氣流床粉煤氣化

氣流床粉煤氣化entrained bed goal dust gasifi}ation煤氣流床氣化工業(yè)爐之一。將原料煤磨成很細的粉煤，粉煤粒度要求75 96 --BD }5通過2U0目。用氣化劑(氧和水蒸氣)將粉煤噴人氣化爐內(nèi)，在高溫[T500℃左右)下進行煤氣化反應(yīng)而制得煤氣。該法氣I}接觸面積很大，反應(yīng)時間很短?？捎糜诹淤|(zhì)煤的氣化。

《一種用于氣流床氣化爐的粉煤燃燒器》屬于煤氣化領(lǐng)域，尤其是涉及一種用于氣流床氣化爐的粉煤燃燒器。

一種用于氣流床氣化爐的粉煤燃燒器專利目的

《一種用于氣流床氣化爐的粉煤燃燒器》的目的是提供一種可以減輕內(nèi)部物料通道出口的高溫損壞、拆裝和維修方便、各物料混合效果良好的用于粉煤氣化爐的粉煤燃燒器。

一種用于氣流床氣化爐的粉煤燃燒器技術(shù)方案

《一種用于氣流床氣化爐的粉煤燃燒器》包括中心管1和同心地包圍該中心管的外圍管2，中心管1和外圍管2在靠近向火面的一側(cè)錐形地收縮，中心管1為氧化劑通道，中心管1外壁和外圍管2內(nèi)壁形成的環(huán)形通道為粉煤通道，外圍管2為雙層結(jié)構(gòu)的冷卻水夾套，冷卻水首先由冷卻水進口13進入夾套內(nèi)層，后經(jīng)外圍管2噴頭部位的狹窄通道進入夾套外側(cè)并由冷卻水出口14流出。其中，中心管1噴頭的內(nèi)收縮半角α為10°～20°，外側(cè)傾角β為70°～80°，外圍管2噴頭的內(nèi)收縮半角ε為15°～25°，中心管1噴頭直段高度h₁與中心管1噴口直徑d的比例為h₁:d＝0.5～2，中心管1與外圍管2噴口端面的距離h₂與中心管1噴口直徑d的比例為h₂:d＝0.1～0.5。

優(yōu)選地噴頭尺寸為：中心管1噴頭的內(nèi)收縮半角α為15°，外側(cè)傾角β為75°，外圍管2噴頭的內(nèi)收縮半角ε為20°，中心管1噴頭直段高度h₁與中心管1噴口直徑d的比例為h₁:d＝1，中心管1與外圍管2噴口端面的距離h₂與中心管1噴口直徑d的比例為h₂:d＝0.2。該優(yōu)選方案可以較大程度地降低中央管噴頭的燒損風險。同時還發(fā)現(xiàn)，該優(yōu)選方案還可以改善氣化爐的流場分布，形成氣化爐爐壁良好的掛渣，提高碳轉(zhuǎn)化效率，并可大大提高氣化爐的運行負荷。

該發(fā)明的粉煤燃燒器中心管1噴頭的外側(cè)傾角β較大，中心管1噴頭直段高度h₁與中心管1噴口直徑d的比例也較高，由此形成尖銳的銳角截面，且該銳角的兩條邊（即中心管1噴頭直段和其對應(yīng)的中心管1噴頭外側(cè)傾斜邊）長度較大。這種設(shè)計一方面使得中心管1的向火面的面積收縮成一條線，降低了噴頭最前端的受熱面積；另一方面，由于向火面的熱輻射呈梯度銳減，中心管1噴頭外側(cè)傾斜邊受到的熱輻射量也極大的降低。2014年10月之前的技術(shù)中，粉煤燃燒器中心管的降溫措施的改進，多是集中在改進冷卻水夾套的結(jié)構(gòu)來提高冷卻效果，并且普遍認為該發(fā)明所述的這種不帶冷卻水夾套的中心管結(jié)構(gòu)更易燒損。但實際生產(chǎn)中卻發(fā)現(xiàn)，去掉冷卻水套，通過改變中心管噴頭的設(shè)計尺寸，使其截面呈尖銳的銳角、且該銳角具有較長的邊長后，反而不易被燒損，使用壽命更長，運行更穩(wěn)定。原因為該發(fā)明的設(shè)計較大幅度地降低了總受熱面積。此外，改造后的燃燒器結(jié)構(gòu)由于出口截面成銳角，從而減少了氧化劑的返流，使得粉煤通道出口形成穩(wěn)定的煤粉和惰性氣體保護層，減少了對燃燒器頭部的輻射強度，有效的保護了燃燒器的頭部。同時，去掉冷卻水夾套后，中心管更容易拆裝；燃燒器頭部是可更換的部件，維修時只是切掉燃燒器頭部即可，去掉水夾套后可以更方便的進行維修。

該發(fā)明中，中心管1與外圍管2噴口端面的距離h₂與中心管1噴口直徑d的比例為h₂:d＝0.1～0.5。由于噴口部位的熱輻射呈梯度銳減，因此中心管1噴口端面收縮進入外圍管2噴口端面內(nèi)部，有利于進一步降低熱輻射。同時，又由于h₂過大會影響物料的混合效果，因此h₂與d的比例不宜超過0.5。

