一种带有蒸汽升压装置的恩德粉煤气化炉

摘要

一种带有蒸汽升压装置的恩德粉煤气化炉，它涉及一种恩德粉煤气化炉，以解决现有恩德粉煤气化炉在运行过程中飞灰中可燃物含碳量为20％-80％，造成煤气化炉的比煤耗高、碳转化率低的问题。旋风分离器通过旋风分离器入口与气化炉连通，下料通道的两端分别与旋风分离器和气化炉连通，蒸汽管道设置在下料通道上，蒸汽喷嘴设置在下料通道内，且蒸汽喷嘴安装在蒸汽管道上，蒸汽喷嘴的喷口朝向下料通道的下料通道出口，蒸汽流量调节阀安装在蒸汽管道上，下降通道压力测点设置在蒸汽喷嘴与下料通道出口之间，下降通道压力测点安装在下料通道上。本发明用于生产化工合成和燃料油合成原料气、工业燃气、民用煤气、冶金还原气、联合循环发电燃气等。

说明书

技术领域

本发明涉及一种恩德粉煤气化炉，具体涉及一种带有蒸汽升压装置的恩德粉煤气化 炉。

背景技术

根据中国的能源政策以及我国贫油少气多煤的能源资源现状，在相当长时期内，煤炭 为主要一次能源。在我国以煤为主的能源消费结构情况下，利用气化这种洁净技术是提高 煤炭利用效率，减少污染并实现能源综合利用的有效手段。煤炭气化技术广泛应用于下列 领域：化工合成和燃料油合成原料气、工业燃气、民用煤气、冶金还原气、联合循环发电 燃气等。

本发明针对的是恩德粉煤气化炉。该气化炉主要设备由煤气化炉、旋风分离器、余热 回收锅炉及降温除尘设备组成。此种气化炉在运行过程中主要存在飞灰含碳量较高的问题 (飞灰中可燃物含碳量为20％-80％)，造成煤气化炉的比煤耗高、碳转化率低。

发明内容

本发明为解决现有恩德粉煤气化炉在运行过程中飞灰中可燃物含碳量为20％-80％， 造成煤气化炉的比煤耗高、碳转化率低的问题，提供了一种带有蒸汽升压装置的恩德粉煤 气化炉。

本发明的一种带有蒸汽升压装置的恩德粉煤气化炉包括气化炉底部压力测点、气化 炉、气化炉顶部压力测点、旋风分离器、下料通道、蒸汽流量调节阀、蒸汽管道、蒸汽喷 嘴和下降通道压力测点，粉煤入口、气化炉底部压力测点和蒸汽和氧气混合物入口由上至 下依次设置在气化炉下部的锥筒壁上，顶部压力测点设置在气化炉的顶部，旋风分离器通 过旋风分离器入口与气化炉连通，气相出口设置在旋风分离器的顶部，下料通道的一端与 旋风分离器下部的旋风分离器出口连通，下料通道的另一端与气化炉下部的锥筒连通，蒸 汽管道设置在下料通道上，蒸汽喷嘴设置在下料通道内，且蒸汽喷嘴安装在蒸汽管道上， 蒸汽喷嘴的喷口朝向下料通道的下料通道出口，蒸汽流量调节阀安装在蒸汽管道上，下降 通道压力测点设置在蒸汽喷嘴与下料通道出口之间，且下降通道压力测点安装在下料通道 上。

本发明与现有方法相比具有以下有益效果：

一、下降通道压力测点15处的压力与气化炉底部压力测点2的压力差不同：

现有恩德粉煤气化炉工作原理：粉煤经螺旋给煤机从粉煤入口3送入炉膛底部的锥体 段，过热蒸汽(温度200℃左右，压力0.6MPa左右)和氧气(温度120℃左右，压力0.04MPa 左右)的混合气体为作气化剂和流化剂由炉膛底部的锥体段的入口1送入气化炉4。经气 化炉内燃烧产生的煤气携带大量的灰从气化炉顶部经旋风分离器入口6进入旋风分离器8 进行气固分离，煤气携带小颗粒(0～200微米占总灰量的95％)的灰从分离器上方气相 出口7进入下一个设备，灰中的大颗粒(200～1000微米占总灰量的5％)进入旋风分离 器下料腿10，从下料腿出口11进入气化炉底部，在气化炉4内循环燃烧。气化剂和流化 剂与煤粉混合，在气化炉内形成密相段和稀相段。大部分较粗颗粒的煤在炉底锥体段附近 形成密相段；沸腾气化细粒煤粉随反应气带出密相段，在气化炉上部形成稀相区。煤料与 气化剂直接接触反应产生煤气，密相段温度分布均匀，反应温度900～1000℃，稀相段温 度稍高一些，以利于煤的高温裂解。气化剂、流化剂以及煤粉的混合物从气化炉底部到气 化炉顶部的流动过程中产生气化，同时，在气化剂和流化剂与煤粉向上的流动过程中需要 克服物料的重力以及颗粒碰撞的阻力。因此，使得密相段底部的压力高于稀相段顶部压力 400～1000Pa。

