CN104946314A - 多效喷淋式气化炉激冷装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及多效喷淋式气化炉激冷装置，包括气化炉内部固定于托砖板下方或/和托砖法兰下方的若干喷淋环，喷淋环的外壁与托砖板或/和托砖法兰接触，利用流动的喷淋水带走部分热量，使得气化炉高负荷或满负荷运行时，托砖板温度不超出最高工作温度；下降管为一段或多段圆台状结构与圆筒状结构任意组合的渐扩结构，下降管底部截面积大于顶部截面积，可减小合成气进入气化炉底部黑水的速度，以减小合成气带水量；喷淋环上均布若干出水口，喷淋出水均朝向下降管的方向，激冷环的激冷水出水方向也朝向下降管，增强对下降管的冷却，减少下降管烧蚀变形现象的出现；同时通过对冲喷淋，大幅度减小合成气带水量，利于气化炉高负荷或满负荷稳定运行。

Description

多效喷淋式气化炉激冷装置

技术领域

本发明属于水煤浆或干煤粉或其他任何含碳原料气化设备技术领域，特别是涉及一种用于冷却气化炉合成气的多效喷淋式气化炉激冷装置。

背景技术

目前广泛使用的加压气流床耐火砖气化炉中，水煤浆或干煤粉在气化炉燃烧室中进行气化反应，产生的高温高压合成气被激冷环喷出的激冷水迅速冷却，同时夹带着灰渣顺着气化炉激冷室内的下降管进入气化炉底部的黑水中，粗渣沉积在气化炉底部并通过锁斗排出。经过进一步水浴除尘和冷却的合成气离开黑水，通过上升管或破泡条或挡水板等上升至气化炉激冷室顶部，从合成气出口排出。

    在气化炉实际操作中，出现了一些影响生产负荷、使用寿命的问题，部分甚至可能导致紧急停车等危险情况，亟待解决：

（1）合成气带水。由燃烧室出来的合成气沿下降管内部高速进入气化炉底部的黑水中，经水浴后，合成气反向沿下降管外壁迅速上升，使黑水液滴获得一定初始速度。若气流夹带液滴的速度大于液滴重力沉降速度，则液滴会随合成气离开气化炉。造成气化炉液位降低，难以维持正常的气化炉操作，导致被迫降低气化炉负荷或停车。

（2）托砖板超温。托砖板及托砖法兰承载气化炉燃烧室耐火砖重量，并通过与托砖法兰相连的激冷环承载下降管等内件重量。由于在加压气流床气化工艺中，气化温度高，尽管有耐火砖保护，但托砖板的温度仍很容易超过设计允许值，如果超温过多，造成托砖板材质的强度降低，导致被迫降低气化炉负荷或停车。

（3）下降管变形。按理想设计，激冷环喷出的激冷水沿下降管均匀分布，将高温合成气与下降管内壁隔开；但实际运行中，激冷环部分出水口由于结垢或灰渣颗粒造成堵塞，使得激冷环布水不均，下降管内壁上水膜厚度差别过大，严重的部位可能成为“干”区。高温合成气直接接触下降管内壁，导致烧蚀变形，被迫进行更换。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述问题，提出一种多效喷淋式气化炉激冷装置，通过下降管的形状改变和激冷环出水方向改进，可以有效改善合成气带水的问题，再配合增设喷淋装置对托砖板进行冷却降温处理，可有效综合解决合成气带水、托砖板超温和下降管烧蚀变形问题，避免气化炉降负荷或停车情况的发生。

本发明采用以下技术方案来实现：

多效喷淋式气化炉激冷装置，包括气化炉内的激冷环、耐火砖、托砖板、托砖法兰和下降管，托砖板与气化炉外壳固定，托砖法兰与托砖板焊接连接，耐火砖砌筑于托砖板和托砖法兰上；激冷环位于下降管内壁的上端，并固定在托砖法兰下方；其特征在于：下降管呈向下渐扩的形状，具体形状为只包括一段圆台状结构，或者为一段圆台状结构与一段圆筒状结构组合形成的渐扩结构，或者为多段圆台状结构与多段圆筒状结构交替组合形成的渐扩结构；下降管底部截面积大于顶部截面积。

