[0001] 本发明涉及一种气化炉及气化方法， 具体涉及一种气化剂多级供入强旋转煤粉 气化装置及气化方法， 属于煤气化领域。

背景技术

[0002] 煤气化技术是高效清洁的洁净煤技术。 当前的煤气化技术主要分为移动床气化 、 流化床气化、 气流床气化和熔融床气化四类。 其中， 气流床气化技术因其气 化强度高、 生产能力大、 碳转化率高等优点已成为现在煤气化技术的主 要发展 方向。 气流床气化有两个主要特点， 一是运行温度高， 炉内形成的灰澄为液态 ， 排澄方式为液态排澄； 另外一个特点是采用 "以澄抗澄"技术来保护炉壁和减少 热损失。 现有气流床气化炉 （见图 18) 存在的问题是： （1) 烧嘴寿命短。 煤粉 气化炉的烧嘴寿命一般只有一年左右。 （2) 气化炉内壁面容易烧损。 该问题导 致气化炉经常停车， 而气化炉作为化工企业的生产源头， 一旦停车， 导致整个 生产线全部停运， 整个生产线停运一次给企业造成巨额经济损失 。 例如:一套造 气量 80000Nm 3/h的煤气化生产线停运一次经济损失达 4000万元以上。 （2) 、 气 化炉高度方向温度分布不均， 存在局部超温问题。

技术问题

[0003] 本发明为解决现有技术中存在烧嘴寿命短、 气化炉壁面挂澄不均匀， 造成气化 炉内壁面烧损、 腐蚀的问题， 以及高度方向温度分布不均的问题， 进而提出气 化剂多级供入强旋转煤粉气化装置及方法。

问题的解决方案

技术解决方案

[0004] 本发明所述装置包括煤粉烧嘴、 气化炉体、 水冷壁、 合成气通道、 水冷壁设置 在气化炉体的内侧壁上， 水冷壁由数根竖直圆管组成， 由水冷壁围成的回转体 内腔为气化炉膛， 煤粉烧嘴设置在气化炉体的顶部， 且煤粉烧嘴的轴线与气化 炉膛的轴线重合， 气化炉体的底部为澄池， 合成气通道设置在气化炉体下部的 外侧壁上， 且合成气通道与气化炉膛连通； 气化剂多级供入强旋转煤粉气化装 置还包括气化剂喷口、 流量调节阀、 旋流叶片、 煤粉通道和气化剂通道， 气化 剂喷口设置在气化炉体上部的侧壁上， 气化剂喷口沿气化炉膛的切线方向插入 气化炉膛内， 每个气化剂喷口上设有流量调节阀， 所述煤粉烧嘴内同轴线径向 由内向外装有环形的气化剂通道和环形的煤粉 通道， 煤粉通道和气化剂通道的 近火端分别设置有旋流叶片。 所述的气化剂喷管的数量为 1个、 2个、 3个或 4个 。 所述的多个气化剂喷口由上至下依次沿高度方 向均布设置在气化炉体的上部 。 所述的多个气化剂喷口的喷口中心均位于与水 平面垂直的同一条竖直线上或 者多个气化剂喷管沿气化炉体的圆周方向错列 或均匀布置。

[0005] 本发明所述方法是通过以下步骤实现的：

[0006] 步骤一： 设定气化炉膛内参数；

[0007] 设定气化炉膛内部压力为 0.1~4MPa， 气化炉膛运行温度为 1250~1600°C;

[0008] 步骤二： 送入煤粉；

[0009] 温度为 25〜100°C的煤粉由氮气或二氧化碳气体携带以� ��流方式经煤粉烧嘴上 的煤粉通道送入气化炉膛内部， 占总量 10<¾~40%的温度为 20~400°C的气化剂以 旋流的方式经煤粉烧嘴上的气化剂通道喷入炉 膛内部， 气化剂与煤粉在炉顶区 域混合， 同向旋转向下流动；

[0010] 步骤三： 煤粉燃烧形成熔澄；

[0011] 煤粉与气化剂混合气流接触到中心回流区卷吸 回来的高温合成气后， 被高温合 成气点燃， 在炉膛顶部燃烧形成熔澄；

[0012] 步骤四： 熔澄在气化炉内发生气化反应；

[0013] 剩余占总量 60<¾~90<¾的温度为 20~400°C的气化剂通过所述侧壁面气化剂喷口以 100~200m/s的速度切向喷入炉膛， 高速的气化剂气流冲入炉膛后形成强烈旋转 气流， 在离心力的作用下， 70<¾-80<¾的熔澄被甩到炉壁面形成较厚的� ��层， 澄 层均匀， 旋转气流不断冲刷炉膛壁面上的澄层， 并与其发生强烈气化反应；

[0014] 步骤五： 排澄；

[0015] 气化生成的粗煤气通过所述合成气通道流出炉 膛， 生成的液态澄沿壁面流入澄 池， 冷却后通过底部排澄口排出气化炉。 [0016] 所述步骤四中气化剂通过侧壁面气化剂喷口以 分级切向或沿炉高分层切向喷入 炉膛。 所述步骤二和步骤四中的气化剂均为氧气和水 蒸气； 水蒸气和氧气的质 量比为 0~0.4: 1。 所述步骤二中煤粉占煤粉与氮气混合物总体积 的 1%〜25<¾。 所 述步骤二中煤粉占煤粉与二氧化碳气体混合物 总体积的 1 %〜25%。

