专利名称：一种流化床汽化炉的制作方法
技术领域：
一种新型结构的流化床气化炉，应用于利用粉煤生产煤气，属于化学、冶金部中化学分部。
流化床煤气化是几种重要的气化方法之一，它以0～10mm或0～6mm的粉煤作为原料，以空气(或氧气)和蒸汽为气化剂，来获得不含焦油或其它高分子有机物液体的气体产品。使得气化炉简化和整个工艺的简化，因而具有突出的优点。
在气－固流化床操作系统中，反应床层内部通常是气固相混合并处于流化状态，在床层的出口一般是以气体为主体流体的。与此同时也存在着固体料的流动。例如，除向床层的固体加料外，还会有部分固体床料如灰，随着反应的进行而从床内排出；随出口气体所携带的固体细料如飞灰，它们在经气固分离后，多数过程还要求这部分料再返回床层。以往这种料返回床层采用的是机械阀门控制，在气化和燃烧这样的能源形态转换反应系统中，减少热量损失和提高能源的利用效率是非常重要的，这也就是说，像排料的控制结构、飞灰的循环控制结构应尽可能处于高的温度环境，以减少热量损失。根据其工作环境，要求这些阀门等结构应具有耐高温、耐磨损、耐腐蚀等性能；对于压力操作系统，则要求其承受压力条件。现有的流化床气化炉采用机械阀门进行控制，若想符合上述要求，其制造难度大、工艺复杂、成本高。由于其结构不尽合理，在中国专利号为93208699.3，名称为“一种新型粉煤流化床气化炉”中已经对原有的炉型进行了改进，并将机械阀门改进为料控气流进行控制，使得流化床气化炉结构更趋为合理。但在实际使用当中，用料控气流进行控制阀门也有其不足之处，最主要的是；气体料控阀的充气量通常是恒定的，当操作系统中固体料循环流率与料阀的流通能力完全相同时，其工作还是稳定的。但当操作系统的固体循环率变大时，由于料控阀的充气量是恒定的，料腿将发生料的积累，料面持续提高，当料面提高到料腿顶部时，会降低气固分离效率，固体会被带出；当操作系统的固体循环率变小时，料面会持续下降，一旦下降到最低点时，会使料腿两端发生严重的气体串流。在气化炉中排灰及飞灰的循环控制结构也存在着上述问题，例如；在流化床煤气化工艺中，气化炉一般要进行底部排灰，同时也要求飞灰向炉内返回；在沸腾床燃烧系统中，往往还采用溢流排灰方式，用机械阀门控制不够理想；在近年来发展较快的循环流化床锅炉中，固体料的大比率循环是其稳定操作的关键参数之一。因此找到一种非机械控制方式来代替机械控制方式是很有必要的。
本实用新型的目的就是提供一种非机械式操作，具有耐高温、耐高压、耐磨损、耐腐蚀、操作灵活等性能的高温排灰结构；同时，使气化炉具有自力式平衡料腿结构，以代替现有常规料腿结构。
本实用新型是根据如下实现的排灰方案之一排灰方案采用在流化床气化炉底部设置一个方形管道结构，方形管道上方的一角B与气化炉底部A相通，此角下方的角C与外部料控气流相通。
在排灰时，灰料从气化炉中下落，经A落B－C管道并在B－C管道停留，当料控气流通入时，灰料从C点经D被吹入灰箱F中。控制用反应气从灰箱F的一端吹入，在F－D段与热的灰料换热，然后经E－B－A进入气化炉中，控制用反应气作用是对灰料进行选择性排灰，对于颗粒小、含碳量高的灰，重新吹入气化炉中，而对于颗粒大、含碳量低的灰料，则使其落入灰箱中。方形管道结构中且与角B呈对角线的角D与封闭灰箱F相通，灰箱F与控制用反应气相通。排灰方案之二是在气化炉侧面的设有溢流排灰口G，溢流排灰口外部设置一封闭管道结构，向下倾斜且下部呈垂直状的管道GI与溢流排灰口相通，IJ为平行管道，JHG为回流管，封闭管道结构的角I与料控气流相通，角J下部为封闭灰箱K。在溢流排灰口G灰料经管道I处停留，当料控气流通入时，灰料经I－J被吹落到灰箱K中，由于灰箱K是封闭的，因此J－H－G为回流管道，料控气流回到气化炉中。
