专利名称：一种两段式气流床固态排渣气化装置的制作方法
技术领域：
本实用新型总体涉及含碳原料生产煤气的气化装置，具体涉及两段式气流床固态排渣气化装置。
背景技术：
煤炭气化是煤炭清洁高效转化的关键技术，并随着煤制油煤化工项目的建设而得到迅速发展。煤炭气化技术中的移动床、流化床和气流床气化各有优缺点，均在我国得到不同程度的工业应用。对大规模的煤制油化工项目，气流床气化技术因其气化能力高、环境友好而得到了更多的应用，也是目前国内开发的重点领域之一。其中，气流床气化的共同特点是高温、加压、入料粒度细，但因为进料形式、炉壳内衬、烧嘴数量及布置迥异，因此形成了不同技术风格。国外的气流床气化技术包括考伯 斯-托切克气化炉(K-T炉)、GE/Texaco炉(GE-德士古公司)、Shell炉(壳牌公司)、Prenflo炉(加压气流床气化工艺，Pressure Entrained Flow Gasif ication)、GSP炉(杰斯菲克公司)、E-gas炉(康菲公司)、三菱炉(三菱公司)等。国内的气流床气化技术包括华东理工大学开发的对置式多喷嘴、西安热工院开发的两段式干粉气化、清华大学开发的非熔渣熔渣气化、航天炉、多原料浆、神华集团开发的多喷嘴气化等气流床气化技术。气流床气化技术按照进料方式大体可分为干粉进料和水煤浆进料两种方式，均已实现工业化。在国外主要用于整体煤气化联合循环(IGCC)发电、生产化产等，也有规划拟用于煤制油、天然气生产。国内主要用于煤制油、煤化工项目。水煤浆气化炉具有压力高、造价相对低、炉型结构简单等特点，但煤种适应性不强、温度低。干煤粉气化炉的煤种适应性广、效率高，但系统相对复杂、造价更高。目前商业化使用的气流床气化炉均采用了液态排渣方式，因此操作温度必须大于灰渣的流动温度(FT)50-150°C以上。而国内山西、河南、安徽和山东等地均存在一些高灰分含量高流动温度(FT)的煤种，有的甚至达到1600-1700°C，且有些煤种即使加入助熔剂仍无法将流动温度(FT)降至1400°C以下。这些煤种如使用液态排渣气化技术，则为使灰渣液化需要消耗大量的氧气，增加运行成本，另外很高的操作温度将导致耐火材料的损坏，存在一定风险。而如采用干法排灰技术则可以在相对低的温度下操作，减少氧气消耗量。但因煤质相对较差，灰分含量高，如温度过低，则将使灰渣含碳量增加，降低碳转化率。为此，迫切需要开发一种既能干法排灰又能保证较高碳转化率的两段式气流床气化炉。目前的国内的气流床两段炉主要有清华大学开发的非熔渣-熔渣工艺热壁炉和西北热工院开发的两段炉技术，国外有E-gas两段式水煤浆气化技术和三菱气化技术等。但这些气化技术目前商业化后均采用了液态排渣技术，适合流动温度FT较低(或添加助熔剂可降低FT)的煤。而其申请的有关干法排灰技术如中国实用新型专利CN201065399Y和中国发明专利申请号200710017906. 4等均没有提到二次补燃和气化的问题。为此，对于新的适合高灰熔点干法排灰的气化技术具有持续的需要，以克服现有技术所存在的因煤质相对较差，灰分含量高，如温度过低，则将使灰渣含碳量增加，降低碳转化率等问题。
实用新型内容为了解决现有技术存在的问题，本实用新型的目的是提供一种新型适合高灰熔点干法排灰的气化技术，以克服现有技术所存在的因煤质相对较差，灰分含量高，如温度过低，则将使灰渣含碳量增加，降低碳转化率等缺点。因此，在一个方面，本实用新型提供了一种两段式气流床固态排渣气化装置，包括承压外壳，在承压外壳内部设置有耐热衬里，承压外壳与其内设置的耐热衬里具有上部区段、下部区段、位于上部区段与下部区段之间的第一缩颈部、以及位于下部区段下方的第二缩颈部；以及激冷及煤气排出室，激冷及煤气排出室设置于承压外壳的下部，并通过第二缩颈 部与承压外壳的下部区段联通，激冷及煤气排出室具有激冷水进口煤气出口，和下排渣Π ；其中，承压外壳与其内设置的耐热衬里的上部区段构成一段煤燃烧/气化反应室，并且在一段煤燃烧/气化反应室顶部设置有第一煤和气化剂烧嘴，在一段煤燃烧/气化反应室的承压外壳侧面的同一水平面上对称设置多个第二煤/气化剂烧嘴，承压外壳与其内设置的耐热衬里的下部区段构成第二段补充燃烧气化室，并且在第二段补充燃烧气化室的承压外壳侧面的同一水平面上对称设置至少两个氧气或少量气化剂烧嘴，至少两个氧气或少量气化剂烧嘴在第二段补充燃烧气化室内部处于水平或斜向上的方向，一段煤燃烧/气化反应室和第二段补充燃烧气化室通过第一缩颈部联通。