煤气化炉的进料系统以及煤气化炉的制作方法

1.本公开涉及煤气化炉技术领域，尤其涉及一种煤气化炉的进料系统以及煤气化炉。


背景技术：

2.煤气化技术是洁净高效利用煤的一种重要方式。我国煤炭资源丰富，油气资源相对匮乏，将丰富的煤炭转化成清洁的气体，近年来受到众多关注及应用。
3.煤气化炉是进行煤气化反应的主要设备，煤气化炉采用粉煤为原料，经备煤工段将煤粉干燥至水分含量达标后，经进料系统将煤粉输送至煤气化炉中。其中，进料系统包括多级锁斗和星型给料器，具体地，先利用多级锁斗对煤粉进行提压，然后经星型给料器将其输送入煤气化炉中。
4.然而，利用现有的进料系统在输送煤粉过程中煤粉容易结焦堵塞，影响进料系统的稳定运行，而且由于在利用进料系统对煤粉进行输送之前，需要通过干燥工序将煤粉干燥至水分含量为5％以下，导致干燥工序能耗较高。


技术实现要素：

5.为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本公开提供了一种煤气化炉的进料系统以及煤气化炉。
6.第一方面，本公开提供了一种煤气化炉的进料系统，包括提压装置以及控煤装置，所述提压装置用于对煤粉进行提压；
7.所述控煤装置包括竖向设置的第一进料管以及水平设置的第二进料管，所述第一进料管的进料端与所述提压装置的出料口连通，所述第一进料管的出料端与所述第二进料管连通，所述第二进料管的出料端与煤气化炉的进煤口连通；
8.所述第一进料管上设置有第一进气喷嘴组，所述第一进气喷嘴组包括至少一个第一进气喷嘴，所述第一进气喷嘴用于向所述第一进料管内喷射含氧气体介质；所述第二进料管上设置有第二进气喷嘴组，所述第二进气喷嘴组用于向所述第二进料管内喷射含氧气体介质。
9.可选的，所述第一进气喷嘴组包括多个第一进气喷嘴，所述多个第一进气喷嘴沿所述第一进料管的周向均布。
10.可选的，所述第一进气喷嘴包括内层管以及套设在所述内层管外侧的外层管，所述内层管形成为内喷嘴，所述内层管与所述外层管之间的环隙形成为外喷嘴；
11.所述含氧气体介质包括二氧化碳介质和氧气介质，所述内喷嘴用于向所述第一进料管内喷射二氧化碳介质，所述外喷嘴用于向所述第一进料管内喷射氧气介质。
12.可选的，所述第一进料管的高度与所述第一进料管的内径的比值范围为2～4。
13.可选的，所述第一进料管在所述第二进料管上的连接位置远离所述第二进料管的出料端，且所述第一进料管在所述第二进料管上的连接位置位于所述第二进料管长度的1/
6～1/4处。
14.可选的，所述第二进气喷嘴组包括第二进气喷嘴，所述第二进气喷嘴设置在所述第二进料管的靠近所述第一进料管的出料端的一端。
15.可选的，所述第二进气喷嘴组还包括子进气喷嘴组，所述子进气喷嘴组位于所述第一进料管在第二进料管上的连接位置与所述第二进料管的出料端之间；
16.所述子进气喷嘴组包括上下相对设置的第一子喷嘴组和第二子喷嘴组；所述第一子喷嘴组包括至少一个第一子喷嘴，所述第二子喷嘴组包括至少一个第二子喷嘴，所述第一子喷嘴和所述第二子喷嘴在竖向上相互错开。
17.可选的，所述控煤装置还包括向下倾斜设置的第三进料管，所述第二进料管的出料端通过所述第三进料管与所述进煤口连通；
18.所述第三进料管上设置有第三进气喷嘴组，所述第三进气喷嘴组包括至少一个第三进气喷嘴，所述第三进气喷嘴用于向所述第三进料管内喷射热交换气体介质。
19.可选的，所述第三进气喷嘴组包括至少两个所述第三进气喷嘴，至少两个所述第三进气喷嘴在沿所述第三进料管内煤粉的流动方向上间隔排布。
