无制氧粉煤超常压、无激冷气化炉的制作方法

专利名称：无制氧粉煤超常压、无激冷气化炉的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及无制氧粉煤超常压、无激冷气化炉，应用于粉煤的造气，是对我发明的《粉煤常压气化加热给料不完全燃烧器》，申请号201020272718. 3和《粉煤常压气化不完全燃烧气化炉》发明的补充和完善，是本人粉煤超常压气化系列发明申请之一；属于化肥行业合成氨原料造气技术领域。
背景技术：
一、煤气化技术发展历史煤气化技术的开发与应用大约经历了 200年的发展历史。煤气化技术按固体和气体的接触方式可分为固定床、流化床、气流床和熔融床4种，其中熔融床技术还没有实际应用开发，各种煤气化炉的模式见图I。I.固定床。固定床气化炉是最早开发出的气化炉，如图1(a)所示，炉子下部为炉排，用以支撑上面的煤层。通常，煤从气化炉的顶部加入，而气化剂(氧或空气和水蒸气)则从炉子的下部供入，因而气固间是逆向流动的。特点是单位容积的煤处理量小，大型化困难。目前，运转中的固定床气化炉主要有鲁奇气化炉和BGC-鲁奇炉两种。2.流化床。流化床气化炉如图1(b)所示，在分散板上供给粉煤，在分散板下送入气化剂(氧、水蒸气)，使煤在悬浮状下进行气化。流化床气化炉不能用灰分融点低的煤，副产焦油少，碳利用率低。3.气流床。气流床气化炉如图1(c)所示，粉煤与气化剂(02、水蒸气)一起从喷嘴高速吹入炉内，快速气化。特点是不副产焦油，生成气中甲烷含量少。气流床气化是目前煤气化技术的主流，代表着今后煤气化技术的发展方向。气流床按照进料方式又可分为湿法进料(水煤浆)气流床和干法进料(煤粉)气流床。前者以德士古气化炉为代表，还有国内开发的多元料浆加压气化炉、多喷嘴(四烧嘴)水煤浆加压气化炉；后者以壳牌气化炉为代表，还有GSP炉以及国内开发的航天炉、两段炉、清华炉、四喷嘴干粉煤炉。三种先进的煤气化工艺我国引进并被广泛采用的三种先进煤气化工艺——鲁奇气化炉、壳牌气化炉、德士古气化炉。I.鲁奇气化炉(结构见图2)属于固定床气化炉的一种。鲁奇气化炉是1939年由德国鲁奇公司设计，经不断的研究改进已推出了第五代炉型，目前在各种气化炉中实绩最好。德国SVZ Schwarze Pumpe公司已将这种炉型应用于各种废弃物气化的商业化装置。我国在20世纪60年代就引进了捷克制造的早期鲁奇炉并在云南投产。1987年建成投产的天脊煤化工集团公司从德国引进的4台直径3800mm的IV型鲁奇炉，先后采用阳泉煤、晋城煤和西山官地煤等煤种进行试验，经过10多年的探索，基本掌握了鲁奇炉气化贫瘦煤生产合成氨的技术，现建成的第五台鲁奇炉已投产，形成了年产45万吨合成氨的能力。国内鲁奇炉在用厂家有云南解放军化肥厂、哈尔滨煤机厂和河南义马煤气厂，在建的厂家有山西潞安矿、新疆广汇和大唐国际等。2.德士古气化炉(结构见图3)属于湿法进料气流床的一种，最早引进该技术的是山东鲁南化肥厂，1993年投产。目前，我国已有山东鲁南、上海焦化、陕西渭化、安徽淮化、金陵石化、南化公司等近30台(套)装置投运，有些已具有10多年运行经验，到目前为止运行基本良好，显示了水煤浆气化技术的先进性。但是，德士古气化炉对煤质限制比较严格，成浆性差和灰分较高，还存在耐火砖成本高、寿命短和煤烧嘴易受磨损等问题。3.壳牌气化炉(结构见图4)属于气流床气化炉的一种，是目前世界煤气化采用最多的炉型之一。这种炉型不仅可用不同种类的煤，包括劣质的次烟煤和褐煤，还可用于生物燃料和废弃物等的气化。壳牌气化工艺于1972年开始研究，1978年在德国汉堡建成中试装置，1987年在美国建成投煤量250 400吨/日的示范装置，1996年在荷兰建成大型IGCC装置，气化炉为单系统操作，日处理煤量2000吨。我国从2006年开始先后有岳阳洞氮、湖北双环和广西柳州等10余家企业引进了 16台该类型气化炉。三、三种先进的煤气化工艺优缺比较由当今各先进的煤气化工艺相比较，壳牌粉煤气化工艺装置最先进(如图4所 示)，但也存在建设投资高、建设周期比较长，配套的给煤、干燥、高压氮气及回炉激冷用合成气加压所需的功耗大。壳牌粉煤气化工艺装置一投入生产，克服壳牌粉煤气化工艺装置的缺点，就成为世界煤气化发明人的新目标。中国煤气化发明人也在其中。我父亲马建新就是典型代表，他提出了克服壳牌粉煤气化工艺装置所有缺点的技术思想用落后型煤气化工艺装置的建设成本达到壳牌粉煤中压气化炉装置的节能、环保效果；节约投资成本80%。4.技术优缺点比较。
