CN103215087A - 碎煤熔渣气化炉的环形渣池 - Google Patents

Abstract

本发明涉及碎煤熔渣气化炉的环形渣池。所述环形渣池由环形渣池构件限定出，在所述环形渣池构件内埋设有整体成型的冷却剂流动管道，所述冷却剂流动管道的进口和出口分别从所述环形渣池构件中伸出。所述环形渣池被设置在碎煤熔渣气化炉的煤气化压力容器的底部，所述环形渣池的下端与碎煤熔渣气化炉的排渣器的上端密封连接，且所述环形渣池的下端开口与所述排渣器的上端开口对齐。本发明的环形渣池的冷却效果和运行效果良好，能够避免或耐受熔渣和铁的侵蚀、腐蚀和热冲击影响，寿命长且拆卸维修方便。

Description

碎煤熔渣气化炉的环形渣池

技术领域

本发明总体上涉及碎煤渣气化炉的渣池，特别是涉及一种碎煤熔渣气化炉的环形渣池。

背景技术

鲁奇炉（Lurgi gasifier）是一种煤炭加压气化的设备。鲁奇炉利用机械炉蓖干灰排渣。碎煤熔渣气化炉是基于鲁奇炉的进一步改进和现代化发展，具有更高的煤制合成气转化效率、同样尺寸的气化炉投煤量更大、极大地降低了蒸汽用量和废水的产生、产品中二氧化碳含量更低等优点。液态排渣是针对鲁奇炉利用机械炉蓖干灰排渣而言，克服了机械炉蓖工作温度高、磨损严重、维护工作量大、设备耗能大、环境污染严重的缺点，使用排渣器进行排渣，使得碎煤熔渣气化炉没有灰分产生，只有稳定的玻璃熔渣，不但减少了设备投资及能耗，而且降低了环境污染。

碎煤熔渣气化炉包含一个柱状的煤气化压力容器（碎煤熔渣气化炉壳体）。煤或其它含碳燃料从煤气化压力容器顶部投入，同时利用鼓风口（喷嘴）将炉外的氧气和蒸汽引至煤气化压力容器里面的下部燃料中，在高温高压下使煤或其它含碳燃料气化。残余灰分如熔渣和铁收集于煤气化压力容器底部的渣池中，熔渣和铁通过渣池的排渣口以液态形式间歇地排出（通常叫做“液态排渣”），进入渣池下部激冷室的水中冷激和冷却。从燃烧器来的燃烧后的热的燃烧产物经排渣口向上传递，维持熔渣温度并托住渣池中的熔渣和铁。排渣时通过控制排放系统向大气排出燃烧器来的经燃烧的热的燃烧产物，降低激冷室压力，降低在激冷室和煤气化容器间的差压，推动熔渣和铁的间歇排放。

渣池位于碎煤熔渣气化炉的煤气化压力容器的底部，用于盛放液态熔渣和铁。气化炉运行时，渣池不断受到熔渣和铁的侵蚀、腐蚀和热冲击。在托渣和排渣操作中，熔渣和铁的高温和流动性会使渣池的材质主要受到侵蚀和热冲击的作用。气化炉运行表明：渣池的抗侵蚀性取决于所用材质的热导率、渣池铸件的形状和几何尺寸、暴露于热冲击下的表面积、冷却剂通道的尺寸、长度和位置等；而其耐高温性受到材质、冷却剂的用量和流速的影响。如果渣池的设计和材质选用不当，不仅会使渣池和排渣口在高温和熔渣中有铁的情况下很快恶化；还会造成渣池烧损、排渣口堵塞、寿命较短的现象，其维修和拆卸不便，停炉损失巨大。

现有技术的炼铁炉底部渣池采用增加耐火材料厚度，来延长渣池的运行时间和寿命。在碎煤熔渣气化炉中，不能采用类似的办法。因为碎煤熔渣气化炉是个压力容器，内部的空间是通过外部的金属压力容器壳体围成，因此内部的高压空间必须充分高效利用，才能有效降低压力容器的投资；碎煤熔渣气化炉是个要求连续运行的高温高压的压力容器，因此渣池的设计和操作必须保证碎煤熔渣气化炉能连续稳定操作，减少因渣池问题造成的停车检修次数和检修时间。

