CN108410510B - 一种废锅除灰一体式煤气化炉 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种废锅除灰一体式煤气化炉，包括壳体、气化室、辐射废锅、激冷室、密封板、三位一体除灰装置。气化室、辐射废锅、激冷室均位于壳体内部，且由上至下沿壳体的轴线依次排列布置。本发明的废锅除灰一体式煤气化炉对高温合成气/熔渣中的显热进行分段回收，生产高压过热蒸汽和高压饱和蒸汽，蒸汽品质更好，能源回收利用率更高。通过除灰设备及辐射废锅水冷壁的合理布局，实现了在充分除灰的同时对合成气进行降温，并保证合成气的水气比，使合成气可以直接进入变换工段，节省了后续的文丘里、洗涤塔等设备，减少了设备投资。

Description

一种废锅除灰一体式煤气化炉

技术领域

本发明属于煤气化生产设备领域，特别涉及一种废锅除灰一体式煤气化炉。

背景技术

煤炭是我国的主体能源，担负着全社会60%以上的能源供应任务。随着低碳经济发展和环境治理力度的加大，煤炭作为化石能源面临的环境压力越来越大，因此，高效、清洁的煤气化技术是我国经济和社会可持续发展必然的战略选择，是保证我国能源稳定可靠供应以及可持续发展的重要基础。

气流床气化技术是现代煤化工主流技术。国外的气流床气化技术主要有荷兰的Shell粉煤加压气化技术、西门子GSP气化技术、科林CCG粉煤加压气化技术、德士古气化炉；国内的气化技术主要有航天HT-L炉、神宁炉、东方炉、华能两段式加压气化炉、多喷嘴气化炉等。干煤粉煤气化技术因煤种适用性广、气化效率高是目前煤气化技术中的主要选择。

现阶段国内在运行气化技术，以激冷流程、废锅流程为主。激冷流程具有投资低、操作维护简单的优势，但是，激冷流程煤气化技术存在能源利用率低、水耗高的缺点。废锅流程的优势是能源回收利用率高，缺点是投资高、对煤质要求高、废锅系统维护困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种废锅除灰一体式煤气化炉，既可以使用干煤粉气化，也可以使用水煤浆气化，并且解决了水煤浆气化技术对煤质要求高的缺点。本发明煤种适用性广，气化效率高，利用高温辐射废锅合成气中的气化显热，提高煤气化过程中的热量回收率，同时在废锅内部完成合成气除尘、除渣、降温，减少了后续文丘里、碳洗塔等设备，气化效率高，达到节能节水、高效环保的目的。

本发明的废锅除灰一体式煤气化炉包括壳体、气化室、辐射废锅、激冷室、密封板、三位一体除灰装置，其中气化室、辐射废锅、激冷室均位于壳体内部，且由上至下沿壳体的轴线依次排列布置；

气化室包括膜式水冷壁、燃烧器、气渣出口、导流件；燃烧器采用顶置1个燃烧器、或侧置4个燃烧器、或顶置1个燃烧器同时侧置4个燃烧器的方式，以适应不同投煤量的需求；侧置的4个燃烧器在气化室1/2～2/3高度处沿气化室圆周均匀分布；气渣出口位于气化室底部，气渣出口为三段内径依次增大的圆筒的叠加，三段圆筒同轴布置，其中，上层圆筒顶部与气化室底部连接，中间圆筒的上、下两端分别与上层圆筒底部、下层圆筒顶部连接，下层圆筒底部与辐射废锅顶部连接处设有导流件；导流件呈底面封闭的双层筒状，导流件内侧筒壁是下层圆筒的延伸，导流件外侧筒壁的顶端与辐射废锅筒形水冷壁顶部连接，导流件外侧筒壁的底端高于导流件内侧筒壁的底端，导流件内、外侧筒壁的底端通过一导流斜面连接，导流斜面与水平线的夹角α为5°～30°；

辐射废锅包括筒形水冷壁、翅片水冷壁、倒锥形护板、降温喷头，筒形水冷壁顶部呈水平状，底部为倒锥形护板，翅片水冷壁分为上下两段，每段各含有2～10个，且各段中的翅片水冷壁均沿筒形水冷壁内壁竖向均匀设置；翅片水冷壁下方的倒锥形护板上设有两层降温喷头，每层降温喷头的数量为8～20个，且沿倒锥形护板内壁面圆周均匀分布；

激冷室包括降气筒、支撑板或上升筒、合成气出口，其中，降气筒的入口与倒锥形护板的出口连通，降气筒的出口位于激冷水浴中；

密封板为圆环形，密封板的内圆、外圆圆周分别焊接于降气筒的外壁以及壳体的内壁；合成气出口位于密封板与激冷水浴液面之间；

三位一体除灰装置包括吹扫除灰装置、声波除灰装置、振打除灰装置；所述吹扫除灰装置数量为2～8个，布置在气渣出口外侧和密封板上侧；所述声波除灰装置数量为2～4个，布置在筒形水冷壁顶部水平段、翅片水冷壁的上方；振打除灰装置数量为2～8个，布置在壳体与筒形水冷壁之间的空腔内。

本发明的气化炉辐射废锅采用筒形水冷壁、两段式翅片水冷壁的组合，可同时产生高压饱和蒸汽和过热蒸汽，极大的提高了热量回收利用效率。煤气化炉使用煤质灰分低时，激冷室采用支撑板的结构；煤气化炉使用煤质灰分高时，激冷室采用上升筒的结构，上升筒可以对出激冷池的合成气进行导流，进一步除灰。