优选地，根据本实用新型的两段式气流床固态排渣气化装置，其中，耐热衬里被设置为管式水冷壁或耐火砖衬里。优选地，根据本实用新型的两段式气流床固态排渣气化装置，其中，多个第二煤/气化剂烧嘴沿气化炉的承压外壳的同一水平面均匀布置在一段煤燃烧/气化反应室的上部，至少两个氧气或少量气化剂烧嘴沿气化炉的承压外壳的同一水平面均匀布置在第二段补充燃烧气化室的中部。更优选地，根据本实用新型的两段式气流床固态排渣气化装置，其中，至少两个氧气或少量气化剂烧嘴在第二段补充燃烧气化室内部处于水平或斜向上的方向形成0-45°倾角，且至少两个氧气或少量气化剂烧嘴的每一个的倾角相同。更优选地，根据本实用新型的两段式气流床固态排渣气化装置，其中，在一段煤燃烧/气化反应室上部约四分之一处至五分之二处之间的承压外壳侧面的同一水平面上对称布置4-10个第二煤/气化剂烧嘴，在第二段补充燃烧气化室的承压外壳中部侧面的同一水平面上对称布置2-4个氧气或少量气化剂烧嘴。优选地，根据本实用新型的两段式气流床固态排渣气化装置，其中，第一煤/气化剂烧嘴和多个第二煤/气化剂烧嘴是分别输送选自煤或其它含碳物质的第一气化原料与选自氧气或富氧空气以及可选的水蒸气或CO2的第一气化剂的烧嘴，至少两个氧气或少量气化剂烧嘴是输送选自氧气、富氧空气、和可选地少量水蒸气或二氧化碳、氧气、富氧空气、及可选地煤气和少量水蒸气的第二气化剂烧嘴。优选地，根据本实用新型的两段式气流床固态排渣气化装置，其中一段煤燃烧/气化反应室和第二段补充燃烧气化室之间的体积比大致为5:1-1:1，更优选为3:1-5:2。在另一方面，本实用新型还提供了一种含碳物质的气化方法，其中，包括分别通过在两段式气流床固态排渣气化装置的一段煤燃烧/气化反应室顶部设置的第一煤和气化剂烧嘴和在一段煤燃烧/气化反应室的承压外壳侧面的同一水平面上对称设置的多个第二煤/气化剂烧嘴将第一气化原料和第一气化剂喷射入由上部区段构成的气化炉的一段煤燃烧/气化反应室内，第一气化原料与第一气化剂在第一预定温度与第一预定压力下进行反应，以获得一段反应产物、固态灰渣及剩余未反应原料，并下行进入两段式气流床固态排渣气化装置的第二段补充燃烧气化室；通过在两段式气流床固态排渣气化装置的第二段补充燃烧气化室侧面的同一水平面上对称设置的至少两个氧气或少量气化剂烧嘴将第二气化剂喷射入由下部区段构成 的气化炉的第二段补充燃烧气化室，下行的一段反应产物及未反应原料与第二气化剂在第二段燃烧室上部形成的还原层和燃烧区内在第二预定温度与第二预定压力下发生燃烧和气化反应，以获得第二段反应产物和固态灰渣；其中，所获得的第二段反应产物和固态灰渣进入激冷及煤气排出室，其中产生的气体产物通过煤气出口排出，而其中的固态灰渣进入激冷及煤气排出室中的激冷水中被激冷，经激冷水激冷后的固态灰渣和部分激冷水通过下排渣口排出。优选地，根据本实用新型的含碳物质的气化方法，其中第一气化原料选自煤或其它含碳物质，为干粉或浆料形式，第一气化剂选自氧气、富氧空气以及可选的水蒸气或CO2,第二气化剂选自氧气和可选地少量水蒸气或二氧化碳、氧气和煤气及可选地少量水蒸气，第一预定温度为1300-1700°C，第一预定压力为O. Ι-lOMPa，第二预定温度比第一预定温度高50-20(TC，第二预定压力与第一预定压力接近相等，以及两段式气流床固态排渣气化装置的煤气出口的温度为200_300°C， 所使用的第二气化剂中的氧气量为所使用的第一气化剂和第二气化剂中的氧气总量的5%-30%。优选地，根据本实用新型的气化方法，其中浆料形式的第一气化原料为水煤浆或油煤浆。更优选地，根据本实用新型的含碳物质的气化方法，其中第一气化原料为干煤粉，干煤粉的平均粒径为O. 1-100 μ m，干煤粉以氮气或二氧化碳作为输送介质，第一气化剂选自氧气或富氧空气及可选的少量水蒸气，使用的第二气化剂中的氧气量为使用的第一气化剂和第二气化剂中的氧气总量的 5%-30%。更优选地，根据本实用新型的含碳物质的气化方法，包括将选自粒径为O. 1-100 μ m的干煤粉或浓度为60%_70%的水煤浆的第一气化原料
