CN103224812A - 碎煤熔渣气化炉排渣器的冷却装置和冷却方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及碎煤熔渣气化炉排渣器的冷却装置和冷却方法。排渣器包括主体和贯穿主体自主体的顶端延伸至主体的底端且围绕主体的纵向轴线对称设置的排渣通道，主体包括主体上部和主体下部。本发明的冷却装置被埋设在主体内且冷却装置被设置邻近主体的内表面。本发明的冷却方法包括以下步骤：使冷却剂以1-10m/s的流速循环流过冷却盘管，在该循环流动过程中，控制主体上部的内表面的温度在200-400℃范围内，控制主体下部的内表面的温度在100-400℃范围内，控制邻近燃烧器的排渣口表面温度在50-400℃范围内。使用本发明的碎煤熔渣气化炉排渣器的冷却装置和采用本发明的冷却方法可以实现更好的冷却效果。

Description

碎煤熔渣气化炉排渣器的冷却装置和冷却方法

技术领域

本发明总体上涉及碎煤熔渣气化炉的排渣器，特别是涉及一种碎煤熔渣气化炉排渣器的冷却装置和冷却方法。

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现代化发展，具有更高的煤制气转化效率、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，克服了机械炉蓖排渣的干灰量大、设备耗能巨大、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（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，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。从燃烧器来的经燃烧后的热的燃烧产物经排渣口向上传递，辅助托渣并维持渣的熔融温度和状态。通过控制排放系统向大气排气，降低激冷室压力，在激冷室和煤气化容器间产生差压，推动熔渣和铁的排放。

排渣器的材质受到熔渣和铁的侵蚀、腐蚀和热冲击影响。在排渣和托渣过程中，熔渣和铁的高温和流动性使得排渣口及其附近的材质受到铁的侵蚀和热冲击。排渣器处于碎煤熔渣气化炉的底部，由于熔渣和铁的温度较高，燃烧器来的经燃烧的气体产物的温度也较高，故排渣器环境温度较高，气化炉运行表明：如果排渣器不冷却或冷却效果不好，会使操作过程中排渣口的热量累积，造成排渣器在高温和熔渣中有铁的情况下过早恶化、损坏，同时还容易受到渣和铁的堵塞、寿命较短，而且拆卸不便，维修困难，由其造成的停炉更是会造成极大的经济损失。

因此，所属领域的技术人员需要一种冷却效果更好的碎煤熔渣气化炉排渣器的冷却装置和冷却方法。

发明内容

为了解决排渣器在高温环境下冷却效果不好而导致的过早恶化、损坏、堵塞、寿命较短等问题，本发明提供了一种冷却效果较好的碎煤熔渣气化炉排渣器的冷却装置和冷却方法。

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：

“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”。

“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”。

“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”是指排渣器主体上部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。

“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。

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。方向性术语“内”、“外”是相对于排渣器主体的纵向轴线而言的，朝向液态排渣器主体的纵向轴线的方向被称作“内”，远离液态排渣器主体的纵向轴线的方向被称作“外”。

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排渣器的冷却装置，其特征在于，

所述排渣器包括主体和贯穿所述主体自所述主体的顶端延伸至所述主体的底端且围绕所述主体的纵向轴线对称设置的排渣通道，所述主体包括主体上部和主体下部，由所述主体上部的内表面限定的排渣通道沿所述主体的纵向轴线向下呈收敛构型，所述排渣器的排渣口由所述主体下部的内表面限定；

