多喷嘴的水煤浆和天然气联合气化炉制造技术

本发明专利技术涉及多喷嘴水煤浆和天然气联合气化炉，包括炉胆、激冷环、导流筒、折流筒、环形水封槽、气化原料进口、粗煤气出口和出渣口；水煤浆-氧气喷嘴和天然气喷嘴设于炉侧壁；水煤浆、天然气和氧气的混合料喷嘴与气化原料进口相配，由内至外同轴套设有点火棒、点火燃料气中心管、内氧环管、水煤浆环管、天然气环管、外氧环管和冷却环管，水煤浆环管向下延伸成水煤浆—天然气混合腔，与天然气环管下端相连，天然气环管经天然气喷口与混合腔内相通，水煤浆—天然气混合腔下部设有混合物喷口，天然气喷口的轴不在水煤浆—天然气混合腔侧壁圆周的径向上。该气化炉适于对水煤浆和天然气联合气化，提高冷煤气效率和产物中氢气与一氧化碳比例，减少合成气制备中二氧化碳排放。

【技术实现步骤摘要】
多喷嘴的水煤浆和天然气联合气化炉
本专利技术涉及一种带有多个喷嘴的能够将水煤浆和天然气联合气化的气化炉，属于气化设备

技术介绍
水煤浆是由煤、水和添加剂以一定比例混合并通过物理加工得到的流体燃料，由于我国煤炭资源大多分布于北部和西部地区，长期北煤南运、西煤东调的格局增加了运输和营运成本，而水煤浆可实现全密闭长距离输送，能够降低煤炭的运输和营运成本，因此水煤浆技术的产业应用受到广泛关注。煤气化是现有煤化工领域中一种煤加工的方式，其是以煤为原料，氧气、水蒸气等气体作为气化剂，在高温下通过化学反应将煤中的可燃部分转化为气体燃料或合成气的过程，煤气化的直接产物主要有一氧化碳、二氧化碳、氢气和少量的甲烷、硫化氢等。水煤浆气化技术是近年来研究较多的一种水煤浆加工利用方法，我国最早实现工业化应用的是Texaco水煤浆气化炉，其气化过程为：水煤浆通过喷嘴在高速氧气的作用下破碎、雾化喷入气化炉，氧气和雾状水煤浆在炉内受到高温作用，迅速经历预热、水分蒸发、煤干馏、挥发物裂解燃烧以及碳气化等一系列复杂的物理、化学反应，最后生成以一氧化碳、氢气、二氧化碳和水蒸气为主要成分的湿煤气、熔渣和未反应的碳；这些生成物一起向下流动离开反应区，进入气化炉底部的激冷室，熔渣和碳经淬冷、固化后被截留在水中，最后落入渣罐，经排渣系统定时排放，湿煤气则在进入煤气冷却净化系统处理后得到洁净的煤气。现有的Texaco气化炉在开工之前需要先将预热喷嘴安装到气化炉上，点燃预热喷嘴完成烘炉后，再快速将预热喷嘴卸下并迅速安装上给料喷嘴进行后续水煤浆给料气化过程；但是，上述工艺在卸除预热喷嘴和安装给料喷嘴的过程中容易发生燃气、氧气的泄露问题，而且预热喷嘴和给料喷嘴的体积大、温度高，容易对操作人员造成人身伤害。为了解决上述问题，中国专利文献CN202509052U公开了一种用于水煤浆或煤粉气化炉的复合喷嘴，包括中间氧通道，通向气化炉内腔；投料通道，通向气化炉内腔并且在中间氧通道的外周延伸；环隙氧通道，通向气化炉内腔并且在投料通道的外周延伸，其中投料通道和环隙氧通道之间设有第一冷却水夹套，环隙氧通道外周设有第二冷却水夹套；以及点火电极和点火电极的保护套管，均设置在投料通道的外侧。该复合喷嘴能够避免高速水煤浆或煤粉对点火电极的冲刷，也改善了投料通道中水煤浆或煤粉喷出的均匀性，减少了喷嘴的偏喷现象。带有上述复合喷嘴的气化炉可实现水煤浆的连续点火和气化，无需更换喷嘴，大大提高了气化炉生产运行的安全性和经济性。