煤氣化方法及氣化爐的制作方法
【專利摘要】本發明一方面提供了一種煤氣化方法，在煤氣化過程中，當氣化運行不穩定時，向氣化爐內噴入保護氣，保護氣形成用于保護氣化爐的拱頂內壁的保護氣層。本發明的目的在于提供一種煤氣化方法，使得運行過程中氣化爐拱頂內壁形成一種層狀保護層。另一方面，本發明提供了一種氣化爐。
【專利說明】
煤氣化方法及氣化爐
技術領域
[0001]本發明涉及煤氣化領域，更具體地，涉及一種煤氣化方法及氣化爐。
【背景技術】
[0002]煤氣化是將一次能源轉化成潔凈的二次能源的主要途徑，其產品為燃料氣(煤氣)、合成氣、還原氣、氫氣、一氧化碳。煤的氣化技術在聯合循環(IGCC)發電裝置、合成氨和合成甲醇工業、純一氧化碳的制備、純氫氣的制備等領域得到了廣泛的應用，而氣化爐則是煤氣化的關鍵設備。采用氣流床進行氣化的技術中，早期的氣化爐只有一個進料口，氣化爐的煤處理量比較低，物料在爐內的停留時間短、與氣化劑接觸不充分，導致碳轉化率較低，然后出現的多噴嘴對置式水煤漿或粉煤氣化爐是一個多噴嘴對置的豎式氣流床，在爐體周邊同一水平面或多個水平面對稱設置兩個或兩個以上的噴嘴，氣化物料對置射入氣化爐發生撞擊，強化接觸;而多噴嘴旋風氣流床氣化爐，氣化原料通過噴嘴以偏斜射流方式進入爐膛，原料以切圓旋流方式在氣化爐內運動。兩種氣化爐均能實現來自不同噴嘴物料流股在爐膛中相互撞擊摻混，停留時間增加，同時湍流強度顯著增加，使傳熱傳質速率大幅提高，從而提高了燃料的碳轉化率和水蒸汽的分解率。
[0003]但是這類氣化爐和氣化方式也存在比較大的弊端:要控制物料上沖高度，防止沖刷氣化爐的內部拱頂;另外，一旦噴嘴進料不穩定，造成爐內高溫層上移危及氣化爐的內部拱頂時，就必須停爐，更換或維修噴嘴以恢復其進料能力。
[0004]針對現有技術中存在的問題，需要在不降低氣化爐性能的情況下，減少氣化爐的拱頂內壁的燒蝕和沖蝕，延長氣化爐拱頂的壽命。

【發明內容】

[0005]針對相關技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種煤氣化方法，使得運行過程中氣化爐拱頂內壁形成一種層狀保護層。
[0006]本發明一方面提供了一種煤氣化方法，在煤氣化過程中，當氣化運行不穩定時，向氣化爐內噴入保護氣，保護氣形成用于保護氣化爐的拱頂內壁的保護氣層。
[0007]根據本發明，根據氣化爐的拱頂內壁的溫度確定氣化運行是否穩定。
[0008]根據本發明，當氣化爐的拱頂內壁的溫度超出預定溫度范圍時，氣化運行不穩定；并且當氣化爐的拱頂內壁的溫度超出預定溫度范圍30°C以上時，向氣化爐內噴入保護氣。
[0009]根據本發明，根據氣化爐的爐頂噴嘴的進料量的變化確定氣化運行是否穩定。
[0010]根據本發明，當爐頂噴嘴進料量的質量下降20%以上時，氣化運行不穩定，并向氣化爐內噴入保護氣。
[0011]根據本發明，保護氣的噴入量為爐頂噴嘴進料量的下降量的10%?50%。
[0012]根據本發明，的保護氣是不助燃的氣體。
[0013]根據本發明，保護氣從氣化爐的拱頂內壁或者距離拱頂內壁50cm以內的側壁上噴入氣化爐。
[0014]另一方面，本發明提供了一種氣化爐，包括位于氣化爐頂部的拱頂內壁以及圍繞拱頂內壁的側壁，在拱頂內壁或側壁上設置有用于噴射保護氣的保護氣噴嘴，保護氣形成用于保護拱頂內壁的保護氣層。
[0015]根據本發明，所述保護氣噴嘴可以是環隙通道，也可以是扇形噴嘴。
[0016]根據本發明，氣化爐用于上述任一項的煤氣化方法。
[0017]本發明的有益技術效果在于:
[0018]本發明提出的一種煤氣化方法及氣化爐，通過向氣化爐內噴入保護氣，在使用過程中，在氣化爐的拱頂覆蓋了一層保護氣，以保護氣化爐的內部拱頂不被高溫燒蝕或氣化物料沖蝕。可以實現必要時啟動保護氣化爐的內部拱頂，延長氣化爐拱頂壽命，減少停爐維修次數。
【附圖說明】
[0019]圖1示出的是本發明的氣化爐的第一實施例的示意圖。
[0020]圖2示出的是本發明的氣化爐的第二實施例的局部示意圖。
【具體實施方式】
[0021]參考附圖公開示出的實施例。然而，應當理解，所公開的實施例僅為可以以各種和替代形式顯示的實施例。附圖未必按比例繪制，并且可能放大或縮小一些特征來顯示特定部件的細節。所公開的具體結構和功能性細節不應解釋為限制，而是作為用于教導本領域技術人員如何實踐本公開的代表性基礎。
[0022]針對相關技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種煤氣化方法，使得運行過程中氣化爐I拱頂內壁2形成一種層狀保護層。
[0023]參考圖1，本發明一方面提供了一種煤氣化方法，在煤氣化過程中，當氣化運行不穩定時，向氣化爐I內噴入保護氣，保護氣形成用于保護氣化爐I的拱頂內壁2的保護氣層。本發明的主要目的在于:在氣化爐I內部拱頂以下形成保護氣層，護住氣化爐I的內拱頂，沖擊上來的物料在保護氣的噴射對沖下，向上的沖擊力以及所攜帶的熱量大為下降，即使仍然能沖擊到內拱頂，也無法構成大的傷害。根據本發明的實施例，保護氣是不助燃的氣體，可以是諸如氦、氖、氬、氪、氙的惰性氣體、氮氣、水蒸汽、二氧化碳氣等中的一種或幾種混合，在本發明的優選實施例中，不助燃的氣體為氮氣、水蒸汽、二氧化碳中的一種或幾種混合。此外，不助燃的氣體可以為本發明實施例之外的其它氣體，本發明在此不做限制。
[0024]此外，在氣化過程中，根據氣化爐I的拱頂內壁2的溫度確定氣化運行是否穩定，來判斷是否需要啟動保護氣的噴入，方法如下:當氣化爐I的拱頂內壁2的溫度超出預定溫度范圍時，氣化運行不穩定;并且當氣化爐I的拱頂內壁2的溫度超出預定溫度范圍30°C以上時，向氣化爐I內噴入保護氣。在本發明的優選實施例中，當氣化爐I的拱頂內壁2的溫度超出預定溫度范圍50 °C以上時啟動保護氣的噴入，促使拱頂內壁2溫度回歸理想范圍。在其它實施例中，超出預定溫度的范圍可以根據氣化爐I的質量和結構調整，本發明在此不做限制。
[0025]繼續參考圖1，除上述通過溫度控制保護氣的輸入之外，根據氣化爐I的爐頂噴嘴的進料量的變化確定氣化運行是否穩定，方法如下:當爐頂噴嘴進料量的質量下降20%以上時，氣化運行不穩定，并向氣化爐I內噴入保護氣，在本發明的優選實施例中，當爐頂噴嘴進料量的質量下降50%以上時，啟動向氣化爐I內噴入保護氣。其中，上述質量下降20%指的是，爐頂噴嘴進料的消耗總質量對于爐頂噴嘴進料量的總質量的比例。
[0026]此外，在本發明的實施例中，保護氣的噴入量為爐頂噴嘴進料量的下降量的10%?50%，在更優選的實施例中，保護氣的噴入量為爐頂噴嘴進料量的下降量的20%?30%。其中，上述10%?50%以及20%?30%指的是保護氣的噴入質量對于爐頂噴嘴進料的下降質量比例。還有，在本發明的可選實施例中，保護氣從氣化爐I的拱頂內壁2或者距離拱頂內壁250cm以內的側壁上噴入氣化爐I，可以理解的是，根據氣化爐I的尺寸和用途不同，保護氣噴入氣化爐I的最佳位置也不同，本實施例提供的50cm為示意性范圍，本發明在此不做限制。
[0027]另一方面，本發明提供了一種氣化爐I，包括位于氣化爐I頂部的拱頂內壁2以及圍繞拱頂內壁2的側壁，在拱頂內壁2或側壁上設置有用于噴射保護氣的保護氣噴嘴，保護氣形成用于保護拱頂內壁2的保護氣層。
[0028]參考圖1，在第一實施例中，保護氣噴嘴3為集成在頂部燃料噴嘴周圍的環隙通道，該噴嘴3的保護氣通道可以是環隙外擴噴口，也可以是扇形噴口。此外，保護氣噴嘴3可以是單獨噴入保護氣的噴嘴，也可以是氣化物料(包括燃料和氣化劑)和保護氣從同一個噴嘴的不同通道噴入氣化爐。
[0029]繼續參考圖1，在第一實施例中，在粉煤和水煤漿共氣化的氣化爐I中，氣化爐I側壁上均勻分布的四個進料噴嘴4以一定的偏斜角向氣化爐I內噴射水煤漿和氣化劑，水煤漿和氣化劑以切圓旋流式在氣化爐I內向上運動，氣化爐I頂部噴嘴3的物料通道分別向氣化爐I內噴入粉煤和氣化劑，向下噴射的粉煤和氣化劑與切圓上旋來的水煤漿和氣化劑發生進一步的撞擊，以強化混合和熱質傳遞過程，并形成爐內合理的流場結構，從而達到良好的工藝與工程效果，產品有效氣(C0+H2)成分高、碳轉化率高。頂部噴嘴3的保護氣通道接通二氧化碳氣源，時刻準備向氣化爐I內噴入保護氣。一旦因粉煤輸送系統等非噴嘴原因造成頂部粉煤噴入量下降，降低了對旋流向上的水煤漿的壓制能力，爐內原有穩定的流場結構失去穩定性，會造成高溫層上移，危及拱頂內壁2，粉煤噴入量下降的越多，高溫層上移越多，為避免高溫燒蝕拱頂內壁2，需啟動頂部噴嘴3保護氣即二氧化碳的噴入，啟動時機以粉煤噴入量下降20%以上為宜，二氧化碳的噴入量以粉煤噴入下降量的20 %。在二氧化碳氣的保護下，繼續進行粉煤和水煤漿的共氣化，同時，對造成粉煤噴入量下降的故障進行排除，以期恢復粉煤的噴入量，當粉煤噴入量恢復時，停止二氧化碳保護氣的噴入，氣化爐I正常運行。
[0030]參考圖1和圖2，在第二實施例中，保護氣噴嘴21設置在距離拱頂內壁250cm以內的側壁上，并且保護氣噴嘴為扇形噴嘴。并且在氣化爐圓周上分布多個保護氣噴嘴21，在優選的實施例中，保護氣噴嘴21為均勻分布的3?6個。氣化爐I用于上述的煤氣化方法。
[0031]繼續參考圖2，在第二實施例中，在多個進料噴嘴22對置式粉煤氣化實施例中，從氣化爐側壁進料噴嘴22的不同通道向氣化爐內噴入粉煤和氣化劑，對置噴入的粉煤在爐內形成撞擊流，以強化混合和熱質傳遞過程，并形成爐內合理的流場結構，從而達到良好的工藝與工程效果、產品有效氣(C(HH2)成分高、碳轉化率高。在距離側壁上端20cm處的氣化爐圓周上均勻設置4個保護氣噴嘴21，在此采用二氧化碳和水蒸汽以1:1(質量比)混合作為保護氣，該保護氣噴嘴21能夠以扇形噴射出保護氣，且四個扇形在同一個平面內，在氣化爐的保護氣噴嘴21所在內截面形成一個保護氣層，上述撞擊導致粉煤四處飛濺，粉煤邊運動邊發生化學反應產生大量熱能，上沖的粉煤和熱量在保護氣流的對沖下，向上的沖擊力以及熱能大為下降，就可以避免粉煤和熱能對氣化爐拱頂內壁的沖刷和燒蝕。保護氣的噴射需要根據氣化爐拱頂內壁的溫度來確定，拱頂內壁溫度的理想范圍根據煤種和氣化工藝不同而不同，但超出理想范圍30°C以上，尤其是超出50°C以上時，就需要開啟保護氣的噴入，來降低拱頂內壁的溫度促使其回歸正常，一旦拱頂內壁溫度回歸正常，就可以停止保護氣的噴入，氣化爐正常運行。
[0032]除上述部分外，參考圖1和圖2，氣化爐I的內部空間被激冷環和下降管分割成上部氣化室和激冷室，氣化室的側壁上設置至少一層側噴嘴接口，同層側噴嘴接口均勻分布在氣化室的圓周上，通過側噴嘴接口的設置，當進料噴嘴22接入后，可以是物料對置式噴入氣化爐，也可以是物料旋流式噴入氣化室;激冷室的上部側壁設有激冷水入口和合成氣出口，激冷室的下部側壁設有灰水出口，激冷室的下端出口即為排渣口。
[0033]以上僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種煤氣化方法，其特征在于，在煤氣化過程中，當氣化運行不穩定時，向氣化爐內噴入保護氣，所述保護氣形成用于保護所述氣化爐的拱頂內壁的保護氣層。2.根據權利要求1所述的煤氣化方法，其特征在于，根據所述氣化爐的拱頂內壁的溫度確定所述氣化運行是否穩定。3.根據權利要求2所述的煤氣化方法，其特征在于，當所述氣化爐的拱頂內壁的溫度超出預定溫度范圍時，所述氣化運行不穩定；并且當所述氣化爐的拱頂內壁的溫度超出所述預定溫度范圍30°C以上時，向所述氣化爐內噴入所述保護氣。4.根據權利要求1所述的煤氣化方法，其特征在于，根據所述氣化爐的爐頂噴嘴的進料量的變化確定所述氣化運行是否穩定。5.根據權利要求4所述的煤氣化方法，其特征在于，當所述爐頂噴嘴進料量的質量下降20 %以上時，所述氣化運行不穩定，并向所述氣化爐內噴入所述保護氣。6.根據權利要求5所述的煤氣化方法，其特征在于，所述保護氣的噴入量為所述爐頂噴嘴進料量的下降量的10%?50%。7.根據權利要求1所述的煤氣化方法，其特征在于，所述的保護氣是不助燃的氣體。8.根據權利要求1所述的煤氣化方法，其特征在于，所述保護氣從所述氣化爐的拱頂內壁或者距離所述拱頂內壁50cm以內的側壁上噴入所述氣化爐。9.一種氣化爐，其特征在于，包括位于所述氣化爐頂部的拱頂內壁以及圍繞所述拱頂內壁的側壁，在所述拱頂內壁或所述側壁上設置有用于噴射保護氣的保護氣噴嘴，所述保護氣形成用于保護所述拱頂內壁的保護氣層。10.根據權利要求9所述的氣化爐，其特征在于，所述保護氣噴嘴可以是環隙通道，也可以是扇形噴嘴。11.根據權利要求9所述的氣化爐，其特征在于，所述氣化爐用于權利要求1-8中任一項所述的煤氣化方法。
【文檔編號】C10J3/46GK106085510SQ201610407711
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月12日
【發明人】陳 峰, 潘霞
【申請人】新奧科技發展有限公司