CN106085509A - 煤粉和水煤浆共气化方法及气化炉 - Google Patents

Abstract

本发明一方面提供了一种煤粉和水煤浆共气化方法，在煤粉和水煤浆的共气化过程中，当共气化运行不稳定时，向气化炉内喷入保护气，保护气形成用于保护气化炉的拱顶内壁的保护气层。本发明的目的在于提供一种煤气化方法，使得运行过程中气化炉拱顶内壁形成一种层状保护层。另一方面，本发明提供了上述煤粉和水煤浆共气化方法使用的气化炉。

Description

煤粉和水煤浆共气化方法及气化炉

技术领域

本发明涉及煤粉和水煤浆共气化领域。

背景技术

煤气化是将一次能源转化成洁净的二次能源的主要途径，其产品为燃料气(煤气)、合成气、还原气、氢气、一氧化碳。煤的气化技术在联合循环(IGCC)发电装置、合成氨和合成甲醇工业、纯一氧化碳的制备、纯氢气的制备等领域得到了广泛的应用。

通常，煤粉气化需要有添加水蒸汽作为气化剂以提高煤气中的有效气的含量；而水煤浆气化，由于水煤浆含水量比较大，水蒸汽的分解率比较低。将煤粉和水煤浆在同一个气化炉内进行共气化不仅能够提高煤气中有效气的含量，而且能够提高水蒸汽的分解率。

在现有的煤粉和水煤浆共气化技术中，公开号为CN103897739A和CN103897740A公开的煤炭共气化方法，给出了将炉温提升到一定程度，从炉侧或炉顶投入一种物料(煤粉或水煤浆，和气化剂)气化稳定后，再从炉顶或炉侧投入另一种物料(水煤浆或煤粉，和气化剂)气化，随后调整，以实现煤粉和水煤浆的共气化稳定。另外还给出了炉侧是多个喷嘴，以及各种物料中燃料和气化剂的配比。

此外，炉侧进料，不论是撞击流气化还是旋切流气化，均能实现来自不同喷嘴物料流股在炉膛中相互撞击掺混，停留时间增加，同时湍流强度显著增加，使传热传质速率大幅提高，从而提高了燃料的碳转化率和水蒸汽的分解率。炉侧进料的气化方式也存在比较大的弊端：要控制物料上冲高度，防止冲刷气化炉的内部拱顶；另外，一旦喷嘴进料不稳定，造成炉内高温层上移危及气化炉的内部拱顶时，就必须停炉，更换或维修喷嘴以恢复其进料能力。

此外，撞击流气化，是指在炉体侧壁周边同一水平面或多个水平面对称设置两个或两个以上的喷嘴，气化物料对置射入气化炉发生撞击，强化气化物料间的接触，并发生气化；旋切流气化，是指炉体侧壁周边同一水平面或多个水平面均匀分布多个喷嘴，气化原料通过喷嘴以偏斜射流方式进入炉膛，原料以螺旋切圆方式在气化炉内运动并气化。

针对现有技术中存在的问题，需要能够在不降低气化炉性能的情况下，减少气化炉的拱顶内壁的烧蚀和冲蚀，延长气化炉拱顶的寿命。

发明内容

针对相关技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种煤气化方法，使得运行过程中气化炉拱顶内壁形成一种层状保护层。

本发明一方面提供了一种煤粉和水煤浆共气化方法，在煤粉和水煤浆的共气化过程中，当共气化运行不稳定时，向气化炉内喷入保护气，保护气形成用于保护气化炉的拱顶内壁的保护气层。

