CN104019460B - 一种水冷壁气化炉挂渣方法及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水冷壁气化炉挂渣方法及设备，该方法包括如下步骤：利用输送载气将固体灰渣向气化炉的水冷壁喷射，并在固体灰渣喷出时利用高温热源对其进行熔融，从而使固体灰渣熔融后附着到气化炉的水冷壁上形成固渣层，即实现挂渣。该设备包括中心通道(1)以及由内向外依次设于中心通道(1)外侧的内层环形通道(2)、中层环形通道(3)和外层环形通道(4)；中心通道(1)的前端出口以及中层环形通道(3)的前端出口共同设有一个喷嘴。本发明实施例不仅提高了挂渣效率和挂渣质量、缩短了挂渣时间，而且提升了气化炉的耐高温性能，也提高了燃烧效率，避免了在挂渣过程中出现大量能源损耗。
Description
技术领域
本发明涉及气化炉技术领域，尤其涉及一种水冷壁气化炉挂渣方法及设备。
背景技术
目前，水冷壁式气化炉在原始开车的过程中均需要经历一个低负荷挂渣过程。在现有技术中，这个挂渣过程主要依靠粉煤烧嘴来完成，即原始开车初期，利用粉煤烧嘴在气化炉内燃烧粉煤，由于此时负荷较低，所以炉温可以控制的相对较高，粉煤在燃烧过程中会形成液态熔渣，有小部分熔渣能溅射到气化炉的水冷壁上，在经过长时间后，溅射到水冷壁上的熔渣逐渐增多，从而就实现挂渣过程。但是，粉煤烧嘴并不是为挂渣设计的，利用粉煤烧嘴进行挂渣主要是靠液态熔渣溅射来完成，因此这种挂渣方法不仅效率低、耗费时间长，而且大多无法挂出理想的渣层。同时，在使用粉煤烧嘴进行挂渣的过程中，所产生的有效气由于压力较低无法送入后续合成工段，只能以火炬的形式排放掉，这就造成了能源的巨大浪费。
发明内容
针对现有技术中的上述不足之处，本发明提供了一种水冷壁气化炉挂渣方法及设备，不仅提高了挂渣效率和挂渣质量、缩短了挂渣时间，而且提升了气化炉的耐高温性能，也提高了燃烧效率，避免了在挂渣过程中出现大量能源损耗。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种水冷壁气化炉挂渣方法，包括如下步骤：利用输送载气将固体灰渣向气化炉的水冷壁喷射，并在固体灰渣喷出时利用高温热源对其进行熔融，从而使固体灰渣熔融后附着到气化炉的水冷壁上形成固渣层，即实现挂渣。
优选地，在固体灰渣喷出时，采用燃烧的预混物料对固体灰渣进行熔融；其中，预混物料由气体燃料和助燃气体混合而成；通过调整气体燃料和助燃气体的混合比例使一次空气系数控制在0.2～0.5之间，并且燃烧温度不低于1800℃。
优选地，所述输送载气采用空气或富氧；在固体灰渣喷出时，输送载气与预混物料混合，以促进预混物料中气体燃料的燃烧。
优选地，输送载气的流速为20～50m/s；输送载气中固体灰渣的悬浮密度在2～5kg/m3之间。
优选地，固体灰渣的灰熔点不低于1500℃；粒度在200μm以下的固体灰渣占固体灰渣总重量的80％以上。
一种水冷壁气化炉挂渣设备，包括：中心通道1以及由内向外依次设于中心通道1外侧的内层环形通道2、中层环形通道3和外层环形通道4；中心通道1的前端出口以及中层环形通道3的前端出口共同设有一个喷嘴；
其中，中心通道1是输送载气输送固体灰渣的通道，而输送载气将固体灰渣输送至中心通道1的前端出口，并向喷嘴外喷出；中层环形通道3是预混物料的输送通道，而预混物料由中层环形通道3的前端出口喷出后燃烧，并对经过喷嘴的固体灰渣进行熔融；内层环形通道2用于同时对中心通道1和中层环形通道3进行降温；外层环形通道4用于对中层环形通道3进行降温。
优选地，所述喷嘴包括耐火板6、渣钉7和结构支撑板8；结构支撑板8固定在外层环形通道4的前端，并对耐火板6提供支撑；耐火板6沿外层环形通道4的前端出口的内侧围成一个耐火出口，并且该耐火板6通过渣钉7固定在结构支撑板8上。
优选地，耐火板6的最高使用温度大于1200℃，并且耐火板6中的碳化硅含量高于70％；耐火板6和渣钉7的厚度均大于5mm。
优选地，所述中层环形通道3的内部设有点火装置5；该点火装置5沿中层环形通道3延伸，并且该点火装置5的前端延伸至喷嘴处。