和选自氧气或富氧空气及可选的预定量的水蒸气或二氧化碳的第一气化剂分别通过在两段式气流床固态排渣气化装置I的一段煤燃烧/气化反应室顶部设置的第一煤和气化剂烧嘴和在一段煤燃烧/气化反应室的承压外壳侧面的同一水平面上对称设置的多个第二煤/气化剂烧嘴喷射入由上部区段构成的气化炉的一段煤燃烧/气化反应室内进行反应，生成以CO和H2为主的粗煤气并形成固态灰渣；所形成的固态灰渣及未反应的煤或焦在生成的粗煤气夹带下行进入两段式气流床固态排渣气化装置的第二段补充燃烧气化室，选自氧气、富氧空气、和可选地少量水蒸气或二氧化碳、氧气、富氧空气、及可选地煤气和少量水蒸气的第二气化剂通过在两段式气流床固态排渣气化装置的第二段补充燃烧气化室侧面的同一水平面上对称设置的至少两个氧气或少量气化剂烧嘴喷射入由下部区段构成的气化炉的第二段补充燃烧气化室内，与由一段煤燃烧/气化反应室下行的粗煤气中的合成气和未反应完的煤或焦进行接触，在第二段补充燃烧气化室上部形成还原层和燃烧区以使未反应完的煤或焦直接发生燃烧和气化反应;反应后的灰分形成固态渣排至激冷及煤气排出室，其中形成的气体产物经激冷后由激冷及煤气排出室的煤气出口排出，固态渣经激冷后由激冷及煤气排出室的下排渣口排 出。其中，两段式气流床固态排渣气化装置的一段煤燃烧/气化反应室和第二段补充燃烧气化室的压力范围为O. Ι-lOMPa，一段煤燃烧/气化反应室温度控制为1300°C 13500C，而第二段补充燃烧气化室的温度控制为1350-1550°C，两段式气流床固态排渣气化装置的煤气出口的温度为200-300°C，使用的第二气化剂中的氧气量为使用的第一气化剂和第二气化剂中的氧气总量的5%-30%。在第三方面，本实用新型提供了两段式气流床固态排渣气化装置在含碳物质的气化方法中的应用。尤其是，本实用新型的两段式气流床固态排渣气化装置在含碳物质，如干煤粉、水煤浆和油煤浆，或其他生物质粉末的气化方法中的应用。其中的其他生物质粉末可以是庄稼秸杆、芦苇、灌木、速生林林木等的粉末。具体而言，本实用新型的两段式气流床固态排渣气化装置，包括承压外壳、自上而下沿轴向设置的一段煤燃烧/气化反应室、第二段补充燃烧气化室激冷及煤气排出室。所说的承压外壳内部设有管式水冷壁或耐火砖衬里，一段煤燃烧/气化反应室和第二段补充燃烧气化室通过缩口联通。本实用新型气化装置在气化炉顶部设置第一煤/气化剂烧嘴、在煤燃烧气化反应室外壳侧面设置对称布置的煤/气化剂烧嘴，在第二段燃烧室对称布置气化剂烧嘴。即对一段燃烧/气化反应室，在顶部布置煤和气化剂烧嘴，在气化炉上部侧面同一水平面上对称布置4-10个煤/气化剂烧嘴；在气化炉第二段补充燃烧气化室，在同一水平面上对称布置2-4个氧气或少量气化剂烧嘴，烧嘴水平或向上，角度为0-45°。在第二段燃烧气化室下部联通设置激冷和煤气出口。本实用新型设置一段燃烧气化室的目的是将煤中反应活性高的部分与顶部烧嘴和侧部烧嘴喷入的气化剂如氧气和水蒸气或CO2进行燃烧和气化反应。设置顶置煤/气化剂烧嘴的目的是可以将干煤粉或水煤浆与气化剂氧气、二氧化碳或水蒸气同时喷入炉内参加气化反应，达到提前预混的效果，使反应更加充分。气化所用原料可以是煤或其它含碳物质，可以干粉或浆料形式加入气化炉。气化剂为氧气或富氧空气、蒸汽或二氧化碳。所说的烧嘴如使用干煤粉进料，可使用氮气或二氧化碳作输送介质，氧气(或加少量水蒸气)为气化剂；如使用水煤浆或油煤浆，则以氧气为气化剂。所说的气化剂烧嘴，除了氧气或富氧空气进料外，还可配入适量水蒸气或二氧化碳。设置第二补充燃烧气化室的目的是通入氧气和水蒸气或二氧化碳，或通入氧气和煤气及少量水蒸气，其目的是将未反应的碳进一步参加反应，从而提高碳转化率。为此需要使该处温度高于一段反应室。本气化装置的操作压力范围为O. Ι-lOMPa,上部一段燃烧/气化反应区温度为1300-1700°C，第二段燃烧区温度比一段高50-200°C，气化炉煤气出口温度为200_300°C。
图I是本实用新型的一种实施方式的两段式气流床固态排渣气化装置的示意图。
具体实施方式
·以下提供了本实用新型的具体实施方式
。本领域技术人员应该理解其中实施方式仅是为了说明的目的，不应被视为以任何方式限制由权利要求所限定的本实用新型的范围。因此，在一个具体实施方式
