CN106318467A - 一种气化反应器及气化系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种气化反应器及气化系统，涉及煤气化技术领域，为解决气化系统的煤气的产出效率较低的问题。所述气化反应器包括：运行压力为0.1MPa～5.0MPa范围内、具有空腔的壳体，壳体的顶部设置有进料口、底部设置有排渣口，空腔底部设置有自动排渣结构，自动排渣结构包括转动部和驱动器，转动部与壳体转动连接，驱动器与壳体相连；壳体包括夹套结构，夹套结构的内套筒和外套筒之间具有用于填充冷却水的冷却水腔室，夹套结构与汽包相连通；壳体的下部设置有蒸汽入口，壳体的底部设置气化剂入口，汽包的蒸汽出口与蒸汽入口相连通。所述气化反应器应用于气化系统中，以提高煤气的产出效率，降低外界供给的水蒸汽量。

Description

一种气化反应器及气化系统
技术领域
本发明涉及煤气化技术领域，尤其是涉及一种气化反应器及气化系统。
背景技术
目前，煤主要是通过直接燃烧的方式进行使用，但直接燃烧的方式导致煤的利用率较低，同时还会污染环境。为此，出现了一种煤气化技术，将颗粒状的煤转换成煤气，以提高煤的利用率和减轻对环境的污染。煤气化技术是指：颗粒状的煤与气化剂发生气化反应，生成煤气；具体地，煤气化是在气化反应器中完成的，颗粒状的煤在自下而上的气化剂的作用下运动，并与气化剂发生气化反应生成煤气。
目前，传统的煤炭颗粒固定床气化技术是采用空气添加蒸汽作为气化剂，并在常压下高温燃烧固定床间歇式循环进行煤炭转化制造煤气(一氧化碳和氢气)的技术。由于需要定期停机以清理气化反应器中的废渣，因此，在进行废渣清理的过程中无法进行气化反应，从而降低了煤气的产出效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种气化反应器，以解决现有技术中存在的气化系统的煤气的产出效率较低的技术问题。
本发明提供的气化反应器，包括：运行压力为0.1MPa～5.0MPa范围内、具有空腔的壳体，所述壳体的顶部设置有进料口，所述壳体的底部设置有排渣口，所述空腔底部设置有自动排渣结构，所述自动排渣结构包括转动部和驱动器，所述转动部与所述壳体转动连接，所述驱动器与所述壳体相连；
所述壳体包括夹套结构，所述夹套结构包括内套筒和外套筒，所述内套筒和所述外套筒之间具有用于填充冷却水的冷却水腔室，所述夹套结构与汽包相连通，所述汽包具有蒸汽出口；所述壳体的下部设置有蒸汽入口，所述汽包的蒸汽出口与所述壳体下部的蒸汽入口相连通。
进一步地，所述蒸汽入口的数量为多个，所述壳体的侧壁下部区域设置有环形管，多个所述蒸汽入口设置于所述环形管上，各所述蒸汽入口与所述壳体的空腔连通，所述汽包与所述环形管连通。
优选地，所述壳体的底部设置有气化剂入口，所述汽包与所述气化剂入口相连通。
优选地，所述夹套结构位于所述壳体的下部区域，所述壳体的上部区域为由耐火材料制成的耐火结构，所述耐火结构内设置有隔热衬里。
较佳地，所述壳体的进料口处设置有钟罩阀布料器，所述钟罩阀布料器包括相互连接的钟罩型阀体和液压驱动机构。
优选地，还包括原料料面检测仪表，所述原料料面检测仪表安装于所述壳体上。
进一步地，所述壳体内部设置有温度检测仪。
相对于现有技术，本发明所述的气化反应器具有以下优势：
