專利名稱：多級串聯氣化爐爐膛結構的制作方法
技術領域：
本發明涉及氣流床氣化爐技術，特別是關于多級串聯氣化爐的爐膛結構。
背景技術：
氣流床氣化爐具有煤種適應性強、自動化程度高、操作穩定可靠、氣化強度大、氣化效率高和三廢處理簡單等特點，是目前主流的氣化爐爐型。目前氣流床氣化爐按照氣化空間分段可以分為一段爐和兩段爐，按照進料可分為水煤漿氣化爐和干煤粉氣化爐，按照排渣方式可分為液態排渣和固態排渣氣化爐。現有氣流床氣化爐的結構，均為單一的圓柱體或圓錐體，即使兩段爐結構的也只是簡單的重復結構，段間采用縮口連接。對于氣流床氣化爐(包含水煤漿和干煤粉氣化爐)， 在煤氣化過程中，隨著反應的進行，氣體流量會逐漸增大，等爐徑爐膛空間不適合氣化反應各個步驟地要求，不利于反應過程的優化；同時，由于反應區前端體積較大，會造成反應區前段局部高溫回流區，造成氣化爐膛空間利用率低，并增加高溫輻射引起拱頂坍塌的可能性。上述缺陷均是由于現有氣流床氣化爐爐膛的布置不合理造成的，而且還會出現碳轉化率偏低、流場和溫度場分布不當的問題。
發明內容
本發明為解決上述現有氣流床氣化爐存在的問題，提出了多級串聯氣化爐爐膛結構，可以依據煤氣化反應各個步驟的特點，分別對其進行反應傳質過程的優化，本發明結構通過逐級變徑方式，可有效強化反應傳質過程，提高氣化反應速率和轉化率。本發明的技術方案如下
多級串聯氣化爐爐膛結構，其特征在于包括在縱向上依次連接的第一級爐膛、第二級爐膛和第三級爐膛，第一級爐膛、第二級爐膛和第三級爐膛均為中空的圓柱體，第一級爐膛、第二級爐膛和第三級爐膛之間通過中空的圓錐臺體連接。級數是依據氣化反應的具體過程和步驟來確定的，各級高度與轉化率有關。所述第一級爐膛位于上端，直徑為D1,高度為H1 ；第二級爐膛位于中間，直徑為D2, 高度為H2 ；第三級爐膛位于下端，直徑為D3,高度為H3 ；三級爐膛的總高為H，即H=HJH2+!^并且三級爐膛之間滿足=D^DZD3,0<氏<!1/3，0<H2<H/3，H/3<H3<H。所述第一級爐膛的直SD1等于與第二級爐膛之間的圓錐臺體的上臺面的直徑，第二級爐膛的直徑D1等于與第三級爐膛之間的圓錐臺體的上臺面的直徑，第一級爐膛與第二級爐膛之間的圓錐臺體的下臺面的直徑等于第二級爐膛與第三級爐膛之間的圓錐臺體的上臺面的直徑。所述第一級爐膛與第二級爐膛之間的圓錐臺體的錐度等于第二級爐膛與第三級爐膛之間的圓錐臺體的錐度，該兩個圓錐臺的錐面與水平面的夾角均為α， 10° <α<120° 。
本發明特別適用于干煤粉和水煤漿供料，爐膛可采用熱壁或冷壁。氣化爐爐膛內部用耐火磚、保溫磚砌筑或采用水冷壁結構，采用多級串聯變徑方式把整個反應器按氣化反應過程劃分成三個不同區域，即第一級爐膛為預熱混合區、第二級爐膛為干餾熱解區、 第三級爐膛為氣化反應區。物料從氣化爐上部噴入，沿物料流動方向，氣化爐爐膛區域直徑逐級增大，提高預熱混合區、干餾熱解區的流動速度、強化傳質過程，從而提高宏觀反應速率和轉化率。氣化反應區的增大適應合成氣產生的要求，減小合成氣的流動速度，從而增大氣體在氣化爐內的停留時間，以利于氣化反應過程盡量達到平衡。由于煤氣化反應在不同的階段的氣相體積流量有較大的差別，為保證把外擴散阻力減小到最低限度，采用分段改變直徑的方法，以強化整個反應過程。第一級爐膛為預熱混合區，物料由低溫到高溫，有一個物理的體積膨脹過程；第二級爐膛為干餾熱解區，物料溫度升高后會發生熱解反應，煤中的揮發份將進入氣相，使氣相體積進一步增大；第三級爐膛為氣化反應區，煤中所有可燃組分將全部進入氣相，氣相體積最大。這是一種有效的過程優化方法。采用多級串聯變徑方式還可以使回流區體積大幅度減小，從而減小拱頂附近的熱輻射并減少拱頂坍塌的可能性。本發明有益效果如下
(1)采用多級串聯結構組織氣化爐膛，使爐膛內反應區分布更合理，增加反應區內煤粉顆粒停留時間，增大碳轉化率；
(2)采用多級串聯組織氣化爐膛，縮小上部混合區和熱解區體積，強化傳質并減少高溫回流區，同時降低拱頂坍塌的可能性。
圖1為本發明的結構示意圖
圖中，附圖標記為1第一級爐膛，2第二級爐膛、3第三級爐膛。