中，本实用新型提供了一种两段式气流床固态排渣气化装置I，包括承压外壳10,在承压外壳内部设置有耐热衬里12,承压外壳10与其内设置的耐热衬里12具有上部区段100、下部区段200、位于上部区段100与下部区段200之间的第一缩颈部300、以及位于下部区段200下方的第二缩颈部500 ；以及激冷及煤气排出室60，激冷及煤气排出室60设置于承压外壳10的下部，并通过第二缩颈部500与承压外壳10的下部区段200联通，激冷及煤气排出室60具有激冷水进口620煤气出口 650，和下排渣口 680 ；其中，承压外壳10与其内设置的耐热衬里12的上部区段100构成一段煤燃烧/气化反应室100，并且在一段煤燃烧/气化反应室100顶部设置有第一煤和气化剂烧嘴150，在一段煤燃烧/气化反应室100的承压外壳10侧面的同一水平面上对称设置多个第二煤/气化剂烧嘴160，承压外壳10与其内设置的耐热衬里12的下部区段200构成第二段补充燃烧气化室200，并且在第二段补充燃烧气化室200的承压外壳10侧面的同一水平面上对称设置至少两个氧气或少量气化剂烧嘴220，至少两个氧气或少量气化剂烧嘴220在第二段补充燃烧气化室200内部处于水平或斜向上的方向，一段煤燃烧/气化反应室100和第二段补充燃烧气化室200通过第一缩颈部300联通。在一优选实施方式中，根据本实用新型的两段式气流床固态排渣气化装置1，其中，耐热衬里12被设置为管式水冷壁或耐火砖衬里。在一优选实施方式中，根据本实用新型的两段式气流床固态排渣气化装置1，其中，多个第二煤/气化剂烧嘴160沿气化炉的承压外壳10的同一水平面均匀布置在一段煤燃烧/气化反应室100的上部，至少两个氧气或少量气化剂烧嘴220沿气化炉的承压外壳10的同一水平面均匀布置在第二段补充燃烧气化室200的中部。在一更优选实施方式中，根据本实用新型的两段式气流床固态排渣气化装置1，其中，至少两个氧气或少量气化剂烧嘴220在第二段补充燃烧气化室200内部处于水平或斜向上的方向形成0-45°的倾角，且至少两个氧气或少量气化剂烧嘴220的每一个的倾角相同。进一步优选地，至少两个氧气或少量气化剂烧嘴220在第二段补充燃烧气化室200内部处于水平或斜向上的方向形成0-35° 或10-45°的倾角，且至少两个氧气或少量气化剂烧嘴220的每一个的倾角相同。在一更优选实施方式中，根据本实用新型的两段式气流床固态排渣气化装置1，其中，在一段煤燃烧/气化反应室100上部约四分之一处至五分之二处之间的承压外壳10侧面的同一水平面上对称布置4-10个第二煤/气化剂烧嘴160，在第二段补充燃烧气化室200的承压外壳10中部侧面的同一水平面上对称布置2-4个氧气或少量气化剂烧嘴220。在一更优选实施方式中，根据本实用新型的两段式气流床固态排渣气化装置1，其中，第一煤/气化剂烧嘴150和多个第二煤/气化剂烧嘴160是分别输送选自煤或其它含碳物质的第一气化原料与选自氧气或富氧空气以及可选的水蒸气或CO2的第一气化剂的烧嘴，至少两个氧气或少量气化剂烧嘴220是输送选自氧气、富氧空气、和可选地少量水蒸气或二氧化碳，氧气、富氧空气、及可选地煤气和少量水蒸气的第二气化剂烧嘴。尤其是，第一煤/气化剂烧嘴150和多个第二煤/气化剂烧嘴160是分别输送例如煤或水煤浆或油煤浆的第一气化原料与选自纯氧或富氧空气以及可能存在的水蒸气或CO2的第一气化剂的烧嘴。至少两个氧气或少量气化剂烧嘴220是输送如纯氧、富氧空气、和可能存在的少量水蒸气或二氧化碳，纯氧、富氧空气、及可能存在的煤气和少量水蒸气的第二气化剂烧嘴。在一更优选实施方式中，根据本实用新型的两段式气流床固态排渣气化装置1，其中一段煤燃烧/气化反应室100和第二段补充燃烧气化室200之间的体积比大致为
更优选为 3:1-5:2。在另一具体实施方式