所述冷却装置被埋设在所述主体内且所述冷却装置被设置邻近所述主体的内表面。

2. 根据技术方案1所述的碎煤熔渣气化炉排渣器的冷却装置，其特征在于，所述冷却装置是围绕所述主体的内表面设置的冷却盘管。

3. 根据技术方案2所述的碎煤熔渣气化炉排渣器的冷却装置，其特征在于，所述冷却盘管在从所述主体的顶端到所述主体的底端的方向上呈螺旋形状进行设置。

4. 根据技术方案2或3所述的碎煤熔渣气化炉排渣器的冷却装置，其特征在于，所述冷却盘管与所述主体的内表面的间隔距离是6-40毫米。

5. 根据前述技术方案2－4中任一项所述的碎煤熔渣气化炉排渣器的冷却装置，其特征在于，所述冷却盘管由镍或镍铬合金或铜或铜合金制成。

6. 根据前述技术方案2－5中任一项所述的碎煤熔渣气化炉排渣器的冷却装置，其特征在于，在被埋入所述主体的所述冷却盘管的外表面上设置有凹凸结构。

7. 根据技术方案6所述的碎煤熔渣气化炉排渣器的冷却装置，其特征在于，所述凹凸结构为一条或多条环形螺纹。

8. 根据前述技术方案2－7中任一项所述的碎煤熔渣气化炉排渣器的冷却装置，其特征在于，所述冷却盘管进口和所述冷却盘管出口均从所述主体下部伸出。

9. 一种碎煤熔渣气化炉排渣器的冷却方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

提供根据前述技术方案2－8中任一项所述的碎煤熔渣气化炉排渣器的冷却盘管；

使冷却剂以1-10m/s的流速循环流过所述冷却盘管，在该循环流动过程中，控制所述主体上部的内表面的温度在200-400℃范围内，控制所述主体下部的内表面的温度在100-400℃范围内，控制邻近燃烧器的排渣口表面温度在50-400℃范围内。

采用本发明的技术方案可以获得以下技术效果：

1. 在被埋入碎煤熔渣气化炉排渣器主体的冷却盘管的外表面上设置有凹凸结构，并与铸件紧密接触，用于改善冷却盘管与排渣器主体之间的结合，由此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铸件破裂，确保传热效果和保证铸件的持久耐用，延长其使用寿命。

2. 本发明的冷却盘管所采用的材质能够在排渣器进行铸造时保持其形状，不会发生明显的变形，保证冷却剂可以循环流通，及时的移出冷却盘管周围的热量，确保传热。

3. 冷却盘管呈螺旋形状且邻近所述主体的内表面进行设置，减少传热距离和降低热梯度，保证传热效果。

4. 所述冷却盘管在从所述主体的顶端到所述主体的底端的方向上呈螺旋形状，提高了传热推动力，保证了传热效果；冷却盘管进口和冷却盘管出口均从主体下部伸出，确保能够顺利安装。

5. 冷却剂的用量和流速是排渣器设计的重要因素，特别地，流速控制在1-10m/s时，可以使暴露于高温熔渣和铁的面积能够有效地冷却以保持表面温度在可接受的范围内，同时，又避免了移除排渣器过多的热，保证了冷却效果，避免了排渣器因温度造成的排渣口堵塞，也延长了排渣器的寿命和维护频率，从而保证了碎煤熔渣气化炉的稳定运行。

