CN103320171B - 设置点火炉头的水冷壁水煤浆气化炉及其气化工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种设置点火炉头的水冷壁水煤浆气化炉，包括炉体，设置在炉体内的气化室，气化室内壁为水冷壁；设置在炉体上的水煤浆及气化剂喷嘴安装口、粗煤气出口和排渣口；还包括点火炉头，点火炉头设置在炉体的顶部，点火炉头的内腔和气化室相连通，点火炉头上设置有用于安装进料喷嘴、插入点火喷头的喷头安装口，内腔为耐火砖砌筑而成。本发明还公开了所述设置点火炉头的水冷壁水煤浆气化炉的气化工艺，该气化工艺将水煤浆和气化剂在点火炉头内点燃后再喷入气化室点燃由水煤浆及气化剂喷嘴喷入气化室内的水煤浆和气化剂进行气化反应。本发明所述设置点火炉头的水冷壁水煤浆气化炉解决了现有的水冷壁式水煤浆气化炉在启动时点燃困难的问题。
Description
技术领域
本发明涉及煤化工领域，尤其涉及一种设置点火炉头的水冷壁水煤浆气化炉，本发明还提供该设置点火炉头的水冷壁水煤浆气化炉的气化工艺。
背景技术
煤气化是洁净煤技术的重要组成部分，它将廉价的煤炭转化成为清洁煤气，既可用于生产化工产品，如合成氨、合成甲醇、合成天然气、合成二甲醚、合成乙二醇等，还可用于煤的直接与间接液化、联合循环发电（IGCC）和以煤气化为基础的多联产等领域。
煤气化工艺主要包括固定床气化、流化床气化、气流床气化。气流床气化是一种并流式气化，它是以水煤浆或者干煤粉作为原料，将其送入气化炉，使水煤浆或者干煤粉在气化炉中燃烧气化，从而完成反应。其中，水煤浆是由煤、水和化学添加剂按一定的要求配制成的混合物，具有较好的流动性和稳定性，易于储存，可雾化燃烧，是一种燃烧效率较高、低污染、较廉价洁净的燃料，具有燃烧稳定、污染排放少等优点。目前，以水煤浆作为原料的气化炉一般都采用耐火砖作为内衬，但是由于耐火砖作为内衬的气化炉具有很多的缺点，比如耐火砖在高温下易受侵蚀，寿命短；对于耐火砖的更换，一方面，耐火砖价格昂贵，频繁更换使得成本提高；另一方面，其更换周期长，而且更换时需要停车、造成生产效率低、成本增加的问题。为了克服这些缺点，人们开始研制水冷壁结构的水煤浆气化炉。
中国专利文献CN2898030Y公开了一种水冷壁式水煤浆气化炉，该水冷壁式水煤浆气化炉包括承压壳体、承压壳体内的炉膛区和激冷管，还包括在承压壳体内的炉膛区设置的水冷壁，该现有技术采用水冷壁结构来代替承压壳体内衬的耐火砖，因为水冷壁内通过流动的水，水温度比耐火砖低得多，尽管炉膛内温度很高，而水冷壁的壁温不会太高，从而使水冷壁的使用寿命较长，保证了气化炉长周期的连续运转，大大较少了维修工作，节省了费用。但是由于水煤浆中含有大量的水分，其本身不易点燃，再加上水冷壁散热较快，炉内无法储存使炉内维持一定温度的热量，从而使得水冷壁结构的气化炉在启动时水煤浆的瞬间点燃比较困难，甚至出现过氧爆炸的危险。
发明内容
本发明通过设置点火炉头解决了现有的水冷壁式水煤浆气化炉在启动时点燃困难的问题，进而提供一种设置点火炉头的水冷壁水煤浆气化炉。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
设置点火炉头的水冷壁水煤浆气化炉，包括炉体；
设置在所述炉体内的气化室，所述气化室内壁为水冷壁；
设置在所述炉体上的水煤浆及气化剂喷嘴安装口、粗煤气出口和排渣口；
还包括点火炉头，所述点火炉头设置在所述炉体的顶部，所述点火炉头的内腔和所述气化室相连通，所述点火炉头上设置有用于安装进料喷嘴和插入点火喷头的喷头安装口，所述内腔为耐火砖砌筑而成。
优选的，所述点火炉头通过法兰和所述炉体连接。