中，本实用新型提供了一种利用本实用新型的两段式气流床固态排渣气化装置用于含碳物质的气化方法，其中，包括分别通过在两段式气流床固态排渣气化装置I的一段煤燃烧/气化反应室100顶部设置的第一煤和气化剂烧嘴150和在一段煤燃烧/气化反应室100的承压外壳10侧面的同一水平面上对称设置的多个第二煤/气化剂烧嘴160将第一气化原料和第一气化剂喷射入由上部区段100构成的气化炉的一段煤燃烧/气化反应室100内，第一气化原料与第一气化剂在第一预定温度与第一预定压力下进行反应，以获得一段反应产物、固态灰渣及剩余未反应原料，并下行进入两段式气流床固态排渣气化装置I的第二段补充燃烧气化室200 ；通过在两段式气流床固态排渣气化装置I的第二段补充燃烧气化室200侧面的同一水平面上对称设置的至少两个氧气或少量气化剂烧嘴220将第二气化剂喷射入由下部区段200构成的气化炉的第二段补充燃烧气化室200，下行的一段反应产物及未反应原料与第二气化剂在第二段燃烧室上部形成的还原层和燃烧区内在第二预定温度与第二预定压力下发生燃烧和气化反应，以获得第二段反应产物和固态灰渣；[0067]其中，所获得的第二段反应产物和固态灰渣进入激冷及煤气排出室60，其中产生的气体产物通过煤气出口 650排出，而其中的固态灰渣进入激冷及煤气排出室60中的激冷水中被激冷，经激冷水激冷后的固态灰渣和部分激冷水通过下排渣口 680排出。在一优选实施方式中，根据利用本实用新型的两段式气流床固态排渣气化装置的含碳物质的气化方法，其中第一气化原料选自煤或其它含碳物质，为干粉或浆料形式，第一气化剂选自纯氧气、富氧空气以及可选的水蒸气或CO2, 第二气化剂选自纯氧气和可选地少量水蒸气或二氧化碳、氧气和煤气及可选地少量水蒸气，第一预定温度为1300-1700°C，第一预定压力为O. Ι-lOMPa，第二预定温度比第一 预定温度高50-20(TC，第二预定压力与第一预定压力接近相等，以及两段式气流床固态排渣气化装置I的煤气出口 650的温度为200_300°C，所使用的第二气化剂中的氧气量为所使用的第一气化剂和第二气化剂中的氧气总量的5%-30%。在一更优选实施方式中，利用本实用新型的两段式气流床固态排渣气化装置的气化方法，其中浆料形式的第一气化原料为水煤浆或油煤浆。在一更优选实施方式中，根据本实用新型的含碳物质的气化方法，其中第一气化原料为干煤粉，干煤粉的平均粒径为O. 1-100 μ m，干煤粉以氮气或二氧化碳作为输送介质，第一气化剂选自氧气或富氧空气及可选的少量水蒸气，使用的第二气化剂中的氧气量为使用的第一气化剂和第二气化剂中的氧气总量的 5%-30%。在一更优选实施方式中，利用本实用新型的两段式气流床固态排渣气化装置的含碳物质的气化方法，包括 将选自粒径为O. 1-100 μ m的干煤粉或浓度为60%_70%的水煤浆的第一气化原料和选自氧气或富氧空气及可选的预定量的水蒸气或二氧化碳的第一气化剂分别通过在两段式气流床固态排渣气化装置I的一段煤燃烧/气化反应室100顶部设置的第一煤和气化剂烧嘴150和在一段煤燃烧/气化反应室100的承压外壳10侧面的同一水平面上对称设置的多个第二煤/气化剂烧嘴160喷射入由上部区段100构成的气化炉的一段煤燃烧/气化反应室100内进行反应，生成以CO和H2为主的粗煤气并形成固态灰渣；所形成的固态灰渣及未反应的煤或焦在生成的粗煤气夹带下行进入两段式气流床固态排渣气化装置I的第二段补充燃烧气化室200，选自氧气、富氧空气、和可选地少量水蒸气或二氧化碳，氧气、富氧空气、及可选地煤气和少量水蒸气的第二气化剂通过在两段式气流床固态排渣气化装置I的第二段补充燃烧气化室200侧面的同一水平面上对称设置的至少两个氧气或少量气化剂烧嘴220喷射入由下部区段200构成的气化炉的第二段补充燃烧气化室200内，与由一段煤燃烧/气化反应室100下行的粗煤气中的合成气和未反应完的煤或焦进行接触，在第二段补充燃烧气化室200上部形成还原层和燃烧区以使未反应完的煤或焦直接发生燃烧和气化反应；反应后的灰分形成固态渣排至激冷及煤气排出室60，其中形成的气体产物经激冷后由激冷及煤气排出室60的煤气出口 650排出，固态渣经激冷后由激冷及煤气排出室60的下排渣口 680排出。其中，两段式气流床固态排渣气化装置I的一段煤燃烧/气化反应室100和第二段补充燃烧气化室200的压力范围为O. Ι-lOMPa，一段煤燃烧/气化反应室100温度控制为1300°C 1350°C，而第二段补充燃烧气化室200的温度控制为1350_1550°C，两段式气流床固态排渣气化装置I的煤气出口 650的温度为200-300°C，使用的第二气化剂中的氧气量为使用的第一气化剂和第二气化剂中的氧气总量的5%-30%。在第三具体实施方式
