CN108285812A - 一种旋流抗磨损煤粉气化炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋流抗磨损煤粉气化炉，涉及煤气化领域，具体包括炉体，炉体上端口设有法兰，炉体包括相互隔离的上腔和下腔，上腔内设有与法兰连接的水冷壁，水冷壁围成封闭的燃烧腔，法兰上设置有连通燃烧腔的烧嘴总成，法兰上还设有将煤粉送入烧嘴总成的煤粉输送管，燃烧腔的下端设有连通下腔的下降管；下腔的上部设有工艺气出口，下腔的底部设有废料处理装置。本发明减少了煤粉对煤粉介入器的冲刷以及在煤粉介入器内的附着，从而减少了煤粉介入器的损耗，避免了煤粉形成堵塞，保证了气化炉的出气效率和质量，延长了气化炉的使用寿命，提高了长周期运行的可靠性。因此，值得推广使用。

Description

一种旋流抗磨损煤粉气化炉

技术领域

本发明属于煤气化技术领域，具体涉及一种旋流抗磨损煤粉气化炉。

背景技术

在资源种类丰富，但资源储量较为匮乏的当今社会，人类要发展得更长久，需要立足长远，提高对能源的利用，并减少对环境的污染，实现可持续发展。目前煤炭是我国主要化石能源之一，在我国能源生产结构中占据相当重要的地位，在目前各级能源消耗结构中，煤炭消耗占消耗总量的2/3。世界石油资源紧缺，使得煤化工替代石油化工的发展趋势日益迅速。现代新型煤化工以生产清洁能源和可替代石油化工的产品为主，其中最先进的气化炉代表技术有壳牌炉、GSP炉、航天炉、华能炉、科林炉、德士古炉、四喷嘴水煤浆炉等。

在以上的气化炉中，使用导入煤粉的方式并将煤粉气化，煤粉在气化炉中对输送管道的冲刷较严重，对气化炉内部的结构造成损坏；同时煤粉容易附着在气化炉内的表面上，长期使用容易造成堵塞，影响气化炉的效率和出气质量；同时传统气化炉燃烧分散，与氧气、蒸汽不能充分结合，燃烧不充分，导致热量分散，产气量低、煤利用率低下。

因此，在煤气化这一领域存在亟待解决的技术问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种旋流抗磨损煤粉气化炉，旨在通过对煤粉进入气化炉的方式进行主动控制和引导，减少煤粉对气化炉内的冲刷，并避免煤粉在气化炉内的附着，大大提高了气化炉的工作效率，使气化炉在长期使用过后仍然能保持良好的出气质量，其工作稳定性可靠。

本发明所采用的技术方案为：

一种旋流抗磨损煤粉气化炉，包括炉体，炉体上端口设有法兰，炉体包括相互隔离的上腔和下腔，上腔内设有与法兰连接的水冷壁，水冷壁围成封闭的燃烧腔，法兰上设置有连通燃烧腔的烧嘴总成，法兰上还设有将煤粉送入烧嘴总成的煤粉输送管，燃烧腔的下端设有连通下腔的下降管；下腔的上部设有工艺气出口，下腔的底部设有废料处理装置。

具体地说，所述的水冷壁与上腔内表面之间有环隙，环隙内设置有盘管，盘管缠绕在水冷壁的外表面，且盘管的两端分别连通炉体外部的水循环设备。盘管将燃烧腔内的热量用于将水加热循环利用。

进一步的，较为复杂的烧嘴总成，其结构直接影响气化炉的工作效率和工作质量。所述的烧嘴总成包括固定在法兰上的烧嘴座和固定在烧嘴座上的中心管，中心管的上端位于炉体外且下端位于燃烧腔内；中心管的上端口处设有火检，火检与上端口之间设有隔离玻片。设置隔离玻片的作用在于，可以有效的隔绝热量，同时也可对中心管进行密封，通过火检可直观地观察到气化炉内部的燃烧情况。

进一步的，中心管内壁上设有线槽，线槽内固定有导线，导线连接点火器。所述的点火器为点火枪，点火枪位于气化炉的内部并与导线连接，导线的另一端通过接线端子连接高压包，接线端子位于导线与中心管的连接处且该连接处密封。

再进一步的，为了将中心管内部温度保持在正常范围内，中心管的上端口处设有氮气导入管。氮气导入管向中心管内输送氮气，其目的在于，防止气化炉内热量上移，起到一定的降温作用，保护中心管内的导线和中心管顶端的火检、隔离玻片和接线端子等。

