CN102071063A - 低压水冷壁气化炉 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低压水冷壁气化炉，包括：限定有炉腔的炉体；形成有渣口的隔板，所述隔板水平设在炉体内且将炉腔分隔成气化室和位于气化室之下的激冷室；下降管，所述下降管设在隔板下方且通过渣口与气化室连通；以及上升管套，所述上升管套设在下降管外侧，所述上升管套的底部设有进水口且顶部设有出水口，所述出水口与下降管内部连通以向下降管内通入激冷水；其中激冷室的、靠近隔板的炉体的侧壁上形成有出气口。根据本发明实施例的低压水冷壁气化炉，上升管套内通入激冷水且从下到上流动，与下降管换热以降低下降管内气体的温度，从而可以实现在低压情况下制造合成气，降低了设备投资成本、提高了生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及燃气领域，尤其是涉及一种低压水冷壁气化炉。
背景技术
目前，国内的工业燃气主要适用于在陶瓷、玻璃、冶金、纺织印染、造纸及城市供气等领域的中小型能源用户。陶瓷玻璃行业中大部分厂家的燃气主要来源为固定床两段式气化炉，它是在固定床间歇气化的基础上进行改进的一种炉型。此气化炉具有建造成本低，结构简单等优点，但同时存在用煤要求高、炭转化率低、产气量小无法大型化、污染高等先天缺陷。
关于结构和原理部分，传统的气化炉分上下两部分，上部为非熔渣-熔渣燃烧气化室，下部为激冷室。氧气和水煤浆等原料在燃烧气化室内反应生产的粗合成气以及在高温下熔融的煤中的灰渣通过渣口进入激冷室并对合成气进行降温然后排出炉体。
上述的传统的气化炉采用的水冷壁主要为水冷壁盘管，有的为螺旋盘管，有的为竖直管加鳍片，耐压性能较低，焊缝多，不安全。进一步地，传统的气化炉内的渣口采用耐火砖形成，在高温气流的冲刷和腐蚀下，一般4000-6000小时需更换一次耐火砖，更换麻烦且成本高。
另外，传统的气化炉多采用激冷环和下降管形式对合成气进行降温。激冷环和下降管多采用INCOLOY825材料，并依靠激冷水加以保护，如激冷水量不足，将直接导致激冷环和下降管烧坏、变形。
此外，由于目前高压气化炉均采用锁斗进行排渣，低压气化如采用锁斗存在以下问题：第一，气化炉操作很复杂，和高压的气化炉操作无差别。第二，气化框架很高，甚至高于高压的气化炉，投资很高。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种低压水冷壁气化炉，所述低压水冷壁气化炉的寿命更长、耐压性能更好。此外，该低压水冷壁气化炉可以实现在低压情况下制造合成气，降低了设备投资成本、提高了生产效率。
根据本发明实施例的一种低压水冷壁气化炉，包括：限定有炉腔的炉体，所述炉腔侧壁设有水冷壁，所述炉体的顶部形成有主进口，且底部形成有排渣口；形成有渣口的隔板，所述隔板水平设在所述炉体内且将所述炉腔分隔成气化室和位于所述气化室之下的激冷室；下降管，所述下降管设在所述隔板下方且通过所述渣口与所述气化室连通；以及上升管套，所述上升管套套设在所述下降管外侧，所述上升管套的底部设有进水口且顶部设有出水口，所述出水口与所述下降管内部连通以向所述下降管内通入激冷水；其中，所述激冷室的、靠近隔板的炉体的侧壁上形成有出气口，且在激冷室的靠近炉底的侧壁上形成有黑水出口。
根据本发明实施例的低压水冷壁气化炉，上升管套内通入激冷水且从下到上流动，与下降管换热以降低下降管的温度，从而保证下降管不至于因高温变形甚至烧坏，同时，喷入下降管内的激冷水可与下降管内的高温合成气进行充分换热，从而省掉了传统制造合成气中所使用的激冷环，极大地降低了设备的投资成本。
