CN101508915A - 一种液体燃料或固体燃料水淤浆的气化装置 - Google Patents

一种液体燃料或固体燃料水淤浆的气化装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种液体燃料或固体燃料水淤浆的气化装置，该气化装置包括气化炉壳体(19)，该气化炉壳体(19)为直立圆筒，其内部结构分为三段，自上而下分别为气体冷却室(2)、气化室(10)、集渣室(15)，三室竖直并同轴地连接在气化炉壳体(19)中，气化炉壳体(19)顶部设有气体出口(1)，底部设有碎渣设备接口(18)。与现有技术相比，本发明具有结构简单、加工容易、投资成本低等优点。

Description

一种液体燃料或固体燃料水淤浆的气化装置
技术领域
本发明涉及一种液体燃料或固体燃料水淤浆的气化装置，具体涉及一种用液态烃或者水煤浆制粗煤气的气化装置。
背景技术
煤的洁净与高效利用是当今能源与环境保护领域中的重大技术课题，也是我国国民经济持续发展的关键技术之一。
煤气化技术按照进料方式分为两种，一种是以荷兰壳牌(Shell)公司为代表的干煤粉气化工艺(ZL02829258.8)另一种是以美国GE(原德士古(Texaco))公司为代表的水煤浆煤气化工艺(ZL94117093.4)。
近几国内煤化工行业得到了长足发展，涌现出一批具有自主知识产权的煤气化工艺，具有代表性的是华东理工的多喷嘴水煤浆气化技术(ZL98110616.1)和西北热工院的两段式干煤粉气化技术(ZL01131780.9)。
GE气化炉有两种粗煤气的冷却方式，一种是从气化室出来的粗煤气与熔渣直接进入辐射废锅回收高温显热，这种方式热煤气的显热得到回收利用，但是由于熔渣在辐射废锅中冷却时间较长，熔渣从液态到固态的过程较慢，冷却过程中煤渣仍存在一定的粘性，易于在废锅表面或进水集合管上粘结积聚。国内某GE废锅流程的气化炉中，熔渣在辐射废锅集合管上挂渣架桥的事情也时有发生，严重影响生产操作周期。GE气化炉另一种方式采用工艺水直接激冷，在气化室出口处设置激冷环与下降管，激冷水喷入下降管的内壁，当激冷环发生穿孔或堵塞时，下降管将出现干区，从气化室流出的熔渣极易在干区粘结积聚，最终堵塞并烧毁下降管，因下降管堵塞而造成停车的事故在现有的工业化装置中常有发生。高温粗煤气在激冷室中用水喷淋和水浴激冷，在洗涤的同时将粗煤气的显热直接转化成蒸汽。这种将高温热源转化成低品位的低温热能来使用，在热能的利用上是极不合理的，热量回收的利用价值也不高。由于激冷后气体中水蒸气的体积分数达到60％，总气量急剧增大，造成气体雾沫夹带的液态水量约为水蒸气量的1.5倍，显著增加了工艺水输送过程中的能耗。GE与华东理工的水煤浆气化炉均采用气渣并流的方式，气化反应高温区在上部，气化室下方的排渣口温度相对较低，为使煤渣以熔融态从气化室底部排出，需提高高温区的气化反应温度，必然增加额外的氧耗，冷煤气效率将降低。华东理工多喷嘴水煤浆技术高温粗煤气冷却采用水激冷的方式，因此没有从根本上解决熔渣堵塞下降管，粗煤气显热利用效率低等问题，此外华东理工的气化炉在生产中出现气化炉顶超温，高温衬里寿命缩短等问题，此后虽经过增高气化炉使部分问题得到一定程度的缓解，但是烧嘴以上至气化炉顶的空间成了回转气流形成的一个死区，既浪费反应空间，又增加了气化炉的设备投资。
Shell的粉煤气化工艺采用四喷嘴粉煤进料，粗煤气向上流动，在气化室上部的出口处用循环压缩后的净化粗煤气将高温粗煤气激冷到850-900℃，将气体携带的细渣激冷成固体，降低了热回收设备的材质要求，循环激冷气与高温粗煤气的比约为0.8，反应生成的熔渣沿水冷壁向下流动，经排渣口进入下部水浴，连续排至气化炉下方的锁斗。Shell工艺的缺点有：采用干煤粉进料，煤粉的输送比较困难，进入气化炉的煤粉量难以准确计量，气化反应压力难以提高，采用循环粗煤气激冷高温粗煤气，增加了循环气压缩工耗，降低了总的除尘效率。