中，提供了利用本实 用新型的两段式气流床固态排渣气化装置在含碳物质的气化方法中的应用。尤其是，利用本实用新型的两段式气流床固态排渣气化装置在含碳物质，如干煤粉、水煤浆和油煤浆，或其他生物质粉末的气化方法中的应用。其中的其他生物质粉末可以是庄稼秸杆、芦苇、灌木、速生林林木等的粉末。为便于理解，以下参照附图对本实用新型的两段式气流床固态排渣气化装置及其处理方法进行具体描述。但本实用新型的范围并不应因此而受到限制。实施例I参照图1，本实用新型的一种实施方式的两段式气流床固态排渣气化装置1，包括承压外壳10,在承压外壳内部设置有耐热衬里12,承压外壳10与其内设置的耐热衬里12具有上部区段100、下部区段200、位于上部区段100与下部区段200之间的第一缩颈部300、以及位于下部区段200下方的第二缩颈部500 ；以及激冷及煤气排出室60，激冷及煤气排出室60设置于承压外壳10的下部，并通过第二缩颈部500与承压外壳10的下部区段200联通，激冷及煤气排出室60具有激冷水进口620煤气出口 650，和下排渣口 680 ；其中，承压外壳10与其内设置的耐热衬里12的上部区段100构成一段煤燃烧/气化反应室100，并且在一段煤燃烧/气化反应室100顶部设置有第一煤和气化剂烧嘴150，在一段煤燃烧/气化反应室100的承压外壳10侧面的同一水平面上对称设置多个第二煤/气化剂烧嘴160，承压外壳10与其内设置的耐热衬里12的下部区段200构成第二段补充燃烧气化室200，并且在第二段补充燃烧气化室200的承压外壳10侧面的同一水平面上对称设置至少两个氧气或少量气化剂烧嘴220，至少两个氧气或少量气化剂烧嘴220在第二段补充燃烧气化室200内部处于水平或斜向上的方向，一段煤燃烧/气化反应室100和第二段补充燃烧气化室200通过第一缩颈部300联通。与现有气流床气化技术相比，采用固态排渣不仅扩大了煤种实用范围，而且与液态排渣气化相比消耗的氧气量要降低。另外本实用新型采用两段式气化炉，在第二段燃烧气化室增设了气化剂烧嘴，从而使在一段燃烧/气化反应室未反应完的煤在第二段得到充分气化，能有效的提高碳转化率。并且第二段的烧嘴有相应倾角，在气化过程中会在燃烧气化室内形成相应的对流气团，增加未反应煤与气化剂的接触面积，并增加停留时间，相应提高气化炉的产气能力。[0097]如图I所示，本实用新型的两段式气流床固态排渣气化装置I具体包括如下构件自上往下沿轴向依次为排渣气化装置I顶部设置的第一煤/气化剂烧嘴150、具有第一缩颈部300的承压外壳10、承压外壳10内部的耐热内衬12、第一缩颈部300，以上各部件构成了一段燃烧/气化反应室100 (即上部区段100)，在第一缩颈部300以上的承压外壳10侧部的第二煤/气化剂烧嘴160 ;在第一缩颈部300以下和第二缩颈部500以上的承压外壳10、和承压外壳10内部的耐热内衬12构成的第二段补充燃烧气化室200 (下部区段200)，在第一缩颈部300以下和第二缩颈部500以上的承压外壳10侧部的氧气或少量气化剂烧嘴220 ;在第二缩颈部500以下具有激冷水进口 620、煤气出口 650和下排渣口 680的激冷及煤气排出室60等。具体而言，由承压外壳和其内的内衬以及与第一缩颈部300和第二缩颈部500分别构成的一段燃烧/气化反应室100、第二段补充燃烧气化室200，以及激冷及煤气排出室60沿气化装置轴向自上而下布置。顶部设置的第一煤/气化剂烧嘴150位于承压外壳10的顶部。设置在承压外壳10的侧部的第二煤/气化剂烧嘴160具有多个，最好是四个、六个或八个，沿气化炉外壳同·
