分级给氧气化炉的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种分级给氧气化炉，其包括上壳体和耐火衬里，筒体段上设有二次给氧烧嘴室；各二次给氧烧嘴室轴线到下锥段顶面上的距离为筒体段直径的0.5-0.8倍，二次给氧烧嘴轴线在水平面上与二次给氧烧嘴室轴线之间的夹角为3°～5°，二次给氧烧嘴轴线在竖直面上与二次给氧烧嘴室的轴线之间的夹角为5°～10°。本实用新型实现高效气化以及液态排渣，降低氧化剂消耗，降低了气化炉壁面热损失，提高气化炉内产生的冷煤气效率。
【专利说明】分级给氧气化炉
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种用于以碳物质为原料的气化炉，特别涉及一种分级给氧气化 炉。
【背景技术】
[0002] 煤气化技术是将煤炭等固态一次能源转化为气态清洁二次能源的主要途径，该技 术主要运用于合成氨、合成甲醇、炼厂制氢、高炉还原炼铁化工冶金行业、联合循环发电装 置以及工业和民用燃气领域中。
[0003] 现有的已经工程实施的煤气化技术中主要有以水煤浆为原料的Texaco (现为GE 公司）气化炉、多烧嘴对置式水煤浆气化炉；以粉煤为原料的Shell气化炉、GSP气化炉 和多烧嘴对置式粉煤气化炉；具有分级给料的清华炉和两段炉（西安热工院）。中国实 用新型专利申请CN101613623A、中国实用新型专利CN100404652C和中国实用新型专利申 请CN102453550A所公开的气化炉，通过将氧气分级加入，降低气化炉上部（顶部）空间的 温度，提高耐火衬里的使用寿命。其中，中国实用新型专利CN101613623A公开的气化炉 中二次给氧烧嘴距离气化炉下锥部的直段距离为1. 5?2. 4D(其中，一般直段高度为3D， 且上述直段距离为直段高度的53 %?81 %，），即处于气化炉中上部；中国实用新型专利 CN100404652C所公开的气化炉二次喷嘴处于回流区顶部下沿，即处于气化炉上部；中国实 用新型专利申请CN102453550A公开的气化炉中二次给氧烧嘴距离气化炉下锥部的直段距 离为1D?即二次给氧烧嘴处于气化炉的中下部，D为气化室的直径。
[0004] 然而，对于以劣质煤为原料的气流床气化炉，考虑到煤的高灰熔点、高灰分、高水 分等特点，一般都采用以粉煤形态进料，及以水冷壁为耐火衬里的气化工艺，因此，气化温 度不是影响气化炉长周期运行的限制条件，而是影响气化炉性能的关键参数。在煤种一定 的条件下，随着气化炉温度的提高，一方面水冷壁两侧的温差增大，壁面热损失增大，另一 方面液态熔渣粘度减小，熔渣厚度减小，壁面热阻减小，热损失增大。通过工业气化炉运行 分析和计算得出，以神府煤为例，气化温度提高100°C，壁面热损失增加5倍。因此，对于高 灰熔点煤，采用现有气化技术进行气化，为了保证液态排渣，需要维持很高的氧煤比，以融 化灰渣，确保渣口畅通。这样使得气化炉壁面热损失过大，壁面耐火衬里热负荷过高，氧耗 高，气化冷煤气效率很低。 实用新型内容
[0005] 本实用新型为了克服现有的气化炉壁面热损失过大、氧气消耗过高、气化冷煤气 效率低和气化炉性能较低的缺陷，提供一种以劣质煤为原料的高效液态排渣的分级给氧气 化炉。
[0006] 本实用新型通过下述技术方案解决上述技术问题的：
[0007] -种分级给氧气化炉，包括上壳体，该上壳体包括一上封头、一坚直筒段壳体和一 下封头，该坚直筒段壳体的两端分别与该上封头和该下封头相连接，该上封头的顶部设有 工艺烧嘴室，该下封头的底部设有出渣口，该坚直筒段壳体的底部沿坚直方向向下设有一 形成有一冷凝室的下壳体，该下壳体的底部设有排渣口，该下壳体的上部侧壁上设有粗煤 气出口，其特点在于，该分级给氧气化炉还包括一设置在该上壳体内的耐火衬里，该耐火衬 里内形成有一气化室，该气化室的顶部与该工艺烧嘴室相连通，该气化室的底部通过该出 渣口与该冷凝室相连通，该耐火衬里为膜式水冷壁；
[0008] 该耐火衬里包括一设置于该工艺烧嘴室底部的上锥段、一筒体段和一设置于该出 渣口底部的下锥段，该筒体段的侧壁上设有至少一固定于该坚直筒段壳体侧壁上的二次给 氧烧嘴室，工艺烧嘴和二次给氧烧嘴分别安装在该工艺烧嘴室和该二次给氧烧嘴室内；
[0009] 该工艺烧嘴室的轴线与该气化室的轴线重合，该工艺烧嘴的轴线与该工艺烧嘴室 的轴线重合，且该工艺烧嘴用于将氧化剂、蒸汽和含碳物质送入气化室内产生气化反应； [0010] 各该二次给氧烧嘴室的轴线到该下锥段的顶面上的距离为该耐火衬里的筒体段 的直径的〇. 5-0. 8倍，该二次给氧烧嘴室的轴线与该气化室的轴线垂直相交，该二次给氧 烧嘴的轴线在水平面上与该二次给氧烧嘴室的轴线之间的夹角为3°?5°，该二次给氧 烧嘴的轴线在坚直面上与该二次给氧烧嘴室的轴线之间的夹角为5°?10°，且各该二次 给氧烧嘴用于通入氧化剂。
[0011] 在本方案中，采用上述结构形式，能够实现氧化剂的分级加入，使靠近上锥段的 气化室保持低氧碳比气化，使靠近下锥段的气化室保持高氧灰比熔渣，实现高效气化以及 液态排渣，降低氧化剂消耗，降低了气化炉壁面热损失，提高气化炉内产生的冷煤气效率和 气化炉在线率；另外，二次给氧烧嘴的轴线在水平面上与二次给氧烧嘴室的轴线之间的夹 角为3°?5°，二次给氧烧嘴的轴线在坚直面上与二次给氧烧嘴室的轴线之间的夹角为 5°?10°，从而使得从二次给氧烧嘴通入的氧化剂形成旋流，并且该氧化剂最终是否向出 渣口方向运动，即以形成旋流并向渣口运动的流场；此外，冷凝室用于对气化产生的合成气 和熔渣进行冷却及分离。
[0012] 较佳地，各该二次给氧烧嘴室的轴线到该下锥段的顶面上的距离为该耐火衬里的 筒体段的直径的〇. 6倍，该二次给氧烧嘴的轴线在水平面上与该二次给氧烧嘴室的轴线之 间的夹角为4°，该二次给氧烧嘴的轴线在坚直面上与该二次给氧烧嘴室的轴线之间的夹 角为8°。
[0013] 较佳地，该二次给氧烧嘴室和二次给氧烧嘴的数量为两个，两个该二次给氧烧嘴 室位于同一水平面上且沿该筒体段的周向均匀分布。
[0014] 较佳地，该下锥段的底部固设有一冷却器和一与该冷却器相连接的导气管，该导 气管的一端通过该出渣口与该气化室相连通，另一端与该冷凝室相连通。
[0015] 在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本实用新型各较 佳实例。
[0016] 本实用新型的积极进步效果在于：
[0017] 本实用新型能够实现氧化剂的分级加入，使靠近上锥段的气化室保持低氧碳比气 化，使靠近下锥段的气化室保持高氧灰比熔渣，实现高效气化以及液态排渣，降低氧化剂消 耗，降低了气化炉壁面热损失，提高气化炉内产生的冷煤气效率和气化炉在线率。
【专利附图】
【附图说明】
[0018] 图1为本实用新型较佳实施例的分级给氧气化炉的结构示意图。
[0019] 图2为图1中二次给氧烧嘴在坚直面上的结构示意图。
[0020] 图3为图1中二次给氧烧嘴在水平面上的结构示意图。
[0021] 附图标记说明
[0022] 上壳体：1
[0023] 上封头：11 坚直筒段壳体：12 下封头：13