发明的有益效果

有益效果

[0017] 1、 本发明中澄层由离心力作用形成。 现有技术中 （见图 18) ， 煤粉与气化剂 均从气化炉顶部喷入炉膛， 煤粉进入炉膛后在高温下形成熔澄， 熔澄与气化剂 气流一起同向一般以直流的方式流向炉膛底部 。 在流动过程中， 只有少量的壁 面附近的熔澄由于气流脉动粘到壁面上形成澄 膜； 而本发明中， 煤粉与约 10%〜 40%的气化剂从气化炉顶部喷入， 在炉膛内混合燃烧形成熔澄， 剩余的气化剂以 100〜200m/s的速度分级或沿炉高分层切向喷入炉 膛， 在炉内形成强烈的旋转气 流， 在旋转气流的引射下， 熔澄与气化剂一起在近壁面区高速旋转向下流 动， 约 80%的熔澄受强旋产生的离心力作用不断地被甩 到壁面上形成澄层。

[0018] 2、 本发明中粘附在炉壁上的澄量多， 澄层厚度大。 现有技术中， 煤粉与气化 剂均从气化炉顶部喷入炉膛， 煤粉进入炉膛后在高温下形成熔澄， 熔澄与气化 剂气流一起同向一般以直流的方式流向炉膛底 部。 在流动过程中， 只有少量的 壁面附近的熔澄由于气流脉动粘到壁面上形成 澄膜， 离壁面较远处的熔澄无法 粘到壁面上， 因此只有约 10%左右的熔澄能够粘到壁面形成澄膜， 由于粘附在炉 壁上的澄量小， 导致壁面澄膜较薄， 一般澄膜厚度为 2mm〜3mm; 本发明依靠 离心力将熔澄甩到壁面形成澄层， 约占 60<¾〜90<¾的气化剂以 100m/s〜200m/s的 速度切向喷入炉膛 3， 形成强烈的旋转气流， 产生的离心力足以将熔澄甩到壁面 上形成澄层， 气化过程中约占 80%左右的熔澄都被甩到壁面上形成澄层， 由于粘 附在炉壁上的澄量多， 因此壁面澄层较厚， 澄层厚度可达 5mm〜6mm。

[0019] 3、 本发明中壁面澄层厚度比较均匀。 现有技术中， 煤粉与气化剂均从气化炉 顶部喷入炉膛， 煤粉进入炉膛后在高温下形成熔澄， 熔澄与气化剂气流一起同 向一般以直流的方式流向炉膛底部。 在流动过程中， 只有少量的壁面附近的熔 澄由于气流脉动粘到壁面上形成澄膜， 离壁面较远处的熔澄无法粘到壁面上， 因此只有约 10%左右的熔澄能够粘到壁面形成澄膜， 由于粘附在炉壁上的澄量小

， 当沿气化炉圆周方向的气量分布不均吋， 沿圆周方向壁面熔澄粘附情况不均

， 导致圆周方向壁面澄膜厚度不均匀。 而本发明中， 煤粉与约 10%〜40<¾的气化 剂从气化炉顶部喷入， 在炉膛内混合燃烧形成熔澄， 剩余的气化剂以 100m/s〜20 Om/s的速度分级或沿炉高分层切向喷入炉膛， 在炉内形成强烈的旋转气流， 在旋 转气流的引射下， 熔澄与气化剂一起在近壁面区高速旋转向下流 动。 本发明中 气流速度高， 湍流强度大， 有利于气化剂与熔澄的混合。 熔澄与气化剂沿圆周 方向混合均匀后在强旋产生的离心力作用下甩 到壁面形成澄层， 壁面澄层厚度 比较均匀。

[0020] 4、 本发明能更有效保护气化炉内壁面。 壁面澄层主要成分为二氧化硅， 二氧 化硅导热系数约为 7.6W/mk， 常用耐火砖的导热系数约为 20W/mk〜28W/mk， 澄 层导热系数比耐火砖小很多， 因此澄层的隔热效果好。 现有技术中壁面澄膜较 薄， 澄膜厚度一般为 2mm〜3mm， 而且沿圆周方向澄膜厚度不均匀， 易出现部 分内壁面没有澄膜覆盖的问题， 气化炉内壁面裸露于高温烟气环境中， 容易出 现超温而被烧损。 气化炉内气体中含有 60%〜70<¾的一氧化碳， 高温的一氧化碳 为腐蚀性气体， 气化炉内壁面裸露于高温且富含一氧化碳的环 境下， 容易发生 化学腐蚀。 本发明中壁面澄层厚， 澄层厚度高达 5mm〜6mm， 是现有技术的 2倍 〜3倍， 同吋澄层厚度比较均匀， 避免气化炉内壁面裸露于高温烟气中， 更能有 效保护气化炉内壁面不被高温气体烧损； 而且较厚的澄层将气化炉内壁面与炉 内气体 （含有 60%〜70<¾的一氧化碳） 隔幵， 能保护气化炉内壁面不受一氧化碳 气体的化学腐蚀。