但是，上述水煤浆气化的冷煤气效率低，而且将上述水煤浆气化产物作为原料制备后续甲醇或合成油等产品时，由于水煤浆气化产物中氢气与一氧化碳的比例过低，需要增加变换工艺将部分一氧化碳变换为氢气以提高氢气与一氧化碳的比例，这样不仅提高了工艺的复杂度，而且变换过程产生大量的CO2，经过煤气脱硫脱碳净化后排放的大量CO2温室气体也污染了环境。申请人试图通过调整水煤浆气化原料的种类来提高冷煤气效率和气化产物中氢气与一氧化碳的比例，但是采用上述结构的气化炉无法对气化原料的种类进行调整。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是现有技术的气化炉存在水煤浆气化冷煤气效率低，产物中氢气与一氧化碳的比例低，需经变换处理提高氢气与一氧化碳的比例后才能作为后续产品的合成原料气使用，而变换处理不仅提高了工艺复杂度，而且产生出大量CO2温室气体，虽然申请人试图通过调整水煤浆气化原料的种类克服上述缺点，但是现有的气化炉结构并不能满足上述要求；进而提出一种可调整气化原料种类，从而提高水煤浆气化冷煤气效率和氢气与一氧化碳比例的多喷嘴的水煤浆和天然气联合气化炉。为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种水煤浆和天然气联合气化炉，包括炉壳；炉胆、激冷环和导流筒，自上而下依次连接设置于所述炉壳内；折流筒，部分套设在所述导流筒的外侧，位于所述激冷环的下方；环形水封槽，设置于所述炉壳和导流筒之间；气化原料进口，设置于所述炉壳的顶部，与所述炉胆内部相连通；粗煤气出口，设置于所述水封槽下方的炉壳侧壁上；出渣口，设置于所述炉壳的底部；混合料喷嘴，与所述气化原料进口相适配，用于向气化炉内引入气化原料；水煤浆-氧气喷嘴和天然气喷嘴，设置于所述炉壳侧壁上并与所述炉胆内部相连通；所述混合料喷嘴包括由内至外依次同轴套设的点火棒、点火燃料气中心管、内氧环管、水煤浆环管、天然气环管、外氧环管和冷却环管；所述点火燃料气中心管上部设置有燃料气进口、底部设置有燃料气喷口；所述内氧环管上部设置有内氧进口、底部设置有内氧喷口；所述水煤浆环管上部设置有水煤浆进口，所述天然气环管上部设置有天然气进口；所述外氧环管上部设置有外氧进口、底部设置有外氧喷口；所述冷却环管上设置有冷却介质进口和冷却介质出口；还包括水煤浆—天然气混合腔，位于所述外氧环管内，由所述水煤浆环管的下端向下延伸形成，所述水煤浆—天然气混合腔下部设置有混合物喷口；所述天然气环管的下端与所述水煤浆—天然气混合腔的外壁相连接，所述水煤浆—天然气混合腔上设置有天然气喷口，所述天然气环管通过所述天然气喷口与所述水煤浆—天然气混合腔内部相连通。所述水煤浆—天然气混合腔位于所述天然气环管内，所述天然气环管的下端与所述水煤浆—天然气混合腔下部的外壁相连接；所述混合物喷口设置在所述水煤浆—天然气混合腔的底端。所述水煤浆—天然气混合腔由两头的缩口和中部的管状结构组成，上部的所述缩口由上至下渐阔，下部的所述缩口由上至下渐缩；所述水煤浆—天然气混合腔的上部和中部分别设置有多个所述天然气喷口，多个所述天然气喷口沿所述水煤浆—天然气混合腔侧壁所成的圆周均匀设置，多个所述天然气喷口的轴不在所述水煤浆—天然气混合腔侧壁所成圆周的径向上。多个所述天然气喷口均沿顺时针方向或均沿逆时针方向倾斜，并且多个所述天然气喷口的轴与所述水煤浆—天然气混合腔侧壁所成圆周的径向成5-85°的夹角。所述水煤浆进口设置在所述水煤浆环管的上端，所述天然气进口设置在所述天然气环管的上端；所述燃料气进口设置在所述点火燃料气中心管的上端，所述燃料气喷口设置在所述点火燃料气中心管的底端；所述内氧进口设置在所述内氧环管的上端，所述内氧喷口设置在所述内氧环管的底端；所述外氧进口设置在所述外氧环管的上端，所述外氧喷口设置在所述外氧环管的底端；所述冷却介质进口和冷却介质出口设置在所述冷却环管的上端，并且所述冷却介质进口和冷却介质出口分布在混合料喷嘴中心轴的两侧。所述燃料气喷口和内氧喷口高于所述混合物喷口。所述水煤浆-氧气喷嘴在所述天然气喷嘴的上方，所述水煤浆-氧气喷嘴均匀分布在所述炉壳侧壁所成的圆周上，所述天然气喷嘴均匀分布在所述炉壳侧壁所成的圆周上。所述水煤浆-氧气喷嘴为两个，位于所述炉壳的上部并分布在所述炉壳中心轴的两侧；所述天然气喷嘴为两个，位于所述炉壳的中部、所述水煤浆-氧气喷嘴的正下方。所述炉胆、激冷环、环形水封槽、导流筒和折流筒与所述炉壳同轴设置，所述炉胆、激冷环和导流筒一体化成型；所述炉胆的上、下封头为盘管式冷壁结构，所述炉胆的侧壁为盘管式冷壁结构或列管式冷壁结构，所述盘管或列管间通过焊接密封，所述炉胆的向火面敷设有隔热耐火层。所述炉胆通过多个定位支架定位支撑在所述炉壳内，所述定位支架设于所述炉胆的上部和中部，并且沿所述炉胆的圆周本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水煤浆和天然气联合气化炉，包括炉壳（22）；炉胆（23）、激冷环（24）和导流筒（25），自上而下依次连接设置于所述炉壳（22）内；折流筒（26），部分套设在所述导流筒（25）的外侧，位于所述激冷环（24）的下方；环形水封槽（27），设置于所述炉壳（22）和导流筒（25）之间；气化原料进口（28），设置于所述炉壳（22）的顶部，与所述炉胆（23）内部相连通；粗煤气出口（29），设置于所述水封槽下方的炉壳（22）侧壁上；出渣口（30），设置于所述炉壳（22）的底部；混合料喷嘴（31），与所述气化原料进口（28）相适配，用于向气化炉内引入气化原料；其特征在于，水煤浆‑氧气喷嘴（34）和天然气喷嘴（35），设置于所述炉壳（22）侧壁上并与所述炉胆（23）内部相连通；所述混合料喷嘴（31）包括由内至外依次同轴套设的点火棒（1）、点火燃料气中心管（2）、内氧环管（3）、水煤浆环管（4）、天然气环管（5）、外氧环管（6）和冷却环管（7）；所述点火燃料气中心管（2）上部设置有燃料气进口（8）、底部设置有燃料气喷口（9）；所述内氧环管（3）上部设置有内氧进口（10）、底部设置有内氧喷口（11）；所述水煤浆环管（4）上部设置有水煤浆进口（12），所述天然气环管（5）上部设置有天然气进口（13）；所述外氧环管（6）上部设置有外氧进口（14）、底部设置有外氧喷口（15）；所述冷却环管（7）上设置有冷却介质进口（16）和冷却介质出口（17）；还包括水煤浆—天然气混合腔（21），位于所述外氧环管（6）内，由所述水煤浆环管（4）的下端向下延伸形成，所述水煤浆—天然气混合腔（21）下部设置有混合物喷口（20）；所述天然气环管（5）的下端与所述水煤浆—天然气混合腔（21）的外壁相连接，所述水煤浆—天然气混合腔（21）上设置有天然气喷口（19），所述天然气环管（5）通过所述天然气喷口（19）与所述水煤浆—天然气混合腔（21）内部相连通。...

