专利名称：一种气流床气化炉的制作方法
技术领域：
本发明涉及气流床气化炉的结构设计技术，特别是一种分段式供氧和反应的气流 床气化炉。
背景技术：
气流床气化炉是气化炉大型化最主要的发展方向。现有气化炉可分为单喷嘴进料 和多喷嘴进料。单喷嘴进料的流场分布不均勻，导致温度场分布不均勻，最终影响气化过程 的进行；多喷嘴进料包括不分级对置多喷嘴进料和分级给煤进料两种。对置多喷嘴进料可 实现炉膛内部温度场在水平方面的均勻性，但在制气方向上温度分布不均勻；分级给煤进 料相当于拉大了气化区域，但是在水平方向上流场分布依旧不均勻，导致温度场分布亦不 均勻。例如，
公开日为2009年3月25日，公开号为CN101392191A的中国专利文献”两 段式干煤粉气流床气化炉”，该气化炉公开了 外壁为直立圆筒，内部结构由上段主气化室 和下段激冷室构成；其特征是在主气化室内不同的水平位置上分别设置上层喷嘴和下层喷 嘴；在激冷室的上部，设置激冷水雾化喷嘴；各层喷嘴分别以其所在水平断面的圆心为中 心，沿环向切圆均勻分布为至少两只，各层喷嘴的旋转方向相同；在激冷室内，出渣口设置 在激冷室的底部，合成气出口设置在激冷室侧壁上。该文献公开的技术方案是典型的单炉 膛进行气化的结构，其虽然设置有上层喷嘴和下层喷嘴，但是这种两层喷嘴的结构也不能 有效解决气化反应区温度场的均勻问题，因为即使有上下分层设计，但是进料时因为两层 喷嘴处于同一无分隔的空间内，流场肯定是不均勻的，那么因此仍然会出现温度不均勻的 问题。所以对于气化炉的结构设计，需要更要完善才能有效解决温度场的分布均勻问题。
发明内容
本发明为解决上述技术问题提供了一种新型的气流床气化炉，采用四角布置一次 进料喷嘴和二次给氧喷嘴、采用炉膛分隔环对上行的流场进行扰动，最大程度地增大了炉 膛内流场的均勻性，采用保温性能较好的耐火保温材料作为下炉膛材料，降低气化炉系统 复杂性的同时，也保证了液态排渣的顺利进行。为实现上述发明目的，本发明的技术方案如下—种气流床气化炉，包括均位于炉体外壳内部的炉膛和炉膛下方的激冷室，其特 征在于炉膛分为作为气化主反应区的下炉膛和作为气化附加反应区的上炉膛，上炉膛和 下炉膛之间设置有炉膛分隔环，下炉膛设置有漏斗状的下降管，下降管末端位于激冷室内； 上炉膛的炉膛壁从外至内依次包括炉体外壳、高压氮气层、水冷壁、铆钉、耐火保温材料，上 炉膛中间部分设置有穿透上炉膛壁的氧气喷嘴，氧气喷嘴采用四角切圆方式水平布置；下 炉膛的炉膛壁从外至内依次包括炉体外壳、保温层，下炉膛中间部分设置有穿透下炉膛壁的给料喷嘴，给料喷嘴采用四角切圆方式水平布置。在上炉膛和下炉膛相应的水平面上，按照四角切圆方式分别设置有四个氧气喷嘴 和四个给料喷嘴，氧气喷嘴用于喷入氧气，给料喷嘴用于喷入氧气、水蒸气和干煤粉(水煤 浆进料时喷入水煤浆和氧气)。所述氧气喷嘴和给料喷嘴均可在垂直方向按照0° -5°调 节上下摆动，并且在水平面也可按照0° -5°偏心角度调节布置。上炉膛采用水冷壁结构，用“以渣抗渣”的方式抵抗炉膛内部的高温、熔渣腐蚀。下 炉膛的保温层采用耐火材料，保证液态排渣。所述炉体外壳底部封闭与下炉膛之间的空间形成激冷室。所述炉体外壳为气化炉压力壳。本发明用于干煤粉的气化工作时，工作原理如下(1)干煤粉、水蒸气和氧气由给料喷嘴喷入下炉膛中，其中干煤粉量和水蒸气量按 照气化总用量的100%喷入，氧气按照气化总用量的80%喷入。(2)在下炉膛中完成初步的气化反应，其中反应原理为C+02 —CO22C+02 —2C0C+H20 — C0+H2C+C02 —2C02C0+02 —2C02(3)由于下炉膛喷入的氧气量不足以满足全部的气化反应，需要通过上炉膛的氧 气喷嘴喷入剩余的氧气(约占气化总用氧量的20%)，这部分氧气与下炉膛未反应完全的 煤粉发生如下反应C+02 —CO22C+02 — 2C0(4)在气化反应过程中，气化炉中反应剩余的灰渣以液态形式从气化炉底部排除。 