优选的，所述点火炉头的内腔包括燃烧室和与所述燃烧室相连通的喷气通道，所述喷气通道与所述气化室相连通。
优选的，所述燃烧室和所述喷气通道之间的连接处为缩口，所述缩口自所述燃烧室至所述喷气通道逐渐收缩。
优选的，所述喷气通道内径与所述燃烧室内径比为0.2-1.0。
优选的，所述喷气通道内径与所述燃烧室内径比为0.5-0.7。
优选的，所述燃烧室的炉壁采用三层耐火材料复合结构。
优选的，所述水冷壁内侧敷设有一层耐火材料。
优选的，所述水冷壁为盘管或者列管。
优选的，在所述气化室和所述炉体的外壳之间设有隔热室。
优选的，所述隔热室为空腔或在隔热室内填充有保温材料。
优选的，所述水煤浆及气化剂喷嘴安装口为两个或四个或六个或八个，其以所述气化室的轴线为中心，呈对称设置。
优选的，在所述气化室和排渣口之间还设置有激冷室和激冷装置。
本发明还提供所述设置点火炉头的水冷壁水煤浆气化炉的气化工艺，包括以下步骤：
S01：烘炉
在点火炉头的喷头安装口插入点火喷头，在水煤浆及气化剂喷嘴安装口插入水煤浆及气化剂喷嘴，对气化室和点火炉头进行烘炉，使气化室、点火炉头内的温度达到气化室预定烘炉温度、点火炉头预定烘炉温度；
S02：点火
抽出点火喷头，并在点火炉头的喷头安装口装入进料喷嘴，将水煤浆和气化剂投入点火炉头燃烧室，并在点火炉头内点燃；
S03：气化
在点火炉头内点燃的高温物料进入气化炉的气化室里点燃由水煤浆及气化剂喷嘴喷入气化室内的水煤浆和气化剂进行气化反应。
所述步骤S01中，所述点火炉头预定烘炉温度为800~1550℃。
所述点火炉头预定烘炉温度为1000~1100℃。
所述步骤S03中，所述气化反应的温度为1100~1500℃。
在步骤S03之后还包括以下步骤：
S04：点火炉头停止工作。
本发明相对于现有技术的有益效果在于：
（1）本发明所述设置点火炉头的水冷壁水煤浆气化炉，通过在气化炉的炉体顶部设置耐火材料内衬的点火炉头，启动时，可以先对点火炉头部分进行烘烤，使点火炉头内达到一定的温度再投料，从而使得水煤浆在瞬间被点燃，被点燃后的水煤浆再喷入到气化炉的炉体内，从而克服了水冷壁结构的气化炉启动时投料不易点燃的问题，也避免了水冷壁气化炉在水煤浆投料时过氧爆炸的危险，提高了水冷壁气化炉的安全性能，使得气化炉在正常启动开工点燃时间缩短，同时因为点火炉头在系统启动后即降温操作，从而使得点火炉头内的耐火砖使用寿命大大延长。本发明所述设置点火炉头的水冷壁水煤浆气化炉通过采用多喷咀结构，有利实现水煤浆气化炉的大型化。
（2）本发明提供的设置点火炉头的水冷壁水煤浆气化炉，设置所述点火炉头预定温度为800~1550℃，所述点火炉头正常投料操作温度在900-1300℃，避免低温点火时炉内爆炸的风险以及温度太高带来的能耗过高的问题。
附图说明
图1为本发明所述设置点火炉头的水冷壁水煤浆气化炉一个实施例的结构示意图；
图2为图1中点火炉头部分的放大图；
图中的附图标记表示如下：
1-点火炉头、11-燃烧室、12-喷气通道、13-耐火砖、2-炉体、3-隔热室、4-气化室、5-水煤浆及气化剂喷嘴安装口、6-水冷壁、7-耐火材料层、8-激冷环。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案和有益效果进一步进行说明。
参见附图1，本发明所述设置点火炉头的水冷壁水煤浆气化炉包括炉体2，设置在炉体2内的气化室4，气化室4内壁为水冷壁6；设置在炉体2上的水煤浆及气化剂喷嘴安装口5、粗煤气出口和排渣口，还包括点火炉头1，点火炉头1设置在炉体2的顶部，点火炉头1的内腔和气化室4相连通，点火炉头1上设置有进料喷嘴和点火喷头安装口，点火炉头1的内腔为耐火砖13砌筑而成。