现有恩德粉煤气化炉的气化炉顶部压力测点5处的压力比气化炉底部压力测点2处的 压力低400～1000Pa。煤气携带大量的灰从气化炉顶部经旋风分离器入口6进入旋风分离 器8后，由于旋转的煤气和灰的混合物与壁面产生摩擦、灰颗粒之间的碰撞使得煤气和灰 的混合物压力进一步降低，至旋风分离器出口9的压力降低了300～400Pa。因此，可知 旋风分离器出口9处的压力比气化炉底部压力测点2处的压力低700～1400Pa。

采用本发明后，在下料通道10上安装蒸汽升压装置，由蒸汽喷嘴14喷出的0.6-1MPa 高压蒸汽，高压蒸汽进入下料通道10后速度升高达到400-800m/s，蒸汽与下料通道10 内的灰剧烈混合，进行能量、动量交换，使得混合物的速度降低，压力升高，进而使下料 通道10内的压力提高800～1500Pa，使下降通道压力测点15处的压力比气化炉底部压力 测点2处的压力高90Pa～110Pa，最终使旋风分离器出口9的压力比气化炉底部压力测点 2处的压力高90Pa～110Pa。

二、下料通道10内气流的流向和循环回气化炉的灰量不同：

现有恩德气化炉的旋风分离器8分离效率为90％左右，气化炉内产生的煤气携带灰 从旋风分离器入口6处进入旋风分离器8，其中90％灰量的粒径为20～1000微米的灰被 分离出来落入旋风分离器出口9，而有10％的粒径为0～20微米的灰随煤气从分离器气相 出口7流出，但是，因现有恩德粉煤气化炉旋风分离器出口9处的压力比气化炉底部的压 力测点2处的压力低700-1400Pa，使得气化炉底部的煤气向分离器下料通道10内流动， 这部分上升的气流携带旋风分离器出口9处95％的灰(颗粒粒径20～200微米)向分离 器气相出口7处流动，并随煤气一同从旋风分离器的气相出口7流出，这部分灰不能够顺 利的返回气化炉4，旋风分离器出口9处5％的灰(颗粒粒径200～1000微米)重力大于 上升气流的浮力，可以由下料通道10进入气化炉底部循环燃烧。

采用本发明后，气化炉4内产生的煤气携带灰从旋风分离器入口6处进入旋风分离器 8，其中90％灰量的粒径为20～1000微米的灰被分离出来落入旋风分离器出口9，因蒸汽 升压装置作用使得下降通道压力测点15处的压力比气化炉底部压力测点2的压力高 100Pa左右。因此，不会出现气化炉底部的煤气向下料通道10内流动的现象，下料通道 10内的气流流动方向是从旋风分离器出口9向下料通道出口11流动，气流携带旋风分离 器出口9处全部的灰(颗粒粒径20～000微米)从下料通道10向下料通道出口11流动， 进入气化炉4底部。

因而采用本发明后循环回到气化炉的灰量是现有气化炉的18倍左右，因此循环回气 化炉的灰量明显增加，灰的循环倍率增加。

三、气化炉的飞灰含碳量不同：

现有恩德粉煤气化炉顶部出来的煤气携带灰中，仅有5％的灰返回气化炉4进入炉膛 燃烧，在气化炉4内循环气化燃烧的灰较少，有95％的灰随煤气由旋风分离器8的气相 出口7排出，循环回气化炉4内的灰量较少，灰的循环倍率低，排出的灰中飞灰含碳量较 高(约20％-80％)。

采用本发明后，气化炉顶部出来的煤气携带灰中，有90％的灰返回气化炉进入炉膛 燃烧，灰的循环倍率明显提高，尤其是使更多的粒径比较小的灰返回气化炉进一步燃烧， 粒径小的煤容易与高温火焰充分接触，利于可燃物燃尽，使得灰中的残炭在气化炉内进一 步燃烧释放煤气。因而采用本发明后排出灰中飞灰含碳量将明显降低。

四、调节灵活性不同：

现有恩德粉煤气化炉，当入炉煤质的灰分发生变化时，因下料通道10内无任何装置， 因此无法调节经旋风分离器出口9进入下料通道10返回炉膛循环燃烧的灰量。

采用本发明后，当入炉煤质的灰分发生变化时，经旋风分离器8分离并进入下料通道 10的灰量发生变化，通过调节蒸汽流量调节阀12来调节进入下料通道10内的蒸汽量， 使得下降通道压力测点15处的压力比炉膛底部压力测点2处的压力高90Pa～110Pa，进 而使旋风分离器8分离下来的灰可全部返回炉膛循环燃烧。

附图说明

图1是本发明一种带有蒸汽升压装置的恩德粉煤气化炉的整体结构主视图；

图2是现有恩德粉煤气化炉的整体结构主视图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式包括气化炉底部压力测点2、 气化炉4、气化炉顶部压力测点5、旋风分离器8、下料通道10、蒸汽流量调节阀12、蒸 汽管道13、蒸汽喷嘴14和下降通道压力测点15，粉煤入口3、气化炉底部压力测点2和 蒸汽和氧气混合物入口1由上至下依次设置在气化炉4下部的锥筒壁上，顶部压力测点5 设置在气化炉4的顶部，旋风分离器8通过旋风分离器入口6与气化炉4连通，气相出口 7设置在旋风分离器8的顶部，下料通道10的一端与旋风分离器8下部的旋风分离器出 口9连通，下料通道10的另一端与气化炉4下部的锥筒连通，蒸汽管道13设置在下料通 道10上，蒸汽喷嘴14设置在下料通道10内，且蒸汽喷嘴14安装在蒸汽管道13上，蒸 汽喷嘴14的喷口朝向下料通道10的下料通道出口11，蒸汽流量调节阀12安装在蒸汽管 道13上，下降通道压力测点15设置在蒸汽喷嘴14与下料通道出口11之间，且下降通道 压力测点15安装在下料通道10上。蒸汽流量调节阀12、蒸汽管道13和蒸汽喷嘴14组 成蒸汽升压装置。从余热锅炉引出蒸汽压力约0.6-1MPa的蒸汽进入蒸汽升压装置，蒸汽 由蒸汽喷嘴14喷入下料通道10内。下料通道10内的循环灰依靠重力下落至下料通道出 口11，从而进入气化炉循环燃烧，使灰中的残炭进一步燃尽，降低气化炉的比煤耗、提 高碳转化率。气化炉底部压力测点2、气化炉顶部压力测点5和下降通道压力测点15分 别连接有压力表。

具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式的蒸汽喷嘴14喷出的高压 蒸汽压力为0.6MPa～1MPa。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式的蒸汽喷嘴14喷出的高压 蒸汽压力为0.8MPa。其它组成及连接关系与具体实施方式二相同。

具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式的蒸汽喷嘴14喷出的高压 蒸汽的流速为400m/s～800m/s。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二或三相同。

具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式的蒸汽喷嘴14喷出的高压 蒸汽的流速为600m/s。其它组成及连接关系与具体实施方式四相同。

具体实施方式六：结合图1说明本实施方式，本实施方式的蒸汽管道13内的蒸汽量 是气化炉运行蒸汽总量的1％～2％。这样设计对气化炉一次风(蒸汽与氧气的混合物)运 行参数影响很小。其它组成及连接关系与具体实施方式四相同。

具体实施方式七：结合图1说明本实施方式，本实施方式的下降通道压力测点15处 的压力高于气化炉底部压力测点2处的压力90Pa～110Pa。调节蒸汽流量调节阀12，当下 降通道压力测点15处的压力高于气化炉底部压力测点2处的压力90Pa～110Pa时，蒸汽 量能够满足运行要求。其它组成及连接关系与具体实施方式六相同。

具体实施方式八：结合图1说明本实施方式，本实施方式的下降通道压力测点15处 的压力高于气化炉底部压力测点2处的压力100Pa。调节蒸汽流量调节阀12，当下降通道 压力测点15处的压力高于气化炉底部压力测点2处的压力100Pa时，蒸汽量能够满足运 行要求。其它组成及连接关系与具体实施方式七相同。

具体实施方式九：结合图1说明本实施方式，本实施方式的旋风分离器出口9处的压 力比气化炉底部压力测点2处的压力高90Pa～110Pa。当旋风分离器出口9处的压力比气 化炉底部压力测点2处的压力高90Pa～110Pa时，蒸汽量能够满足运行要求。其它组成及 连接关系与具体实施方式七相同。

具体实施方式十：结合图1说明本实施方式，本实施方式的旋风分离器出口9处的压 力比气化炉底部压力测点2处的压力高100Pa。当旋风分离器出口9处的压力比气化炉底 部压力测点2处的压力高100Pa时，蒸汽量能够满足运行要求。其它组成及连接关系与具 体实施方式九相同。

具体实施方式十一：结合图1说明本实施方式，本实施方式的下料通道出口11的蒸 汽速度为2m/s～4m/s。速度较小，不会对气化炉内部的流场造成影响。其它组成及连接 关系与具体实施方式九相同。

具体实施方式十二：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的下料通道出口 11的蒸汽速度为3m/s。速度较小，不会对气化炉内部的流场造成影响。其它组成及连接 关系与具体实施方式十一相同。

本发明的应用实例：

某煤化工公司采用一台产气量设计值为20000Nm³/h的恩德粉煤气化炉生产煤气，现 场DCS画面显示气化炉的顶部压力比气化炉底部压力低800Pa，气化炉每小时产生灰量3 吨，飞灰含碳量为35％。

采用本发明后，气化炉运行稳定，每小时产生灰量0.316吨，飞灰含碳量为10.5％。 气化炉比煤耗降低，碳转化率提高了8个百分点。

因此，本发明可有效解决恩德粉煤气化炉在运行过程中主要存在飞灰含碳量较高，造 成气化炉的比煤耗高、碳转化率低的问题。