具體實施例方式如圖1所示，多級串聯氣化爐爐膛結構，包括在縱向上依次連接的第一級爐膛1、 第二級爐膛2和第三級爐膛3，第一級爐膛1、第二級爐膛2和第三級爐膛3均為中空的圓柱體，第一級爐膛1、第二級爐膛2和第三級爐膛3之間通過中空的圓錐臺體連接。所述第一級爐膛1位于上端，直徑為D1，高度為H1 ；第二級爐膛2位于中間，直徑為D2,高度為H2 ；第三級爐膛3位于下端，直徑為D3,高度為H3 ；三級爐膛的總高為H，即 H=H1+H2+H3 ο并且三級爐膛之間滿足=D1^ZD3,(ΚΗ^ΗΛ, ΚΗΖΗΛ，Η/3<Η3<Η。所述第一級爐膛1的直徑D1等于與第二級爐膛2之間的圓錐臺體的上臺面的直徑，第二級爐膛2的直徑D1等于與第三級爐膛3之間的圓錐臺體的上臺面的直徑，第一級爐膛1與第二級爐膛2之間的圓錐臺體的下臺面的直徑等于第二級爐膛2與第三級爐膛3 之間的圓錐臺體的上臺面的直徑。所述第一級爐膛1與第二級爐膛2之間的圓錐臺體的錐度等于第二級爐膛2 與第三級爐膛3之間的圓錐臺體的錐度，該兩個圓錐臺的錐面與水平面的夾角均為α， 10° <α<120° 。
本發明特別適用于干煤粉和水煤漿供料，爐膛可采用熱壁或冷壁。氣化爐爐膛內部用耐火磚、保溫磚砌筑或采用水冷壁結構，采用多級串聯變徑方式把整個反應器按氣化反應過程劃分成三個不同區域，即第一級爐膛1為預熱混合區、第二級爐膛2為干餾熱解區、第三級爐膛3為氣化反應區。物料從氣化爐上部噴入，沿物料流動方向，氣化爐爐膛區域直徑逐級增大，提高預熱混合區、干餾熱解區的流動速度、強化傳質過程，從而提高宏觀反應速率和轉化率。氣化反應區的增大適應合成氣產生的要求，減小合成氣的流動速度，從而增大氣體在氣化爐內的停留時間，以利于氣化反應過程盡量達到平衡。由于煤氣化反應在不同的階段的氣相體積流量有較大的差別，為保證把外擴散阻力減小到最低限度，采用分段改變直徑的方法，以強化整個反應過程。這是一種有效的過程優化方法。采用多級串聯變徑方式還可以使回流區體積大幅度減小，從而減小拱頂附近的熱輻射并減少拱頂坍塌的可能性。
權利要求
1.多級串聯氣化爐爐膛結構，其特征在于包括在縱向上依次連接的第一級爐膛(1)、 第二級爐膛(2)和第三級爐膛(3)，第一級爐膛(1)、第二級爐膛(2)和第三級爐膛(3)均為中空的圓柱體，第一級爐膛(1)、第二級爐膛(2)和第三級爐膛(3)之間通過中空的圓錐臺體連接。
2.根據權利要求1所述的多級串聯氣化爐爐膛結構，其特征在于所述第一級爐膛(1) 位于上端，直徑為D1，高度為H1 ；第二級爐膛(2)位于中間，直徑為D2，高度為吐；第三級爐膛 (3)位于下端，直徑為D3,高度為H3 ；三級爐膛的總高為H，即H=HJHJH3 ；所述三級爐膛之間滿足=D1^ZD3, (KHZH/liKHZH/3，Η/3<Η3<Η0
3.根據權利要求2所述的多級串聯氣化爐爐膛結構，其特征在于所述第一級爐膛(1) 的直徑D1等于與第二級爐膛(2)之間的圓錐臺體的上臺面的直徑，第二級爐膛(2)的直徑 D1等于與第三級爐膛(3)之間的圓錐臺體的上臺面的直徑，第一級爐膛(1)與第二級爐膛(2)之間的圓錐臺體的下臺面的直徑等于第二級爐膛(2)與第三級爐膛(3)之間的圓錐臺體的上臺面的直徑。
4.根據權利要求1或3所述的多級串聯氣化爐爐膛結構，其特征在于所述第一級爐膛(1)與第二級爐膛(2)之間的圓錐臺體的錐度等于第二級爐膛(2)與第三級爐膛(3)之間的圓錐臺體的錐度，所述兩個圓錐臺的錐面與水平面的夾角均為α，α滿足: 10° <α<120°。
5.根據權利要求1所述的多級串聯氣化爐爐膛結構，其特征在于氣化爐爐膛內部用耐火磚、保溫磚砌筑或采用水冷壁結構。
6.根據權利要求1所述的多級串聯氣化爐爐膛結構，其特征在于所述第一級爐膛(1) 為預熱混合區，第二級爐膛(2)為干餾熱解區，第三級爐膛(3)為氣化反應區。
全文摘要
本發明涉及氣流床氣化爐技術，具體公開了多級串聯氣化爐爐膛結構，包括在縱向上依次連接的第一級爐膛、第二級爐膛和第三級爐膛，第一級爐膛、第二級爐膛和第三級爐膛均為中空的圓柱體，第一級爐膛、第二級爐膛和第三級爐膛之間通過中空的圓錐臺體連接；本發明采用多級串聯結構組織氣化爐膛，使爐膛內反應區分布更合理，增加反應區內煤粉顆粒停留時間，增大碳轉化率，縮小上部混合區和熱解區體積，強化傳質并減少高溫回流區，同時降低拱頂坍塌的可能性。
文檔編號C10J3/60GK102226109SQ201110133869
公開日2011年10月26日 申請日期2011年5月23日 優先權日2011年5月23日
發明者張慶, 曹立勇, 王曉亮, 胡蘊成 申請人:中國東方電氣集團有限公司