优选地，还包括：固体灰渣预处理装置；该固体灰渣预处理装置包括研磨机91、储料仓92和输送管道95；研磨机91的出料口与储料仓92的顶部连通；储料仓92的下端出口与输送管道95的进料端连通；输送管道95的出料端与中心通道1连通；储料仓92的上端设有用于为储料仓92的上部提供悬浮载气的第一进气口96；储料仓92的下端设有用于为储料仓92的下部提供悬浮载气的第二进气口93；输送管道95的进料端设有为输送管道95提供输送载气的第三进气口94；固体灰渣经过研磨机91的研磨，使粒度在200μm以下的固体灰渣占固体灰渣总重量的80％以上；研磨后的固体灰渣进入储料仓92，并在悬浮载气作用下进入输送管道95；进入输送管道95的固体灰渣在输送载气的作用下以20～50m/s的流速被传送到中心通道1。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例所提供的水冷壁气化炉挂渣方法及设备以灰熔点不低于1500℃的固体灰渣为原料，利用输送载气将固体灰渣向气化炉的水冷壁喷射，并在固体灰渣喷出时利用高温热源对其进行熔融，从而使固体灰渣熔融后附着到气化炉的水冷壁上形成固渣层，因此本发明实施例不仅提高了挂渣效率和挂渣质量、缩短了挂渣时间，而且避免了在挂渣过程中出现大量能源损耗，节约了挂渣成本。同时，由于本发明所使用的固体灰渣是灰熔点不低于1500℃的固体灰渣，因此这可以对水冷壁起到有效保护作用，提升了气化炉的耐高温性能，也提高了燃烧效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明实施例提供的水冷壁气化炉挂渣设备的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的水冷壁气化炉挂渣设备的流程示意图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
下面分别对本发明实施例所提供的水冷壁气化炉挂渣方法及设备进行详细描述。
(一)一种水冷壁气化炉挂渣方法
一种水冷壁气化炉挂渣方法，其具体可以包括如下步骤：利用输送载气将固体灰渣向气化炉的水冷壁喷射，并在固体灰渣喷出时利用高温热源对其进行熔融，从而使固体灰渣熔融后附着到气化炉的水冷壁上形成固渣层，即实现挂渣。
其中，在固体灰渣喷出时，最好采用燃烧的预混物料对固体灰渣进行熔融；预混物料最好由气体燃料和助燃气体混合而成，并且通过调整气体燃料和助燃气体的混合比例使一次空气系数最好控制在0.2～0.5之间，燃烧温度最好不低于1800℃。由于水冷壁气化炉内空气流通不畅，如果仅使用气体燃料，而不使用混有助燃气体的预混物料，那么气体燃料将无法在短时间内充分燃烧，这不仅会造成资源大量浪费，而且会使固体灰渣无法熔融。本发明通过调整气体燃料和助燃气体的混合比例能够使气体燃料更充分的燃烧，并使燃烧温度达到固体灰渣的熔融温度以上，从而使固体灰渣在喷出时能够迅速熔融，这保证了固体灰渣能够更好地附着到气化炉的水冷壁上，并形成高质量的固渣层。在实际应用中，气体燃料可以采用天然气、液化石油气或雾化柴油中的一种或多种，但最好采用液化石油气；助燃气体可以采用空气或富氧，最好采用氧浓度高于50％的富氧；这既可以使燃烧充分剧烈，促使固体灰渣快速熔融，又能够有效降低原料成本。
具体地，该水冷壁气化炉挂渣方法具体可以包括如下技术方案：
(1)输送载气可以采用具有强氧化性的气体，例如：空气或富氧；但最好采用氧浓度高于60％～95％的富氧，从而在固体灰渣喷出时，输送载气会与预混物料混合，以促进预混物料中气体燃料能够更加充分燃烧，进而使固体灰渣能够更好的快速熔融，以保证固体灰渣能够更好地附着到气化炉的水冷壁上，并形成高质量的固渣层。
(2)为了使输送载气能够有效输送固体灰渣，并且使固体灰渣在喷出时能够快速熔融，固体灰渣的粒度最好满足：粒度在200μm以下的固体灰渣占固体灰渣总重量的80％以上。如果固体灰渣粒度过大，则输送载气输送这种固体灰渣会比较困难，而且固体灰渣很难在短时间内快速熔融，这就会使固体灰渣无法附着到气化炉的水冷壁上。