本发明所述的气化反应器在使用的过程中，以原料煤或者焦炭为原料，气化剂为纯氧+水蒸汽，还可以是富氧+水蒸汽或者纯氧+水蒸汽+CO2、富氧+水蒸汽+CO2、纯氧+CO2或者富氧+CO2，原料与气化剂在气化反应器的空腔内进行反应，产生的废渣落到壳体内空腔的底部，由于空腔的底部设置有自动排渣结构，自动排渣机构中的驱动器驱动转动部转动，转动部在转动的过程中将壳体内壁上的废渣扫落，使得废渣继续向壳体下部的排渣口移动，同时可以避免废渣粘结在壳体内壁上。
此外，由于气化反应过程放出大量热，为了保护壳体，在内套筒和外套筒之间通入冷却水，冷却水将壳体内部的温度吸收后，水蒸发为水蒸汽，水蒸汽经由壳体下部的蒸汽入口进入壳体的内腔，进入壳体内腔的水蒸汽的温度低于内腔温度，因此，可以起到对于气化反应器的下部区域降温的作用。
综上，与现有技术中的气化反应器相比，本发明提供的气化反应器在气化反应的过程中就可以清理废渣，无需停机进行清理，因此可以连续进行气化反应，增加了煤气的产出效率；此外，由于本发明提供的气化反应器的壳体包括夹套结构，夹套结构中的冷却水在冷却壳体的同时副产水蒸汽并将水蒸汽通入壳体内腔，起到一定的降温作用。
进一步地，当气化剂为CO2+氧气或者CO2+富氧，水蒸汽不作为气化剂时，能进一步的降低原料煤、和蒸汽的消耗，甚至不消耗蒸汽。从而使得煤气中水蒸汽含量极少，因煤气洗涤冷却而产生的废水基本消除，煤气中的组分更适合作为燃料气使用。
本发明的另一目的在于提出一种气化系统，以解决现有技术中存在的气化系统消耗水蒸汽量较大，且煤气的产出效率较低的技术问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种气化系统，包括如上述技术方案所述的气化反应器。
进一步地，所述气化反应器的顶部连接有给料罐，底部连接有排渣锁斗，所述给料罐与变压进料锁斗相连，所述变压进料锁斗与原料仓相连。
优选地，所述变压进料锁斗的数量为两个，两个所述变压进料锁斗之间连接有平衡管道。
所述气化系统与上述气化反应器相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明实施例提供的气化反应器的结构示意图一；
图2为本发明实施例提供的气化反应器的结构示意图二；
图3为本发明实施例提供的气化系统的结构示意图；
图4为图3中A处的局部放大图。
图中：1-壳体；11-夹套结构；12-耐火结构；13-环形管；21-进料口；22-排渣口；23-气体出口；24-气化剂入口；3-汽包；4-蒸汽管路；51-给料罐；52-变压进料锁斗；6-排渣锁斗；7-布料锥形筒。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1-4所示，本发明实施例提供的气化反应器，运行压力为0.1MPa～5.0MPa范围内，气化反应器的内部反应区自下至上分别为灰层、氧化层、第一还原层、第二还原层、干馏层和干燥层。气化反应器包括：具有空腔的壳体1，壳体1的顶部设置有进料口21，壳体1的底部设置有排渣口22，空腔底部设置有自动排渣结构，自动排渣结构包括转动部和驱动器，转动部与壳体1转动连接，驱动器与壳体1相连；壳体1包括夹套结构11，夹套结构11包括内套筒和外套筒，内套筒和外套筒之间具有用于填充冷却水的冷却水腔室，夹套结构11与汽包3相连通，汽包3具有蒸汽出口；壳体1的下部设置有蒸汽入口，汽包3的蒸汽出口与壳体1的蒸汽入口相连通。在气化反应器中，气体出口23设置于壳体1上部侧壁或者顶盖上，且气体出口23内侧具有耐热浇注衬里，气体出口23内设置有煤灰拦截网。具体地，自动排渣结构中的转动部数量为多个，转动部均由耐热耐磨铸钢制成，且为扇形结构，多个转动部在壳体1内壁呈多层排布。
