一種新型多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化爐的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及煤氣化領(lǐng)域，尤其涉及一種新型多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化爐。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國能源資源豐富，在常規(guī)能源(煤、石油、天然氣和水能）中，煤炭在資源儲(chǔ)量中 占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，煤炭是我國的主要能源。清潔高效地利用我國的煤炭資源，對(duì)于促進(jìn)能源與 環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，滿足國民經(jīng)濟(jì)快速穩(wěn)定的發(fā)展需要，具有非常重要的戰(zhàn)略意義。水煤漿是 一種新型低污染的液態(tài)煤炭產(chǎn)品，是21世紀(jì)最有前途的潔凈煤技術(shù)之一。它將廉價(jià)的煤炭 轉(zhuǎn)化為清潔的煤氣，既可用于生產(chǎn)化工產(chǎn)品，如化肥、甲醇、二甲醚等，還可用于氫能領(lǐng)域、 聯(lián)合循環(huán)發(fā)電（IGCC)和冶金領(lǐng)域。
[0003]目前，水煤漿氣化技術(shù)主要有Texaco水煤漿氣化技術(shù)、道水煤漿氣化技術(shù)和多噴 嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)。氣化爐是水煤漿氣化工藝的核心和關(guān)鍵設(shè)備，研究高效可靠的 水煤漿氣化爐具有重要意義。Texaco水煤漿氣化技術(shù)具有氣化爐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、水煤漿進(jìn)料安 全可靠、容易高壓操作、煤種適應(yīng)較廣、負(fù)荷適應(yīng)性強(qiáng)、單爐生產(chǎn)能力大等優(yōu)點(diǎn)。但其也存在 一定的問題，如氣化爐耐火磚、爐膛熱電偶使用壽命短;燒嘴使用周期短，煤漿栗易磨損，耗 氧量較多。同時(shí)，由于噴嘴出口射流速度高，有部分物流在爐內(nèi)走短路，直接沖向出口，影響 氣化反應(yīng)的結(jié)果。道水煤漿氣化技術(shù)是在Texaco氣化技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的二段式氣流 床技術(shù)，該技術(shù)甲烷生成量較高，甲烷的脫除比較復(fù)雜，因此該氣化爐很少應(yīng)用于化工領(lǐng) 域。
[0004] 鑒于上兩種爐型的缺陷，中國專利公開了一種多噴嘴對(duì)置式水煤漿或煤粉氣化爐 (CN1186840A)，該氣化爐已進(jìn)行了中試規(guī)模的運(yùn)轉(zhuǎn)，比氧消耗和比煤消耗都有所降低，碳轉(zhuǎn) 化率有所提高，但其出口有效氣（C0+H2)含量、水蒸氣的分解率都較低，排渣效率（出口直 徑)和撞擊位置(噴嘴位置)是影響煤氣化過程的重要結(jié)構(gòu)參數(shù)，通過優(yōu)化這些結(jié)構(gòu)提高碳 轉(zhuǎn)化率和出口有效氣含量。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005] 本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足提供一種通過對(duì)現(xiàn)有氣化爐 的結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化改進(jìn)來提高碳轉(zhuǎn)化率和有效合成氣含量的新型多噴嘴對(duì)置式水 煤漿氣化爐。
[0006] 本實(shí)用新型的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種新型多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化爐，包 括殼體，所述殼體內(nèi)設(shè)置有燃燒室和激冷室，激冷室下部設(shè)置有渣水流出口，側(cè)面設(shè)置有合 成氣出口，所述燃燒室上部沿周向均勻分布4個(gè)對(duì)置式噴嘴，所述燃燒室頂部為截平的半球 形封頭;所述噴嘴距爐頂?shù)拇怪本嚯x為950~1250mm，出口直徑為200~300mm。
[0007] 進(jìn)一步地，所述噴嘴距爐頂?shù)拇怪本嚯x為1150mm。
[0008] 本實(shí)用新型的技術(shù)方案產(chǎn)生的積極效果如下:本實(shí)用新型在現(xiàn)有的多噴嘴對(duì)置式 水煤漿氣化爐的基礎(chǔ)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，增大噴嘴距爐頂距離，上部空間會(huì)增大，會(huì)使得撞 擊進(jìn)入上部的煤粒量及回流量增大，延長(zhǎng)了顆粒停留時(shí)間，使得氣化爐的碳轉(zhuǎn)化率增大，這 樣使得C與c〇2、H2〇的反應(yīng)量增大，從而使得CO、H2的含量增大，c〇 2、H2〇的含量減少。
[0009] 與現(xiàn)有氣化爐相比，本實(shí)用新型提高了碳轉(zhuǎn)化率，降低灰渣中可燃物含量，增加單 位質(zhì)量原料的發(fā)氣量、有效期成分和水蒸氣的分解率，使得出口有效氣含量高達(dá)64.5%，碳 轉(zhuǎn)化率高達(dá)96.1%。
【附圖說明】
[0010] 圖1為本實(shí)用新型多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化爐的結(jié)構(gòu)示意圖之一。
[0011] 圖2為本實(shí)用新型多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化爐的結(jié)構(gòu)示意圖之二。
[0012] 圖3為本實(shí)用新型多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化爐在不同噴嘴位置下Y=0平面C0濃度 分布。
[0013] 圖4為本實(shí)用新型多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化爐在不同噴嘴位置下氣化爐Υ=0平面 Η2濃度分布圖。
[0014] 圖5本實(shí)用新型多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化爐在不同噴嘴位置下出口氣體含量數(shù)值 圖。