(3)由于挂渣的主要目的是对气化炉的水冷壁提供有效保护，因此水冷壁上的挂渣层需要有较好耐热性；如果固体灰渣的灰熔点过低，那么即使水冷壁上的挂渣质量再好，一旦气化炉炉温波动，挂渣也会逐渐融化，这就失去了挂渣的意义。本发明中固体灰渣的灰熔点最好不低于1500℃，这可以对气化炉的水冷壁起到有效的保护作用；在实际应用中，如果固体灰渣的灰熔点低于1500℃，那么可以向固体灰渣中掺混SiO2或Al2O3，最好是Al2O3，这可以提高固体灰渣的灰熔点。此外，固体灰渣可以采用工业燃煤所产生的煤渣，并且其含水量最好低于10％，这既能大幅降低原料成本，又能保证固体灰渣具有较好的熔融能力和对水冷壁的较好防护效果。
(4)输送载气的流速最好为20～50m/s，这可以保证输送载气能够有效地输送固体灰渣，并向气化炉的水冷壁喷射。输送载气中固体灰渣的悬浮密度最好在2～5kg/m3之间，这既可以使输送稳定，又可以使固体灰渣在喷出时充分有效熔融，从而保证了较快的挂渣速度；如果输送载气中固体灰渣的悬浮密度过小，那么挂渣速度将很慢；如果输送载气中固体灰渣的悬浮密度过大，那么可能造成输送不稳定，也可能使部分固体灰渣无法熔融，这就造成了资源的浪费。
(5)在挂渣过程中，气化炉的水冷壁内最好通入冷水，这可以熔融的固体灰渣在接触到水冷壁后，就会迅速冷凝并附着到气化炉的水冷壁上形成固渣层。
由此可见，本发明实施例所提供的水冷壁气化炉挂渣方法不仅提高了挂渣效率和挂渣质量、缩短了挂砸时间，而且提升了气化炉的耐高温性能，也提高了燃烧效率，避免了在挂渣过程中出现大量能源损耗，节约了挂渣成本。
(二)一种水冷壁气化炉挂渣设备
如图1和图2所示，一种水冷壁气化炉挂渣设备，其具体结构可以包括：中心通道1以及由内向外依次设于中心通道1外侧的内层环形通道2、中层环形通道3和外层环形通道4；中心通道1的前端出口以及中层环形通道3的前端出口共同设有一个喷嘴；
其中，中心通道1是输送载气输送固体灰渣的通道，而输送载气将固体灰渣输送至中心通道1的前端出口，并向喷嘴外喷出；中层环形通道3是预混物料的输送通道，而预混物料由中层环形通道3的前端出口喷出后燃烧，并对经过喷嘴的固体灰渣进行熔融；内层环形通道2用于同时对中心通道1和中层环形通道3进行降温；外层环形通道4用于对中层环形通道3进行降温。
具体地，该水冷壁气化炉挂渣设备具体可以包括如下技术方案：
(1)喷嘴可以包括耐火板6、渣钉7和结构支撑板8；结构支撑板8固定在外层环形通道4的前端，并对耐火板6提供支撑；耐火板6沿外层环形通道4的前端出口的内侧围成一个耐火出口，并且该耐火板6通过渣钉7固定在结构支撑板8上。
在实际应用中，耐火板6可以采用现有技术中的耐火材料制成，其最高使用温度大于1200℃，并且耐火板6中的碳化硅含量高于70％；耐火板6和渣钉7的厚度可以均大于5mm，最好为8mm。
(2)中层环形通道3的内部设有点火装置5；该点火装置5沿中层环形通道3延伸，并且该点火装置5的前端延伸至喷嘴处；在实际应用中，该点火装置5可以采用现有技术中的电打火装置；当预混物料由中层环形通道3喷出时可以通过该点火装置5引燃。
(3)中层环形通道3中，预混物料的喷出速率可以大于80m/s，但最好为80～130m/s，这可以使中心通道1喷出的固体灰渣充分熔融。
中心通道1内通过输送载气输送固体灰渣，并且固体灰渣在由中心通道1的前端出口喷出时，被中层环形通道3的前端出口处的环形火焰熔融，熔融的固体灰渣落到水冷壁的壁面冷凝并附着，从而形成固渣层。
(4)内层环形通道2和外层环形通道4均可以采用现有技术中的冷却技术，但最好采用现有技术中水冷技术；在实际应用中，内层环形通道2和外层环形通道4内可以分别设有冷却水管道，并且每个冷却水管道均采用下进上出的冷却方式，冷却水管道的管口直径最好为10～20mm，水流速度最好为1～3m/s，高温回水可以通过水冷却塔冷却，进出口水温温差最好为10～15℃。
除了上述技术方案外，本发明实施例提供的水冷壁气化炉挂渣设备还可以包括：固体灰渣预处理装置；该固体灰渣预处理装置的具体结构可以包括：研磨机91、储料仓92和输送管道95；研磨机91的出料口与储料仓92的顶部连通；储料仓92的下端出口与输送管道95的进料端连通；输送管道95的出料端与中心通道1连通；储料仓92的上端设有用于为储料仓92的上部提供悬浮载气的第一进气口96；储料仓92的下端设有用于为储料仓92的下部提供悬浮载气的第二进气口93；输送管道95的进料端设有为输送管道95提供输送载气的第三进气口94；