因此，所属领域的技术人员需要一种能够克服以上现有技术中所存在的缺点的碎煤熔渣气化炉的渣池。

发明内容

为了解决渣池烧损恶化、排渣口堵塞、寿命短，同时也为了减少维修和拆卸频率，提高气化炉操作的连续性、稳定性并延长运行周期，通过采用优化渣池的结构参数和选材等技术手段，本发明旨在提供一种冷却效果和运行效果较好的，能够避免或耐受熔渣和铁的侵蚀、腐蚀和热冲击影响，寿命长且拆卸维修方便的用于碎煤熔渣气化炉的环形渣池。

除非特殊情况有其他限制，否则下列定义适用于本说明书中使用的术语。

此外，除非另行进行说明，否则本文所用的所有科技术语的含义与本发明所属领域的技术人员通常理解是一样的。如发生矛盾，以本说明书及其包括的定义为准。

对于本发明而言，本申请文件中所使用的一些术语的含义如下：

“环形渣池”是指由环形渣池构件限定出的用于收集残余灰分如熔渣和铁的结构，环形渣池被设置在碎煤熔渣气化炉的煤气化压力容器的底部，位于排渣器之上。

“燃烧器”是指工业燃料炉上用的燃烧装置，燃烧器在行业中被俗称为“烧嘴”。

“排渣”是指在碎煤熔渣气化炉中，熔渣和铁通过渣池的排渣口间歇地向下排出，进入渣池下部激冷室的水中的过程。

“水平坡度”是指环形渣池构件内表面坡面的垂直高度和水平距离的比，在本申请中使用度数来表示水平坡度的大小。

“鼓风口”是指靠近碎煤熔渣气化炉的煤气化压力容器底部，用于喷入单个流股（如引入蒸汽和氧气、空气、氮气等）或者工艺物料（如水煤浆、焦油等）进入气化炉的燃烧区，该部件在行业中被俗称为“喷嘴”。

“间隔部段”是指被设置在煤气化压力容器与下部激冷容器之间并且分别与上面的煤气化压力容器和下面的下部激冷容器相连的部段，该部段被设置在激冷室的上部，可呈现为“连接短节”、“夹心法兰”等形式。

“其它含碳燃料”包含固体垃圾、固体含碳生物质、焦油、渣油、含碳生物质料浆等固态或液态燃料。

对于环形渣池结构而言，“暴露表面”所指的是表面与环形渣池构件的内表面是相同的表面。其区别是，“暴露表面”在本申请中所强调的是在工艺过程中暴露在熔渣环境下的环形渣池构件的内表面。

如本文中所用，方向性术语“上”、“下”与说明书附图纸面上的具体方向是相一致的。术语“垂直”、“纵向”是指在说明书附图纸面上大体上竖直的方向；而“横向”、“水平”是指在说明书附图纸面上大体上水平的方向。

如本文所用，术语“约”是指数量、尺寸、配方、参数以及其他数量和特性是不精确的并且不需要是精确的值，但是可以与精确值近似和/或大于或小于精确值，以便反映容许偏差、测量误差等，以及所属领域的技术人员已公知的其他因素。

当本文在描述材料、方法或机械设备时带有“所属领域的技术人员已公知的”短语、或同义的词或短语时，该术语表示所述材料、方法和机械设备在提交本专利申请时是常规的，并且包括在本说明书内。同样涵盖于该描述中的是，目前非常规的但是当适用于相似目的时将成为本领域公认的材料、方法、和机械。

如本文所用，术语“包含”、“含有”、“包括”、“涵盖”、“具有”或任何其他同义词或它们的任何其他变型均指非排他性的包括。例如，包括特定要素列表的工艺、方法、制品或设备不必仅限于那些具体列出的要素，而是可以包括其他未明确列出的要素，或此类工艺、方法、制品或设备固有的要素。

