CN201010630Y

CN201010630Y - 流化床粉煤气化反应器

Info

Publication number: CN201010630Y
Application number: CN 200620128241
Authority: CN
Inventors: 武晋强; 台念强; 赵正权; 陈赵锁
Original assignee: TAIYUAN HAILIFENG TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Current assignee: TAIYUAN HAILIFENG TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Priority date: 2006-11-24
Filing date: 2006-11-24
Publication date: 2008-01-23
Anticipated expiration: 2016-11-24

Abstract

本实用新型属于流化床粉煤气化反应器领域，该反应器是由两段双火层喷动流化床组成，其底部是带中央喷动管的喷动流化床密相区反应段，实施灰的团聚及选择性排出，上部是带有二次气化剂进料的稀相区补充反应调整段，通过一定数量、角度的喷嘴完成了未反应粉尘的转化，同时调整了气体组成及负荷，在出口设有辐射式冷却器，用于副产蒸汽的过热。本实用新型采用内衬刚玉层和多晶纤维板隔热双层热壁结构及水夹套冷壁外壳结构，在确保设备安全可靠的条件下，既提高了装置热效率又满足了抗热振要求，是一种较为实用的粉煤气化反应器。

Description

流化床粉煤气化反应器

技术领域

本实用新型涉及一种流化床煤粉气化设备，特别是用于硫化床粉煤气化反应生产的反应器。

背景技术

流化床粉煤气化设备是一种公知技术，已工业化的有温克勒(Winkler)及经改良后的恩德、高温温克勒(HTW)和循环流化床(Lurgi)技术及其设备。尽管以改良后的(Winkler)工艺技术设备解决了早期流化床中气体分布不均、易结渣、顶部辐射锅炉故障率高、碳转化率低等一些问题，在一定程度上提高了装置的运转率及可靠性。但仍存在如下几方面的突出问题：首先，该设备的煤种适应性差，只能适应一些高反应活性、低结焦、结渣的褐煤、长焰煤等低变质程度的煤；其次，由于该设备反应温度不可能太高，造成气体中CH₄及CO₂含量较高，对合成气生产不利；再次，由于该装置粉尘后移，对环境造成一定的污染；最后，由于该设备压力偏高，相对投资较高，投入产出不尽合理。

发明内容

本实用新型的问题是要提高流化床粉煤气化反应器煤种的适应性、碳转化率和有效气成份，拓宽流化床粉煤气化反应器原料煤种范围，降低气体中CH₄及CO₂含量，减少粉尘夹带和污染，并提供一种流化床粉煤气化反应器。

为达到其上述的目的，本实用新型的首要主题是一种流化床粉煤气化反应器，这种反应器由带有辐射式冷却器的两段双火层喷动流化床构成。

该反应器其特征在于：采用具有中间过渡(II)的上大下小的同心筒体形式，且筒体具有冷热壁复合结构，其中内、外筒体间形成水夹套冷却通道，对内筒体进行冷却，内筒体内壁衬有绝热隔离层和耐高温抗磨衬里。

该反应器其特征还在于：底部是带中央喷动管的喷动流化床密相区反应段(I)，实施灰的团聚及选择性排出；上部是带有只少一个二次气化剂进料的稀相区补充反应调整段(III)，通过一定数量、角度的喷嘴完成未反应粉尘的转化，同时调整气体组成及负荷；且在出口设有辐射式冷却器，用于副产蒸汽的过热。

本实用新型的另一个主题是一种流化床粉煤气化的方法及设备，在这种方法中包括至少一套加煤***设备，原料煤通过此***由至少一个加煤口在密相区反应段(I)的气化剂分布器流化室(B)上部进入反应器，气化剂分别由至少一个喷嘴、选择排灰室环管入口、中心喷动管入口及至少一个二次风入口进入反应器，原料煤和气化剂在反应器中经历两段双火层(I、III)反应和冷却(5A)后由顶部侧面出口导出。反应器中形成的团聚灰由选择性排灰室(A)并经冷却、收集及减压后排出。反应器顶部导出的含尘煤气首先经高温旋风除尘器除尘后进入热回收、干式陶瓷除尘器及洗涤塔送出***，高温旋风除尘器的粉尘由反应器返回口返回反应器进一步反应，干式陶瓷除尘器的细粉尘经冷却、收集及减压后排出。