其中上炉膛灰渣经过水冷壁流至下炉膛，水冷壁用“以渣抗渣”布置的方式抵抗炉膛内部的 高温腐蚀；下炉膛采用耐火材料，以维持下炉膛内部的高温，从而保证下炉膛液态排渣的顺 利进行，下炉膛从内到外为“耐火材料一气化炉压力壳”。本发明的有益效果如下首先，在下炉膛采用四喷嘴形式喷入干煤粉、水蒸气和部分的氧气，在下炉膛内形 成内切圆，与一次给氧相比，反应区的体积大大增大，使得气化炉在径向方向上温度场更加 均勻；同时由于在上下炉膛采用了分段供氧，在气化炉制气方向上拉大了反应区，使得气化 炉内上下炉膛内温度分布更加均勻，避免出现局部高温区，腐蚀炉膛水冷壁或耐火材料；在 上下炉膛之间引入了炉膛分隔环，使得下炉膛多相流体在向上炉膛流动过程中受到炉膛隔 板的扰动，从而加强反应物质之间的掺混，有利于上炉膛温度的均勻性；第二，下炉膛采用耐火保温材料作为炉膛材料，较水冷壁具有更好的保温性能，可 保持炉膛内部较高温度，从而实现液态排渣；第三.由于下炉膛采用耐火材料作为炉膛材料，与水冷壁炉膛相比，减少了钢材 的使用量，使得气化炉总体投资大幅度减小，也降低了水冷壁系统的复杂性；第四，气化炉的氧气喷嘴和给料喷嘴均四角切圆方式布置，在水平面内，喷嘴均可按照一定角度调节，通过改变喷嘴的偏心角度，可改变炉膛内形成的内切圆的大小，从而调 节气化区域的大小；在垂直面内，气化喷嘴可在垂直面内沿一定角度上下摆动，通过调节喷 嘴的摆动角度，可以调节气化区域形成的内切圆的高度，从而可通过调整气化炉内的流场 分布调整气化炉内温度场分布，实现气化炉在不同工况的调节。
图1为本发明的结构示意2为本发明下炉膛的水平截面结构示意3为本发明下炉膛的垂直截面结构示意4为本发明炉膛分隔环的垂直截面结构示意图其中，附图标记为1——激冷室，2——给料喷嘴，3——炉膛分隔环，4——炉体外 壳，5——水冷壁，6——氧气喷嘴，7——保温层，8——支撑体，9——下降管，10——激冷液
具体实施例方式如图1-3所示，一种气流床气化炉，包括均位于炉体外壳内部的炉膛和炉膛下方 的激冷室，炉膛分为作为气化主反应区的下炉膛和作为气化附加反应区的上炉膛，上炉膛 和下炉膛之间设置有炉膛分隔环，下炉膛设置有漏斗状的下降管，下降管末端位于激冷室 内。该气化炉采用两段供氧、分段气化、上行制气方式布置气化炉炉膛，下炉膛为气化主要 反应区，其中喷入约总反应用氧量的80%，为气化主反应区；上炉膛为气化附加反应区，其 中喷入约总反应用氧量的20%。通过两段式给氧，实现温度场的均勻分布。上炉膛的炉膛壁从外至内依次包括炉体外壳、高压氮气层、水冷壁，上炉膛中间部 分设置有穿透上炉膛壁的氧气喷嘴，氧气喷嘴采用四角切圆方式水平布置；下炉膛的炉膛 壁从外至内依次包括炉体外壳、保温层，下炉膛中间部分设置有穿透下炉膛壁的给料喷嘴， 给料喷嘴采用四角切圆方式水平布置。在上炉膛和下炉膛相应的水平面上，按照四角切圆方式分别设置有四个氧气喷嘴 和四个给料喷嘴。所述氧气喷嘴和给料喷嘴均可在垂直方向按照0° -5°调节上下摆动， 并且在水平面也可按照0° -5°偏心角度调节布置。下炉膛的保温层采用耐火保温材料。所述炉体外壳底部封闭与下炉膛之间的空间形成激冷室。所述炉体外壳为气化炉压力壳。其中，炉膛分隔环可以根据工艺设计成不同纵向截面的环状，如图4所示。本发明用于干煤粉的气化工作时，工作原理如下(1)干煤粉、水蒸气和氧气由给料喷嘴喷入下炉膛中，其中干煤粉量和水蒸气量按 照气化总用量的100%喷入，氧气按照气化总用量的80%喷入。(2)在下炉膛中完成初步的气化反应，其中反应原理为C+02 — CO22C+02 — 2C0C+H20 — C0+H2
