专利名称：液体燃料或固体燃料或气体燃料制备合成气的气化炉的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及气化炉领域，尤其是涉及一种液体燃料或固体燃料或气体燃料制 备合成气的气化炉。
背景技术：
合成气是一种重要的化工中间原料，是合成氨、合成甲醇、二甲醚、醋酸、煤制烯 烃、煤制乙二醇、煤的直接液化、煤的间接液化、制氢等化工生产中不可或缺的原料气，合成 气的制备原料主要来自天然气、渣油、石油焦和煤，随着近年来国际原油价格的高位运行 以及天然气价格的不断上涨，煤制合成气的经济性日益突出，受到国家政策的大力扶持， 近几年来在国内蓬勃发展，与此同时，各种煤气化技术在国内得到长足发展，其中具有代 表性的是GE的单喷嘴顶置水煤浆气化技术ZL94117093. 4、Shell的多喷嘴粉煤气化技术 ZL02829258. 8、华东理工的对置式多喷嘴水煤浆气化技术ZL98110616. 1和航天动力研究 所的单喷嘴顶置粉煤气化技术ZL200520005^0. 1。GE单喷嘴顶置水煤浆气化炉具有结构简单、运行稳定可靠、气化压力高等优点，但 是采用单喷嘴，反应物料喷出的射流集中，在射流与气化室内壁之间的空间存在较大的气 流回转区域，生成的高温合成气停留时间分布不均勻，返混现象严重，浪费宝贵的反应室空 间。华东理工气化技术的优点是采用侧壁对置式多喷嘴对撞，在反应过程中强化了反应物 流之间的传热传质，反应混合物分散更加均勻，但是华东理工的气化炉在生产中出现气化 炉顶超温，炉顶高温衬里寿命缩短等问题，此后虽经过增高气化炉使部分问题得到一定程 度的缓解，但是烧嘴以上至气化炉顶的空间成了回转气流形成的一个死区，既浪费反应空 间，又增加了气化炉的设备投资。航天炉采用单喷嘴顶置，当负荷较低时，工艺烧嘴喷口容 易出现粉煤掉落现象，氧化剂供应不足，粉煤来不及完全反应就落入激冷室，降低原料的转 化效率。Shell的粉煤气化工艺采用四喷嘴粉煤进料，粗煤气向上流动，在气化室上部的出 口处用循环压缩后的净化粗煤气将高温粗煤气激冷到850-900°C，将气体携带的细渣激冷 成固体，降低了热回收设备的材质要求，循环激冷气与高温粗煤气的比约为0.8，反应生成 的熔渣沿水冷壁向下流动，经排渣口进入下部水浴，连续排至气化炉下方的锁斗。Shell工 艺的缺点在于采用循环粗煤气激冷高温粗煤气，增加了循环气压缩工耗，降低了总的除尘 效率。
发明内容本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种采用多喷 嘴顶置，集成点火装置，气化室两次注气，粗煤气水浴激冷等优点为一体的以气态烃或液态 烃或可燃固体水淤浆或可燃固体粉体为原料制备合成气的气化炉。本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现液体燃料或固体燃料或气体燃料制备合成气的气化炉，其特征在于，该气化炉包 括在气化炉上部的反应室，在气化炉下部的冷却室，反应室与冷却室同轴并且连通，在反应室顶部的联合平台，联合平台上部设有至少一个点火装置和设有至少两个原料喷嘴，在反 应室中上部设有至少两个一次气喷嘴，在反应室中下部设有至少两个二次气喷嘴。所述的联合平台位于反应室的球形顶部，经法兰与反应室连接。所述的联合平台为同心变径阶梯型圆台结构，外部设有水冷盘管或水夹套保护结 构。所述的点火装置设置在联合平台的中心，点火装置的中心线与反应室的轴向方向 夹角为0° ；有2-8个原料喷嘴以联合平台中心为圆心的圆形均勻排列，设置在联合平台 上，原料喷嘴的中心线与反应室的轴向方向夹角为1° -45°。