20.可选的，所述第三进料管的中轴线与水平面之间的夹角范围为45
°
～60
°
。
21.可选的，所述进煤口处设置有第四进气喷嘴组，所述第四进气喷嘴组用于向所述进煤口喷射辅助气体介质。
22.可选的，所述第四进气喷嘴组包括设置在所述进煤口顶部的第四进气喷嘴以及设置在所述进煤口底部的第五进气喷嘴；
23.所述第四进气喷嘴的喷出方向与所述煤气化炉的外壁之间的夹角等于所述第四进气喷嘴的喷出方向与所述第三进料管的中轴线之间的夹角；
24.所述第五进气喷嘴的喷出方向与所述煤气化炉的外壁相垂直。
25.第二方面，本公开提供了一种煤气化炉，包括炉体以及如上所述的煤气化炉的进料系统；
26.所述炉体具有进煤口，所述煤气化炉的进料系统与所述进煤口连通。
27.本公开实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：
28.本公开提供的煤气化炉的进料系统以及煤气化炉，通过设置与提压装置连通的控煤装置，将控煤装置设置为包括竖向设置的第一进料管和水平设置的第二进料管，在使用时，经提压装置提压后的煤粉依次经过第一进料管和第二进料管进入至煤气化炉中，通过将第一进料管竖向设置，以提高煤粉移动的顺畅性，同时通过将第二进料管水平设置，以方便实现对进料速度的有效控制；由于第一进料管上设置有第一进气喷嘴组，第二进料管上设置有第二进气喷嘴组，通过第一进气喷嘴组向第一进料管内喷射含氧气体介质，通过第二进气喷嘴组向第二进料管内喷射含氧气体介质，使得煤粉与含氧气体介质接触，从而对煤粉进行预氧化处理，增加了煤质表面含氧官能团，改善了煤质属性和热稳定性，降低了煤的膨胀率，提高了其机械强度，降低了煤粉的结焦几率，在一定程度上保证了进料系统的稳定运行；而且预氧化处理过程会消耗一定碳、释放一部分煤的热量，该热量能够对煤粉进行干燥处理，降低了由进煤口进入的煤粉的水含量，改善煤的流动性能，从而降低了干燥工序的能耗，同时在一定程度上避免了较湿煤粉进入煤气化炉内吸收炉内热量而导致煤气化炉氧耗增加的情况出现。
附图说明
29.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
30.为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
31.图1为本公开实施例所述的煤气化炉的进料系统的结构框图；
32.图2为本公开实施例所述的煤气化炉的进料系统与煤气化炉连接在一起时的结构示意图；
33.图3为图2中的控煤装置的结构示意图。
34.其中，1、提压装置；11、常压煤仓；111、第一阀门；12、变压煤锁；121、第二阀门；13、高压煤斗；14、煤锁过滤器；141、泄压管线；142、连接管线；143、第三阀门；144、第四阀门；2、控煤装置；21、第一进料管；210、进料端；211、第一进气喷嘴；22、第二进料管；221、第二进气喷嘴；222、第一子喷嘴；223、第二子喷嘴；23、第三进料管；230、出料端；231、第三进气喷嘴；241、第四进气喷嘴；242、第五进气喷嘴；3、炉体；31、进煤口；32、外壁。
具体实施方式
35.为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
36.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。
37.煤气化技术是洁净高效利用煤的一种重要方式。我国煤炭资源丰富，油气资源相对匮乏，将丰富的煤炭转化成清洁的气体，近年来受到众多关注及应用。
38.现有煤气化炉采用粉煤为原料，经备煤工段将煤粉干燥至水分含量达标后，再通过多级锁斗提压、经星型给料器控制进料量配合进煤输送气送入气化炉中。然而，现有的进料系统在输送煤粉过程中煤粉容易结焦堵塞，影响进料系统的稳定运行，而且由于在利用进料系统对煤粉进行输送之前，需要通过干燥工序将煤粉干燥至水分含量为5％以下，导致干燥工序能耗较高。
39.基于此，本公开提供一种煤气化炉的进料系统以及煤气化炉，以降低煤粉的结焦几率，在一定程度上保证进料系统的稳定运行，同时降低干燥工序的能耗。下面通过具体的实施例对煤气化炉的进料系统以及煤气化炉进行详细说明：
40.实施例一
41.本实施例提供一种煤气化炉的进料系统，本实施例的进料系统具体可适用于流化床气化炉。流化床气化炉因炉内温度均匀，气固混合均匀、接触佳，气化效率高等原因广泛应用于煤气化工艺。尤其可适用于加压流化床气化炉，其操作压力高、单炉处理量大，气化炉出口煤气压力高、无需加压便可以直接送入后续净化、合成系统，能耗大大降低。
42.参照图1至图3所示，本实施例的煤气化炉的进料系统包括：提压装置1以及控煤装
置2。
43.其中，提压装置1用于对煤粉进行提压。具体地，提压装置1包括常压煤仓11、变压煤锁12、高压煤斗13以及煤锁过滤器14。其中，常压煤仓11、变压煤锁12、高压煤斗13由上至下依次设置，煤锁过滤器14与变压煤锁12相连。控煤装置2的进料端与高压煤斗13的出料口连通。
44.具体使用时，将一定水分含量(比如水分在10
‑
20％)的煤粉经过常压煤仓11的进料口进入至常压煤仓11中，保持变压煤锁12与常压煤仓11压力平衡，打开常压煤仓11和变压煤锁12之间的第一阀门111，将常压煤仓11中的煤粉加入变压煤锁12中，打开第四阀门144，通过煤锁过滤器14上的充压管线经煤锁过滤器14、连接管线142给变压煤锁12充压，变压煤锁12压力与下部的高压煤斗13达到压力平衡后，开启变压煤锁12和高压煤斗13之间的第二阀门121，将变压煤锁12中粉煤排入高压煤斗13中。关闭第二阀门121，对变压煤锁12进行泄压处理，开启变压煤锁12与煤锁过滤器14之间的泄压管线141上的第三阀门143，通过煤锁过滤器14对变压煤锁12进行泄压，同时将泄压气中的粉尘过滤下来留存于煤锁过滤器14中，下一个充压环节返回变压煤锁12中。其中，煤锁过滤器14中分离下来的粉煤在充压过程中被一并带入变压煤锁12中。进入至高压煤斗13中的煤粉最终由高压煤斗13的出料口进入至控煤装置2中。
45.具体实现时，提压装置1与控煤装置2之间可以不设置任何机械阀门和机械元件。具体通过控煤装置2调节煤粉进料量。示例性的，本实施例的控煤装置2具体可以是非机械控制装置，通过非机械控料阀门调控进料量。
46.其中，控煤装置2包括：竖向设置的第一进料管21以及水平设置的第二进料管22。此处的竖向设置和水平设置是以煤气化炉工作时所在的工作地面或者工作台面为基准，第一进料管21沿竖直方向设置，第二进料管22沿水平方向设置。
47.第一进料管21的进料端210与提压装置1的出料口连通，即，第一进料管21的进料端210与高压煤斗13的出料口连通。第一进料管21的出料端与第二进料管22连通，第二进料管22的出料端与煤气化炉的进煤口31连通。也就是说，从高压煤斗13的出料口排出的煤粉可依次经过第一进料管21和第二进料管22，最终从煤气化炉的进煤口31进入至煤气化炉中发生煤气化反应。