固体灰渣经过研磨机91的研磨，使粒度在200μm以下的固体灰渣占固体灰渣总重量的80％以上；研磨后的固体灰渣进入储料仓92，并在悬浮载气作用下由储料仓92的下端出口进入输送管道95；进入输送管道95的固体灰渣在输送载气的作用下以20～50m/s的流速被传送到中心通道1。
具体地，该固体灰渣预处理装置的具体实施方案可以包括：
(1)悬浮载气可以采用与输送载气相同的氧化剂(例如：空气)，其主要作用是使储料仓92内的固体灰渣悬浮起来，并逐渐由储料仓92的下端出口流出，有效防止了大量固体灰渣同时沉积时堵塞储料仓92的下端出口。
(2)通过调整第一进气口96的进气气压和第二进气口93的进气气压可以控制储料仓92的上部与下部的压差，储料仓92内的固体灰渣在这一压差的作用下由储料仓92的下端出口进入输送管道95，因此通过调整第一进气口96的进气气压和第二进气口93的进气气压可以控制固体灰渣由储料仓92的下端进入输送管道95的速度；在实际应用中，固体灰渣由储料仓92的下端进入输送管道95的速度最好控制在0.05～0.3kg/s。
(3)在输送管道95内，输送载气的流量最好为200～300Nm3/h，这可以使输送载气能够有效地将固体灰渣输送至中心通道1，进入输送管道95的固体灰渣最好以20～50m/s的流速被输送载气送入中心通道1。
需要说明的是，由于固体灰渣、输送载气和预混物料的相关内容已经在上述的方法部分描述，因此在该水冷壁气化炉挂渣设备部分不再赘述。
可见，本发明实施例不仅提高了挂渣效率和挂渣质量、缩短了挂渣时间，而且提升了气化炉的耐高温性能，也提高了燃烧效率，避免了在挂渣过程中出现大量能源损耗。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种水冷壁气化炉挂渣方法，其特征在于，包括如下步骤：利用输送载气将固体灰渣向气化炉的水冷壁喷射，并在固体灰渣喷出时利用高温热源对其进行熔融，从而使固体灰渣熔融后附着到气化炉的水冷壁上形成固渣层，即实现挂渣。
2.根据权利要求1所述的挂渣方法，其特征在于，在固体灰渣喷出时，采用燃烧的预混物料对固体灰渣进行熔融；
其中，预混物料由气体燃料和助燃气体混合而成；通过调整气体燃料和助燃气体的混合比例使一次空气系数控制在0.2～0.5之间，并且燃烧温度不低于1800℃。
3.根据权利要求2所述的挂渣方法，其特征在于，所述输送载气采用空气或富氧；在固体灰渣喷出时，输送载气与预混物料混合，以促进预混物料中气体燃料的燃烧。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的挂渣方法，其特征在于，输送载气的流速为20～50m/s；输送载气中固体灰渣的悬浮密度在2～5kg/m3之间。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的挂渣方法，其特征在于，固体灰渣的灰熔点不低于1500℃；粒度在200μm以下的固体灰渣占固体灰渣总重量的80％以上。
6.一种水冷壁气化炉挂渣设备，其特征在于，包括：中心通道(1)以及由内向外依次设于中心通道(1)外侧的内层环形通道(2)、中层环形通道(3)和外层环形通道(4)；
中心通道(1)的前端出口以及中层环形通道(3)的前端出口共同设有一个喷嘴；
其中，中心通道(1)是输送载气输送固体灰渣的通道，而输送载气将固体灰渣输送至中心通道(1)的前端出口，并向喷嘴外喷出；中层环形通道(3)是预混物料的输送通道，而预混物料由中层环形通道(3)的前端出口喷出后燃烧，并对经过喷嘴的固体灰渣进行熔融；内层环形通道(2)用于同时对中心通道(1)和中层环形通道(3)进行降温；外层环形通道(4)用于对中层环形通道(3)进行降温。
7.根据权利要求6所述的挂渣设备，其特征在于，所述喷嘴包括耐火板(6)、渣钉(7)和结构支撑板(8)；
结构支撑板(8)固定在外层环形通道(4)的前端，并对耐火板(6)提供支撑；耐火板(6)沿外层环形通道(4)的前端出口的内侧围成一个耐火出口，并且该耐火板(6)通过渣钉(7)固定在结构支撑板(8)上。