另外，根据本发明的低压水冷壁气化炉还具有如下附加技术特征：
所述炉体包括：第一主体，所述第一主体为竖直圆柱形；顶壳，所述顶壳封闭所述第一主体的顶部且所述主进口形成在顶壳上；底壳，所述底壳连接在所述第一主体的底部且其顶部形成为倒截锥形，且所述排渣口形成在所述底壳的底部；其中所述隔板大致固定在所述第一主体的沿轴向的中部。
可选地，所述渣口设在所述隔板的中央，且所述隔板从其外周边缘到渣口逐渐向上拱起。
进一步可选地，所述隔板的周缘上形成有多个冷却水入口，以使得渣口处的热量由冷却水循环带走。
所述低压水冷壁气化炉进一步包括：排渣阀，所述排渣阀设在所述炉腔底部；以及排渣管，所述排渣管连接至所述排渣口。气化炉内形成大块渣时，例如由于气化炉内的炉温波动或煤种更换等原因造成的，大块渣将直接沉入激冷室的底部，需定期从排渣管直接排除。
所述低压水冷壁气化炉进一步包括两道排渣管阀门，所述两道排渣管阀门依次设在所述排渣管上。由此，采用无锁斗排渣形式，一方面可以使流程更简单，方便操作，另一方面，减少了传统的气化炉中需要的破渣机和锁斗系统，减少了气化框架的高度，投资更低。
在本发明的一个实施例中，所述水冷壁为盘绕在炉腔侧壁上的半圆管，且所述半圆管密封地连接至炉腔侧壁以通入流体冷却所述炉腔侧壁。可选地，所述半圆管至少缠绕至所述激冷室侧壁的一部分。
在本发明的另一个实施例中，所述水冷壁为沿炉体轴向延伸的半圆管，所述半圆管沿所述炉体周向分布且所述半圆管密封地连接至炉腔侧壁，以通入流体冷却所述炉腔侧壁。可选地，所述半圆管至少向下延伸到所述激冷室侧壁的一部分。
在所述下降管未浸没入冷却水中进行水浴时，所述半圆管的缠绕长度要一直延伸到至少所述激冷室侧壁的一部分，以增强冷却效果。
可选地，所述半圆管焊接在所述炉腔侧壁上。
根据本发明实施例的低压水冷壁气化炉，采用半圆管水冷壁结构，与传统的螺旋盘管相比，在热力学性能上没有根本性的差异，但耐压性能更好，焊缝更少，更安全。
所述上升管套的出水口为形成在所述上升管套顶部的、朝向下降管内侧开口的环形缝隙。这样，由于上升管套的出水口采用环缝结构，该出水口堵塞的几率为零，并且如果灰水中含有垢片，也会从环缝中直接喷出，而不会堵在其中，从而延长了上升管套与下降管的使用寿命。
炉体的侧壁上部进一步形成多个二次氧气喷嘴。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明的一个实施例的低压水冷壁气化炉的剖面示意图，其中水冷壁为盘绕在炉腔侧壁上的半圆管；
图2是图1中圈示I部的放大图；以及
图3是根据本发明的另一个实施例的低压水冷壁气化炉的水冷壁示意图，其中水冷壁为沿炉体轴向延伸的半圆管。
附图标记：
100、炉体；200、隔板；300、下降管；400、上升管套；
500、排渣阀；600、排渣管；700、排渣管阀门；
800、二次氧气喷嘴；900、冷却水入口
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，术语“内侧”、“外侧”、“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
下面参考图1-图3描述根据本发明实施例的一种低压水冷壁气化炉。本领域内的技术人员可以理解的是，这里所称“低压锅炉”是指炉内压力为16kgf/cm2及其以下的锅炉。
如图1所示，根据本发明实施例的一种低压水冷壁气化炉，包括炉体100、隔板200、下降管300和上升管套400。