本发明所述的气化反应器在使用的过程中，以原料煤或者焦炭为原料，气化剂为纯氧+水蒸汽，还可以是富氧+水蒸汽或者纯氧+水蒸汽+CO2、富氧+水蒸汽+CO2、纯氧+CO2或者富氧+CO2，原料与气化剂在气化反应器的空腔内进行反应，产生的废渣落到壳体1内空腔的底部，由于空腔的底部设置有自动排渣结构，自动排渣机构中的驱动器驱动转动部转动，转动部在转动的过程中将壳体1内壁上的废渣扫落，使得废渣继续向壳体1下部的排渣口22移动，同时可以避免废渣粘结在壳体1内壁上。
此外，由于气化反应过程放出大量热，为了保护壳体1，在内套筒和外套筒之间通入冷却水，冷却水将壳体1内部的温度吸收后，水蒸发为水蒸汽，水蒸汽经由壳体1下部的蒸汽入口进入壳体1的内腔，进入壳体1内腔的水蒸汽的温度低于内腔温度，因此，可以起到对于气化反应器的下部区域降温的作用。
综上，与现有技术中的气化反应器相比，本发明提供的气化反应器在气化反应的过程中就可以清理废渣，无需停机进行清理，因此可以连续进行气化反应，增加了煤气的产出效率；此外，由于本发明提供的气化反应器的壳体1包括夹套结构11，夹套结构11中的冷却水在冷却壳体1的同时副产水蒸汽并将水蒸汽通入壳体1内腔，起到一定的降温作用。
为了便于将水蒸汽直接通入壳体1的空腔中，可以在壳体1上设置多个蒸汽入口，多个蒸汽入口在所述壳体1上周向间隔排列围成一圈，汽包3与蒸汽入口之间的管路包括主管路和多个分支管路，主管路与汽包3连通，各分支管路均与主管路连通，各分支管路与壳体1上的多个蒸汽入口一一对应连通；如此设计，汽包3内的水蒸汽可通过各蒸汽入口从空腔的多个方向同时进入空腔内，从而使得进入空腔内的水蒸汽在空腔内能够实现快速降温。
本实施例中，壳体1的侧壁下部区域设置有环形管13，环形管13上设置有多个蒸汽入口，各蒸汽入口与壳体1的空腔连通，汽包3与环形管13连通。具体地，夹套结构11通过蒸汽管路4与汽包3连通，汽包3通过蒸汽环路与环形管13相连通，蒸汽管路4为上升管路或者下降管路。如此设计，汽包3与环形管13之间的蒸汽管路4只包括主管路即可，汽包3内的水蒸汽进入环形管13后，通过环形管13的各蒸汽入口同时从各方向进入壳体1内的空腔，从而使得进入空腔内的水蒸汽在空腔内实现快速降温。
本实施例中，壳体1上设置有气化剂入口24，用于向壳体1的内腔通入气化剂，由于气化剂可以为纯氧+水蒸汽，还可以是富氧+水蒸汽或者纯氧+水蒸汽+CO2、富氧+水蒸汽+CO2、纯氧+CO2或者富氧+CO2，因此，在使用不包含水蒸汽的气化剂时，可采用上述描述的气化反应器结构，在使用包含有水蒸汽的气化剂时，优选地，气化反应器中，汽包3与气化剂入口24连通，汽包3内的部分水蒸汽与经由预热器预热后的外界通入的其他气化剂所需气体混合后共同从气化剂入口24进入气化反应器内部。由于水蒸汽经由壳体1底部的气化剂入口24进入壳体1的内腔，作为气化剂的一部分参与反应。因此，夹套结构中的冷却水在降低壳体1的温度、保护壳体1的同时，副产水蒸汽供入壳体1的内腔中参与反应，从而减少了外界通入的水蒸汽的量。
进一步地，当气化剂为CO2+氧气或者CO2+富氧，水蒸汽不作为气化剂时，能进一步的降低原料煤、和蒸汽的消耗，甚至不消耗蒸汽。从而使得煤气中水蒸汽含量极少，因煤气洗涤冷却而产生的废水基本消除，煤气中的组分更适合作为燃料气使用。