本发明所述设置点火炉头的水冷壁水煤浆气化炉的点火炉头通过法兰连接在炉体的上部，方便拆卸和维修。
点火炉头1为包括燃烧室11和与燃烧室11相连通的喷气通道12，喷气通道12与气化室4相连通，且喷气通道12的端部深入到炉体2顶部内，点火炉头1的这种设计可以为水煤浆的点燃提供足够的空间，同时使得点火炉头1与炉体的连接更加可靠，不易泄露。
点火炉头1的燃烧室11的炉壁采用三层耐火材料复合结构，即由三层不同耐火度的耐火材料砌筑而成，这是因为点火炉头1的体积较小，水煤浆点燃时的火焰会对点火炉头1内壁造成较大的伤害，从而影响点火炉头1的使用寿命，而三层复合结构可以提供更强的抗火焰侵蚀的能力，提高点火炉头1的使用寿命和降低点火炉头的造价。
燃烧室11和喷气通道12之间的连接处为缩口，所述缩口自所述燃烧室11至所述喷气通道12逐渐收缩，所述喷气通道12直径与所述燃烧室内径比为0.2-1.0，优选为0.5-0.7。
为了使水冷壁6能够更好的挂渣已形成保护膜从而延长寿命，在水冷壁6内侧设有一层耐火材料层7。
为了进一步降低炉体2的外表温度，在炉体2和气化室4之间设有隔热室3，隔热室3是空腔，或在隔热室3中填入保温材料隔热。
所述炉体2上的水煤浆及气化剂喷嘴安装口5有两个或四个或六个或八个，其以所述气化室的轴线为中心，呈对称设置。这样在启动后，可以使用该水煤浆及气化剂喷嘴安装口5上的水煤浆及气化剂喷嘴对气化炉进料，并保证进料量，点火炉头1就可以降温工作。
为了实现产物气的快速冷却，本发明所述设置点火炉头的水冷壁水煤浆气化炉还包括设置在气化室4和排渣口之间的激冷装置，该激冷装置可以是任何合适的结构，比如德士古气化炉的激冷装置，图1所述的实施例中的激冷装置采用激冷环8。
本发明所述设置点火炉头的水冷壁水煤浆气化炉停炉后再启动需要先进行烘炉预热，然后再投入使用。
本发明所述设置点火炉头的水冷壁水煤浆气化炉的气化工艺如下：
首先在点火炉头1的喷头安装口插入点火喷头，在水煤浆及气化剂喷嘴安装口5插入水煤浆及气化剂喷嘴，对气化室4和点火炉头1进行烘炉，使其分别达到预定烘炉温度，其中点火炉头内的烘炉温度，最好达到800~1550℃之间，优选是1000~1100℃。
然后，抽出点火喷嘴，在点火炉头1的喷头安装口装入进料喷嘴，进料喷嘴将水煤浆和气化剂喷入点火炉头1内，将水煤浆点燃。
被点燃的水煤浆沿喷气通道12喷入气化室4，点燃由水煤浆及气化剂喷嘴喷入气化室内的水煤浆和气化剂进行气化反应，气化炉启动；控制气化室的温度为1200~1500℃进行气化。
在上述气化过程结束后，点火炉头1即可降温工作。也可以在上述过程中，选择适宜的时间停止点火炉头1的工作。
在上述实施方式中，所述气化剂可以选择氧气或者空气等任何适宜于气化反应的气体，所述水煤浆是一种流态气化原料，气化原料也适用于干煤粉、重油等含碳燃料。
虽然本发明已经通过具体实施方式对其进行了详细阐述，但是，本专业普通技术人员应该明白，在此基础上所做出的未超出权利要求保护范围的任何形式和细节的变化，均属于本发明所要保护的范围。
Claims (20)
1.设置点火炉头的水冷壁水煤浆气化炉，包括炉体，
设置在所述炉体内的气化室，所述气化室内壁为水冷壁；
设置在所述炉体上的水煤浆及气化剂喷嘴安装口、粗煤气出口和排渣口；
其特征在于，还包括点火炉头，所述点火炉头设置在所述炉体的顶端，所述点火炉头的内腔和所述气化室相连通，所述点火炉头上设置有用于安装进料喷嘴、插入点火喷头的喷头安装口，所述内腔为耐火砖砌筑而成。
2.根据权利要求1所述的水冷壁水煤浆气化炉，其特征在于，所述点火炉头通过法兰和所述炉体连接。
