CN107674707B - 气化炉和气化系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种气化炉和气化系统。该气化炉包括炉体，炉体包括炉壁和炉膛，炉体顶部设有进料口，炉体上部设有煤气出气口，在炉体内炉膛上方设有布料筒，其中，布料筒包括顶盖和与顶盖相连的筒体，顶盖上开有布料口，布料筒通过布料口安装到炉体顶部的进料口处，并且在接口处密封；布料筒与炉壁之间留有空隙与炉膛连通，炉体上的煤气出气口与布料筒和炉壁之间的空隙连通。该气化系统包括上述气化炉。本发明提供的气化炉设置有布料筒，能顺畅均匀分布原料煤入炉，并能降低煤气温度，提高煤气与煤炭接触时间，能够减少煤制气带尘量。

Description

气化炉和气化系统

技术领域

本发明涉及煤气化领域，尤其涉及一种气化炉和气化系统。

背景技术

煤气化技术通常包括常压气化和加压气化两种，是指在常压或加压条件下，保持一定温度，通过气化剂比如空气或氧气连同蒸汽与煤炭反应生成煤气。

随着国家对环保力度加大，传统常压气化技术由于其环保性能差、生产效率低、综合能耗大、投资高、占地大等问题，已面临淘汰。现有的加压气化技术以鲁奇炉和BGL熔渣气化炉为主，但是，这两种气化炉均存在结构复杂、气化效率低、煤制气含尘量高、污染环境等缺陷。通常情况下，鲁奇炉和英国燃气-鲁奇(BGL：British Gas-Lurgi)液态排渣气化炉的运行压力在3.0MPa以上，其运行压力较高，造成后续中低压工段与气化工段衔接时导致的能量损失，且以这两种气化炉进行加压气化的系统，均存在结构复杂、资源利用不合理、投资高等缺陷。

因此，提供一种结构简单、原料碳转化率及综合利用率高、除尘性能好的气化炉和结构简单、资源利用合理、投资低、能量利用率高，且能够在0.1-3.0MPa之间进行加压气化的气化系统，是当前亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种通过设置布料筒来顺畅均匀布料而且增加煤气清洁度的气化炉和气化系统。

为了解决上述技术问题，本发明公开了如下技术方案：

一种气化炉，包括炉体，炉体包括炉壁和炉膛，所述炉体顶部设有进料口，所述炉体上部设有煤气出气口，在所述炉体内所述炉膛上方设有布料筒，其中，布料筒包括顶盖和与顶盖相连的筒体，所述顶盖上开有布料口，布料筒通过所述布料口安装到所述炉体顶部的所述进料口处，并且在接口处密封；布料筒与炉壁之间留有空隙与炉膛连通，炉体上的煤气出气口与布料筒和炉壁之间的所述空隙连通。

进一步地，在所述气化炉中，所述布料筒的顶盖和筒体中至少一部分区域分布有孔洞，所述孔洞与布料筒和炉壁之间的所述空隙连通。

进一步地，在所述气化炉中，所述孔洞分布在所述布料筒的上部。

进一步地，在所述炉体内所述炉膛下部设有排灰炉篦，所述排灰炉篦采用多层宝塔结构。

进一步地，所述气化炉的工作压力为0.1-3.0MPa。

一种气化系统，包括上述气化炉，所述炉壁外围设有冷却水夹套，所述冷却水夹套上部的出汽管与夹套汽包的进汽口相连，所述冷却水夹套下部的进水管与所述夹套汽包的出水口相连，所述炉体下部设有气化剂进口，所述气化剂进口与气化剂混合器连接，所述煤气出气口与旋风除尘器连接，所述旋风除尘器依次连接余热回收器和洗涤增湿塔。

进一步地，在所述气化系统中，所述进料口与加压加煤机构的出口连接，所述加压加煤机构的进口和出口设置有液压驱动的锥形阀。

进一步地，在所述气化系统中，所述炉体底部设有排灰口，所述排灰口与加压排灰装置的进口连接，所述加压排灰装置进口和出口设置有液压驱动的锥形阀。

进一步地，在所述气化系统中，所述余热回收器包括下段和上段，其中，所述夹套汽包上部的出汽口与所述余热回收器的上段的进汽口相连。

进一步地，在所述气化系统中，所述余热回收器内的换热器为翘片式换热器。

本发明提供的气化炉设置有布料筒，能够顺畅均匀分布原料煤入炉，能够减少煤制气带尘量，布料筒与炉壁之间留有空隙，且布料筒上有与该空隙连通的孔洞，能够降低煤气温度，增加炉膛有效高度，提高煤气与煤炭接触时间，提高碳转化率及煤炭综合利用率，减少环境污染。

本发明提供的气化系统包括上述的气化炉，提高了原料煤的碳转化率及综合利用率，能够在0.1-3.0MPa之间进行加压气化，也避免了后续中低压工段与气化工段衔接时，导致能量损失，且在余热回收器中对夹套汽包的蒸汽进行过热处理，有效利用了煤气和水的显热和潜热，从而提高了能量利用率。

本发明的气化炉和气化系统机构合理，高效节能，环保无污染，维修容易，占地少，投资省；洗涤水含污染物少，循环利用，水和热量有效利用，节能、节水；大大提高了原料煤的碳转化率及综合利用率，降低了气化炉废渣残炭含量，大幅度降低了原料消耗，提高了原料转化利用率；有效地降低了潜热损失和显热损失；具有显著的环境效益和经济效益。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本发明实施例的一部分，本发明实施例的示意性实施例及其说明用于解释本发明实施例，并不构成对本发明实施例的不当限定。在附图中：

图1为本发明一个实施例提供的气化炉的结构示意图；

图2为本发明一个实施例提供包括图1所示的气化炉的气化系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例具体实施例及相应的附图对本发明实施例技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明实施例中的实施例，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，都属于本发明实施例保护的范围。

说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等(如果存在)是用于区别类似的部分，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示的以外的顺序实施。

以下结合附图，详细说明本发明实施例各实施例提供的技术方案。

图1为本发明一个实施例提供的气化炉的结构示意图，如图1所示，该实施例提供的气化炉11包括炉体，炉体包括炉壁和炉膛，炉体顶部设有进料口111，炉体上部设有煤气出气口113，在炉体内炉膛上方设有布料筒112。其中，布料筒112包括顶盖和与顶盖相连的筒体，顶盖上开有布料口，布料筒112通过布料口安装到炉体顶部的进料口111处，并且在接口处密封。其中，顶盖例如为球缺面，筒体例如为圆筒体；或者，顶盖例如为锥台面，筒体例如为多边形柱面；或者其他任何类似形状。布料筒112与炉壁之间留有空隙与炉膛连通，炉体上的煤气出气口113与布料筒112和炉壁之间的空隙连通。其中，气化炉11例如为固定床加压气化炉。

原料煤通过炉体顶部的进料口111进入气化炉11后，首先会进入炉膛上方的布料筒112，由布料筒112均匀分布原料煤入炉。布料筒112能够顺畅均匀分布原料煤入炉，并且能够减少煤气带尘量。

作为一种优选实施方式，所述布料筒112的顶盖和筒体中至少一部分区域分布有多个微小孔洞，多个孔洞与布料筒112和炉壁之间的空隙连通。煤气可以穿过这些微小孔洞进入布料筒112，煤气进入布料筒112后加热布料筒112内的原料煤，然后通过这些微小孔洞流向煤气出气口113，因而这些微小孔洞增加了炉膛的有效高度，提高了原料的碳转化率及综合利用率。

进一步优选的是，布料筒112的微小孔洞可以分布在布料筒112上部。例如，可以在布料筒112上部均匀分布一圈微小孔洞。

煤气出气口113内可以设有耐磨浇筑料绝缘衬里。

气化炉11下部还设有气化剂进口115。

在炉体内炉膛下部设置有排灰炉篦114，用于均匀布置气化剂和排灰，排灰炉篦114可以为多层宝塔结构，并由外部电机驱动实现转动。

气化炉11底部开有气化炉排灰口116。

作为本发明的优选实施方式，气化炉11为压力容器，工作压力为0.1～3.0MPa。

原料煤可以为无烟煤、焦炭或兰炭。

本发明另一方面提供了一种气化系统，包括了上述气化炉11，因此，采用该气化炉11的气化系统碳转化率及原料综合利用率高，能够减少对环境的污染，且能够在0.1～3.0MPa之间进行加压气化，避免了后续中低压工段与气化工段衔接导致的能量损失，从而提高了能量利用率。

图2为本发明一个实施例提供的气化系统的结构示意图，该气化系统包括图1所示的气化炉。如图2所示，该气化系统还可以包括加压加煤机构16、煤仓15、气化剂混合器10、加压排灰装置18、旋风除尘器12、余热回收器13和洗涤增湿塔14。气化炉进料口111与加压加煤机构16连接，加压加煤机构16上方设置有煤仓15，气化炉气化剂进口115与气化剂混合器10连接，气化炉11底部的气化炉排灰口116与加压排灰装置18连接，气化炉煤气出气口113与旋风除尘器12连接，沿着煤气输出方向旋风除尘器12依次连接余热回收器13和洗涤增湿塔14。

煤仓15通过加压加煤机构16与气化炉11连接，煤仓15用于暂时储存原料煤。煤仓15的出口与加压加煤机构16的入口连接，加压加煤机构16的出口与气化炉11顶部的进料口111连接。加压加煤机构16与充泄压气体管路连接。加压排灰装置18与充泄压气体管路连接。加压加煤机构16和加压排灰装置18的充泄压气体为该系统最终得到的煤气或惰性气体。

在该实施例提供的气化系统中，气化炉11的工作压力可以为0.1-3.0MPa，因此，在本发明实施例的气化系统中，加压加煤机构16和加压排灰装置18的压力调节范围为0.1-3.0MPa，其具体压力可以根据气化炉11的实际工作压力进行调节。例如，在煤仓15储存一定量的原料煤，需要向气化炉11内添加原料时，可以根据气化炉11的运行压力，手动或自动调节加压加煤机构16内的压力，使其大于气化炉11的运行压力，此时，原料煤通过加压加煤机构16充泄压上下阀交替打开将原料煤加入气化炉11内，参与反应。当原料煤反应完成后，可以根据气化炉11的运行压力，手动或自动调节加压排灰装置18内的压力，使其小于气化炉11的运行压力，此时废渣经加压排灰装置18从气化炉11内排出。加压排灰装置18采用充泄压间隙出灰。

例如，可以在加压加煤机构16的进口处设置锥形阀，在加压加煤机构16的出口处设置锥形阀。进口和出口处的锥形阀可以由液压摆杆驱动。这种液压驱动的锥形阀阀门精度高，为自紧式密封，适用于中高压工况。原料煤可以被破碎筛分为5～25mm及25～50mm两种颗粒，贮藏在煤仓15中，通过加压加煤机构16中的进口处锥形阀和出口处锥形阀交替打开，可以将原料送入气化炉11内。

同理，可以在加压排灰装置18的进口处设置锥形阀，在加压排灰装置18的出口处设置锥形阀。进口和出口处的锥形阀可以由液压摆杆驱动，液压驱动平稳可靠，气缸体积小。通过加压排灰装置18的进口处锥形阀和出口处锥形阀交替打开，可以将废料排出气化炉11，并通过出灰皮带运送至渣场。

需要说明的是，加压加煤机构16的出口锥形阀和加压排灰装置18的进口锥形阀均向气化炉11内开启，以实现气化炉11的自密封。各个锥形阀可以为堆焊有硬质合金的球冠形密封面。

如图2所示，本发明实施例的气化系统还包括给水装置19、设置在气化炉11的炉壁外围的冷却水夹套17、与冷却水夹套17连通的夹套汽包20、以及与余热回收器13内的换热器连通的余热汽包21。

气化炉11中下部炉壁外围或全部炉壁外围设置冷却水夹套。冷却水夹套17上部的出汽管与夹套汽包20的进汽口连接，冷却水夹套17下部的进水管和与夹套汽包20的出水口连接。给水装置19分别与夹套汽包20和余热汽包21连接。给水装置19中的水通过夹套汽包20进入冷却水夹套17受热产生蒸汽，所产生的蒸汽进入余热回收器13。其中，冷却水夹套17的内壁可以采用碳钢与不锈钢堆焊。

在一个具体实现过程中，余热回收器13可以包括位于上段的过热蒸汽产生机构131和位于下段的饱和蒸汽产生机构132，过热蒸汽产生机构131可以在下部和上部分别设置有进汽口和出汽口，饱和蒸汽产生机构132可以在下部和上部分别设置有进水口和回流口。其中，给水装置19分别与夹套汽包20的给水口和余热汽包21的给水口连接，饱和蒸汽生成机构132的进水口与余热汽包21的出水口连接，饱和蒸汽生成机构132的回流口与余热汽包21的回流口连接，过热蒸汽产生机构131的进汽口分别与夹套汽包20上部的出汽口和余热汽包21的出汽口连接，过热蒸汽生成机构131出汽口与气化剂混合器10的进口连接。

具体地，给水装置19的水通过夹套汽包20的出水管进入冷却水夹套17内，产生蒸汽，该蒸汽通过夹套汽包20与余热汽包21中的饱和蒸汽进行混合后，进入余热回收器13的过热蒸汽生成机构131，煤气与混合后的蒸汽进行热交换，使煤气温度降低，并产生过热蒸汽，充分利用热能，减少蒸汽冷凝。将余热回收器13产生的过热蒸汽作为副产蒸汽送出，作为气化剂的蒸汽源，进入气化剂混合器10，以达到水的循环利用，节省了大量的水资源。

气化剂混合器10用于将气化剂与过热蒸汽直接混合换热，对气化剂进行预热。氧气管道、蒸汽管道分别与气化剂混合器10连接。气化剂混合器10的出口与气化炉11上的气化剂进口115连接。

例如，在本发明实施例中，余热回收器13内的换热器可以为翘片式换热器，翘片式换热器更适合换热系数相差较大的工况，且换热效果好。

洗涤增湿塔14为气水充分接触的传质传热设备。洗涤增湿塔14的顶部送出煤气，底部排出废水。洗涤增湿塔14下部通过管道和循环洗涤泵连接到洗涤增湿塔14的顶部，排出的水部分由泵打回洗涤增湿塔回用，实现洗涤水的循环利用，部分送去后续系统。洗涤增湿塔14可以为塔板结构气液接触塔或者空塔，使煤气达到除尘、增湿和降温的目的。

在一个具体实现过程中，本发明实施例中，气化炉11自上而下可以分为干燥层、干馏层、还原层、氧化层及灰层。进入炉膛内的煤料从上向下运动，经由炉内的干燥层、干馏层、还原层、氧化层、灰渣层、最后经气化炉炉篦114、排灰口116进入加压排灰装置18自动排出炉外。氧气汇合夹套汽包20和余热回收器13的自产蒸汽及外供补充蒸汽作为气化剂进入气化剂混合器10，在气化剂混合器10中混合后进入气化炉11内。气化剂在经灰层预热，吸收灰层显热并升温。在氧化层原料煤与氧气发生燃烧反应，生成CO₂并继续升温，放出大量热量(氧化层温度约1100～1300℃左右)。在还原层，原料煤与混合气体发生气化反应并吸热，CO₂和气化剂所携带的水和灼热的碳反应，生成了煤气(CO和H₂)，上升的混合气体温度下降，上升到干馏层和干燥层与进炉的原料煤接触，进行热交换降温，最终得到的煤气从气化炉11的煤气出气口113排出，煤气温度可达450℃～550℃。

从气化炉11排出的煤气进入旋风除尘器12中除尘，除尘后的煤气经余热回收器13换热后进入洗涤增湿塔14，在洗涤增湿塔14中进行洗涤除尘增湿后排出装置。其中，本发明实施例的旋风除尘器12可以除去煤气中的大部分粉尘；在余热回收器13中，煤气与余热回收器13中的锅炉给水和饱和蒸汽间接热交换，煤气温度降低，同时产生气化需要的过热蒸汽；降温后的煤气在洗涤增湿塔14中经水洗涤、传热传质，煤气中的粉尘杂质被进一步洗涤清除，煤气被水蒸汽饱和，送出洗涤增湿塔14，得到最终煤气。

其中，本发明实施例中的气化剂可以为氧气和水蒸气的混合气，或者为氧气、水蒸气和二氧化碳的混合气等。通过调节汽氧比来控制气化炉11内的温度。

本发明提供的气化系统包括上述的气化炉，提高了原料的碳转化率及综合利用率，减少了环境污染，能够在0.1～3.0MPa之间进行加压气化，也避免了后续中低压工段与气化工段衔接时导致的能量损失，且在余热回收器中对夹套汽包的蒸汽进行过热处理，有效利用了煤气和水的显热和潜热，从而提高了能量利用率。

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：其依然可以对前述各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各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (2)

1.一种气化系统，其特征在于，包括气化炉、气化剂混合器、给水装置、夹套汽包、余热汽包、旋风除尘器、余热回收器和洗涤增湿塔；所述气化炉包括炉体，所述炉体包括炉壁和炉膛，所述炉壁外围设有冷却水夹套，所述冷却水夹套上部的出汽管与所述夹套汽包的进汽口相连，所述冷却水夹套下部的进水管与所述夹套汽包的出水口相连，所述炉体下部设有气化剂进口，所述气化剂进口与所述气化剂混合器连接，所述炉体上的煤气出气口与所述旋风除尘器连接，所述旋风除尘器依次连接所述余热回收器和所述洗涤增湿塔；

所述余热回收器包括位于上段的过热蒸汽产生机构和位于下段的饱和蒸汽产生机构，所述过热蒸汽产生机构在下部和上部分别设置有进汽口和出汽口，所述饱和蒸汽产生机构在下部和上部分别设置有进水口和回流口；所述给水装置分别与所述夹套汽包的给水口和所述余热汽包的给水口连接，所述饱和蒸汽生成机构的进水口与所述余热汽包的出水口连接，所述饱和蒸汽生成机构的回流口与所述余热汽包的回流口连接，所述过热蒸汽产生机构的进汽口分别与所述夹套汽包上部的出汽口和所述余热汽包的出汽口连接，所述过热蒸汽生成机构出汽口与所述气化剂混合器的进口连接；

所述气化系统还包括加压加煤机构，所述炉体的进料口与所述加压加煤机构的出口连接，所述加压加煤机构的进口和出口设置有液压驱动的锥形阀，所述炉体底部设有排灰口，所述排灰口与加压排灰装置的进口连接，所述加压排灰装置进口和出口设置有液压驱动的锥形阀，所述加压加煤机构出口的锥形阀和所述加压排灰装置进口的锥形阀均向所述气化炉内开启。

2.根据权利要求1所述的气化系统，其特征在于，所述余热回收器内的换热器为翘片式换热器。

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