一種空氣送粉氣化劑強旋轉煤粉氣化方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種煤粉氣化方法，具體涉及一種空氣送粉氣化劑強旋轉煤粉氣化方法。
【背景技術】
[0002]煤氣化技術是高效清潔的潔凈煤技術。當前的煤氣化技術主要分為移動床氣化、流化床氣化、氣流床氣化和熔融床氣化四類。其中，氣流床氣化技術因其氣化強度高、生產能力大、碳轉化率高等優點已成為現在煤氣化技術的主要發展方向。氣流床氣化有兩個主要特點，一是運行溫度高，約為1300?1600°C，爐內形成的灰渣為液態，排渣方式為液態排渣；另外一個特點是采用“以渣抗渣”技術來保護爐壁和減少熱損失。氣流床氣化爐存在的問題是:(1)氣化爐內壁面容易燒損。氣化爐內壁面燒損問題導致氣化爐經常停車，而氣化爐作為化工企業的生產源頭，一旦停車，導致整個生產線全部停運，整個生產線停運一次給企業造成巨額經濟損失。例如:一套耗煤量1000t/d的煤氣化生產線停運一次經濟損失達4000萬元以上。(2)輸送煤粉的氣體使用成本高。

【發明內容】

[0003]本發明的目的是為了解決現有的氣化爐壁面掛渣不均勻，輸送煤粉的氣體使用成本高的問題，進而提供一種空氣送粉氣化劑強旋轉煤粉氣化方法。
[0004]本發明的技術方案是:
[0005]本發明提供了一種使用空氣送粉氣化劑強旋轉煤粉氣化裝置的氣化方法，它所使用的空氣送分氣化劑強旋轉煤粉氣化裝置包括煤粉燒嘴、氣化爐體、氣化爐膛、合成氣通道、渣池、氣化劑噴管和旋流葉片，氣化爐膛安裝在氣化爐體內，煤粉燒嘴安裝在氣化爐體的上端并與氣化爐體的氣化爐膛連通，合成氣通道密封插接在氣化爐體的下部，渣池位于氣化爐體內的底部，氣化劑噴管沿切向方向插裝在氣化爐膛的上部，煤粉燒嘴內設有環形煤粉通道，旋流葉片安裝在環形煤粉通道的近火端，煤粉由空氣攜帶經由煤粉通道送入爐內，氣化方法是通過以下步驟實現的:
[0006]步驟一:設定氣化爐膛參數；
[0007]設定氣化爐膛內部壓力為0.1?4MPa，氣化爐膛的運行溫度為1250?1600°C ；
[0008]步驟二:干煤粉由空氣攜帶進入氣化爐膛；
[0009]溫度為25?100°C的干煤粉由空氣攜帶以旋流方式經煤粉燒嘴上的煤粉通道送入氣化爐膛內部，在爐頂區域形成旋轉向下的煤粉空氣混合氣流；
[0010]步驟三:煤粉形成熔渣；
[0011]煤粉空氣混合氣流接觸到中心回流區卷吸回來的高溫合成氣后，被其點燃，在爐膛頂部燃燒形成熔渣；
[0012]步驟四:氣流與渣層發生強烈氣化反應；
[0013]溫度為20?400°C的氣化劑通過所述氣化劑噴管以100?200m/s的速度切向噴入氣化爐膛，氣化劑氣流沖入爐膛后形成強烈旋轉氣流，在離心力的作用下，70%-90%的熔渣被甩到爐壁面形成厚度為5-7_的渣層，渣層均勻，旋轉氣流不斷沖刷爐膛壁面上的渣層，并與其發生強烈氣化反應；
[0014]步驟五:排渣；
[0015]氣化生成的粗煤氣通過合成氣通道流出氣化爐膛，生成的灰渣沿壁面流入渣池，冷卻后通過底部排渣口排出氣化爐。
[0016]本發明與現有技術相比具有以下效果:
[0017]—、本發明中渣層由離心力作用形成。如圖3所示，現有技術中，煤粉與氣化劑均從氣化爐頂部噴入爐膛，煤粉進入爐膛后在高溫下形成熔渣，熔渣與氣化劑氣流一起同向一般以直流的方式流向爐膛底部。在流動過程中，只有少量的壁面附近的熔渣由于氣流脈動粘到壁面上形成渣膜；而本發明中，煤粉從氣化爐頂部噴入，煤粉進入爐膛后在高溫下形成熔渣，以100?200m/s的速度切向噴入爐膛的氣化劑在爐內形成強烈的旋轉氣流，熔渣與氣化劑一起在近壁面區高速旋轉向下流動，約80%的熔渣受強旋產生的離心力作用不斷地被甩到壁面上形成渣層。
