CN102226109A - 多级串联气化炉炉膛结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及气流床气化炉技术，具体公开了多级串联气化炉炉膛结构，包括在纵向上依次连接的第一级炉膛、第二级炉膛和第三级炉膛，第一级炉膛、第二级炉膛和第三级炉膛均为中空的圆柱体，第一级炉膛、第二级炉膛和第三级炉膛之间通过中空的圆锥台体连接；本发明采用多级串联结构组织气化炉膛，使炉膛内反应区分布更合理，增加反应区内煤粉颗粒停留时间，增大碳转化率，缩小上部混合区和热解区体积，强化传质并减少高温回流区，同时降低拱顶坍塌的可能性。

Description

多级串联气化炉炉膛结构

技术领域

本发明涉及气流床气化炉技术，特别是关于多级串联气化炉的炉膛结构。

背景技术

气流床气化炉具有煤种适应性强、自动化程度高、操作稳定可靠、气化强度大、气化效率高和三废处理简单等特点，是目前主流的气化炉炉型。

目前气流床气化炉按照气化空间分段可以分为一段炉和两段炉，按照进料可分为水煤浆气化炉和干煤粉气化炉，按照排渣方式可分为液态排渣和固态排渣气化炉。

现有气流床气化炉的结构，均为单一的圆柱体或圆锥体，即使两段炉结构的也只是简单的重复结构，段间采用缩口连接。对于气流床气化炉（包含水煤浆和干煤粉气化炉），在煤气化过程中，随着反应的进行，气体流量会逐渐增大，等炉径炉膛空间不适合气化反应各个步骤地要求，不利于反应过程的优化；同时，由于反应区前端体积较大，会造成反应区前段局部高温回流区，造成气化炉膛空间利用率低，并增加高温辐射引起拱顶坍塌的可能性。

上述缺陷均是由于现有气流床气化炉炉膛的布置不合理造成的，而且还会出现碳转化率偏低、流场和温度场分布不当的问题。

发明内容

本发明为解决上述现有气流床气化炉存在的问题，提出了多级串联气化炉炉膛结构，可以依据煤气化反应各个步骤的特点，分别对其进行反应传质过程的优化，本发明结构通过逐级变径方式，可有效强化反应传质过程，提高气化反应速率和转化率。

本发明的技术方案如下：

多级串联气化炉炉膛结构，其特征在于：包括在纵向上依次连接的第一级炉膛、第二级炉膛和第三级炉膛，第一级炉膛、第二级炉膛和第三级炉膛均为中空的圆柱体，第一级炉膛、第二级炉膛和第三级炉膛之间通过中空的圆锥台体连接。级数是依据气化反应的具体过程和步骤来确定的，各级高度与转化率有关。

所述第一级炉膛位于上端，直径为D₁，高度为H₁；第二级炉膛位于中间，直径为D₂，高度为H₂；第三级炉膛位于下端，直径为D₃，高度为H₃；三级炉膛的总高为H，即H=H₁+H₂+H₃。

并且三级炉膛之间满足：D₁<D₂<D₃，0<H₁<H/3，0<H₂<H/3，H/3<H₃<H。

所述第一级炉膛的直径D₁等于与第二级炉膛之间的圆锥台体的上台面的直径，第二级炉膛的直径D₁等于与第三级炉膛之间的圆锥台体的上台面的直径，第一级炉膛与第二级炉膛之间的圆锥台体的下台面的直径等于第二级炉膛与第三级炉膛之间的圆锥台体的上台面的直径。

所述第一级炉膛与第二级炉膛之间的圆锥台体的锥度等于第二级炉膛与第三级炉膛之间的圆锥台体的锥度，该两个圆锥台的锥面与水平面的夹角均为α，10°<α<120°。

本发明特别适用于干煤粉和水煤浆供料，炉膛可采用热壁或冷壁。气化炉炉膛内部用耐火砖、保温砖砌筑或采用水冷壁结构，采用多级串联变径方式把整个反应器按气化反应过程划分成三个不同区域，即：第一级炉膛为预热混合区、第二级炉膛为干馏热解区、第三级炉膛为气化反应区。物料从气化炉上部喷入，沿物料流动方向，气化炉炉膛区域直径逐级增大，提高预热混合区、干馏热解区的流动速度、强化传质过程，从而提高宏观反应速率和转化率。气化反应区的增大适应合成气产生的要求，减小合成气的流动速度，从而增大气体在气化炉内的停留时间，以利于气化反应过程尽量达到平衡。

由于煤气化反应在不同的阶段的气相体积流量有较大的差别，为保证把外扩散阻力减小到最低限度，采用分段改变直径的方法，以强化整个反应过程。第一级炉膛为预热混合区，物料由低温到高温，有一个物理的体积膨胀过程；第二级炉膛为干馏热解区，物料温度升高后会发生热解反应，煤中的挥发份将进入气相，使气相体积进一步增大；第三级炉膛为气化反应区，煤中所有可燃组分将全部进入气相，气相体积最大。这是一种有效的过程优化方法。采用多级串联变径方式还可以使回流区体积大幅度减小，从而减小拱顶附近的热辐射并减少拱顶坍塌的可能性。

本发明有益效果如下：

（1）采用多级串联结构组织气化炉膛，使炉膛内反应区分布更合理，增加反应区内煤粉颗粒停留时间，增大碳转化率；

（2）采用多级串联组织气化炉膛，缩小上部混合区和热解区体积，强化传质并减少高温回流区，同时降低拱顶坍塌的可能性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图

图中，附图标记为：1第一级炉膛，2第二级炉膛、3第三级炉膛。

具体实施方式

如图1所示，多级串联气化炉炉膛结构，包括在纵向上依次连接的第一级炉膛1、第二级炉膛2和第三级炉膛3，第一级炉膛1、第二级炉膛2和第三级炉膛3均为中空的圆柱体，第一级炉膛1、第二级炉膛2和第三级炉膛3之间通过中空的圆锥台体连接。

所述第一级炉膛1位于上端，直径为D₁，高度为H₁；第二级炉膛2位于中间，直径为D₂，高度为H₂；第三级炉膛3位于下端，直径为D₃，高度为H₃；三级炉膛的总高为H，即H=H₁+H₂+H₃。

并且三级炉膛之间满足：D₁<D₂<D₃，0<H₁<H/3，0<H₂<H/3，H/3<H₃<H。

所述第一级炉膛1的直径D₁等于与第二级炉膛2之间的圆锥台体的上台面的直径，第二级炉膛2的直径D₁等于与第三级炉膛3之间的圆锥台体的上台面的直径，第一级炉膛1与第二级炉膛2之间的圆锥台体的下台面的直径等于第二级炉膛2与第三级炉膛3之间的圆锥台体的上台面的直径。

所述第一级炉膛1与第二级炉膛2之间的圆锥台体的锥度等于第二级炉膛2与第三级炉膛3之间的圆锥台体的锥度，该两个圆锥台的锥面与水平面的夹角均为α，10°<α<120°。

本发明特别适用于干煤粉和水煤浆供料，炉膛可采用热壁或冷壁。气化炉炉膛内部用耐火砖、保温砖砌筑或采用水冷壁结构，采用多级串联变径方式把整个反应器按气化反应过程划分成三个不同区域，即：第一级炉膛1为预热混合区、第二级炉膛2为干馏热解区、第三级炉膛3为气化反应区。物料从气化炉上部喷入，沿物料流动方向，气化炉炉膛区域直径逐级增大，提高预热混合区、干馏热解区的流动速度、强化传质过程，从而提高宏观反应速率和转化率。气化反应区的增大适应合成气产生的要求，减小合成气的流动速度，从而增大气体在气化炉内的停留时间，以利于气化反应过程尽量达到平衡。

由于煤气化反应在不同的阶段的气相体积流量有较大的差别，为保证把外扩散阻力减小到最低限度，采用分段改变直径的方法，以强化整个反应过程。这是一种有效的过程优化方法。采用多级串联变径方式还可以使回流区体积大幅度减小，从而减小拱顶附近的热辐射并减少拱顶坍塌的可能性。

Claims (6)

1.多级串联气化炉炉膛结构，其特征在于：包括在纵向上依次连接的第一级炉膛（1）、第二级炉膛（2）和第三级炉膛（3），第一级炉膛（1）、第二级炉膛（2）和第三级炉膛（3）均为中空的圆柱体，第一级炉膛（1）、第二级炉膛（2）和第三级炉膛（3）之间通过中空的圆锥台体连接。

2.根据权利要求1所述的多级串联气化炉炉膛结构，其特征在于：所述第一级炉膛（1）位于上端，直径为D₁，高度为H₁；第二级炉膛（2）位于中间，直径为D₂，高度为H₂；第三级炉膛（3）位于下端，直径为D₃，高度为H₃；三级炉膛的总高为H，即H=H₁+H₂+H₃；所述三级炉膛之间满足：D₁<D₂<D₃，0<H₁<H/3，0<H₂<H/3，H/3<H₃<H。

3.根据权利要求2所述的多级串联气化炉炉膛结构，其特征在于：所述第一级炉膛（1）的直径D₁等于与第二级炉膛（2）之间的圆锥台体的上台面的直径，第二级炉膛（2）的直径D₁等于与第三级炉膛（3）之间的圆锥台体的上台面的直径，第一级炉膛（1）与第二级炉膛（2）之间的圆锥台体的下台面的直径等于第二级炉膛（2）与第三级炉膛（3）之间的圆锥台体的上台面的直径。

4.根据权利要求1或3所述的多级串联气化炉炉膛结构，其特征在于：所述第一级炉膛（1）与第二级炉膛（2）之间的圆锥台体的锥度等于第二级炉膛（2）与第三级炉膛（3）之间的圆锥台体的锥度，所述两个圆锥台的锥面与水平面的夹角均为α，α满足：10°<α<120°。

5.根据权利要求1所述的多级串联气化炉炉膛结构，其特征在于：气化炉炉膛内部用耐火砖、保温砖砌筑或采用水冷壁结构。

6.根据权利要求1所述的多级串联气化炉炉膛结构，其特征在于：所述第一级炉膛（1）为预热混合区，第二级炉膛（2）为干馏热解区，第三级炉膛（3）为气化反应区。

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