进一步的，中心管的外部依次套接有混气管和载氮气管，混气管内通有氧气和水蒸汽混合气体，载氮气管内通有氮气。混气管外接有供气设备，所述的供气设备包括蒸汽发生器、储氧罐、加热器和氧气混合器，所述的蒸汽发生器的出口分两路送气，一路出口将蒸汽送入加热器用于加热，另一路出口将蒸汽送入氧气混合器；储氧罐的出口分两路送气，一路出口将氧气送入加热器进行加热，加热后的氧气通过在氧气混合器中与蒸汽混合后进入混合管用于辅助燃烧，另一路出口直接将氧气送至气化炉内用于LPG管内燃烧助燃，这样便于通过火检观察气化炉内的燃烧情况。

进一步的，载氮气管的下方设有煤粉介入器，载氮气管位于气化炉外部的端口连通氮气供给设备，位于气化炉内部的端口连通煤粉介入器。所述煤粉介入器包括麻花体和位于麻花体外的套壳，麻花体与套壳之间具有间隙；载氮气管与麻花体连通，且麻花体的外表面设置有氮气出口，煤粉输送管从套壳的侧壁连套壳的内腔；套壳的底部设置有供燃喷嘴，供燃喷嘴连通燃烧腔。

这样设置的好处是，通过载氮气管向煤粉介入器内输入氮气，并通过麻花体的导流作用，使氮气在麻花体的内表面形成稳定的气膜，当煤粉输送管向煤粉介入器内输送煤粉时，由于气膜的作用，煤粉在煤粉介入器的内部不与麻花体的表面接触，避免了煤粉冲刷麻花体造成磨损，也避免了煤粉附着造成堵塞；同时，这样设置可以减少氮气的消耗量。

再进一步，所述的煤粉输送管数量为四并在煤粉介入器的侧壁上螺旋布置，煤粉输送管的管口倾斜向下；这样设置可使煤粉在煤粉介入器内形成旋流，按照旋流的导向，避免煤粉四处分散。

进一步的，煤粉介入器内的煤粉通过供燃喷嘴喷出进入到燃烧腔内，在氧气和蒸汽混合气体的辅助下燃烧产生合成气。

再进一步，为了使煤粉燃烧更充分，所述的供燃喷嘴为圆形，喷嘴上设有环形的燃烧口。

再进一步，中心管内还设置有LPG管，LPG管的上端连接到外部供料设备，LPG管的下端位于供燃喷嘴处。LPG管的下端处设有燃烧口，燃烧口将外部供给的燃料点燃后燃烧，即使在没有煤粉通入燃烧时，该燃烧口处仍持续燃烧，通过火检可直接观察到此处的燃烧情况，因此该燃烧口是火检的燃烧检视处。

进一步的，所述的下降管与燃烧腔的连接处设置有激冷装置。

再进一步，所述的激冷装置包括喷淋装置。喷淋装置为套管喷淋或者旋流喷淋；也可在下降管的外壁面设置加强铁，并在加强铁处连接喷淋管进入下降管进行喷淋。

进一步的，所述的下腔内部设置有除泡器，下腔的外部设有液位计。

再进一步，所述废料处理装置包括废渣处理装置和废水处理装置。

再进一步，所述的废渣处理装置包括控制器、破渣机和清洗管，破渣机连接到控制器，清洗管连接到外部供水装置。破渣机对燃烧过后的灰渣进行处理，将颗粒较大的灰渣碾碎后排出；清洗管用于冲洗废渣处理装置内部。

再进一步，所述的废水处理装置包括位于炉体底部的排液口和排液管，排液管上设置有阀门，废水通过排液管排出。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明通过在载氮气管和煤粉介入器的连接，使氮气在煤粉介入器内形成稳定的气膜，减少了煤粉对麻花体的冲刷以及在煤粉介入器内的附着，从而减少了煤粉介入器的损耗，避免了煤粉形成堵塞，保证了气化炉的出气效率和质量，延长了气化炉的使用寿命；同时还降低了氮气的消耗量。由于煤粉介入器使煤粉旋转，增强了气流的运动，氧气可以与煤粉充分混合实现二次补燃，加快反应速率，聚集热量，防止热量散失，保证了水冷壁不被烧坏。

2.本发明通过在中心管的上部端口设置隔离玻片，在保证火检的检视作用的同时，还能起到良好的隔热和密封的作用。

3.本发明在中心管上端设置氮气导入管，在中心管内通入氮气，防止燃烧腔内的热量进入中心管内部，对中心管内的导线、中心管上端的火检等进行保护。

4.本发明设置激冷装置，使进入下降管的合成气体温度降低，保护了下降管，提高了长周期运行的可靠性。

5.本发明设计的结构更为合理，采用本发明进行煤气化时更加节能节水，能够应对更多的煤种，且产气量高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅表示出了本发明的部分实施例，因此不应看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它相关的附图。

图1是本发明的整体示意图。

图2是图1中A处的局部放大图。

图3是图1中B处的局部放大图。

图4是图1中C处的局部放大图。

图5是煤粉输送管与外部煤粉供给设备的连接示意图。

图6是下降管采用套管喷淋的结构示意图。

图7是下降管采用加强铁喷淋的结构示意图。

图8是下降管采用旋流喷淋的结构示意图。

图中：1-炉体；2-水冷壁；3-烧嘴座；4-法兰；5-中心管；6-氮气导入管；7-混合管；8-载氮气管；9-煤粉输送管；10-煤粉介入器；11-麻花体；12-下降管；1201-套管喷淋装置；1202-加强铁喷淋装置；1203-旋流喷淋装置；13-除泡器；14-液位计；15-废料处理装置；1501-废渣处理装置；1502-废水处理装置；16-火检；17-隔离玻片；18-套壳；19-导线；20-接线端子；21-挡板；22-工艺气出口；23-激冷装置；24-LPG管；25-保护管；26-供燃喷嘴；27-点火器。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步阐释。

实施例：

如图1—图8所示，本实施例公开了一种旋流抗磨损煤粉气化炉，包括采用316L+15CrMoR材料制成的炉体1，炉体1上端口设有法兰4，炉体1包括相互隔离的上腔和下腔，上腔内设有与法兰4连接的水冷壁2，水冷壁2围成封闭的燃烧腔，法兰4上设置有连通燃烧腔的烧嘴总成，法兰4上还设有将煤粉送入烧嘴总成的煤粉输送管9，燃烧腔的下端设有连通下腔的下降管12；下腔的上部设有工艺气出口22，下腔的底部设有废料处理装置15。

在本实施例中，水冷壁2与上腔内表面之间有2cm～5cm的环隙，环隙内设置有15CrMo材料制成的盘管，盘管缠绕在水冷壁2的外表面，且盘管的两端分别连通炉体1外部的水循环设备。盘管将燃烧腔内的热量用于将水加热循环利用。环隙为密封结构，且炉体1上设置有进气口向环隙内通入高压氮气，环隙内氮气的气压值为1.5×10⁵Pa。

环隙通入氮气是让气化炉本体形成承温不承压，承压不承温的形式。这样降低了气化炉的制作成本，运行更加可靠。

在上腔的内表面上设置有抓钉和扇形金属片等部件，用于在上腔的内表面设置挂接耐热层，耐热层一般采用耐火水泥附着在上腔的内壁面。

水冷壁2为一张金属卷材弯曲后首尾连接而成，连接处设有防冲击板。防冲击板与水冷壁2的高度均为1500mm，防冲击板与水冷壁2的接触面设有蜂窝密封、毛刷密封的组合密封结构或者蜂窝密封、梳齿的组合密封结构，这样设置可以保护盘管、便于水冷壁2安装、防止氮气大量泄露破坏耐高温层，蜂窝密封的密封效果好，同时可以有效的对冲击板构成加固的作用，也可起到均匀快速的把热量传递给盘管的作用。

烧嘴总成包括固定在法兰4上的烧嘴座3和固定在烧嘴座3上的中心管5，中心管5的上端位于炉体1外且下端位于燃烧腔内；中心管5的上端口处设有火检16，火检16与上端口之间设有隔离玻片17。隔离玻片17采用高纯度的硅质矿物质材料制成，其透明度高，耐酸、耐碱、防爆，可承受1800℃的温度，厚度为10mm。

中心管5内壁上设有线槽，线槽内固定有导线19，导线19连接点火器27。所述的点火器27为点火枪，点火枪位于气化炉的内部并与导线19连接，导线19的另一端连接接线端子20，接线端子20位于导线19与中心管5的连接处且该连接处密封。

为了将中心管5内部温度保持在正常范围内，中心管5的上端口处设有氮气导入管6。氮气导入管6向中心管5内输送氮气，其目的在于，防止气化炉内热量上移，起到一定的降温作用，保护中心管5内的导线19和中心管5顶端的火检16、隔离玻片17和接线端子20等。

中心管5的外部依次套接有混气管和载氮气管8，混气管内通有氧气和水蒸汽混合气体，载氮气管8内通有氮气。混气管外接有供气设备，所述的供气设备包括蒸汽发生器、储氧罐、加热器和氧气混合器，所述的蒸汽发生器的出口分两路送气，一路出口将蒸汽送入加热器用于加热，另一路出口将蒸汽送入氧气混合器；储氧罐的出口分两路送气，一路出口将氧气送入加热器进行加热，加热后的氧气通过在氧气混合器中与蒸汽混合后进入混合管7用于辅助燃烧，另一路出口直接将氧气送至气化炉内用于LPG管24内燃烧助燃，这样便于通过火检16观察气化炉内的燃烧情况。

载氮气管8的下方设有煤粉介入器10，载氮气管8位于气化炉外部的端口连通氮气供给设备，位于气化炉内部的端口连通煤粉介入器10，煤粉介入器10包括麻花体11和位于麻花体11外的套壳18，麻花体11与套壳18之间具有间隙；载氮气管8与麻花体11连通，且麻花体的外表面设置有氮气出口，煤粉输送管9从套壳18的侧壁连套壳18的内腔。

在本实施例中，氮气出口设有用于形成旋流的固态混合螺旋器，煤粉输送管9从套壳18的外侧壁连通煤粉介入器10的内腔。

煤粉输送管9数量为四并在煤粉介入器的侧壁上螺旋布置，相邻两个煤粉输送管9之间的转过的圆心角为90°，煤粉输送管9的管口倾斜向下，倾斜角为45°。煤粉输送管与外部煤粉供给设备的连接口处设置有十字形的挡板21，煤粉输送管的外部还套接有保护管25，保护管25的一端位于套壳18处，另一端位于烧嘴座处。

在炉体上设置有接通环隙的管路，管路外部接通氮气供给设备，并向环隙中通入氮气，保护管25位于环隙内的部分设有与环隙连通的间隙，环隙内的氮气可通过间隙进入保护管25并流通到外部。以此促进环隙内的氮气进入到燃烧腔，可更新环隙内的氮气，避免环隙内部温度过高。

环隙氮气进入的作用，一个是保证了环隙的气流，成流动状态。环隙的温度保证在规定的范围内；同时，给进入煤粉介入仓前的管线降温形成保护；并且为煤粉管线进入介入仓的位置形成密封防止煤粉介入仓的煤粉从煤粉管线与煤粉介入仓的间隙处飞出。

套壳18的底部设置有镍基高温合金材料制成的供燃喷嘴26，供燃喷嘴26连通燃烧腔；煤粉介入器10内的煤粉通过供燃喷嘴26喷出进入到燃烧腔内，在氧气和蒸汽混合气体的辅助下燃烧产生合成气。本实施例中的合成气主要包括一氧化碳和氢气。

为了使煤粉燃烧更充分，所述的供燃喷嘴26为圆形，供燃喷嘴26上设置有环形的燃烧口。

中心管5内还设置有LPG管24，LPG管24的上端连接到外部供料设备，LPG管24的下端位于供燃喷嘴26处。LPG管24的下端处设有燃烧口，燃烧口将外部供给的燃料点燃后燃烧，即使在没有煤粉通入燃烧时，该燃烧口处仍持续燃烧，通过火检16可直接观察到此处的燃烧情况，因此该燃烧口是火检16的燃烧检视处。

下降管12与燃烧腔的连接处设置有激冷装置25。

激冷装置25包括喷淋装置。在本实施例中喷淋装置为套管喷淋装置1201、旋流喷淋装置1203或者加强铁喷淋装置1202，加强铁喷淋装置1202即在下降管12的外壁面设置加强铁，并在加强铁处连接喷淋管进入下降管12进行喷淋。

下腔内部设置有除泡器13，下腔的外部设有液位计14。

废料处理装置15包括废渣处理装置1501和废水处理装置1502。

废渣处理装置1501包括控制器、破渣机和清洗管，破渣机连接到控制器，清洗管连接到外部供水装置。破渣机对燃烧过后的灰渣进行处理，将颗粒较大的灰渣碾碎后排出；清洗管用于冲洗废渣处理装置1501内部。

废水处理装置1502包括位于炉体1底部的排液口和排液管，排液管上设置有阀门，废水通过排液管排出。

本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。

Claims (10)

1.一种旋流抗磨损煤粉气化炉，包括炉体(1)，炉体(1)上端口设有法兰(4)，炉体(1)包括相互隔离的上腔和下腔，上腔内设有与法兰(4)连接的水冷壁(2)，水冷壁(2)围成封闭的燃烧腔，法兰(4)上设置有连通燃烧腔的烧嘴总成，法兰(4)上还设有将煤粉送入烧嘴总成的煤粉输送管(9)，燃烧腔的下端设有连通下腔的下降管(12)；下腔的上部设有工艺气出口(22)，下腔的底部设有废料处理装置(15)；其特征在于：

所述的水冷壁(2)与上腔内表面之间有环隙，环隙内设置有盘管，盘管缠绕在水冷壁(2)的外表面，且盘管的两端分别连通炉体(1)外部的水循环设备；

所述的烧嘴总成包括固定在法兰(4)上的烧嘴座(3)和固定在烧嘴座(3)上的中心管(5)，中心管(5)的上端位于炉体(1)外且下端位于燃烧腔内；中心管(5)的上端口处设有火检(16)，火检(16)与上端口之间设有隔离玻片(17)；中心管(5)内壁上设有线槽，线槽内固定有导线(19)，导线(19)连接点火器(27)；中心管(5)的外部依次套接有混气管和载氮气管(8)，混气管内通有氧气和水蒸汽混合气体，载氮气管(8)内通有氮气；载氮气管(8)的下方设有煤粉介入器(10)，所述煤粉介入器(10)包括麻花体(11)和位于麻花体(11)外的套壳(18)，麻花体(11)与套壳(18)之间具有间隙；载氮气管(8)与麻花体(11)连通，且麻花体的外表面设置有氮气出口，煤粉输送管(9)从套壳(18)的侧壁连套壳(18)的内腔；套壳(18)的底部设置有供燃喷嘴(26)，供燃喷嘴(26)连通燃烧腔；

所述废料处理装置(15)包括废渣处理装置(1501)和废水处理装置(1502)。

2.根据权利要求1所述的一种旋流抗磨损煤粉气化炉，其特征在于：中心管(5)的上端口处设有氮气导入管(6)。

3.根据权利要求1所述的一种旋流抗磨损煤粉气化炉，其特征在于：中心管(5)内还设置有LPG管(24)，LPG管(24)的上端连接到外部供料设备，LPG管(24)的下端位于供燃喷嘴(26)处。

4.根据权利要求1所述的一种旋流抗磨损煤粉气化炉，其特征在于：所述的供燃喷嘴(26)为圆形，喷嘴上设有环形的燃烧口。

5.根据权利要求1所述的一种旋流抗磨损煤粉气化炉，其特征在于：所述的煤粉输送管(9)数量为四并在煤粉介入器的侧壁上螺旋布置，煤粉输送管(9)的管口倾斜向下。

6.根据权利要求1所述的一种旋流抗磨损煤粉气化炉，其特征在于：所述的下降管(12)与燃烧腔的连接处设置有激冷装置(25)。

7.根据权利要求6所述的一种旋流抗磨损煤粉气化炉，其特征在于：所述的激冷装置(25)包括喷淋装置，喷淋装置为套管喷淋装置(1201)、旋流喷淋装置(1203)或者加强铁喷淋装置(1202)。

8.根据权利要求1所述的一种旋流抗磨损煤粉气化炉，其特征在于：所述的下腔内部设置有除泡器(13)，下腔的外部设有液位计(14)。

9.根据权利要求1所述的一种旋流抗磨损煤粉气化炉，其特征在于：所述的废渣处理装置(1501)包括控制器、破渣机和清洗管，破渣机连接到控制器，清洗管连接到外部供水装置。

10.根据权利要求1所述的一种旋流抗磨损煤粉气化炉，其特征在于：所述的废水处理装置(1502)包括位于炉体(1)底部的排液口和排液管，排液管上设置有阀门。