一种水煤浆旋风气流床气化炉及其气化方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102796567A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102796567A(43)申请公布日2012.11.28(21)申请号201210307157.X(22)申请日2012.08.24(71)申请人清华大学地址100084北京市海淀区100084信箱82分箱清华大学专利办公室申请人无锡华光锅炉股份有限公司(72)发明人俞伟伟吕俊复杨海瑞张海刘青沈解忠李俊韦志平(74)专利代理机构北京鸿元知识产权代理有限公司11327代理人邸更岩(51)Int.Cl.C10J3/48(2006.01)C10J3/50(2006.01)权利要求书权利要求书1页1页说明书说明书33页页附图附图44页(54)发明名称一种水煤浆旋风气流床气化炉及其气化方法(57)摘要一种水煤浆旋风气流床气化炉及其气化方法，属于煤气化设备技术领域。本发明包括顶部喷嘴、炉顶、气化室、排气口和底部排渣口；顶部喷嘴内设有旋流叶片，气化室侧壁布置有至少一层四角切圆O2喷嘴。水煤浆通过顶部喷嘴旋流进料，在炉顶区域形成旋转的水煤浆雾化气流；纯氧通过气化室侧壁四角切圆O2喷嘴进气，在近壁区形成切向高速旋转气流；在高速旋转气流的离心力作用下，水煤浆颗粒在炉壁表面形成的液态渣膜上发生膜式气化。本发明有效增加了气化炉喷嘴寿命；增加了水煤浆在炉内停留时间，提高煤气化碳转化率；形成的液态渣停留在壁面上，有效保护炉壁不受热侵害和化学腐蚀侵害；四角切圆O2喷嘴沿气化室高度方向多层布置，炉内温度场均匀。CN1027965ACN102796567A权利要求书1/1页1.一种水煤浆旋风气流床气化炉，包括气化室（3）、位于气化室上部的炉顶（2）、位于炉顶上部的顶部喷嘴（1）、布置在气化室下部的排气口（4）和底部排渣口（5），其特征在于：所述的顶部喷嘴（1）内设有旋流叶片（6），在气化室（3）侧壁沿高度方向设有至少一层四角切圆O2喷嘴（7）。2.如权利要求1所述的一种水煤浆旋风气流床气化炉，其特征在于：所述的炉顶（2）采用半球形。3.如权利要求1所述的一种水煤浆旋风气流床气化炉，其特征在于：所述的气化室（3）采用圆柱形，所述的底部排渣口（5）采用圆锥形。4.一种采用如权利要求1所述气流床气化炉的水煤浆旋风气化方法，其特征在于该方法包括如下步骤：1）水煤浆通过N2或CO2破碎雾化后通过顶部喷嘴内的旋流叶片（6）进入炉顶，在炉顶区域形成旋转向下的水煤浆雾化气流；2）气化用O2通过气化室侧壁上的四角切圆O2喷嘴（7）切向进入气化室，在离心力作用下，水煤浆雾化气流在近炉壁区呈螺旋线轨迹自上向下缓慢运动，煤颗粒在炉壁表面形成的液态渣膜上发生膜式气化；3）气化生成的粗煤气通过所述排气口（4）排出气化室，生成的灰渣通过底部排渣口（5）排出气化炉。2CN102796567A说明书1/3页一种水煤浆旋风气流床气化炉及其气化方法技术领域[0001]本发明涉及旋风气流床气化炉及其气化方法，特别涉及一种水煤浆旋风气流床气化炉，属于煤气化设备技术领域。背景技术[0002]煤气化技术广泛应用于工业燃气、民用煤气生产、化工合成、燃料油合成原料气、冶金还原、联合循环发电、燃料电池、制氢等诸多领域，得到了普遍关注并取得了较大进展。煤气化工艺一般分为移动床（也称为固定床）、流化床和气流床三种。其中气流床气化技术因具有处理量大，碳转化率高、冷煤气效率高等优点已成为现代煤气化技术的主要发展方向。[0003]气流床煤气化的进料方式有两种：水煤浆式和干煤粉式。水煤浆气化炉由于其工艺简单、煤种范围宽、单台出力大等技术优点而得到广泛关注。德士古（Texaco）水煤浆气化炉是水煤浆气化技术的典型代表，如图1所示，气化炉主要由顶部喷嘴、炉顶、气化室、排气口和排渣口等组成。水煤浆经过气流破碎雾化后进入气化炉，与O2和水蒸气一起在气化炉中进行反应。水煤浆进入气化炉后经历了水分蒸发、热解挥发、半焦燃烧气化反应和气化还原反应等主要过程。生成的粗煤气经过冷却、除尘、脱硫后由排气口收集，液态灰渣经过冷却、破碎后由排渣口排出。[0004]从实际运行情况来看，水煤浆气流床气化技术目前还存在以下两个方面的主要问题。一方面，由于气化炉温度极高，喷嘴出口处O2和水煤浆发生氧化反应放热，造成水煤浆喷嘴使用寿命很短，平均每2-6个月就需更换。另一方面，目前的水煤浆气化炉内传热特性和流动特性不均匀，在负荷波动时易造成壁面上形成的渣膜出现问题，导致水煤浆气化炉的耐火材料或者水冷壁结构损坏而不得不定期更换。发明内容[0005]本发明的目的是提供一种水煤浆旋风气流床气化炉及其气化方法，在不降低气流床气化经济性的同时，解决现有水煤浆气化炉喷嘴使用寿命不长和液态渣膜不稳定的问题，提高煤气化过程的工作可靠性。[0006]本发明的技术方案如下：