CN108165315A - 一种全水冷式两段固定床液态排渣气化炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种全水冷式两段固定床液态排渣气化炉，包括气化炉炉体，气化炉炉体包括炉壳和设置在炉壳内侧的膜式水冷壁，在气化炉炉体内部设置中心筒，中心筒顶端与膜式水冷壁密封紧固连接，在气化炉炉体的顶部设置与中心筒相通的进料口，在气化炉炉体的上部设置有第一煤气出口和第二煤气出口，第一煤气出口与中心筒的内部连通，第二煤气出口与位于中心筒外的气化炉炉体内部空间连通，在气化炉炉体的下部设置一圈喷嘴，在膜式水冷壁的底部中心设置排渣口，炉壳的底部通过法兰与激冷室固定连接，法兰的顶部通过支撑板与排渣口固定连接，在激冷室内设置有开口向下的隔火罩，排渣口伸入隔火罩，在排渣口的底部设置环形烧嘴，环形烧嘴布置在隔火罩内。

Description

一种全水冷式两段固定床液态排渣气化炉

技术领域

本发明涉及一种全水冷式两段固定床液态排渣气化炉，属于煤气化装置领域。

背景技术

典型的加压固定床液态排渣气化炉在工作是，通常将块煤由气化炉顶部加入，混合的过热水蒸汽和氧气作为气化剂由喷嘴喷入气化炉底部进行气化反应。在气化炉内，煤与气化剂产生的高温气体逆向接触，自上而下经干燥、干馏、气化并最终氧化燃烧。气化产物气、焦油和水蒸气的混合物由气化炉顶部排出。同时，由于燃烧层提供了2000℃以上的高温，气化炉底部的灰渣以液态形式排入渣池，随后经排渣系统排入水冷装置。这种典型的加压固定床液态排渣气化炉存在一些不足之处：

在熔渣渣池区域采用铜水冷的结构，以延长高温熔渣区耐火材料使用寿命。铜水冷部件内部预埋冷却水管，加工复杂，且成本较高。此外，为保证铸铜件的安全，采用强制水冷方式的方式，冷却水进出口温差不宜过大，由此导致熔渣区水冷壁冷却水循环量较大，且冷却水带走的热量不能直接利用，降低了整个气化炉对热量的利用效率。另外，为保证气化炉外壳的温度在安全范围内，传统固定床熔渣气化炉在炉壳内设置一层水夹套，但水夹套承压能力较差，在气化过程中，由于气化炉压力波动，容易导致水夹套发生挤扁或挤破的情况，给气化炉的操作带来安全隐患。再者，传统固定床液态排渣气化炉的隔火罩为一层不锈钢钢板，运行过程中需长期接触高温烟气，容易出现烧损的问题。

在实际生产中，固定床熔渣气化炉除了生产煤气外，其副产品包括焦油，固定床熔渣气化炉采用块煤进料，由于煤粉夹带或块煤粒度不达标，其所产生的粉尘会随气流夹带而出形成焦油渣，而且因为气化段产物气中的焦油和酚类含量较低，全部通入干馏段后稀释了炉顶煤气，煤气中的焦油含量降低，使得焦油的提取难度较大。同时，在典型固定床熔渣气化炉中，气化段的高温产物气直接上升至干馏段为干馏反应提供热量，生产中温焦油，其产率和质量均较低温干馏有所下降。

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结构简单、加工成本低的全水冷式固定床液态排渣气化装置。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种全水冷式两段固定床液态排渣气化炉，其特征在于：包括气化炉炉体，所述气化炉炉体包括炉壳和设置在所述炉壳内侧的膜式水冷壁，在所述气化炉炉体的内部设置中心筒，所述中心筒两端敞口且顶端与所述膜式水冷壁密封紧固连接，在所述气化炉炉体的顶部设置进料口与所述中心筒相通的进料口，在所述气化炉炉体的上部设置有第一煤气出口和第二煤气出口，所述第一煤气出口与所述中心筒的内部连通，所述第二煤气出口与位于所述中心筒外的气化炉炉体内部空间连通，在所述气化炉炉体的下部设置一圈喷嘴，在所述膜式水冷壁的底部中心设置排渣口，所述炉壳的底部通过法兰与激冷室固定连接，所述法兰的顶部通过支撑板与所述排渣口固定连接，在所述激冷室内设置有开口向下的隔火罩，所述排渣口伸入所述隔火罩，在所述排渣口的底部设置环形烧嘴，所述环形烧嘴布置在所述隔火罩内。

所述第一煤气出口的位置高于所述第二煤气出口的位置。

所述炉壳和膜式水冷壁均为圆筒状结构且上下两端均采用收口结构。

所述膜式水冷壁的上、下集箱分别布置在所述气化炉炉体的顶部和底部且位于所述炉壳与所述膜式水冷壁之间。

所述喷嘴沿所述气化炉炉体的周向分布且成对布置，每一对喷嘴关于所述气化炉炉体的中轴线对称。

在所述激冷室内装有冷却液，所述隔火罩的开口端位于所述冷却液的液面以下。

所述隔火罩呈圆柱形或立方体形，所述隔火罩为立体布风式隔火罩，内壁设置有气体出口，所通气体为空气或富氧空气。

所述膜式水冷壁内侧布置有耐火材料。

所述膜式水冷壁下部所布置的耐火材料为刚玉、高铬、碳化硅或氮化硅，所述膜式水冷壁中上部所布置的耐火材料为粘土质、高铝质、硅藻土、硅酸钙或硅质。

在所述中心筒的外侧覆盖有耐火层。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明的气化炉炉体仅采用两层结构，结构简单，加工方便，可以显著降低固定床熔渣气化炉的成本。2、本发明对气化炉炉体整体采用膜式水冷壁的结构，可以有效利用高温区产生的热量提高气化炉中上部的温度，使干馏过程在较高的温度下进行，减少干馏段的焦油产量，提高焦油品质；此外，反应后的灰渣在高温区呈熔融状态，在气化炉炉体的底部累积，累积的液渣与膜式水冷壁换热，高温区产生的热量由膜式水冷壁带走，并传递给气化炉炉体上部，对热量进行回收，因此可以提高本发明装置整体的热效率。3、本发明设置第一煤气出口和第二煤气出口，其中，中心筒和耐火层的侧壁上连通设置伸出炉壳的第一煤气出口，经过气化反应形成的高温气化产物将热量带入耐火层中，耐火层中从上至下温差小且温度相比熔渣区低，气化产物在此处与气化原料进行干馏生成高品质焦油，经干燥后从上段出口排出，因此上段出口的煤气含量低，粉尘夹带少，油渣量降低，焦油含量高，使得焦油提取简单；从第二煤气出口排出的气体未经过干馏处理，因此焦油含量低，煤气含量高，粉尘含量少。4、本发明以膜式水冷壁代替水夹套，不仅能够保证气化炉外壳在安全的温度范围内，还能够提高耐压强度，保障在炉内压力波动较大时的运行安全。5、本发明采用立体布风式隔火罩，通过冷却空气降低隔火罩的温度，有效防止隔火罩烧损，延长隔火罩的使用寿命；此外，立体式布风使隔火罩内的流场更稳定，提高烧嘴的燃烧稳定性。6、本发明在膜式水冷壁内侧的不同高度处布置不同导热系数的耐火材料，因此其能够使得优化传热内构件中的温度保持一致从而提高了焦油的产量及焦油品质。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

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。

如图1所示，本发明提出了一种全水冷式两段固定床液态排渣气化炉，包括气化炉炉体1，气化炉炉体1包括炉壳2和设置在炉壳2内侧的膜式水冷壁3，在气化炉炉体1的内部设置中心筒4，中心筒4两端敞口且顶端与膜式水冷壁3密封紧固连接，在气化炉炉体1的顶部设置与中心筒4相通的进料口5，在气化炉炉体的上部设置有第一煤气出口6和第二煤气出口7，第一煤气出口6与中心筒4的内部连通，第二煤气出口7与位于中心筒4外的气化炉炉体1内部空间连通，在气化炉炉体1的下部设置一圈喷嘴8，在膜式水冷壁3的底部中心设置排渣口9，炉壳2的底部通过法兰与激冷室10固定连接，法兰的顶部通过支撑板11与排渣口9固定连接，在激冷室10内设置有开口向下的隔火罩12，排渣口9伸入隔火罩12，在排渣口9的底部设置环形烧嘴13，环形烧嘴13布置在隔火罩12内。

进一步地，第一煤气出口6的位置高于第二煤气出口7的位置。

进一步地，炉壳2和膜式水冷壁3均为圆筒状结构且上下两端均采用收口结构。

进一步地，膜式水冷壁3的上、下集箱15分别布置在气化炉炉体1的顶部和底部且位于炉壳2与膜式水冷壁3之间。

进一步地，喷嘴8沿气化炉炉体1的周向分布且成对布置，每一对喷嘴8关于气化炉炉体1的中轴线对称。

进一步地，在激冷室10内装有冷却液，隔火罩12的开口端位于冷却液的液面以下。

进一步地，隔火罩12呈圆柱形或立方体形，隔火罩12为立体布风式隔火罩，内壁设置有气体出口，所通气体为空气或富氧空气。

进一步地，膜式水冷壁3内侧布置有耐火材料；在不同高度上布置的耐火材料不同，膜式水冷壁下部所布置的耐火材料需具有较强的导热性能，且具有较强的抗炉渣和铁水侵蚀的能力，优选刚玉、高铬、碳化硅或氮化硅等；膜式水冷壁中上部采用的耐火材料需具有绝热性能的耐火材料，可选用粘土质、高铝质、硅藻土、硅酸钙或硅质。

进一步地，在中心筒4的外侧覆盖有耐火层14。

本发明的工作过程及原理如下：(1)气化原料由位于气化炉炉体1顶部的进料口5进入炉内，与气化产生的高温气体逆流直接换热，同时与膜式水冷壁2之间进行间接换热，发生干燥和干馏过程。(2)通过进料口5向气化炉炉体1中加入气化原料，同时气化剂通过喷嘴8进入气化炉炉体1并与气化原料进行气化反应，形成高温熔渣区，经过气化反应形成的高温气化物将热量带入中心筒4和耐火层14，中心筒4和耐火层14从上至下温差小且温度相比于熔渣区要低，气化产物在此处与气化原料进行干馏生成高品质焦油，焦油经干燥后从第一煤气出口6排出，因此第一煤气出口6的煤气含量低，粉尘夹带少，油渣量降低，焦油含量高；从第二煤气出口7排出的气体未经过干馏处理，因此焦油含量低，煤气含量高，粉尘含量少。(3)气化剂通过喷嘴8进入气化炉炉体1与气化原料进行反应，形成高温区，反应后的灰渣在高温区呈熔融状态，并在气化炉炉体1的底部累积；累积的液渣与膜式水冷壁3换热，高温区产生的热量由膜式水冷壁3带走，并传递给气化炉炉体1上部，对热量进行回收，提高了本发明装置整体的热效率。(4)熔融的液渣在膜式水冷壁3上冷凝，形成一层凝渣，能够起到以渣抗渣的作用，延长熔渣区耐火材料和膜式水冷壁3的使用寿命。(5)当液渣累积到一定的量后，通过气化炉炉体1底部的排渣口9排入激冷室10内，在激冷室10内通过冷却液迅速冷却为玻璃态的冷凝渣。(6)排渣口9下方的环形烧嘴13通入燃气和空气进行燃烧，燃烧产生的热烟气由排渣口9进入到熔渣区，使液渣保持良好的流动性，防止液渣在排渣口9冷凝，同时对液渣起到扰动作用。(7)常温的空气或富氧空气由立体布风式隔火罩通入，降低了隔火罩的温度，延长隔火罩的使用寿命，同时对通入的气体起到预热的作用。立体式的布风方式，对隔火罩内的气体流场扰动较小，有助于提高环形烧嘴火焰的稳定性。

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)

1.一种全水冷式两段固定床液态排渣气化炉，其特征在于：包括气化炉炉体，所述气化炉炉体包括炉壳和设置在所述炉壳内侧的膜式水冷壁，在所述气化炉炉体的内部设置中心筒，所述中心筒两端敞口且顶端与所述膜式水冷壁密封紧固连接，在所述气化炉炉体的顶部设置与所述中心筒相通的进料口，在所述气化炉炉体的上部设置有第一煤气出口和第二煤气出口，所述第一煤气出口与所述中心筒的内部连通，所述第二煤气出口与位于所述中心筒外的气化炉炉体内部空间连通，在所述气化炉炉体的下部设置一圈喷嘴，在所述膜式水冷壁的底部中心设置排渣口，所述炉壳的底部通过法兰与激冷室固定连接，所述法兰的顶部通过支撑板与所述排渣口固定连接，在所述激冷室内设置有开口向下的隔火罩，所述排渣口伸入所述隔火罩，在所述排渣口的底部设置环形烧嘴，所述环形烧嘴布置在所述隔火罩内。

2.如权利要求1所述的一种全水冷式两段固定床液态排渣气化炉，其特征在于：所述第一煤气出口的位置高于所述第二煤气出口的位置。

3.如权利要求1所述的一种全水冷式两段固定床液态排渣气化炉，其特征在于：所述炉壳和膜式水冷壁均为圆筒状结构且上下两端均采用收口结构。

4.如权利要求1所述的一种全水冷式两段固定床液态排渣气化炉，其特征在于：所述膜式水冷壁的上、下集箱分别布置在所述气化炉炉体的顶部和底部且位于所述炉壳与所述膜式水冷壁之间。

5.如权利要求1所述的一种全水冷式两段固定床液态排渣气化炉，其特征在于：所述喷嘴沿所述气化炉炉体的周向分布且成对布置，每一对喷嘴关于所述气化炉炉体的中轴线对称。

6.如权利要求1所述的一种全水冷式两段固定床液态排渣气化炉，其特征在于：在所述激冷室内装有冷却液，所述隔火罩的开口端位于所述冷却液的液面以下。

7.如权利要求1所述的一种全水冷式两段固定床液态排渣气化炉，其特征在于：所述隔火罩呈圆柱形或立方体形，所述隔火罩为立体布风式隔火罩，内壁设置有气体出口，所通气体为空气或富氧空气。

8.如权利要求1所述的一种全水冷式两段固定床液态排渣气化炉，其特征在于：所述膜式水冷壁内侧布置有耐火材料。

9.如权利要求8所述的一种全水冷式两段固定床液态排渣气化炉，其特征在于：所述膜式水冷壁下部所布置的耐火材料为刚玉、高铬、碳化硅或氮化硅，所述膜式水冷壁中上部所布置的耐火材料为粘土质、高铝质、硅藻土、硅酸钙或硅质。

10.如权利要求1所述的一种全水冷式两段固定床液态排渣气化炉，其特征在于：在所述中心筒的外侧覆盖有耐火层。