[0021] 5、 本发明氧的消耗量少。 现有技术中壁面挂澄薄而且不均匀， 澄膜厚度一般 为 2mm〜3mm; 本发明中壁面挂澄厚且均匀， 澄层厚度高达 5mm〜6mm， 是现 有技术的 2倍〜 3倍， 而澄层导热系数小， 隔热性好， 因此本发明能够减小壁面 热损失。 碳与氧气反应生成一氧化碳放热 112.1kJ/mol， 碳与氧气反应生成二氧 化碳放热 395kJ/mol， 显然碳与氧气反应生成二氧化碳放热是生成一 氧化碳放出 的热量的 3.52倍。 煤粉气化需要在较高温度 (1250°C〜1600°C)下才能迅速反应， 虽然期望得到的煤气化产物是一氧化碳， 但为了维持较高炉内温度， 必须通入 过量的氧气生成二氧化碳来提高温度。 现有技术中壁面热损失较大， 实际运行 吋调整氧原子与碳原子的当量比为 1.05〜1.1吋， 也就是说多通入 5<¾〜10<¾的氧 气生成二氧化碳维持炉温。 而本发明中澄层厚， 壁面热损失小， 调整氧原子与 碳原子的当量比为 1.01〜1.05即可维持同样的炉内高温， 与现有技术相比氧的消 耗量降低约 5%。 氧气是从空气中分离出来的， 分离过程耗电量大， 本发明降低 大量氧的消耗量， 相应节省大量电能。

[0022] 6、 本发明的煤种适用性强。 熔澄气化炉想要达到 "以澄抗澄"的技术路线保护 水冷壁， 则必须保证水冷壁面处存在较厚的澄层。 现有技术中， 水冷壁面处熔 澄膜的形成仅仅依靠粘附靠近壁面处的熔澄， 其粘附在壁面上的澄量极少。 在 粘附在壁面上的澄量极少的条件下， 为达到一定厚度的澄层， 则必须对煤灰的 粘温特性提出苛刻的要求： 在气化温度范围内， 煤灰粘度不能过低或者过高。 煤灰粘度过低则熔澄流动性好， 澄膜较薄， 不能起到保护水冷壁的作用； 煤灰 粘度过高则熔澄流动性减弱， 在出澄口流动缓慢， 排澄不畅。 对煤灰的粘温特 性要求苛刻， 则意味着现有气化炉煤种适用性较差， 必须选择合适的煤种才能 正常运行。 本发明中， 80%的熔澄被甩至壁面处， 水冷壁面形成一定厚度的澄层 ， 澄层厚度对煤灰的粘温特性不敏感， 因此本发明煤种适用性极强。 在市场煤 价波动的吋期， 气化炉对煤种的"不挑剔性"， 能够为生产企业提供多重选择， 大 大提高企业的盈利能力。

[0023] 7、 相同容积、 压力下， 本发明中煤粉炉内停留吋间长， 气化吋间长， 气化速 率高。 （1) 、 相同炉膛容积、 压力下， 相比现有技术的气化炉， 本发明中煤粉 在炉内停留吋间长， 气化吋间长。 现有技术中煤粉与气化剂运行轨迹如图 18所 示， 气化剂携带着煤粉从气化炉顶端直接流向底端 ， 由于煤粉颗粒一般小于 75 微米， 气流对煤粉的携带能力极强， 煤粉在炉内停留吋间即携带着煤粉的气化 剂从气化炉顶端直接流至底端的吋间， 停留吋间很短， 约 4s〜6s; 本发明中熔澄 在离心力的作用下， 约 80%的熔澄被甩到壁面上形成澄层， 煤粉在炉内的停留吋 间为液态熔澄从气化炉顶部沿壁面缓慢流动至 底部的吋间。 由于约 60<¾〜90%的 气化剂沿切向喷入炉内， 在炉内做旋转流动， 气化剂对沿壁面向下流动的液态 熔澄携带能力较弱， 并且液态熔澄粘度较大， 沿着壁面缓慢向下流动， 这就大 大延长了煤粉在气化炉内停留吋间， 停留吋间约为 12s〜16s， 相同炉膛容积、 压 力下煤粉停留吋间是现有技术的 2倍〜 4倍。 （2) 、 本发明气化反应速率高。 气 化炉内温度较高， 气化反应属于扩散控制区， 所述扩散控制区是指在较高温度 下， 反应速率极快， 以致任何气体一到达煤焦颗粒表面， 就立即与碳元素反应 而迅速耗尽。 这吋穿过边界层的扩散就成为控制因素， 而穿过边界层的扩散是 由煤粉与气化剂的相对速度决定的， 因此气化炉中煤粉与气化剂的相对速度决 定着气化反应的速率。 现有技术中煤粉与气化剂由烧嘴喷出后， 约占总量 10%的 熔澄粘附在壁面处形成澄膜， 剩余熔澄与气化剂一起同向流动。 约占总量 90%的 熔澄与气化剂一起以较低速度同向流动， 流动速度约为 0.4m/ _S 〜0.6m/ _S ， 两者相 对速度更低， 约为 0.08m/ _S 〜0.12m/ _S ， 在壁面处形成澄膜的熔澄与贴近壁面的气 化剂气流发生气化反应， 两者相对速度近似于气化剂气流的流动速度， 约为 0.4 m/ _S 〜0.6m/ _S ， 相对速度较低， 气体扩散到颗粒表面缓慢， 气化反应速率低。 本 发明中由于强旋气流的作用， 约占总量 80%的熔澄在壁面上形成澄层， 剩余熔澄 随气化剂在炉内旋转流动。 澄层沿着壁面向下流动， 而气化剂则高速旋转冲刷 澄层， 气化剂喷口处气化剂气流切向速度为 100m/ _S 〜200m/s， 随着流动过程逐渐 衰减， 合成气出口处气化剂气流切向速度衰减为 50m/ _S 〜100m/s， 气化剂平均切 向速度约为 75m/ _S 〜150m/s。 壁面上的熔澄与气化剂的相对速度近似于气化 剂的 切向速度， 平均为 75m/s〜150m/s， 为现有技术的 900倍〜 1200倍。 约占总量 20% 的熔澄随气化剂在炉内做旋转流动， 气化剂平均速度为 75m/ _S 〜150m/s， 气化剂 速度大， 湍流强度大， 气化反应速率高。 由此可见本发明中气化剂速度大， 煤 粉与气化剂的相对速度大， 气体扩散到颗粒表面的速度大， 所以本发明的气化 效率远高于现有技术的气化炉。