[0018]二、本發明中粘附在爐壁上的渣量多，渣層厚度大。現有技術中，煤粉與氣化劑均從氣化爐頂部噴入爐膛，煤粉進入爐膛后在高溫下形成熔渣，熔渣與氣化劑氣流一起同向一般以直流的方式流向爐膛底部。在流動過程中，只有少量的壁面附近的熔渣由于氣流脈動粘到壁面上形成渣膜，離壁面較遠處的熔渣無法粘到壁面上，因此只有約10%左右的熔渣能夠粘到壁面形成渣膜，由于粘附在爐壁上的渣量小，導致壁面渣膜較薄，一般渣膜厚度為2?3mm ;本發明依靠離心力將熔渣甩到壁面形成渣層，氣化劑以100?200m/s的速度噴入爐膛3，形成強烈的旋轉氣流，產生的離心力足以將熔渣甩到壁面上形成渣層，氣化過程中約占80%左右的熔渣都被甩到壁面上形成渣層，由于粘附在爐壁上的渣量多，因此壁面渣層較厚，渣層厚度可達5?6_。
[0019]三、本發明中壁面渣層厚度比較均勻。現有技術中，煤粉與氣化劑均從氣化爐頂部噴入爐膛，煤粉進入爐膛后在高溫下形成熔渣，熔渣與氣化劑氣流一起同向一般以直流的方式流向爐膛底部。在流動過程中，只有少量的壁面附近的熔渣由于氣流脈動粘到壁面上形成渣膜，離壁面較遠處的熔渣無法粘到壁面上，因此只有約10%左右的熔渣能夠粘到壁面形成渣膜，由于粘附在爐壁上的渣量小，當沿氣化爐圓周方向的氣量分布不均時，沿圓周方向壁面熔渣粘附情況不均，導致圓周方向壁面渣膜厚度不均勻。而本發明中，煤粉從氣化爐頂部噴入，煤粉進入爐膛后在高溫下形成熔渣，以100?200m/s的切向速度噴入的氣化劑在爐內形成強烈的旋轉氣流，熔渣與氣化劑一起在近壁面區高速旋轉向下流動。本發明中氣流速度高，湍流強度大，有利于氣化劑與熔渣的混合。熔渣與氣化劑沿圓周方向混合均勻后在強旋產生的離心力作用下甩到壁面形成渣層，壁面渣層厚度比較均勻。
[0020]四、本發明能更有效保護氣化爐內壁面。壁面渣層主要成分為二氧化硅，二氧化硅導熱系數約為7.6W/mk，常用耐火磚的導熱系數約為20?28W/mk，渣層導熱系數比耐火磚小很多，因此渣層的隔熱效果好。現有技術中壁面渣膜較薄，渣膜厚度一般為2?3_，而且沿圓周方向渣膜厚度不均勻，易出現部分內壁面沒有渣膜覆蓋的問題，氣化爐內壁面裸露于高溫煙氣環境中，容易出現超溫而被燒損。氣化爐內氣體中含有60%?70%的一氧化碳，高溫的一氧化碳為腐蝕性氣體，氣化爐內壁面裸露于高溫且富含一氧化碳的環境下，容易發生化學腐蝕。本發明中壁面渣層厚，渣層厚度高達5?6_，是現有技術的2?3倍，同時渣層厚度比較均勻，沒有氣化爐內壁面裸露于高溫煙氣中，更能有效保護氣化爐內壁面不被高溫氣體燒損；而且較厚的渣層將氣化爐內壁面與爐內氣體(含有60%?70%的一氧化碳)隔開，能保護氣化爐內壁面不受一氧化碳氣體的化學腐蝕。
[0021]五、本發明氧的消耗量少。現有技術中壁面掛渣薄而且不均勻，渣膜厚度一般為2?3_ ;本發明中壁面掛渣厚且均勾，渣層厚度高達5?6_，是現有技術的2?3倍，而渣層導熱系數小，隔熱性好，因此本發明能夠減小壁面熱損失。碳與氧氣反應生成一氧化碳放熱112.lkj/mol，碳與氧氣反應生成二氧化碳放熱395kJ/mol，顯然碳與氧氣反應生成二氧化碳放熱是生成一氧化碳放出的熱量的3.52倍。煤粉氣化需要在較高溫度(1250?1600°C )下才能迅速反應，雖然期望得到的煤氣化產物是一氧化碳，但為了維持較高爐內溫度，必須通入過量的氧氣生成二氧化碳來提高溫度。現有技術中壁面熱損失較大，實際運行時調整氧原子與碳原子的當量比為1.05?1.1時，也就是說多通入5%?10%的氧氣生成二氧化碳維持爐溫。而本發明中渣層厚，壁面熱損失小，調整氧原子與碳原子的當量比為
1.01?1.05即可維持同樣的爐內高溫，與現有技術相比氧的消耗量降低約5%。氧氣是從空氣中分離出來的，分離過程耗電量大，本發明降低大量氧的消耗量，相應節省大量電能。
[0022]六、本發明的煤種適用性強。熔渣氣化爐想要達到“以渣抗渣”的技術路線保護水冷壁，則必須保證水冷壁面處存在較厚的渣層。現有技術中，水冷壁面處熔渣膜的形成僅僅依靠粘附靠近壁面處的熔渣，其粘附在壁面上的渣量極少。在粘附在壁面上的渣量極少的條件下，為達到一定厚度的渣層，則必須對煤灰的粘溫特性提出苛刻的要求:在氣化溫度范圍內，煤灰粘度不能過低或者過高。煤灰粘度過低則熔渣流動性好，渣膜較薄，不能起到