上述方法及设备的特征是：由于采用双火层两段喷动流化床粉煤气化反应器在密相反应段，利用灰团聚的特性，依据喷动原理在床层中央区设置了一个中央喷管产生局部高温区，使灰的温度达到灰的熔聚点进行灰的团聚；用一般流化床的方法采用喷嘴气体分布结构在喷动管的周围形成较低温度的煤转化过程，避免了床层的结渣等破坏流化的现象；然后利用不同残碳渣的重度不同，在底部(A)设置了一个选择性排灰的结构件。通过调整进气的速率实施排渣量及残碳的控制进行选择性排灰来减少残碳量。通过此种结构使煤种的适应性大大增加，可由低变质程度的原料扩展到资源量更大且分布更广泛的烟煤、贪煤、贪瘦煤、无烟煤甚至焦粉及石油焦。

上述方法及设备的另一个特征是：在气化炉中部引入二次气化剂，产生第二火层反应调整段，将入炉煤高温裂解气中的CH₄等有机物以及未反应的和反应剩余的细煤粉进行提温二次转化。调整气体组成及负荷，降低反应气体中CH₄(小于1.5％)及CO₂(小于20％)含量，控制粉尘带出(降低30％～50％)。

上述方法及设备的第三个特征是：上部辐射冷却器，采用了特殊的结构形式(附图2a)，解决了一般流化床辐射废锅的严重磨损及设置后段蒸汽过热器的高投资等问题。

上述方法及设备的特征还在于：旋风除尘器，采用圆形或隋圆形气体入口结构；上封头采用内衬平顶板的球形或蝶形封头结构。在满足压力容器结构要求的前提下，可确保高的除尘效率。热回收设备采用上下集箱、立管连通、横向冲刷的水管笼式结构及组合盘管结构，由于结构紧凑、效率高，使投资得以下降；且满足抗磨及防结灰的要求。

高温设备及管道采用内衬刚玉层和多晶纤维板隔热双层热壁结构及水夹套冷壁外壳结构。在确保设备安全可靠的条件下，既提高了装置热效率又满足了抗热振要求。

附图说明

图1是本实用新型的装置结构流程示意图

图2是本实用新型反应器的结构示意图

图3是本实用新型反应器的密相区反应段选择性排灰结构示意图

图4是本实用新型反应器的冷热壁复合结构示意图

图5是本实用新型反应器的二次反应调整段气化剂入口结构示意图

其中：1：煤斗 2：煤锁 3：给煤斗 4：星型给料器 5；气反应器 6：高温旋风除尘器 7：废热锅炉 8：锅炉给水预热器 9：干式陶瓷过滤器 10：洗涤塔 11：冷渣机 12：收渣斗 3：渣锁 14：冷灰机 15：收灰斗 16：灰锁 17：分布器喷嘴气化剂 18：分布器中心喷管气化剂 19：分布器环管气化剂 20：夹套进口给水 21：二次风气化剂 22：夹套出口汽水混合物 23：高温旋风除尘器夹套出口汽水混合物24：废锅夹套出口汽水混合物 25：渣 26：灰 27：热回收后的煤气28：精滤后的煤气 29：反吹气 30：合格煤气 31：热冷凝液 32：循环煤气水 33：含尘煤气水 34：过热蒸汽 35：饱和蒸汽 36：锅炉给水 37：加热后的锅炉给水 38：废锅给水 39：废锅汽水混合物 40：入炉煤 41：入煤口 42：返料口 43：煤气出口 44：二次风入口45：分布器喷嘴气化剂入口 46：分布器中心喷管气化剂入口 47：分布器环管气化剂入口 48：排渣口 49：夹套给水口 50：过热蒸汽出口 51：饱和蒸汽进口 52：夹套汽水混合物出口 53：水夹套 54：过热器盘管55：碳化硅层 56：耐温抗磨层 57：隔热层 58：锚固钉 59：盘管锚固钉 60：二次风内切圆 61：外筒 62：内筒 63：焊接区 64：稽片

具体实施方式

结合附图及实施例能够对本实用新型作出进一步的详细说明

实施例1

图1所示具体实施方法和设备：原料煤通过加煤***的煤斗(1)、煤锁(2)和给煤斗(3)，由入煤口(41)在密相区反应段(I)的气化剂分布器流化室(B)上部进入反应器，分布器喷嘴气化剂(17)、分布器中心喷管气化剂(18)、分布器环管气化剂(19)和二次风气化剂(21)分别由分布器喷嘴气化剂入口(45)、选择分布器环管气化剂入口(47)、分布器中心喷管气化剂入口(46)及二次风入口(44)进入反应器，原料煤和气化剂在反应器中经历两段双火层密相反应段(I)和二次反应、调整段(III)反应和辐射式冷却器(5A)后由顶部侧面煤气出口(43)导出。反应器中形成的团聚灰渣(25)由选择性排灰室(A)并经冷渣机(11)、收渣斗(12)及渣锁(13)后排出。反应器顶部导出的含尘煤气首先经高温旋风除尘器(6)除尘后进入废热锅炉(7)和锅炉给水预热(8)、干式陶瓷过滤器(9)及洗涤塔(10)送出***，高温旋风除尘器(6)的粉尘由反应器返料口(42)返回反应器进一步反应，干式陶瓷除尘器(9)的灰(26)经冷灰机(14)、收灰机(15)及灰锁(16)后排出。

图2所示具体实施反应器的结构，该反应器采用具有中间过渡段(II)的上二次反应、调整段(III)大下密相反应段(I)小的同心筒体结构。其横截面之比应满足上二次反应、调整段(III)截面气体表观速度比下密相反应段(I)截面气体表观速度降低1/2；中间过渡段(II)堆角应小于30度(与垂直方向夹角)；上二次反应、调整段(III)下密相反应段(I)筒体高度应满足反应器的生产能力及气体夹带分离高度(TDH)的要求；上二次反应、调整段(III)筒体顶部由球形或蝶形封头密封(IV)；上二次反应、调整段(III)筒体上部侧面设置煤气出口(43)；上二次反应、调整段(III)筒体煤气出口(43)下且距煤气出口(43)最小距离设置气体冷却器(5A)；上二次反应、调整段(III)筒体底部且与过中间过渡段(II)的上切线最小距离设置二次风入口(44)；下(I)筒体下部由倒堆形的气化剂分布器(V)密封，在下密相反应段(I)筒体底部且与分布器(V)的上切线最小距离设置原料煤入煤口(41)及返料口(42)且应尽可能均匀布置。该反应器具有冷热壁综合结构，即采用耐高温、隔热双层内衬热壁及水夹套冷壁外壳结构，在水夹套的底部设置至少一个夹套给水口(49)，在反应器顶部封头上布置至少一个夹套汽水混合物出口(52)，且分别与安装在反应器上方至少5米的汽包下降管和上升管相连，水夹套可根据不同的反应器操作压力产生常压或中压饱和蒸汽。

图3所示具体实施反应器密相反应段(I)中气体分布器结构，该气体分布器由直接连接于密相反应段(I)筒体下方(C段)的正倒堆体(B段)和底部小直径的直管(A段)组成。正倒堆体(B段)的堆角约45～60度且在正倒堆体(B段)圆周设置至少一环、每环至少均布有三个分布器喷嘴气化剂入口(45)，分布器喷嘴气化剂入口(45)角度垂直与正倒堆体(B段)的堆面，上环喷嘴距堆体上折边段最小，下环喷嘴距堆体下折边段最小，中环喷嘴居中布置，喷嘴数量以正倒堆体(B段)内的气化剂均匀分布为准(喷嘴数典型量为8、12和18)；正倒堆体(B段)中心区设置富氧(氧浓度60％～85％)的高速喷动管(速度约20～40m/s)，并由位于堆体下折边过渡段底部引出。底部小直径的直管(A段)，其内径应满足排渣强度及选择性排渣气速的要求(速度约8～18m/s)，长度约800～1500mm，直管(A段)排渣口(48)上约200mm的侧面设置一个分布器环管气化剂入口(47)，反应器中团聚的渣由直管(A段)底部排出。

图4是具体实施反应器冷热壁复合结构示意图，它包括有冷却器盘管部位(a)和无冷却器盘管部位(b)两种结构。两种结构均由内筒(62)和外筒(61)及隔热层(57)、耐温抗磨层(56)内衬组成，且均设置有众多的锚固钉(58)；内筒(62)和外筒(61)间均形成50～100mm的水夹套作为冷却水通道，隔热层(57)均采用30～50mm的硅钙板或多晶纤维板，耐温抗磨层(56)均采用80～120mm的钢玉浇注料或钢玉砖。两种结构不同之处在于有过热器盘管(54)部位(a)中的内筒(62)的一部分筒节由过热器盘管(54)所取代，且过热器盘管(54)内侧设置有不同的盘管锚固钉(59)；过热器盘管(54)内侧的隔热层(57)由导热性和机械性更好的等厚度碳化硅层(55)所取代。另外，过热器盘管(54)间的连接稽片(64)结构如(c)所示，稽片(64)与过热器盘管(54)间进行内外全密封焊，其焊接区(63)面积应大于稽片(64)的受热面。

图5是具体实施反应器二次反应调整段气化剂入口结构示意，上(III)筒体底部且与过渡段(II)的上切线最小距离设置的二次风入口(44)其数量最少为三个；可达总气化剂量的15％～35％；加入口直径控制在气速约为80～120m/s；安装布置为圆周均布，且向上倾角约为9～15度(与水平方向夹角)，径向顺时针偏角约7～18度，以使气流旋转并相切于虚拟直径约为500～800mm的二次风内切圆(60)。

实施例2

本实用新型用于流化床粉煤气化反应器的方法，该方法的原料煤通过加煤***的煤斗1、煤锁2和给煤斗3，由入煤口41在密相反应段(I)的气化剂分布器流化室(B)上部进入反应器，分布器喷嘴气化剂17、分布器中心喷管气化剂18、分布器环管气化剂19和夹套进口给水21分别由分布器喷嘴气化剂入口45、选择分布器环管气化剂入口47、分布器中心喷管气化剂入口46及二次风入口44进入反应器；原料煤和气化剂在反应器中经历两段双火层(I、III)反应和冷却(5A)后由顶部侧面的煤气出口43导出，反应器中形成的团聚灰渣25由选择性排灰室(A)并经冷渣机11、收渣斗12及渣锁13后排出；反应器顶部导出的含尘煤气首先经高温旋风除尘器6除尘后进入废热锅炉7、回锅炉给水预热器8、干式陶瓷除尘器9及洗涤塔10送出***，高温旋风除尘器6的粉尘由反应器返料口42返回反应器进一步反应，干式陶瓷除尘器9的细粉尘灰26经冷灰机14、收灰斗15及灰琐16后排出。

Claims

1.流化床粉煤气化反应器，其含有喷动流化密相反应段(I)，二次反应、调整段(III)及中间过渡段(II)；密相反应段(I)和二次反应、调整段(III)分别设置在中间过渡段(II)的下方和上方，其特征在于密相反应段(I)下方连通有倒锥形的气化剂分布器(V)；二次反应、调整段(III)上方连接有辐射式冷却器(5A)及封头(IV)；反应器整体上(I、II、III、IV、V)采用冷热壁综合结构。

2.如权利要求1所述的流化床粉煤气化反应器，其特征在于密相反应段(I)，二次反应、调整段(III)及中间过渡段(II)是中间过渡段(II)的上调整段(III)大，下密相反应段(I)小的同心筒体结构，其横截面之比是上调整段(III)截面气体表观速度比下密相反应段(I)截面气体表观速度降低1/2；中间过渡段(II)锥角与垂直方向夹角小于30度；上调整段(III)、下密相反应段(I)筒体高度满足反应器的生产能力及气体夹带分离的高度。

3.如权利要求1所述的流化床粉煤气化反应器，其特征在于二次反应、调整段(III)的筒体顶部由球形或蝶形封头密封(IV)；上调整段(III)筒体上部侧面距球形或蝶形封头(IV)切线距离设置有煤气出口(43)；上调整段(III)筒体煤气出口(43)下距煤气出口(43)的距离设置有气体冷却器(5A)；上调整段(III)筒体底部与过渡段(II)的上切线距离设置有二次风入口(44)。

4.如权利要求3所述的流化床粉煤气化反应器，其特征在于二次风入口(44)的数量至少为三个，可达总气化剂量的15％～35％；加入口的气速约为80～120m/s；安装布置为圆周均布，且向上与水平方向夹角为9～15度，径向顺时针偏角约7～18度，以使气流旋转并相切于直径为500～800mm的二次风内切圆(60)。

5.如权利要求1所述的流化床粉煤气化反应器，其特征在于密相反应段(I)的筒体下部由倒锥形的气化剂分布器(V)密封，在下密相反应段(I)筒体底部且与分布器(V)的上切线最小距离设置有入煤口(41)及返料口(42)，其与炉体夹角为45～30度，且均匀布置。

6.如权利要求1所述的流化床粉煤气化反应器，其特征在于密相反应段(I)中气体分布器(V)直接连通在密相区反应段(I)筒体下方的正倒锥体和底部直径的直管组成；正倒锥体的锥角约45～60度且在正倒锥体圆周设置至少一环、每环至少均布有三个分布器喷嘴气化剂入口(45)；分布器喷嘴气化剂入口(45)角度垂直与正倒锥体的锥面，上环喷嘴距锥体上折边段，下环喷嘴距锥体下折边段，中环喷嘴居中布置，喷嘴数量以正倒锥体内的气化剂均匀分布，典型喷嘴数量为8、12和18；正倒锥体中心区设置有富氧的高速喷动管位于锥体下折边过渡段底部；底部直管位于反应器中团聚渣的排渣口(48)，且在其上方的侧面设置有一个分布器环管气化剂入口(47)。

7.如权利要求1所述的流化床粉煤气化反应器，其特征在于反应器是采用双层内衬热壁及水夹套冷壁外壳的冷热壁复合结构。

8.如权利要求7所述的流化床粉煤气化反应器，其特征在于反应器水夹套冷壁外壳的底部设置有至少一个夹套给水口(49)，在反应器的顶部封头上设置至少一个夹套汽水混合物出口(52)，且分别与安装在反应器上的汽包下降管和上升管相连接。

9.如权利要求7所述的流化床粉煤气化反应器，其特征在于反应器的冷却器盘管部位(a)和无冷却器盘管部位(b)均由内筒(62)和外筒(61)及隔热层(57)、耐温抗磨层(56)内衬构成，并由锚固钉(58)固定；内筒(62)和外筒(61)间均形成水夹套作为冷却水通道，隔热层(57)均为硅钙板或多晶纤维板，耐温抗磨层(56)均为钢玉浇注料或钢玉砖；两种结构不同之处在于有过热器盘管(54)部位(a)中的内筒(62)的一部分筒节由过热器盘管(54)所代替，且冷却器盘管内侧设置有不同的盘管锚固钉(59)；过热器盘管(54)内侧的隔热层(57)和碳化硅层(55)所替换；过热器盘管(54)间的连接稽片(64)间密封连接，其连接区(63)面积应大于稽片(64)的受热面积。