CN105400550A - 防止液态排渣气化炉渣屏挂渣的装置 - Google Patents
防止液态排渣气化炉渣屏挂渣的装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种防止液态排渣气化炉渣屏挂渣的装置，设置在气化炉内，气化炉包括：压力壳；位于压力壳内由气化器壁所限定的气化室；气化器壁底部呈开口向上的漏斗状的汇聚壁部分，其底部的开口构成排渣口；排渣口下方设置的由渣屏上壁和渣屏下壁构成的渣屏，其中渣屏上壁呈开口向下的漏斗状，渣屏下壁为竖直壁；位于压力壳内部下方且在渣屏下壁下方的容纳激冷液的渣池；防止液态排渣气化炉渣屏挂渣的装置包括在渣屏上壁处设置的多个环形喷射装置，上述环形喷射装置包括主喷射环、次喷射环。本发明的有益效果在于，可有效防止渣屏挂渣，提高气化炉的运行稳定性，从而延长气化炉的运行周期。
Description
技术领域
本发明涉及一种防止渣屏挂渣的装置，尤其是防止液态排渣气化炉渣屏挂渣的装置。
背景技术
在粉煤气化设备中，为提高反应效率，需要提高反应温度。当反应温度高于煤中灰分的熔融温度时，灰渣以液态形式排出。相比于固态排渣，液态排渣更为方便，但是对设备的耐高温性能也提出了更高的要求。传统的耐火砖结构气化炉往往难以承受长时间的高温环境，需要经常更换耐火材料。现有的“以渣抗渣”的思想，通过附着在气化炉壁耐火材料上的固态渣来保护耐火材料免受高温的腐蚀，以延长气化炉的使用寿命。
然而，“以渣抗渣”的形式也给气化炉液态排渣带来了一定的问题。由于渣口附近气流的作用，液态渣从下渣口排出时会附着到渣屏表面，形成一层固态渣。随着气化炉运行时间的增加，固态渣层厚度不断增加。当固态渣层厚度达到一定程度时，由于重力的作用或者气化炉的振动，固态渣层与渣屏脱离形成片状渣块落入渣池，形成渣池架渣堵塞出渣口，这将严重影响气化炉的长周期稳定运行。
为了避免或减少气化炉渣池堵渣，目前工厂所采取的措施主要是稳定煤质，即生产过程中尽量少更换煤种，同时通过在原煤中加入适量的助熔剂(石灰石)使得更换煤种与原有煤种的灰熔点接近。然而实际操作中，由于市场原因煤种需要经常更换，而石灰石与煤的均匀混合也无法实现。因此，通过稳定煤质的方法很难保证气化炉的长周期稳定运行。
另一条途径是通过对气化炉排渣情况的在线检测实现堵渣的提前预警。比如，美国专利US4850001中提出用放射性射线来检测渣口的排渣状态，在US4988368和US4834778中分别提出通过比较渣池上方和气化炉中声压的差异以及通过气化炉和渣池外侧环形空间的压差来检测渣口的堵塞程度。欧洲专利EP0800569B1中，通过监测渣池水的pH值、电导率、硫酸根含量、总的固体含量等参数的变化，间接地判断排渣状态。美国专利US2010/0207785A1中提出在渣池中设置水听器，通过监听熔渣落入渣池时产生的声音和水汽蒸发产生的声音来判断排渣状态。进一步的在W02011/034184A1中引入照相机，通过在渣池上方设置两个照相机，分别观测渣口和渣池水面的落渣状况，再结合渣池中水听器的检测结果来综合判断排渣状态。
中国专利CN201010588856.7中使用振动传感器和导波杆接收会聚壁上熔渣流动产生的振动信号，实现熔渣临界粘度温度的检测。在CN201010228582.0中使用同样的检测装置，通过反馈调节喷嘴粉煤流量使得振动信号的能量或特征频段的能量分率在目标范围内，实现气化炉的连续稳定运行。进一步在CN201210359665中提出基于熔渣流动性指数检测的堵渣预警和控制技术，实现了堵渣的提前预警。但是这类技术非法无法从根本上避免或减少气化炉渣池堵渣。
此外，CN201210086239.6中提出通过在渣池中设置喷水口使得渣块在渣池中发生旋转，并与渣池壁面的凸起碰撞从而达到破碎渣块的目的。但是该方法不适用于硬度较大的渣。
由于目前气化炉内的堵渣主要是渣屏挂渣脱落所引起的渣池架渣。因此，需要开发一种能够有效防止渣屏挂渣的新型液态排渣装置，从而实现避免或减少气化炉渣池堵渣的目的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种防止液态排渣气化炉渣屏挂渣的装置，可有效防止渣屏挂渣，提高气化炉的运行稳定性，从而延长气化炉的运行周期。
本发明是通过以下技术方案来实现的。
一种防止液态排渣气化炉渣屏挂渣的装置，设置在气化炉内，上述气化炉包括：压力壳；位于压力壳内由气化器壁所限定的气化室；气化器壁底部呈开口向上的漏斗状的汇聚壁部分，其底部的开口构成排渣口；排渣口下方设置的由渣屏上壁和渣屏下壁构成的渣屏，其中渣屏上壁呈开口向下的漏斗状，渣屏下壁为竖直壁；位于压力壳内部下方且在渣屏下壁下方的容纳激冷液的渣池；
上述防止液态排渣气化炉渣屏挂渣的装置包括在渣屏上壁处设置的多个环形喷射装置，上述环形喷射装置包括主喷射环、次喷射环，上述主喷射环设置有至少四个均匀布置的主喷射口，上述次喷射环设置有至少四个均匀布置的次喷射口，上述主喷射口的喷射方向为水平方向并且与其所处的渣屏上壁的切线之间的夹角为80°-100°，上述次喷射口的喷射方向与水平面夹角为-80°-80°并且与其所处的渣屏上壁的切线相互垂直。
根据气化炉实际操作过程中由于熔渣旋转和反溅回渣屏引起的渣屏上壁和渣屏下壁挂渣的严重程度不同，所述环形喷射装置可仅设置在渣屏上壁或渣屏下壁；也可同时设置在渣屏上壁部分和下壁部分。
进一步地，上述渣屏下壁处设置有多个环形喷射装置，上述环形喷射装置包括主喷射环、次喷射环，上述主喷射环设置有至少四个均匀布置的主喷射口，上述次喷射环设置有至少四个均匀布置的次喷射口，上述主喷射口的喷射方向为水平方向并且与其所处的渣屏下壁的切线之间的夹角为80°-100°，上述次喷射口的喷射方向与其所处水平面的夹角为10°-80°并且与其所处的渣屏下壁的切线相互垂直。
进一步地，上述主喷射口射喷出的介质所构成的流场方向与上述压力壳内原本的流场方向相反。
根据主喷射口喷射方向的不同，可选在渣池空间内形成顺时针旋转和逆时针旋转的流场。旋转方向选择与渣池空间内原气流的旋转方向相反，以部分抵消原有的气流旋转，使得更多液态熔渣按照自由落体轨道落入渣池，从而减少渣屏挂渣。
渣池空间内原气流的旋转方向可以根据气化室中煤烧嘴的喷射方向确定。
与此同时，液体从次喷射口以较小速度喷出，在喷口附近形成一圈水幕，使得熔渣在飞溅过程中与水幕接触并冷却凝固，使得熔渣在于渣裙壁面接触时不会粘附在上面形成挂渣。
进一步地，所有上述主喷射口喷出的介质，其部分或全部蒸发后形成的气体流量与液态排渣气化炉的气化器出口的气体流量之比为0.15。
其中的关键在于如何选取合适的喷射气量：过小的喷射气量难以抵消原有气流旋转，而过大的喷射气量会形成新的反向气流旋转，都不利于渣屏挂渣的减少。通过冷态模拟实验研究，我们发现渣室内的气体旋转速度与喷射气量具有以下关系式：
vg＝5.08×(Qr/Qtotal)2-9.86×(Qr/Qtotal)+1.37
式中vg为气体的旋转速度，Qr和Qtotal分别为从主喷射口喷出的气体流量(对于气液混合物，该值为将液体全部蒸发后的气体总量)与气化器主体出口气量。令vg等于0即可得到Qr/Qtotal的最佳值约为0.15。
进一步地，上述主喷射口的直径为20mm-50mm。
进一步地，上述次喷射口的直径为2-20mm。
进一步地，上述主喷射口的喷射速度为3-20m/s。
进一步地，上述次喷射口的喷射速度为0.3-2m/s。
进一步地，上述主喷射口喷射的是介质是气体、液体、气液混合物中任意一种。
进一步地，上述次喷射口喷射的介质是冷却水或循环黑水。
所谓循环黑水，是指渣池中抽出的灰水以及煤气湿洗过程中排出的含灰洗涤水经水灰分离后，得到的含极少量固体颗粒的循环冷却水。
本发明的有益效果：
1.利用环形喷射装置中的主喷射口形成旋转流场，抵消部分气流旋转，使得大部分液态熔渣按照自由落体轨道落入渣池。利用环形喷射装置中的次喷射口形成水幕，冷却飞溅熔渣。从根源上减少气化炉渣屏挂渣产生，相比于破碎渣块等方法效果更好。