[0024] 工艺烧嘴室：14 工艺烧嘴：15 二次给氧烧嘴室：16
[0025] 二次给氧烧嘴：17 出渣口 ：18
[0026] 下壳体：2
[0027] 冷凝室：21 排渣口 ：22 粗煤气出口 ：23
[0028] 耐火衬里：3
[0029] 气化室：31 上锥段：32 筒体段：33
[0030] 下锥段：34 冷却器：35 导气管：36
[0031] 二次给氧烧嘴室轴线：L1
[0032] 二次给氧烧嘴轴线：L2
[0033] 二次给氧烧嘴轴线在水平面上与二次给氧烧嘴室轴线之间夹角：α
[0034] 二次给氧烧嘴轴线在坚直面上与二次给氧烧嘴室轴线之间夹角：β
【具体实施方式】
[0035] 下面通过实施例的方式进一步说明本实用新型。
[0036] 如图1所示，本实用新型分级给氧气化炉包括上壳体1。上壳体1包括上封头11、 坚直筒段壳体12和下封头13。坚直筒段壳体12的两端分别与上封头11和下封头13相连 接，且下封头13向坚直筒段壳体12内部延伸。
[0037] 其中，上封头11的顶部设有工艺烧嘴室14,工艺烧嘴室14内安装有工艺烧嘴15。 工艺烧嘴室的轴线与气化室的轴线重合，工艺烧嘴的轴线与工艺烧嘴室的轴线重合，且该 工艺烧嘴用于将氧化剂、蒸汽和含碳物质送入气化室内产生气化反应。
[0038] 另外，该下封头13的底部设有出渣口 18,该坚直筒段壳体12的底部沿坚直方向向 下设有一下壳体2,下壳体2内形成有一冷凝室21。冷凝室21能够用于对气化产生的合成 气和熔渣进行冷却及分离。当然，该下壳体的底部设有排渣口 22,下壳体的上部侧壁上设有 粗煤气出口 23。
[0039] 请根据图1予以理解，该分级给氧气化炉还包括一设置在该上壳体1内的耐火衬 里3。该耐火衬里3内形成有气化室31，气化室31的顶部与工艺烧嘴室相连通，该气化室 的底部通过出渣口与冷凝室相连通。同时，在本实用新型中，该耐火衬里为膜式水冷壁。
[0040] 其中，该耐火衬里包括设置在工艺烧嘴室底部的上锥段32、筒体段33和设置在出 渣口底部的下锥段34。下锥段的底部固设有冷却器35和一与冷却器35相连接的导气管 36,该导气管36的一端通过出渣口与该气化室相连通，另一端与冷凝室相连通。从图1可 知，筒体段的侧壁上设有至少一固定于该坚直筒段壳体12侧壁上的二次给氧烧嘴室16,二 次给氧烧嘴室16内安装有二次给氧烧嘴17。
[0041] 优选的，在本实用新型中，该二次给氧烧嘴室和二次给氧烧嘴的数量为两个，两个 该二次给氧烧嘴室位于同一水平面上且沿该筒体段的周向均匀分布。
[0042] 请根据图2-3予以理解，各二次给氧烧嘴室轴线L1到下锥段的顶面上的距离为耐 火衬里的筒体段的直径的〇. 5-0. 8倍。二次给氧烧嘴室轴线L1与气化室轴线垂直相交。同 时，二次给氧烧嘴轴线L2在水平面上与二次给氧烧嘴室轴线L1之间夹角为3°?5°，二 次给氧烧嘴轴线L2在坚直面上与二次给氧烧嘴室轴线L1之间夹角为5°?10°，以形成 旋流并向渣口运动的流场，且各二次给氧烧嘴用于通入氧化剂。
[0043] 在本实用新型中，采用工艺烧嘴和二次给氧烧嘴的结构形式，能够实现氧化剂的 分级加入，使靠近上锥段的气化室保持低氧碳比气化，使靠近下锥段的气化室保持高氧灰 比熔渣，实现高效气化以及液态排渣，降低氧化剂消耗，降低了气化炉壁面热损失，提高气 化炉内产生的冷煤气效率和气化炉在线率。其中，在线率是一年内气化炉运行时间/ 一年 总时间。
[0044] 进一步的，各该二次给氧烧嘴室轴线L1到该下锥段的顶面上的距离为该耐火衬 里的筒体段的直径的〇. 6倍，二次给氧烧嘴轴线L2在水平面上与该二次给氧烧嘴室轴线L1 之间夹角为4°，该二次给氧烧嘴轴线L2在坚直面上与二次给氧烧嘴室轴线L1之间夹角为 8°。
[0045] 以下为采用本实用新型分级给氧气流床气化炉进行气化试验和计算得到的结 果：
[0046] 效果实施例1
[0047] -个日处理1500吨煤的分级给氧气化炉，以粉煤为原料进行气化；气化压力 4. OMPa，耐火衬里为膜式水冷壁。气化炉用煤量t为1500吨/天，沉积率为80%，气化室直 径D为2400mm，气化室高度Η为6000mm，水冷壁内水温Tw为493K。表1给出了现有的气化 炉数据，表2给出本实施例气化炉数据。
[0048] 表1、现有气化炉数据
[0049]
【权利要求】
1. 一种分级给氧气化炉，包括上壳体，该上壳体包括一上封头、一坚直筒段壳体和一下 封头，该坚直筒段壳体的两端分别与该上封头和该下封头相连接，该上封头的顶部设有工 艺烧嘴室，该下封头的底部设有出渣口，该坚直筒段壳体的底部沿坚直方向向下设有一形 成有一冷凝室的下壳体，该下壳体的底部设有排渣口，该下壳体的上部侧壁上设有粗煤气 出口，其特征在于，该分级给氧气化炉还包括一设置在该上壳体内的耐火衬里，该耐火衬里 内形成有一气化室，该气化室的顶部与该工艺烧嘴室相连通，该气化室的底部通过该出渣 口与该冷凝室相连通，该耐火衬里为膜式水冷壁； 该耐火衬里包括一设置于该工艺烧嘴室底部的上锥段、一筒体段和一设置于该出渣口 底部的下锥段，该筒体段的侧壁上设有至少一固定于该坚直筒段壳体侧壁上的二次给氧烧 嘴室，该分级给氧气化炉的工艺烧嘴和二次给氧烧嘴分别安装在该工艺烧嘴室和该二次给 氧烧嘴室内； 该工艺烧嘴室的轴线与该气化室的轴线重合，该工艺烧嘴的轴线与该工艺烧嘴室的轴 线重合，且该工艺烧嘴用于将氧化剂、蒸汽和含碳物质送入气化室内产生气化反应； 各该二次给氧烧嘴室的轴线到该下锥段的顶面上的距离为该耐火衬里的筒体段的直 径的0. 5-0. 8倍，该二次给氧烧嘴室的轴线与该气化室的轴线垂直相交，该二次给氧烧嘴 的轴线在水平面上与该二次给氧烧嘴室的轴线之间的夹角为3° -5°，该二次给氧烧嘴的 轴线在坚直面上与该二次给氧烧嘴室的轴线之间的夹角为5° -10°，且各该二次给氧烧 嘴用于通入氧化剂。
2. 如权利要求1所述的分级给氧气化炉，其特征在于，各该二次给氧烧嘴室的轴线到 该下锥段的顶面上的距离为该耐火衬里的筒体段的直径的〇. 6倍，该二次给氧烧嘴的轴线 在水平面上与该二次给氧烧嘴室的轴线之间的夹角为4°，该二次给氧烧嘴的轴线在坚直 面上与该二次给氧烧嘴室的轴线之间的夹角为8°。
3. 如权利要求1所述的分级给氧气化炉，其特征在于，该二次给氧烧嘴室和二次给氧 烧嘴的数量为两个，两个该二次给氧烧嘴室位于同一水平面上且沿该筒体段的周向均匀分 布。
4. 如权利要求1-3中任意一项所述的分级给氧气化炉，其特征在于，该下锥段的底部 固设有一冷却器和一与该冷却器相连接的导气管，该导气管的一端通过该出渣口与该气化 室相连通，另一端与该冷凝室相连通。
【文档编号】C10J3/50GK203947082SQ201420309687
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年6月11日 优先权日:2014年6月11日
【发明者】许建良, 赵辉, 刘海峰, 李伟锋, 龚欣, 王辅臣, 于广锁, 王亦飞, 梁钦锋, 周志杰, 代正华, 陈雪莉, 郭晓镭, 王兴军, 郭庆华, 刘霞, 陆海峰, 李超, 龚岩, 王立 申请人:华东理工大学, 上海熠能燃气科技有限公司