西北热工院的两段式气化炉改进了Shell的高温粗煤气的激冷方式，在高温区出口处增加了两个喷嘴，喷入粉煤和蒸汽，利用高温显热进行煤的热解与气化反应，同时也利用蒸汽与粉煤将高温粗煤气激冷到900℃，不足之处在于因二段反应的温度在900-1000℃之间，气化温度较低，粗煤气中甲烷含量偏高，粉煤不能充分反应，气体含尘量高等。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种结合了粉煤气化中气渣分离、部分激冷、高温位显热回收与水煤浆气化中煤浆输送方便、气化压力高、气化室单位体积产气量高、粗煤气中H2含量高等优点，进一步改善了工艺烧嘴的喷射方式，将现有激冷流程气化炉中的回收低品位的低温热能改为回收高品位的高温热能，提高热能的使用价值的液体燃料或固体燃料水淤浆的气化装置。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种液体燃料或固体燃料水淤浆的气化装置，其特征在于，该气化装置包括气化炉壳体19，该气化炉壳体19为直立圆筒，其内部结构分为三段，自上而下分别为气体冷却室2、气化室10、集渣室15，三室竖直并同轴地连接在气化炉壳体19中，气化炉壳体19顶部设有气体出口1，底部设有碎渣设备接口18。
所述的气体冷却室2安装有激冷装置7和水冷壁锅炉3，激冷装置7安装于气化室的气体出口9与水冷壁锅炉3之间，所述的激冷装置7将气化室气体出口9出来的高温粗煤气与细渣激冷至煤渣的灰熔点温度50-300℃之下，防止细渣在水冷壁锅炉3粘结积聚，所述的水冷壁锅炉3回收经过激冷的高温粗煤气的高温显热发生饱和中高压蒸汽，同时将粗煤气冷却到400-800℃，所述的高压蒸汽的压力为2-14Mpa。
所述的激冷装置7的激冷介质为水、不与粗煤气中的组分发生反应并且不腐蚀设备的惰性气体和低温粗煤气，激冷装置7将激冷介质均匀喷入高温粗煤气中，快速冷却粗煤气和气体携带的细渣。
所述的水冷壁锅炉3采用盘管、竖直的集束管或者水夹套，管间密封焊接相连，水冷壁锅炉3下端设置水冷壁进水集合总管，上端设置高压蒸汽集合总管，气体冷却室2通过水冷壁锅炉3被分隔为内外两层，水冷壁锅炉3内侧为封闭的粗煤气流动通道，水冷壁锅炉3与气化炉壳体19之间的空腔用于激冷水管、水冷壁进出水管及集合总管的排布，运行时通过惰性气体进出口5充入不与粗煤气发生反应并且不腐蚀设备的惰性气体，且惰性气体压力大于高温粗煤气侧压力。
所述的气化室10内沿气化炉壳体19的轴向安装1～4层工艺烧嘴接口11，每层安装1～4对工艺烧嘴接口11，水平对称均匀分布在气化炉壳体19上，工艺烧嘴接口11的中心线与气化炉壳体19的径向夹角为α，0<α≤60°优选是安装单层2对工艺烧嘴接口11或者2层每层1对工艺烧嘴接口11，成对的两个工艺烧嘴接口11成180°对称设置，所述的α是0<α≤15°。
所述的气化室10内安装有耐热耐磨衬里12，气化室10下部设有气化室排渣口14，上部设有气体出口9。
所述的耐热耐磨衬里12按径向可分为1～4层，耐热耐磨衬里12砌筑在托砖板17上，该托砖板17可分为多层并且焊接在气化炉壳体19上。
所述的集渣室15是与气化炉壳体19等径或不等径的空腔，通过气化室排渣口14与气化室10相连，所述的集渣室15内设有同轴安装于气化室排渣口14正下方的密封罩17，该密封罩17装有灰渣激冷水喷淋装置，用于保护密封罩17和激冷气化室排渣口14流出的熔渣，所述的集渣室15设有灰渣激冷水进口16，下部设有碎渣设备接口18。
所述的密封罩17的直径大于气化室排渣口14直径小于气化炉壳体19内径。
与现有技术相比，本发明采用与气化炉径向成一定夹角的对置式水煤浆烧嘴，烧嘴设置在气化室的中下部，通过反应物的喷射作用使气化反应生成的粗水煤气与熔渣形成旋流，煤气化反应、炉内温度分布、气体停留时间更加均匀，有利于提高煤气化效率，延长耐火衬里的使用寿命，粗水煤气向上走，熔渣液滴被甩至气化炉的耐热衬里上，沿壁面下流，气化反应高温区接近排渣口，有利于煤渣以熔融态从排渣口流入正下方的集渣室，可有效防止熔渣堵塞排渣口。采用气渣分离，从根本上解决了水煤浆气化炉堵塞下降通道的问题。对高温粗煤气用水部分激冷，无需增加循环合成气压缩设备，没有压缩功耗，将粗煤气的高品味热量的转化为高品味蒸汽，提高了粗煤气的显热利用效率，属于节能的技术。该气化装置具有结构简单、加工容易、投资成本低等特点。
附图说明
图1是本发明一种液体燃料或固体燃料水淤浆的气化装置的结构示意图；
图2是工艺烧嘴接口的布置图；
图3是水冷壁锅炉为竖直集束管时的结构示意图；
图4是水冷壁锅炉为竖直集束管时的管间的连接结构图；
图5是图4的横截面示意图；
图6是水冷壁锅炉为水夹套时的结构图。
图中，1为气体出口，2为气体冷却室，3为水冷壁锅炉，4为水冷壁锅炉出汽口，5为惰性气进出口，6为水冷壁锅炉进水口，7为激冷装置，8为气体激冷水入口，9为气化室气体出口，10为气化室，11为工艺烧嘴接口，12为耐热耐磨衬里，13为托砖板，14为气化室排渣口，15为集渣室，16为灰渣激冷水入口，17为密封罩，18为碎渣设备接口，19为气化炉壳体。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
如图1所示，一种液体燃料或固体燃料水淤浆的气化装置，该气化装置的气化炉壳体19为直立圆筒，气化炉壳体19内部结构分为三段，自上而下分别气体冷却室2、气化室10和集渣室15，气体冷却室2、气化室10和集渣室15同轴地连接在气化炉壳体19中。
气体冷却室2内安装有水冷壁锅炉3，水冷壁锅炉3可采用盘管或者竖直的集束管或者水夹套，图1是水冷壁锅炉3采用盘管的情况，图3是水冷壁锅炉3采用竖直集束管的情况，管间用焊接相连如图4～5所示，图6是水冷壁锅炉3采用水夹套的情况，水冷壁锅炉3上端设置高压蒸汽集合总管，下端设置水冷壁进水集合总管，在气化炉壳体19上设有水冷壁锅炉出汽口4、惰性气体进出口5和水冷壁锅炉进水口6，气体冷却室2通过水冷壁锅炉3被分隔为内外两层，水冷壁锅炉3内侧为封闭的粗煤气流动通道，并在下部设有雾化水激冷装置7。水冷壁锅炉3与气化炉壳体19之间的空腔用于激冷水管、水冷壁进出水管及集合总管的排布。
气化室10内安装耐热耐磨衬里12，耐热耐磨衬里按径向可分为3层，耐热耐磨衬里砌筑在托砖板13上，托砖板13焊接在气化炉壳体19上。在气化室10中可根据需要设置1至4层工艺烧嘴接口11，每层又可设置1至4对工艺烧嘴接口11，最少设置1对工艺烧嘴接口11，最多设置16对工艺烧嘴接口11，图1是在气化室中位线下方水平设置2对单层工艺烧嘴接口11的情况，如图2所示，同一对的两个工艺烧嘴接口11错开一定的角度，中心线与气化炉径向夹角为α(0<α≤60°)，气化室10下部为耐热耐磨衬里12砌筑的锥形收缩结构，设有气化室排渣口14，上部设有气化室气体出口9。
集渣室15是与气化炉等径或不等径的空腔，通过气化室排渣口14与气化室10相连，集渣室15内设有密封罩17同轴安装于气化室排渣口14的正下方，密封罩17直径为大于气化室排渣口14直径小于气化炉壳体19直径，密封罩17装有灰渣激冷水喷淋装置，用于保护密封罩17和激冷气化室排渣口14流出的熔渣，集渣室15设有灰渣激冷水进口16，下部设有碎渣设备接口18。
运行时水煤浆与氧气采用四个工艺烧嘴喷入气化室10，在6.5MPa 1200-1300℃发生部分氧化反应生成粗煤气，通过反应物的喷射作用使反应生成的粗煤气与熔渣形成旋流，粗煤气螺旋上升，熔渣被甩至气化炉的耐热耐磨衬里12上，沿壁面下流，气化反应高温区接近气化室排渣口12，有利于煤渣以熔融态经气化室排渣口12流入正下方的集渣室15。在集渣室15内通过循环补充激冷水维持一定的液位，将熔渣激冷成固体颗粒，经后续设备粉碎后连续排至其他集渣设备。
粗煤气携带少量的灰渣从气化室10上部的气体出口9进入气体冷却室2，在气体冷却室2的外侧环形空间通过惰性气体进出口5充入惰性保护气，如N2、CO2、Ar等，气体压力略大于粗煤气压力，减轻水冷壁锅炉3的承压，在气体冷却室2的下部的雾化激冷装置7均匀喷入经过脱氧预热的雾化脱盐水，将高温粗煤气以及气体携带的细渣激冷至800-1100℃，粗煤气与水冷壁锅炉换热后温度降至500-800℃从气体出口1出气化炉。
结合图1与实施例的详细说明可更好地理解本发明的目的和特征，但不作为限制本发明的依据。

Claims (9)

1.一种液体燃料或固体燃料水淤浆的气化装置，其特征在于，该气化装置包括气化炉壳体(19)，该气化炉壳体(19)为直立圆筒，其内部结构分为三段，自上而下分别为气体冷却室(2)、气化室(10)、集渣室(15)，三室竖直并同轴地连接在气化炉壳体(19)中，气化炉壳体(19)顶部设有气体出口(1)，底部设有碎渣设备接口(18)。
2.根据权利要求1所述的一种液体燃料或固体燃料水淤浆的气化装置，其特征在于，所述的气体冷却室(2)安装有激冷装置(7)和水冷壁锅炉(3)，激冷装置(7)安装于气化室的气体出口(9)与水冷壁锅炉(3)之间，所述的激冷装置(7)将气化室气体出口(9)出来的高温粗煤气与细渣激冷至煤渣的灰熔点温度50-300℃之下，防止细渣在水冷壁锅炉(3)粘结积聚，所述的水冷壁锅炉(3)回收经过激冷的高温粗煤气的高温显热发生饱和中高压蒸汽，同时将粗煤气冷却到400-800℃，所述的高压蒸汽的压力为2-14Mpa。
3.根据权利要求2所述的一种液体燃料或固体燃料水淤浆的气化装置，其特征在于，所述的激冷装置(7)的激冷介质为水、不与粗煤气中的组分发生反应并且不腐蚀设备的惰性气体和低温粗煤气，激冷装置(7)将激冷介质均匀喷入高温粗煤气中，快速冷却粗煤气和气体携带的细渣。
4.根据权利要求2所述的一种液体燃料或固体燃料水淤浆的气化装置，其特征在于，所述的水冷壁锅炉(3)采用盘管、竖直的集束管或者水夹套，管间密封焊接相连，水冷壁锅炉(3)下端设置水冷壁进水集合总管，上端设置高压蒸汽集合总管，气体冷却室(2)通过水冷壁锅炉(3)被分隔为内外两层，水冷壁锅炉(3)内侧为封闭的粗煤气流动通道，水冷壁锅炉(3)与气化炉壳体(19)之间的空腔用于激冷水管、水冷壁进出水管及集合总管的排布，运行时通过惰性气体进出口(5)充入不与粗煤气发生反应并且不腐蚀设备的惰性气体，且惰性气体压力大于高温粗煤气侧压力。
5.根据权利要求1所述的一种液体燃料或固体燃料水淤浆的气化装置，其特征在于，所述的气化室(10)内沿气化炉壳体(19)的轴向安装1～4层工艺烧嘴接口(11)，每层安装1～4对工艺烧嘴接口(11)，水平对称均匀分布在气化炉壳体(19)上，工艺烧嘴接口(11)的中心线与气化炉壳体(19)的径向夹角为α，0<α≤60°，优选是安装单层2对工艺烧嘴接口(11)或者2层每层1对工艺烧嘴接口(11)，成对的两个工艺烧嘴接口(11)成180°对称设置，所述的α是0<α≤15°。
6.根据权利要求1所述的一种液体燃料或固体燃料水淤浆的气化装置，其特征在于，所述的气化室(10)内安装有耐热耐磨衬里(12)，气化室(10)下部设有气化室排渣口(14)，上部设有气体出口(9)。
7.根据权利要求6所述的一种液体燃料或固体燃料水淤浆的气化装置，其特征在于，所述的耐热耐磨衬里(12)按径向可分为1～4层，耐热耐磨衬里(12)砌筑在托砖板(17)上，该托砖板(17)可分为多层并且焊接在气化炉壳体(19)上。
8.根据权利要求1所述的一种液体燃料或固体燃料水淤浆的气化装置，其特征在于，所述的集渣室(15)是与气化炉壳体(19)等径或不等径的空腔，通过气化室排渣口(14)与气化室(10)相连，所述的集渣室(15)内设有同轴安装于气化室排渣口(14)正下方的密封罩(17)，该密封罩(17)装有灰渣激冷水喷淋装置，用于保护密封罩(17)和激冷气化室排渣口(14)流出的熔渣，所述的集渣室(15)设有灰渣激冷水进口(16)，下部设有碎渣设备接口(18)。
9.根据权利要求8所述的一种液体燃料或固体燃料水淤浆的气化装置，其特征在于，所述的密封罩(17)的直径大于气化室排渣口(14)直径小于气化炉壳体(19)内径。
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