8、 本发明中依靠回流的高温回流点火， 着火稳定。 现有技术中煤粉喷入炉膛 后与气化剂一起向下流动， 在向下流动过程中， 煤粉不断受到高温合成气的辐 射， 温度逐渐升高， 当其温度升高到高于其燃点吋便被点燃。 由于炉膛内流场 的扰动及温度场的波动等原因， 煤粉着火位置、 着火吋间随之波动， 着火不稳 定。 本发明由于旋转气流在近壁面区流动， 炉膛中心压力较低， 炉膛底部的高 温合成气被卷吸到炉膛中心向上流动， 形成稳定的高温中心回流区， 高温中心 回流区内高温气流回流到煤粉烧嘴根部， 与煤粉及气化剂气流混合， 点燃煤粉 ， 可保证煤粉稳定着火。

9、 本发明煤粉气流流动稳定。 正常运行吋， 煤粉经烧嘴喷入吋为固体颗粒， 随着向下流动温度逐渐的升高， 逐步由固体熔化为液体， 受气流携带向下运动 至炉体气化剂喷口处吋， 煤粉颗粒完全熔化， 变为液态澄， 液态澄被炉体气化 剂喷口喷入的强旋转气化剂气流携带， 受离心力作用被甩至炉体内壁面上， 沿 壁面向下流动并与气化剂发生气化反应。 与本发明同吋申报， 而顶部没有高速 喷入气化剂的发明， 由于其气化剂沿炉体切线方向高速喷入， 炉内形成了强烈 的旋转气流场， 紧贴气化炉内壁面高速旋转。 旋转气流向上扩散至气化炉顶部 后， 在顶部圆锥段形成了贴壁旋转气流。 炉体由于旋转气流在近壁面区流动， 炉膛中心压力较低， 炉膛底部的高温合成气被卷吸到炉膛中心向上 流动， 形成 高温中心回流区， 高温回流向上流动至炉膛顶部。 可见气化炉顶部存在着三股 气流， 分别为外层贴壁强旋转气流， 中心的高温回流， 以及夹于二者之间由烧 嘴喷入炉内的煤粉气流。 煤粉气流以 l~8m/s的较低速度喷入炉内后， 处于外层 贴壁的强旋转气化剂气流以及中心的高温回流 之间， 受到二者的挤压。 当气化 炉负荷变化或者喷入的气化剂温度变化吋， 则会引起气化剂体积流量发生变化 ， 因此沿炉体切向喷入的气化剂速度发生变化， 使炉膛内部近壁面区旋转气流 强度发生变化， 导致炉顶的贴壁旋转的气化剂气流区域及中心 回流区域发生变 化， 最终导致贴壁强旋气流与中心回流对于煤粉气 流的压力发生变化。 由于喷 入炉内的煤粉气流速度低， 动量小， 刚性差， 当中心回流对于煤粉气流的压力 大于贴壁旋转气流对于煤粉气流的压力吋， 则会使煤粉气流流向壁面； 当贴壁 旋转气流对于煤粉气流的压力大于中心回流对 于煤粉气流的压力吋， 则会使煤 粉气流向烧嘴中心。 可见煤粉气流容易发生偏移， 在炉顶区域沿直径方向来回 摆动。 当煤粉气流在气化炉顶部沿直径方向来回摆动 吋， 会发生以下问题： （1 ) 当中心回流对于煤粉气流的压力大于贴壁旋转 气流对于煤粉气流的压力吋， 则会使煤粉气流流向壁面。 有可能导致煤粉未到达炉体气化剂喷口吋， 固体煤 粉颗粒和液态澄已经贴近炉顶内壁面， 受到贴壁的旋转气流携带， 在离心力作 用下被甩到炉顶内壁面上， 固体煤粉颗粒不断碰撞、 冲刷炉顶内壁面， 炉顶内 壁面磨损严重， 易造成炉顶水冷壁管破裂， 导致气化炉停车事故； （2) 当贴壁 旋转气流对于煤粉气流的压力大于中心回流对 于煤粉气流的压力吋， 则会使煤 粉气流向炉膛中心偏移， 由于煤粉气流具有向下的速度， 从而使中心回流远离 烧嘴， 煤粉不能及吋的与高温回流烟气接触， 煤粉着火晚， 易发生灭火现象， 引发停炉事故。 本发明中占总量 10<¾〜40%的气化剂由顶部烧嘴以 100m/s〜200m /s的高速喷入， 气化剂气流动量大， 约为煤粉气流总动量的 8倍〜 60倍， 二者同 向喷入后逐渐混合形成整体流， 刚性强， 贴壁的旋转气流及中心回流对煤粉气 流流动影响小， 煤粉气流流动轨迹稳定， 保证了着火稳定。 发明人对一台造气 量 40000Nm ³

/h的气化炉进行了 1:5的冷态模型试验， 试验参数为： 煤粉气流风速 3m/s， 顶部 喷入气化剂风速为 150m/s， 炉体喷入的气化剂风速为 200m/s。 冷态模型试验发现 ： 气化炉顶部不喷入气化剂吋， 煤粉气流动量为 0.27kg.m/s， 煤粉气流刚性差， 煤粉气流喷入炉内后在烧嘴与炉体气化剂喷口 之间的上部炉顶区域， 沿直径方 向来回摆动， 一会流向烧嘴中心， 一会流向壁面， 一分钟内来回摆动次数达到 1 8次； 气化炉顶部喷入气化剂后， 顶部喷入的气化剂气流动量为 7.47 kg.m/s， 煤 粉气流与顶部喷入的气化剂气流总动量为 7.74

kg.m/s , 是原来煤粉气流动量的 28.6倍， 刚性增强， 煤粉气流流动稳定， 未发现 煤粉气流在炉顶区域一会流向烧嘴中心， 一会流向壁面， 沿直径方向来回摆动 的现象。

[0026] 10、 本发明炉顶烧嘴喷入的气化剂流量大， 速度高， 能够适用于挥发分含量高 、 着火早的煤种。 本发明中 10%〜40%的气化剂从顶部煤粉烧嘴高速喷入， 剩余 60%〜90<¾的气化剂从炉壁侧面的切向气化剂� ��道喷入。 炉膛顶部喷入的气化剂 量大， 速度高达 100m/ _S 〜200m/s， 携带煤粉能力强， 风粉混合物温度相对较低， 延迟了着火， 其着火区距离烧嘴较远， 有效保护了烧嘴， 并且本发明顶部气化 剂量大， 能保证煤粉着火后迅速供氧， 维持其稳定燃烧。 因此本发明能够适用 于高挥发分、 着火早的煤种。

[0027] 11、 本发明炉体上锥段内温度较高， 避免上锥段内壁面磨损， 可燃用高灰熔点 煤种。 本发明中 10<¾〜40%的气化剂从顶部煤粉烧嘴喷入， 剩下 60<¾〜90%的气 化剂从炉壁侧面的切向气化剂通道喷入。 炉膛顶部气化剂量大， 燃烧反应剧烈 ， 温度较高。 炉膛顶部的温度高， 保证高灰熔点的煤种同样可以迅速形成液态 熔澄， 受离心力作用被甩到壁面形成厚且均匀的壁面 澄层， 液态熔澄沿壁面缓 慢向下流动， 避免了炉膛内壁面磨损。 可见本发明同样适用于灰熔点高的煤种

[0028] 12、 本发明采用炉体分层供气化剂的方式， 炉内温度沿高度方向分布均匀， 能 够适用于灰粘度随温度变化较为剧烈的煤种。 本发明中在炉体侧壁面沿炉高方 向布置了 3层气化剂喷口。 50%~80<¾的气化剂从这三个喷口切向喷入炉膛 ， 每个 喷口处气化剂量适中， 反应后温度维持在正常范围内。 由于气化剂沿炉高方向 分布相对均匀， 炉内温度分布均匀， 上部和下部温度较为接近。 对于其他炉型 难以处理的， 灰粘度随温度变化较为剧烈的煤种， 不会由于炉膛上部温度高， 液态澄膜黏度降低， 流动速度加快， 在下流的过程中出现澄层减薄乃至消失， 导致炉膛上部内壁面暴露在高温烟气中而烧损 的事故； 同吋也不会由于炉膛下 部温度低， 液态澄膜粘度增大， 流动缓慢， 导致排澄不畅。 因此本发明炉内温 度沿高度方向分布均匀， 能够适用于灰粘度随温度变化较为剧烈的煤种 。