C+C02 — 2C02C0+02 — 2C02(3)由于下炉膛喷入的氧气量不足以满足全部的气化反应，需要通过上炉膛的氧 气喷嘴喷入剩余的氧气(约占气化总用氧量的20%)，这部分氧气与下炉膛未反应完全的 煤粉发生如下反应C+02 — CO22C+02 —2C0(4)在气化反应过程中，气化炉中反应剩余的灰渣以液态形式从气化炉底部排除。 其中上炉膛灰渣经过水冷壁流至下炉膛，水冷壁用“以渣抗渣”布置的方式抵抗炉膛内部的 高温腐蚀；下炉膛采用耐火材料，以维持下炉膛内部的高温，从而保证下炉膛液态排渣的顺 利进行，下炉膛从内到外为“耐火材料一气化炉压力壳”。
权利要求
一种气流床气化炉，包括均位于炉体外壳内部的炉膛和炉膛下方的激冷室，其特征在于炉膛分为下炉膛和上炉膛，上炉膛和下炉膛之间设置有炉膛分隔环，下炉膛设置有漏斗状的下降管，下降管末端位于激冷室内；上炉膛的炉膛壁从外至内依次包括炉体外壳、高压氮气层、水冷壁，上炉膛中间部分设置有穿透上炉膛壁的氧气喷嘴，氧气喷嘴采用四角切圆方式水平布置；下炉膛的炉膛壁从外至内依次包括炉体外壳、保温层，下炉膛中间部分设置有穿透下炉膛壁的给料喷嘴，给料喷嘴采用四角切圆方式水平布置。
2.根据权利要求1所述的一种气流床气化炉，其特征在于在上炉膛的水平面上设置 有四个氧气喷嘴，氧气喷嘴在垂直方向按照0° -5°上下调节设置。
3.根据权利要求1或2所述的一种气流床气化炉，其特征在于所述氧气喷嘴在水平 方向按照0° -5°偏心角度调节布置。
4.根据权利要求3所述的一种气流床气化炉，其特征在于在下炉膛的水平面上设置 有四个给料喷嘴，给料喷嘴在垂直方向按照0° -5°上下调节设置。
5.根据权利要求4所述的一种气流床气化炉，其特征在于所述给料喷嘴在水平方向 按照0° -5°偏心角度调节布置。
6.根据权利要求1或5所述的一种气流床气化炉，其特征在于下炉膛的保温层采用 耐火材料。
7.根据权利要求1或5所述的一种气流床气化炉，其特征在于所述炉体外壳底部封 闭与下炉膛之间的空间形成激冷室。
8.根据权利要求1或5所述的一种气流床气化炉，其特征在于所述炉体外壳为气化 炉压力壳。
9.根据权利要求1或5所述的一种气流床气化炉用于干煤粉的气化工作时，其特征在 于其工作原理如下A、将干煤粉、水蒸气和氧气从给料喷嘴喷入下炉膛中，其中干煤粉量和水蒸气量按照 气化总用量的100%喷入，氧气按照气化总用量的80%喷入；B、在下炉膛中完成初步的气化反应，其中反应原理为C+02 — CO22C+02 — 2C0C+H20 — C0+H2C+C02 — 2C02C0+02 — 2C02C、通过上炉膛的氧气喷嘴喷入气化总用氧量的20%的氧气，这部分氧气与下炉膛未反 应完全的煤粉发生如下反应C+02 — CO22C+02 — 2C0D、气化炉中反应剩余的灰渣以液态形式从气化炉底部排除。
全文摘要
本发明公开了一种气流床气化炉，包括炉膛和激冷室，炉膛通过炉膛分隔环分隔为下炉膛和上炉膛，下炉膛设置有漏斗状的下降管，下降管末端位于激冷室内；上炉膛壁从外至内依次包括炉体外壳、高压氮气层、水冷壁，上炉膛中间设置有穿透上炉膛壁的氧气喷嘴，下炉膛壁从外至内依次包括炉体外壳、保温层，下炉膛设有穿透下炉膛壁的给料喷嘴，氧气喷嘴和给料喷嘴均采用四角切圆方式水平布置；本发明采用四角布置一次进料喷嘴和二次给氧喷嘴、采用炉膛分隔环对上行的流场进行扰动，最大程度地增大了炉膛内流场的均匀性，采用保温性能较好的耐火保温材料作为下炉膛材料，降低气化炉系统复杂性的同时，也保证了液态排渣的顺利进行。
文档编号C10J3/48GK101914392SQ20101026460
公开日2010年12月15日 申请日期2010年8月26日 优先权日2010年8月26日
发明者徐进峰, 曹立勇, 李义, 王晓亮, 胡春云, 胡蕴成 申请人:中国东方电气集团有限公司