术语“由…组成”、“由…构成”或任何其他同义词或它们的任何其他变型均指排他性的包括。例如，由特定要素构成的工艺、方法、制品或设备仅限于那些具体列出的要素。

具体而言，为实现本发明的上述目的而采用的技术方案如下所述：

1. 一种碎煤熔渣气化炉的环形渣池，其特征在于，

所述环形渣池由环形渣池构件限定出，在所述环形渣池构件内埋设有整体成型的冷却剂流动管道，所述冷却剂流动管道的进口和出口分别从所述环形渣池构件中伸出，

所述环形渣池被设置在碎煤熔渣气化炉的煤气化压力容器的底部，所述环形渣池的下端与碎煤熔渣气化炉的排渣器的上端密封连接，且所述环形渣池的下端开口与所述排渣器的上端开口对齐。

2. 根据技术方案1所述的碎煤熔渣气化炉的环形渣池，其特征在于，所述环形渣池构件由在20℃条件下热导率大于100W/(m.k)的金属或合金铸造而成。

3. 根据技术方案2所述的碎煤熔渣气化炉的环形渣池，其特征在于，所述环形渣池构件由铜或铜合金或镍铬合金制成。

4. 根据前述技术方案1－3中任一项所述的碎煤熔渣气化炉的环形渣池，其特征在于，所述环形渣池构件的内表面自所述环形渣池构件的上端朝向所述环形渣池构件的下端呈收敛构型。

5. 根据技术方案4所述的碎煤熔渣气化炉的环形渣池，其特征在于，所述环形渣池构件的内表面的水平坡度为25°－60°。

6. 根据前述技术方案1－5中任一项所述的碎煤熔渣气化炉的环形渣池，其特征在于，在所述环形渣池的下端开口的外周设置有用于与所述排渣器的上端开口的内周表面相配合的向下延伸部。

7. 根据前述技术方案1－6中任一项所述的碎煤熔渣气化炉的环形渣池，其特征在于，所述冷却剂流动管道由铜或铜合金或镍或镍铬合金制成，呈螺旋形状，围绕并靠近所述环形渣池构件的内表面进行设置。

8. 根据前述技术方案1－7中任一项所述的碎煤熔渣气化炉的环形渣池，其特征在于，在被埋设所述环形渣池构件内的所述冷却剂流动管道的外表面上设置有凹凸结构。

9. 根据前述技术方案1－8中任一项所述的碎煤熔渣气化炉的环形渣池，其特征在于，所述冷却剂流动管道的进口从所述环形渣池构件的上部/下部伸出；所述冷却剂流动管道的出口从所述环形渣池构件的下部/上部伸出。

10. 根据技术方案8所述的碎煤熔渣气化炉的环形渣池，其特征在于，所述凹凸结构是环形螺纹。

采用本发明的技术方案可以获得以下有益技术效果：

1. 本发明的环形渣池的材质采用高热导率金属或合金，特别地，如铜或铜合金，可以快速传热，保证传热效果，避免环形渣池构件上热量的累积，减少热冲击和高温带来的影响。

2. 本发明的环形渣池位于排渣器上面，在环形渣池与排渣器的接触面上形成一个接缝；在环形渣池的下端开口的外周设置有用于与所述排渣器的上端开口的内周表面相配合的以环形鸟嘴状或环形唇状方式延伸的向下延伸部，环形渣池的下端与碎煤熔渣气化炉的排渣器的上端密封连接，且所述环形渣池的下端开口与所述排渣器的上端开口对齐；环形渣池内表面斜向内向下，水平坡度为25°－60°。这些可以让环形渣池很好地配合排渣口的安装，使环形渣池和排渣器内表面接合平整，并防止熔渣进入焊缝，延长环形渣池的使用寿命和维护周期，起到稳定气化炉运行的目的。

3. 在环形渣池构件内埋设有冷却剂流动管道，所述冷却剂流动管道呈螺旋形，围绕着并靠近环形渣池构件内表面，减少传热距离；冷却剂在冷却剂流动管道中优选下进上出，逆流流动，提高了传热推动力；冷却剂的用量和流速控制在一定范围内，特别地，当流速控制在1-10m/s时，可维持暴露表面的温度在200-400℃范围内。这些措施均可保证冷却效果，控制冷却剂流动管道的压降，可有效地避免熔渣和铁对环形渣池的热累积，使环形渣池构件内表面的温度保持相对的低温和恒定，减少了环形渣池因温度升高导致的熔渣中矿物质对渣池金属的侵蚀和腐蚀问题。