炉体100包括炉壳和设置在炉壳内的耐火材料内衬层160，从而在炉体1内限定有炉腔110，炉壳1例如为金属炉壳，耐火材料内衬层160例如为碳化硅材料。在炉腔110的侧壁的上部设有水冷壁120，具体地说，水冷壁120设置在炉体上部的炉壳与耐火材料内衬层之间，水或蒸汽在水冷壁120内流动以保证炉壁的温度低于280摄氏度，防止炉壁因过高温度而损坏。隔板200将炉腔110分隔为气化室和激冷室。
在本发明的一个实施例中，水冷壁120为盘绕在炉腔110的侧壁上的半圆管，且半圆管密封地连接至炉腔110侧壁以供水或蒸汽流动，如图1所示，以通入流体冷却所述炉腔侧壁。也就是说，半圆管的半圆开口固定到(例如焊接到)所述炉腔侧壁上。可选地，所述半圆管至少缠绕至所述激冷室侧壁的一部分
在本发明的另一个实施例中，水冷壁120为沿炉体100轴向延伸的半圆管，半圆管沿炉体100周向分布且半圆管密封地连接至炉腔110侧壁以供水或蒸汽流动，如图2所示。也就是说，半圆管的半圆开口固定到例如焊接到所述炉腔侧壁上以通入流体冷却所述炉腔侧壁。可选地，半圆管沿炉体100周向均匀且紧密地分布，以便对炉壁进行更好的保护。可选地，所述半圆管至少向下延伸到所述激冷室侧壁的一部分。
在所述下降管300未浸没入冷却水中进行水浴时，所述半圆管的缠绕长度要一直延伸到至少所述激冷室侧壁的一部分，以增强冷却效果。
根据本发明实施例的低压水冷壁气化炉，采用半圆管水冷壁结构，与传统的螺旋盘管相比，在热力学性能上没有根本性的差异，但耐压性能更好，焊缝更少，更安全。
在炉体100的顶部形成有主进口130，炉体的底部形成有排渣口140。可选地，在主进口130处设有主工艺烧嘴131，如图1所示，用于通入各种反应原料例如水煤浆。可选地，炉体100的侧壁上部进一步形成多个二次氧气喷嘴600，例如可为三个。外界氧气的一部分例如80％-100％通过主工艺烧嘴131进入炉腔，同时水煤浆从主工艺烧嘴131中进入炉腔，氧气的另外一部分通过二次氧气喷嘴600进入气化炉在约1500摄氏度的高温0.5MPaG下进行复杂的氧化还原反应，生成以CO、H2、CO2为主要成分的粗合成气，且煤浆在高温下熔融后产生灰渣。
如图1所示，炉体100包括第一主体101、顶壳102和底壳103。第一主体101为竖直圆柱形。顶壳102封闭第一主体101的顶部且主进口130形成在顶壳102上，其中，顶壳102可形成为如图1中所示的弧形，也可以形成为如图2中所示的锥形。底壳103连接在第一主体101的底部且其顶部形成为倒截锥形。在本发明的一个示例中，底壳103还进一步包括连接部1031、第二主体1032和端盖1033。连接部1031为倒截锥形，且第二主体1032形成为直径小于第一主体101直径的竖直圆柱形，端盖1033封闭第二主体1032的下端且排渣口140形成在端盖1033的底部以用来排出炉体中反应后的残渣。
隔板200水平设在炉体100内，具体地，隔板200为与炉体直径适配的圆盘形且大致固定在第一主体101的沿轴向的中部。隔板200将炉腔110内分隔成用于气体燃烧反应的气化室111和位于气化室111之下的激冷室112。在隔板200上设有渣口210，优选地，渣口210形成在隔板200的中央，且隔板200从其外周边缘到渣口210逐渐向上拱起，使渣口处形成积渣，以渣抗渣，并且气化室111内的约1500℃的高温合成气及灰渣通过渣口210进入激冷室112中降温降压，并排出炉体。实际应用中，气化室111内温度约为1500℃，激冷室112上部的温度约为100℃，气化室111与激冷室112之间的隔板的作用主要是增加气体返混，提高碳转化率。
在本发明的一个示例中，渣口210中可为水夹套形式，内衬耐火材料例如碳化硅材料。具体地，隔板200的周缘上形成有多个冷却水进口220例如为两个，冷却水从冷却水进口220中进入隔板220到达渣口210边缘并循环流走，以使得渣的热量由冷却水循环带走。可选地，渣口210采用耐磨金属制作，并加装防磨瓦，与传统的耐火砖形成的渣口相比，检修方便，更换容易。
在激冷室112的靠近隔板200的炉体100的侧壁上形成有出气口150，在激冷室112中降温降压后的合成气从出气口150中排出炉体。在激冷室112的靠近炉底的炉体的侧壁上形成有黑水出口170。
下降管300设在隔板200下方且通过渣口210与气化室111连通，气化室111中的高温的粗合成气及煤浆熔融后形成的灰渣共同通过渣口210进入下降管300中。上升管套400套设在下降管300外侧，上升管套400的底部设有进水口410且顶部设有出水口420，出水口420与下降管300内连通以向下降管300内通入激冷水。这样，激冷水从进水口410进入上升管套并向上运动，并从出水口420直喷出，由此，下降管300可通过与上升管套400内的激冷水换热以降低温度，从而保证下降管不至于因高温变形甚至烧坏，同时，喷入下降管300内的激冷水与下降管300内的高温合成气进行充分换热。激冷水从下降管300内与高温合成气进行热交换后在炉体中存积，可进一步使得温度较高的下降管300在激冷水中进行水浴，以降低温度并减小损害。最后，高温合成气温度被激冷到100摄氏度左右，并从出气口150中向外排出炉体，同时，激冷水在炉体中存积可通过黑水出口调节液位，即液位超过黑水出口170的部分将被溢出到炉体外部。
在本发明的一个实施例中，上升管套400的出水口420为形成在上升管套400顶部的、朝向下降管300内侧开口的环形缝隙。这样，由于上升管套的出水口采用环缝结构，该出水口堵塞的几率为零，并且如果灰水中含有垢片，也会从环缝中直接喷出，而不会堵在其中，从而延长了上升管套与下降管的使用寿命。可选地，上升管套和下降管均采用304材料，造价大幅降低而且检修方便。此外，由于省掉了传统制造合成气中所使用的激冷环，极大地降低了设备的投资成本。
由于激冷室112内的温度被激冷水激冷到100摄氏度以下，因此在本发明的一个示例中，水冷壁120沿炉体的轴向从上到下延伸至隔板200下方，即激冷室112的上部，由此可全面保护位于气化室111内的炉壁，以防止因高温造成的变形甚至烧坏。
在本发明的一个实施例中，低压水冷壁气化炉进一步包括排渣阀(图未示)以及排渣管500。排渣阀设在炉腔110底部，具体地，设置在激冷室底部。排渣管500连接至排渣口140。由于根据本发明实施例的低压水冷壁气化炉的压力较低，可以不经泄压而直接排放。因此，气化炉内形成大块渣时，例如由于气化炉内的炉温波动或煤种更换等原因造成的，大块渣将直接沉入激冷室的底部，需定期从排渣管直接排除。
在本发明的另一个实施例中，低压水冷壁气化炉还进一步包括两道排渣管阀门(图未示)，两道排渣管阀门依次设在排渣管500上，有类似锁斗的作用，在需要排渣时将两道排渣管阀门同时打开便可直接排出。
根据本发明实施例的低压水冷壁气化炉，采用无锁斗排渣形式，一方面可以使流程更简单，方便操作，另一方面，减少了传统的气化炉中需要的破渣机和锁斗系统，减少了气化框架的高度，投资更低。
下面将参考图1-图3描述根据本发明实施例的低压水冷壁气化炉的工作过程。
首先，水煤浆由高压煤浆泵送入到炉体顶部的主进口130并进入炉腔中，外界氧气的一部分例如80％-100％通过主工艺烧嘴131进入炉腔，另外一部分通过二次氧气喷嘴600进入炉腔内。煤浆、氧气和水等在气化室111内的1500摄氏度的高温及常压～1.6MPa的压力条件下发生复杂的氧化还原反应，生成以CO、H2、CO2为主要成分的粗合成气，煤浆在高温下熔融后产生灰渣。