3.根据权利要求1或2所述的水冷壁水煤浆气化炉，其特征在于，所述点火炉头的内腔包括燃烧室和与所述燃烧室相连通的喷气通道，所述喷气通道与所述气化室相连通，所述燃烧室和所述喷气通道之间的连接处为缩口，所述缩口自所述燃烧室至所述喷气通道逐渐收缩，所述喷气通道内径与所述燃烧室内径比为0.2-1.0。
4.根据权利要求3所述的水冷壁水煤浆气化炉，其特征在于，所述喷气通道内径与所述燃烧室内径比为0.5-0.7。
5.根据权利要求3所述的水冷壁水煤浆气化炉，其特征在于，所述燃烧室的炉壁采用三层耐火材料复合结构。
6.根据权利要求4所述的水冷壁水煤浆气化炉，其特征在于，所述燃烧室的炉壁采用三层耐火材料复合结构。
7.根据权利要求1所述的水冷壁水煤浆气化炉，其特征在于，所述水冷壁内侧敷设有一层耐火材料，所述水冷壁为盘管或者列管；在所述气化室水冷壁和所述炉体的外壳之间设有隔热室，所述隔热室为空腔或在隔热室内填充有保温材料；所述水煤浆及气化剂喷嘴安装口为两个或四个或六个或八个，多个水煤浆及气化剂喷嘴安装口以所述气化室的轴线为中心，呈对称设置；在所述气化室和排渣口之间还设置有激冷室和激冷装置。
8.根据权利要求2所述的水冷壁水煤浆气化炉，其特征在于，所述水冷壁内侧敷设有一层耐火材料，所述水冷壁为盘管或者列管；在所述气化室水冷壁和所述炉体的外壳之间设有隔热室，所述隔热室为空腔或在隔热室内填充有保温材料；所述水煤浆及气化剂喷嘴安装口为两个或四个或六个或八个，多个水煤浆及气化剂喷嘴安装口以所述气化室的轴线为中心，呈对称设置；在所述气化室和排渣口之间还设置有激冷室和激冷装置。
9.根据权利要求3所述的水冷壁水煤浆气化炉，其特征在于，所述水冷壁内侧敷设有一层耐火材料，所述水冷壁为盘管或者列管；在所述气化室水冷壁和所述炉体的外壳之间设有隔热室，所述隔热室为空腔或在隔热室内填充有保温材料；所述水煤浆及气化剂喷嘴安装口为两个或四个或六个或八个，多个水煤浆及气化剂喷嘴安装口以所述气化室的轴线为中心，呈对称设置；在所述气化室和排渣口之间还设置有激冷室和激冷装置。
10.根据权利要求4所述的水冷壁水煤浆气化炉，其特征在于，所述水冷壁内侧敷设有一层耐火材料，所述水冷壁为盘管或者列管；在所述气化室水冷壁和所述炉体的外壳之间设有隔热室，所述隔热室为空腔或在隔热室内填充有保温材料；所述水煤浆及气化剂喷嘴安装口为两个或四个或六个或八个，多个水煤浆及气化剂喷嘴安装口以所述气化室的轴线为中心，呈对称设置；在所述气化室和排渣口之间还设置有激冷室和激冷装置。
11.根据权利要求5所述的水冷壁水煤浆气化炉，其特征在于，所述水冷壁内侧敷设有一层耐火材料，所述水冷壁为盘管或者列管；在所述气化室水冷壁和所述炉体的外壳之间设有隔热室，所述隔热室为空腔或在隔热室内填充有保温材料；所述水煤浆及气化剂喷嘴安装口为两个或四个或六个或八个，多个水煤浆及气化剂喷嘴安装口以所述气化室的轴线为中心，呈对称设置；在所述气化室和排渣口之间还设置有激冷室和激冷装置。
12.根据权利要求6所述的水冷壁水煤浆气化炉，其特征在于，所述水冷壁内侧敷设有一层耐火材料，所述水冷壁为盘管或者列管；在所述气化室水冷壁和所述炉体的外壳之间设有隔热室，所述隔热室为空腔或在隔热室内填充有保温材料；所述水煤浆及气化剂喷嘴安装口为两个或四个或六个或八个，多个水煤浆及气化剂喷嘴安装口以所述气化室的轴线为中心，呈对称设置；在所述气化室和排渣口之间还设置有激冷室和激冷装置。
13.权利要求1至12任一所述的设置点火炉头的水冷壁水煤浆气化炉的气化工艺，包括以下步骤：
S01：烘炉
在点火炉头的喷头安装口插入点火喷头，在水煤浆及气化剂喷嘴安装口插入水煤浆及气化剂喷嘴，对气化室和点火炉头进行烘炉，使气化室、点火炉头内的温度达到气化室预定烘炉温度、点火炉头预定烘炉温度；
S02：点火
