CN104946311B - 一种半废锅下激冷式粉煤气化炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种半废锅下激冷式粉煤气化炉，包括第一腔室、第二腔室、喷嘴系统及连接喉管，其中：第一腔室包括承压壳、第一水冷壁和反应室，承压壳为第一腔室的外壳，反应室外侧壁围设有第一水冷壁；第一水冷壁与承压壳之间形成空腔；喷嘴系统，设在第一腔室顶端的中心，固定在承压壳上端开口并通向反应室的上端开口，用于将煤粉和氧化剂混合雾化后喷射向反应室，其还包括点火装置和火焰检测装置；连接喉管将第一腔室与第二腔室连接在一起；第二腔室包括第一冷却室和第二冷却室，第一冷却室为辐射废锅冷却系统，位于第二腔室的上部，第二冷却室位于第一冷却室的下面并与第一冷却室连通，第二冷却室上部设有合成气出口。

Description

一种半废锅下激冷式粉煤气化炉

技术领域

本发明涉及粉煤气化装置领域，具体而言，涉及一种半废锅下激冷式粉煤气化炉。

背景技术

整体气化联合循环(IGCC)动力装置能够较清洁和高效地用各种烃给料(例如煤)产生能量。IGCC技术可通过在气化器中与蒸汽的反应来将烃给料转化成包括一氧化碳(CO)和氢(H₂)的气体混合物，例如合成气。这些气体可在传统的联合循环动力装置中被冷却、清洁以及用作燃料。然而，在可使用合成气之前，诸如夹带的固体、二氧化碳和/或硫化氢的杂质通常必须从合成气移除。

一些燃烧过程中，气化反应器内的温度可能超过1600-1800摄氏度。为了保护高温作用下的气化反应器的炉壁，以及延长气化反应器的使用寿命，通常在气化反应器的内壁会设置一层耐高温的内衬材料。公知的耐高温内衬材料有多种类型。其中一种内衬材料为耐火砖，其可以将气化反应器的内壁和炉内的高温环境隔绝开，从而起到保护炉壁的作用。然而，使用耐火砖的一个缺陷是耐火砖可能需要进行替换，由此会增加气化反应器的维护成本。此外，气化反应器的耐火砖一般需要预热和冷却时间以避免热冲击损坏。

传统的多喷嘴结构的气化炉有两种类型：第一种类型是在气化炉的直管段的下部设置多个喷嘴，气体上行、灰渣沿炉壁下行，这种类型的气化炉，系统流程长，废锅结构复杂，设备的造价高，运行过程中煤种波动大时易出现渣口及对流废锅结渣堵塞；第二种类型是在气化炉的直管段的上部设置多个喷嘴，气体下行、灰渣沿炉壁下行，这种类型的气化炉多为激冷流程工艺，运行过程操作不稳定程度高，易出现渣口堵塞，激冷装置直接受高热冲击，导致频繁更换，维护成本高昂，并影响长期稳定操作；同时因含灰渣合成气直接激冷，高位热能未得到有效回收，造成了极大的资源浪费。

因此，本发明提出一种半废锅下激冷式粉煤气化炉，以弥补现有技术的不足。

发明内容

本发明提供一种半废锅下激冷式粉煤气化炉，反应室为水冷壁结构，合成气初步处理工序为废锅加激冷流程，形成半废锅下激冷式粉煤气化炉，也即全辐射废锅下激冷式粉煤气化炉，节约建造成本，避免灰渣堵塞，降低故障率，提高热效率，缩短开停车时间，大幅节约维护、维修成本。

为达到上述目的，本发明提供了一种半废锅下激冷式粉煤气化炉，包括第一腔室、第二腔室、喷嘴系统及连接喉管，其中：

所述第一腔室包括承压壳、第一水冷壁和反应室，所述承压壳为所述第一腔室的外壳，具有上下两个开口；所述反应室设在所述承压壳内部中间位置，具有与所述承压壳对应的上下开口；所述反应室外侧壁围设有所述第一水冷壁；所述第一水冷壁与所述承压壳之间形成空腔；

所述喷嘴系统，设在所述第一腔室顶端的中心，固定在所述承压壳上端开口并通向所述反应室的上端开口，所述喷嘴系统用于将煤粉和氧化剂混合雾化后喷射向所述反应室，所述喷嘴系统还包括点火装置和火焰检测装置；

所述连接喉管设在所述第一腔室底端的中心，其上端经过所述承压壳下端开口通向所述反应室的下端开口，其下端连接所述第二腔室的上端中心开口，将所述第一腔室与所述第二腔室连接在一起；

所述第二腔室包括第一冷却室和第二冷却室，所述第一冷却室为辐射废锅冷却系统，位于所述第二腔室的上部，所述第二冷却室位于所述第一冷却室的下面并与所述第一冷却室连通，所述第二冷却室上部设有合成气出口。

其中，所述第一冷却室包括第二水冷壁，所述第二水冷壁是围绕所述第二腔室上部内壁设置的水管排构成的壁，且所述第二水冷壁与所述第二腔室上部内壁中间设有空隙。

其中，所述第二水冷壁包括多段水管排，每段所述水管排为多段水管环设成的同心圆筒。

其中，所述多段水管排每段的同心圆筒个数不同。

其中，所述第一冷却室还包括挡板，所述挡板设在所述第二水冷壁内侧，与所述第二水冷壁竖直向下的方向形成锐角。

其中，所述第二冷却室包括渣池、惯性分离装置，合成气出口和渣水出口；其中，所述渣水出口设在所述第二冷却室底部的中心，所述惯性分离装置由竖向设置的圆筒状挡板和分气导管组成，其下端靠近所述渣水出口设置。

其中，所述第二冷却室上部具有环状喷头，用于向所述第二冷却室内喷射冷却剂。

其中，所述第一水冷壁围绕所述反应室横向盘绕设置或者竖向设置。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明的半废锅下激冷式粉煤气化炉，实践证明可以回收相当于原料煤低位发热量中15～18％的能量，使得热煤气效率可达到90～95％，与传统激冷流程相比，大幅提高全厂能效(全产品链)>5％；合成气第一冷却室采用辐射热回收方式，也即半废锅流程，不设对流型水冷壁热回收系统，可以大幅降低设备投资、有效避免对流废锅堵渣等问题，另外，通过合理设置辐射废锅流程的水冷壁管排或适当设置折流/回流装置，可以利用虹吸作用达到初步分离合成气中的杂质的目的；合成气第二冷却室主要采用冷却剂充分接触经合成气第一冷却室处理过的初步降温/分离过的合成气，使合成气中的熔渣固化，合成气第二冷却室底部设有水浴空间，经激冷的合成气通过水浴，利用气固惯性分离原理进一步冷却/净化合成气、分离杂质，由合成气出口进入下游工序，水浴固化分离的杂质，沉淀在渣池内，定期排出气化炉。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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的附图。

图1为本发明一实施例的半废锅下激冷式粉煤气化炉的示意图；

图2为本发明一个实施例的半废锅下激冷式粉煤气化炉的第二水冷壁的其中一段水管排的示意图。

附图标记说明：1-喷嘴系统；2-第一腔室；3-第二腔室；4-连接喉管；5-第一冷却室；6-第二冷却室；11-点火装置；12-火焰检测装置；21-承压壳；22-第一水冷壁；23-反应室；51-第二水冷壁；511-第二水冷壁进/出水口；52-挡板；53-导气筒；61-合成气出口；62-渣池；63-惯性分离装置；64-渣水出口；65-环状喷头。

具体实施方式

下面将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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明一个实施例的半废锅下激冷式粉煤气化炉的示意图。

本发明提供的一种半废锅下激冷式粉煤气化炉，包括第一腔室2、第二腔室3、喷嘴系统1及连接喉管4，其中：

第一腔室2包括承压壳21、第一水冷壁22和反应室23，承压壳21为第一腔室2的外壳，具有上下两个开口；反应室23设在承压壳21内部中间位置，具有与承压壳21对应的上下开口；反应室23外侧壁围设有第一水冷壁22；第一水冷壁22与承压壳21之间形成空腔；