[0029] 13、 本发明在炉膛上部采用沿炉高均匀分布， 沿圆周方向错列分层供气化剂的 方式， 避免气化剂喷口所在的竖直线附近区域水冷壁 管超温。 由于炉膛采用的 水冷壁由竖直圆管围成， 当燃用热值较高的无烟煤吋， 气化剂喷口周围的若干 根竖直圆管自上而下一直处于高温区域， 因此容易发生水冷壁管超温。 本发明 中 2~4层气化剂喷口沿炉高均匀分布同吋沿圆周方 向错列分布， 气化剂喷口不在 同一条竖直线上， 每个气化剂喷口所在竖直线附近区域气化剂量 相对较少， 烟 气中氧含量相对较低。 当燃用热值较大的无烟煤吋， 每个气化剂喷口所在竖直 线附近区域温度较为均匀， 不会出现超温问题。 因此， 对热值较高的无烟煤本 发明同样适用。

[0030] 14、 本发明节省投资。 由优点 7可知， 本发明的煤粉在炉内停留吋间、 气化反 应速率均远高于现有技术， 气化强度大。 因此在相同压力、 相同造气量的情况 下， 本发明中气化炉设备远小于现有技术的气化炉 设备， 并且气化强度与现有 技术相当甚至优于现有技术。 从而节省了大量设备投资。 对附图的简要说明

附图说明

[0031] 图 1是本发明气化剂喷口的数量为一个吋的整体� �构示意图 （气化炉膛 3内带箭 头的曲线为气流轨迹， 标号 12为煤粉气流、 标号 13为气化剂气流、 标号 14为炉 顶贴壁旋转气流、 标号 15为澄层、 标号 16为回流的合成气、 标号 17为中心回流 边界、 标号 19为排澄口、 标号 20为输入粉煤和氮气或粉煤和二氧化碳、 21为输 入气化剂） ； 图 2是图 1的 A-A剖面图； 图 3是气化剂喷口的数量为 3个吋， 喷口中 心均位于与水平面垂直的同一条竖直线上的整 体结构示意图； 图 4是图 3的 A-A剖 面图； 图 5是气化剂喷口的数量为 2个吋， 喷口中心均位于与水平面垂直的同一 条竖直线上的整体结构示意图； 图 6是图 5的 A-A剖面图； 图 7是气化剂喷口的数 量为 4个吋， 喷口中心均位于与水平面垂直的同一条竖直线 上的整体结构示意图 ； 图 8是图 7的 A-A剖面图； 图 9是气化剂喷口的数量为 3个吋的整体结构示意图； 图 10是图 9气化剂喷口处于错列排布状态下的 A-A剖视图； 图 11是图 9气化剂喷口 处于均匀分布状态下的 A-A剖视图； 图 12是气化剂喷口的数量为 2个吋的整体结 构示意图； 图 13是图 12气化剂喷口处于错列排布状态下的 A-A剖视图； 图 14是图 12气化剂喷口处于均匀分布状态下的 A-A剖视图； 图 15是气化剂喷口的数量为 4 个吋的整体结构示意图； 图 16是图 15气化剂喷口处于错列排布状态下的 A-A剖视 图； 图 17是图 15气化剂喷口处于均匀分布状态下的 A-A剖视图； 图 18是现有气化 炉气流轨迹图 （标号 18表示气化剂与煤粉， 标号 22为澄膜） 。

本发明的实施方式

[0032] 具体实施方式一： 结合图 1至图 17说明本实施方式， 本实施方式包括煤粉烧嘴 1 、 气化炉体 2、 水冷壁 4、 合成气通道 5、 水冷壁 4设置在气化炉体 2的内侧壁上， 水冷壁 4由数根竖直圆管组成， 由水冷壁 4围成的回转体内腔为气化炉膛 3， 气化 炉体 2与水冷壁 4之间为空腔， 煤粉烧嘴 1设置在气化炉体 2的顶部， 且煤粉烧嘴 1 的轴线与气化炉膛 3的轴线重合， 如此设置， 便于煤粉气流在炉内各方向分布均 匀； 气化炉体 2的底部为澄池 6， 合成气通道 5设置在气化炉体 2下部的外侧壁上 ， 且合成气通道 5与气化炉膛 3连通， 气化剂多级供入强旋转煤粉气化装置还包 括气化剂喷口 7、 流量调节阀 8、 旋流叶片 9、 煤粉通道 10和气化剂通道 11， 气化 剂喷口 7设置在气化炉体 2上部的侧壁上， 气化剂喷口 7沿气化炉膛 3的切线方向 插入气化炉膛 3内， 如此设置， 便于气化炉内形成强烈的旋转气流场； 每个气化 剂喷口 7上设有流量调节阀 8， 所述煤粉烧嘴 1内同轴线径向由内向外装有环形的 气化剂通道 11和环形的煤粉通道 10， 煤粉通道 10和气化剂通道 11的近火端分别 设置有旋流叶片 9。

[0033] 具体实施方式二： 结合图 1至图 17说明本实施方式， 本实施方式的气化剂喷管 7 的数量为 1个、 2个、 3个或 4个。 如此设置， 便于根据气化炉炉体的大小， 调节 炉内旋转气流场的强度分布。 其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。