气化炉优点缺点
鲁奇鲁奇炉生产能力大，以块煤为原料尤其适应揭生产的合成气中甲烷含量 气化炉煤，碳转化率高，调节负荷方便。高，焦油和苯酚等液状物较
多，生产流程长投资大，结
____构复杂，加工难度大。
壳牌干粉煤进料，煤种适应广，碳转化率高，甲烷投资高，设备造价过高，建 气化炉含量少，氧耗低15%~20%，单炉生产能力大，设周期较长，配套的干燥、 运转周期长，气化热效率高，气化过程无废气磨煤、高压氮气及回炉激冷 排放。用合成气加压所需的功耗
__ 较大。__
挖士古水煤浆进料，对煤种的适应较宽，单炉生产能耗氧量大；投资大；技术费 气化炉力大，碳转化率高，煤气质量好，甲烷含量低，用高。
_废物排放少。__.2009年发明实用新型专利《粉煤近常压造气方法》专利号20092014678和《虹吸给粉煤装置》专利号200920146502。是想用落后型煤气化工艺装置的建设成本达到壳牌粉煤中压气化炉装置的节能、环保效果；节约投资成本80%。但是由于《粉煤近常压造气方法》和《虹吸给粉煤装置》还存在许多技术缺陷而不能用于生产。我经过一年多创新、改进和完善。在今年7月28日向专利局申请了《粉煤常压气化加热给料不完全燃烧器》申请号201020272781. 3，在10月14日又申请了《粉煤常压气化不完全燃烧气化炉》。通过进一步创新、改进和完善，一种由中国人发明的、克服壳牌粉煤中压气化炉装置所有缺点的万能煤气化工艺装置——超常压无激冷气化工艺及其装置问世了。它由《无制氧粉煤超常压无激冷气化工艺及其装置》，也就是无空分装置粉煤超常压无激冷气化工艺及其装置、《富氧粉煤超常压无激冷气化工艺及其装置》、《纯氧粉煤超常压无激冷气化工艺及其装置》等组成。本人将陆续向中国专利局申请十多项专利，进行专利技术保护。
发明内容本实用新型的目的是针对常压煤炭造气、中压煤炭造气炉背景技术所述的不足，特别是克服壳牌纯氧粉煤气化工艺装置(如图6所示)所有的缺点，提出一种无制氧粉煤 超常压、无激冷气化炉，一定比例的粉煤、空气经过加热器加热后，进入气化炉无制氧燃烧器(也即《粉煤常压气化加热给料不完全燃烧器》，已申请专利，申请号201020272718. 3)，粉煤、空气切线进入，旋转混合均匀进入气化炉着火不完全燃烧。炉顶1-2米为着火区，着火区温度在750850，加热的蒸汽在距离气化炉顶2米的中上部反应区炉壁，前后左右四处对称进入气化炉，象壳牌烧嘴一样，确保着火区温度在750850，为稳定反应区温度在1500度左右，产生有效成份(H2+C0)达到66%左右的合成气，提供条件。气化炉和中压锅炉是连体设计；气化炉和中压锅炉炉底部温度都在1300度左右，气化室和中压锅炉煤渣顺炉壁而下，在汽化炉炉底遇水成渣。经破渣机、集渣室、排渣室排出炉外。由于中压锅炉吸收反应热，炉顶出口温度在480度左右，所以不需要当今煤气化激冷系统装置。无激冷、投资少和更节能是本实用新型专利的重要特征之一。本实用新型的技术方案是无制氧粉煤超常压、无激冷气化炉，包括气化炉、气化室、粹渣机、集渣室、排渣室、余热回收锅炉，气化炉和锅炉成连体设计，气化炉的下方依次是粹渣机、集渣室、排渣室，其特征在于还包括粉煤无制氧旋风不完全燃烧器，粉煤无制氧旋风不完全燃烧器位于气化炉的顶部，蒸汽入口在气化炉的中上部反应区炉壁前后左右四处对称布置。一定比例的粉煤、空气经过加热器加热后，进入气化炉炉顶富氧不完全燃烧器(已申请专利，申请号201020272718. 3)，粉煤、空气切线进入，旋转混合均匀进入气化炉旋转不完全燃烧。其有益效果之一是分区燃烧，炉顶1-2米为着火区，着火区温度在750——850度，加热的蒸汽在气化炉中上部反应区炉壁，前后左右四处对称进入气化炉，象壳牌烧嘴一样。无制氧粉煤燃烧器工作温度比壳牌烧嘴工作温度低500度左右，工作比壳牌烧嘴工作更稳定，连续工作周期是壳牌烧嘴工作周期的几倍，完全克服壳牌炉因为烧嘴故障被迫停车，而不能长周期连续生产的缺陷。