在料腿结构上，本实用新型将原有的L型料阀进行改进，其具体结构是在除尘器下方料腿外围将料控气流分为两路，其中一路与料腿中部相通，另外一路与料腿底部L型结构相通，与料腿中部相通的料控气流位于料腿中料面的下部。当料腿内充满料需排料时，恒定流量的料控气流通入，由于料腿内料有一定高度，料控气流上路位于料面下方，料控气流下路与料腿底相通，因而两路料控气流遇到的阻力不同。料面高于平衡值时，上路阻力相对较大，下路阻力相对较小，料排除快，料面随之下降。料面低于平衡值时，上路上方阻力减小，下方阻力加大，料排除慢，料面随之上升。因此料面总维持在平衡高度上、下徘徊，在不用调节料控气流量时，即不会发生料面无限上升现象，也不会发生气体串流现象。实现本气控阀门的另一种方案是在除尘器下方料腿外围将料控气流直接与料腿中部相通，通入端位于料腿中料面的下部。这种气控阀门的原理与第一种气控阀门原理相同，料控气流通入料腿后分为两路，一路向上运行，一路向下运行，上路根据料面的高度决定了阻力大小，下路阻力系数恒定。上路阻力变大时，通往下路的气流量加大，排料加快，料面下降；料面下降，上路阻力减小，气流量加大，而下路气流量减小，排灰减慢。因此，料面总维持在一定高度上、下徘徊。
本实用新型结构采用新型气控阀方法控制料腿、排灰，在制造时，消除了气化炉中机械阀门制造工艺的复杂性，易达到耐高温、耐磨损、耐腐蚀、耐压等性能，成本降低；在工作过程中，易于控制，气化炉运行时故障率降低。
以下结合附图对本实用新型作进一步说明
图1为本实用新型主视示意图其中1.料控气流；2.控制用反应气；3.气化炉；4.除尘器；如
图1所示，在排灰结构中，气化炉底部设置了一方形管道结构，用于将经过特殊的布风结构从床层排出的灰料引出气化炉。当A－B－C段有料落下时，水平段C－D会使固体料休止。在炉内没有鼓风通气时，床料会在C点以上静止堆积，当从C点有料控气流①通入，在该气流大于该气控料阀结构的休止流量(此值为最小流量值。若大于该值，则能排料；小于该值，则不能排料)时，床料则可由BC向CD段经D点流向落入灰箱F中，料控气流①的流量的大小决定排料速率的快慢。当料控气流量减小，排料速率减小直至最后又恢复静止而不排料。当炉启动时，控制用反应气①通入F内，由于BCD段有料而BED段是空管，则气流优先由DEB段通过BA段进入反应炉内。不同反应器从其床层底部A－B区间设置各不相同的特定结构，用于正常操作运行时向下排出行为和控制速度。此时排料特性和排料速度由布风结构(A－B段)所决定，则料控气流量大小可选择其排料能力比实际的固体流率较大的流量来使BC段排向灰箱F内。如A－B段无特殊排料控制结构，则可用料空气流①来控制床料的排出速度。
当然，控制用反应气①也可不经C－D－E－B而经E－B段或B点直接进入，但固体料为高温料，在CD段、DF段排出的料与反应气流①逆流换热，不但使料降温，而且使反应气体温度升高。这样可降低了F设备及其后续设备的耐温要求，同时提高了热效率。
方形排料管结构尺寸设计中，B－C、C－D段内径由排料能力决定，D－E－B内径由控制用反应气①流量决定。C－D段长度由操作状态下的固体料流动性能所决定。B－C段高度一般要大于C－D段，以提高料控结构的气流排料效率。
在本实用新型中，另一排灰方案溢流口GIJ段将充满料，无料控气流②时，此段料静止，当料控气流②流量增加并大于最小流量值时，床料则从GIJ段经J落入灰斗K中，与固体在J点分离后的料控气流②由JHG段管导流返回反应器(因一般K为间歇操作，故无气流在K中流动)中，料控气流②大小决定了溢流排灰的排料速度。
本实用新型所采用的方法是自力平衡料腿结构，其具体方案是在气固分离器下方的料腿中部与料控气流相通或料控气流与料腿两部分相通，其中一路为料腿中部，另一路与料腿底部相通。
在常规应用的旋风除尘器收集后的料经料腿返回气化炉是通过机械式阀门进行开关和调控或用L型料阀及其同类结构来进行的。对机械阀门而言，要求耐高温、耐磨损、耐腐蚀，因此，一般设计结构复杂、选材制造费用高、操作不灵活等。而气体料控L阀，虽然克服机械阀的弱点，但与机械阀相同的是，它们均存在着难以使料腿的工作维持稳定的弱点。这就是；机械阀的开度和料控阀的充气量一旦确定后，一般就决定了通过该阀的固体流通率，当操作系统中固体料循环流率与料阀的流通能力完全相同时，料腿料面维持在一定高度上，工作稳定。但当操作系统的固体循环率变大时，如不改变料阀的流通率，则料腿发生料的积累，而料面持续提高，当料面提高到料腿顶部时，会降低气固分离效率，固体会被带出；当操作系统的固体循环率变小时，如不改变料阀的流通率，则料面会持续下降，一旦下降到最低点时，会使料腿两端发生严重的气体串流。不论是固体被带出还是发生气体串流，都会使系统变得恶化。当然，在操作系统的固体循环率变化时，可以相应地调整机械阀位或料阀的充气量，以使其流通能力与循环流率严格相等，这样就能维持料面的稳定。但是，在实际操作系统中，固体循环率发生波动或由操作负荷的调节引起的变化是经常的，要维持料面的稳定则要求调整料阀流通能力及时与循环率相一致，在实际中，这种要求是相当苛刻的，极难做到。