抽出点火喷头，并在点火炉头的喷头安装口装入进料喷嘴，将水煤浆和气化剂投入点火炉头燃烧室，并在点火炉头内点燃；
S03：气化
在点火炉头内点燃的高温物料进入气化炉的气化室里，点燃由水煤浆及气化剂喷嘴喷入气化室内的水煤浆和气化剂进行气化反应。
14.根据权利要求13所述的气化工艺，其特征在于：所述步骤S01中，所述点火炉头预定烘炉温度为800～1550℃。
15.根据权利要求14所述的气化工艺，其特征在于：所述点火炉头预定烘炉温度为1100℃。
16.根据权利要求13至15任一所述的气化工艺，其特征在于：所述步骤S03中，所述气化反应的温度为1100～1500℃。
17.根据权利要求13所述的气化工艺，其特征在于：在步骤S03之后还包括以下步骤：
S04：点火炉头停止工作。
18.根据权利要求14所述的气化工艺，其特征在于：在步骤S03之后还包括以下步骤：
S04：点火炉头停止工作。
19.根据权利要求15所述的气化工艺，其特征在于：在步骤S03之后还包括以下步骤：
S04：点火炉头停止工作。
20.根据权利要求16所述的气化工艺，其特征在于：在步骤S03之后还包括以下步骤：
S04：点火炉头停止工作。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: REN XIANGKUN Free format text: FORMER OWNER: WANG QING Effective date: 20141115 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| C53 | Correction of patent for invention or patent application | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Ren Xiangkun Inventor before: Wang Qing |
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| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 102208 CHANGPING, BEIJING TO: 100020 CHAOYANG, BEIJING Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: WANG QING TO: REN XIANGKUN |
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| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20141115 Address after: 100020 2508 Times Building, 8 East Beichen Road, Beijing, Beichen, Chaoyang District Applicant after: Ren Xiangkun Address before: 102208 Huilongguan 36 hospital, Beijing, Changping District 1-102 Applicant before: Wang Qing |
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| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |