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氣化劑沿圓周方向錯列布置強旋轉煤粉氣化裝置及氣化方法_2

文檔序號:8959077閱讀:來源:國知局
。煤灰粘度過低則熔渣流動性好,渣膜較薄,不能起到保護水冷壁的作用;煤灰粘度過高則熔渣流動性減弱,在出渣口流動緩慢,排渣不暢。對煤灰的粘溫特性要求苛刻,則意味著現有氣化爐煤種適用性較差,必須選擇合適的煤種才能正常運行。本發明中,80 %的熔渣被甩至壁面處,水冷壁面形成一定厚度的渣層,渣層厚度對煤灰的粘溫特性不敏感,因此本發明煤種適用性極強。在市場煤價波動的時期,氣化爐對煤種的“不挑剔性”,能夠為生產企業提供多重選擇,大大提高企業的盈利能力;
[0017]7、相同容積、壓力下,本發明中煤粉爐內停留時間長,氣化時間長,氣化速率高。(1)相同爐膛容積、壓力下,相比現有技術的氣化爐,本發明中煤粉在爐內停留時間長,氣化時間長。現有技術中,氣化劑攜帶著煤粉從氣化爐頂端直接流向底端,由于煤粉顆粒一般小于75微米,氣流對煤粉的攜帶能力極強,煤粉在爐內停留時間即攜帶著煤粉的氣化劑從氣化爐頂端直接流至底端的時間,停留時間很短,約4?6s ;本發明中熔渣在離心力的作用下,80%的熔渣甩在壁面上形成渣層,煤粉在爐內的停留時間為液態熔渣從氣化爐頂部沿壁面緩慢流動至底部的時間。由于氣化劑沿切向噴入爐內,在爐內做旋轉流動,氣化劑對沿壁面向下流動的液態熔渣攜帶能力較弱,并且液態熔渣粘度較大,沿著壁面緩慢向下流動,這就大大延長了煤粉在氣化爐內停留時間,停留時間約為12?16s,相同爐膛容積、壓力下煤粉停留時間是現有技術的2?4倍。(2)本發明氣化反應速率高。氣化爐內溫度較高,氣化反應屬于擴散控制區,所述擴散控制區是指在較高溫度下,反應速率極快,以致任何氣體一到達煤焦顆粒表面,就立即與碳元素反應而迅速耗盡。這時穿過邊界層的擴散就成為控制因素,而穿過邊界層的擴散是由煤粉與氣化劑的相對速度決定的,因此氣化爐中煤粉與氣化劑的相對速度決定著氣化反應的速率。現有技術中煤粉與氣化劑由燒嘴噴出后,約占總量10%的熔渣粘附在壁面處形成渣膜,剩余熔渣與氣化劑一起同向流動。約占總量90%的熔渣與氣化劑一起以較低速度同向流動,流動速度約為0.4?0.6m/s,兩者相對速度更低,約為0.08?0.12m/s,在壁面處形成渣膜的熔渣與貼近壁面的氣化劑氣流發生氣化反應,兩者相對速度近似于氣化劑氣流的流動速度,約為0.4?0.6m/s,相對速度較低,氣體擴散到顆粒表面緩慢,氣化反應速率低。本發明中由于強旋氣流的作用,約占總量80 %的熔渣在壁面上形成渣層,剩余熔渣隨氣化劑在爐內旋轉流動。渣層沿著壁面向下流動,而氣化劑則高速旋轉沖刷渣層,氣化劑入口處氣化劑氣流切向速度為100?200m/s,隨著流動過程逐漸衰減,合成氣出口處氣化劑氣流切向速度衰減為50?100m/S,氣化劑平均切向速度約為75?150m/s。壁面上的熔渣與氣化劑的相對速度近似于氣化劑的切向速度,平均為75?150m/s,為現有技術的900?1200倍。約占總量20%的熔渣隨氣化劑在爐內做旋轉流動,氣化劑平均速度為75?150m/s,氣化劑速度大,湍流強度大,氣化反應速率高。由此可見本發明中氣化劑速度大,煤粉與氣化劑的相對速度大,氣體擴散到顆粒表面的速度大,所以本發明的氣化效率遠高于現有技術的氣化爐;
[0018]8、本發明中依靠回流的高溫合成氣點火,著火穩定:現有技術中煤粉噴入爐膛后與氣化劑一起向下流動,在向下流動過程中,煤粉不斷受到高溫合成氣的輻射,溫度逐漸升高,當其溫度升高到高于其燃點時便被點燃。由于爐膛內流場的擾動及溫度場的波動等原因,煤粉著火位置、著火時間隨之波動,著火不穩定。本發明由于旋轉氣流在近壁面區流動,爐膛中心壓力較低,爐膛底部的高溫合成氣被卷吸到爐膛中心向上流動,形成穩定的高溫中心回流區,高溫中心回流區內高溫合成氣回流到煤粉燒嘴根部,與煤粉氣流混合,點燃煤粉,可保證煤粉穩定著火;