一水平面均匀布置在一段燃烧/气化室上部。多个氧气或少量气化剂烧嘴220沿气化炉外壳同一水平面均匀布置在第二段燃烧室中部，并且向上形成0-45°倾角，每个烧嘴倾角相同。且一段燃烧/气化反应室的煤/气化剂烧嘴与第二段补充燃烧气化室的气化剂烧嘴径向对称布置，使气化炉内气体形成撞击流或对流。本实用新型的两段式气化装置的操作如下0. 1-ΙΟΟμπι的干煤粉或浓度为60%-70%的水煤浆和部分气化剂通过顶部煤/气化剂烧嘴和侧部煤/气化剂烧嘴加入到气化炉一段燃烧/气化反应室内，进入一段燃烧/气化反应室的炉腔中的煤和气化剂发生反应，生成以CO和H2为主的粗煤气。固态灰渣及未反应的煤或焦被煤气夹带下行进入第二补充燃烧气化室。另一部分气化剂(如氧气、富氧空气、可能存在的水蒸气、CO2)通过第二段补充燃烧室的气化剂烧嘴进入气化炉内，与从一段燃烧/气化反应室下行的合成气和未反应完的煤进行接触，在第二段补充燃烧室上部形成还原层和燃烧区。在此，新加入的气化剂和一段燃烧/气化反应室的的未燃尽煤可直接发生燃烧和气化反应，进一步提高碳转化率，最后灰分形成固态渣排至激冷室。第二段补充燃烧室使用的氧气量为总量的5%-30%。另外,对第二补充燃烧气化室可以使用净化煤气和氧气及少量水蒸气。例如，某煤种灰熔融性温度DT 1480°C, ST>1500°C, FT>1500°C。则在一段燃烧气化室可控制温度为1300°C，而第二补充燃烧气化室则控制温度为1350-1500°C。其中，控制干煤粉的平均粒径为20-80 μ m,配成浓度为60%_70%的水煤浆作为第一气化原料，与部分气化剂(氧气或富氧空气及可选的预定量的水蒸气或二氧化碳作为第一气化剂)通过在两段式气流床固态排渣气化装置I的一段煤燃烧/气化反应室100顶部设置的第一煤和气化剂烧嘴150 (顶部煤/气化剂烧嘴)和在一段煤燃烧/气化反应室100的承压外壳10侧面的同一水平面上对称设置的多个第二煤/气化剂烧嘴160 (侧部煤/气化剂烧嘴)加入到上部区段100构成的气化炉一段燃烧/气化反应室内，进入一段燃烧/气化反应室100的炉腔中的煤和气化剂发生反应，其中气化炉一段燃烧/气化反应室使用的氧气量为总量的95%-85%，生成以CO和H2为主的粗煤气。[0105]接着，形成的固态灰渣及未反应的煤或焦被生成的煤气夹带下行进入第二段补充燃烧气化室200 (第二补充燃烧气化室)。第二气化剂(另一部分气化剂(如富氧空气))通过第二段补充燃烧室的气化剂烧嘴进入气化炉内，与从一段燃烧/气化反应室下行的合成气和未反应完的煤进行接触，在第二段补充燃烧室上部形成还原层和燃烧区。在此，新加入的气化剂和一段燃烧/气化反应室的未燃尽煤可直接发生燃烧和气化反应，进一步提高碳转化率，最后灰分形成固态洛排至激冷室。第二段补充燃烧室使用的氧气量为总量的5%-15%。对于不同的煤的种类，可以根据各种煤的灰熔融性温度DT、ST和FT来调节，控制不同的一段燃烧气化室内温度。在两段式气流床固态排渣气化装置I的一段煤燃烧/气化反应室100和第二段补充燃烧气化室200的压力范围为O. Ι-lOMPa, 一段煤燃烧/气化反应室100温度控制为1300°C 1350°C，而第二段补充燃烧气化室200的温度控制为1350-1550°C，两段式气流床固态排渣气化装置I的煤气出口 650的温度为200-300°C，使用的第二气化剂中的氧气量为使用的第一气化剂和第二气化剂中的氧气总量的5%-30%1300°C，而第二补充燃烧气化室则控制温度为1350-1500°C。通过利用本实用新型的两段式气流床固态排渣气化装置进行的上述含碳物质的气化，可以实现煤(如煤粉或水煤浆或油煤浆)的完全气化，比不设补燃室的气化装置提高1-5%的碳转化率。尤其是，本实用新型的两段式气流床固态排渣气化装置还可以用于含碳物质，如干煤粉、水煤浆和油煤浆，或其他生物质粉末的气化中。其中，其他生物质粉末可以是庄稼秸杆、芦苇、灌木、速生林林木等的粉末。本实用新型的两段式气流床固态排渣气化装置还可以用于如干煤粉、水煤浆或油煤浆之一与选自庄稼秸杆、芦苇、灌木、速生林林木等的粉末或其组合的其他生物质粉末共同组成的含碳物质的气化中。尽管本实用新型的各种实施方式已经通过具体实施方式
在上下文中进行了描述，但是本实用新型并不仅限于此。因此，以上的描述不应该当作是本实用新型范围的限制，本实用新型的范围由所附的权利要求进行限定。本领域技术人员应当理解，在不背离本实用新型的精神的情况下可以对本实用新型做出各种改变和变更，其都将落入本实用新型的保护范围内。
