一种气化剂强旋转煤粉与飞灰掺烧气化炉装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种气化炉及气化方法，具体涉及一种气化剂强旋转煤粉与飞灰掺烧气化炉装置及方法。
【背景技术】
[0002]煤气化技术是高效清洁的洁净煤技术。当前的煤气化技术主要分为移动床气化、流化床气化、气流床气化和熔融床气化四类。其中，气流床气化技术因其气化强度高、生产能力大、碳转化率高等优点已成为现在煤气化技术的主要发展方向。气流床气化有两个主要特点，一是运行温度高，约为1300?1600°C，炉内形成的灰渣为液态，排渣方式为液态排渣；另外一个特点是采用“以渣抗渣”技术来保护炉壁和减少热损失。气流床气化炉存在的问题是:(I)、气化炉内壁面容易烧损。气化炉内壁面烧损问题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。例如:一套耗煤量1000t/d的煤气化生产线停运一次经济损失达4000万元以上。(2)、气化炉生成的飞灰量大，处理困难。例如一套耗煤量1000t/d的煤气化生产线，煤质中灰含量10%，日生成飞灰约50吨，年生成飞灰量约高达1.65万吨。按照企业常用的填埋方法处理，每年企业需挖坑约1.8万立方米以供填埋飞灰，可见处理代价极大。(3)、气化炉产生的飞灰中可燃物含量高，例如一套耗煤量1000t/d的煤气化生产线，飞灰中可燃物含量为30%，每天生成的飞灰残碳质量约15吨，极大的浪费了能源。
【发明内容】
[0003]本发明为解决现有技术中气化炉壁面挂渣不均匀，飞灰处理困难等问题，而提出一种气化剂强旋转煤粉与飞灰掺烧气化炉装置及方法。
[0004]本发明为解决上述问题采用的技术方案是:
[0005]本发明所述的装置包括煤粉烧嘴、气化炉体、水冷壁、合成气通道、渣池、气化剂喷口、飞灰喷口和飞灰输送系统，水冷壁设置在气化炉体的内侧壁上，水冷壁由数根竖直圆管组成，由水冷壁围成的回转体内腔为气化炉膛，渣池位于气化炉体底部，合成气通道设置在气化炉体中下部，且合成气通道与气化炉膛连通，气化剂喷口和飞灰喷口均安装于炉体圆柱部分顶端，气化剂喷口沿气化炉膛的切线方向插入气化炉膛内，飞灰喷口的轴线与气化剂喷口的轴线位于同一水平面内，飞灰喷口的轴线在水平方向与气化炉割线的夹角为5°?30°，气化炉割线平行于气化剂喷口的轴线，所述飞灰喷口的输入端与飞灰输送系统的输出端连接，所述煤粉烧嘴包括环形的旋流叶片和煤粉通道，煤粉通道的下部设置有旋流叶片，所述煤粉烧嘴设置在气化炉体的顶部，且煤粉烧嘴的轴线与气化炉膛的轴线重合。
[0006]本发明所述的方法是通过以下步骤实现的:
[0007]步骤一:设定气化炉膛内部压力为0.1MPa?4MPa，气化炉膛的运行温度为1250 ?1600°C ；
[0008]步骤二:温度为25°C?100°C的干煤粉由氮气或二氧化碳携带以旋流方式经煤粉烧嘴上的煤粉通道送入气化炉膛内部，在炉顶区域形成旋转向下的煤粉气流，其中干煤粉占干煤粉与氮气混合物总体积的1%?25% ;
[0009]步骤三:干煤粉气流接触到中心回流区卷吸回来的高温合成气后，被高温合成气点燃，在气化炉膛顶部燃烧形成熔渣；
[0010]步骤四:飞灰储存于粉仓中，打开粉仓阀门后飞灰靠重力下落至锁斗中，关闭粉仓阀门，锁斗加压至大于飞灰给料罐内压力时，打开锁斗阀门，飞灰流入飞灰给料罐中，关闭锁斗阀门，通过高压输送气体进口通入高压氮气或二氧化碳后，温度为25°C?100°C的飞灰由氮气或二氧化碳携带经飞灰喷口切向喷入气化炉膛中，其中飞灰占飞灰与氮气混合物总体积的1%?25%，飞灰进入气化炉膛后在高温作用下形成熔渣，所述通入气化炉膛的飞灰与煤粉质量之比为O?1:1 ;