所述的联合平台上的原料喷嘴设有至少两个物料通道。所述的反应室中上部设有2-6个一次气喷嘴，一次气喷嘴设置于反应室的反应室 竖直筒体上，以反应室的中心线为圆心均勻排列，一次气喷嘴的中心线与反应室的轴向方 向夹角为60° -120°，一次气喷嘴设有至少一个物料通道。所述的反应室中下部设有2-6个二次气喷嘴，二次气喷嘴设置于反应室的反应室 竖直筒体上，以反应室的中心线为圆心均勻排列，二次气喷嘴的中心线与反应室的轴向方 向夹角为60° -120°，二次气喷嘴设有至少一个物料通道。所述的反应室内部设有耐火衬里，该耐火衬里为耐火砖或管式水冷壁。所述的冷却室内上部设有激冷环，激冷环与冷却室同轴，激冷环与反应室连接并 且连通。所述的激冷环上设有激冷水进口。所述的激冷环下方设有下降通道，下降通道与激冷环同轴连接。所述的下降通道上设有2-20个雾化水喷嘴。所述的下降通道上设有雾化水进口。所述的冷却室竖直筒体中上部设有合成气出口，合成气出口固定于冷却室竖直筒 体上，合成气出口的中心线与冷却室的轴向方向成90°。所述的冷却室的下部设有渣水出口，渣水出口与冷却室竖直筒体同轴连接。与现有技术相比，本实用新型克服了侧壁对置多喷嘴气化炉出现的顶部超温，耐 火衬里寿命缩短的缺点；与单喷嘴顶置气化炉相比，本方案采用多喷嘴顶置在保证反应原 料雾化分散效果的情况下，气化炉的负荷调整范围更宽，可达25% -120%，特别是对于单 炉投煤量在2000t/d以上的超大型蓄热点火式气化装置中，使得开车投料过程中炉温变化 平稳，开车成功率高；联合平台设置点火烧嘴，使得本气化炉无需进行工艺烧嘴更换，即可 实现点火，缩短开车点火时间，节省气化炉开车过程中的燃料消耗，当由非气化设备引起的 短暂停车时，可以快速实现在线连投；设置在反应室中上部的一次气喷嘴，在气化炉实际运 行时可向反应室内喷入惰性气体如二氧化碳，一方面起到保护反应室内耐火衬里的作用， 可以有效提高耐火衬里的使用周期及安全性，克服了目前气化炉内耐火砖作衬里的使用周 期短、安全性差的缺点；另一方面，进入炉内的二氧化碳在高温下会参与炉内的气化反应， 提高生成合成气中有效气的含量，而且可以减少二氧化碳向大气中的排放量，起到环保减 排的作用。设置在反应室中下部的二次气喷嘴，在气化炉实际运行时可向反应室内喷入氧 气，提高了反应室下部渣口处的温度，改善了反应室下部渣口处的流场，可以有效的解决目 前存在于绝大多数气化炉中运行时渣口堵塞的问题。设置在冷却室上部的激冷环可以保护下降通道免受高温合成气的直接热作用并可部分激冷高温合成气。设置于下降通道上雾化 水喷嘴可以对高温合成气进行快速冷却，使合成气中的灰渣迅速降到融熔温度以下，减少 了灰渣的粘结，避免了出现大块渣的可能性。
图1为本实用新型的主视剖视结构示意图；图2为本实用新型中联合平台的剖视结构示意图；图3为本实用新型中联合平台的俯视结构示意图。图中，1为气化炉，2为反应室，3为冷却室，4为联合平台，5为点火装置，6为原料 喷嘴，7为一次气喷嘴，8为二次气喷嘴，9为球形顶部，10为反应室竖直筒体，11为法兰，12 为耐火衬里，13为激冷环，14为雾化水喷嘴，15为激冷水进口，16为雾化水进口，17为合成 气出口，18为下降通道，19为冷却室竖直筒体，20为渣水出口。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。