根据本发明，保护气通过气化炉的炉顶喷嘴以散射状喷入气化炉内，并在气化炉内的顶部以下形成伞状保护气层

根据本发明，根据气化炉的拱顶内壁的温度确定共气化运行是否稳定。

根据本发明，当气化炉的拱顶内壁的温度超出预定温度范围时，共气化运行不稳定；并且当气化炉的拱顶内壁的温度超出预定温度范围30℃以上时，向气化炉内喷入保护气。

根据本发明，保护气的喷入量将拱顶内壁的温度下降速率控制在1℃/min～5℃/min之间。

根据本发明，根据气化炉的炉顶喷嘴的进料量的变化确定共气化运行是否稳定。

根据本发明，当炉顶喷嘴进料量的质量下降20％以上时，共气化运行不稳定，并向气化炉内喷入保护气。

根据本发明，保护气的喷入量为炉顶喷嘴进料量的下降量的10％～50％。

根据本发明，的保护气是不助燃的气体。

根据本发明，当从气化炉的侧壁喷入水煤浆和气化剂，以及从气化炉的顶部喷入煤粉和气化剂时，保护气为二氧化碳、氮气中的一种或两种混合；当从气化炉的侧壁喷入煤粉和气化剂，以及从气化炉的顶部喷入水煤浆和气化剂时，保护气为二氧化碳、水雾、氮气中的一种或几种混合。

另一方面，本发明提供一种气化炉，包括炉体、位于炉体顶部的拱顶内壁、设置在拱顶内壁上的炉顶喷嘴以及设置在炉体侧壁的同一水平高度的炉侧喷嘴，炉顶喷嘴集成有用于喷射保护气的外侧环隙通道，保护气形成用于保护拱顶内壁的保护气层。

根据本发明，炉侧喷嘴的中轴线具有轴向偏角α和径向偏角β，轴向偏角α和径向偏角β满足以下条件：0°≤α≤30°，0°≤β≤45°，且不能同时为0°。

根据本发明，气化炉用于上述的煤粉和水煤浆共气化方法。

本发明的有益技术效果在于：

本发明提出的一种煤粉和水煤浆共气化方法及气化炉，相比于现有技术，不仅煤处理量比较大，碳转化率高，还可以实现必要时通过向气化炉内喷入保护气，在气化炉的拱顶覆盖了一层保护气，以保护气化炉的内部拱顶不被高温烧蚀或气化物料冲蚀。可以必要时保护气化炉的内部拱顶，延长气化炉拱顶寿命，减少停炉维修次数。

附图说明

图1示出的是本发明的气化炉的结构的示意图。

图2示出的是本发明的气化炉的炉顶喷嘴的结构的示意图。

图3示出的是本发明的气化炉的炉侧喷嘴的局部结构示意图

具体实施方式

参考附图公开示出的实施例。然而，应当理解，所公开的实施例仅为可以以各种和替代形式显示的实施例。附图未必按比例绘制，并且可能放大或缩小一些特征来显示特定部件的细节。所公开的具体结构和功能性细节不应解释为限制，而是作为用于教导本领域技术人员如何实践本公开的代表性基础。

本发明一方面提供了一种煤粉和水煤浆共气化方法，在煤粉和水煤浆的共气化过程中，当共气化运行不稳定时，向气化炉内喷入保护气，保护气形成用于保护气化炉的拱顶内壁的保护气层。本发明的主要目的在于，在煤粉和水煤浆共气化过程中，当监测或预测到气化炉内部拱顶存在烧蚀或冲蚀风险时，向气化炉内喷入保护气，在气化炉的内拱顶以下形成保护气层，上移的高温层或上冲的物料在保护气的喷射对冲下，降低温度或上冲击力，使之对内部拱顶不构成伤害，来延长拱顶的寿命。

其中，所用的保护气为不助燃的气体，可以是诸如氦、氖、氩、氪、氙的惰性气体、氮气、水雾、水蒸汽、二氧化碳气等中的一种或几种混合。可以理解，在本发明的其它实施例中，不助燃气体可以是实施例以外其它气体，本发明在此不做限制。根据气化炉的拱顶内壁的温度确定共气化运行是否稳定，当气化炉的拱顶内壁的温度超出预定温度范围时，共气化运行不稳定；并且当气化炉的拱顶内壁的温度超出预定温度范围30℃以上时，向气化炉内喷入保护气。在优选的实施例中，超出预定温度范围可以设置在50℃，同时保护气的喷入量将拱顶内壁的温度下降速率控制在1℃/min～5℃/min之间。

根据气化炉的炉顶喷嘴的进料量的变化确定共气化运行是否稳定，当炉顶喷嘴进料量的质量下降20％以上时，共气化运行不稳定，并向气化炉内喷入保护气。在本发明优选实施例中，炉顶喷嘴进料量的质量下降50％以上时，启动向气化炉内喷入保护气；保护气的喷入量为炉顶喷嘴进料量的下降量的10％～50％，在本发明的优选实施例中，保护气的喷入量为炉顶喷嘴进料量的下降量的20％～30％。其中，10％～50％以及20％～30％指的是炉顶喷嘴进料失去的重量对比炉顶喷嘴进料的总质量。

参考图1，另一方面，本发明提供一种气化炉1，包括炉体、位于炉体顶部的拱顶内壁4、设置在拱顶内壁4上的炉顶喷嘴2以及设置在炉体侧壁的同一水平高度的炉侧喷嘴3，炉顶喷嘴2集成有用于喷射保护气的外侧环隙通道，保护气形成用于保护拱顶内壁4的保护气层。

为实现上述目的，参考图1，需要在气化炉1的顶部和侧壁设置喷嘴，气化炉1的炉顶喷嘴2为如图2所示的同轴多环隙通道结构，保护气通过气化炉1的炉顶喷嘴2以散射状喷入气化炉内，并在气化炉1内的顶部以下形成伞状保护气层。如图3所示，炉侧喷嘴的中轴线具有一定轴向偏角α和径向偏角β，直线AB为炉侧喷嘴的中轴线，点O是直线AB上的任意一点，直线AC和点O'在炉体某一高度的水平截面上，且直线AC过该水平截面的中心，O'点是点O在该平面的垂直投影，∠OAO'即为炉侧喷嘴的轴向偏角α，∠O'AC即为炉侧喷嘴的径向偏角β。

参考图2，外侧环隙通道24的内部设置有至少3个同轴环绕的内侧环隙通道，内侧环隙通道从内到外依次为第一气化剂通道(即中心通道)21、第一燃料通道22、第二气化剂通道23。外侧环隙通道24为保护气通道。保护气通道的下部向外偏斜一定角度R，在本发明的实施例中，一定角度R的范围在15°～75°之间，在优选的实施例中，一定角度R的范围在30°～60°之间。

参考图3，在本发明的实施例中，炉侧喷嘴的中轴线具有轴向偏角α和径向偏角β，轴向偏角α和径向偏角满足以下条件：0°≤α≤30°，0°≤β≤45°，且不能同时为0°。在优选的实施例中，轴向偏角α和径向偏角β满足以下条件：0°﹤α≤15°，0°﹤β≤22.5°，在本发明的优选实施例中，炉侧喷嘴为4个。此外，在本发明中，还包括用于上述煤粉和水煤浆共气化方法的气化炉。

参考图1至图3，当从气化炉1的炉侧喷嘴3喷入水煤浆和气化剂，以及从气化炉的顶部喷入煤粉和气化剂时，保护气为二氧化碳、氮气中的一种或两种混合；当从气化炉1的炉侧喷嘴3喷入煤粉和气化剂，以及从气化炉的炉顶喷嘴2水煤浆和气化剂时，保护气为二氧化碳、水雾、氮气中的一种或几种混合。以下示出的是上述气化炉1和煤粉和水煤浆共气化方法的两个不同的实施例：

参考图1至图3，在第一实施例中，四个炉侧喷嘴3均匀分布在气化炉同一高度的侧壁上，水煤浆和气化剂以15°的轴向偏角α和18°的径向偏角β喷入气化炉内，煤粉和气化剂从炉顶喷嘴2喷入气化炉内，煤粉和水煤浆在炉内进行共气化。炉顶喷嘴2的外侧环隙通道24为保护气通道，保护气通道的下部向外偏斜20°，通道内靠近出口处设置有叶片式旋流器，保护气为二氧化碳气体。当发现煤粉喷嘴的进料量下降时，进料量总质量包括煤粉和气化剂，当下降量达到30％时，启动二氧化碳保护气的喷入，二氧化碳保护气的喷入量为进料下降量的25％，通过喷入二氧化碳保护气保护气化炉的拱顶内壁4。在喷保护气期间，排查煤粉喷嘴进料量下降的原因，并进行排除。直至煤粉喷嘴的进料量恢复，再停止保护气的喷入。

参考图1至图3，在第二实施例中，四个炉侧喷嘴3均匀分布在气化炉同一高度的侧壁上，煤粉和气化剂以10°的轴向偏角α和15°的径向偏角β喷入气化炉1内，水煤浆和气化剂从炉顶喷嘴2喷入气化炉内，煤粉和水煤浆在炉内进行共气化。炉顶喷嘴2的外侧环隙通道24为保护气通道，保护气通道的下部向外偏斜30°，而且在保护气通道内接近出口处不仅设置有叶片式旋流器，还设置有雾化器，将保护气进一步雾化后喷出。在气化炉1拱顶内壁4中设置有温度监测装置，可以实时了解拱顶内壁4的温度。在煤粉和水煤浆共气化的过程中，通过监测拱顶内壁4的温度在合理温度范围内波动，比如200℃±30℃(170℃至230℃)，一旦温度超过250℃，就要启动水雾保护气的喷入，促使拱顶温度下降，下降速率控制在1℃/min～5℃/min之间。与此同时，排除造成温度异常波动的问题。当温度下降至230℃以下时，停止水雾的喷入。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种煤粉和水煤浆共气化方法，其特征在于，在煤粉和水煤浆的共气化过程中，当共气化运行不稳定时，向气化炉内喷入保护气，所述保护气形成用于保护所述气化炉的拱顶内壁的保护气层。

2.根据权利要求1所述的煤粉和水煤浆共气化方法，其特征在于，所述保护气通过所述气化炉的炉顶喷嘴以散射状喷入所述气化炉内，并在所述气化炉内的顶部以下形成伞状保护气层。

3.根据权利要求1所述的煤粉和水煤浆共气化方法，其特征在于，根据所述气化炉的拱顶内壁的温度确定所述共气化运行是否稳定。

4.根据权利要求3所述的煤粉和水煤浆共气化方法，其特征在于，当所述气化炉的拱顶内壁的温度超出预定温度范围时，所述共气化运行不稳定；并且当所述气化炉的拱顶内壁的温度超出所述预定温度范围30℃以上时，向所述气化炉内喷入所述保护气。

5.根据权利要求4所述的煤粉和水煤浆共气化方法，其特征在于，所述保护气的喷入量将所述拱顶内壁的温度下降速率控制在1℃/min～5℃/min之间。

6.根据权利要求1所述的煤粉和水煤浆共气化方法，其特征在于，根据所述气化炉的炉顶喷嘴的进料量的变化确定所述共气化运行是否稳定。

7.根据权利要求6所述的煤粉和水煤浆共气化方法，其特征在于，当所述炉顶喷嘴进料量的质量下降20％以上时，所述共气化运行不稳定，并向所述气化炉内喷入所述保护气。

8.根据权利要求7所述的煤粉和水煤浆共气化方法，其特征在于，所述保护气的喷入量为所述炉顶喷嘴进料量的下降量的10％～50％。

9.根据权利要求1所述的煤粉和水煤浆共气化方法，其特征在于，所述的保护气是不助燃的气体。

10.根据权利要求1所述的煤粉和水煤浆共气化方法，其特征在于，当从所述气化炉的侧壁喷入水煤浆和气化剂，以及从所述气化炉的顶部喷入煤粉和气化剂时，所述保护气为二氧化碳、氮气中的一种或两种混合；

当从所述气化炉的侧壁喷入煤粉和气化剂，以及从所述气化炉的顶部喷入水煤浆和气化剂时，所述保护气为二氧化碳、水雾、氮气中的一种或几种混合。

11.一种气化炉，包括炉体、位于所述炉体顶部的拱顶内壁、设置在所述拱顶内壁上的炉顶喷嘴以及设置在所述炉体侧壁的同一水平高度的炉侧喷嘴，其特征在于，所述炉顶喷嘴集成有用于喷射所述保护气的外侧环隙通道，所述保护气形成用于保护所述拱顶内壁的保护气层。

12.根据权利要求11所述的气化炉，其特征在于，所述炉侧喷嘴的中轴线具有轴向偏角α和径向偏角β，所述轴向偏角α和径向偏角β满足以下条件：0°≤α≤30°，0°≤β≤45°，且不能同时为0°。

13.根据权利要求11所述的气化炉，其特征在于，所述气化炉用于权利要求1-10中任一项所述的煤粉和水煤浆共气化方法。