[0034] 具体实施方式三： 结合图 3至图 17说明本实施方式， 本实施方式的多个气化剂 喷口 7由上至下依次沿高度方向均布设置在气化炉� � 2的上部。 如此设置， 便于 气化炉内形成强烈的旋转气流场。 其它组成和连接关系与上述具体实施方式相 同。

[0035] 具体实施方式四： 结合图 3至图 8说明本实施方式， 本实施方式的多个气化剂喷 口 7的喷口中心均位于与水平面垂直的同一条竖� �线上。 其它组成和连接关系与 上述具体实施方式相同。

[0036] 具体实施方式五： 结合图 9至图 17说明本实施方式， 本实施方式的多个气化剂 喷管 7沿气化炉体 2的圆周方向错列或均匀布置。 其它组成和连接关系与上述具 体实施方式相同。

[0037] 具体实施方式六： 结合图 1至图 17说明本实施方式， 本实施方式是通过以下步 骤实现的：

[0038] 步骤一： 设定气化炉膛 3内参数；

[0039] 设定气化炉膛 3内部压力为 0.1~4MPa， 气化炉膛 3的运行温度为 1250~1600°C;

[0040] 步骤二： 送入煤粉；

[0041] 温度为 25〜100°C的煤粉由氮气或二氧化碳气体携带以� ��流方式经煤粉烧嘴 1上 的煤粉通道 10送入气化炉膛 3内部， 占总量 10<¾~40<¾的温度为 20~400°C的气化剂 以旋流的方式经煤粉烧嘴 1上的气化剂通道 11喷入炉膛 3内部， 气化剂与煤粉在 炉顶区域混合， 同向旋转向下流动； [0042] 步骤三： 煤粉燃烧形成熔澄；

[0043] 煤粉与气化剂混合气流接触到中心回流区卷吸 回来的高温合成气后， 被高温合 成气点燃， 在炉膛 3顶部燃烧形成熔澄；

[0044] 步骤四： 熔澄在气化炉内发生气化反应；

[0045] 剩余占总量 60<¾~90<¾的温度为 20~400°C的气化剂通过所述侧壁面气化剂喷口 7 以 100~200m/s的速度切向喷入炉膛 3， 高速的气化剂气流冲入炉膛后形成强烈旋 转气流， 在离心力的作用下， 70<¾-80<¾的熔澄被甩到炉壁面形成较厚的� ��层， 澄层均匀， 旋转气流不断冲刷炉膛壁面上的澄层， 并与其发生强烈气化反应；

[0046] 步骤五： 排澄；

[0047] 气化生成的粗煤气通过所述合成气通道 5流出炉膛 3， 生成的液态澄沿壁面流入 澄池 6， 冷却后通过底部排澄口排出气化炉。

[0048] 具体实施方式七： 结合图 1至图 17说明本实施方式， 本实施方式是步骤一中设 定气化炉膛 3内部压力为 2.5MPa， 气化炉膛 3的运行温度为 1500°C。 其它步骤与 上述具体实施方式相同。

[0049] 具体实施方式八： 结合图 1至图 17说明本实施方式， 本实施方式是步骤二中煤 粉的温度为 50°C， 气化剂的温度为 100°C。 其它步骤与上述具体实施方式相同。

[0050] 具体实施方式九： 结合图 1至图 17说明本实施方式， 本实施方式是步骤二中煤 粉的温度为 80°C， 气化剂的温度为 200°C。 其它步骤与上述具体实施方式相同。

[0051] 具体实施方式十： 结合图 1至图 17说明本实施方式， 本实施方式是步骤四中气 化剂通过侧壁面气化剂喷口 7以分级切向或沿炉高分层切向喷入炉膛 3。 其它步 骤与上述具体实施方式相同。

[0052] 具体实施方式十一： 结合图 1至图 17说明本实施方式， 本实施方式是步骤二中 占气化炉正常运行所需总气化剂量 30%的气化剂由气化剂通道 11喷入气化炉膛 3 内部， 步骤四中剩下的 70%的气化剂通过气化剂喷口 7以 150m/s的速度切向喷入 气化炉膛 3。 其它步骤与上述具体实施方式相同。

[0053] 具体实施方式十二： 结合图 1至图 17说明本实施方式， 本实施方式是步骤二中 占气化炉正常运行所需总气化剂量 50%的气化剂由气化剂通道 11喷入气化炉膛 3 内部， 步骤四中剩下的 50%的气化剂通过气化剂喷口 7以 160m/s的速度切向喷入 气化炉膛 3。 其它步骤与上述具体实施方式相同。

[0054] 具体实施方式十三： 结合图 1至图 17说明本实施方式， 本实施方式是步骤二中 占气化炉正常运行所需总气化剂量 80%的气化剂由气化剂通道 11喷入气化炉膛 3 内部， 步骤四中剩下的 20%的气化剂通过气化剂喷口 7以 150m/s的速度切向喷入 气化炉膛 3。 其它步骤与上述具体实施方式相同。

[0055] 具体实施方式十四： 结合图 1至图 17说明本实施方式， 本实施方式的步骤二和 步骤四中的气化剂均为氧气和水蒸气， 水蒸气和氧气的质量比为 0~0.4:1。 其它 步骤与上述具体实施方式相同。

[0056] 具体实施方式十五： 结合图 1至图 17说明本实施方式， 本实施方式是步骤二中 煤粉占煤粉与氮气混合物总体积的 1%〜25%， 或占煤粉与二氧化碳混合物总体 积的 1%〜25<¾。 如此设置， 便于减少输粉氮气或者二氧化碳量， 降低输运气体 成本， 并保证气化炉生产的合成气中有效气 （一氧化碳和氢气） 含量较高。 其 它步骤与上述具体实施方式相同。

[0057] 本发明的工作原理：

[0058] 气化炉内工作原理如图 1至图 17所示， 氮气或二氧化碳气体携带着煤粉吹进煤 粉烧嘴 1中的煤粉通道 10， 流过旋流叶片 9后旋转喷入气化炉膛 3， 在气化炉膛 3 顶端形成旋转向下的煤粉气流 12。 约占 10%~40%的气化剂 21 (氧气与水蒸气） 吹进煤粉烧嘴 1中的气化剂通道 11， 流过旋流叶片 9后旋转喷入气化炉膛 3， 在气 化炉膛 3顶端形成旋转向下的气化剂气流 13。 煤粉气流 12与气化剂气流 13—起同 向旋转流动， 流动过程两者不断混合。 煤粉与气化剂混合气流与中心回流区卷 吸回来的高温合成气混合后， 被其点燃， 在气化炉膛 3顶部燃烧形成熔澄。 剩下 60<¾~90%的气化剂 21经气化剂喷口 7高速切向喷入气化炉膛 3， 在气化炉膛 3内受 到炉壁的限制， 形成强烈旋转的气化剂气流。 在这股强烈旋转气化剂气流的引 射下， 煤粉燃烧形成的熔澄、 卷吸的高温合成气与气化剂气流一起在近壁面 区 旋转向下流动； 受到强烈旋转产生的离心力的作用， 约 80%的熔澄被甩到壁面上 ， 形成一层均匀的较厚的液态澄层。 剩余的约 20%的熔澄、 卷吸的高温合成气及 气化剂气流混合在一起继续在近壁面区旋转向 下流动。 澄层沿着壁面缓慢向下 流动， 强烈旋转的混合气流则不断冲刷壁面澄层， 在此过程中， 混合气流中的 气化剂不断地与壁面澄层、 混合气流中的熔澄发生强烈气化反应。 反应后的壁 面澄层沿壁面继续向下流动， 进入澄池冷却后由排澄口排出。 旋转向下的混合 气流不断发生气化反应， 到达气化炉底端吋变为高温的合成气气流。 由于混合 气流在近炉壁区旋转流动， 炉膛中心的压力相对较低， 气化炉底端的合成气受 到卷吸作用， 在炉膛中心向上流动， 形成稳定的高温中心回流区。 高温中心回 流区卷吸的高温合成气回流到气化炉顶端， 点燃由煤粉烧嘴 1喷入的煤粉与气化 剂混合气流， 然后再次进入近壁区旋转向下运动。 最终， 生成的合成气从合成 气通道 5流出。

工业实用性

[0059] 一台应用本发明的 80000Nm 3/h造气量的气化炉， 预计运行 4年水冷壁不发生烧 损， 可保证持续运营 4年不停车， 相比其它技术， 减少经济损失 1.6亿元。 数值计 算验证得知： 本台气化炉壁面澄层厚度为 6mm， 澄层较厚且均匀； 煤粉炉内停 留吋间为 ₁₄₈ ， 停留吋间较长； 炉体上部最高温度为 1510°C， 下部最低温度为 142 0°C， 同一水平面炉内温差小于 30°C， 温度沿炉高方向及圆周方向分布均匀； 气 化剂入口处煤粉与气化剂相对速度约为 150m/s， 合成气出口处煤粉与气化剂相对 速度约为 75m/s， 煤粉与气化剂平均相对速度约为 115m/s， 煤粉与气化剂相对速 度高， 气体扩散到颗粒表面迅速， 反应速率高。

[0060] 某化工厂采用一般技术的一台 80000Nm 3/h造气量的气化炉， 煤粉在炉内停留 吋间约为 5s， 气化剂与熔澄的相对速度约为 O.lm/s; 水冷壁面澄膜厚度较薄， 约 2mm, 澄膜厚度不均匀； 上部炉膛温度为 1650°C， 下部炉膛温度为 1300°C， 炉温 沿高度方向温差较大； 部分内壁面裸露于高温烟气环境中， 内壁面易烧损， 平 均每年因为内壁面烧损而停车一次， 每停车一次造成总经济损失 4000万元左右

[0061] 推荐最上层气化剂喷管与最下层气化剂喷管下 在高度方向上间距为 0.5D~0.7D

， 其中 D为水冷壁圆管圆心所围成的圆直径， 处于最上层与最下层气化剂喷管之 间的气化剂喷管在高度方向上均匀布置于二者 之间。