4. 冷却剂流动管道采用镍或镍铬合金或铜或铜合金，使得在环形渣池构件的铸造过程中冷却剂流动管道能够保持其原有形状，而没有明显的变形， 进而保证了冷却液体通道的畅通和循环，避免了冷却剂的泄漏。在被埋设环形渣池构件内的冷却剂流动管道的外表面上设置有凹凸结构，从而使得冷却剂流动管道能够与环形渣池构件紧密接触，增加传热面积并用于改善冷却剂流动管道与环形渣池构件金属之间的结合，由此会加强向冷却剂的传热并在铸造后用于消除因冷却而引起的可能的环形渣池构件破裂，确保传热效果和保证铸件的持久耐用，延长渣池的使用寿命。

附图说明

下面结合说明书附图对本发明进行详细描述。说明书附图并不一定是严格按照比例进行绘制的且说明书附图仅仅是示意性的图示。在本申请的说明书附图中，使用相同或相似的附图标号表示相同或相似的元件。

图1示出了根据本发明的一个实施例的碎煤熔渣气化炉的环形渣池的剖面视图，图中还示出了冷却盘管的布置。

图2为图1所示冷却盘管的局部剖面放大视图。

部件及附图标记列表

1	环形渣池
		2	环形渣池构件
3	冷却剂流动管道
		4	下端开口
5	环形渣池构件的内表面
		6	冷却剂流动管道进口
7	冷却剂流动管道出口
		8	向下延伸部
9	环形渣池的纵向轴线
		10	环形螺纹

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式进行详细说明，但是需要指出的是，本发明的保护范围并不受这些具体实施方式的限制，而是由权利要求书来确定。

图1示出了根据本发明的一个实施例的碎煤熔渣气化炉的环形渣池1的剖面视图，在该图中还示出了冷却剂流动管道例如冷却盘管3的布置。在图1中，冷却盘管3整体成型。更优选地，冷却剂流动管道能够在排渣器进行铸造时保持其原始形状，不会发生变形，保证冷却剂可以循环流通，及时移出冷却剂流动管道例如冷却盘管3周围的热量，确保传热。所属领域的技术人员也可以意识到：冷却剂流动管道3可以是一条或多条盘管。优选地，冷却剂流动管道3由铜或铜合金或镍或镍铬合金制成，呈螺旋形状，围绕并靠近所述环形渣池构件2的内表面5进行设置。

参见图1，环形渣池1由环形渣池构件2限定出，在所述环形渣池构件2内埋设有冷却剂流动管道例如冷却盘管3，所述冷却剂流动管道3的进口6和出口7分别从所述环形渣池构件2中伸出。所述冷却剂流动管道3的进口6从所述环形渣池构件2的上部/下部伸出；且所述冷却剂流动管道3的出口7从所述环形渣池构件2的下部/上部伸出。由此，冷却剂例如水在所述冷却剂流动管道3中的流动方式是上进下出或下进上出。优选地，所述冷却剂流动管道3的进口6被设置在所述冷却剂流动管道3的出口7之下，从而有利于冷却剂在冷却剂流动管道3中下进上出，实现逆流传热，提高传热推动力。所述环形渣池1被设置在碎煤熔渣气化炉的煤气化压力容器的底部，所述环形渣池1的下端与碎煤熔渣气化炉的排渣器的上端密封连接，且所述环形渣池1的下端开口4与所述排渣器的上端开口对齐。还如图1中所示，环形渣池1具有纵向轴线9。在环形渣池1的下端开口4的外周设置有用于与所述排渣器的上端开口的内周表面相配合且起到密封和防止熔渣进入作用的向下延伸部8。该向下延伸部分8以环形鸟嘴状或环形唇状方式延伸。