气化反应器的壳体1可以为全夹套形式或者半夹套形式，当气化反应器的炉壁为半夹套形式时，夹套结构11位于壳体1的下部区域，壳体1的上部区域为由耐火材料制成的耐火结构12，耐火结构12内设置有隔热衬里。夹套结构11内壁采用碳钢+不锈钢复合钢板或者碳钢+不锈钢堆焊，且夹套结构11具有吸收热膨胀量消除热应力变形能力，耐火结构12向火面为耐磨浇注料或者重质耐火料衬里。
相对于全夹套形式来说，采用半夹套形式的壳体1的气化反应器具有如下优点：夹套结构11位于壳体1的下部区域，抗腐蚀耐高温，可承受气化层高温且不结渣挂渣，耐火结构12位于壳体1的上部区域，减少气化反应器内床层热损，提高气化效率。
当气化反应器的尺寸相同，投煤量相同，操作压力及温度均相同时，与全夹套形式的气化反应器相比：采用半夹套形式的壳体1的气化反应器煤气产量多2.18％，采用半夹套形式的壳体1的气化反应器有效气含量高5.19％，采用半夹套形式的壳体1的气化反应器入炉纯氧少消耗3.82％；全夹套形式的壳体1的气化反应器比采用半夹套形式的壳体1的气化反应器的蒸汽产量多一倍，进入气化反应器的蒸汽减少约2.75％。由上可知：采用采用半夹套形式的壳体1的气化反应器的气化效率比采用采用全夹套形式的壳体1的气化反应器的气化效率高4％-5％，耗氧量减少，节能降耗效果明显。
较佳地，壳体1的进料口21处设置有钟罩阀布料器，钟罩阀布料器包括相互连接的钟罩型阀体和液压驱动机构，由于阀体为钟罩型，因此能顺畅均匀分布原料煤、焦炭粒料进入壳体1的空腔，阀体表面堆焊耐磨硬质合金，液压驱动机构为竖直长阀杆液压驱动器，能严密关闭气化器内煤气不外泄。此外，在壳体1的顶部设置有布料锥形筒7，以确保炉顶料面呈同心圆波行平面，使床层中上升气流均匀分布，有利于原料煤、焦炭的气化反应。
本实施例中，气化反应器还包括原料料面检测仪表和温度检测仪，原料料面检测仪表安装于壳体1上，用于对气化反应器中原料的碳层高度进行测量，原料料面检测仪表可以采用雷达测料器。温度检测仪设置于壳体1内部，用于检测壳体1的内腔的温度，可以根据检测出的温度调节经由水蒸汽入口通入壳体1的内腔的水蒸汽的量。
实施例二
如图1-4所示，本发明实施例二提出一种气化系统，包括如实施例一提供的气化反应器。气化反应器的顶部设置有变压进料锁斗52，变压进料锁斗52与气化反应器之间连接有给料罐51，变压进料锁斗52与原料仓连通，变压进料锁斗52上设置有充压泄压气体接口，进料锁斗充压可以使用本装置煤气和其他惰性气体；变压进料锁斗52的数量可以为一个、两个或者多个，当变压进料锁斗52的数量为两个或者多个时，各变压进料锁斗52之间连接有平衡管道。在本实施例的一种具体实施方式中，变压进料锁斗52的数量为两个，两个变压进料锁斗52之间连接有平衡管道。
气化反应器的排渣口22与排渣锁斗6，排渣锁斗6的进口与气化反应器的排渣口22连通，排渣锁斗6的进口或者出口设置有自动平板阀或者锁渣球阀，排渣锁斗6的内壁设置有耐磨耐腐蚀护板，排渣锁斗6为变压排渣罐，并与排渣阀相连，排渣锁斗6还与膨胀冷却器相连通。