所述下降管内的激冷环的出水方向均朝向下降管。

所述下降管整体呈一段上小下大的圆台状结构。

或者，下降管包括上段圆筒状结构和下段圆台状结构，圆筒状结构底部的截面积和圆台状结构顶部的截面积相同。

或者，下降管包括上段圆台状结构、中段圆筒状结构和下段圆台状结构，上段圆台状结构底部的截面积和中段圆筒状结构顶部的截面积相同，中段圆筒状结构底部的截面积和下段圆台状结构顶部的截面积相同。

下降管的具体形状和尺寸可以根据合成气带水情况进行设置。

在下降管外侧，托砖板下方或/和托砖法兰下方还固定设置有若干喷淋环，喷淋环的外壁与托砖板或/和托砖法兰直接接触；通过导热和对流作用，利用流动的喷淋水带走部分热量，使得气化炉高负荷或满负荷运行时，托砖板温度不超出最高工作温度。

所述喷淋环的纵向截面可以根据焊接或安装或使用效果的需要，为圆形、长方形等任意几何形状。

所述喷淋环上均布若干喷淋出水口，喷淋出水口均朝向下降管的方向。

所述喷淋出水口的出水面积大于激冷环出水口的出水面积。

所述喷淋环的截面面积、喷淋水量、喷淋出水口的形状尺寸、分布位置、数量、喷淋角度根据托砖板超温情况和下降管具体形状尺寸进行设置。

本发明与现有技术相比，其优点在于：

本发明可以将现有气化炉的下降管形状改为一段圆台状结构、或一段圆台状结构和一段圆筒状结构、或多段圆台状结构和多段圆筒状结构组合的渐扩结构；在气化炉负荷不变的条件下，通过下降管底部增大的截面积，减小了下降管内部的合成气进入气化炉底部黑水的速度，从而降低合成气夹带液滴离开黑水的速度，达到减小合成气夹带液滴量的目的；

本发明再进一步采用在托砖板或/和托砖法兰下方设置喷淋环的方式，喷淋环内的喷淋水为经过滤的灰水，可与激冷水采用同一来源；通过喷淋水的导热和换热作用，让流动的喷淋水带走部分热量，使得气化炉高负荷或满负荷运行时，托砖板温度不超出最高工作温度，有效避免了被迫降低气化炉负荷或停车的情况发生；

激冷环的激冷水出水方向根据具体的下降管形状设计，使得激冷水朝向下降管的方向，避免部分或全部为渐扩圆台状结构的下降管所带来的激冷水对下降管内壁冷却作用下降；同时，喷淋水对下降管外壁进行冲淋，与传统的内部激冷环喷出的激冷水相配合，增强对下降管的冷却作用，从根本上减少下降管烧蚀变形现象的出现；

由于从下降管内部进入气化炉底部黑水的合成气折向后，大部分会沿下降管外壁上升，所以朝向下降管方向的喷淋水能有效的与合成气所夹带的黑水液滴形成对冲；喷淋出水口的出水面积大于传统的激冷环出水口的出水面积，一方面可以防止喷淋出水口被灰渣颗粒堵塞，另一方面可以形成较大的喷淋液滴，提高对合成气所夹带黑水液滴的对冲效果，增加液滴的沉降量，与本发明采用的新型下降管共同作用，大幅度减小合成气带水量。

附图说明

图1是本发明实施例1结构示意图；

图2是本发明实施例1喷淋出水口分布示意图；

图3是本发明实施例2结构示意图；

图4是本发明实施例2喷淋出水口分布示意图；

图5是本发明实施例3结构示意图；

图6是本发明实施例3喷淋出水口分布示意图；

图中标记：1激冷环，2托砖法兰，3耐火砖，4托砖板，5喷淋环，5a喷淋环a，5b喷淋环b，6气化炉外壳，7下降管。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明进行进一步的说明：

实施例1

如图1、2所示，多效喷淋式气化炉激冷装置，包括气化炉内的激冷环1、耐火砖3、托砖板4、托砖法兰2和下降管7，托砖板4与气化炉外壳6固定，托砖法兰2与托砖板4焊接连接，耐火砖3砌筑于托砖板4和托砖法兰2上；激冷环1位于下降管7内部的上端，并固定在托砖法兰2下方；托砖法兰2下方还固定设置有一圈喷淋环5，喷淋环5的外壁与托砖法兰2直接接触。