[0011]步骤五:温度为20°C?400°C的气化剂通过气化剂喷口以100m/s?200m/s的速度切向喷入气化炉膛，高速的气化剂气流冲入气化炉膛后形成强烈旋转气流，在离心力的作用下，80%的熔渣被甩到炉壁面形成较厚的渣层，渣层均匀，旋转气流不断冲刷炉膛壁面上的渣层，并与其发生强烈气化反应；
[0012]步骤六:气化生成的粗煤气通过合成气通道流出气化炉膛，生成的液态渣沿壁面流入渣池，冷却后通过底部排渣口排出气化炉体。
[0013]本发明与现有气化装置及方法相比具有以下有益效果:
[0014]1、本发明中渣层由离心力作用形成。现有技术中(见图3)，煤粉与气化剂均从气化炉顶部喷入炉膛，煤粉进入炉膛后在高温下形成熔渣，熔渣与气化剂气流一起同向一般以直流的方式流向炉膛底部。在流动过程中，只有少量的壁面附近的熔渣由于气流脉动粘到壁面上形成渣膜；而本发明中，煤粉从气化炉顶部喷入，飞灰切向喷入，煤粉、飞灰进入炉膛后在高温下形成熔渣，以100m/S?200m/s的速度切向喷入炉膛的气化剂在炉内形成强烈的旋转气流，熔渣与气化剂一起在近壁面区高速旋转向下流动，约80%的熔渣受强旋产生的离心力作用不断地被甩到壁面上形成渣层。
[0015]2、本发明中粘附在炉壁上的渣量多，渣层厚度大。现有技术中，煤粉与气化剂均从气化炉顶部喷入炉膛，煤粉进入炉膛后在高温下形成熔渣，熔渣与气化剂气流一起同向一般以直流的方式流向炉膛底部。在流动过程中，只有少量的壁面附近的熔渣由于气流脉动粘到壁面上形成渣膜，离壁面较远处的熔渣无法粘到壁面上，因此只有约10%左右的熔渣能够粘到壁面形成渣膜，由于粘附在炉壁上的渣量小，导致壁面渣膜较薄，一般渣膜厚度为2mm?3mm ;本发明依靠离心力将熔渣甩到壁面形成渣层，气化剂以100m/S?200m/s的速度切向喷入炉膛3中，形成强烈的旋转气流，产生的离心力足以将熔渣甩到壁面上形成渣层，气化过程中约占80%左右的熔渣都被甩到壁面上形成渣层，由于粘附在炉壁上的渣量多，因此壁面渣层较厚，渣层厚度可达5mm?6mm。
[0016]3、本发明中壁面渣层厚度比较均匀。现有技术中，煤粉与气化剂均从气化炉顶部喷入炉膛，煤粉进入炉膛后在高温下形成熔渣，熔渣与气化剂气流一起同向一般以直流的方式流向炉膛底部。在流动过程中，只有少量的壁面附近的熔渣由于气流脉动粘到壁面上形成渣膜，离壁面较远处的熔渣无法粘到壁面上，因此只有约10%左右的熔渣能够粘到壁面形成渣膜，由于粘附在炉壁上的渣量小，当沿气化炉圆周方向的气量分布不均时，沿圆周方向壁面熔渣粘附情况不均，导致圆周方向壁面渣膜厚度不均匀。而本发明中，煤粉从气化炉顶部喷入，飞灰切向喷入，煤粉、飞灰进入炉膛后在高温下形成熔渣，以lOOm/s?200m/s的切向速度喷入的气化剂在炉内形成强烈的旋转气流，熔渣与气化剂一起在近壁面区高速旋转向下流动。本发明中气流速度高，湍流强度大，有利于气化剂与熔渣的混合。熔渣与气化剂沿圆周方向混合均匀后在强旋产生的离心力作用下甩到壁面形成渣层，壁面渣层厚度比较均匀。
[0017]4、本发明能更有效保护气化炉内壁面。壁面渣层主要成分为二氧化硅，二氧化硅导热系数约为7.6W/mk，常用耐火砖的导热系数约为20W/mk?28W/mk，渣层导热系数比耐火砖小很多，因此渣层的隔热效果好。现有技术中壁面渣膜较薄，渣膜厚度一般为2_?3mm，而且沿圆周方向渣膜厚度不均匀，易出现部分内壁面没有渣膜覆盖的问题，气化炉内壁面裸露于高温烟气环境中，容易出现超温而被烧损。气化炉内气体中含有60 %?70 %的一氧化碳，高温的一氧化碳为