其有益效果之二是炉顶给料，分区燃烧，完全克服壳牌炉因为烧嘴四周对称喷射给料，高温集中，烧穿冷却壁的重大缺陷。湖北双环公司因为烧穿冷却壁造成一亿多元的损失。如上所述的无制氧粉煤超常压、无激冷气化炉，其特征在于加热的蒸汽入口距离气化炉顶2米的中上部反应区炉壁，前后左右四处对称布置。其有益效果是由于确保着火区温度在750――850度，为稳定反应区温度在1500度左右，产生有效成份(H2+C0)达到66 %左右的合成气,提供条件。如上所述的无制氧粉煤超常压、无激冷气化炉，其特征在于气化炉的中下部和余热回收锅炉成连体设计。气化炉和余热回收中压锅炉炉底部温度都在1300度左右，气化室和余热回收中压锅炉煤渣顺炉壁而下，在汽化炉炉底遇水成渣。经破渣机、集渣室、排渣室排出炉外。其有益效果是由于余热回收中压锅炉吸收反应热，炉顶出口合成气温度在480度左右，所以不需要当今粉煤气化激冷系统装置。完全克服壳牌炉因为激冷系统装置，回炉激冷用合成气加压所用的功耗较大的缺陷。比现在粉煤气化炉更科学、更合理、更节能。

图I各种煤气化炉模式图；图2鲁奇气化炉结构；图3德士古气化炉结构图；图4壳牌气化炉结构图；图5为壳牌纯氧粉煤超中压气化炉图；图6为本实用新型实施例无制氧粉煤超常压、无激冷气化炉图。
具体实施方式
图I中的标记说明I-气化炉、2-粉煤无制氧旋风不完全燃烧器、3-气化室、4-粹渣机、5-集渣室、6-排渣室、7-余热回收锅炉。以下结合本实用新型实施例作进一步说明无制氧粉煤超常压、无激冷气化炉，包括气化炉I、粉煤无制氧旋风不完全燃烧器2，气化室3、粹渣机4、集渣室5、排渣室6、余热回收锅炉7，气化炉I的底部和锅炉7成连体设计，气化炉I的下方依次是粹渣机4、集渣室5、排渣室6，粉煤无制氧旋风不完全燃烧器2位于气化炉I的顶部，蒸汽入口在距离气化炉I顶部2米的中上部反应区炉壁前后左右四处对称布置。一定比例的粉煤、空气、经过加热器加热后，进入气化炉I炉顶无制氧不完全燃烧器2，粉煤、空气切线进入，旋转混合均匀进入气化室3着火不完全燃烧。炉顶1-2米为着火区，着火区温度在750850，加热的蒸汽在距离气化炉顶2米的中上部反应区炉壁，前后左右四处对称进入气化炉,象壳牌烧嘴一样。气化室3中部温度在1500度左右,一定比例的粉煤、空气气、蒸汽不完全燃烧，产生有效成份(H2+C0)达到66%左右的合成气。气化炉和余热回收中压锅炉7是中下部连体设计；气化炉和余热回收中压锅炉7炉底部温度都在1300度左右，气化室3和余热回收中压锅炉7煤渣顺炉壁而下，在汽化炉炉底遇水成渣。经破渣机4、集渣室5、排渣室6排出炉外。合成气出余热回收中压锅炉7后，经加热器、余热低压锅炉、静电除尘器或陶瓷过滤器、水洗塔等工序送净化。权利要求1.无制氧粉煤超常压、无激冷气化炉，包括气化炉、气化室、粹渣机、集渣室、排渣室、余热回收锅炉，气化炉和余热回收锅炉成连体设计，气化炉的下方依次是粹渣机、集渣室、排渣室，其特征在于还包括粉煤无制氧旋风不完全燃烧器，粉煤无制氧旋风不完全燃烧器位于气化炉的顶部，蒸汽入口在气化炉的中上部反应区炉壁前后左右四处对称布置。
2.如权利要求I所述的无制氧粉煤超常压、无激冷气化炉，其特征在于加热的蒸汽入口距离气化炉顶2米的中上部反应区炉壁，前后左右四处对称布置。
3.如权利要求I或2所述的无制氧粉煤超常压、无激冷气化炉，其特征在于气化炉的中下部和余热回收锅炉成连体设计。
专利摘要无制氧粉煤超常压、无激冷气化炉，包括气化炉1、气化室3、粹渣机4、集渣室5、排渣室6、余热回收锅炉7，气化炉1和锅炉7成连体设计，炉体1的下方依次是粹渣机4、集渣室5、排渣室6，其特征在于还包括粉煤无制氧旋风不完全燃烧器2，粉煤无制氧旋风不完全燃烧器2位于炉体1的顶部，蒸汽入口在气化炉1的中上部反应区炉壁前后左右四处对称布置。本实用新型使用无制氧粉煤不完全燃烧器，完全克服现在炉因为烧嘴故障被迫停车检修的缺陷；气化炉和余热中压锅炉是连体设计；无激冷系统，比现在粉煤气化炉更科学、更合理、更节能。投资省、易于控制、安全性能高，有利于节约能源和保护环境，产生巨大的经济效益。
文档编号C10J3/50GK202369554SQ20102059008
公开日2012年8月8日 申请日期2010年11月4日 优先权日2010年11月4日
发明者马超 申请人:马超