CN107674712B - 一种固定床熔渣气化炉 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种固定床熔渣气化炉，包括炉体，在炉体中设置有沿炉体的轴向布置的异出管，异出管包括上部小直径段、中部扩张段和下部大直径段，上部小直径段穿出炉体的顶部后形成高温煤气出口，异出管的内表面设置有耐火材料，异出管的侧壁与炉体的侧壁之间构成环形空腔，在炉体的顶部设置有与环形空腔连通的加料入口，炉体的侧壁上设置有与环形孔腔连通的低温煤气出口，在炉体底部设置壁厚均匀且呈漏斗状的熔渣池，在熔渣池的底部紧固连接储渣池，在炉体的下部的侧壁上沿周向均匀设置有多个气化剂喷嘴，气化剂喷嘴与水平面夹角为0～90°。

Description

一种固定床熔渣气化炉
技术领域
本发明涉及一种固定床熔渣气化炉，属于煤气化装置领域。
背景技术
传统的固定床熔渣气化炉，在顶部设置一加煤口及一煤气出口，块煤由加煤口加入，与气化产生的高温气体逆流换热，自上而下经干燥、干馏、气化并最终氧化燃烧。产生的气化煤气、焦油和水蒸气的混合物由煤气出口排出。由于气化炉上部仅设置一个煤气出口，导致出口气速较大。
而实际生产过程中，固定床熔渣气化炉虽然采用块煤进料，但由于煤粉夹带或块煤粒度不达标，所产生的粉尘会随气流夹带而出，形成焦油渣，加大焦油去除工艺的难度。全部产物气由气化炉顶部排出，经喷淋水冷却洗涤后需再进行后续油水分离，闪蒸、酚水处理等环节。虽然气化段产物中的焦油和酚类含量较低，但全部通入干馏段也稀释了煤气中的焦油含量，增加了提取难度；同时由于增加了需要冷却洗涤的气量，含酚废水的处理量也相应增加。
发明内容
针对背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种焦油品质好、产量高，且气化效率高的固定床熔渣气化炉。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种固定床熔渣气化炉，其特征在于：包括炉体，在所述炉体中设置有沿所述炉体的轴向布置的异出管，所述异出管包括上部小直径段、中部扩张段和下部大直径段，所述上部小直径段穿出所述炉体的顶部后形成高温煤气出口，所述异出管的内表面设置有耐火材料，所述异出管的侧壁与所述炉体的侧壁之间构成环形空腔，在所述炉体的顶部设置有与环形空腔连通的加料入口，所述炉体的侧壁上设置有与所述环形孔腔连通的低温煤气出口，在所述炉体底部设置壁厚均匀且呈漏斗状的熔渣池，在所述熔渣池的底部紧固连接储渣池，在所述炉体的下部的侧壁上沿周向均匀设置有多个气化剂喷嘴，所述气化剂喷嘴与水平面夹角为0～90°。
在所述低温煤气出口上连接有用于除去煤气中焦油、酚类的喷淋洗涤器。
所述低温煤气出口与低温煤气循环管路的一端连接，所述低温煤气循环管路的另一端与所述低温煤气喷嘴连接，所述低温煤气喷嘴设置在所述气化剂喷嘴的上方，且所述低温煤气喷嘴的喷口朝向所述熔渣池。
所述气化剂喷嘴布置有多层，各层所述气化剂喷嘴的轴线在水平面内的投影与所在位置炉体的法线的夹角大于等于0°且小于90°。
所述熔渣池的上方设置有一层所述低温煤气喷嘴和多层所述气化剂喷嘴。
在所述熔渣池的底部设置激冷室，在所述储渣池的外壁上紧固连接有开口朝下的隔火罩，在所述激冷室的内部设置有烟气排放管，所述烟气排放管的入口端伸入所述隔火罩中，出口端穿出所述炉体的侧壁；所述储渣池的侧壁或底部设置有排渣管，所述排渣管的入口高于所述储渣池的底面，所述炉体的侧壁上设置有燃烧喷枪，所述排渣管的出口与所述燃烧喷枪的出口设置在所述隔火罩中。
在所述激冷室中装有冷却液，所述隔火罩的开口端低于所述冷却液的液面，所述烟气排放管的入口端高于冷却液的液面设置在所述隔火罩中，所述烟气排放管上设置有控制排气的放散阀，所述烟气排放管的管道盘旋设置在所述冷却液中。
所述储渣池的上端通过法兰与所述熔渣池的下端相连，所述熔渣池和所述储渣池的侧壁均包括由内向外设置的耐火材料和水冷壁，所述耐火材料采用微孔刚玉砖、碳复合砖或塞隆结合刚玉砖。