2.通过设置在渣屏上壁部分或下壁部分的环形喷射装置，有效减少气化炉渣屏两种不同机理的挂渣现象产生，降低渣池架渣产生的风险，延长气化炉的运行周期。
3.次喷射口中采用的喷淋液为冷却水或者循环黑水，二者皆可从气化炉中直接引出利用，属于物料的循环利用，具有节能环保的优点。
附图说明
图1为本发明实施案例1的气化炉的结构示意图；
图2为本发明实施案例2的气化炉的结构示意图；
图3为实施案例1俯视状态下主喷射环和次喷射环的喷射示意图；
图4为实施案例1正视状态下主喷射环和次喷射环的喷射示意图；
图5为实施案例2俯视状态下主喷射环和次喷射环的喷射示意图；
图6为实施案例2正视状态下主喷射环和次喷射环的喷射示意图。
具体实施方式
下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
实施案例1，结合参照图1、图3、图4：
气化炉，包括：压力壳1；位于压力壳1内由气化器壁3所限定的气化室4；气化器壁3底部呈开口向上的漏斗状的汇聚壁部分6，其底部的开口构成排渣口5；排渣口5下方设置的由渣屏上壁10和渣屏下壁11构成的渣屏9，其中渣屏上壁10呈开口向下的漏斗状，渣屏下壁11为竖直壁；炉渣7由排渣口5处向下以竖直的自由落体轨道8滑落；位于压力壳1内部下方且在渣屏下壁11下方的容纳激冷液的渣池2；渣池2底部设置的出渣口13；
防止液态排渣气化炉渣屏挂渣的装置包括：在渣屏上壁10处设置的多个环形喷射装置14，环形喷射装置包括主喷射环16、次喷射环17，主喷射环16设置有至少四个均匀布置的主喷射口，次喷射环17设置有至少四个均匀布置的次喷射口，主喷射口的喷射方向为水平方向并且与其所处的渣屏上壁的切线之间的夹角α为80°-100°，次喷射口的喷射方向与水平面夹角β为-80°-80°(β负号代表喷淋方向在水平面的上方)并且与其所处的渣屏上壁的切线相互垂直；
渣屏下壁11处设置有多个环形喷射装置15，环形喷射装置包括主喷射环18、次喷射环19，主喷射环18设置有至少四个均匀布置的主喷射口，次喷射环19设置有至少四个均匀布置的次喷射口，主喷射口的喷射方向为水平方向并且与其所处的渣屏下壁的切线之间的夹角为80°-100°，次喷射口的喷射方向与其所处水平面的夹角γ为10°-80°并且与其所处的渣屏下壁的切线相互垂直。
主喷射口射喷出的介质所构成的流场方向与压力壳内原本的流场方向相反。
所有主喷射口喷出的介质，其部分或全部蒸发后形成的气体流量与液态排渣气化炉的气化器出口的气体流量之比为0.15。
主喷射口的直径为20mm-50mm，次喷射口的直径为2-20mm。
主喷射口的喷射速度为3-20m/s，次喷射口的喷射速度为0.3-2m/s。
主喷射口喷射的是介质是气体、液体、气液混合物中任意一种，次喷射口喷射的介质是冷却水或循环黑水。
实施案例2，结合参照图2、图3：
气化炉，包括：压力壳1；位于压力壳1内由气化器壁3所限定的气化室4；气化器壁3底部呈开口向上的漏斗状的汇聚壁部分6，其底部的开口构成排渣口5；排渣口5下方设置的由渣屏上壁10和渣屏下壁11构成的渣屏9，其中渣屏上壁10呈开口向下的漏斗状，渣屏下壁11为竖直壁；炉渣7由排渣口5处向下以竖直的自由落体轨道8滑落；位于压力壳1内部下方且在渣屏下壁11下方的容纳激冷液的渣池2；渣池2底部设置的出渣口13；
防止液态排渣气化炉渣屏挂渣的装置包括在渣屏上壁10处设置的多个环形喷射装置14，环形喷射装置包括主喷射环16、次喷射环17，主喷射环16设置有至少四个均匀布置的主喷射口，次喷射环17设置有至少四个均匀布置的次喷射口，主喷射口的喷射方向为水平方向并且与其所处的渣屏上壁的切线之间的夹角α为80°-100°，次喷射口的喷射方向与水平面夹角β为-80°-80°(β负号代表喷淋方向在水平面的上方)并且与其所处的渣屏上壁的切线相互垂直。
主喷射口射喷出的介质所构成的流场方向与压力壳内原本的流场方向相反。
所有主喷射口喷出的介质，其部分或全部蒸发后形成的气体流量与液态排渣气化炉的气化器出口的气体流量之比为0.15。
