一种分级气化反应装置的制作方法

1.本实用新型涉及能源化工技术和设备领域，特别涉及一种分级气化反应装置。


背景技术：

2.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。
3.两段式气流床气化炉是典型的炉型之一，但是，由于该气化炉二段反应区水冷壁为直筒体型布置，二段反应区的捕渣率不足，进入下游系统的飞灰量较大；该气化炉有两个反应区且距离较远，由于气化炉不同高度的流场平均温度沿高度方向逐渐降低，二段反应区的反应速率有限，反应不够充分。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种分级气化反应装置，以克服现有技术的不足。
5.为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
6.一种分级气化反应装置，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。
7.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。
8.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。
9.进一步的，在反应室内的同一平面内设有至少两个沿反应室壁面周向均匀布置的一级烧嘴。
10.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
°
。
11.进一步的，在反应室内下层设置有四个一级烧嘴。
12.进一步的，反应室内在同一平面内设有至少两个沿反应室壁面周向均匀布置的二级烧嘴。
13.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
°
。
14.进一步的，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。
15.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。
16.与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：
17.本实用新型一种分级气化反应装置，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，从而可以提高气化炉的捕渣率，两级的旋流流场旋转方向相同，可以使得二级反应在利用一段反应的高温而提高反应速率的同时，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。
18.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。
19.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。
附图说明
20.图1是本实用新型实施例中气化炉结构简图。
21.图2是本实用新型实施例中气化炉一级烧嘴布置示意图。
22.图3是本实用新型实施例中气化炉二级烧嘴布置示意图。
23.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
‑
二级烧嘴罩。
具体实施方式
24.下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：
25.如图1所示，一种分级气化反应装置，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由水冷壁2的内壁围绕而成，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内设有上下两层布置的烧嘴，上下两层布置的烧嘴设置于同一段腔体内，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。
26.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。
27.如图2所示，本技术在反应室3内的下层，在同一平面内设有至少两个沿反应室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
°
；
28.如图3所示，反应室3内上层，反应室3壁面内设置有至少两个二级烧嘴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
°
。
29.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。
30.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。
31.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。
32.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。
33.优选的，在反应室3内下层设置四个一级烧嘴7时，在夹角为0
°
＜α≤10
°
，四个一级烧嘴7绕同一圆周同向旋转，使四个烧嘴喷射的流体持续连贯形成旋转流场，有利于充分混合和反应；优选的，本技术采用两个二级烧嘴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。
34.一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10。
35.本实用新型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。
36.本实用新型的气化炉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，一级烧嘴沿反应室壁面以切圆燃烧方式均匀布置，从一级烧嘴喷射出的流体在反应室内形成一级反应的旋流流场；二级烧嘴沿反应室壁面以切圆燃烧方式均匀布置，从二级烧嘴喷射出的流体在反应室内形成二级反应的旋流流场，二级反应和一级反应的旋流流场旋转方向相同。在一级反应和二级反应过程中形成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，从而可以将气化炉的捕渣率提高五至十个百分点。一级反应的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。
37.以上实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，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实用新型揭露的技术范围内，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实用新型实施例技术方案的范围。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。