CN202865188U - 一种干粉气化装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种干粉气化装置，包括上段的气化室和下段的激冷室，所述气化室的顶部设有位于气化室轴线上的1个引燃烧嘴和环绕所述引燃烧嘴均匀分布的2-6个干粉烧嘴，每个干粉烧嘴具有4个通道，从内向外依次为氧化剂通道、第一冷却介质通道、干粉管线通道和第二冷却介质通道，其中所述氧化剂通道的末端设有旋流器，所述旋流器用于将氧化剂旋转喷出。本实用新型的干粉气化装置气化规模大，效率高，投资省，使用寿命长，且转化效率高，生成的粗合成气含尘量少，适用范围广。

Description

一种干粉气化装置

技术领域

本实用新型涉及一种气化装置，具体涉及一种干粉气化装置。

背景技术

干粉气化技术可以将价格低廉、直接燃烧污染较大的煤、生物质、石油焦、垃圾等原料转化为清洁的、高附加值的合成气，可作为生产化工产品的基本原料，比如可以用于生产化工产品如甲醇、合成氨、合成油，还可用于发电或直接用于城市煤气，合成天然气使用。

目前的干粉气化技术的最主要的应用是煤的气化。煤的洁净与高效利用是当今世界能源与环境保护领域中的重大技术课题，也是我国国民经济持续发展的关键技术之一。煤气化是将一次能源转化成洁净的二次能源的主要途径，无论煤的间接液化还是直接液化，都需要首先进行气化，因此，大规模高效煤气化技术是发展煤基化学品生产、煤基液体燃料(合成油品、甲醇、二甲醚等)、先进的整体煤气化联合循环(IGCC)发电***、多联产***、制氢、燃料电池以及直接还原炼铁等过程工业的基础，是这些行业的公共技术、关键技术和龙头技术。以煤的间接液化为例，生产规模为500万吨/年的生产装置，气化用煤在2200～2500万吨/年，需3000吨/天的气化装置25台左右。煤的直接液化同样需气化制氢，从能源合理利用的角度，氢气最经济的来源是通过煤气化，生产规模500万吨/年的直接液化装置，气化用煤约600万吨/年，需3000吨/天的气化装置6台左右。再例如作为化工原料的煤每年更是高达8000万吨以上，急需先进的大规模煤气化技术，以提高行业竞争力。

专利CN201999904U公开了一种下行式干粉气化炉，包括立式圆筒形结构的气化炉外壳，气化炉外壳内设有气化室，气化炉外壳的侧壁上设置有气化烧嘴，所述气化烧嘴连通气化室内和气化室外壳外，所述气化烧嘴为2-8个，均布于气化炉外壳侧壁的同一水平面上，气化炉外壳的中心至气化烧嘴喷口的半径与气化烧嘴的中心线之间呈15度夹角，使喷口喷出的原料形成切圆火焰，以加强混合与反应。

目前采用干煤粉气化的技术中，有代表性的主要有Shell、GSP干煤粉气化技术。Shell干煤粉气化装置的单炉日投煤量为2500吨规模，GSP干煤粉气化装置的单炉日投煤量为2000吨规模，难以满足大规模煤气化的需求。

此外，现有的干煤粉气化技术所得的粗合成气的含尘量较高，后续处理费力，例如Shell气化装置的粗合成气需经除尘和洗涤***进行处理，GSP气化装置的粗合成气则通常需要经两级文丘里管进行洗涤，才能得到含尘量符合要求的合成气，所需设备多，耗费大。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种干粉气化装置，用以实现大规模的干粉气化。

本实用新型的目的是通过如下技术方案实现的：

一种干粉气化装置，包括上段的气化室和下段的激冷室，所述气化室的顶部设有位于气化室轴线上的1个引燃烧嘴和环绕所述引燃烧嘴均匀分布的2-6个干粉烧嘴，每个干粉烧嘴具有4个通道，从内向外依次为氧化剂通道、第一冷却介质通道、干粉管线通道和第二冷却介质通道，其中所述氧化剂通道的末端设有旋流器，所述旋流器用于将氧化剂旋转喷出。