所述隔火罩呈立方形或圆柱形的筒状结构，所述隔火罩采用风冷结构，内壁设置有气体出口；所述炉体的底部连通设置有一排渣出口。
所述燃烧喷枪采用多通道结构，其包括用于通入燃气的中心管和位于所述中心管外周的用于通入空气的外侧环管。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明的炉体中轴向设置有异出管，异出管的上端口穿过炉体的上密闭端设置在外部，在炉体的侧壁上设置有低温煤气出口，这样部分气化段的高温煤气直接通过异出管排出气化炉，因高温煤气中不含焦油，净化处理工艺简单。2、本发明实施例一中部分高温煤气通过异出管排出，因此环间空隙中干燥段和干馏段的气体流量减少，气速降低，从低温煤气出口排出的粉尘量减少，使得后续煤气净化段产生的油渣量降低，简化了后续煤焦油的分离、提取工艺，降低了煤气的处理量，从而降低设备成本和运行成本，实现经济效益最大化。3、本发明实施例一中通过异出管直接排出的高温煤气中的酚含量降低，相应地经干馏、干燥段从低温煤气出口排出的低温煤气中的酚含量提高，在后续含酚废水的处理工艺中可以重点对低温煤气进行处理，降低了含酚废水的处理量，提高了工作效率。4、本发明实施例二中对焦油含量低或品质差的煤种，一部分高温煤气直接通过异出管排出气化炉外，另一部分从低温煤气出口排出的煤气通过低温煤气循环管路和低温煤气喷嘴再次通入高温气化段，煤气中的焦油、有机物、粉尘等可燃组分在高温区直接燃烧，为熔渣池中的反应提供碳元素，提高了煤中碳的转化率，不可燃组分随灰渣排出。5、本发明中排渣管设置在储渣池上，排渣管的出口和燃料喷枪的出口设置在顶部密闭底部敞口的隔火罩内，在储渣池的外壁上紧固连接有开口朝下的隔火罩，隔火罩的敞口端设置在冷却液液面以下，燃烧喷枪产生的热烟气通过排渣管进入到储渣池内，因此储渣池内的液渣处于较好的流动状态以防止液渣在排渣管内冷凝，同时还起到托渣的作用。6、本发明的熔渣渣池采用分体结构，便于安装和维修。可只更换易损部件，降低维修渣池的成本。7、本发明中排渣管入口高于渣池底部，使液渣中析出的铁沉积在渣池底部而不会沉淀在排渣管中，因此有效避免析铁造成的排渣管堵塞。8、本发明的燃烧喷枪通过激冷室侧壁上的通道伸入激冷室内，因此当燃烧喷枪维修或更换时操作方便。9、本发明中隔火罩使其内燃烧喷枪燃烧产生的高温烟气侵蚀不到连接熔渣池与储渣池的法兰，因此得以保护法兰。
附图说明
图1是本发明提供的第一种实施例结构示意图；
图2是本发明提供的第二种实施例结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
实施例一
如图1所示，本实施例包括炉体11，在炉体11中设置有沿炉体11的轴向布置的异出管12，异出管12包括上部小直径段、中部扩张段和下部大直径段，其中，上部小直径段穿出炉体11的顶部，形成高温煤气出口。异出管12的内表面设置有耐火材料，异出管12的侧壁与炉体11的侧壁之间构成环形空腔，在炉体11的顶部设置有与环形空腔连通的加料入口13，炉体11的侧壁上设置有与环形空腔连通的低温煤气出口14，在低温煤气出口14上连接有用于除去煤气中焦油、酚类的喷淋洗涤器15，在炉体11的底部设置壁厚均匀且呈漏斗状的熔渣池16，在熔渣池16的底部紧固连接储渣池18。在炉体11的下部的侧壁上沿周向均匀设置有多个气化剂喷嘴17，气化剂喷嘴17与水平面夹角为0～90°。由气化剂喷嘴17加入的气化剂与从加料入口13加入的气化原料进行气化反应，反应形成的一部分高温煤气由异出管12直接排出炉体11外，反应产生的另一部分高温煤气与气化原料在环间空隙内换热，进行干馏、干燥，换热后的低温煤气以及焦油等干馏段产物通过低温煤气出口13排出炉体11外。
上述实施例中，在熔渣池16的底部设置激冷室110，在储渣池18的外壁上紧固连接有开口朝下的隔火罩19。在激冷室110的内部设置有烟气排放管111，烟气排放管111的入口端伸入隔火罩19中，出口端穿出炉体11的侧壁，其用于将燃烧产生的烟气排放至外界。储渣池8的侧壁或底部设置有排渣管112，排渣管112的入口高于储渣池18的底面，因此液渣中析出的铁沉积在储渣池18底部而有效避免液渣析铁造成排渣管112的出口堵塞，炉体11的侧壁上设置有燃烧喷枪113，排渣管112的出口与燃烧喷枪113的出口设置在隔火罩19中，燃烧喷枪113产生的热烟气通过排渣管112进入到储渣池内，保证储渣池18内的液渣处于较好的流动状态以防止液渣在排渣管112内冷凝，同时还起到托渣的作用。
上述实施例中，在激冷室110中装有冷却液，隔火罩19的开口端低于冷却液的液面，隔火罩19与冷却液的液面形成水封，烟气排放管111的入口端高于冷却液的液面，烟气排放管111上设置有控制排气的放散阀，烟气排放管111的管道盘旋设置在激冷室110的冷却液中，当熔渣池16上部与隔火罩19内的压力差达到一定值后放散阀开启，烟气排放管111排放烟气，从而起到控制隔火罩19内压力的作用。
上述实施例中，气化剂喷嘴17布置有一层或多层。各层气化剂喷嘴17的轴线在水平面内的投影与所在位置炉体11的法线的夹角大于等于0°小于90°。
由加料入口加入的气化原料与由气化剂喷嘴17加入的气化剂进行气化反应，气化剂为氧气、水蒸气、二氧化碳等一种或若干种的混合物。
上述实施例中，排渣管112的中心线与水平面之间的夹角大于等于0°小于90°，排渣管112为一整体铸件并采用水冷结构，其通过法兰固定在储渣池18上，当排渣管112损坏时可便于更换。
上述实施例中，储渣池18的上端通过法兰与熔渣池16的下端相连，熔渣池16和储渣池18的侧壁均包括由内向外设置的耐火材料和水冷壁，储渣池18的耐火材料需有较强的抗炉渣和铁水侵蚀的能力，优选微孔刚玉砖、碳复合砖，塞隆结合刚玉砖等。
上述实施例中，隔火罩19呈立方形或圆柱形的筒状结构，所述隔火罩采用风冷结构，内壁设置有气体出口；避免隔火罩19被烧损，隔火罩19使燃烧产生的高温烟气侵蚀不到连接熔渣池16与储渣池18的法兰，因此得以保护法兰连接的作用。
上述实施例中，燃烧喷枪113通过激冷室侧壁上的通道伸入激冷室110中，燃烧喷枪113采用多通道结构，其包括用于通入燃气的中心管和位于中心管外周的用于通入空气的外侧环管，更换燃烧喷枪113时可直接将其从炉内抽出，操作方便。
上述实施例中，炉体11的底部连通设置有一排渣出口114，通过其可将冷凝渣排出气化炉。
本发明实施例一中固定床熔渣气化炉的工作原理如下：
在激冷室110中灌入冷却液至液面高于隔火罩19的下端口。通过加料入口13向气化炉中加入气化原料，气化剂喷嘴17喷出的气化剂与气化原料进行燃烧和气化反应，形成高温熔渣区，经过气化反应形成的高温煤气一部分通过异出管12直接排出气化炉，同时通过异出管12与加入的气化原料间接换热，另一部分高温煤气与气化原料在环间空隙内换热，进行干馏、干燥，换热后的低温煤气以及热解产生的焦油等通过低温煤气出口13通入喷淋洗涤器中，焦油、酚类以及粉尘被除去。
气化剂喷嘴17喷出气化炉气化过程中产生的液渣通过熔渣池16汇集到储渣池8中，在储渣池18内不断累积；燃烧喷枪113产生的热烟气通过排渣管113进入到储渣池18内，保证储渣池18内的液渣处于较好的流动状态以防止液渣在排渣管113内冷凝，同时还起到托渣的作用。
当熔渣池16上部与隔火罩19内的压差达到一定值后，打开烟气排放管111上的放散阀以降低隔火罩19中的压力，同时降低燃烧喷枪113的气体流速，进行排渣；当气化炉与隔火罩19内的压差降低到一定值后，关闭烟气排放管111上的放散阀，同时提高燃烧喷枪113的气体流速，停止排渣，综上所述完成一次排渣过程。
在气化炉运行过程中，如出现紧急停车的状况，通过控制燃烧喷枪113向气化炉喷入气体的流速，避免液渣进入到排渣管113内冷凝，造成堵塞，影响气化炉的再次启动。
实施例二
如图2所示，本实施例与实施例一的不同之处在于：低温煤气出口14与低温煤气循环管路25的一端连接，低温煤气循环管路25的另一端与低温煤气喷嘴215连接，低温煤气喷嘴215设置在气化剂喷嘴17的上方，且低温煤气喷嘴17的喷口朝向熔渣池16。反应产生的一部分高温煤气与气化原料在环间空隙内换热，经过干馏、干燥段，换热后的低温煤气以及焦油等干馏段产物通过低温煤气出口14、低温煤气循环管路25和低温煤气喷嘴215通入高温熔渣区，煤气中的焦油、有机物、粉尘等可燃组分在高温熔渣区直接燃烧，不可燃组分随灰渣排出。
上述实施例中，低温煤气喷嘴215设置在位于气化剂喷嘴17上方的炉体11侧壁上。由加料入口加入的气化原料与由气化剂喷嘴17加入的气化剂进行气化反应，气化剂为氧气、水蒸气、二氧化碳等一种或若干种的混合物。
本发明实施例二中固定床熔渣气化炉熔渣渣池的工作原理与实施例一种工作原理不同之处在于：
反应产生的一部分高温煤气与气化原料在环间空隙内换热，进行干馏、干燥，换热后的低温煤气以及焦油等干馏段产物通过低温煤气出口14、低温煤气循环管路25和低温煤气喷嘴215通入高温熔渣区，煤气中的焦油、有机物、粉尘等可燃组分在高温熔渣区直接燃烧，不可燃组分随灰渣排出。
本发明仅以上述实施例进行说明，各部件的结构、设置位置及其连接都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种固定床熔渣气化炉，其特征在于：包括炉体，在所述炉体中设置有沿所述炉体的轴向布置的异出管，所述异出管包括上部小直径段、中部扩张段和下部大直径段，所述上部小直径段穿出所述炉体的顶部后形成高温煤气出口，所述异出管的内表面设置有耐火材料，所述异出管的侧壁与所述炉体的侧壁之间构成环形空腔，在所述炉体的顶部设置有与环形空腔连通的加料入口，所述炉体的侧壁上设置有与所述环形空腔连通的低温煤气出口，在所述炉体底部设置壁厚均匀且呈漏斗状的熔渣池，在所述熔渣池的底部紧固连接储渣池，在所述炉体的下部的侧壁上沿周向均匀设置有多个气化剂喷嘴，所述气化剂喷嘴与水平面夹角为0～90°。
2.如权利要求1所述的一种固定床熔渣气化炉，其特征在于：在所述低温煤气出口上连接有用于除去煤气中焦油、酚类的喷淋洗涤器。
3.如权利要求1所述的一种固定床熔渣气化炉，其特征在于：所述低温煤气出口与低温煤气循环管路的一端连接，所述低温煤气循环管路的另一端与低温煤气喷嘴连接，所述低温煤气喷嘴设置在所述气化剂喷嘴的上方，且所述低温煤气喷嘴的喷口朝向所述熔渣池。
4.如权利要求2所述的一种固定床熔渣气化炉，其特征在于：所述气化剂喷嘴布置为一层或多层，各层所述气化剂喷嘴的轴线在水平面内的投影与所在位置炉体的法线的夹角大于等于0°且小于90°。
5.如权利要求3所述的一种固定床熔渣气化炉，其特征在于：所述低温煤气喷嘴设置在位于所述气化剂喷嘴上方的所述炉体侧壁上。
6.如权利要求1所述的一种固定床熔渣气化炉，其特征在于：在所述熔渣池的底部设置激冷室，在所述储渣池的外壁上紧固连接有开口朝下的隔火罩，在所述激冷室的内部设置有烟气排放管，所述烟气排放管的入口端伸入所述隔火罩中，出口端穿出所述炉体的侧壁；所述储渣池的侧壁或底部设置有排渣管，所述排渣管的入口高于所述储渣池的底面，所述炉体的侧壁上设置有燃烧喷枪，所述排渣管的出口与所述燃烧喷枪的出口设置在所述隔火罩中。
7.如权利要求6所述的一种固定床熔渣气化炉，其特征在于：在所述激冷室中装有冷却液，所述隔火罩的开口端低于所述冷却液的液面，所述烟气排放管的入口端高于冷却液的液面设置在所述隔火罩中，所述烟气排放管上设置有控制排气的放散阀，所述烟气排放管的管道盘旋设置在所述冷却液中。
8.如权利要求1所述的一种固定床熔渣气化炉，其特征在于：所述储渣池的上端通过法兰与所述熔渣池的下端相连，所述熔渣池和所述储渣池的侧壁均包括由内向外设置的耐火材料和水冷壁，所述耐火材料采用微孔刚玉砖、碳复合砖或塞隆结合刚玉砖。
9.如权利要求6所述的一种固定床熔渣气化炉，其特征在于：所述隔火罩呈立方形或圆柱形的筒状结构，所述隔火罩采用风冷结构，内壁设置有气体出口；所述炉体的底部连通设置有一排渣出口。
10.如权利要求6所述的一种固定床熔渣气化炉，其特征在于：所述燃烧喷枪采用多通道结构，其包括用于通入燃气的中心管和位于所述中心管外周的用于通入空气的外侧环管。
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