上的水平式进料口5，第二反应室4还与出料口6及煤气出口8相连通，第一反应室2和第二反应室4均为水冷壁结构，该水冷壁为列管式或盘管式结构，第一反应室2的水冷壁上设置有耐火衬里，第二反应室4的水冷壁为光管结构，在第二反应室4的下端还设置有用于对含固态渣的粗煤气进行急冷的急冷水管道9，第二反应室4的上还设置有给第一反应室2和第二反应室4水冷壁的供水与下联箱水入口10，在第一反应室2上设置有用于排出水冷壁所产生的高温水和蒸汽的上联箱水出口11。
实施例2，参见图2，本实施例在第二反应室4外侧还设置有一外筒体12，该外筒体12位于进料口5的下端，且在该外筒体12与煤气出口8相连，其它连接关系同实施例1。
本发明采用气流下行式多喷嘴两段气化方式。上段为第一反应室，采用膜式水冷壁结构，水冷壁上敷设有耐火衬里；下段为第二反应室，采用水冷壁结构，水冷壁上不敷设耐火材料，即采用光管式。第一反应室顶部设有一个喷入煤粉和气化剂(氧气和蒸汽)的喷嘴，在第二反应室侧壁对称设有二个喷入煤粉和蒸汽的喷嘴。第一反应室和第二反应室通过第一反应室的缩口相连。
与现有技术相比，本发明将气化炉膛分为二段。在第一反应区，在气化炉顶部，85～95％煤与气化剂经喷嘴喷入在该室内进行强烈的高温燃烧和气化反应，气化反应温度为1400～1800℃，反应物料在第一反应室的停留时间为5秒左右，在第一反应区出口，渣以液态的形式进入第二反应区。在第二反应区，喷入约5～15％煤和少量的蒸汽，与第一反应区生成的高温煤气进行煤的热解和气化反应，一方面使煤气中的可燃成分含量和热值提高，另一方面使高温煤气冷却，高温熔融态灰渣凝固，最终实现固态排渣，反应物料在第二反应室的停留时间为10秒，从而保证碳转化率。
该气化炉的碳转化率、冷煤气效率及比煤耗、比氧耗均比现有的气化炉高，而且可以气化高灰熔点煤，只需适应调整第二反应区投煤量即可。在激冷流程中，携带灰渣的温度为900～1400℃的煤气穿过喷淋环后进入激冷室，煤气在激冷室中传热传质后被冷却至温度为175～350℃，由煤气出口进入下游工序，80％以上灰渣在激冷室中被分离进入液相，然后自渣水出口排出。
在废锅流程中，在第二气化室下部，夹带流从水冷壁外侧与气化炉承压壳体之间的区域折流向上，然后出气化炉，从而使灰渣和较大颗粒的飞灰与粗煤气得到分离，气化炉的捕渣率可达70％以上，仅有少量细灰进入后系统。
权利要求
1.干煤粉加压固态排渣气流床气化装置，包括炉体(1)以及设置在炉体(1)内的带有进料口(5)、出料口(6)和煤气出口(8)的反应室，其特征在于所说的反应室包括自上而下依次设置的相连通的第一反应室(2)和第二反应室(4)，所说的第一反应室(2)的顶部设置有一个下喷式进料口(3)，第二反应室(4)的侧壁上设置有(2)个以上的水平式进料口(5)，第二反应室(4)还与出料口(6)及煤气出口(8)相连通。
2.根据权利要求1所述的干煤粉加压固态排渣气流床气化装置，其特征在于所说的第一反应室(2)的底部(7)为一渐缩形结构，第二反应室(4)的直径大于第一反应室(2)底部(7)的直径而小于第一反应室(2)的直径。
3.根据权利要求1所述的干煤粉加压固态排渣气流床气化装置，其特征在于所说的第一反应室(2)和第二反应室(4)均为水冷壁结构，该水冷壁为列管式或盘管式结构。
4.根据权利要求1或3所述的干煤粉加压固态排渣气流床气化装置，其特征在于所说的第一反应室(2)的水冷壁上设置有耐火衬里，第二反应室(4)的水冷壁为光管结构。
5.根据权利要求1所述的干煤粉加压固态排渣气流床气化装置，其特征在于所说的第二反应室(4)的下端还设置有用于对含固态渣的粗煤气进行急冷的急冷水管道(9)。
6.根据权利要求1所述的干煤粉加压固态排渣气流床气化装置，其特征在于所说的第二反应室(4)的上还设置有给第一反应室(2)和第二反应室(4)水冷壁的供水与下联箱水入口(10)，在第一反应室(2)上设置有用于排出水冷壁所产生的高温水和蒸汽的上联箱水出口(11)。
全文摘要
干煤粉加压固态排渣气流床气化装置，包括炉体以及设置在炉体内的带有进料口、出料口和煤气出口的反应室，反应室包括自上而下依次设置的相连通的第一反应室和第二反应室，所说的第一反应室的顶部设置有一个下喷式进料口，第二反应室的侧壁上设置有个以上的水平式进料口，第二反应室还与出料口及煤气出口相连通。由于本发明采用气流下行式多喷嘴两段气化方式，从而使碳转化率、冷煤气效率及比煤耗、比氧耗均比现有的气化炉高，而且可以气化高灰熔点煤，只需适应调整第二反应区投煤量即可。
文档编号C10J3/56GK101050387SQ20071001790
公开日2007年10月10日 申请日期2007年5月22日 优先权日2007年5月22日
发明者许世森, 任永强, 徐越, 夏军仓, 王保民, 李小宇, 刘刚, 刘沅, 李明亮 申请人:西安热工研究院有限公司