喷嘴系统1，设在第一腔室2顶端的中心，固定在承压壳21上端开口并通向反应室23的上端开口，喷嘴系统1用于将煤粉和氧化剂混合雾化后喷射向反应室23，喷嘴系统1还包括点火装置11和火焰检测装置12；

连接喉管4设在第一腔室2底端的中心，其上端经过承压壳21下端开口通向反应室23的下端开口，其下端连接第二腔室3的上端中心开口，将第一腔室2与第二腔室3连接在一起；

第二腔室3包括第一冷却室5和第二冷却室6，第一冷却室5为辐射废锅冷却系统，位于第二腔室3的上部，第二冷却室6位于第一冷却室5的下面并与第一冷却室5连通，第二冷却室6上部设有合成气出口61。第二腔室3所设第一冷却室5和第二冷却室6，形成本发明的半废锅半激冷气化炉冷却系统。

在本发明的一个实施例中，第一冷却室5包括第二水冷壁51，第二水冷壁51是围绕第二腔室3上部内壁设置的水管排构成的壁，且第二水冷壁51与第二腔室3上部内壁中间设有空隙。

在本发明的一个实施例中，第二水冷壁51包括多段水管排，每段所述水管排为多段水管环设成的同心圆筒。如图2所示，为其中一段水管排的示意图，每段水管竖向排列，相邻两端竖向排列的水管间在顶端或底端通过一段很短的U型弯曲水管连接在一起，使整体相通，最终形成圆筒状，第二水冷壁进/出水口511为水管排的进水口端或出水口端。

在本发明的一个实施例中，所述多段水管排竖向排列，每段所述水管排的同心圆筒个数不同。

在本发明的一个实施例中，第一冷却室5还包括挡板52，挡板52设在第二水冷壁51内侧，与第二水冷壁51竖直向下的方向形成锐角。

在本发明的一个实施例中，第二冷却室6包括渣池62、惯性分离装置63和渣水出口64；其中，渣水出口64设在第二冷却室6底部的中心，惯性分离装置63为竖向设置的圆筒状挡板，其下端靠近渣水出口64设置。

在本发明的一个实施例中，所述第二冷却室上部具有环状喷头65，用于向第二冷却室6内喷射冷却剂。

在本发明的一个实施例中，第一水冷壁22围绕反应室23外侧壁横向盘绕设置或者竖向设置。

本发明的半废锅下激冷式粉煤气化炉运行时，煤粉和氧化剂经喷嘴系统1混合雾化后喷射向反应室23，同时，喷嘴系统1的点火装置11放出火花引燃，使煤粉在氧化剂的作用下燃烧生成合成气，此时火焰检测装置12检测喷嘴系统1处的温度或光亮，确定煤粉被引燃后点火装置11停止放出引燃火花，否则点火装置11继续放出引燃火花以引燃煤粉。在燃烧过程中，一部分高温杂质(可达1400℃)在第一水冷壁22的作用下冷却，沿反应室23的内壁流下，大部分反应后的合成气经连接喉管4进入第二腔室3。第一水冷壁22吸收合成气的显热，以生产高压蒸汽或预热其他工艺介质。

合成气进入第二腔室3后首先由导气筒53引导流入第一冷却室5，第一冷却室5内的第二水冷壁51对其进行再次降温并过滤杂质。其中，第二水冷壁51的多层次圆筒状水管排及竖向设置的多段多层次的圆筒状水管排通过辐射热回收方式使水管内的介质与合成气交换热量，而不使用对流型水冷壁回收热量，亦即采用半废锅(只有辐射废锅)形式，有效避免对流废锅引起的堵渣问题。另外，可以根据合成气杂质密度的不同将辐射废锅设成发散或者收敛的形式；将辐射废锅设成发散形式即：当合成气杂质密度大于水的密度时，位于下方的水冷壁排设置成比上面一端水冷壁拍的同心圆筒层数少的结构，这样，合成气越向下其流动空间越大；将辐射废锅设成收敛形式即：当合成气杂质密度小于水的密度时，位于下方的水冷壁排设置成比上面一端水冷壁拍的同心圆筒层数多的结构，这样，合成气越向下其流动空间越小。通过这样的设置，合成气层流的压力差形成虹吸效应，在虹吸效应的作用下，可以分离合成气中的部分杂质。