中心管1噴頭的內(nèi)收縮半角α為10°～20°，同時，外圍管2噴頭的內(nèi)收縮半角ε為15°～25°，這種設(shè)計可以使得從粉煤通道噴出的載氣和粉煤形成一個氣流保護層，該保護層可以一定程度地將中心管噴頭與氣化爐內(nèi)的熱輻射隔離，由此實現(xiàn)對中心管噴頭的進一步保護。

進一步地，該發(fā)明的粉煤燃燒器中心管1噴頭直段上方的內(nèi)壁面上設(shè)置若干條在同一條圓周線上均勻分布的導流片3，所述導流片3與中心管1的軸向呈一定夾角，這種設(shè)計可以加速中心管1噴口處的氧化劑流速，從而加速帶走中心管噴頭處的熱量，同時可以增強氧化劑與粉煤的混合效果。2014年10月之前的技術(shù)通常在氧化劑通道的噴頭上方即背火面設(shè)置旋流葉片，且旋流葉片是水平地焊接在氧化劑通道的管壁上，在承受著自身重力的同時又受到高速物流的沖擊，有可能導致脫落。該發(fā)明中心管直段上的導流片3可替代旋流葉片，克服2014年10月之前的旋流葉片的不足，在給中心管噴頭降溫的同時實現(xiàn)良好的混合功能。

所述導流片3與中心管1軸向夾角θ為15°～35°，優(yōu)選為20°。

進一步地，粉煤進口11與粉煤燃燒器的軸向呈一定角度設(shè)置在粉煤通道上，通過分配器12與2至4根與中心管1軸向平行的粉煤輸送管5相通，所述2至4根粉煤輸送管5均勻分布在粉煤通道中，且這些粉煤通道的橫截面積總和對應(yīng)于粉煤進口11的橫截面積，粉煤輸送管5下部設(shè)置螺旋形導流室4，粉煤輸送管5與螺旋形導流室4相通，所述螺旋形導流室4由一條上部螺旋方形管6、一條下部螺旋方形管7和一條連接兩條螺旋方形管的接片8圍成，所述接片8的一端連接在最短的粉煤輸送管出口處，另一端與下部螺旋方形管7相接，兩條螺旋方形管6和7平行延伸，且與粉煤輸送管5的軸向夾角γ為20～45°，接片8與粉煤輸送管5的軸向夾角δ為10～30°，螺旋方形管6、螺旋方形管7以及接片8的螺旋方向與中心管1噴頭直段上方的導流片3的螺旋方向相同。

一種用于氣流床氣化爐的粉煤燃燒器改善效果

《一種用于氣流床氣化爐的粉煤燃燒器》的粉煤燃燒器可用于多噴嘴的粉煤氣流床氣化爐中。例如，在氣化爐頂部安裝有3-6個該發(fā)明的粉煤燃燒器，所述粉煤燃燒器在一條圓周線上平均分布且于氣化爐的軸線平行，所述粉煤燃燒器所在圓周的圓心處安裝點火燃燒器。中心管1中的導流片3和粉煤通道中的螺旋形導流室4共同作用，使得中心管1噴出的氧化劑與粉煤通道噴出的煤粉和惰性氣體形成了良好的混合，并且中心管1噴口處，氧化劑被煤粉及惰性氣體包裹，有效的保護了燃燒器的頭部不會被燒蝕。

該發(fā)明一方面將中心管1改成沒有水夾套的結(jié)構(gòu)，并將中心管1的噴口設(shè)計成尖銳的銳角，用以減少中心管1噴口受到高溫輻射的面積、增加煤粉和惰性氣體保護層的穩(wěn)定性；另一方面，設(shè)置導流片3和螺旋形導流室4，協(xié)同增加了導流效果。進一步增強其外部惰性氣體保護層的穩(wěn)定性。通過上述結(jié)構(gòu)設(shè)計可以有效地降低中心管噴頭處的高溫輻射面積和強度，延長其使用壽命，方便噴嘴的拆裝和維修，改善粉煤和氧化劑的混合效果，實現(xiàn)粉煤氣化的長周期穩(wěn)定運行，降低粉煤氣化的成本。

氣流床技術(shù)是一種并流式氣化。氣化劑將粉煤（70%以上的煤粉通過200目篩孔）夾帶入氣化爐，在1500-1900℃高溫下將煤一步轉(zhuǎn)化為CO、H₂、CO₂等氣體，殘渣以熔渣形式排除氣化爐。也可將煤粉制成水煤漿，用泵送入氣化爐。煤炭細粉粒與氣化劑經(jīng)特殊噴嘴進入反應(yīng)室，會在瞬間著火，直接發(fā)生火焰反應(yīng)，同時處于不充分的氧化條件下。因此，其熱解、燃燒以及吸熱的氣化反應(yīng)，幾乎是同時發(fā)生的。隨著氣流的運動，未反應(yīng)的氣化劑、熱解揮發(fā)物、燃燒產(chǎn)物裹挾著煤焦粒子高速運動，運動過程中進行著煤焦顆粒的氣化反應(yīng)。這種運送形態(tài)，相當與流化技術(shù)領(lǐng)域里對固體顆粒的“氣流輸送”，因此稱為氣流床氣化。