如
图1所示，自力平衡料腿结构。(一)和(二)分别为双气式和单气式两种，在实际应用中采用其中任意一种即可。在(一)结构中，恒流量Q0的料控气流③进入T点，此Q0在T点分成两路，T－P－Q和T－N－M分别为驱动气路和平衡气路，通过两路的流量为Q1和Q2，Q1＋Q2＝Q0，Q0为恒定。而Q1、Q2的流量分配是取决于两支路的阻力系数的大小。根据流体力学的柏努利方程，TMQ三点应具有相等的能量，阻力系数大的气路其气体流量小，反之亦然。各路的阻力系数又是由输气管路(含流量调节阀)与通过的料层阻力相加所得。PQ段料层长度不变，而MN段的料层长度是由料面高度所决定的，料面高，则MN段长，阻力加大，所能通过的Q2小，Q1大。而Q1大，则排料快，会使料面下降。料面下降又使MN段阻力系数变小，使得Q2增大，Q1减小，排料减慢。当达到一定料面高度时，且此时所分配的Q1所具有的排料能力与从M点上方补充的料流率相等时，则料面将维持在M点上方的某点不变。此时的状态为平衡状态，此时的料高为平衡料高。当料循环流率变化如增加时，则料面先是因料的积累而有所提高，其效果使Q1变大和排料速率GS提高，当到达再次满足GS＝GS′时，料面会在一个提高了的高度上重新稳定下来；反之，当Gs向下波动时，料面会在降低了的高度上稳定而达到平衡。
上述过程中，如Q0的不变，在适当范围内，尽管固体料循环流率发生波动，无需调整Q0，而料面会相应于GS在适当的高度上达到平衡－自力平衡。调节Q0的大小以及调节两路流量输气管路阻力系数大小，都会影响最终平衡的结果。因此只要在实际中调整好Q0的大小以及两路流量输气管路阻力系数大小，就可使料面达到自力平衡，从而保证系统良好运行。
在(二)结构中，是将恒流气流直接通入料腿中部的N′点，在此点的上下两侧为两个固体散料层，当料控气流③的Q0′通入后，也将在两路中分流。分流的主要因素从N′点向上的料面M′N′的高度。M′N′段料高，则N′P′段的分流Q1′′大，排料能力GS′大，会使料面下降。当达到GS＝GS′时，料面维持在N′点向上的某点不变。当M′N′段料面低时，则N′M′段的分流Q2′大，Q1′小排料能力GS′小，会使料面上升。当达到GS＝GS′时，料面维持在N′点向上的某点不变。即当GS发生波动时，则料面高度H也相应发生变化。但系统总是指向与GS相对应的平衡高度，从而实现了系统自力平衡过程，而无需调整Q0的大小。
权利要求1.一种流化床气化炉，其特征在于排灰方案采用在流化床气化炉底部设置一个方形管道结构，方形管道上方的一角B与气化炉底部相通，此角下方的角C与外部料控气流相通，方形管道结构中且与B角呈对角线的角D与封闭灰箱F相通，灰箱F与外部控制用反应气相通或采用在气化炉侧面的设有溢流排灰口G，溢流排灰口外部设置一封闭管道结构，向下倾斜且下部呈垂直状的管道GI与溢流排灰口相通，IJ为平行管道，JHG为回流管，封闭管道结构的角I与料控气流相通，角J下部为封闭灰箱K；在除尘器下方料腿外围将料控气流分为两路，其中一路与料腿中部相通，另外一路与料腿底部L型结构相通或采用在除尘器下方料腿外围将料控气流直接与料腿中部相通。
专利摘要一种新型结构的流化床汽化炉，是在原有汽化炉上改进而成，其中最主要方面的是将现有汽化炉中机械控制阀门改为气控阀，排灰方案采用在流化床汽化炉底部设置一个方形管道结构或采用在汽化炉侧面的设有溢流排灰口，溢流排灰口外部设置一封闭管道结构。料腿料面控制采用将料控气流分为两路，其中一路与料腿中部相通，另外一路与料腿底部相通或采用将料控气流直接与料腿中部相通。
文档编号C10J3/56GK2205384SQ9421575
公开日1995年8月16日 申请日期1994年6月27日 优先权日1994年6月27日
发明者彭万旺, 谢可玉, 逄进, 步学朋, 王乃计 申请人:煤炭科学研究总院北京煤化学研究所