合成气经过第一冷却室5后进入第二冷却室6，通过惯性分离装置63进一步将合成器中的杂质滤去，具体过程为：第二冷却室6上方的两个环状喷头65由上向下喷出冷却水，合成气经过时形成水浴，根据杂质和气体与水结合后重量的不同使其按惯性分离开，杂质形成灰渣下落入渣池62底部，并最终从渣水出口64流出；而过滤后的合成气上浮由合成气出口61引出以便进一步利用。

实践证明，这种装置可以回收相当于原料煤低位发热量中15～18％的能量，使得热煤气效率可达到90～95％，与传统激冷流程相比，大幅提高全厂能效(全产品链)>5％。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种半废锅下激冷式粉煤气化炉，其特征在于，包括第一腔室、第二腔室、喷嘴系统及连接喉管，其中：

所述第一腔室包括承压壳、第一水冷壁和反应室，所述承压壳为所述第一腔室的外壳，具有上下两个开口；所述反应室设在所述承压壳内部中间位置，具有与所述承压壳对应的上下开口；所述反应室外侧壁设有所述第一水冷壁；所述第一水冷壁与所述承压壳之间形成空腔；

所述喷嘴系统，设在所述第一腔室顶端的中心，固定在所述承压壳上端开口并通向所述反应室的上端开口，所述喷嘴系统用于将煤粉和氧化剂混合雾化后喷射向所述反应室，所述喷嘴系统还包括点火装置和火焰检测装置；

所述连接喉管设在所述第一腔室底端的中心，其上端经过所述承压壳下端开口通向所述反应室的下端开口，其下端连接所述第二腔室的上端中心开口，将所述第一腔室与所述第二腔室连接在一起；

所述第二腔室包括第一冷却室和第二冷却室，所述第一冷却室为辐射废锅冷却系统，位于所述第二腔室的上部，所述第二冷却室位于所述第一冷却室的下面并与所述第一冷却室连通，所述第二冷却室上部设有合成气出口；所述第一冷却室包括第二水冷壁，所述第二水冷壁是围绕所述第二腔室上部内壁设置的水管排构成的壁，且所述第二水冷壁与所述第二腔室上部内壁之间设有空隙；

所述第二水冷壁包括多段水管排，每段所述水管排为多段水管环设成的多个同心圆筒；

当合成气杂质密度大于水的密度时，位于下方的水管排设置成比上面一段水管排的同心圆筒层数少的结构；当合成气杂质密度小于水的密度时，位于下方的水管排设置成比上面一段水管排的同心圆筒层数多的结构。

2.根据权利要求1所述的半废锅下激冷式粉煤气化炉，其特征在于，所述多段水管排，每段的同心圆筒个数不同。

3.根据权利要求1所述的半废锅下激冷式粉煤气化炉，其特征在于，所述第一冷却室还包括挡板，所述挡板设在所述第二水冷壁内侧上，与所述第二水冷壁竖直向下的方向形成锐角。

4.根据权利要求1所述的半废锅下激冷式粉煤气化炉，其特征在于，所述第二冷却室包括渣池、惯性分离装置、合成气出口和渣水出口；其中，所述渣水出口设在所述第二冷却室底部的中心，所述惯性分离装置由竖向设置的圆筒状挡板和分气导管组成，其下端靠近所述渣水出口设置。

5.根据权利要求1所述的半废锅下激冷式粉煤气化炉，其特征在于，所述第二冷却室上部具有环状喷头，用于向所述第二冷却室内喷射冷却剂。

6.根据权利要求1所述的半废锅下激冷式粉煤气化炉，其特征在于，所述第一水冷壁围绕所述反应室横向盘绕设置或者竖向设置。