一種沿爐高氣化劑分層強旋轉煤粉氣化裝置及氣化方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種氣化劑強旋煤粉轉氣化裝置及氣化方法，具體涉及一種沿爐高氣化劑分層強旋轉煤粉氣化裝置及氣化方法，屬于煤氣化設備領域。
【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。
[0003]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，煤粉進入爐內后形成液態渣，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:第一、氣化爐內壁面容易燒損。該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:一套造氣量80000Nm3/h的煤氣化生產線停運一次經濟損失達4000萬元以上。第二、氣化爐沿爐高方向溫度分布不均。

【發明內容】

[0004]本發明為解決現有技術中氣化爐壁面掛渣不均勻，沿爐高方向溫度分布不均的問題，進而提出一種沿爐高氣化劑分層強旋轉煤粉氣化裝置及燃燒方法。
[0005]本發明為解決上述問題采取的技術方案是:本發明所述裝置包括煤粉燒嘴、氣化爐體、水冷壁、合成氣通道和多個氣化劑噴口，氣化爐體由半球體和圓柱體組合而成，水冷壁安裝在氣化爐體內，水冷壁由多根豎直圓管組成，水冷壁圍成回轉體氣化爐膛，氣化爐體的底部設有渣池，合成氣通道插裝在氣化爐體的下部，多個氣化劑噴口由上至下依次均勻設置在氣化爐體上部的外側壁上，且多個氣化劑噴口均位于同一豎直面上，每個氣化劑噴口沿氣化爐膛的切線方向插入氣化爐膛內，煤粉燒嘴安裝在氣化爐體的頂部，且煤粉燒嘴的軸線與氣化爐膛的軸線重合，煤粉燒嘴內設有橫截面為環形的煤粉通道。
[0006]本發明所述氣化方法的具體步驟如下:步驟一、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 ；
[0007]步驟二、溫度為25?100°C的干煤粉由氮氣或二氧化碳氣體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，煤粉所占的體積分數為1%?25%，在爐頂區域形成旋轉向下的煤粉氣流；
[0008]步驟三、煤粉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，在氣化爐膛頂部燃燒形成熔渣；
[0009]步驟四、溫度為20?400 °C的氣化劑通過所述氣化劑噴口以100?200m/s的速度沿爐高方向分層切向噴入氣化爐膛，高速的氣化劑氣流沖入氣化爐膛后形成強烈旋轉氣流，在離心力的作用下，約80%的熔渣被甩在爐壁面形成較厚的渣層，渣層均勻，旋轉氣流不斷沖刷氣化爐膛壁面上的渣層，并與其發生強烈氣化反應；
[0010]步驟五、氣化生成的粗煤氣通過所述合成氣通道流出氣化爐膛，生成的液態渣沿壁面流入渣池，冷卻后通過底部排渣口排出氣化爐。
[0011]本發明的有益效果是:
[0012]—、本發明中渣層由離心力作用形成。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。
[0013]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_。
[0014]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。
[0015]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。
[0016]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。
[0017]六、本發明的煤種適