优选地，所述旋流器具有6-24个叶片，所述叶片与所述氧化剂通道的轴线夹角为10-35度。

优选地所述旋流器具有12个叶片，所述叶片与所述氧化剂通道的轴线夹角为25度。

优选地，所述干粉烧嘴与所述气化室轴线的夹角为向内10度～向外30度。

优选地，所述干粉烧嘴为3个，每条所述干粉管线通道内设有3-6条干粉管线，所述干粉管线的出口的开口面积大于所述干粉管线的横截面积。

优选地，所述气化室上部的体积大于下部体积。

优选地，所述气化室上部高度与下部高度比值为2-1:1，上部直径与下部直径比值为3-1:1。

优选地，所述气化室上部高度与下部高度比值为1.5:1，上部直径与下部直径比值为2:1。

优选地，所述气化室上部与下部的连接部分为向下收缩的喇叭口状。

优选地，所述气化室为水冷壁式，所述气化室内表面设有致密的抓钉，所述抓钉上涂有耐火材料。

优选地，所述激冷室为包括激冷喷头、导气管和破泡板的组合式结构，所述激冷喷头的下方设置向下收缩的圆柱形导气管，所述导气管与激冷室内壁之间的空腔内设有破泡板。

优选地，所述激冷喷头分上、下两层分布，每层设有4-16个，所述破泡板设有2-8层。

与现有的干粉气化装置相比，本实用新型的干粉气化装置的气化规模大，转化效率高，投资省。本实用新型的干粉气化装置设有2-6个干粉烧嘴，且每个干粉烧嘴的氧化剂通道末端均设有旋流器，可使氧化剂进入气化室时扩散更均匀，且扩散范围更大；同时由于氧化剂的旋流作用，使氧化剂与干粉的混合效率大大提高，可以在单位时间内投入更大量的干粉进行混合燃烧，极大地提高了干粉气化规模，同时提高了燃烧效率。以干煤粉气化为例，本实用新型气化装置的日投煤量可达3500-6000吨，转化率达98%以上，不仅规模扩大，气化效率大大提高，而且设备的投资成本和运营成本大幅降低。

附图说明

图1为本实用新型的干粉气化装置的结构示意图。

图2为一个实施方式中多个干粉烧嘴的位置关系示意图。

图3为本实用新型的干粉气化装置的一个干粉烧嘴的结构示意图。

附图标记说明如下：

1-外壳；2-气化室；21-冷却水盘管；3-激冷室；4-引燃烧嘴；5-干粉烧嘴；51-氧化剂通道；52-第一冷却介质通道；53-干粉管线通道；54-第二冷却介质通道；55-旋流器；56-干粉管线；6-激冷喷头；7-导气管；8-破泡板；9-渣池；10-粗合成气出口；11-喷淋水出口；12-渣水出口。

具体实施方式

以下结合附图，对本实用新型做进一步详细说明，但本实用新型并不因此受到任何限制。只要不偏离本实用新型的构思和限定的范围，本实用新型可以有其他的变形。

图1所示为本实用新型的一种干粉气化装置的结构示意图。该干粉气化装置，外壳1为直立圆筒形，内部包括上段的气化室2和下段的激冷室3。

气化室2的顶部设有位于气化室轴线上的1个引燃烧嘴4和环绕引燃烧嘴均匀分布的2-6个干粉烧嘴5，优选地，干粉烧嘴5与气化室2轴线的夹角为向内10度～向外30度，优选为向外15-20度。

优选地，干粉烧嘴有3个，在气化室2径向上相互呈120度角，如图2所示。

如图3所示，每个干粉烧嘴5均具有四通道，从内到外依次为氧化剂通道51、第一冷却介质通道52、干粉管线通道53和第二冷却介质通道54。氧化剂通道51的末端设有旋流器55，使氧化剂旋转喷出。旋流器55设有6-24个叶片，所述叶片与氧化剂通道51的轴线的夹角为10-35度。优选地，旋流器55设有12个叶片，叶片与氧化剂通道51轴线的夹角为25度。旋流器55的叶片靠氧化剂气流推动旋转，无需另外的能量提供装置。设置旋流器55可使氧化剂进入气化室2时扩散更均匀，且扩散范围更大；同时由于氧化剂的旋流作用，使氧化剂与干粉的混合效率大大提高，可以在单位时间内投入更大量的干粉进行混合燃烧，极大地提高了干粉气化规模，同时提高了燃烧效率。

干粉管线通道53内设有3-6条干粉管线56，且干粉管线56沿第一冷却介质通道52的外壁螺旋环绕至下末端。优选地，干粉管线56的出口的开口面积大于管线的横截面积。这样的设计可使干粉喷出时扩散范围更大，从而更容易与氧化剂混合。

气化室2可选择本领域常规形状，如圆筒形或正多边形等。优选地，气化室2为上部容积大于下部容积，且气化室上部与下部的连接部分为向下收缩的喇叭口状。这样的形状设计使干粉与氧化剂在气化室的停留反应时间增加，提高了转化效率。

优选地，气化室2的上部高度H1与下部高度H2的比值H1：H2=2-1:1，优选为1.5:1，上部直径D1与下部直径D2的比值为D1：D2=3-1:1，优选为2:1。经多次试验反复验证，这样的比例关系对于提高干粉的转化效率是十分有利的。

进行气化反应时，将符合粒径要求的干粉用氮气或二氧化碳作为载气，加压通过干粉烧嘴5的干粉管线56输送至气化室2，同时将氧化剂（通常为氧气）通入氧化剂通道51，氧化剂经旋流器55加旋后快速喷出，使大量的干粉与氧气在所述倒梨形气化室2中充分弥散混合，经引燃烧嘴4点火，诱发部分氧化反应，生成粗合成气。由于旋流器55的加旋作用，使氧化剂进入气化室时扩散更均匀，混合更充分，加之气化室2呈上大下小的倒梨形，干粉与氧化剂在气化室内的反应停留时间大大增加，极大地增大了干粉处理量和燃烧效率。

气化室2可以采用任何常规形式，比如耐火砖式或水冷壁式。优选地，气化室2采用水冷壁式。优选地，气化室外壁盘绕有4-8根冷却水盘管21。

优选地，气化室2的内表面还设有致密的抓钉（未示出），抓钉上涂有耐火材料。由于在气化室2内发生剧烈的部分氧化反应，高温熔融状态的熔渣被甩到水冷壁上，立即被冷却固化，新生成的熔渣再附着其上，直至熔渣层的温度接近熔融温度时，新生成的熔渣在重力作用下沿壁面向下流出排渣口，附着在水冷壁上的固化熔渣保护了水冷壁，实现“以渣抗渣”，从而延长了装置的使用寿命。

激冷室3可以采用本领域的常规结构，如包括激冷喷头和导气管的结构。优选地，激冷室3为包括激冷喷头6、导气管7和破泡板8的组合式结构。

激冷喷头6可采用任何常规的形式。优选地，激冷喷头6设置为上下两层均匀、交错地分布，每层设有4-16个。

优选地，上层激冷喷头对着排渣口喷淋，更优选为斜向上呈20-60度，优选为30度，对着排渣口喷淋，下层激冷喷头垂直于轴线喷淋，以提高激冷效果。

激冷喷头6的下方设置导气管7，用于将粗合成气、固化熔渣和激冷水导入激冷室底部。导气管7与激冷室3内壁之间的空腔内设有破泡板8。

优选地，导气管7的上部呈向下收缩的喇叭口状，下部为圆筒形，以利于粗煤气、熔渣和激冷水的流出。

优选地，破泡板设置2-8层，优选为6层。

从气化室2排出的粗合成气和熔渣经过激冷喷头6喷淋冷却，冷却下来的粗合成气、固化熔渣和激冷水一并经导气管7进入激冷室3底部的渣池9中，较重的熔渣和激冷水留在渣池9内，粗合成气大部分进入渣池9中的水，形成大量气泡，逸出，再经过破泡板8破泡后，从粗合成气出口10排出，进入下游工序进行洗涤。喷淋水出口11用于排出多余的喷淋水，渣水出口12将渣水排出。

本实用新型的气化装置首次应用含有激冷喷头、导气管和破泡板的组合式激冷室的结构，可大大降低粗合成气的含尘量，为后续洗涤处理减轻了负担。

本实用新型的气化装置可以用于煤、石油焦、生物质及含碳固体废弃物等多种干粉的气化，特别适用于干煤粉，特别是成浆性差和高灰分煤的气，以得到高附加值的合成气。

实施例1干煤粉气化装置

一种干煤粉气化装置，外壳为直立圆筒形，内部包括上段的气化室和下段的激冷室，气化室的顶部设有位于气化室轴线上的1个引燃烧嘴和环绕所述引燃烧嘴均匀分布的3个干粉烧嘴，3个干粉烧嘴在气化室径向上相互呈120度角，且干粉烧嘴与气化室轴线的夹角为20度。每个干粉烧嘴具有四个通道，从内向外依次为氧化剂通道、第一冷却介质通道、干粉管线通道和第二冷却介质通道，其中所述氧化剂通道的末端设有使氧化剂旋转喷出的旋流器。旋流器设有12个叶片，且叶片与氧化剂通道的轴线夹角为25度。每个干粉管道内设有4条干粉管线，每条干粉管线均沿第一冷却介质通道的外壁螺旋环绕至下末端，且干粉管线的出口的开口面积大于管线的横截面积。

气化室的形状为上部容积大于下部容积的倒梨形，上部与下部的连接部分为向下收缩的喇叭口状，上部高度H1与下部高度H2的比值H1：H2=1.5:1，上部直径D1与下部直径D2的比值为D1：D2=2:1。气化室采用水冷壁式，气化室外壁盘绕有6根冷却水盘管。气化室的内表面设有致密的抓钉，抓钉上涂有耐火材料。

激冷室为包括激冷喷头、导气管和破泡板的组合式结构。激冷喷头设置为上下两层均匀、交错地分布，上层激冷喷头有4个，斜向上呈30度，对着排渣口喷淋，下层激冷喷头有12个，垂直于轴线喷淋。激冷喷头的下方设置导气管，导气管的上部呈向下收缩的喇叭口状，下部为圆筒形，以利于粗煤气、熔渣和激冷水的流出，导气管与激冷室内壁之间有空腔，该空腔内设有6层破泡板。

经反复多次试验，本实施例的干粉气化装置的日投煤量均达3500吨以上，最高可达6000吨，大大提高了煤处理规模，碳转化率达98%以上，且所得粗煤气的含尘量低，后续处理十分方便，大幅降低了设备的投资成本和运营成本。

Claims (10)

1.一种干粉气化装置，其特征在于，包括上段的气化室和下段的激冷室，所述气化室的顶部设有位于气化室轴线上的1个引燃烧嘴和环绕所述引燃烧嘴均匀分布的2-6个干粉烧嘴，每个干粉烧嘴具有4个通道，从内向外依次为氧化剂通道、第一冷却介质通道、干粉管线通道和第二冷却介质通道，其中所述氧化剂通道的末端设有旋流器，所述旋流器用于将氧化剂旋转喷出。

2.根据权利要求1所述的干粉气化装置，其特征在于，所述旋流器具有6-24个叶片，所述叶片与所述氧化剂通道的轴线夹角为10-35度。

3.根据权利要求1所述的干粉气化装置，其特征在于，所述干粉烧嘴与所述气化室轴线的夹角为向内10度～向外30度。

4.根据权利要求1所述的干粉气化装置，其特征在于，所述干粉烧嘴为3个，每条所述干粉管线通道内设有3-6条干粉管线，所述干粉管线的出口的开口面积大于所述干粉管线的横截面积。

5.根据权利要求1-4任一项所述的干粉气化装置，其特征在于，所述气化室上部的体积大于下部体积。

6.根据权利要求1所述的干粉气化装置，其特征在于，所述气化室上部高度与下部高度比值为2-1:1，所述气化室上部直径与下部直径比值为3-1:1。

7.根据权利要求6所述的干粉气化装置，其特征在于，所述气化室上部高度与下部高度比值为1.5:1，所述气化室上部直径与下部直径比值为2:1。

8.根据权利要求5所述的干粉气化装置，其特征在于，所述气化室为水冷壁式，所述气化室内表面设有致密的抓钉，所述抓钉上涂有耐火材料。

9.根据权利要求5所述的干粉气化装置，其特征在于，所述激冷室为包括激冷喷头、导气管和破泡板的组合式结构，所述激冷喷头的下方设置向下收缩的圆柱形导气管，所述导气管与激冷室内壁之间的空腔内设有破泡板。

10.根据权利要求9所述的干粉气化装置，其特征在于，所述激冷喷头分上、下两层分布，每层设有4-16个，所述破泡板设有2-8层。

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