气流床粉煤气化

气流床粉煤气化entrained bed goal dust gasifi}ation煤气流床气化工业炉之一。将原料煤磨成很细的粉煤，粉煤粒度要求75 96 --BD }5通过2U0目。用气化剂(氧和水蒸气)将粉煤喷人气化炉内，在高温[T500℃左右)下进行煤气化反应而制得煤气。该法气I}接触面积很大，反应时间很短。可用于劣质煤的气化。

《一种用于气流床气化炉的粉煤燃烧器》属于煤气化领域，尤其是涉及一种用于气流床气化炉的粉煤燃烧器。

一种用于气流床气化炉的粉煤燃烧器专利目的

《一种用于气流床气化炉的粉煤燃烧器》的目的是提供一种可以减轻内部物料通道出口的高温损坏、拆装和维修方便、各物料混合效果良好的用于粉煤气化炉的粉煤燃烧器。

一种用于气流床气化炉的粉煤燃烧器技术方案

《一种用于气流床气化炉的粉煤燃烧器》包括中心管1和同心地包围该中心管的外围管2，中心管1和外围管2在靠近向火面的一侧锥形地收缩，中心管1为氧化剂通道，中心管1外壁和外围管2内壁形成的环形通道为粉煤通道，外围管2为双层结构的冷却水夹套，冷却水首先由冷却水进口13进入夹套内层，后经外围管2喷头部位的狭窄通道进入夹套外侧并由冷却水出口14流出。其中，中心管1喷头的内收缩半角α为10°～20°，外侧倾角β为70°～80°，外围管2喷头的内收缩半角ε为15°～25°，中心管1喷头直段高度h₁与中心管1喷口直径d的比例为h₁:d＝0.5～2，中心管1与外围管2喷口端面的距离h₂与中心管1喷口直径d的比例为h₂:d＝0.1～0.5。

优选地喷头尺寸为：中心管1喷头的内收缩半角α为15°，外侧倾角β为75°，外围管2喷头的内收缩半角ε为20°，中心管1喷头直段高度h₁与中心管1喷口直径d的比例为h₁:d＝1，中心管1与外围管2喷口端面的距离h₂与中心管1喷口直径d的比例为h₂:d＝0.2。该优选方案可以较大程度地降低中央管喷头的烧损风险。同时还发现，该优选方案还可以改善气化炉的流场分布，形成气化炉炉壁良好的挂渣，提高碳转化效率，并可大大提高气化炉的运行负荷。

该发明的粉煤燃烧器中心管1喷头的外侧倾角β较大，中心管1喷头直段高度h₁与中心管1喷口直径d的比例也较高，由此形成尖锐的锐角截面，且该锐角的两条边（即中心管1喷头直段和其对应的中心管1喷头外侧倾斜边）长度较大。这种设计一方面使得中心管1的向火面的面积收缩成一条线，降低了喷头最前端的受热面积；另一方面，由于向火面的热辐射呈梯度锐减，中心管1喷头外侧倾斜边受到的热辐射量也极大的降低。2014年10月之前的技术中，粉煤燃烧器中心管的降温措施的改进，多是集中在改进冷却水夹套的结构来提高冷却效果，并且普遍认为该发明所述的这种不带冷却水夹套的中心管结构更易烧损。但实际生产中却发现，去掉冷却水套，通过改变中心管喷头的设计尺寸，使其截面呈尖锐的锐角、且该锐角具有较长的边长后，反而不易被烧损，使用寿命更长，运行更稳定。原因为该发明的设计较大幅度地降低了总受热面积。此外，改造后的燃烧器结构由于出口截面成锐角，从而减少了氧化剂的返流，使得粉煤通道出口形成稳定的煤粉和惰性气体保护层，减少了对燃烧器头部的辐射强度，有效的保护了燃烧器的头部。同时，去掉冷却水夹套后，中心管更容易拆装；燃烧器头部是可更换的部件，维修时只是切掉燃烧器头部即可，去掉水夹套后可以更方便的进行维修。

该发明中，中心管1与外围管2喷口端面的距离h₂与中心管1喷口直径d的比例为h₂:d＝0.1～0.5。由于喷口部位的热辐射呈梯度锐减，因此中心管1喷口端面收缩进入外围管2喷口端面内部，有利于进一步降低热辐射。同时，又由于h₂过大会影响物料的混合效果，因此h₂与d的比例不宜超过0.5。