实施例液体燃料或固体燃料或气体燃料制备合成气的气化炉1，结构如图1 3所示，该 气化炉筒体为直立圆筒，气化炉内部结构分为两段，自上而下分别为反应室2和冷却室3， 反应室2和冷却室3同轴地连接在气化炉1中，在反应室2的球形顶部9上设有一个联合 平台4，通过法兰11与反应室2连接，联合平台4有水夹套外部保护，构成一个同心变径阶 梯型圆台，用于隔绝反应室2的热辐射，联合平台4上部设有一个点火装置5，设有4个原 料喷嘴6，点火装置5位于联合平台4的中心，点火装置5的中心线与反应室2同轴心；有4 个原料喷嘴6以联合平台4中心为圆心的圆形均勻排列，设置在联合平台4上，原料喷嘴6 的中心线与反应室2的轴向夹角为5° ；在反应室2中上部设有两个一次气喷嘴7，一次气 喷嘴7的中心线与反应室的轴向方向夹角为90° ；在反应室2中下部设有两个二次气喷嘴 8，二次气喷嘴8的中心线与反应室的轴向方向夹角为90°。反应室2内安装耐火衬里12， 耐火衬里12的结构为耐火砖结构。冷却室3上部安装有激冷环13，激冷环13连接着反应室2和冷却室3，在激冷环 13上设有激冷水进口 15，激冷环13下部设有下降通道18，在下降通道18上设有2_20个雾 化水喷嘴14，均勻分布在下降通道18的内壁上，在下降通道18上设有雾化进水口 16，冷却 室3通过下降通道18被分隔为内外两层，下降通道18内侧为封闭的粗煤气流动通道，冷却 室2的下方设有渣水出口 20，用于排出灰渣激冷后的渣水。运行时原料与氧气采用4个原料烧嘴6喷入反应室2，在6-8. 5MPa 1200-1700°C 发生部分氧化反应生成粗合成气，通过反应物的喷射对撞使反应生成的粗煤气与熔渣在反 应室2的轴向中心区并流下行，部分熔渣溅射至反应室2的耐火衬里12上，沿壁面下流， 煤渣以熔融态经反应室2的排渣口与高温合成气并流入正下方的激冷环13和下降通道18 中。从激冷环13内喷出激冷水，在下降通道18内表面形成保护水膜。通过12个雾化水喷 嘴14将高温粗煤气与熔渣激冷至煤灰的变形温度以下150-200°C，将熔渣激冷至固态，消 除煤灰的粘性，然后经过部分激冷的高温合成气与灰渣通过下降通道18进入冷却室3的水中进行水浴，经水浴降温除灰后的合成气沿下降通道18与冷却室竖直筒体19形成的环形 空间上行，经合成气出口 17出气化炉1。冷却室3的底部通过喷入激冷水维持一定的液位， 将灰渣激冷后与黑水通过渣水出口 20 —起排至其他集渣设备。 结合图1、图2、图3与实施例的详细说明可更好地理解本实用新型的目的和特征， 但不作为限制本实用新型的依据。
权利要求1.液体燃料或固体燃料或气体燃料制备合成气的气化炉，其特征在于，该气化炉包括 在气化炉(1)上部的反应室O)，在气化炉(1)下部的冷却室(3)，反应室(2)与冷却室(3) 同轴并且连通，在反应室(2)顶部的联合平台G)，联合平台(4)上部设有至少一个点火装 置(5)和设有至少两个原料喷嘴(6)，在反应室O)中上部设有至少两个一次气喷嘴(7)， 在反应室O)中下部设有至少两个二次气喷嘴(8)。
2.根据权利要求1所述的液体燃料或固体燃料或气体燃料制备合成气的气化炉，其特 征在于，所述的联合平台(4)位于反应室(2)的球形顶部(9)，经法兰(11)与反应室(2)连 接。
3.根据权利要求1所述的液体燃料或固体燃料或气体燃料制备合成气的气化炉，其特 征在于，所述的联合平台(4)为同心变径阶梯型圆台结构，外部设有水冷盘管或水夹套保 护结构。
4.根据权利要求1所述的液体燃料或固体燃料或气体燃料制备合成气的气化炉，其特 征在于，所述的点火装置(5)设置在联合平台(4)的中心，点火装置(5)的中心线与反应 室O)的轴向方向夹角为0° ；有2-8个原料喷嘴(6)以联合平台中心为圆心的圆形 均勻排列，设置在联合平台(4)上，原料喷嘴(6)的中心线与反应室O)的轴向方向夹角为 1° -45° 。