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排渣器的剖面视图。

图2为图1所示冷却盘管的局部剖面视图。

部件及附图标记列表

1	排渣器
		2	主体
3	冷却盘管
		4	主体上部内表面
5	排渣口
		6	冷却盘管进口
7	冷却盘管出口
		8	凸出部
9	环形凹进部
		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排渣器的剖面视图。参见图1，根据本发明的一个实施例的碎煤熔渣气化炉的排渣器1包括：主体2；埋设在所述主体内的用于循环冷却水的冷却盘管3；和贯穿所述主体2自所述主体2顶端延伸至所述主体2的底端且围绕所述主体2的纵向轴线对称设置的排渣通道。经由所述排渣通道，所述排渣器1上面与煤气化压力容器相连通且所述排渣器1下面与激冷室相连通。所述主体2包括主体上部和主体下部，由所述主体上部的内表面4（即排渣口上面的浇注盘的旋转面）限定的所述排渣通道沿所述主体的纵向轴线向下呈收敛构型；所述排渣器的排渣口5由所述主体下部的内表面限定。收敛的所述主体上部内表面4的水平坡度优选为35°-50°。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，均会对液态排渣过程造成不利影响。所述排渣器1的主体2由导热性能良好的金属或合金铸造（浇铸）而成。优选地，所述排渣器1的主体2由在20℃条件下热导率大于100W/(m.k)的高热导率金属或合金铸造（浇铸）而成。更优选地，所述主体2可由铜或铜合金或镍或镍铬合金制成。优选地，所述排渣器1的主体2的全宽至少是所述排渣器1的主体2全高的两倍。所述排渣口5（或者排渣器1的主体下部）的高度小于所述排渣器1的主体2全高的一半。所述排渣口5呈垂直的圆柱形形状。当然所属领域的技术人员也会意识到：所述排渣口5也可以呈其它适于排渣操作的形状，例如喇叭口形状、梯形等。所述排渣器1的主体2的外表面均为圆柱面。所述排渣器1的主体2的外表面上设有起到与煤气化压力容器下方的支撑板相连接作用的凸出部8。所述排渣器1的主体2的外表面下部设有环形凹进部9。所述环形凹进部9不但对安装和拆卸排渣器1起到辅助作用，而且可以有利于安装燃烧器、空气环管，并安置部分工艺管道。优选地，埋设在主体2内的冷却盘管3被设置环绕排渣口5上面的排渣器主体2上部的内表面4（即浇注盘的旋转面）和排渣口5的内表面。冷却盘管3具有从主体2底部伸出的用于输入和输出循环冷却水的冷却盘管进口6和冷却盘管出口7。排渣器主体2上部的内表面4是截头锥形（如图1中清楚所示），其最下部与排渣口5的内圆柱面熔合。在碎煤熔渣气化炉进行正常操作即托渣操作时，从排渣器1下部燃烧器燃烧来的经过燃烧的高温气体以鼓泡形式经排渣口5向浇注盘（或排渣器主体2上部）以上的渣池鼓泡，用以维持熔渣和铁的温度，并起到托住熔渣和铁、避免滴渣的作用；碎煤熔渣气化炉进行排渣操作时，燃烧器的燃料气和空气环管的助燃气流量均减小，燃烧的高温气体不再全部通过排渣口5，而进行放空，降低激冷室的压力；在压差和熔渣液位的作用下，熔渣和铁沿着排渣器主体2上部的内表面4（或浇注盘表面）和排渣口5的内表面顺利地流下，进入激冷室的水中被冷激和冷却。燃料气可以是富甲烷气或天然气或是大于最小热值12 MJ/Nm³的单一或混合气体。助燃气可以是氧气、或者空气、或者氧气与氮气和/或二氧化碳的混合物、或者空气与氮气和/或二氧化碳的混合物。

如图1所示，冷却盘管3围绕且邻近主体2的内表面进行设置。优选地，冷却盘管3在从主体2的顶端到主体2的底端的方向上呈螺旋形状进行设置；冷却盘管3与主体2的内表面的间隔距离是6-40毫米；冷却盘管3由镍或镍铬合金或铜或铜合金制成。本发明的冷却盘管3所选用的材质能够确保在排渣器进行铸造时保持其形状，不会发生变形，保证冷却剂可以循环流通，及时地移出冷却盘管周围的热量，确保传热。当然，对于所属领域的技术人员而言，冷却盘管之外的其它形式的冷却装置，例如风冷散热系统、油冷回路，也同样能够实现本发明的目的。

图2为图1所示冷却盘管的局部剖面视图。从图2中可以看到：在被埋入排渣器主体2的冷却盘管3的外表面上设置有用于改善冷却盘管3与排渣器主体2之间结合的凹凸结构，即一条或多条环形螺纹10。

实施例

冷却盘管3由商业上可购买得到的镍合金制造，例如Nickel 200长约1.0~2.0m，DN10~30。排渣器主体2的全宽约520mm，全高240mm。埋入排渣器主体2的盘管部分外表面上设置有多个间隔排列的环形螺纹10（参见图2），用于冷却盘管3改善与排渣器主体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。冷却盘管3被埋设在所述主体内且所述冷却装置被设置邻近所述主体的内表面。所述冷却盘管与所述主体的内表面的间隔距离是6-40毫米。

下面对冷却盘管3的制造方法进行说明：首先采用已公知的方法在管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组成的冷却盘管间有很好的接触和很好的传热。