中心管1喷头的内收缩半角α为10°～20°，同时，外围管2喷头的内收缩半角ε为15°～25°，这种设计可以使得从粉煤通道喷出的载气和粉煤形成一个气流保护层，该保护层可以一定程度地将中心管喷头与气化炉内的热辐射隔离，由此实现对中心管喷头的进一步保护。

进一步地，该发明的粉煤燃烧器中心管1喷头直段上方的内壁面上设置若干条在同一条圆周线上均匀分布的导流片3，所述导流片3与中心管1的轴向呈一定夹角，这种设计可以加速中心管1喷口处的氧化剂流速，从而加速带走中心管喷头处的热量，同时可以增强氧化剂与粉煤的混合效果。2014年10月之前的技术通常在氧化剂通道的喷头上方即背火面设置旋流叶片，且旋流叶片是水平地焊接在氧化剂通道的管壁上，在承受着自身重力的同时又受到高速物流的冲击，有可能导致脱落。该发明中心管直段上的导流片3可替代旋流叶片，克服2014年10月之前的旋流叶片的不足，在给中心管喷头降温的同时实现良好的混合功能。

所述导流片3与中心管1轴向夹角θ为15°～35°，优选为20°。

进一步地，粉煤进口11与粉煤燃烧器的轴向呈一定角度设置在粉煤通道上，通过分配器12与2至4根与中心管1轴向平行的粉煤输送管5相通，所述2至4根粉煤输送管5均匀分布在粉煤通道中，且这些粉煤通道的横截面积总和对应于粉煤进口11的横截面积，粉煤输送管5下部设置螺旋形导流室4，粉煤输送管5与螺旋形导流室4相通，所述螺旋形导流室4由一条上部螺旋方形管6、一条下部螺旋方形管7和一条连接两条螺旋方形管的接片8围成，所述接片8的一端连接在最短的粉煤输送管出口处，另一端与下部螺旋方形管7相接，两条螺旋方形管6和7平行延伸，且与粉煤输送管5的轴向夹角γ为20～45°，接片8与粉煤输送管5的轴向夹角δ为10～30°，螺旋方形管6、螺旋方形管7以及接片8的螺旋方向与中心管1喷头直段上方的导流片3的螺旋方向相同。

一种用于气流床气化炉的粉煤燃烧器改善效果

《一种用于气流床气化炉的粉煤燃烧器》的粉煤燃烧器可用于多喷嘴的粉煤气流床气化炉中。例如，在气化炉顶部安装有3-6个该发明的粉煤燃烧器，所述粉煤燃烧器在一条圆周线上平均分布且于气化炉的轴线平行，所述粉煤燃烧器所在圆周的圆心处安装点火燃烧器。中心管1中的导流片3和粉煤通道中的螺旋形导流室4共同作用，使得中心管1喷出的氧化剂与粉煤通道喷出的煤粉和惰性气体形成了良好的混合，并且中心管1喷口处，氧化剂被煤粉及惰性气体包裹，有效的保护了燃烧器的头部不会被烧蚀。

该发明一方面将中心管1改成没有水夹套的结构，并将中心管1的喷口设计成尖锐的锐角，用以减少中心管1喷口受到高温辐射的面积、增加煤粉和惰性气体保护层的稳定性；另一方面，设置导流片3和螺旋形导流室4，协同增加了导流效果。进一步增强其外部惰性气体保护层的稳定性。通过上述结构设计可以有效地降低中心管喷头处的高温辐射面积和强度，延长其使用寿命，方便喷嘴的拆装和维修，改善粉煤和氧化剂的混合效果，实现粉煤气化的长周期稳定运行，降低粉煤气化的成本。

气流床技术是一种并流式气化。气化剂将粉煤（70%以上的煤粉通过200目筛孔）夹带入气化炉，在1500-1900℃高温下将煤一步转化为CO、H₂、CO₂等气体，残渣以熔渣形式排除气化炉。也可将煤粉制成水煤浆，用泵送入气化炉。煤炭细粉粒与气化剂经特殊喷嘴进入反应室，会在瞬间着火，直接发生火焰反应，同时处于不充分的氧化条件下。因此，其热解、燃烧以及吸热的气化反应，几乎是同时发生的。随着气流的运动，未反应的气化剂、热解挥发物、燃烧产物裹挟着煤焦粒子高速运动，运动过程中进行着煤焦颗粒的气化反应。这种运送形态，相当与流化技术领域里对固体颗粒的“气流输送”，因此称为气流床气化。