气化室111中的高温的粗合成气及灰渣通过渣口210进入下降管300中。同时，激冷水从上升管套400的进水口410进入上升管套400中并向上运动以与下降管300进行热交换使的下降管300降温，然后从出水口420直喷出，进入到下降管300内部。喷入下降管300内的激冷水与下降管300内的高温合成气进行充分换热。
激冷水从下降管300内与高温合成气进行热交换后在炉体中存积，可进一步使得温度较高的下降管300在激冷水中进行水浴，以降低温度并减小损害，同时，在炉体中存积的激冷水的液位超过黑水出口170的部分将被溢出到炉体外部。
最后，高温合成气温度被激冷到100摄氏度左右，并从出气口150中向外排出炉体，以进行下一步的合成气洗涤步骤中进行洗涤。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (13)
1.一种低压水冷壁气化炉，其特征在于，包括：
限定有炉腔的炉体，所述炉腔侧壁设有水冷壁，所述炉体的顶部形成有主进口，且底部形成有排渣口；
形成有渣口的隔板，所述隔板水平设在所述炉体内且将所述炉腔分隔成气化室和位于所述气化室之下的激冷室；
下降管，所述下降管设在所述隔板下方且通过所述渣口与所述气化室连通；以及
上升管套，所述上升管套套设在所述下降管外侧，所述上升管套的底部设有进水口且顶部设有出水口，所述出水口与所述下降管内部连通以向所述下降管内通入激冷水；
其中，所述激冷室的、靠近隔板的炉体的侧壁上形成有出气口，且在激冷室的靠近炉底的侧壁上形成有黑水出口。
2.根据权利要求1所述的低压水冷壁气化炉，其特征在于，所述炉体包括：
第一主体，所述第一主体为竖直圆柱形；
顶壳，所述顶壳封闭所述第一主体的顶部且所述主进口形成在顶壳上；以及
底壳，所述底壳连接在所述第一主体的底部且其顶部形成为倒截锥形，且所述排渣口形成在所述底壳的底部；
其中所述隔板大致固定在所述第一主体的沿轴向的中部。
3.根据权利要求2所述的低压水冷壁气化炉，其特征在于，所述渣口设在所述隔板的中央，且所述隔板从其外周边缘到渣口逐渐向上拱起。
4.根据权利要求3所述的低压水冷壁气化炉，其特征在于，所述隔板的周缘上形成有多个冷却水入口。
5.根据权利要求2所述的低压水冷壁气化炉，其特征在于，进一步包括：
排渣阀，所述排渣阀设在所述炉腔底部；以及
排渣管，所述排渣管连接至所述排渣口。
6.根据权利要求5所述的低压水冷壁气化炉，其特征在于，进一步包括两道排渣管阀门，所述两道排渣管阀门依次设在所述排渣管上。
7.根据权利要求1所述的低压水冷壁气化炉，其特征在于，所述水冷壁为盘绕在炉腔侧壁上的半圆管，且所述半圆管密封地连接至炉腔侧壁，以通入流体冷却所述炉腔侧壁。
8.根据权利要求7所述的低压水冷壁气化炉，其特征在于，所述半圆管至少缠绕至所述激冷室侧壁的一部分。
9.根据权利要求1所述的低压水冷壁气化炉，其特征在于，所述水冷壁为沿炉体轴向延伸的半圆管，所述半圆管沿所述炉体周向分布且所述半圆管密封地连接至炉腔侧壁，以通入流体冷却所述炉腔侧壁。
10.根据权利要求9所述的低压水冷壁气化炉，其特征在于，所述半圆管至少向下延伸到所述激冷室侧壁的一部分。
11.根据权利要求7或9所述的低压水冷壁气化炉，其特征在于，所述半圆管焊接在所述炉腔侧壁上。
12.根据权利要求1所述的低压水冷壁气化炉，其特征在于，所述上升管套的出水口为形成在所述上升管套顶部的、朝向下降管内侧开口的环形缝隙。
13.根据权利要求1所述的低压水冷壁气化炉，其特征在于，气化室的侧壁上部进一步形成多个二次氧气喷嘴。
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