CN108165310A - 熔渣激冷排渣一体式固定床气化炉 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种熔渣激冷排渣一体式固定床气化炉，它具有整体式结构的耐高压外壳，耐高压外壳的内腔自上而下依次分为原料气化区、液态熔渣区和熔渣激冷区；原料气化区设有耐火材料层和水冷夹套，从而维持原料气化区的正常运行条件，使原料发生气化反应，产生粗合成气；液态熔渣区设有呈漏斗状的耐火水冷围壁，用以收集原料气化区产生的液态熔渣；耐火水冷围壁的底部熔渣出口处设有熔渣排放环套，熔渣排放环套的内腔设有熔渣排放控制装置，以便调节熔渣连续或间断地向下排放；熔渣激冷区底部设有与外部锁渣器密封连接的炉渣出口用于排出激冷处理后的炉渣。本气化炉具有内腔容积利用率高、能够避免高压气体泄漏、熔渣激冷效率高等特点。
Description
技术领域
本发明涉及处理含碳型物质燃料的熔渣气化炉，具体地指一种熔渣激冷排渣一体式固定床气化炉。
背景技术
含碳型物质燃料一般包括生物质、低阶褐煤、泥煤、优质煤及固体垃圾等，气化技术是通过热化学方法将含碳型物质燃料气化产生粗合成气，再经燃气净化、组分调变获得高质量的合成气，进而增压后催化合成燃料的一种高效利用技术。气化技术按气化炉炉型可分为固定床气化、流化床气化和气流床气化，按操作压力可分为加压气化和常压气化。
目前，国内具有代表性的气流床气化技术常用的有壳牌炉和德士古炉技术。而加压固定床气化技术是鲁奇炉气化技术，鲁奇炉气化技术采用干法排灰，其存在单炉运行负荷低、蒸汽和氧气消耗大、废水产生量大等缺点。与鲁奇炉相比，熔渣气化炉将灰渣以玻璃态的形式排出，不需大量蒸汽来降低气化温度，因此极大地降低了蒸汽和氧气消耗，同时可增大气化炉运行负荷，在液态排渣条件下有效提高碳转化率。
现有技术中的熔渣固定床气化炉一般包括进料装置、气化炉体、连接短节、激冷室和渣锁斗，气化炉体、激冷室和渣锁斗均是独立耐高压容器，连接短节与激冷室及激冷室与渣锁斗间均以耐高压法兰密封连接。
如发明名称为一种固定床熔渣气化炉的中国发明专利，它由原料锁斗2、原料缓冲仓3、炉体4、控制短节6和熔渣激冷室7、渣锁8等部分组成。
又如发明名称为一种加压固定床熔渣气化炉的中国发明专利，它包括煤锁、过渡仓、加压气化容器、连接短节、激冷室和渣锁。
上述熔渣气化炉整个系统设备多、连接法兰多、结构较复杂。并且，由于连接短节的存在，至少有两处需要通过法兰密封连接，这在使用过程中极易出现高压气体泄漏的风险；同时，其熔渣激冷池由于设备结构等原因，体积较小，激冷液消耗过快，单次容纳熔渣量较小，燃料气化效率低。
发明内容
本发明的目的就是要克服现有熔渣固定床气化炉存在的缺陷，提供一种内腔容积利用率高、能够避免高压气体泄漏、熔渣激冷效率高的熔渣激冷排渣一体式固定床气化炉。
为实现上述目的，本发明所设计的熔渣激冷排渣一体式固定床气化炉，其特殊之处在于：该气化炉具有整体式结构的耐高压外壳，所述耐高压外壳的内腔自上而下依次分为原料气化区、液态熔渣区和熔渣激冷区；
所述原料气化区对应的耐高压外壳内侧设置有耐火材料层，其中位于主气化反应部位的耐火材料层外侧设置有耐高温内壳，所述耐高温内壳与耐高压外壳之间围合形成水冷夹套，从而维持原料气化区的正常运行条件，使原料发生气化反应，产生粗合成气；
所述液态熔渣区对应的耐高压外壳内侧设置有呈漏斗状的耐火水冷围壁，从而形成开口上大下小的熔渣池，用以将原料气化区产生的液态熔渣收集在其中；所述耐火水冷围壁的底部熔渣出口处设置有熔渣排放环套，所述熔渣排放环套的内腔设置有熔渣排放控制装置，以便调节熔渣连续或间断地向下排放；
所述熔渣激冷区对应的耐高压外壳底部设置有可与外部锁渣器密封连接的炉渣出口，用以维持熔渣激冷区的激冷水液位，以便对所排放的液态熔渣进行激冷处理，并通过锁渣器排出激冷处理后的炉渣。
作为优选方案，所述熔渣排放控制装置包括设置在熔渣排放环套内腔的燃烧喷嘴和点火装置，所述燃烧喷嘴与外界引入的燃气管线和空气/氧气管线相连，从而通过燃气与空气或氧气的燃烧产生高压火焰，以托住液态熔渣区内的熔渣层。
作为优选方案，所述熔渣排放环套的底端延伸至熔渣激冷区的激冷水液位下面，从而形成高压火焰的密闭空间，以维持液态熔渣区内的熔渣层稳定。
进一步地，所述熔渣排放控制装置还包括泄压管线，所述泄压管线与熔渣排放环套的内腔相连，从而可以实时便捷地调节高压火焰的压力参数。
进一步地，该气化炉还针对原料气化区配置有汽液分离器，所述汽液分离器的冷却水输出端与水冷夹套下部的冷却水进口相连，所述气液分离器的汽液输入端与水冷夹套上部的汽水混合物出口相连，所述气液分离器的水蒸汽输出端与原料气化区的粗合成气出口汇集后与下游工艺管线相连，从而使气化炉内压力与夹套压力保持平衡状态。
进一步地，该气化炉还针对原料气化区配置有气体洗涤器，所述气体洗涤器的进气口与原料气化区的粗合成气出口相连，所述气体洗涤器的出气口与气液分离器的水蒸汽输出端汇集后与下游工艺管线相连，从而使气化炉内压维持略高于夹套压力的平衡状态。
作为优选方案，所述耐火水冷围壁形成的熔渣池高度为熔渣激冷区高度的0.52～0.8倍，所述耐火水冷围壁的内表面水平坡度为20～65°，所述耐火水冷围壁的底部熔渣出口直径为40～80mm。通过上述参数设计优化了熔渣池的蓄渣、出渣性能，也保证了熔渣激冷区对液态熔渣的激冷效果。
作为优选方案，所述耐火水冷围壁由耐火材料壳层和嵌置分布在其内的水冷管系构成，所述耐火材料壳层与耐火材料层浇注或砌筑为一整体。这样，可以使耐火水冷围壁形成的熔渣池结构更加简单和优化，传热散热效果更好，从而对液态熔渣进行有效的温度控制，进而优化下部熔渣激冷区的激冷性能。
作为优选方案，所述熔渣排放环套为铜套环、铜合金套环或镍铬合金套环中的一种。这样，可以提高熔渣排放环套的使用寿命，减少液态熔渣对熔渣排放环套磨损。
作为优选方案，所述原料气化区下部沿周向设置有2～8个气化剂喷嘴，所述气化剂喷嘴向下倾斜且与水平面的夹角为10～35°。这样，可以确保物料在原料气化区充分反应，提高原料气化效率。
本发明的优点在于：采用上述结构的熔渣固定床气化炉，将原料气化区、熔渣收集区和熔渣激冷区一体化设置在一个耐高压的封闭容器内，取消了各个单一高压设备之间的连接短节，降低了设备总的制造费和安装费；该炉型结构紧凑，降低了设备框架高度，降低了工程总造价；减少了传统法兰连接部件，杜绝了高压气体泄漏的可能性；同时，其熔渣排放控制元件置于气化炉压力容器中的熔渣排放环套内，不需要耐受高压冲击，结构简化，易于设计、制造，延长了使用寿命；一体式气化炉的熔渣激冷区总容积增加，储液量上升，运行时，液位波动小，有利于稳定的熔渣激冷作业。
附图说明
图1为本发明熔渣激冷排渣一体式固定床气化炉的结构示意图。
图2为图1的局部放大结构示意图。
图中：耐高压外壳1；耐火材料层2；耐火水冷围壁3(其中：耐火材料壳层3.1、水冷管系3.2)；原料进口4，粗合成气出口5、水冷夹套6(其中：冷却水进口6.1、汽水混合物出口6.2)；熔渣排放环套7；炉渣出口8；汽液分离器9(其中：冷却水输出端9.1、汽液输入端9.2、水蒸汽输出端9.3)；气化剂喷嘴10；耐高温内壳11；熔渣排放控制装置12(其中：燃烧喷嘴12.1、点火装置12.2、燃气管线12.3、空气/氧气管线12.4、泄压管线12.5)；气体洗涤器13(其中：进气口13.1、出气口13.2)；原料气化区A；液态熔渣区B；熔渣激冷区C。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
图1～2所示的熔渣激冷排渣一体式固定床气化炉，具有整体式结构的耐高压外壳1，耐高压外壳1的内腔自上而下依次分为原料气化区A、液态熔渣区B和熔渣激冷区C；
原料气化区A对应的耐高压外壳1顶部设置有原料进口4，原料气化区A对应的耐高压外壳1内侧设置有耐火材料层2，其中位于主气化反应部位的耐火材料层2外侧设置有耐高温内壳11，耐高温内壳11与耐高压外壳1之间围合形成水冷夹套6，从而维持原料气化区A的正常运行条件，使原料发生气化反应，产生粗合成气；原料气化区A下部沿周向设置有2～8个气化剂喷嘴10，气化剂喷嘴10向下倾斜且与水平面的夹角为10～35°。
液态熔渣区B对应的耐高压外壳1内侧设置有呈漏斗状的耐火水冷围壁3，从而形成开口上大下小的熔渣池，用以将原料气化区A产生的液态熔渣收集在其中；具体地，耐火水冷围壁3由耐火材料壳层3.1和嵌置分布在其内的水冷管系3.2构成，耐火材料壳层3.1与耐火材料层2浇注或砌筑为一整体。耐火水冷围壁3形成的熔渣池高度为熔渣激冷区C高度的0.52～0.8倍，耐火水冷围壁3的内表面水平坡度为20～65°，耐火水冷围壁3的底部熔渣出口直径为40～80mm。
耐火水冷围壁3的底部熔渣出口处设置有熔渣排放环套7，熔渣排放环套7为铜套环、铜合金套环或镍铬合金套环中的一种。熔渣排放环套7的内腔设置有熔渣排放控制装置12，以便调节熔渣连续或间断地向下排放；具体地，熔渣排放控制装置12包括设置在熔渣排放环套7内腔的燃烧喷嘴12.1和点火装置12.2，燃烧喷嘴12.1与外界引入的燃气管线12.3和空气/氧气管线12.4相连，从而通过燃气与空气或氧气的燃烧产生高压火焰，以托住液态熔渣区B内的熔渣层。
熔渣激冷区C对应的耐高压外壳1底部设置有可与外部锁渣器密封连接的炉渣出口8，用以维持熔渣激冷区C的激冷水液位，以便对所排放的液态熔渣进行激冷处理，并通过锁渣器排出激冷处理后的炉渣。具体地，熔渣排放环套7的底端延伸至熔渣激冷区C的激冷水液位下面，从而形成高压火焰的密闭空间，以维持液态熔渣区B内的熔渣层稳定。优选地，熔渣排放控制装置12还包括泄压管线12.5，泄压管线12.5与熔渣排放环套7的内腔相连，从而可以实时调节高压火焰的压力参数。
该气化炉还针对原料气化区A配置有汽液分离器9和气体洗涤器13，汽液分离器9的冷却水输出端9.1与水冷夹套6下部的冷却水进口6.1相连，气液分离器9的汽液输入端9.2与水冷夹套6上部的汽水混合物出口6.2相连；气体洗涤器13的进气口13.1与原料气化区A的粗合成气出口5相连，气体洗涤器13的出气口13.2与气液分离器9的水蒸汽输出端9.3汇集后与下游工艺管线相连，从而使气化炉内压维持略高于夹套压力的平衡状态。
最后，应当指出，以上实施例仅是本发明较有代表性的例子。显然，本发明不限于上述实施例，还可以有许多变形。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应认为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种熔渣激冷排渣一体式固定床气化炉，其特征在于：该气化炉具有整体式结构的耐高压外壳(1)，所述耐高压外壳(1)的内腔自上而下依次分为原料气化区(A)、液态熔渣区(B)和熔渣激冷区(C)；
所述原料气化区(A)对应的耐高压外壳(1)内侧设置有耐火材料层(2)，其中位于主气化反应部位的耐火材料层(2)外侧设置有耐高温内壳(11)，所述耐高温内壳(11)与耐高压外壳(1)之间围合形成水冷夹套(6)，从而维持原料气化区(A)的正常运行条件，使原料发生气化反应，产生粗合成气；
所述液态熔渣区(B)对应的耐高压外壳(1)内侧设置有呈漏斗状的耐火水冷围壁(3)，从而形成开口上大下小的熔渣池，用以将原料气化区(A)产生的液态熔渣收集在其中；所述耐火水冷围壁(3)的底部熔渣出口处设置有熔渣排放环套(7)，所述熔渣排放环套(7)的内腔设置有熔渣排放控制装置(12)，以便调节熔渣连续或间断地向下排放；
所述熔渣激冷区(C)对应的耐高压外壳(1)底部设置有可与外部锁渣器密封连接的炉渣出口(8)，用以维持熔渣激冷区(C)的激冷水液位，以便对所排放的液态熔渣进行激冷处理，并通过锁渣器排出激冷处理后的炉渣。
2.根据权利要求1所述的熔渣激冷排渣一体式固定床气化炉，其特征在于：所述熔渣排放控制装置(12)包括设置在熔渣排放环套(7)内腔的燃烧喷嘴(12.1)和点火装置(12.2)，所述燃烧喷嘴(12.1)与外界引入的燃气管线(12.3)和空气/氧气管线(12.4)相连，从而通过燃气与空气或氧气的燃烧产生高压火焰，以托住液态熔渣区(B)内的熔渣层。
3.根据权利要求2所述的熔渣激冷排渣一体式固定床气化炉，其特征在于：所述熔渣排放环套(7)的底端延伸至熔渣激冷区(C)的激冷水液位下面，从而形成高压火焰的密闭空间，以维持液态熔渣区(B)内的熔渣层稳定。
4.根据权利要求3所述的熔渣激冷排渣一体式固定床气化炉，其特征在于：所述熔渣排放控制装置(12)还包括泄压管线(12.5)，所述泄压管线(12.5)与熔渣排放环套(7)的内腔相连，从而可以实时调节高压火焰的压力参数。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的熔渣激冷排渣一体式固定床气化炉，其特征在于：该气化炉还针对原料气化区(A)配置有汽液分离器(9)，所述汽液分离器(9)的冷却水输出端(9.1)与水冷夹套(6)下部的冷却水进口(6.1)相连，所述气液分离器(9)的汽液输入端(9.2)与水冷夹套(6)上部的汽水混合物出口(6.2)相连，所述气液分离器(9)的水蒸汽输出端(9.3)与原料气化区(A)的粗合成气出口(5)汇集后与下游工艺管线相连，从而使气化炉内压力与夹套压力保持平衡状态。
6.根据权利要求5所述的熔渣激冷排渣一体式固定床气化炉，其特征在于：该气化炉还针对原料气化区(A)配置有气体洗涤器(13)，所述气体洗涤器(13)的进气口(13.1)与原料气化区(A)的粗合成气出口(5)相连，所述气体洗涤器(13)的出气口(13.2)与气液分离器(9)的水蒸汽输出端(9.3)汇集后与下游工艺管线相连，从而使气化炉内压维持略高于夹套压力的平衡状态。
7.根据权利要求1～4中任一项所述的熔渣激冷排渣一体式固定床气化炉，其特征在于：所述耐火水冷围壁(3)形成的熔渣池高度为熔渣激冷区(C)高度的0.52～0.8倍，所述耐火水冷围壁(3)的内表面水平坡度为20～65°，所述耐火水冷围壁(3)的底部熔渣出口直径为40～80mm。
8.根据权利要求1～4中任一项所述的熔渣激冷排渣一体式固定床气化炉，其特征在于：所述耐火水冷围壁(3)由耐火材料壳层(3.1)和嵌置分布在其内的水冷管系(3.2)构成，所述耐火材料壳层(3.1)与耐火材料层(2)浇注或砌筑为一整体。
9.根据权利要求1～4中任一项所述的熔渣激冷排渣一体式固定床气化炉，其特征在于：所述熔渣排放环套(7)为铜套环、铜合金套环或镍铬合金套环中的一种。
10.根据权利要求1～4中任一项所述的熔渣激冷排渣一体式固定床气化炉，其特征在于：所述原料气化区(A)下部沿周向设置有2～8个气化剂喷嘴(10)，所述气化剂喷嘴(10)向下倾斜且与水平面的夹角为10～35°。
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