CN108130133B - 一种大规模半废锅气化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种大规模半废锅气化装置，其包括由上向下分布的气化烧嘴、气化室、废锅冷却室和激冷室，所述气化烧嘴包括点火开工烧嘴和多个围绕所述点火开工烧嘴均匀分布的煤粉烧嘴；所述气化室包括空腔和下渣口；所述废锅冷却室由圆筒形的辐射废锅纵向形成回收热量的通道，其中所述辐射废锅的内径大于等于所述空腔的内径，所述辐射废锅的顶部设置有废锅入口，所述废锅入口具有自上而下内径逐渐变大的多级通道，并且所述多级通道中最上层的通道的内径大于所述下渣口的内径；所述激冷室包括激冷环、下降管和渣浴池。该气化装置适于大规模煤气化生产，能够充分利用煤气化产生的热量，优化了废锅装置容易结渣的问题。
Description
技术领域
本发明涉及利用煤制备合成气的装置，特别是涉及一种大规模半废锅气化装置。
背景技术
煤气化装备是煤气化的重要载体和核心装备，是煤炭清洁高效转化利用的最重要的装备。通过对气化装备不断改进、不断创新，目前国内气化炉已呈现百花齐放之势，气流床气化技术包括GSP炉、科林炉、两段炉、航天炉、华里炉、宁煤炉、五环炉、柳花-齐耀炉、沈鼓炉、金重炉、四喷嘴炉、清华炉、西北院多元料浆炉等。
但目前国内采用较多的气化技术包括GE气化、四喷嘴气化、SHELL气化、GSP气化和航天气化等。GE气化采用单喷嘴顶置、四喷嘴气化采用4个喷嘴位于气化炉中上部，二者均匀以水煤浆为气化原料，气渣下行以水激冷工艺技术(缺陷：煤质适应性差)；SHELL气化采用4个喷嘴位于气化炉中上部，气体上行，采用返回气体冷却气化产生的煤气(缺陷：气化系统复杂，投资高)。GSP气化和航天气化都采用单喷嘴顶置，气体下行，水激冷气化产生的煤气(缺陷：不能实现超大规模)。这些气化技术虽都经过了工业化应用检验，但都还不算是“完美”的炉型。未来气化装置将会向大型化和更高能源利用效率方向发展。
现有的气化装置中的激冷流程对于气化产生的热量利用率不高，而全废锅流程虽然提高了对热量的利用率，但是还存在粗煤气中含灰量较高并且废锅内壁容易积灰导致废锅堵塞等问题。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种大规模半废锅气化装置，以解决现有气化炉煤粉燃烧后热量利用率低、不能大规模生产以及辐射废锅易结渣堵塞等问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种大规模半废锅气化装置，其包括由上向下分布的气化烧嘴、气化室、废锅冷却室和激冷室，所述气化烧嘴设置于所述气化装置顶部，包括点火开工烧嘴和多个围绕所述点火开工烧嘴均匀分布的煤粉烧嘴；所述气化室包括空腔和位于所述空腔底部的下渣口，所述空腔用于接收来自所述气化烧嘴的煤粉和氧化剂并进行煤气化反应得到粗煤气和灰渣；所述废锅冷却室内设有辐射废锅和由所述辐射废锅沿纵向形成的用于回收来自所述下渣口的粗煤气和灰渣热量的通道，其中所述辐射废锅的内径大于或等于所述空腔的内径，所述辐射废锅的顶部设置有废锅入口，所述废锅入口具有自上而下内径逐渐变大的多级通道，并且所述多级通道中最上层的通道的内径大于所述下渣口的内径；所述激冷室位于所述辐射废锅下部，包括激冷环、下降管和用于收集灰渣和所述激冷环所喷激冷水的渣浴池，所述下降管的上端与所述辐射废锅的下端相连，所述下降管的下端伸入到所述渣浴池中，所述激冷环位于所述辐射废锅和所述下降管的连接处，在所述下降管和所述激冷室侧壁之间设置有多层破泡板。
优选地，所述辐射废锅的内径为所述空腔内径的1至2倍，例如1.4倍。
优选地，所述多级通道具有2至5级内径自上而下逐渐变大的通道。进一步地，所述多级通道由自上而下内径逐渐变大的一级通道和二级通道组成，其中所述一级通道的内径是所述下渣口内径的1.1-1.5倍，例如1.3倍，所述二级通道内径是所述一级通道内径的1.1-1.3倍，例如1.2倍。
优选地，所述煤粉烧嘴为2至8个，优选4至6个，例如4个或者6个。
优选地，所述辐射废锅由水冷壁围成圆筒形。
优选地，在所述辐射废锅中还设置有径向水冷壁，所述径向水冷壁由多组水管沿所述辐射废锅进行排列组成，每组水管由3-10根水管组成。
优选地，所述空腔、下渣口和所述废锅入口由水冷壁围成。
与现有技术相比，本发明提供的大规模半废锅气化装置具有以下有益效果：
(1)多个煤粉烧嘴、半废锅半激冷的设计，实现了大规模煤气化生产。
(2)由于采用了废锅冷却室，能够充分利用煤气化产生的热量，解决了现有气化炉煤粉燃烧后热量利用率低的问题；
(3)通过使用下渣口、多级通道的废锅入口内径逐渐增大的设计，使得粗煤气自上而下流动时流速平稳降低，使得携带熔渣的粗煤气在进入废锅冷却室时不发生较大扰动，使得携带熔渣的粗煤气与辐射废锅的内壁的碰撞频率降低，优化了废锅流程中废锅容易结渣的问题。
(4)通过辐射废锅的内径比气化室内径大，可以进一步降低携带熔渣的粗煤气与辐射废锅的内壁的碰撞频率，并且较大的辐射废锅内径有益于减少气化装置的高度，降低了气化装置的造价。
附图说明
图1是根据本发明一种实施例的气化装置的示意图；
图2是根据本发明一种实施例的气化装置的辐射废锅的横截面图；
图3是根据本发明一种实施例的气化装置中气化室的下渣口和废锅入口的多级通道的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作进一步的描述。
如图1所示，本发明的大规模半废锅气化装置包括气化烧嘴1、气化室2、废锅冷却室3和激冷室4。
设置于气化室2顶部的气化烧嘴1包括点火开工烧嘴101和围绕点火开工烧嘴101均匀分布的6个煤粉烧嘴102，点火开工烧嘴101和煤粉烧嘴102通过螺栓固定到法兰盘103上。
气化室2包括气化室外壳201、气化室水冷壁202、空腔203、环形空间204、下渣口205、人孔206、气化室气体入口207、支撑板208、气化室水冷壁入水口209、气化室水冷壁出水口210、下渣口入水口211和下渣口出水口212。其中，气化室外壳201的顶部和法兰盘103通过螺栓连接，下渣口205位于空腔203底部，下渣口205设置为水冷壁，各水冷壁的内表面均涂有本领域熟知的耐火材料。
废锅冷却室3包括废锅冷却室外壳301、圆筒形的辐射废锅302、废锅入口304、气体入口305、废锅入水口306、废锅出水口307、径向水冷壁入水口308、径向水冷壁出水口309、人孔310、分隔板311。其中，圆筒形的辐射废锅302沿纵向形成的用于回收下渣口205的粗煤气和灰渣热量的通道。辐射废锅302由水冷壁围成。废锅冷却室3还可以设置有径向水冷壁303，其由多组水管沿圆筒形的辐射废锅302进行排列组成，每组水管由8根水管组成，可以增强废锅冷却室3的冷却效果，具体细节如图2所示。
在本发明的一个优选实施例中，废锅入口304包括一级通道和二级通道，具体细节如图3所示，其中一级通道的上端与下渣口205的下端相连，下渣口205、一级通道、二级通道的内径分别为D3、D4、D5，并且D3、D4、D5的关系为D3＜D4＜D5，根据本发明的一个优选实施例，D3＝1.3D4且D4＝1.2D5，通过内径逐渐变大的下渣口205、一级通道、二级通道，从空腔203内往下流动的粗煤气的速度可以平缓地降低，并且尽可能地竖直地往下流动，避免了气流在到达辐射废锅302时发生较大的扰动或者大幅度与辐射废锅302的内壁接触，这种设计可以尽可能地减少粗煤气中的熔融灰渣与辐射废锅302的内壁接触，减少了辐射废锅302中结渣和堵塞的情况。在本发明的一个优选实施例中，废锅入口304设置为水冷壁。
如图1所示，辐射废锅302具有内径D2，空腔203具有内径D1，其中D1与D2的关系为D2等于D1的一倍至两倍，在本发明的一个优选实施例中，D2＝1.4D1。这种设计一方面可以在保证气化炉大规模生产时节省纵向空间上的设备投入，同时由于辐射废锅302的内径比空腔203的内径要大，气化室2中产生的粗煤气和熔渣流动到辐射废锅302后与辐射废锅302接触的概率降低，这样可以进一步地降低辐射废锅302的结渣和堵塞的情况。
位于辐射废锅302下部的激冷室4包括激冷室侧壁401、下降管402、粗合成气出口403、灰水出口404、排渣口405、激冷环406、破泡板407、渣浴池408。其中，下降管402的上端与辐射废锅302的下端相连，下降管的下端伸入到渣浴池408中，激冷环406位于辐射废锅302和下降管402的连接处，破泡板407设置在下降管402和激冷室侧壁401之间。
本发明的大规模半废锅气化装置的工作过程如下：
通过点火开工烧嘴101通入燃料气和氧化剂进行反应以对气化装置进行升温升压，通过煤粉烧嘴102通入干煤粉和氧化剂以在气化室2中进行气化反应。
干煤粉在空腔203内气化成粗煤气和灰渣，将氮气或者二氧化碳气体或净化处理后的合成气通过气化室气体入口207通入到环形空间204中，使环形空间204的压力高于空腔203的压力。通过气化室水冷壁入水口209通入冷却水并将换热后的水通过气化室水冷壁出水口210排出，对气化室2进行冷却。通过下渣口入水口211通入冷却水并将换热后的水通过下渣口出水口212排出，对下渣口205进行冷却。
在气化室2中气化形成的粗煤气和灰渣经下渣口205向下到达废锅冷却室3，并括经过一级通道和二级通道到达辐射废锅302中，通过下渣口205、一级通道和二级通道的特殊设计，由气化室2中形成的粗煤气和灰渣在到达废锅冷却室3时不会发生较大的扰动，减少了灰渣与辐射废锅302内壁的碰撞，由于空腔203内径大于辐射废锅302的内径，在粗煤气和灰渣到达空腔203后，进一步减少了灰渣与辐射废锅302内壁的碰撞的概率，优化了废锅流程中废锅容易结渣的问题。
将氮气或者二氧化氮气体或者净化后的煤气通过气体入口305通入到废锅冷却室外壳301和辐射废锅302外侧之间形成的环形空间中，使环形空间的压力至少高于辐射废锅302中的压力。废锅冷却室3的圆筒形辐射废锅302和径向水冷壁303可以对煤气化产生的热量进行充分回收，产生饱和蒸汽用于发电等。
从废锅冷却室3经换热后的粗煤气经激冷环406中的激冷水喷淋、洗涤之后通过下降管402进入到渣浴池408中进一步洗涤，经洗涤后的粗合成气经由破泡板407破泡之后再经由粗合成气出口403排出，进入后续工序，灰渣经排渣口405排出。
根据本发明的一个实施例的一种大规模半废锅气化装置，满足了现代生产对单台日处理3000吨煤及以上规模气化技术的需求，气化装置的废锅产生蒸汽，极大的提高了气化炉的能源利用效率，与传统激冷流程相比，全厂能效提高＞4％。如400万吨/年煤制油项目，采用1500吨/天气化炉约需32台，如采用本实施例4000吨/天气化炉需12台，这样会减少装置占地面积，大幅降低设备的投资，并且该气化装置中的辐射废锅运行稳定发生结渣堵塞的概率降低，减少了操作、管理人员数量，减少运行成本。
Claims (10)
1.一种大规模半废锅气化装置，其包括由上向下分布的气化烧嘴、气化室、废锅冷却室和激冷室，其特征在于，
所述气化烧嘴设置于所述气化装置顶部，包括点火开工烧嘴和多个围绕所述点火开工烧嘴均匀分布的煤粉烧嘴；
所述气化室包括空腔和位于所述空腔底部的下渣口，所述空腔用于接收来自所述气化烧嘴的煤粉和氧化剂并进行煤气化反应得到粗煤气和灰渣；
所述废锅冷却室内设有辐射废锅和由所述辐射废锅沿纵向形成的用于回收来自所述下渣口的粗煤气和灰渣热量的通道，其中所述辐射废锅的内径大于或等于所述空腔的内径，所述辐射废锅的顶部设置有废锅入口，所述废锅入口具有自上而下内径逐渐变大的多级通道，并且所述多级通道中最上层的通道的内径大于所述下渣口的内径；
所述多级通道包括自上而下内径逐渐变大的一级通道和二级通道，其中所述一级通道的上端与所述下渣口的下端相连，所述下渣口、所述一级通道、所述二级通道的内径分别为D3、D4、D5，并且D3、D4、D5的关系为D3＜D4＜D5；
所述激冷室位于所述辐射废锅下部，包括激冷环、下降管和用于收集灰渣和所述激冷环所喷激冷水的渣浴池，所述下降管的上端与所述辐射废锅的下端相连，所述下降管的下端伸入到所述渣浴池中，所述激冷环位于所述辐射废锅和所述下降管的连接处，在所述下降管和所述激冷室侧壁之间设置有多层破泡板。
2.根据权利要求1所述的气化装置，其特征在于，所述辐射废锅的内径为所述空腔内径的1至2倍。
3.根据权利要求1或2所述的气化装置，其特征在于，所述多级通道具有2至5级内径自上而下逐渐变大的通道。
4.根据权利要求1所述的气化装置，其特征在于，所述多级通道由自上而下内径逐渐变大的一级通道和二级通道组成，其中所述一级通道的内径是所述下渣口内径的1.1-1.5倍，所述二级通道内径是所述一级通道内径的1.1-1.3倍。
5.根据权利要求1、2和4中任一项所述的气化装置，其特征在于，所述煤粉烧嘴为2至8个。
6.根据权利要求5所述的气化装置，其特征在于，所述煤粉烧嘴为4至6个。
7.根据权利要求1、2、4和6中任一项所述的气化装置，其特征在于，所述辐射废锅由水冷壁围成圆筒形。
8.根据权利要求7所述的气化装置，其特征在于，在所述辐射废锅中还设置有径向水冷壁，所述径向水冷壁由多组水管沿所述辐射废锅进行排列组成，每组水管由3-10根水管组成。
9.根据权利要求1、2、4、6和8中任一项所述的气化装置，其特征在于，所述空腔由水冷壁围成。
10.根据权利要求1、2、4、6和8中任一项所述的气化装置，其特征在于，所述下渣口和所述废锅入口设置为水冷壁。
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