在使用本实施例提供的气化系统的过程中，气化剂经过预热混合后由气化反应器的气化剂入口24进入炉内，原料自气化反应器的顶部进料口21进入炉内，气体自下而上通过气化反应器内的灰层、氧化层、第一还原层、第二还原层、干馏层和干燥层；气化剂经由灰层吸收显热升高温度达260～350℃，经氧化层原料煤(或者焦炭)与纯氧发生燃烧反应生成CO2，气\固物料温度迅速升高达1100～1200℃，之后上升气流进入第一还原层和第二还原层，原料煤(或焦炭)与高温气体发生煤气化反应：C+CO2→2CO、C+H20→CO+H2，此气化反应为吸热反应，上升气流温度下降到850～900℃再次进入干馏层和干燥层，在此层上升气流与进炉冷原料煤(或焦炭)接触进行热交换，气流最后温度下降到500～550℃，从气化反应器的气体出口23导出；冷原料煤(或焦炭)在干馏层和干燥层中受热升温以及在气体作用下，将存于原料煤(或焦炭)中的挥发份和水分溢出进入上升气流随出口煤气带走。
入炉原料煤(或焦炭)粒度为6～25mm，贮于原料仓，按照一定计量进入变压进料锁斗52，按时间顺序控制加入给料罐51和气化反应器中，与上升气流逆向移动，由上而下通过干燥层、干馏层、第二还原层、第一还原层、氧化层和灰层，此时入炉原料煤(或焦炭)已经燃烧及气化反应变成灰渣，灰渣再经过排渣口22排入到排渣锁斗6，灰渣从排渣锁斗6的排渣阀外排。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部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各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种气化反应器，其特征在于，包括：运行压力为0.1MPa～5.0MPa范围内、具有空腔的壳体，所述壳体的顶部设置有进料口，所述壳体的底部设置有排渣口，所述空腔底部设置有自动排渣结构，所述自动排渣结构包括转动部和驱动器，所述转动部与所述壳体转动连接，所述驱动器与所述壳体相连；
所述壳体包括夹套结构，所述夹套结构包括内套筒和外套筒，所述内套筒和所述外套筒之间具有用于填充冷却水的冷却水腔室，所述夹套结构与汽包相连通，所述汽包具有蒸汽出口；所述壳体的下部设置有蒸汽入口，所述汽包的蒸汽出口与所述壳体下部的蒸汽入口相连通。
2.根据权利要求1所述的气化反应器，其特征在于，所述蒸汽入口的数量为多个，所述壳体的侧壁下部区域设置有环形管，所述蒸汽入口设置于所述环形管上，各所述蒸汽入口与所述壳体的空腔连通，所述汽包与所述环形管连通。
3.根据权利要求1所述的气化反应器，其特征在于，所述壳体的底部设置有气化剂入口，所述汽包与所述气化剂入口相连通。
4.根据权利要求1所述的气化反应器，其特征在于，所述夹套结构位于所述壳体的下部区域，所述壳体的上部区域为由耐火材料制成的耐火结构，所述耐火结构内设置有隔热衬里。
5.根据权利要求1所述的气化反应器，其特征在于，所述壳体的进料口处设置有钟罩阀布料器，所述钟罩阀布料器包括相互连接的钟罩型阀体和液压驱动机构。
6.根据权利要求1所述的气化反应器，其特征在于，还包括原料料面检测仪表，所述原料料面检测仪表安装于所述壳体上。
7.根据权利要求1所述的气化反应器，其特征在于，所述壳体内部设置有温度检测仪。
8.一种气化系统，其特征在于，包括如权利要求1-7任一项所述的气化反应器。
9.根据权利要求8所述的气化系统，其特征在于，所述气化反应器的顶部连接有给料罐，底部连接有排渣锁斗，所述给料罐与变压进料锁斗相连，所述变压进料锁斗与原料仓相连。
10.根据权利要求9所述的气化系统，其特征在于，所述变压进料锁斗的数量为两个，两个所述变压进料锁斗之间连接有平衡管道。
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