权利要求1.一种两段式气流床固态排渣气化装置(I)，其特征在于，包括 承压外壳(10)，在所述承压外壳内部设置有耐热衬里(12)，所述承压外壳(10)与其内设置的所述耐热衬里(12)具有上部区段(100)、下部区段(200)、位于所述上部区段(100)与所述下部区段(200)之间的第一缩颈部(300)、以及位于所述下部区段(200)下方的第二缩颈部(500);以及 激冷及煤气排出室(60)，所述激冷及煤气排出室(60)设置于所述承压外壳(10)的下部，并通过所述第二缩颈部(500)与所述承压外壳(10)的所述下部区段(200)联通，所述激冷及煤气排出室(60)具有激冷水进口(620)煤气出口(650)，和下排渣口(680)； 其中，所述承压外壳(10)与其内设置的所述耐热衬里(12)的所述上部区段(100)构成一段煤燃烧/气化反应室(100)，并且在所述一段煤燃烧/气化反应室(100)顶部设置有第一煤和气化剂烧嘴(150)，在所述一段煤燃烧/气化反应室(100)的所述承压外壳(10)侧面的同一水平面上对称设置多个第二煤/气化剂烧嘴(160)， 所述承压外壳(10)与其内设置的所述耐热衬里(12)的所述下部区段(200)构成第二段补充燃烧气化室(200)，并且在所述第二段补充燃烧气化室(200)的所述承压外壳(10)侧面的同一水平面上对称设置至少两个氧气或少量气化剂烧嘴(220)，所述至少两个氧气或少量气化剂烧嘴(220)在所述第二段补充燃烧气化室(200)内部处于水平或斜向上的方向， 所述一段煤燃烧/气化反应室(100)和所述第二段补充燃烧气化室(200)通过第一缩颈部(300)联通。
2.根据权利要求I所述的两段式气流床固态排渣气化装置(I)，其特征在于，所述耐热衬里(12)被设置为管式水冷壁或耐火砖衬里。
3.根据权利要求I所述的两段式气流床固态排渣气化装置(I)，其特征在于，所述多个第二煤/气化剂烧嘴(160)沿气化炉的所述承压外壳(10)的同一水平面均匀布置在所述一段煤燃烧/气化反应室(100)的上部，所述至少两个氧气或少量气化剂烧嘴(220)沿气化炉的所述承压外壳(10)的同一水平面均匀布置在所述第二段补充燃烧气化室(200)的中部。
4.根据权利要求I至3任一项所述的两段式气流床固态排渣气化装置(I)，其特征在于，所述至少两个氧气或少量气化剂烧嘴(220 )在所述第二段补充燃烧气化室(200 )内部处于水平或斜向上的方向形成0-45°倾角，且所述至少两个氧气或少量气化剂烧嘴(220)的每一个的倾角相同。
5.根据权利要求I至3任一项所述的两段式气流床固态排渣气化装置(I)，其特征在于，在所述一段煤燃烧/气化反应室(100)上部约四分之一处至五分之二处之间的所述承压外壳(10)侧面的同一水平面上对称布置4-10个第二煤/气化剂烧嘴(160)，在所述第二段补充燃烧气化室(200)的所述承压外壳(10)中部侧面的同一水平面上对称布置2-4个氧气或少量气化剂烧嘴(220)。
6.根据权利要求I至3任一项所述的两段式气流床固态排渣气化装置(1)，其特征在于，其中所述一段煤燃烧/气化反应室和所述第二段补充燃烧气化室之间的体积比为5:1-1:1。
7.根据权利要求6所述的两段式气流床固态排渣气化装置(I)，其特征在于，其中所述一段煤燃烧/气化反应室和所述第二段补充燃烧气化室之间的体积比为3:1-5:2。
专利摘要本实用新型提供一种两段式气流床固态排渣气化装置，该装置包括承压外壳，激冷及煤气排出室，其中承压外壳与其内设置的耐热衬里的上部区段构成一段煤燃烧/气化反应室，在一段煤燃烧/气化反应室顶部设置有第一煤和气化剂烧嘴，在一段煤燃烧/气化反应室的承压外壳侧面同一水平面上对称设置多个第二煤/气化剂烧嘴，承压外壳与其内设置的耐热衬里的下部区段构成第二段补充燃烧气化室，在第二段补充燃烧气化室承压外壳侧面的同一水平面上对称设置至少两个氧气或少量气化剂烧嘴，该烧嘴在第二段补充燃烧气化室内部处于水平或斜向上的方向，一段煤燃烧/气化反应室和第二段补充燃烧气化室通过第一缩颈部联通。提供一种新型适合高灰熔点干法排灰的气化技术。
文档编号C10J3/56GK202717757SQ20122020550
公开日2013年2月6日 申请日期2012年5月8日 优先权日2012年5月8日
发明者步学朋, 张琪, 陈强, 吴秀章, 索娅, 朱豫飞, 单贤根, 刘潇, 王涛 申请人:神华集团有限责任公司, 中国神华煤制油化工有限公司, 中国神华煤制油化工有限公司北京研究院