环形渣池构件2由导热性能良好的金属或合金铸造（浇铸）而成。优选地，环形渣池构件2由在20℃条件下热导率大于100W/(m.k)的金属或合金铸造（浇铸）而成；更优选地，环形渣池构件2由铜或铜合金或镍铬合金制成。

优选地，环形渣池构件2的内表面5自环形渣池构件2的上端朝向环形渣池构件2的下端呈收敛构型；更优选地，收敛的环形渣池构件2的内表面5向内向下倾斜（换言之，环形渣池构件2的内表面5朝向环形渣池1的纵向轴线9倾斜），环形渣池构件2的内表面5的水平坡度为25°－60°。由于熔渣是高温高压流动的，从熔渣流动性、排渣流率、托渣效果等方面综合考虑，无论是该水平坡度过大，还是该水平坡度过小，均会对工艺过程造成不利影响。

图2为图1所示冷却剂流动管道例如冷却盘管3的局部剖面放大视图。从图2中可以看到：在被埋设在环形渣池构件2中的冷却剂流动管道例如冷却盘管3的外表面上设置有用于改善冷却盘管3与环形渣池构件2之间结合的凹凸结构，例如一条或多条环形螺纹10，用于改善冷却盘管3与环形渣池构件2之间的结合，增强向冷却剂的传热并在铸造后用于消除因冷却而引起的可能的铸件破裂。

下面对本发明的该环形渣池1的制造方法进行示例性说明：首先采用已公知的方法在管3的光滑外壁上面加工出间隔排列的环形螺纹10，其次将管3卷成螺旋圈形式，放在模具内并采用已公知的方法使其在模具内受到支撑，冷却盘管进口6和冷却盘管出口7从模具中向外伸出。向模具中浇铸熔融的铜或铜合金从而将冷却盘管3被埋设在排渣器1的主体2中。本制造方法使得主体2和由管3组成的冷却盘管3间有很好的接触和良好的传热。

在将环形渣池1安装在碎煤熔渣气化炉中时，设置在环形渣池1的下端开口4的外周的向下延伸部分8与排渣器的上端开口的内周表面相紧密接触配合，二者形成密封连接，以防止熔渣和铁进入。

在气化炉操作时，冷却剂在冷却盘管3中优选采用下进上出的逆流传热方式，冷却剂由冷却盘管进口6通入，从冷却盘管出口7流出，用于提高传热推动力，加强传热，保证冷却效果。控制通入冷却盘管3的冷却剂用量和流速，特别地，流速控制在1-10m/s时，可维持熔渣温度在1200～1600℃范围内，维持渣池暴露表面的温度在200-400℃范围内，从而保证冷却效果，控制冷却盘管3的压降，有效地避免熔渣和铁对环形渣池的热累积，使其内表面5温度保持低温和恒定，减少环形渣池1因温度升高导致的侵蚀和腐蚀问题。

采用本发明的技术方案可以获得以下技术效果：

1. 本发明的环形渣池1的材质采用高热导率金属或合金，特别地，如铜或铜合金，可以快速传热，保证传热效果，避免环形渣池构件2上热量的累积，减少热冲击和高温带来的影响。

2. 本发明的环形渣池1位于排渣器上面，在环形渣池1与排渣器的接触面上形成一个接缝；在环形渣池1的下端开口4的外周设置有用于与所述排渣器的上端开口的内周表面相配合的以环形鸟嘴状或环形唇状方式延伸的向下延伸部，环形渣池1的下端与碎煤熔渣气化炉的排渣器的上端密封连接，且所述环形渣池1的下端开口4与所述排渣器的上端开口对齐；环形渣池1内表面5斜向内向下，水平坡度为25°－60°。这些可以让环形渣池1很好地配合排渣口的安装，使环形渣池1和排渣器内表面接合平整，并防止熔渣进入焊缝，延长环形渣池的使用寿命和维护周期，起到稳定气化炉运行的目的。