所述下降管7呈一段上小下大的渐扩圆台状结构，圆台状结构的渐扩角度为5~10°。下降管7内的激冷环1的出水方向朝向下降管7，倾斜角度根据圆台状结构的渐扩角度设置。

所述喷淋环5的纵向截面为长方形与半圆形的组合形状，均布12个出水口，每两个之间相隔30°，喷淋出水口均朝向下降管7上段。同时，喷淋出水口的出水口面积大于激冷环1出水口的出水口面积。

实施例2

如图3、4所示，多效喷淋式气化炉激冷装置，包括气化炉内的激冷环1、耐火砖3、托砖板4、托砖法兰2和下降管7，托砖板4与气化炉外壳6固定，托砖法兰2与托砖板4焊接连接，耐火砖3砌筑于托砖板4和托砖法兰2上；激冷环1位于下降管7上端，并固定在托砖法兰2下方；托砖板4下方还固定设置有一圈喷淋环5，喷淋环5的外壁与托砖板4直接接触。

所述下降管7包括上段圆筒状结构和下段圆台状结构，上段圆筒状结构的直径和下段圆台状结构的最小直径相同，即圆筒状结构底部的截面积和圆台状结构顶部的截面积相同。上段圆台状结构的渐扩角度为5~10°。下降管7内的激冷环1的出水方向朝向下降管7，倾斜角度根据圆台状结构的渐扩角度设置。

喷淋环5的纵向截面为圆形，均布10个喷淋出水口，每两个之间相隔36°，喷淋出水口朝向下降管7下段，即朝向圆台状部分。同时，喷淋出水口的出水面积大于激冷环1出水口的出水面积。

实施例3

如图5、6所示，多效喷淋式气化炉激冷装置，包括气化炉内的激冷环1、耐火砖3、托砖板4、托砖法兰2和下降管7，托砖板4与气化炉外壳6固定，托砖法兰2与托砖板4焊接连接，耐火砖3砌筑于托砖板4和托砖法兰2上；激冷环1位于下降管7上端，并固定在托砖法兰2下方。

所述下降管7包括上段圆台状结构、中段圆筒状结构和下段圆台状结构，上段圆台状结构的最大直径和中段圆筒状结构直径、下段圆台状结构的最小直径相同，即上段圆台状结构底部的截面积和中段圆筒状结构顶部的截面积相同，中段圆筒状结构底部的截面积和下段圆台状结构顶部的截面积相同。上段圆台状结构的渐扩角度为3~5°，下段圆台状结构的渐扩角度为8~10°。下降管7内的激冷环1的出水方向朝向下降管7，倾斜角度根据圆台状结构的渐扩角度设置。

所述托砖法兰2下方还固定设置有一圈喷淋环a，喷淋环a的外壁与托砖法兰2直接接触，托砖板4下方也还固定设置有另一圈喷淋环b，喷淋环b的外壁与托砖板4直接接触。喷淋环a的纵向截面为长方形，出水口朝向下降管7上段，即朝向上段圆台状结构方向，均布12个喷淋出水口，每两个之间相隔30°；喷淋环b的纵向截面为梯形，出水口朝向下降管7下段，即朝向下段圆台状结构方向，均布10个喷淋出水口，每两个之间相隔36°。同时，喷淋出水口的出水面积大于激冷环1出水口的出水面积。

上述实施例1-3中的下降管7还可以采用多段圆台状结构和圆筒状结构的其他任意组合的渐扩结构。这种结构可以通过增大下降管7底部的截面积来减小下降管7内部的合成气进入气化炉底部黑水的速度，降低合成气夹带液滴离开黑水的速度，从而降低合成气夹带液滴离开黑水的速度；同时，喷淋环5根据下降管7的选定结构设置一圈或多圈，并固定在托砖板4或/和托砖法兰2下方，喷淋环5上的喷淋出水口的出水面积大于传统的激冷环1出水口的出水面积，以较大的液滴朝向下降管7方向进行喷淋，由于从下降管7内部进入气化炉底部黑水的合成气折向后，大部分会沿下降管7外壁上升，所以朝向下降管7方向的喷淋水能有效的与合成气所夹带的黑水液滴形成对冲，增加液滴的沉降量，综上两者共同作用，达到减小合成气带水量的目的。合成气经喷淋水喷淋作用后，在气化炉外壳6内壁和下降管7外壁组成的环形空间内上升，最后从合成气出口离开气化炉。

朝向下降管7的喷淋水一方面与合成气夹带的液滴对冲，另一方面增加对下降管7外壁的冷却，下降管7内部的激冷环1出水方向也朝向下降管7，使得下降管7内、外壁均有灰水冷却，从根本上减少下降管7烧蚀变形现象的出现。

喷淋环5设置在托砖板4或/和托砖法兰2下方，喷淋环5外壁直接与托砖板4或/和托砖法兰2接触，喷淋环5内的喷淋水为经过滤的灰水，可与激冷水采用同一来源；通过喷淋水的导热和换热作用，让流动的喷淋水带走部分热量，使得气化炉高负荷或满负荷运行时，托砖板4温度不超出最高工作温度，有效避免了被迫降低气化炉负荷或停车的情况发生。

Claims (10)

1.多效喷淋式气化炉激冷装置，包括气化炉内的激冷环（1)、耐火砖（3）、托砖板（4）、托砖法兰（2）和下降管（7），托砖板（4）与气化炉外壳（6）固定，托砖法兰（2）与托砖板（4）焊接连接，耐火砖（3）砌筑于托砖板（4）和托砖法兰（2）上；激冷环（1)位于下降管（7）内壁的上端，并固定在托砖法兰（2）下方；其特征在于：下降管（7）呈向下渐扩的形状，具体形状为只包括一段圆台状结构，或者为一段圆台状结构与一段圆筒状结构组合形成的渐扩结构，或者为多段圆台状结构与多段圆筒状结构交替组合形成的渐扩结构；下降管（7）底部的横截面积大于顶部的横截面积。

2.根据权利要求1所述的多效喷淋式气化炉激冷装置，其特征在于：所述下降管（7）内的激冷环（1)的出水方向均朝向下降管（7）。

3.根据权利要求1所述的多效喷淋式气化炉激冷装置，其特征在于：所述下降管（7）整体呈一段上小下大的圆台状结构。

4.根据权利要求1所述的多效喷淋式气化炉激冷装置，其特征在于：所述下降管（7）包括上段圆筒状结构和下段圆台状结构，圆筒状结构底部的横截面积和圆台状结构顶部的横截面积相同。

5.根据权利要求1所述的多效喷淋式气化炉激冷装置，其特征在于：所述下降管（7）包括上段圆台状结构、中段圆筒状结构和下段圆台状结构，上段圆台状结构底部的截面积和中段圆筒状结构顶部的横截面积相同，中段圆筒状结构底部的截面积和下段圆台状结构顶部的横截面积相同。

6.根据权利要求1所述的多效喷淋式气化炉激冷装置，其特征在于：下降管（7）具体形状和尺寸根据合成气带水情况进行设置。

7.根据权利要求1所述的多效喷淋式气化炉激冷装置，其特征在于：在下降管（7）外侧，托砖板（4）下方或/和托砖法兰（2）下方还固定设置有若干喷淋环（5），喷淋环（5）的外壁与托砖板（4）或/和托砖法兰（2）直接接触；喷淋环（5）上均布有若干出水口；喷淋环（5）的纵向截面为圆形，或长方形，或任意几何形状。

8.根据权利要求7所述的多效喷淋式气化炉激冷装置，其特征在于：喷淋出水口的出水面积大于激冷环（1）出水口的出水面积。

9.根据权利要求7所述的多效喷淋式气化炉激冷装置，其特征在于：喷淋出水口均朝向下降管（7）的方向。

10.根据权利要求7所述的多效喷淋式气化炉激冷装置，其特征在于：喷淋环（5）的纵向截面面积、喷淋水量、喷淋出水口的形状尺寸、分布位置、数量、喷淋角度根据托砖板（4）超温情况和下降管（7）具体形状尺寸进行设置。