一种防止炉壁烧损的“水包氧”强旋转粉煤气化炉的制作方法

本发明涉及一种粉煤气化炉，具体涉及一种防止炉壁烧损的“水包氧”强旋转粉煤气化炉，属于煤气化领域。

背景技术：

煤气化技术是高效清洁的洁净煤技术。气化剂强旋转粉煤气化技术具有气化强度高、生产能力大、碳转化率高、煤种适用性强等优点，目前已经在煤气化领域崭露头角。为了解决现有粉煤气化技术中存在的气化炉内壁面挂渣不均匀、着火不稳定等问题，本申请人前期申请了一系列与气化剂强旋转粉煤气化技术相关的中国发明专利如CN201510578780.2、CN105087073A、CN201510579029.4、CN201510578779.X、CN201510579028.X、CN201510579030.7、CN201510579057.6和CN201510578724.9。这些专利中对气化炉结构的描述，以上发明专利虽然解决了气化炉内壁面挂渣不均匀等问题，但是仍然存在着以下可能影响气化炉安全、经济稳定运行的隐患，炉体气化剂喷入区域附近气化炉内壁面容易被烧损。该问题发生后会导致气化炉经常停车，而气化炉作为化工企业的生产源头，一旦停车，导致整个生产线全部停运，整个生产线停运一次给企业造成巨额经济损失。

技术实现要素：

本发明为解决现有技术中炉体气化剂喷入区域附近气化炉内壁面容易被烧损。该问题发生后会导致气化炉经常停车，导致整个生产线全部停运，造成巨额经济损失的问题，进而提供一种防止炉壁烧损的“水包氧”强旋转粉煤气化炉。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：它包括粉煤烧嘴、气化炉体、水冷壁、合成气通道管、旋流叶片、多个水蒸气喷口管和多个氧气喷口管，水冷壁是多根竖直圆管并排设置组成，水冷壁安装在气化炉体内，气化炉膛是有水冷壁围成的回转体，气化炉体的底端设有渣池，气化炉体的顶端设有粉煤烧嘴，粉煤烧嘴内设有粉煤通道和水蒸气氧气混合气体通道，水蒸气氧气混合气体通道位于粉煤通道内部，旋流叶片设置在粉煤烧嘴内，每个水蒸气喷口管对应水平并列设有氧气喷口管，多个水蒸气喷口管由上至下依次设置，且每个水蒸气喷口管的一端穿过气化炉体的侧壁并设置在气化炉膛内，每个氧气喷口管的一端穿过气化炉体的侧壁并设置在气化炉膛内，粉煤烧嘴的中心线与气化炉体的中心线重合，每个水蒸气喷口管外边沿线a至气化炉体中心线的垂直距离为L,每个氧气喷口管外 边沿线b至气化炉体中心线的垂直距离为M，M的数值小于L的数值。

本发明的有益效果是：

1、本发明的气化炉在同一个水平截面内，温度为150～300℃的水蒸气通过水蒸气喷口管7以50～200m/s的速度喷入气化炉膛3内，同时温度为150～300℃的氧气通过氧气喷口管7-1以100～200m/s的速度沿割向喷入气化炉膛3内，在炉体氧气和水蒸气喷入区域形成了“水包氧”的流场结构。由于贴壁流动的为水蒸气，而水蒸气与粉煤发生的化学反应为还原反应，反应强烈吸热，因此能够有效降低喷口区域的温度，保护水冷壁。本发明提供的气化炉水冷壁面温度低，能够有效保护水冷壁面，水冷壁面使用寿命长。现有气化剂强旋转粉煤气化技术中，沿炉体侧壁面布置的气化剂喷口切向喷入炉膛的气化剂中氧气质量百分比高于60％，因此在气化剂喷口出口附近形成了富氧区。切向喷入的气化剂冲刷喷口附近的液态渣层时，气化剂中的氧气与渣层中的碳在水冷壁面上强烈的富氧燃烧，会导致炉膛壁面处产生高温区，经过数值模拟计算，该区域温度高达2400～3000℃，会严重烧蚀气化炉内壁面。而本发明中，由于在炉体侧壁面气化剂喷入区域内水蒸气与氧气分开供给，在同一水平截面上外层喷入水蒸气，内层同向喷入氧气，因此在炉膛内形成了外层为水蒸气，内层为氧气，即“水包氧”的旋转流场结构。由于贴壁流动的为水蒸气，而水蒸气与渣层中的碳发生的化学反应为还原反应，反应强烈吸热，因此能够有效降低炉体气化剂喷入区域的壁面温度，保护水冷壁面，经过数值模拟计算，该区域温度约为1600℃，处于炉壁能够承受的温度范围内，因此气化炉内壁面使用寿命长,减少气化炉停车现象的发生，节省时间，进而提高企业经济利润。

附图说明

图1是本发明整体结构的主视图，图2是图1的A-A向视图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1-图2明本实施方式，本实施方式所述一种防止炉壁烧损的“水包氧”强旋转粉煤气化炉，它包括粉煤烧嘴1、气化炉体2、水冷壁4、合成气通道管5、旋流叶片9、多个水蒸气喷口管7和多个氧气喷口管7-1，水冷壁4是多根竖直圆管并排设置组成，水冷壁4安装在气化炉体2内，气化炉膛3是有水冷壁围成的回转体，气化炉体2的底端设有渣池6，气化炉体2的顶端设有粉煤烧嘴1，粉煤烧嘴1内设有粉煤通道10和水蒸气氧气混合气体通道11，水蒸气氧气混合气体通道11位于粉煤通道10内部，旋流叶片9设置在粉煤烧嘴1内，每个水蒸气喷口管7对应水平并列设有氧气喷口管7-1，多个水蒸气喷口管7由上至下依次设置，且每个水蒸气喷口管7的一端穿过气化 炉体2的侧壁并设置在气化炉膛3内，每个氧气喷口管7-1的一端穿过气化炉体2的侧壁并设置在气化炉膛3内，粉煤烧嘴1的中心线与气化炉体2的中心线重合，每个水蒸气喷口管7外边沿线a至气化炉体2中心线的垂直距离为L,每个氧气喷口管7-1外边沿线b至气化炉体2中心线的垂直距离为M，M的数值小于L的数值。

具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种防止炉壁烧损的“水包氧”强旋转粉煤气化炉，气化炉膛3的半径为r，M的数值为0.7r，L的数值与r相等。以便于使炉内旋转流场强度最大，使水蒸气紧贴炉壁向下流动，有效保护水冷壁面,其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种防止炉壁烧损的“水包氧”强旋转粉煤气化炉，它还包括多个水蒸气流量调节阀8和多个氧气流量调节阀8-1，每个水蒸气喷口管7上安装有一个水蒸气流量调节阀8，每个氧气喷口管7-1上安装有一个氧气流量调节阀8-1。通过水蒸气流量调节阀8控制水蒸气喷口管7内的水蒸气流量，通过氧气流量调节阀8-1控制氧气喷口管7-1内氧气的流量。其它组成及连接关系与具体实施方式二相同。

工作原理

氧气与水蒸气进入粉煤烧嘴1中的水蒸气氧气混合气体通道11，流经旋流叶片9后旋转喷入气化炉膛3，在气化炉膛3顶端形成旋转向下的水蒸气氧气混合气流。粉煤气流与水蒸气、氧气混合气流一起同向旋转流动，流动过程两者不断混合。粉煤与水蒸气、氧气混合气流与中心回流区卷吸回来的高温合成气混合后，被其点燃，在气化炉膛3顶部燃烧形成熔渣。在同一个水平截面内，水蒸气通过所述水蒸气喷口7以50～200m/s的速度喷入气化炉膛，同时氧气通过氧气喷口7-1以100～200m/s的速度沿割向喷入气化炉膛3，由于在气化炉膛内受到炉壁的限制，形成强烈旋转的“水包氧”的流场结构。在强烈旋转气流的引射下，粉煤燃烧形成的熔渣、卷吸的高温合成气与水蒸气、氧气的气流一起在近壁面区旋转向下流动；受到强烈旋转产生的离心力的作用，约80％的熔渣被甩在壁面上，形成一层均匀的较厚的液态渣层。剩余的约20％的熔渣、卷吸的高温合成气及气化剂气流混合在一起继续在近壁面区旋转向下流动。渣层沿着壁面缓慢向下流动，强烈旋转的混合气流则不断冲刷壁面渣层，在此过程中，混合气流中的水蒸气和氧气不断地与壁面渣层、混合气流中的熔渣发生强烈气化反应。反应后的壁面渣层沿壁面继续向下流动，进入渣池冷却后由排渣口排出。旋转向下的混合气流不断发生气化反应，到达气化炉底端时变为高温的合成气气流。由于混合气流在近炉壁区旋转流动，炉膛中心的压力相对较低， 气化炉底端的合成气受到卷吸作用，在炉膛中心向上流动，形成稳定的高温中心回流区。高温中心回流区卷吸的高温合成气回流到气化炉顶端，点燃由粉煤烧嘴1喷入的粉煤气流，然后再次进入近壁区旋转向下运动。最终，生成的合成气从合成气通道5流出。

实施例：

一台应用本发明具体实施方式一的80000Nm3/h造气量的气化炉，预计运行4年水冷壁不发生烧损，可保证持续运营4年不停车，相比其它技术，减少经济损失1.6亿元。数值计算验证得知：炉体上部气化剂喷入区域最高温度为1600℃。某化工厂采用一般技术的一台80000Nm3/h造气量的气化剂强旋转粉煤气化炉，数值计算验证得知：炉体上部气化剂喷入区域最高温度为3000℃，实际运行发现内壁面易烧损，平均每年因为内壁面烧损而停车一次，每停车一次造成总经济损失4000万元左右。