3. 在环形渣池构件2内埋设有冷却剂流动管道，所述冷却剂流动管道呈螺旋形，围绕着并靠近环形渣池构件2内表面5，减少传热距离；冷却剂在冷却剂流动管道中优选下进上出，逆流流动，提高了传热推动力；冷却剂的用量和流速控制在一定范围内，特别地，当流速控制在1-10m/s时，可维持熔渣温度在1200～1600℃范围内，维持暴露表面的温度在200-400℃范围内。这些措施均可保证冷却效果，控制冷却剂流动管道3的压降，可有效地避免熔渣和铁对环形渣池1的热累积，使环形渣池构件2内表面5的温度保持低温和恒定，减少了环形渣池因温度升高导致的熔渣中矿物质对渣池金属的侵蚀和腐蚀问题。

4. 冷却剂流动管道3采用镍或镍铬合金或铜或铜合金，使得在环形渣池构件的铸造过程中冷却剂流动管道3能够保持其原有形状，而没有明显的变形， 进而保证了冷却液体通道的畅通和循环，避免了冷却剂的泄漏。在被埋设环形渣池构件2内的冷却剂流动管道3的外表面上设置有凹凸结构，从而使得冷却剂流动管道3能够与环形渣池构件2紧密接触，增加传热面积并用于改善冷却剂流动管道3与环形渣池构件2金属之间的结合，由此会加强向冷却剂的传热并在铸造后用于消除因冷却而引起的可能的环形渣池构件2破裂，确保传热效果和保证铸件的持久耐用，延长渣池的使用寿命。

以上虽然已结合实施例对本发明的具体实施方式进行了详细的说明，但是需要指出的是，本发明的保护范围并不受这些具体实施方式的限制，而是由所附的权利要求书来确定。所属领域的技术人员可在不脱离本发明的技术思想和主旨的范围内对这些实施方式进行适当的变更，而这些变更后的实施方式显然也包括在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种碎煤熔渣气化炉的环形渣池，其特征在于，

所述环形渣池由环形渣池构件限定出，在所述环形渣池构件内埋设有整体成型的冷却剂流动管道，所述冷却剂流动管道的进口和出口分别从所述环形渣池构件中伸出，

所述环形渣池被设置在碎煤熔渣气化炉的煤气化压力容器的底部，所述环形渣池的下端与碎煤熔渣气化炉的排渣器的上端密封连接，且所述环形渣池的下端开口与所述排渣器的上端开口对齐。

2.根据权利要求1所述的碎煤熔渣气化炉的环形渣池，其特征在于，所述环形渣池构件由在20℃条件下热导率大于100W/(m.k)的金属或合金铸造而成。

3. 根据权利要求2所述的碎煤熔渣气化炉的环形渣池，其特征在于，所述环形渣池构件由铜或铜合金或镍铬合金制成。

4.根据权利要求1所述的碎煤熔渣气化炉的环形渣池，其特征在于，所述环形渣池构件的内表面自所述环形渣池构件的上端朝向所述环形渣池构件的下端呈收敛构型。

5.根据权利要求4所述的碎煤熔渣气化炉的环形渣池，其特征在于，所述环形渣池构件的内表面的水平坡度为25°－60°。

6.根据权利要求1所述的碎煤熔渣气化炉的环形渣池，其特征在于，在所述环形渣池的下端开口的外周设置有用于与所述排渣器的上端开口的内周表面相配合的向下延伸部。

7.根据权利要求1所述的碎煤熔渣气化炉的环形渣池，其特征在于，所述冷却剂流动管道由铜或铜合金或镍或镍铬合金制成，呈螺旋形状，围绕并靠近所述环形渣池构件的内表面进行设置。

8.根据权利要求1所述的碎煤熔渣气化炉的环形渣池，其特征在于，在被埋设所述环形渣池构件内的所述冷却剂流动管道的外表面上设置有凹凸结构。

9.根据权利要求1所述的碎煤熔渣气化炉的环形渣池，其特征在于，所述冷却剂流动管道的进口从所述环形渣池构件的上部/下部伸出；所述冷却剂流动管道的出口从所述环形渣池构件的下部/上部伸出。

10.根据权利要求8所述的碎煤熔渣气化炉的环形渣池，其特征在于，所述凹凸结构是环形螺纹。

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