本发明还提供一种碎煤熔渣气化炉排渣器的冷却方法。所述冷却方法包括以下步骤：首先，提供上面所述的碎煤熔渣气化炉排渣器的冷却盘管3；其次，在碎煤熔渣气化炉典型的运行条件下，使冷却剂例如水以1-10m/s的流速循环流过所述冷却盘管，从而使暴露于高温熔渣和铁的面积能够有效地冷却以保持表面温度在可接受的范围内，同时，又避免了移除排渣器过多的热。在该循环流动过程中，控制所述主体上部的内表面的温度在200-400℃范围内，控制所述主体下部的内表面的温度在100-400℃范围内，控制邻近燃烧器的排渣口表面温度在50-400℃范围内。

采用本发明的技术方案可以获得以下技术效果：

1. 在被埋入碎煤熔渣气化炉排渣器主体的冷却盘管的外表面上设置有凹凸结构，并与铸件紧密接触，用于改善冷却盘管与排渣器主体之间的结合，由此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铸件破裂，确保传热效果和保证铸件的持久耐用，延长其使用寿命。

2. 本发明的冷却盘管所采用的材质能够在排渣器进行铸造时保持其形状，不会发生明显的变形，保证冷却剂可以循环流通，及时的移出冷却盘管周围的热量，确保传热。

3. 冷却盘管呈螺旋形状且邻近所述主体的内表面进行设置，减少传热距离和降低热梯度，保证传热效果。

4. 所述冷却盘管在从所述主体的顶端到所述主体的底端的方向上呈螺旋形状，提高了传热推动力，保证了传热效果；冷却盘管进口和冷却盘管出口均从主体下部伸出，确保能够顺利安装。

5. 冷却剂的用量和流速是排渣器设计的重要因素，特别地，流速控制在1-10m/s时，可以使暴露于高温熔渣和铁的面积能够有效地冷却以保持表面温度在可接受的范围内，同时，又避免了移除排渣器过多的热，保证了冷却效果，避免了排渣器因温度造成的排渣口堵塞，也延长了排渣器的寿命和维护频率，从而保证了碎煤熔渣气化炉的稳定运行。

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 (9)

1. 一种碎煤熔渣气化炉排渣器的冷却装置，其特征在于，

所述排渣器包括主体和贯穿所述主体自所述主体的顶端延伸至所述主体的底端且围绕所述主体的纵向轴线对称设置的排渣通道，所述主体包括主体上部和主体下部，由所述主体上部的内表面限定的排渣通道沿所述主体的纵向轴线向下呈收敛构型，所述排渣器的排渣口由所述主体下部的内表面限定；

所述冷却装置被埋设在所述主体内且所述冷却装置被设置邻近所述主体的内表面。

2. 根据权利要求1所述的碎煤熔渣气化炉排渣器的冷却装置，其特征在于，所述冷却装置是围绕所述主体的内表面设置的冷却盘管。

3. 根据权利要求2所述的碎煤熔渣气化炉排渣器的冷却装置，其特征在于，所述冷却盘管在从所述主体的顶端到所述主体的底端的方向上呈螺旋形状进行设置。

4. 根据权利要求2或3所述的碎煤熔渣气化炉排渣器的冷却装置，其特征在于，所述冷却盘管与所述主体的内表面的间隔距离是6-40毫米。

5. 根据前述权利要求2－4中任一项所述的碎煤熔渣气化炉排渣器的冷却装置，其特征在于，所述冷却盘管由镍或镍铬合金或铜或铜合金制成。

6. 根据前述权利要求2－5中任一项所述的碎煤熔渣气化炉排渣器的冷却装置，其特征在于，在被埋入所述主体的所述冷却盘管的外表面上设置有凹凸结构。

7. 根据权利要求6所述的碎煤熔渣气化炉排渣器的冷却装置，其特征在于，所述凹凸结构为一条或多条环形螺纹。

8. 根据前述权利要求2－7中任一项所述的碎煤熔渣气化炉排渣器的冷却装置，其特征在于，所述冷却盘管进口和所述冷却盘管出口均从所述主体下部伸出。

9. 一种碎煤熔渣气化炉排渣器的冷却方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

提供根据前述权利要求2－8中任一项所述的碎煤熔渣气化炉排渣器的冷却盘管；

使冷却剂以1-10m/s的流速循环流过所述冷却盘管，在该循环流动过程中，控制所述主体上部内表面的温度在200-400℃范围内，控制所述主体下部的内表面的温度在100-400℃范围内，控制邻近燃烧器的排渣口表面温度在50-400℃范围内。

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