[0015] 圖6為本實(shí)用新型多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化爐在不同噴嘴位置下碳轉(zhuǎn)化率數(shù)值 圖。
[0016] 圖7為本實(shí)用新型多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化爐噴在不同出口直徑下氣化爐Υ=0平 面出濃度分布圖。
[0017] 圖8為本實(shí)用新型多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化爐噴在不同出口直徑下氣化爐Υ=0平 面C0濃度分布圖。
[0018] 圖9為本實(shí)用新型多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化爐在不同出口直徑下出口氣體含量數(shù) 值圖。
[0019] 圖10為本實(shí)用新型多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化爐在不同出口直徑下碳轉(zhuǎn)化率數(shù)值 圖。
[0020] 圖中標(biāo)注為：1、噴嘴;2、殼體;3、渣水流出口。
【具體實(shí)施方式】
[0021] -種新型多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化爐，如圖1、2所示，包括殼體2,所述殼體內(nèi)設(shè)置 有燃燒室和激冷室，激冷室下部設(shè)置有渣水流出口 3,渣水流出口以機(jī)械方法與下游設(shè)備相 聯(lián)接，煤氣和液渣從出口排出爐外;氣化爐側(cè)面設(shè)置有合成氣出口，所述燃燒室上部沿周向 均勻分布4個(gè)對(duì)置式噴嘴1，四個(gè)噴嘴設(shè)置在殼體周邊同一個(gè)水平面上，且與氣化爐主體軸 線相垂直。所述燃燒室頂部為截平的半球形封頭。所述噴嘴距爐頂?shù)拇怪本嚯x為950~ 1250mm，出口直徑為200~300mm。其中，當(dāng)噴嘴距爐頂?shù)拇怪本嚯x為1150mm時(shí)，氣化爐出口 〇)、出含量最大，分別為40.5%、24%，碳轉(zhuǎn)化率最大，為96.1%。
[0022]所說的氣化爐以水煤漿為原料，煤漿濃度為60%-70%，溫度為323K，水煤漿處理量 為5-25t/h。氣化劑為純氧，溫度為303K，流量為3500-7500Nm3/h。顆粒直徑50-200/P?，水 氣化壓力為l_8MPa。
[0023]所說的氣化爐可用于聯(lián)合循環(huán)（IGCC)發(fā)電裝置，也可用于制備合成氨、合成甲醇、 撥基化法生產(chǎn)醋酸與醋酐所需的原料氣，海綿鐵的生產(chǎn)、一氧化碳的生產(chǎn)、純氫的生產(chǎn)或可 燃垃圾的氣化處理。
[0024]通過數(shù)值模擬技術(shù)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比驗(yàn)證了數(shù)值模擬技術(shù)的可靠性及適用性，進(jìn)而 通過數(shù)值模擬方法對(duì)現(xiàn)有的多噴嘴對(duì)置式氣化爐進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，即對(duì)比分析相同操作 工況不同結(jié)構(gòu)的氣化爐數(shù)值模擬結(jié)果，選出氣化效果更好的氣化爐。從圖3、4、5、6所示結(jié)果 可以看出，隨著噴嘴距爐頂距離的增加，氣化爐出口處C0、H 2含量先增大后減小，C〇2、H2〇的 含量先減小后增大，碳轉(zhuǎn)化率先增大后減小，當(dāng)噴嘴距爐頂距離為1150mm時(shí)，氣化爐的出口 C〇、H2含量最大，分別為40.5%、24%，碳轉(zhuǎn)化率最大，為96.1%。從圖7、8、9、10所示結(jié)果可以看 出，隨著氣化爐的出口直徑的減小，氣化爐出口處C0、H 2的含量增多，C02、H20的含量降低，碳 轉(zhuǎn)化率升高。在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，氣化爐的出口直徑不可能無限減小，氣化爐的出口直徑太小將 影響氣化爐的排渣。氣化爐的出口直徑D從500mm降到200mm，氣化爐出口處有效氣(C0+H 2) 含量從58.1%增加到62.0%，碳轉(zhuǎn)化率從85.6%增加到93.8%。出口直徑為200~300mm時(shí)，碳轉(zhuǎn) 化率在90%以上，出口有效氣60%以上。因此可知，噴嘴距爐頂距離為1150mm，出口直徑為200 時(shí)，效率最高。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種新型多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化爐，包括殼體，所述殼體內(nèi)設(shè)置有燃燒室和激冷 室，激冷室下部設(shè)置有渣水流出口，側(cè)面設(shè)置有合成氣出口，其特征在于:所述燃燒室上部 沿周向均勻分布4個(gè)對(duì)置式噴嘴，所述燃燒室頂部為截平的半球形封頭;所述噴嘴距爐頂?shù)?垂直距離為950~1250mm，出口直徑為200~300mm。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化爐，其特征在于:所述噴嘴 距爐頂?shù)拇怪本嚯x為1150mm。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及煤氣化領(lǐng)域，尤其涉及一種新型多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化爐，包括殼體，所述殼體內(nèi)設(shè)置有燃燒室和激冷室，激冷室下部設(shè)置有渣水流出口，側(cè)面設(shè)置有合成氣出口，所述燃燒室上部沿周向均勻分布4個(gè)對(duì)置式噴嘴，所述燃燒室頂部為截平的半球形封頭；所述噴嘴距爐頂?shù)拇怪本嚯x為950~1250mm，出口直徑為200~300mm。本實(shí)用新型通過數(shù)值模擬方法提供了一種在現(xiàn)有氣化爐的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化改進(jìn)來提高碳轉(zhuǎn)化率和有效合成氣含量的新型多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化爐。
【IPC分類】C10J3/50, C10J3/48
【公開號(hào)】CN205368270
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201620047019
【發(fā)明人】周俊杰, 李亞慧, 房全國
【申請(qǐng)人】鄭州大學(xué)
【公開日】2016年7月6日
【申請(qǐng)日】2016年1月19日