專利名稱：一種多燒嘴頂置干煤粉氣化裝置的制作方法
技術領域：
本方案涉及一種用干煤粉氣化制備合成氣的裝置，具體地說是一種將干煤粉和氧 氣及水蒸汽在高壓高溫環境下進行氣化反應，生成的高溫合成氣采用水激冷降溫除塵的一 種多燒嘴頂置干煤粉氣化裝置。
背景技術：
煤氣化技術是發展煤基化學品、煤基液態燃料、聯合循環發電、制氫等過程工業的 基礎，是這些行業的關鍵技術、共性技術和先導技術。煤氣化工藝按反應室中煤的運動狀態可分為移動床、流化床和氣流床三種。而其 中氣流床相比其他兩種工藝，具有單爐處理能力大、煤種適應性廣、碳轉化率高等優點，代 表了煤氣化技術的發展方向。目前氣流床煤氣化技術有干法進料和濕法進料兩種工藝。濕法進料的主要代表為美國GE公司的水煤漿氣化爐，其特點為水煤漿進料，采用 單噴嘴或多噴嘴頂置下噴，氣化反應室采用耐火材料內襯，大部分采用水激冷工藝流程，即 產生的高溫粗煤氣直接用水激冷。該工藝因其技術成熟和投資較低等特點在世界范圍內得 到廣泛應用，但其主要不足在于1.水煤漿中含40%的水，使原料熱值降低；2.對原料煤的 限制較嚴格，如成漿性差，灰份高、灰熔點高的煤均不宜使用；3.氣化效率和碳轉化率均比 干煤粉氣化低，比氧耗高；4.其爐壁采用成型耐火磚，壽命較短，維護費用高。干法進料的主要代表為荷蘭Shell和德國Prenflo的干煤粉氣化工藝，其氣化爐 采用水冷壁結構，合成氣冷卻采用廢鍋流程，其優點為原料適應性廣、冷煤氣效率高、碳轉 化率高、比氧耗低等。但帶廢鍋流程的干粉氣化工藝存在以下不足1.設備造價高，制造周 期長。主要因為合成氣冷卻器結構龐大，且與反應室之間采用45°輸氣管連接，其制造和安 裝均較復雜；2.回爐激冷用合成氣壓縮機功耗大；3.對后接一氧化碳變換的工藝流程，其 產品氣中水份不足，需補充蒸汽。故該工藝不適合于化工流程。德國未來能源公司的GSP氣化技術也采用干粉氣化，其采用單噴嘴頂置下噴，反 應室為螺旋盤管水冷壁結構，液態排渣。由于是單噴嘴，爐膛內合成氣不能產生旋流，故停 留時間短。為保證反應時間，爐高度不能太低，而排渣口正好位于經氣化爐水冷壁吸熱后爐 膛溫度的最低點區域，為兼顧兩者，必須提高氣化反應的溫度，這種情況下不僅降低了冷煤 氣效率，同時增加了比氧耗和比煤耗。
發明內容
本發明的目的是為了克服現有技術存在的不足，而提供的一種采用多噴嘴頂置下 噴、用水霧激冷從反應室出來的高溫合成氣，并通過水浴脫除合成氣中飛灰的一種多燒嘴 頂置干煤粉氣化裝置，具有結構上更合理、使用方便的優點。實現上述目的的技術方案是一種多燒嘴頂置干煤粉氣化裝置，主要包括氣化 單元和汽/水激冷單元；其特點是，所述的氣化單元和汽/水激冷單元同軸垂直布置于同一壓力殼體內，其中，所述的氣化單元設置在所述汽/水激冷單元的上方；所述的氣化單元包括反應室、間隔設置在所述反應室頂部的四個噴嘴；還包括與汽/水激冷單元同軸設置的一合成氣上升引導部件，所述合成氣上升引 導部件包括設置在所述汽/水激冷單元周邊的上升通道、設置在上升通道頂部的折流部 件；所述的壓力殼體設有合成氣出口、以及排渣口 ；其中所述的合成氣出口位于所 述壓力殼體的中部；所述的排渣口位于所述壓力殼體的底部，與所述汽/水激冷單元的底 部正對。