主喷射口的直径为20mm-50mm，次喷射口的直径为2-20mm。
主喷射口的喷射速度为3-20m/s，次喷射口的喷射速度为0.3-2m/s。
主喷射口喷射的是介质是气体、液体、气液混合物中任意一种，次喷射口喷射的介质是冷却水或循环黑水。
本发明，防止液态排渣气化炉渣屏挂渣的装置，利用环形喷射装置中的主喷射口形成旋转流场，抵消部分气流旋转，使得大部分液态熔渣按照自由落体轨道落入渣池。利用环形喷射装置中的次喷射口形成水幕，冷却飞溅熔渣。从根源上减少气化炉渣屏挂渣产生，相比于破碎渣块等方法效果更好。通过设置在渣屏上壁部分或下壁部分的环形喷射装置，有效减少气化炉渣屏两种不同机理的挂渣现象产生，降低渣池架渣产生的风险，延长气化炉的运行周期。次喷射口中采用的喷淋液为冷却水或者循环黑水，二者皆可从气化炉中直接引出利用，属于物料的循环利用，具有节能环保的优点。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本发明内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种防止液态排渣气化炉渣屏挂渣的装置，设置在气化炉内，所述气化炉包括：压力壳；位于压力壳内由气化器壁所限定的气化室；气化器壁底部呈开口向上的漏斗状的汇聚壁部分，其底部的开口构成排渣口；排渣口下方设置的由渣屏上壁和渣屏下壁构成的渣屏，其中渣屏上壁呈开口向下的漏斗状，渣屏下壁为竖直壁；位于压力壳内部下方且在渣屏下壁下方的容纳激冷液的渣池；
其特征在于：
所述防止液态排渣气化炉渣屏挂渣的装置包括在渣屏上壁处设置的多个环形喷射装置，所述环形喷射装置包括主喷射环、次喷射环，所述主喷射环设置有至少四个均匀布置的主喷射口，所述次喷射环设置有至少四个均匀布置的次喷射口，所述主喷射口的喷射方向为水平方向并且与其所处的渣屏上壁的切线之间的夹角为80°-100°，所述次喷射口的喷射方向与水平面夹角为-80°-80°并且与其所处的渣屏上壁的切线相互垂直。
2.根据权利要求1所述的防止液态排渣气化炉渣屏挂渣的装置，其特征在于，所述渣屏下壁处设置有多个环形喷射装置，所述环形喷射装置包括主喷射环、次喷射环，所述主喷射环设置有至少四个均匀布置的主喷射口，所述次喷射环设置有至少四个均匀布置的次喷射口，所述主喷射口的喷射方向为水平方向并且与其所处的渣屏下壁的切线之间的夹角为80°-100°，所述次喷射口的喷射方向与其所处水平面的夹角为10°-80°并且与其所处的渣屏下壁的切线相互垂直。
3.根据权利要求1或2所述的防止液态排渣气化炉渣屏挂渣的装置，其特征在于，所述主喷射口射喷出的介质所构成的流场方向与所述压力壳内原本的流场方向相反。
4.根据权利要求3所述的防止液态排渣气化炉渣屏挂渣的装置，其特征在于，所有所述主喷射口喷出的介质，其部分或全部蒸发后形成的气体流量与液态排渣气化炉的气化器出口的气体流量之比为0.15。
5.根据权利要求1或2所述的防止液态排渣气化炉渣屏挂渣的装置，其特征在于，所述主喷射口的直径为20mm-50mm。
6.根据权利要求1或2所述的防止液态排渣气化炉渣屏挂渣的装置，其特征在于，所述次喷射口的直径为2-20mm。
7.根据权利要求1或2所述的防止液态排渣气化炉渣屏挂渣的装置，其特征在于，所述主喷射口的喷射速度为3-20m/s。
8.根据权利要求1或2所述的防止液态排渣气化炉渣屏挂渣的装置，其特征在于，所述次喷射口的喷射速度为0.3-2m/s。
9.根据权利要求1或2所述的防止液态排渣气化炉渣屏挂渣的装置，其特征在于，所述主喷射口喷射的是介质是气体、液体、气液混合物中任意一种。
10.根据权利要求1或2所述的防止液态排渣气化炉渣屏挂渣的装置，其特征在于，所述次喷射口喷射的介质是冷却水或循环黑水。
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|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |