一种气化剂多级供入强旋转煤粉气化装置及其气化方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种煤粉气化装置及其气化方法，具体涉及一种气化剂多级供入强旋转煤粉气化装置及其气化方法。
【背景技术】
[0002]煤气化技术是高效清洁的洁净煤技术。当前的煤气化技术主要分为移动床气化、流化床气化、气流床气化和熔融床气化四类。其中，气流床气化技术因其气化强度高、生产能力大、碳转化率高等优点已成为现在煤气化技术的主要发展方向。气流床气化有两个主要特点，一是运行温度高，为1300?1600°C，炉内形成的灰渣为液态，排渣方式为液态排渣；另外一个特点是采用“以渣抗渣”技术来保护炉壁和减少热损失。气流床气化炉存在主要问题是:(I)烧嘴寿命短。煤粉气化炉的烧嘴寿命一般只有一年左右。(2)气化炉内壁面容易烧损。以上问题导致气化炉经常停车，而气化炉作为化工企业的生产源头，一旦停车，导致整个生产线全部停运，整个生产线停运一次给企业造成巨额经济损失。例如:一套造气量80000Nm3/h的煤气化生产线停运一次经济损失达4000万元以上。
[0003]综上所述，现有的气流床气化炉存在烧嘴寿命短、气化炉壁面挂渣不均匀，造成气化炉内壁面烧损、腐蚀的问题。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为了解决现有的气流床气化炉存在烧嘴寿命短、气化炉壁面挂渣不均匀，造成气化炉内壁面烧损、腐蚀的问题，进而提供一种气化剂多级供入强旋转煤粉气化装置及其气化方法。
[0005]本发明的技术方案是:一种气化剂多级供入强旋转煤粉气化装置包括煤粉烧嘴、气化炉体、气化炉膛、合成气通道和渣池，气化炉膛安装在气化炉体内，煤粉烧嘴安装在气化炉体的上端并与气化炉体的气化炉膛连通，合成气通道密封插接在气化炉体的中下部，渣池位于气化炉体内的底部，它还包括多个气化剂喷管和两个旋流叶片，煤粉烧嘴在同轴径向方向上由内至外依次开设环形的煤粉通道和环形的气化剂通道，两个旋流叶片分别安装在环形的煤粉通道的近火端和环形的气化剂通道的近火端，多个气化剂喷管沿高度方向密封插装在气化炉膛内，同时，多个气化剂喷管沿气化炉体的圆周方向错列或均匀布置。
[0006]本发明还提供了一种使用气化剂多级供入强旋转煤粉气化装置的气化方法，包括以下步骤:
[0007]步骤一:设定气化炉膛内参数；
[0008]设定气化炉膛内部压力为0.1?4MPa，气化炉膛的运行温度为1250?1600°C ；
[0009]步骤二:送入干煤粉；
[0010]温度为25?100°C的干煤粉由氮气或二氧化碳携带以旋流方式经煤粉烧嘴上的煤粉通道送入气化炉膛内部，占总量10%?40%的温度为20?400°C的气化剂(氧气和水蒸气)以旋流的方式经煤粉烧嘴上的气化剂通道喷入炉膛内部，气化剂与煤粉在炉顶区域同向旋转向下混合流动；
[0011]步骤三:干煤粉燃烧形成熔渣；
[0012]煤粉与气化剂混合气流接触到中心回流区卷吸回来的高温合成气后，被其点燃，在炉膛顶部燃烧形成熔渣；
[0013]步骤四:熔渣在气化炉内发生气化反应；
[0014]剩余占总量60%?90%的温度为20?400°C的气化剂通过所述侧壁面气化剂喷口以100?200m/s的速度分级切向喷入炉膛，高速的气化剂气流冲入炉膛后形成强烈旋转气流，在离心力的作用下，70%-80%的熔渣被甩到炉壁面形成较厚的渣层，渣层均匀，旋转气流不断冲刷炉膛壁面上的渣层，并与其发生强烈气化反应；
[0015]步骤五:排渣；
[0016]气化生成的粗煤气通过所述合成气通道流出炉膛，生成的灰渣沿壁面流入渣池，冷却后通过底部排渣口排出气化炉。
[0017]本发明与现有技术相比具有以下效果:
[0018]—、本发明中渣层由离心力作用形成。如图10所示，现有技术中，煤粉与气化剂均从气化炉顶部喷入炉膛，煤粉进入炉膛后在高温下形成熔渣，熔渣与气化剂气流一起同向一般以直流的方式流向炉膛底部。在流动过程中，只有少量的壁面附近的熔渣由于气流脉动粘到壁面上形成渣膜；而本发明中，煤粉从气化炉顶部喷入，煤粉进入炉膛后在高温下形成熔渣，以100?200m/s的速度分级切向喷入炉膛的气化剂在炉内形成强烈的旋转气流，熔渣与气化剂一起在近壁面区高速旋转向下流动，约80%的熔渣受强旋产生的离心力作用不断地被甩在壁面上形成渣层。
[0019]二、本发明中粘附在炉壁上的渣量多，渣层厚度大。现有技术中，煤粉与气化剂均从气化炉顶部喷入炉膛，煤粉进入炉膛后在高温下形成熔渣，熔渣与气化剂气流一起同向一般以直流的方式流向炉膛底部。在流动过程中，只有少量的壁面附近的熔渣由于气流脉动粘到壁面上形成渣膜，离壁面较远处的熔渣无法粘到壁面上，因此只有约10%左右的熔渣能够粘到壁面形成渣膜，由于粘附在炉壁上的渣量小，导致壁面渣膜较薄，一般渣膜厚度为2?3mm ;本发明依靠离心力将熔渣甩到壁面形成渣层，60%?90%气化剂以100?200m/s的速度分级切向喷入炉膛3，形成强烈的旋转气流，产生的离心力足以将熔渣甩在壁面上形成渣层，气化过程中约占80%左右的熔渣都被甩在壁面上形成渣层，由于粘附在炉壁上的渣量多，因此壁面渣层较厚，渣层厚度可达5?6_。
[0020]三、本发明中壁面渣层厚度比较均匀。现有技术中，煤粉与气化剂均从气化炉顶部喷入炉膛，煤粉进入炉膛后在高温下形成熔渣，熔渣与气化剂气流一起同向一般以直流的方式流向炉膛底部。在流动过程中，只有少量的壁面附近的熔渣由于气流脉动粘到壁面上形成渣膜，离壁面较远处的熔渣无法粘到壁面上，因此只有约10%左右的熔渣能够粘到壁面形成渣膜，由于粘附在炉壁上的渣量小，当沿气化炉圆周方向的气量分布不均时，沿圆周方向壁面熔渣粘附情况不均，导致圆周方向壁面渣膜厚度不均匀。而本发明中，煤粉从气化炉顶部喷入，煤粉进入炉膛后在高温下形成熔渣，以100?200m/s的速度分级切向喷入的气化剂在炉内形成强烈的旋转气流，熔渣与气化剂一起在近壁面区高速旋转向下流动。本发明中气流速度高，湍流强度大，有利于气化剂与熔渣的混合。熔渣与气化剂沿圆周方向混合均匀后在强旋产生的离心力作用下甩到壁面形成渣层，壁面渣层厚度比较均匀。
[0021]四、本发明能更有效保护气化炉内壁面。壁面渣层主要成分为二氧化硅，二氧化硅导热系数为7.6W/mk，常用耐火砖的导热系数为20?28W/mk，渣层导热系数比耐火砖小很多，因此渣层的隔热效果好。现有技术中壁面渣膜较薄，渣膜厚度一般为2?3_，而且沿圆周方向渣膜厚度不均匀，易导致部分内壁面没有渣膜覆盖，气化炉内壁面裸露于高温烟气环境中，容易出现超温而被烧损。气化炉内气体中含有60%?70%的一氧化碳，高温的一氧化碳为腐蚀性气体，气化炉内壁面裸露于高温且富含一氧化碳的环境下，容易发生化学腐蚀。本发明中壁面渣层厚，渣层厚度高达5?6_，是现有技术的2?3倍，同时渣层厚度比较均匀，避免气化炉内壁面裸露于高温烟气中，更能有效保护气化炉内壁面不被高温气体烧损；而且较厚的渣层将气化炉内壁面与炉内气体(含有60%?70%的一氧化碳)隔开，能保护气化炉内壁面不受一氧化碳气体的化学腐蚀。
[0022]五、本发明氧气消耗量少。现有技术中壁面挂渣薄而且不均匀，渣膜厚度一般为2?3_ ;本发明中壁面挂渣厚且均勾，渣层厚度高达5?6_，是现有技术的2?3倍，而渣层导热系数小，隔热性好，因此本发明能够减小壁面热损失。碳与氧气反应生成一氧化碳放热112.lkj/mol，碳与氧气反应生成二氧化碳放热395kJ/mol，显然碳与氧气反应生成二氧化碳放热是生成一氧化碳放出的热量的3.52倍。煤粉气化需要在较高温度(1250?1600°C )下才能迅速反应，虽然期望得到的煤气化产物是一氧化碳，但为了维持较高炉内温度，必须通入过量的氧气生成二氧化碳来提高温度。现有技术中壁面热损失较大，实际运行时调整氧原子与碳原子的当量比为1.05?1.1时，也就是说多通入5%?10%的氧气生成二氧化碳维持炉温。而本发明中渣层厚，壁面热损失小，调整氧原子与碳原子的当量比为1.01?1.05即可维持同样