上述多燒嘴頂置干煤粉氣化裝置，其中，所述的四個噴嘴按圓周等份布置，每個噴 嘴相對縱軸線有一個向下的傾斜夾角a，并與橫軸線有一個水平的夾角旦。上述多燒嘴頂置干煤粉氣化裝置，其中，所述每個噴嘴與縱軸線形成的傾斜夾角 a 20 60°，與橫軸線有一個水平的夾角0為4 6°。上述多燒嘴頂置干煤粉氣化裝置，其中，所述的反應室由水冷壁構成，其上部為圓 臺形水冷壁，中間為直筒形水冷壁，下部為錐形水冷壁。上述多燒嘴頂置干煤粉氣化裝置，其中，所述的反應室內部設有一層耐火襯里。上述多燒嘴頂置干煤粉氣化裝置，其中，所述的上升通道頂部的出口處和/或底 部進口處均呈喇叭形。上述多燒嘴頂置干煤粉氣化裝置，其中，所述的折流部件為一個彎口朝下的，形彎 板，所，形彎板的橫邊擋在所述上升通道頂部的出口處，該橫邊的一端固定在所述激冷室外壁。上述多燒嘴頂置干煤粉氣化裝置，其中，所述的汽/水激冷單元包括水霧/浸沒式 激冷組合的激冷室，該激冷室的頂部設有多個水霧噴嘴，底部為激冷池。上述多燒嘴頂置干煤粉氣化裝置，其中，所述的激冷池內設有齒形板。上述多燒嘴頂置干煤粉氣化裝置，其中，所述的在壓力殼與反應室之間設有一便 于安裝檢修的環隙。本發明由于采用了以上的技術方案，在一個由水冷壁組成的反應室內，在其頂部 布置4個燒嘴，燒嘴斜向下與水平面成20 60°夾角，同時燒嘴在水平面投影與氣化爐斷 面中心線成4 6°夾角。由四個燒嘴噴出的物料在反應室發生碰撞后，形成旋轉向下的流 態。氣流旋轉可以延長反應物料在反應室內的停留時間，同時提高液態渣的捕獲率，減少飛 灰量，有利于灰水處理。反應室出來的高溫合成氣采用水霧化激冷與浸沒式激冷相結合，浸 沒式激冷采用了準文丘里上升通道，強化汽水混合強度。這種設計較大地強化了激冷效果， 降低了激冷室高度。
本發明的具體結構性能由以下的實施例及其附圖進一步描述。圖1是本發明的整體結構示意圖。圖2是顯示圖1的反應室的噴嘴部位的剖視圖。
具體實施例方式本發明為一種用于干煤粉氣化同時將氣化后的高溫合成氣用水霧進行冷卻和洗 滌的多燒嘴頂置干煤粉氣化裝置，該裝置主要包括氣化單元和汽/水激冷單元，均同軸垂 直布置于同一壓力殼體內。在壓力殼體和氣化單元水冷壁之間留有一環隙，便于安裝檢修。為了能更好地對本方案進行理解，下面通過具體的實施案例并結合附圖進行詳細 地說明請參閱圖1至圖2，本發明一種多燒嘴頂置干煤粉氣化裝置，主要由壓力殼體1及 支吊在壓力殼體內的氣化單元2、合成氣激冷單元3組成。所述的氣化單元和汽/水激冷單 元同軸垂直布置于同一壓力殼體內，其中，所述的氣化單元設置在所述汽/水激冷單元的 上方；所述的在壓力殼與反應室之間設有一便于安裝檢修的環隙5。所述的氣化單元2包括反應室21、間隔設置在所述反應室頂部的四個噴嘴22，在 反應室底部設有流渣口 23 ；所述的反應室由水冷壁構成，其上部為圓臺形水冷壁，中間為 直筒形水冷壁，下部為錐形水冷壁。所述的反應室內部設有一層耐火襯里(未圖示)。所述 的四個噴嘴按圓周等份布置，每個噴嘴相對縱軸線有一個向下的傾斜夾角α，并與橫軸線 有一個水平的夾角β。本實施例中，所述每個噴嘴與縱軸線形成的傾斜夾角α 20 60°， 與橫軸線有一個水平的夾角β為4 6°。所述的汽/水激冷單元3包括水霧/浸沒式激冷組合的激冷室31，該激冷室的頂 部設有多個水霧噴嘴32，底部為激冷池。所述的激冷池內設有齒形板33。本發明多燒嘴頂置干煤粉氣化裝置中，還包括與汽/水激冷單元同軸設置的一合 成氣上升引導部件4，所述合成氣上升引導部件4包括設置在所述汽/水激冷單元周邊的上 升通道41、設置在上升通道頂部的折流部件42。所述的上升通道頂部的出口處和/或底部 進口處均呈喇叭形。所述的折流部件為一個彎口朝下的，形彎板，擋在所述上升通道頂部的 出口處上方。所，形彎板的橫邊固定在所述激冷室外壁。本發明所述的壓力殼體設有合成氣出口 11、以及排渣口 12 ；其中所述的合成氣 出口 11位于所述壓力殼體的中部；所述的排渣口 12位于所述壓力殼體的底部，與所述汽/ 水激冷單元的底部正對。在壓力殼體壁上還設有供激冷水到激冷室水霧噴嘴的激冷水輸入 孔13，以及在壓力殼體壁上還設有多個人孔14。本氣化裝置的工作原理是在氣化單元中，干煤粉與氧氣和水蒸汽發生反應，在高溫高壓環境下生成主要成 份為一氧化碳和氫的合成氣。在氣化單元由于頂部布置4個燒嘴，燒嘴傾斜向下與縱軸線 成20 60°夾角，同時燒嘴在水平面投影與氣化爐橫軸線線成4 6°夾角，由該四個燒 嘴噴出的物料在反應室發生碰撞后，形成旋轉向下的流態，氣流向下可以降低燒嘴出口區 域的溫度，延長燒嘴的壽命，這可使反應室內火焰的充滿度較好，溫度場也較為均勻；氣流 旋轉可以延長反應物料在反應室內的停留時間，同時提高液態渣的捕獲率，減少飛灰量，有 利于灰水處理。煤粉中的灰在高溫環境中主要以熔融渣的形態靠慣性作用被水冷壁捕捉下來，再 順水冷壁流淌匯集到反應室底部的流渣口，排到位于氣化單元底部的激冷室的水池中淬 冷。其余的灰被合成氣夾帶從氣化單元底部排出。在與氣化單元的底部出口處連接的激冷 室的頂部布置了一圈水激冷噴水霧化噴嘴，噴出的水霧與高溫合成氣混合使氣流冷卻；初步冷卻后的合成氣再經過激冷室的浸沒式激冷池，后進入準文丘里上升通道。在上升通道 的上方，設置了一折流部件，用以分離合成氣中的大顆粒水滴，最后合成氣從位于壓力殼中 部的合成氣出口排出。由于氣化壓力大于2. OMPa，而氣化單元的膜式水冷壁只能承受較小的壓差，所以 氣化單元和環隙空間之間需要壓力補償。其方法為向環形空間注入不可燃氣體(如氮氣)， 使環形空間內的壓力微大于氣化單元內的壓力，這樣可防止氣化單元內高溫氣體流向環形 空間，以保護壓力殼體。本發明與現有的帶激冷流程干煤粉氣化爐相比可提高單爐的處理能力，與同樣處 理能力的帶廢鍋流程的氣化爐相比，結構簡單，極大地降低氣化爐造價。另外激冷單元的流 道設計，較大地強化了激冷效果，降低了激冷室高度。
權利要求
一種多燒嘴頂置干煤粉氣化裝置，主要包括氣化單元和汽/水激冷單元；其特征在于，所述的氣化單元和汽/水激冷單元同軸垂直布置于同一壓力殼體內，其中，所述的氣化單元設置在所述汽/水激冷單元的上方；所述的氣化單元包括反應室、間隔設置在所述反應室頂部的四個噴嘴；還包括與汽/水激冷單元同軸設置的一合成氣上升引導部件，所述合成氣上升引導部件包括設置在所述汽/水激冷單元周邊的上升通道、設置在上升通道頂部的折流部件；所述的壓力殼體設有合成氣出口、以及排渣口；其中所述的合成氣出口位于所述壓力殼體的中部；所述的排渣口位于所述壓力殼體的底部，與所述汽/水激冷單元的底部正對。
2.根據權利要求1所述的多燒嘴頂置干煤粉氣化裝置，其特征在于，所述的四個噴嘴 按圓周等份布置，每個噴嘴相對縱軸線有一個向下的傾斜夾角α，并與橫軸線有一個水平 的夾角β。
3.根據權利要求2所述的多燒嘴頂置干煤粉氣化裝置，其特征在于，所述每個噴嘴與 縱軸線形成的傾斜夾角α 20 60°，與橫軸線有一個水平的夾角β為4 6°。
4.根據權利要求1所述的多燒嘴頂置于煤粉氣化裝置，其特征在于，所述的反應室由 膜式水冷壁構成，其上部為圓臺形水冷壁，中間為直筒形水冷壁，下部為錐形水冷壁。
5.根據權利要求1所述的多燒嘴頂置干煤粉氣化裝置，其特征在于，所述的反應室內 部設有一層耐火襯里。
6.根據權利要求4所述的多燒嘴頂置干煤粉氣化裝置，其特征在于，所述的上升通道 頂部的出口處和/或底部進口處均呈喇叭形。
7.根據權利要求4所述的多燒嘴頂置干煤粉氣化裝置，其特征在于，所述的折流部件 為一個彎口朝下的，形彎板，所述，形彎板的橫邊擋在所述上升通道頂部的出口處，該橫邊 的一端固定在所述激冷室外壁。
8.根據權利要求1所述的多燒嘴頂置干煤粉氣化裝置，其特征在于，所述的汽/水激冷 單元包括水霧/浸沒式激冷組合的激冷室，該激冷室的頂部設有多個水霧噴嘴，底部為激 冷池。
9.根據權利要求8所述的多燒嘴頂置干煤粉氣化裝置，其特征在于，所述的激冷池內 設有齒形板。
10.根據權利要求1所述的多燒嘴頂置干煤粉氣化裝置，其特征在于，所述的在壓力殼 與反應室之間設有一便于安裝檢修的環隙。
全文摘要
本發明公開了一種多燒嘴頂置干煤粉氣化裝置，主要包括氣化單元與汽/水激冷單元；其特點是，氣化單元與汽/水激冷單元同軸垂直布置于同一壓力殼體內，氣化單元設置在汽/水激冷單元的上方；氣化單元包括反應室、間隔設置在反應室頂部的四個噴嘴；還包括與汽/水激冷單元同軸設置的一合成氣上升引導部件，合成氣上升引導部件包括設置在汽/水激冷單元周邊的上升通道、設置在上升通道頂部的折流部件；壓力殼體中部設有合成氣出口，底部設有排渣口，與汽/水激冷單元的底部正對。本發明采用多噴嘴頂置下噴、用水霧激冷從反應室出來的高溫合成氣，并通過水浴脫除合成氣中飛灰，具有結構上更合理、使用方便的優點。
文檔編號C10J3/74GK101885990SQ20101023106
公開日2010年11月17日 申請日期2010年7月20日 優先權日2010年7月20日
發明者周漢平, 張世程, 張金亮, 朱國慶, 朱惠春 申請人:中國船舶重工集團公司第七一一研究所