【技术特征摘要】
1.一种水煤浆和天然气联合气化炉，包括炉壳(22)；炉胆(23)、激冷环(24)和导流筒(25)，自上而下依次连接设置于所述炉壳(22)内；折流筒(26)，部分套设在所述导流筒(25)的外侧，位于所述激冷环(24)的下方；环形水封槽(27)，设置于所述炉壳(22)和导流筒(25)之间；气化原料进口(28)，设置于所述炉壳(22)的顶部，与所述炉胆(23)内部相连通；粗煤气出口(29)，设置于所述水封槽下方的炉壳(22)侧壁上；出渣口(30)，设置于所述炉壳(22)的底部；混合料喷嘴(31)，与所述气化原料进口(28)相适配，用于向气化炉内引入气化原料；其特征在于，水煤浆-氧气喷嘴(34)和天然气喷嘴(35)，设置于所述炉壳(22)侧壁上并与所述炉胆(23)内部相连通；所述混合料喷嘴(31)包括由内至外依次同轴套设的点火棒(1)、点火燃料气中心管(2)、内氧环管(3)、水煤浆环管(4)、天然气环管(5)、外氧环管(6)和冷却环管(7)；所述点火燃料气中心管(2)上部设置有燃料气进口(8)、底部设置有燃料气喷口(9)；所述内氧环管(3)上部设置有内氧进口(10)、底部设置有内氧喷口(11)；所述水煤浆环管(4)上部设置有水煤浆进口(12)，所述天然气环管(5)上部设置有天然气进口(13)；所述外氧环管(6)上部设置有外氧进口(14)、底部设置有外氧喷口(15)；所述冷却环管(7)上设置有冷却介质进口(16)和冷却介质出口(17)；还包括水煤浆—天然气混合腔(21)，位于所述外氧环管(6)内，由所述水煤浆环管(4)的下端向下延伸形成，所述水煤浆—天然气混合腔(21)下部设置有混合物喷口(20)；所述天然气环管(5)的下端与所述水煤浆—天然气混合腔(21)的外壁相连接，所述水煤浆—天然气混合腔(21)上设置有天然气喷口(19)，所述天然气环管(5)通过所述天然气喷口(19)与所述水煤浆—天然气混合腔(21)内部相连通。2.根据权利要求1所述的气化炉，其特征在于，所述水煤浆—天然气混合腔(21)位于所述天然气环管(5)内，所述天然气环管(5)的下端与所述水煤浆—天然气混合腔(21)下部的外壁相连接；所述混合物喷口(20)设置在所述水煤浆—天然气混合腔(21)的底端。3.根据权利要求1或2所述的气化炉，其特征在于，所述水煤浆—天然气混合腔(21)由两头的缩口和中部的管状结构组成，上部的所述缩口由上至下渐阔，下部的所述缩口由上至下渐缩；所述水煤浆—天然气混合腔(21)的上部和中部分别设置有多个所述天然气喷口(19)，多个所述天然气喷口(19)沿所述水煤浆—天然气混合腔(21)侧壁所成的圆周均匀设置，多个所述天然气喷口(19)的轴不在所述水煤浆—天然气混合腔(21)侧壁所成圆周的径向上。4.根据权利要求3所述的气化炉，其特征在于，多个所述天然气喷口(19)均沿顺时针方向或均沿逆时针方向倾斜，并且多个所述天然气喷口(19)的轴与所述水煤浆—天然气混合腔(21)侧壁所成圆周的径向成5-85°的夹角。5.根据权利要求1或2或4所述的气化炉，其特征在于，所述水煤浆进口(12)设置在所述水煤浆环管(4)的上端，所述天然气进口(13)设置在所述天然气环管(5)的上端；所述燃料气进口(8)设置在所述点火燃料气中心管(2)的上端，所述燃料气喷口(9)设置在所述点火燃料气中心管(2)的底端；所述内氧进口(10)设置在所述内氧环管(3)的上端，所述内氧喷口(11)设置在所述内氧环管(3)的底端；所述外氧进口(14)设置在所述外氧环管(6)的上端，所述外氧喷口(15)设置在所述外氧环管(6)的底端；所述冷却介质进口(16)和冷却介质出口(17)设置在所述冷却环管(7)的上端，并且所述冷却介质进口(16)和冷却介质出口(17)分布在混合料喷嘴(31)中心轴的两侧。6.根据权利要求3所述的气化炉，其特征在于，所述水煤浆进口(12)设置在所述水煤浆环管(4)的上端，所述天然气进口(13)设置在所述天然气环管(5)的上端；所述燃料气进口(8)设置在所述点火燃料气中心管(2)的上端，所述燃料气喷口(9)设置在所述点火燃料气中心管(2)的底端；所述内氧进口(10)设置在所述内氧环管(3)的上端，所述内氧喷口(11)设置在所述内氧环管(3)的底端；所述外氧进口(14)设置在所述外氧环管(6)的上端，所述外氧喷口(15)设置在所述外氧环管(6)的底端；所述冷却介质进口(16)和冷却介质出口(17)设置在所述冷却环管(7)的上端，并且所述冷却介质进口(16)和冷却介质出口(17)分布在混合料喷嘴(31)中心轴的两侧。7.根据权利要求1或2或4或6所述的气化炉，其特征在于，所述燃料气喷口(9)和内氧喷口(11)高于所述混合物喷口(20)。8.根据权利要求3所述的气化炉，其特征在于，所述燃料气喷口(9)和内氧喷口(11)高于所述混合物喷口(20)。9.根据权利要求5所述的气化炉，其特征在于，所述燃料气喷口(9)和内氧喷口(11)高于所述混合物喷口(20)。10.根据权利要求1-2或4或6或8-9任一所述的气化炉，其特征在于，所述水煤浆-氧气喷嘴(34)在所述天然气喷嘴(35)的上方，所述水煤浆-氧气喷嘴(34)均匀分布在所述炉壳(22)侧壁所成的圆周上，所述天然气喷嘴(35)均匀分布在所述炉壳(22)侧壁所成的圆周上。11.根据权利要求3所述的气化炉，其特征在于，所述水煤浆-氧气喷嘴(34)在所述天然气喷嘴(35)的上方，所述水煤浆-氧气喷嘴(34)均匀分布在所述炉壳(22)侧壁所成的圆周上，所述天然气喷嘴(35)均匀分布在所述炉壳(22)侧壁所成的圆周上。12.根据权利要求5所述的气化炉，其特征在于，所述水煤浆-氧气喷嘴(34)在所述天然气喷嘴(35)的上方，所述水煤浆-氧气喷嘴(34)均匀分布在所述炉壳(22)侧壁所成的圆周上，所述天然气喷嘴(35)均匀分布在所述炉壳(22)侧壁所成的圆周上。13.根据权利要求7所述的气化炉，其特征在于，所述水煤浆-氧气喷嘴(34)在所述天然气喷嘴(35)的上方，所述水煤浆-氧气喷嘴(34)均匀分布在所述炉壳(22)侧壁所成的圆周上，所述天然气喷嘴(35)均匀分布在所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：井口宪二，坂脇弘二，
申请(专利权)人：任相坤，
类型：发明
国别省市：北京;11