专利名称：一种固定床气化炉制备煤气的气化方法
技术领域：
本发明属于煤气化技术领域，特别是涉及一种固定床气化炉制备煤气的气化方法。
背景技术：
目前，常压固定床气化炉和加压固定床气化炉(Lurgi炉)均为以蒸汽/氧气或空 气为气化剂，煤由气化炉顶部的加煤口加入，气化剂从气化炉底部进入炉篦后，从炉篦布气孔进入气化炉内，煤与气化剂逆流接触，煤由上而下经过气化炉的干燥和预热区、干馏层、气化区(还原区)、燃烧区(氧化区)、灰层，最后变成灰从炉底的排灰口排出炉外。在氧化区，原料煤中的碳被气化剂中的氧，氧化成二氧化碳和一氧化碳，并放出大量的热量；在还原区，煤与气化剂在气化区发生吸热化学反应，生成可燃的一氧化碳和氢气；在气化炉中，氧化区温度最高，约为1100°C 1300°C，控制在灰熔点以下，如超过灰熔点，易形成结渣，造成气化剂分布不均，使燃料层下降速度形成梯度，造成偏炉，严重时燃料层会穿孔，氧气会通过孔洞上升到炉子上部，将煤气燃烧，甚至与煤气混合发生爆炸，影响正常生产，目前是通过在气化剂中加入过量的蒸汽，将炉内最高温度点控制在灰熔点以下，但会造成大量蒸汽的浪费，而且由于过量的蒸汽最终冷却成水并和煤干馏出的物质混合变成煤气水，又增加了污水产量。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种固定床气化炉制备煤气的气化方法，其能够解决大量蒸汽浪费的问题，而且装置结构简单，设计合理新颖，成本低廉。为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案
一种固定床气化炉制备煤气的气化方法，其包括以下步骤
(1)、煤由气化炉顶部的加煤口进入气化炉的炉膛内，气化剂从气化炉底部进入炉篦后，从炉篦布气孔进入气化炉内；
(2)、在气化炉下部侧面将水通过进水管送入炉膛内的氧化区中下部，煤由上而下经过气化炉的干燥和预热区预加热干燥、干馏层干馏、气化区进行气化反应，进入氧化区，煤与气化剂逆流接触，在氧化区中通过进水管送入的水以雾化状形式在氧化区中下部吸收热量而汽化，使温度控制在原料煤的灰熔点以下，燃烧后的灰从炉底的排灰口排出炉外。上述的固定床气化炉制备煤气的气化方法中，其在气化炉下部侧面通过进水管送入炉膛内的水可以采用气化炉自产的煤气水。一种实施上述气化方法的固定床气化炉，其包括具有水夹套的炉体、加煤口、粗煤气出口、排灰口、炉篦，炉体顶端为加煤口，底端为排灰口，炉体内为炉膛，炉膛下部设有炉篦，炉篦下方为排灰口 ；炉膛内的氧化区中下部与灰层之间设置有一喷水控温装置，喷水控温装置中心位于炉膛轴心线位置，所述喷水控温装置包括上环形喷水管、下环形喷水管、进水管、上支撑管、下支撑管，上、下环形喷水管均由内管和外管组成，上环形喷水管的内管与外管之间形成上水夹套，下环形喷水管的内管与外管之间形成下水夹套，上、下环形喷水管的外管通过若干个连接管相连通，其中一连接管内套置有连接内管，上、下环形喷水管的内管通过连接内管相连通，上环形喷水管的外管与炉体的水夹套通过上支撑管相连通，下环形喷水管的外管与炉体的水夹套通过下支撑管相连通，进水管一端伸入一下支撑管中与下环形喷水管的内管相连通，另一端伸出炉体外，上、下环形喷水管的内、外管之间均匀分布有若干个喷嘴。所述的固定床气化炉，其喷水控温装置中可设置若干个环形喷水管。所述的固定床气化炉，其环形喷水管与炉体的水夹套之间的支撑管可设置若干个。
·
所述的固定床气化炉，其上、下环形喷水管的上、下水夹套中设置有至少两块将水夹套内空间隔成连贯的环形空间的隔板。所述的固定床气化炉，其上、下环形喷水管上设置的喷嘴采用耐高温、耐腐蚀、耐磨雾化喷嘴。由于采用了如上所述技术方案，本发明具有如下优越性
该固定床气化炉制备煤气的气化方法，其在炉膛内的氧化区中下部与灰层之间设置喷水控温装置，利用环形喷水管中喷出的水吸收热量而汽化，减少气化剂中蒸汽的用量；由于氧化区增加的换热管，即上、下支撑管及上、下环形喷水管的外管，内有一部分水吸收气化炉内热量而汽化，增加了气化炉水夹套的产汽量；由于气化剂的作用，炉膛内的物料处于部分失重状态，从环形喷水管内喷射出的水可起到搅拌作用，防止气化剂在炉内形成沟流，提高该气化炉的碳转化率；降低排灰温度，延长炉篦的使用寿命；可回收灰渣中更多的热能，因此总热效率更高。与现有的固定床气化炉相比，本发明所述的气化炉更节能、环保，而且结构简单、操作简便、节约成本，使用寿命更长，适用于煤气化发电、煤气化制城市煤气及化工合成等系统。
图I是本发明中的固定床气化炉的结构示意 图2是图I中喷水控温装置的“A向”结构示意 图中1 一加煤口；2 —粗煤气出口；3 (a、b、c) 一上支撑管；4 一上环形喷水管；5 (a、
b、c) 一下支撑管；6 —下环形喷水管；7 —炉篦；8 —气化剂进口 ；9 一排灰口 ；10 —进水管；11 一水夹套；12 —炉膛；13 —隔板；14 一喷嘴；15a—下环形喷水管的内管；15b —下环形喷水管的外管；16a —上环形喷水管的内管；16b —上环形喷水管的内管；17a —连接管；17b 一连接内管。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明。
本发明所述的固定床气化炉制备煤气的气化方法，其包括以下步骤
(1)、煤由气化炉顶部的加煤口进入气化炉的炉膛内，气化剂从气化炉底部进入炉篦后，从炉篦布气孔进入气化炉内；
(2)、在气化炉下部侧面将水通过进水管送入炉膛内的氧化区中下部，煤由上而下经过气化炉的干燥和预热区预加热干燥、干馏层干馏、气化区进行气化反应，进入氧化区，煤与气化剂逆流接触，在氧化区中通过进水管送入的水以雾化状形式在氧化区中下部吸收热量而汽化，使温度控制在原料煤的灰熔点以下，燃烧后的灰从炉底的排灰口排出炉外。如图1、2所示所述的固定床气化炉，其包括具有水夹套11的炉体、加煤口 I、粗煤气出口 2、排灰口 9、炉篦7，炉体顶端为加煤口 1，底端为排灰口 9，炉体内为炉膛12，炉膛12下部设有炉篦7，炉篦下方为排灰口 ；炉膛内的氧化区中下部与灰层之间设置有一喷水控温装置，喷水控温装置中心位于炉膛轴心线位置，所述喷水控温装置包括上环形喷水管 4、下环形喷水管6、进水管10、上支撑管3a、3b、3c、下支撑管5a、5b、5c，上环形喷水管4由内管16a和外管16b组成，下环形喷水管6由内管15a和外管15b组成，上环形喷水管的内管与外管之间形成上水夹套，下环形喷水管的内管与外管之间形成下水夹套，上、下环形喷水管的外管16b、15b通过若干个连接管相连通,其中一连接管17a内套置有连接内管17b,上、下环形喷水管的内管16a、15a通过连接内管17b相连通，上环形喷水管的外管16b与炉体的水夹套11通过上支撑管3a、3b、3c相连通,下环形喷水管的外管15b与炉体的水夹套11通过下支撑管5a、5b、5c相连通,进水管10 —端伸入一下支撑管5b中与下环形喷水管的内管15a相连通，另一端伸出炉体外，上环形喷水管的内、外管16a、16b之间、下环形喷水管的内、外管15a、15b之间均勻分布有若干个喷嘴14。所述的固定床气化炉，其喷水控温装置中可设置若干个环形喷水管，以不超过4个为较佳选择，各个环形喷水管的直径均不相同。所述的固定床气化炉，其环形喷水管与炉体的水夹套之间的支撑管可设置若干个。所述的固定床气化炉，其上、下环形喷水管的上、下水夹套中设置有至少两块将水夹套内空间隔成连贯的环形空间的隔板13，使上、下环形喷水管中的水不走短路，不会有死角。所述的固定床气化炉，其上、下环形喷水管上设置的喷嘴采用耐高温、耐腐蚀、耐磨雾化喷嘴。正常生产时，煤通过加煤口进入气化炉的炉膛内，蒸汽、氧气以及水组成气化剂，蒸汽、氧气从气化炉底部进入炉篦后，从炉篦布气孔进入气化炉内，施加一定压力将水通过进水管送入下环形喷水管的内管中，并通过连接内管进入上环形喷水管的内管中，上、下环形喷水管的内管中的水通过喷嘴向上、下环形喷水管的内、外两侧喷出，喷至氧化区；煤由上而下经过气化炉的干燥和预热区预加热干燥、干馏层干馏、气化区进行气化反应，进入氧化区，煤与气化剂逆流接触，在氧化区中上、下环形喷水管的喷嘴喷出的水立即汽化吸收热量，使温度控制在原料煤的灰熔点以下，燃烧后的灰从炉底的排灰口排出炉外。由于上、下环形喷水管的外管与气化炉的水夹套是相通的，只要气化炉的夹套有水，上、下环形喷水管及喷嘴就不会被烧坏。本发明的气化方法，使氧化区内的温度控制在原料煤的灰熔点以下，可代替原气化剂中的部分蒸汽的用量，很大程度的节省成本，以一台正常运行的加压固定床气化炉为例，根据负荷不同耗蒸气为28 56吨/小时，如果使用本发明所述的高效节能型固定床气化炉，不考虑内部换热管产生的蒸汽，所节省的蒸汽量可按下式计算