[0019]9、本發明采用沿爐高均勻分布,沿圓周方向錯列分層供氣化劑的方式,爐內溫度沿高度方向分布均勻,能夠適用于灰粘度隨溫度變化較為劇烈的煤種:溫度沿爐內三維方向分布均勻。同時申請的發明專利“一種氣化劑強旋轉煤粉氣化裝置及氣化方法”中只有一個布置于爐體側壁面上部的氣化劑噴口,所有氣化劑均從該氣化劑噴口切向噴入,氣化劑噴口處氣化劑量大,氧氣充足,燃燒反應劇烈,局部溫度較高。爐膛上部溫度高,有利于送入的煤粉揮發分快速釋放,迅速著火,尤其適合于難燃的無煙煤,但是其下部爐膛溫度較低,對于高灰熔點的煤種,易發生排渣不暢的問題。本發明中的多個氣化劑噴口沿爐高均勻分布,沿圓周方向錯列分布。氣化劑從多個氣化劑噴口切向噴入爐膛,每個噴口處氣化劑量適中,反應后溫度維持在正常范圍內。由于氣化劑沿爐高方向分布相對均勻,爐內溫度分布均勻,上部和下部溫度較為接近。對于其他爐型難以處理的,灰粘度隨溫度變化較為劇烈的煤種,不會由于爐膛上部溫度高,液態渣膜黏度降低,流動速度加快,在下流的過程中出現渣層減薄乃至消失,導致爐膛上部內壁面暴露在高溫煙氣中而燒損的事故;同時也不會由于爐膛下部溫度低,液態渣膜粘度增大,流動緩慢,導致排渣不暢。因此本發明爐內溫度沿高度方向分布均勻,能夠適用于灰粘度隨溫度變化較為劇烈的煤種;
[0020]10、本發明采用沿爐高均勻分布,沿圓周方向錯列分層供氣化劑的方式,避免氣化劑噴口所在的豎直線附近區域水冷壁管超溫;
[0021]11、本發明節省投資:由優點7可知,本發明的煤粉在爐內停留時間、氣化反應速率均遠高于現有技術,氣化強度大。因此在相同壓力、相同造氣量的情況下,本發明中氣化爐設備遠小于現有技術的氣化爐設備,并且氣化強度與現有技術相當甚至優于現有技術。從而節省了大量設備投資。
【附圖說明】
[0022]圖1是爐體上部設有三個氣化劑噴口時本發明的整體結構示意圖,圖1a是爐體上部設有三個氣化劑噴口時本發明的主剖視圖,圖1b是三個氣化劑噴口交錯設置時圖1a中A-A向剖視圖,圖1c是三個氣化劑噴口均勻分布時圖1a中A-A向剖視圖,圖1a中11-煤粉和N2(CO2),12-煤粉氣流,13-渣層,14-氣化劑,15-回流的合成氣,16-中心回流區邊界,17-排渣口 ;
[0023]圖2是爐體上部設有兩個氣化劑噴口時本發明的整體結構示意圖,圖2a是爐體上部設有兩個氣化劑噴口時本發明的主剖視圖,圖2b是兩個氣化劑噴口交錯設置時圖2a中A-A向剖視圖,圖2c是兩個氣化劑噴口均勻分布時圖2a中A-A向剖視圖,圖2a中11-煤粉和N2(CO2),12-煤粉氣流,13-渣層,14-氣化劑,15-回流的合成氣,16-中心回流區邊界,17-排渣口 ;
[0024]圖3是爐體上部設有四個氣化劑噴口時本發明的整體結構示意圖,圖3a是爐體上部設有四個氣化劑噴口時本發明的主剖視圖,圖3b是四個氣化劑噴口交錯設置時圖3a中A-A向剖視圖,圖3c是四個氣化劑噴口均勻分布時圖3a中A-A向剖視圖,圖3a中11-煤粉和N2(CO2),12-煤粉氣流,13-渣層,14-氣化劑,15-回流的合成氣,16-中心回流區邊界,17-排渣口 ;。
【具體實施方式】
[0025]【具體實施方式】一:結合圖1至圖3說明本實施方式,本實施方式所述氣化劑沿圓周方向錯列布置強旋轉煤粉氣化裝置包括煤粉燒嘴1、氣化爐體2、水冷壁4、合成氣通道5和多個氣化劑噴口 7,氣化爐體2由半球體和圓柱體組合而成,水冷壁4安裝在氣化爐體2內,水冷壁4由多根豎直圓管組成,水冷壁4圍成回轉體氣化爐膛3,氣化爐體2的底部設有渣池6,合成氣通道5插裝在氣化爐體2的下部,多個氣化劑噴口 7由上至下依次插裝在氣化爐體2的上部,且多個氣化劑噴口 7沿氣化爐體2圓周方向錯列或均勻分布,每個氣化劑噴口 7沿氣化爐膛3的切線方向插入氣化爐膛3內,煤粉燒嘴I安裝在氣化爐體2的頂部,且煤粉燒嘴I的軸線與氣化爐膛3的軸線重合,煤粉燒嘴I內設有橫截面為環形的煤粉通道10。
[0026]【具體實施方式】二:結合圖1至圖3說明本實施方式,本實施方式所述氣化劑沿圓周方向錯列布置強旋轉煤粉氣化裝置的煤粉通道10的近火端設有旋流葉片9。其它組成及連接關系與【具體實施方式】一相同。
[0027]【具體實施方式】三:
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