常压粉煤气化炉的制作方法

专利名称：常压粉煤气化炉的制作方法
技术领域：
本实用新型属于煤气化技术领域，具体涉及一种沸腾床粉煤气化炉。二、 背景技术目前，世界范围内原油紧张，其价格居高不下，降低燃料成本的 唯一途径就是以煤代油，尤其是合理利用廉价煤。为此，国家提出洁净煤能源政策，并采取合理利用煤炭的各项举措。自上世纪70年代以 后，世界各国广泛开展煤气化技术的研究，迄今为止，已开发的煤气 化方法不下百种，与此同时研究出相应的技术工艺和设备。在煤气化 设备中关键就是煤气发生炉，俗称气化炉。按煤气化炉中的流动力学 条件，将气化炉分为固定床炉，移动床炉，沸腾床(流化床)炉，气 流床炉和熔融床炉；按炉内温度条件还有高温(高于灰熔点)气化炉 等。沸腾床发生炉的特点，是利用气化剂(空气、氧气、蒸气)沸腾 粉煤并引起氧化(燃烧)及还原反应，以制取内含有效成分的煤气。 而在此过程中如何使粉煤均匀沸腾是关键所在。迄今为止，绝大多数 沸腾床(流化床)发生炉其内部均设有炉箅或者气化剂分布板，借助 气化剂使粉煤沸腾起来。此种沸腾床炉的制气能力低且需要维修炉内 设备而频繁停炉。中国专利ZL97202018.7公开的沸腾床粉煤气发生炉 克服了已往沸腾床炉缺点，但还存在如下不足之处1、没解决所有沸 腾床发生炉固有的弊病，即煤气中粉尘含量高。尽管出自发生炉的煤 气经过高温旋风分离器时被捕集到的粉尘(含有未燃尽的碳粉)返回
到发生炉，但煤气中粉尘含量仍达占入炉煤总灰分的60%，炉灰占总 灰分的40%。 2、由于炉灰和粉尘中含碳量高且发生炉外壳表面积大而 热损失也大，故较之高水平的气流床高温高压发生炉，综合性碳利用 率和气化率低。3、煤气中所含的C02 (二氧化碳)和CH4 (甲烷) 多。因此，生产合成气时，致使生产合成氨中脱碳设备增加，而且释 放气(为排放CH4)量增加。4、由于发生炉高度高而整个建筑物高度 很高，致使设备组装难度增加，而且建设投资也增多。国家经济政策 要求更加合理而有效地利用粉煤，而企业则追求通过改善技术和利用 廉价的粉煤来降低成本达到利润最大化，因此进一步改进和发展沸腾 床粉煤气化技术，既符合国家的经济政策，又符合曾经利用昂贵的重 油、焦碳、无烟块煤作为原料生产煤气的企业的迫切愿望。 三、发明内容本实用新型的目的是提供一种常压粉煤气化炉，能够延长粉煤在 炉内氧化还原反应时间，并提高煤气成分的质量和减少耗氧量，降低 热损失。本实用新型采用的技术方案是常压粉煤气化炉具有上面为拱形封头的立式圆筒状炉身，拱形封头顶部有煤气出口管，炉身下面有圆 锥形封头，圆锥形封头上连接有下喷嘴和回流连接短管，炉身的下部 有一段向下收縮的圆锥台，圆锥台上口与上部炉身相接，下口与下部 圆锥形封头相接。本实用新型在煤气生产能力相同前提下，降低发生炉高度和外壳 表面积，增大气流空间。粉煤在发生炉内均匀沸腾的前提下，为了克服现有技术中的缺陷，即因炉内煤气流速快而带出去的粉尘多和因反
应时间短而C02的还原反应不充分，重新确定了合理的发生炉外壳几 何参数。即炉下部圆锥角，其上端直径，炉体中部圆锥台倾斜角，圆 锥台高度，炉体上部圆筒直径及其高度。为使炉内粉煤均匀沸腾(即粉煤与气化剂均匀混合和接触)，并使 炉灰尽量不随煤气飞出去而沉降到炉底，合理选定下喷嘴的方位及气 化剂通过喷嘴的流速，以适应发生炉在最高、最低负荷时粉煤的沸腾 条件和保证气化剂与粉煤均匀接触；并根据煤质及发生炉的能力来确 定上、下喷嘴的数量及直径。上述参数还取决于煤种，煤质，产气能 力等。通过多年不同能力发生炉的运行，积累了最合理的参数。开发高效率回流高温旋风分离器，并使其与发生炉成为一体。过 去的旋风分离器与发生炉分离，仅为工艺上的联系，而且其内部为没 有中心管的旋风沉降式的粉尘捕集筒；而本实用新型使回流高温分离 器与发生炉一体化，固定发生炉与旋风分离器的安装距离和高度，并 在旋风分离器内部安装中心管。煤气和粉尘将通过发生炉上部的煤气出口管进入回流高温旋风分 离器，在此煤粉在离心力的作用下分离而坠落之后顺着回流管返回到 发生炉再参与气化反应。本技术方案的实现，不仅达到本实用新型的目的，还会凸现它的 优点和经济效益。改进发生炉的结构形式和喷嘴安装位置，不仅改善 粉煤沸腾条件，还能使发生炉内反应时间比过去延长10%，从而煤气 中C02含量减少1%以上，C0、 H2含量各增加1%。在回流高温旋风分离器出口煤气中粉尘含量由过去总灰分量的 60%降至40%，炉灰量由过去总灰分量的40%增加到60%，明显地弥补
了沸腾床发生炉的致命缺陷；与此同时，粉尘中含碳量由30%降至< 15%，炉灰中含碳量<8%。总起来说，在炉灰和粉尘中的含碳量减少 50%,粉煤利用率提高了 3 4% (达到93 94%)。每台2万Nm3/h半水 煤气炉每年可节省2400t粉煤；而且每小时节省100Nra3 (99. 5%)氧气， 即每年可节省800{(,3氧气。由于发生炉外壳表面积縮小30ni2，热损失比以往减少6%;发生炉 高度降低而制气系统建筑物高度降低5ra左右，这不仅使设备组装费和 建^:施工费节省，还能节省发生炉和旋风分离器的钢材及耐火材料。由于煤气中不含油分且粉尘含量少，将减轻煤气洗涤负荷；且因 密闭连续操作而有利于环保。发生炉易于开、停、操作，且产气能力 在60 110%范围内易于调节；又因单台制气强度大且系列化，可供用 户任选。发生炉寿命长，结构简单，维修量少，便于维护，能够彻底 保证安全性。利用同一台炉可以生产不同行业所需的各种煤气，且因廉价粉煤 作为原料而煤气成本低。四、
图1为现有沸腾床粉煤气发生炉的结构示意图； 图2为本实用新型的结构示意图；五具体实施方式
本实用新型大体上由发生炉22、回流高温旋风分离器19，煤气管 18，回流管21组成，而发生炉22具有圆筒状炉身3及中部圆锥台14， 顶部为拱形封头，底部为圆锥形封头7，炉身及顶部封头内衬为保温 砖和耐火砖的耐温层4，圆锥台14内衬耐温层15，圆锥形封头7内衬 耐温层9，圆锥形封头7的圆锥角为25 45° ，圆锥台14的倾斜角为 4 10° 。拱形封头上面有煤气出口管l，圆锥台M连接有上喷嘴5， 圆锥形封头7连接下喷嘴8，下喷嘴8的中心线与水平面之间夹角为 10 18° ，而位于中部圆锥台14上连接的上喷嘴5，则与发生炉的垂 直中心成为90° 。至于上、下喷嘴的数量及其直径，决定于煤气的生 产能力及性质。此外，在发生炉外壳上还有螺旋供煤机连接短管6， 连接螺旋排灰机排灰短管10、回流连接短管11等。发生炉顶部煤气出口管1经煤气管18，与回流高温旋风分离器19 连接，而煤气管18的外壳为钢板，内衬为保温及耐火材料；回流高温 旋风分离器19的外壳为钢板，内衬为保温及耐火材料，其内部设有由 耐热磨钢做成的中心管20，回流高温旋风分离器19经回流管21与发 生炉的回流连接短管ll相互连接，在下喷嘴8的上、下部，发生炉的 中部及上部以及回流管21分别设有温度计短管；在下喷嘴上部和拱形 封头分别设有压力计短管，以便测定温度和压力。发生炉下部设手孔 13、 16，发生炉上下部设人孔2，下喷嘴下面设点火孔12，排灰管IO 中有安全气管17。如上所述，常压粉煤气化炉的特点就是结构简单，便于制作和安装。工作原理入炉煤通过供煤机进入发生炉，而气化剂总量的70 80%则通过下喷嘴一定速度和压力进入发生炉之后，使由上而下的粉煤 强劲地旋涡且沸腾起来，在930 97(TC高温区燃烧，而未燃尽的微细 煤则随同煤气上升的过程中，遇到来自上喷嘴气化剂继续燃烧，使上 喷嘴上部炉温达到1000 1050°C，气流逐渐上升的同时水蒸汽和二氧
化碳分解还原，使炉上部温度降至950 93(TC，该还原反应一直充分 地持续到回流高温旋风分离器内，使煤气出口温度再降至930 880°C 。产生在发生炉中的微细煤尘及灰分，将随同煤气进入回流高温旋 风分离器，其中比重大的大多数颗粒在旋风的离心力作用下擦过旋风 分离器内壁而坠落到粉尘筒里，并经过回流管返回到发生炉与气化剂 接触而进行第二次反应；而在回流高温旋风分离器中未被捕集到的非 常微细的粉尘，则随同煤气经过中心管和煤气出口管迸入下一个设备。在发生炉中燃烧之后产生的炉灰渣，则利用在气化剂的特异旋风 作用下发生炉中心形成的下降空间，坠落在下喷嘴底部而形成灰层。 根据下喷嘴上面压力与炉顶压力之间的压差和灰层温度来维持一定的 灰层高度，与此同时利用连接在排灰短管上的螺旋排灰机进行排灰。在发生炉操作中最重要的问题是，如何避免偏火而使炉内各个点 均匀维持炉温的问题。要想利用同一台气化炉得到不同性质的煤气， 则以空气与蒸汽为气化剂；想得到半水煤气，则以蒸汽与富氧空气为 气化剂；想得到水煤气，则以蒸汽与纯氧为气化剂。由于利用充分的沸腾条件及反应时间，加之高温下操作在煤气中 不含油分；在炉灰和粉尘中含碳量少；煤气中的有效成分多而煤耗相 对少；每台炉的产气调节范围为60 110%;因采用密闭连续操作而避 免煤气泄漏，有利于环保。
权利要求1、一种常压粉煤气化炉，具有上面为拱形封头的立式圆筒状炉身(3)，拱形封头顶部有煤气出口管(1)，炉身下面有圆锥形封头(7)，圆锥形封头(7)上连接有下喷嘴(8)和回流连接短管(11)，其特征是炉身(3)的下部有一段向下收缩的圆锥台(14)，圆锥台(14)上口与上部炉身(3)相接，下口与下部圆锥形封头(7)相接。
2、 根据权利要求l所述的常压粉煤气化炉，其特征是所说的圆 锥形封头(7)的圆锥角为25 45。。
3、 根据权利要求l所述的常压粉煤气化炉，其特征是所说的圆 锥台(14)向下收縮的倾斜角为4 10。。
4、 根据权利要求l所述的常压粉煤气化炉，其特征是所说的下 喷嘴(8)的中心线与水平面之间夹角为10 18。
5、 根据权利要求1所述的常压粉煤气化炉，其特征是气化炉通 过顶部的煤气出口管U)和下部回流连接短管(11)与高温旋风分离器(19)固 定连接。
6、 根据权利要求5所述的常压粉煤气化炉，其特征是高温旋风 分离器(19)内部有中心管卿。
专利摘要本实用新型公开了一种常压粉煤气化炉，具有上面为拱形封头的立式圆筒状炉身，炉身下面有圆锥形封头，炉身的下部有一段向下收缩的圆锥台，圆锥台上口与上部炉身相接，下口与下部圆锥形封头相接；还采用发生炉与旋风分离器固定连接，喷嘴与炉体成一定角度。本实用新型在煤气生产能力相同前提下，降低发生炉高度和外壳表面积，增大气流空间。不仅改善了粉煤沸腾条件，还能使发生炉内反应时间比过去延长10％，从而煤气中CO₂含量减少1％以上，CO、H₂含量各增加1％。在炉灰和粉尘中的含碳量减少50％，粉煤利用率提高了3～4％。热损失比以往减少6％；节省钢材和建筑施工费。发生炉寿命长，结构简单，维修量少，便于维护，能够彻底保证安全性。有利于环保。
文档编号C10J3/56GK201031220SQ20072001179
公开日2008年3月5日 申请日期2007年4月19日 优先权日2007年4月19日
发明者沈德允 申请人:辽宁恩德工程建设有限公司(中外合作)