8.根据权利要求7所述的挂渣设备，其特征在于，耐火板(6)的最高使用温度大于1200℃，并且耐火板(6)中的碳化硅含量高于70％；耐火板(6)的厚度大于5mm。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的挂渣设备，其特征在于，所述中层环形通道(3)的内部设有点火装置(5)；该点火装置(5)沿中层环形通道(3)延伸，并且该点火装置(5)的前端延伸至喷嘴处。
10.根据权利要求6至8中任一项所述的挂渣设备，其特征在于，还包括：固体灰渣预处理装置；
该固体灰渣预处理装置包括研磨机(91)、储料仓(92)和输送管道(95)；研磨机(91)的出料口与储料仓(92)的顶部连通；储料仓(92)的下端出口与输送管道(95)的进料端连通；输送管道(95)的出料端与中心通道(1)连通；储料仓(92)的上端设有用于为储料仓(92)的上部提供悬浮载气的第一进气口(96)；储料仓(92)的下端设有用于为储料仓(92)的下部提供悬浮载气的第二进气口(93)；输送管道(95)的进料端设有为输送管道(95)提供输送载气的第三进气口(94)；
固体灰渣经过研磨机(91)的研磨，使粒度在200μm以下的固体灰渣占固体灰渣总重量的80％以上；研磨后的固体灰渣进入储料仓(92)，并在悬浮载气作用下进入输送管道(95)，储料仓(92)的固体灰渣放料速度在0.05～0.3kg/s之间；进入输送管道(95)的固体灰渣在输送载气的作用下以20～50m/s的流速被传送到中心通道(1)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: CHANGZHENG ENGINEERING CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: LI ZHENZHEN Effective date: 20150303 |
|
| 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: Wei Zhaofu Inventor after: Li Lizhi Inventor after: Xin Wei Inventor after: Guo Jinjun Inventor after: Gao Ruihuan Inventor after: Zhang Yan Inventor before: Li Zhenzhen |
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| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 300202 HEXI, TIANJIN TO: 101111 DAXING, BEIJING Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: LI ZHENZHEN TO: WEI ZHAOFU LI LIZHI XIN WEI GUO JINJUN GAO RUIHUAN ZHANG YAN |
|
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20150303 Address after: 101111, Beijing Beijing Daxing District economic and Technological Development Zone, four East Sea Road 141 Applicant after: Aerospace Changzheng Engineering Co.,Ltd. Address before: 300202 No. 984 South Dagu Road, Tianjin, Hexi District Applicant before: Li Zhenzhen |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |