一种分级进料气化炉系统
阅读说明：本技术 一种分级进料气化炉系统 (Grading feeding gasification furnace system ) 是由 陈智 刘刚 李小宇 任永强 张欢 朱富强 马腾飞 袁悦 于 2021-01-13 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种分级进料气化炉系统,将反应室设置于气化炉壳体内,在反应室的同一反应腔体内设有上下两层布置的烧嘴,下层在同一平面内设有若干个沿反应室壁面周向均匀布置的一级烧嘴,上层在同一平面内设有若干个沿反应室壁面周向均匀布置的二级烧嘴,一级烧嘴与二级烧嘴的旋向相同,在一级烧嘴和二级烧嘴射流形成的一级反应和二级反应过程中产生的高温熔融灰渣在旋流流场离心力作用下向反应室水冷壁运动而被水冷壁壁面捕捉,反应室顶部出口缩口结构能够提高对从反应区逃逸的高温熔融灰渣的捕捉率,从而提高气化炉的捕渣率,两级的旋流流场旋转方向相同,可以降低二级反应的流场对一级反应的流场的影响,保证一级反应的稳定控制。(The invention discloses a gasification furnace system with graded feeding, a reaction chamber is arranged in a gasification furnace shell, an upper layer and a lower layer of burners are arranged in the same reaction cavity of the reaction chamber, a plurality of primary burners are uniformly arranged along the circumferential direction of the wall surface of the reaction chamber in the same plane in the lower layer, a plurality of secondary burners are uniformly arranged along the circumferential direction of the wall surface of the reaction chamber in the same plane in the upper layer, the primary burners and the secondary burners have the same rotating direction, high-temperature molten ash generated in the primary reaction and the secondary reaction processes formed by the jet flow of the primary burners and the secondary burners moves to the water wall of the reaction chamber under the centrifugal force action of a rotational flow field and is captured by the wall surface of the water wall, an outlet necking structure at the top of the reaction chamber can improve the capture rate of the high-temperature molten ash escaping from the reaction zone, thereby improving the slag capture rate of the, the influence of the flow field of the second-stage reaction on the flow field of the first-stage reaction can be reduced, and the stable control of the first-stage reaction is ensured.)
技术领域
本发明涉及能源化工技术和设备领域，特别涉及一种分级进料气化炉系统。
背景技术
煤气化技术是煤炭清洁高效利用的关键核心技术之一，是发展整体煤气化联合循环(IGCC)发电系统和煤基能源化工系统的基础。目前已工业化的煤气化技术主要有三种技术类型，包括固定床气化、流化床气化和气流床气化，其中，气流床气化技术代表了大型煤气化技术的发展方向。
两段式气流床气化炉是典型的炉型之一，一段反应室布置有多个煤粉烧嘴，二段反应室布置有多个水煤浆烧嘴，干煤粉输送系统向煤粉烧嘴供应煤粉，水煤浆制浆输送系统向水煤浆烧嘴供应水煤浆。利用二段反应室的物理激冷和化学激冷大大降低了合成气的出口温度，但是，容易产生受热面沾污、捕渣率不高和二段反应的碳转化率不足等问题，并且采用干煤粉输送系统和水煤浆制浆输送系统，使系统复杂化，大大降低了系统的效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种分级进料气化炉系统，以克服现有技术的不足。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种分级进料气化炉系统，包括气化炉进料系统和气化炉；气化炉进料系统包括煤粉给料罐和煤粉管线；
气化炉包括气化炉壳体和反应室，反应室设置于气化炉壳体内，反应室外壁设有水冷壁，反应室的底部设有排渣口，反应室的顶部设有气体出口，反应室内设有上下两层布置的烧嘴，下层在同一平面内设有若干个沿反应室壁面周向均匀布置的一级烧嘴，一级烧嘴与反应室连通，若干一级烧嘴的轴线沿同一方向旋转相切于同一圆周；上层在同一平面内设有若干个沿反应室壁面周向均匀布置的二级烧嘴，二级烧嘴与反应室连通，若干二级烧嘴的轴线沿同一方向旋转相切于同一圆周，一级烧嘴与二级烧嘴的旋向相同；
所述煤粉给料罐下端至少设有一个煤粉锥斗，每个煤粉锥斗通过煤粉管线与气化炉的一个烧嘴相连。
进一步的，在反应室内与反应室同轴对应有一个第一假想圆，每个一级烧嘴的轴线与所述第一假想圆相切，且从一级烧嘴喷射出的流体所形成的第一假想圆是沿同一方向旋转。
进一步的，在反应室的中心对应有一个与反应室同轴的第二假想圆，每个二级烧嘴的轴线与所述第二假想圆相切，且从二级烧嘴喷射出的流体所形成的第二假想圆的旋转方向与第一假想圆的旋转方向相同。
进一步的，在反应室内下层在同一平面内设有偶数个沿反应室壁面周向均匀布置的一级烧嘴。
进一步的，一级烧嘴出口中心与第一假想圆的圆心的连线为第一中心连接线，一级烧嘴的轴线与第一中心连接线所形成的夹角为α，0°＜α≤10°。
进一步的，在反应室内下层设置四个或者六个一级烧嘴。
进一步的，反应室内上层在同一平面内设有偶数个沿反应室壁面周向均匀布置的二级烧嘴。
进一步的，二级烧嘴出口中心与第二假想圆的圆心的连线为第二中心连接线，二级烧嘴的轴线与第二中心连接线所形成的夹角为β，0°＜β≤30°。
进一步的，反应室内下层设置四个一级烧嘴，反应室内上层设置两个二级烧嘴，还包括两个下端设有三个煤粉锥斗的煤粉给料罐，两个煤粉给料罐中均有一个煤粉锥斗连接于一个二级烧嘴，其中一个煤粉给料罐的其他两个煤粉锥斗连接于相间隔的两个一级烧嘴，另外一个煤粉给料罐的其他两个煤粉锥斗连接于剩余两个相间隔的一级烧嘴。
进一步的，反应室的底部排渣口和顶部的气体出口均为缩口结构，缩口结构的最小直径小于反应室的直径；一级烧嘴的出口设置有一级烧嘴罩，二级烧嘴的出口设置有二级烧嘴罩。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明一种分级进料气化炉系统，通过将反应室设置于气化炉壳体内，反应室外壁设有水冷壁，在反应室的同一反应腔体内设有上下两层布置的烧嘴，下层在同一平面内设有若干个沿反应室壁面周向均匀布置的一级烧嘴，一级烧嘴与反应室连通，若干一级烧嘴的轴线沿同一方向旋转相切于同一圆周；上层在同一平面内设有若干个沿反应室壁面周向均匀布置的二级烧嘴，二级烧嘴与反应室连通，若干二级烧嘴的轴线沿同一方向旋转相切于同一圆周，一级烧嘴与二级烧嘴的旋向相同，在一级烧嘴和二级烧嘴射流形成的一级反应和二级反应过程中产生的高温熔融灰渣在旋流流场离心力作用下向反应室水冷壁运动而被水冷壁壁面捕捉，反应室顶部出口能够提高对从反应区逃逸的高温熔融灰渣的捕捉率，从而提高气化炉的捕渣率，两级的旋流流场旋转方向相同，可以降低二级反应的流场对一级反应的流场的影响，保证一级反应的稳定控制，利用煤粉给料罐经多条煤粉管线向多个烧嘴供应煤粉的进料系统，可以简化气化炉进料系统。
进一步的，一级烧嘴出口中心与第一假想圆的圆心的连线为第一中心连接线，一级烧嘴的轴线与第一中心连接线所形成的夹角为α，0°＜α≤10°，有利于提高反应的流场均衡度，有利于混合均匀。
进一步的，反应室的排渣口和气体出口均为缩口结构，缩口结构的最小直径小于反应室的直径，反应室顶部出口的缩口结构能够提高对从反应区逃逸的高温熔融灰渣的捕捉率，提高捕渣率。
进一步的，采用两个含有三个煤粉锥斗的煤粉给料罐连接于本系统，有效简化系统。
附图说明
图1是本发明实施例中整体系统结构示意图。
图2是本发明实施例中气化炉一级烧嘴布置示意图。
图3是本发明实施例中气化炉二级烧嘴布置示意图。
图中：1-气化炉壳体；2-水冷壁；3-反应室；4-环形空间；5-气体出口；6-排渣口；7-一级烧嘴；8-一级烧嘴罩；9-二级烧嘴；10-煤粉给料罐；11-煤粉锥斗；12-煤粉管线；13-二级烧嘴罩。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细描述。以下实施例或者附图用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
为了使本领域技术人员更好地理解本发明方案，下面将结合实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细描述，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而并不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种分级进料气化炉系统，包括气化炉进料系统和气化炉；气化炉进料系统包括煤粉给料罐10和煤粉管线12；
气化炉包括气化炉壳体1和反应室3，反应室3设置于气化炉壳体1内，反应室3外壁设有水冷壁2，反应室3的底部设有排渣口6，反应室3的顶部设有气体出口5，反应室3内设有一段反应腔体，在同一反应腔体内设有上下两层布置的烧嘴，下层在同一平面内设有若干个沿反应室3壁面周向均匀布置的一级烧嘴7，一级烧嘴7与反应室3连通，若干一级烧嘴7的轴线沿同一方向旋转相切于同一圆周；上层在同一平面内设有若干个沿反应室3壁面周向均匀布置的二级烧嘴9，二级烧嘴9与反应室3连通，若干二级烧嘴9的轴线沿同一方向旋转相切于同一圆周，一级烧嘴7与二级烧嘴9的旋向相同；
所述煤粉给料罐10下端至少设有一个煤粉锥斗11，每个煤粉锥斗11通过煤粉管线12与气化炉的一个烧嘴相连。
所述煤粉管线上设置有煤粉流速调节系统、煤粉流量调节系统和煤粉流量测量系统，煤粉管线中的煤粉经过流量调节和流量测量后，经煤烧嘴进入气化炉。
具体的，在反应室3内与反应室3同轴对应有一个第一假想圆，每个一级烧嘴7的轴线与所述第一假想圆相切，且从一级烧嘴喷射出的流体所形成的第一假想圆是沿同一方向旋转；上层的若干烧嘴为二级烧嘴9，所述二级烧嘴9沿反应室壁面周向均匀布置，所述二级烧嘴9与反应室连通，在反应室3的中心对应有一个与反应室3同轴的第二假想圆，每个二级烧嘴9的轴线与所述第二假想圆相切，且从二级烧嘴喷射出的流体所形成的第二假想圆的旋转方向与第一假想圆的旋转方向相同。
如图2所示，本申请在反应室3内下层在同一平面内设有偶数个沿反应室3壁面周向均匀布置的一级烧嘴7；具体的，一级烧嘴7出口中心与第一假想圆的圆心的连线为第一中心连接线，一级烧嘴7的轴线与第一中心连接线所形成的夹角为α，0°＜α≤10°；
如图3所示，反应室3内上层在同一平面内设有偶数个沿反应室3壁面周向均匀布置的二级烧嘴9；二级烧嘴9出口中心与第二假想圆的圆心的连线为第二中心连接线，二级烧嘴9的轴线与第二中心连接线所形成的夹角为β，0°＜β≤30°。
所述反应室3的底部排渣口为缩口结构，缩口结构的最小直径小于反应室的直径。
所述反应室的顶部的气体出口为缩口结构，缩口结构的最小直径小于反应室的直径。
所述若干一级烧嘴在同一高度面上，且一级烧嘴设置在反应室的中下段；所述若干二级烧嘴在同一高度面上，且二级烧嘴设置在反应室的中上段。
所述水冷壁设置在气化炉壳体内，所述水冷壁与气化炉壳体之间形成气化炉环形空间。
具体的，本申请采用四个或者六个一级烧嘴7，在反应室3内下层设置四个或者六个一级烧嘴7，采用四个一级烧嘴7，四个一级烧嘴7等间距分布在反应室3内；具体的，本申请采用两个二级烧嘴9，在反应室3内上层设置两个二级烧嘴9，二级烧嘴9轴对称设置于反应室3内。
一级烧嘴的出口设置有一级烧嘴罩8，二级烧嘴的出口设置有二级烧嘴罩13。
具体的，本申请反应室3内下层设置四个一级烧嘴7，反应室3内上层设置两个二级烧嘴9，还包括两个下端设有三个煤粉锥斗11的煤粉给料罐10，两个煤粉给料罐10中均有一个煤粉锥斗连接于一个二级烧嘴9，其中一个煤粉给料罐10的其他两个煤粉锥斗连接于相间隔的两个一级烧嘴7，另外一个煤粉给料罐10的其他两个煤粉锥斗连接于剩余两个相间隔的一级烧嘴7，有效简化系统。
本发明的气化炉反应室有上下两层均匀布置的若干烧嘴，下层的烧嘴为一级烧嘴，上层的烧嘴为二级烧嘴，在气化炉运行时，一级烧嘴所在区域的一级反应平均温度可达1400～1500℃以上，二级烧嘴与一级烧嘴处在同一个反应室且距离较近，二级烧嘴所在区域的二级反应能够更多地利用一级反应的高温，提高二级反应的反应速率和碳转化率。
本发明气化炉设置有一个反应室，反应室的下部设置有若干一级烧嘴，反应室的上部布置有若干二级烧嘴。反应室采用水冷壁结构，反应室顶部出口和底部出口均为缩口结构，一级烧嘴和二级烧嘴都以切圆燃烧方式均匀布置，在反应室内形成旋流流场，在一级反应和二级反应中形成的高温熔融灰渣和未燃尽碳颗粒在旋流流场离心力作用下向反应室水冷壁运动而更容易被水冷壁壁面捕获，从而可以将气化炉的捕渣率提高五至十个百分点以上；一级反应的温度控制是气化炉运行的关键，两级的旋流流场旋转方向相同，可以降低二级反应的流场对一级反应的流场的影响，保证一级反应的稳定控制；采用煤粉给料罐经多条煤粉管线向多个烧嘴供应煤粉的进料系统，可以简化气化炉进料系统。
以上实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或者可轻易的变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本职脱离本发明实施例技术方案的范围。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。