48.其中，第一进料管21上设置有第一进气喷嘴组，第一进气喷嘴组包括至少一个第一进气喷嘴211，第一进气喷嘴211用于向第一进料管21内喷射含氧气体介质。第二进料管22上设置有第二进气喷嘴组，第二进气喷嘴组用于向第二进料管22内喷射含氧气体介质。
49.在本实施例中，上述的含氧气体介质具体可包括二氧化碳介质和氧气介质。
50.煤粉与含氧介质通过第一进料管21和第二进料管22，保持在一定温度下接触，对煤粉进行预氧化处理，增加了煤质表面含氧官能团，改善煤质属性，降低煤的膨胀率，改善其热稳定性、提高机械强度，降低结焦几率，同时预氧化处理过程会消耗一定碳、释放一部分煤的热值，该热量对煤粉进行干燥处理，将入口煤粉中水含量进一步降低，改善煤的流动性能，同时在一定程度上避免较湿煤粉入炉吸收炉内热量而导致煤气化炉氧耗增加的现象出现。
51.与现有技术的通过星型给料器输送煤粉的方案相比，由于本实施例的进料系统不包括星型给料器，因此，可避免星型给料器轴封磨损、漏气而导致进料系统长周期稳定运行
困难、所需输送气气量大、煤粉易结焦堵塞的情况出现。
52.本实施例提供的煤气化炉的进料系统，通过设置与提压装置1连通的控煤装置2，将控煤装置2设置为包括竖向设置的第一进料管21和水平设置的第二进料管22，在使用时，经提压装置提压后的煤粉依次经过第一进料管21和第二进料管22进入至煤气化炉中，通过将第一进料管21竖向设置，以提高煤粉移动的顺畅性，同时通过将第二进料管22水平设置，以方便实现对进料速度的有效控制；由于第一进料管21上设置有第一进气喷嘴组，第二进料管22上设置有第二进气喷嘴组，通过第一进气喷嘴组向第一进料管21内喷射含氧气体介质，通过第二进气喷嘴组向第二进料管22内喷射含氧气体介质，使得煤粉与含氧气体介质接触，从而对煤粉进行预氧化处理，增加了煤质表面含氧官能团，改善了煤质属性和热稳定性，降低了煤的膨胀率，提高了其机械强度，降低了煤粉的结焦几率，在一定程度上保证了进料系统的稳定运行；而且预氧化处理过程会消耗一定碳、释放一部分煤的热量，该热量能够对煤粉进行干燥处理，降低了由进煤口进入的煤粉的水含量，改善煤的流动性能，从而降低了干燥工序的能耗，同时在一定程度上避免了较湿煤粉进入煤气化炉内吸收炉内热量而导致煤气化炉氧耗增加的情况出现。
53.具体实现时，可将第一进料管21设置为圆柱形管，参照图3所示，较为优选的，第一进料管21的高度h与第一进料管21的内径d之间的比值可设置在2～4之间，这样设置能够进一步提高煤粉输送的顺畅性。具体操作时，保持第一进料管21内部为满料状态，煤粉以移动床状态下落。
54.较为优选的，第一进气喷嘴组包括多个第一进气喷嘴211，多个第一进气喷嘴211沿第一进料管21的周向均布。这样设置使得含氧气体介质能够从第一进料管21的周向进气，提高了含氧气体介质分布的均匀性，使得煤粉能够更有效的与含氧气体介质接触，且提高了第一进料管21内煤粉流动的顺畅性。
55.第一进气喷嘴211具体可包括：内层管以及套设在内层管外侧的外层管。内层管形成为内喷嘴，内层管与外层管之间的环隙形成为外喷嘴。内喷嘴用于向第一进料管21内喷射二氧化碳介质，外喷嘴用于向第一进料管21内喷射氧气介质。二氧化碳介质和氧气介质在喷嘴喷出外置碰撞，这样设置使得二氧化碳介质和氧气介质混合的更加均匀，保持氧气浓度为3％～18％。
56.具体地，第一进料管21的底端形成为第一进料管21的出料端，第一进料管21的出料端直接与第二进料管22连接，以实现第一进料管21与第二进料管22的连通，使得从第一进料管21的出料端排出的物料直接进入至第二进料管22中。
57.较为优选的，第一进料管21在第二进料管22上的连接位置远离第二进料管22的出料端，且第一进料管21在第二进料管22上的连接位置位于第二进料管22长度的1/6～1/4处。图3中的尺寸l即为第二进料管22的长度，以图3为例进行示例性说明，可以理解的是，第一进料管21的出料端与第二进料管22的进料端连通，第二进料管22的右端形成为第二进料管22的出料端，第一进料管21在第二进料管22上的连接位置靠近第二进料管22的左端。比如，当第一进料管21在第二进料管22上的连接位置位于第二进料管22长度的1/6时，即为第二进料管22的左端与该连接位置之间的距离与整个第二进料管22的长度l的比值为1/6。这样设置可保证第二进料管22中的煤粉与含氧介质的有效接触时间，保证预氧化效果。
58.其中，第二进气喷嘴组包括第二进气喷嘴221，第二进气喷嘴221设置在第二进料
管22的靠近第一进料管21的出料端的一端。参照图3，可以理解为，第二进气喷嘴221设置在第二进料管22的左端。第二进气喷嘴221用于向第二进料管22中喷射含氧气体介质。示例性的，第二进气喷嘴221向第二进料管22喷射的含氧气体介质包括二氧化碳和氧气，氧气浓度为3％～18％。通过将第二进气喷嘴221设置在该位置，在向第二进料管22内喷射含氧气体介质，实现煤粉的预氧化处理的同时，使得从第二进气喷嘴221进入的含氧气体介质能够在一定程度上起到对煤粉的输送作用，使得煤粉的输送更加顺畅。
59.进一步地，第二进气喷嘴组还包括子进气喷嘴组，子进气喷嘴组位于第一进料管21在第二进料管22上的连接位置与第二进料管22的出料端之间。其中，子进气喷嘴组包括上下相对设置的第一子喷嘴组和第二子喷嘴组。第一子喷嘴组包括至少一个第一子喷嘴222，第二子喷嘴组包括至少一个第二子喷嘴223。在本实施例中，第一子喷嘴222和第二子喷嘴223均为多个，多个第一子喷嘴222设置在第二进料管22的顶部，且沿第二进料管22的轴向间隔排布，多个第二子喷嘴223设置在第二进料管22的底部，且沿第二进料管22的轴向间隔排布。
60.较为优选的，第一子喷嘴222和第二子喷嘴223在竖向上相互错开，从而提高了含氧气体介质在第二进料管22中的分布范围，且进一步提高了进气的均匀性。
61.继续参照图2和图3所示，在本实施例中，控煤装置2还包括：向下倾斜设置的第三进料管23。第二进料管22的出料端通过第三进料管23与进煤口31连通。也就是说，第三进料管23的进料端与第二进料管22的出料端连通，第三进料管23的出料端230与进煤口31连通，煤粉从第二进料管22的出料端进入至第三进料管23中，进而由进煤口31进入至煤气化炉中。通过使第三进料管23向下倾斜延伸，使得第二进料管22排出的煤粉能够顺畅地沿着第三进料管23下落，进而进入至煤气化炉中。
62.具体实现时，可将第三进料管23的中轴线与水平面之间的夹角设置在45
°
～60
°
之间，以进一步提高煤粉下落的顺畅性。
63.其中，第三进料管23上设置有第三进气喷嘴组，第三进气喷嘴组包括至少一个第三进气喷嘴231，第三进气喷嘴231用于向第三进料管23内喷射热交换气体介质。需要说明的是，该热交换气体介质具有一定温度。煤粉在下落过程中与热交换气体介质接触换热，从而进一步降低了煤粉中的含水量，即对煤粉进行进一步干燥处理。具体实现时，热交换气体介质比如可以是粗煤气，利用粗煤气显热对煤粉进行二次干燥处理。同时第三进气喷嘴231喷射的热交换气体介质对煤粉有输送作用，防止煤粉在倾斜的第三进料管23过多停留、堆积、堵塞管线，进一步保证了进料系统的稳定运行。
64.较为优选的，第三进气喷嘴组包括至少两个第三进气喷嘴231，至少两个第三进气喷嘴231在沿第三进料管23内煤粉的流动方向上间隔排布。参照图2所示，示例性的，第三进气喷嘴组包括两个第三进气喷嘴231，其中一个第三进气喷嘴231设置在第三进料管23的中部，其中另一个第三进气喷嘴231设置在第三进料管23的中部与第三进料管23的进料端之间。这样设置使得热交换气体介质的分布更加均匀，能够更加有效的与煤粉接触换热，使得煤粉的干燥效果更好，且对煤粉的输送效果更好。
65.进一步地，进煤口31处还设置有第四进气喷嘴组，第四进气喷嘴组用于向进煤口31喷射辅助气体介质。辅助气体介质比如可以为水蒸气。具体操作时，需保持辅助气体介质的温度高于气化炉操作压力下对应的饱和蒸汽温度。通过第四进气喷嘴组向进煤口31喷射
辅助气体介质，辅助气体介质能够及时将进煤口31附近的煤粉吹落至煤气化炉，避免煤粉在进煤口31处过长停留，同时避免其在进煤口31结焦堵塞进煤口31，为正常进料提供了较好保障。
66.第四进气喷嘴组具体可包括：设置在进煤口31顶部的第四进气喷嘴241以及设置在进煤口31底部的第五进气喷嘴242。较为优选的，可使第四进气喷嘴241的喷出方向与煤气化炉的外壁32之间的夹角等于第四进气喷嘴241的喷出方向与第三进料管23的中轴线之间的夹角。即，第四进气喷嘴241的安装角度为第三进料管23与煤气化炉外壁32形成的夹角的一半位置，第四进气喷嘴241形成为进煤口31上倾斜喷嘴。其中，可使第五进气喷嘴242的喷出方向与煤气化炉的外壁32相垂直，即，第五进气喷嘴242的安装角度为水平方向，第五进气喷嘴242形成为进煤口31下水平喷嘴。
67.通过第四进气喷嘴241和第五进气喷嘴242向进煤口31通入一定温度的辅助气体介质，以更加快速且及时的进煤口31附近的煤粉吹落入气化炉，在更大程度上避免了进煤口31结焦而堵塞进煤口31的情况出现。
68.经过第一进料管21、第二进料管22和第三进料管23的干燥处理，使得第三进料管23的出料端排出的煤粉的水分含量可达到5％以下。也就是说，在前期干燥工序无需将煤粉干燥至水分含量达到5％以下，因为当干燥工序干燥至一定程度的煤粉进入控煤装置2后，控煤装置2会对煤粉进行进一步干燥，比如，可使前期的干燥工序将煤粉干燥至水分含量在10％～20％之间即可，当煤粉经过控煤装置2后，经控煤装置2对煤粉的干燥处理，进一步降低煤粉中的水分，使得从控煤装置2的出料端排出的煤粉的水含量可达到5％以下，因此，本实施例提供的进料系统能够降低干燥工序的干燥能耗。
69.实施例二
70.参照图2和图3所示，本实施例提供一种煤气化炉，该煤气化炉包括炉体3和进料系统。
71.其中，炉体3具有进煤口31，进料系统与进煤口31连通，进料系统用于输送煤粉，使煤粉由进煤口31进入至炉体3中发生煤气化反应。
72.本实施例提供的煤气化炉具体可以是流化床气化炉。
73.本实施例中的进料系统与实施例一提供的煤气化炉的进料系统的结构和实现原理相同，并能带来相同或者类似的技术效果，在此不再一一赘述，具体可参照实施例一的描述。
74.需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
75.以上所述仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公开。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开
将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。