Q水 x (T3 — T4) XCp水+ Q水 X Y + Q水 X (T1 — T3) XCpn= Q汽 X (T1 — T2) XCp汽
式中
Q 喷入的水量kg
Cp水水的比热容(按lkcal/kg · O计算)
T4喷入气化炉内水的温度(按40°C计算)
Y 240°C时饱和水的汽化热(按42lkcal/kg计算)
T1氧化区的最高温度(按1100°C计算)
T2气化炉用蒸汽的温度(按430°C计算)
T3气化炉内压力下水的汽化温度(按240°C计算)
Cp$气化炉内蒸汽的比热容(按O. 52kcal/kg · °C计算)
Qg可节省蒸汽的量kg
如果按每小时喷入2吨水计算，把数据代入上式
2000X (240 - 40) Xl + 2000X421 + 2000X (1100 — 240) X0. 52=Q'汽 X (1100 — 430) X0. 52Q汽=6132kg=6. 132t
如果每小时喷入10吨水，每小时可节省蒸气30. 66t0如果喷入的水采用气化炉自产的煤气水，同时可减少和蒸汽相应的污水产量。
权利要求
1.一种固定床气化炉制备煤气的气化方法，煤由气化炉顶部的加煤口进入气化炉的炉膛内，气化剂从气化炉底部进入炉篦后，从炉篦布气孔进入气化炉内；其特征在于在气化炉下部侧面将水通过进水管送入炉膛内的氧化区中下部，煤由上而下经过气化炉的干燥和预热区预加热干燥、干馏层干馏、气化区进行气化反应，进入氧化区，煤与气化剂逆流接触，在氧化区中通过进水管送入的水以雾化状形式在氧化区中下部吸收热量而汽化，使温度控制在原料煤的灰熔点以下，燃烧后的灰从炉底的排灰口排出炉外。
2.根据权利要求I所述的固定床气化炉制备煤气的气化方法，其特征在于其在气化炉下部侧面通过进水管送入炉膛内的水可以采用气化炉自产的煤气水。
3.根据权利要求I所述的固定床气化炉制备煤气的气化方法，其特征在于在氧化区中通过进水管送入的水使氧化区内的温度控制在原料煤的灰熔点以下，代替原气化剂中的部分蒸汽的用量，节省的蒸汽量按下式计算Q 水 x (T3 — T4) X Cp 水+ Q 水 X γ + Q 水 X (T1 — T3) X Cpn= Q汽 X (T1 — T2) X Cp 汽 其中，Q#指的是喷入的水量；CP#指的是水的比热容；T4指的是喷入气化炉内水的温度；Y指的是240°C时饱和水的汽化热J1指的是氧化区的最高温度；T2指的是气化炉用蒸汽的温度；Τ3指的是气化炉内压力下水的汽化温度仏^指的是气化炉内蒸汽的比热容;0汽指的是可节省蒸汽的量。
全文摘要
本发明属于煤气化技术领域，公开一种固定床气化炉制备煤气的气化方法，煤由气化炉顶部的加煤口进入气化炉的炉膛内，气化剂从气化炉底部进入炉篦后，从炉篦布气孔进入气化炉内；在气化炉下部侧面将水通过进水管送入炉膛内的氧化区中下部，煤由上而下经过气化炉的干燥和预热区预加热干燥、干馏层干馏、气化区进行气化反应，进入氧化区，煤与气化剂逆流接触，在氧化区中通过进水管送入的水以雾化状形式在氧化区中下部吸收热量而汽化，使温度控制在原料煤的灰熔点以下，燃烧后的灰从炉底的排灰口排出炉外。本发明能够减少气化剂中蒸汽的用量，节能环保，适用于煤气化发电、煤气化制城市煤气及化工合成等系统。
文档编号C10J3/20GK102876386SQ201210341158
公开日2013年1月16日 申请日期2009年2月18日 优先权日2009年2月18日
发明者刘宏建, 高恒, 刘晨希 申请人:刘宏建, 高恒