5.根据权利要求1所述的液体燃料或固体燃料或气体燃料制备合成气的气化炉，其特 征在于，所述的联合平台(4)上的原料喷嘴(6)设有至少两个物料通道。
6.根据权利要求1所述的液体燃料或固体燃料或气体燃料制备合成气的气化炉，其特 征在于，所述的反应室O)中上部设有2-6个一次气喷嘴(7)，一次气喷嘴(7)设置于反应 室⑵的反应室竖直筒体(10)上，以反应室(2)的中心线为圆心均勻排列，一次气喷嘴(7) 的中心线与反应室O)的轴向方向夹角为60° -120°，一次气喷嘴(7)设有至少一个物料 通道。
7.根据权利要求1所述的液体燃料或固体燃料或气体燃料制备合成气的气化炉，其特 征在于，所述的反应室O)中下部设有2-6个二次气喷嘴(8)，二次气喷嘴(8)设置于反应 室⑵的反应室竖直筒体(10)上，以反应室(2)的中心线为圆心均勻排列，二次气喷嘴⑶ 的中心线与反应室O)的轴向方向夹角为60° -120°，二次气喷嘴(8)设有至少一个物料 通道。
8.根据权利要求1所述的液体燃料或固体燃料或气体燃料制备合成气的气化炉，其特 征在于，所述的反应室O)内部设有耐火衬里(12)，该耐火衬里(1 为耐火砖或管式水冷壁。
9.根据权利要求1所述的液体燃料或固体燃料或气体燃料制备合成气的气化炉，其特 征在于，所述的冷却室(3)内上部设有激冷环(13)，激冷环(1 与冷却室C3)同轴，激冷环 (13)与反应室(2)连接并且连通。
10.根据权利要求9所述的液体燃料或固体燃料或气体燃料制备合成气的气化炉，其 特征在于，所述的激冷环(1 上设有激冷水进口(15)。
11.根据权利要求1所述的液体燃料或固体燃料或气体燃料制备合成气的气化炉，其 特征在于，所述的激冷环(13)下方设有下降通道(18)，下降通道(18)与激冷环(13)同轴 连接。
12.根据权利要求11所述的液体燃料或固体燃料或气体燃料制备合成气的气化炉，其 特征在于，所述的下降通道(18)上设有2-20个雾化水喷嘴(14)。
13.根据权利要求1所述的液体燃料或固体燃料或气体燃料制备合成气的气化炉，其 特征在于，所述的下降通道(18)上设有雾化水进口(16)。
14.根据权利要求1所述的液体燃料或固体燃料或气体燃料制备合成气的气化炉，其 特征在于，所述的冷却室(3)的冷却室竖直筒体(19)中上部设有合成气出口(17)，合成气 出口(17)固定于冷却室竖直筒体(19)上，合成气出口(17)的中心线与冷却室(3)的轴向 方向成90°。
15.根据权利要求1所述的液体燃料或固体燃料或气体燃料制备合成气的气化炉，其 特征在于，所述的冷却室(3)的下部设有渣水出口(20)，渣水出口 00)与冷却室竖直筒体 (19)同轴连接。
专利摘要本实用新型涉及液体燃料或固体燃料或气体燃料制备合成气的气化炉，该气化炉由反应室和冷却室自上而下同轴连接构成，反应室顶部设有联合平台，联合平台集成点火装置和多个原料喷嘴，反应室安装耐火衬里并设有一次气喷嘴和二次气喷嘴，冷却室设有激冷环用于连接反应室和冷却室，在激冷环下方设有下降通道，在下降通道内设有水喷嘴均匀分布在其内壁上。与现有技术相比，本实用新型可气化多种原料，适应性广，可实现在线连投，粗煤气水激冷，可以使合成气中的灰渣迅速降到融熔温度以下，减少了灰渣的粘结，避免了出现大块渣的可能性，具有环保节能的效果。
文档编号C10J3/48GK201842827SQ20102060753
公开日2011年5月25日 申请日期2010年11月12日 优先权日2010年11月12日
发明者方邦铻, 李保有, 赵柄国, 邹永胜 申请人:惠生工程(中国)有限公司