进一步地，所述导流件底部斜面与水平线的夹角α为15°。

进一步地，所述气渣出口上层圆筒的直径为Φ400mm～500mm、中间圆筒的直径为Φ700mm～800mm、下层圆筒的直径为Φ950mm～1000mm；上层圆筒的高度为980mm～1020m、中间圆筒的高度为810mm～850mm、下层圆筒的高度为310mm～350mm。

本发明的废锅除灰一体式煤气化炉采用三段平推式气渣出口与导流件配合，控制气化室气渣向辐射废锅的喷射角度和强度，防止熔渣喷溅、堆积到辐射废锅水冷壁的顶部以及翅片水冷壁的顶部；进一步通过合理控制气渣出口上、中、下段圆筒的高径比以及导流件斜面导流角度，实现了气化室与辐射废锅的良好的耦合连接。

进一步地，所述吹扫除灰装置数量为4个，在气渣出口外侧和密封板上侧各均匀布置2个；所述声波除灰装置数量为3个，均匀布置在筒形水冷壁顶部水平段、翅片水冷壁的上方；振打除灰装置数量为6个，其中每2个为一组，每组中的2个振打除灰装置位于筒形水冷壁直径的两端，相邻每组所在直径间相互程90°夹角，布置在筒形水冷壁2/3、1/2、1/3高度处圆周上。

吹扫除灰装置布置在气化炉壳体与气化室模式水冷壁、辐射废锅筒形水冷壁、密封板构成的密封空间内，清除该密封空间的少量渣灰。

翅片式水冷壁可以极大的增强换热效率，但翅片式结构不利于清渣、清灰，因此限制了其在辐射废锅中的应用。本发明的三位一体除灰装置中，将声波除灰装置均匀布置在筒形水冷壁顶部，该位置同时也是翅片水冷壁的上方，可以对辐射废锅顶部区域的灰渣起到很好的清除作用，避免水冷壁积灰，增强换热效果。

进一步地，所述两段式翅片水冷壁中，上段翅片水冷壁的宽度大于下段翅片水冷壁的宽度。

上段翅片水冷壁的宽度大，下段翅片水冷壁的宽度小，从而在辐射废锅内部形成了一个扩口的换热面，同时与辐射废锅倒锥形护板构成了一个气渣流动缓冲区，便于降温喷头更充分地对气渣喷淋降温，更有利于熔渣沉积、提高系统的除灰率，此外，还可以有效避免CaCl₂、Na₂O、K₂O等在其上黏结堵塞。

进一步地，导流件内侧筒壁、导流件斜面、导流件外侧筒壁由水冷管盘制。

进一步地，气渣出口的三段同轴布置的圆筒为盘管水冷壁，且盘管与导流件的水冷管相接。

导流件的水冷管可以与气渣出口的水冷管一体制作，增强导流件的稳定性，简化制作工序。

进一步地，降气筒的入口处设有激冷环。

激冷环可进一步保护降气筒不被高温灰渣烧穿，同时配合降温喷头对出辐射废锅的气渣进一步冷却、除灰。

进一步地，膜式水冷壁为螺旋盘管式水冷壁，膜式水冷壁的内壁涂饰碳化硅，气渣出口的内壁涂饰有耐火材料。

进一步地，还包括集气箱、集水箱，所述集气箱位于筒形水冷壁、翅片水冷壁的上部；所述集水箱位于筒形水冷壁、翅片水冷壁的下部。

集气箱、集水箱与汽包连接，提供高压蒸汽和高压饱和蒸汽。

本发明具有的优点和积极效果是：

（1）辐射废锅采用的两段式水冷壁，可分别产生高压过热蒸汽和高压饱和蒸汽，极大的提高了高品质热量回收利用效率；

（2）三位一体除灰装置，解决了辐射废锅水冷壁的积灰的行业问题；

（3）气化室气渣出口与导流件的设计解决了冷壁式气化室与辐射废锅之间的耦合连接问题；

（4）采用冷壁式气化/燃烧室，提高了气化/燃烧室的反应温度，使得水煤浆气化技术可以使用高灰熔点、高灰分的煤种，解决了水煤浆气化炉对煤质要求高的问题；

（5）将半废锅半激冷流程进行进一步改进，满足现代煤化工产业对于高灰熔点等劣质煤的气化需求，在充分除灰的同时对合成气进行降温，并保证合成气的水气比，使合成气可以直接进入变换工段，减少或省去后续的文丘里、洗涤塔等设备，减少了设备投资。

附图说明

图1是本发明的实施例1结构示意图。

图2是本发明的实施例1气渣出口结构意图。

图3是本发明实施例1的翅片水冷壁分布图。

图4是本发明的实施例1蒸汽生成示意图。

图5是本发明的实施例2结构示意图。

图中：

1.气化室、11.燃烧器、12.气渣出口、13.导流件、15.膜式水冷壁；121.上层圆筒、122.中间圆筒、123.下层圆筒、131.导流件内侧筒壁、132.导流件外侧筒壁、133.导流斜面；

2.辐射废锅、21.集气箱、22.集水箱、23.密封板、25.筒形水冷壁、26.翅片水冷壁、27.倒锥形护板、261.上段翅片水冷壁、262.下段翅片水冷壁；

3.激冷室、31.激冷环、32.降气筒、33.激冷水浴、34.渣出口、35.合成气出口、36.支撑板、37.降温喷头、38.上升筒；

41.吹扫除灰装置、42.声波除灰装置、43.振打除灰装置；

5.壳体。

具体实施方式

实施例1

本实施例的废锅除灰一体式煤气化炉结构：

如图1所示，本实施例的气化炉包括壳体5、气化室1、辐射废锅2、激冷室3、密封板23、三位一体除灰装置，其中气化室1、辐射废锅2、激冷室3均位于壳体内部，且由上至下沿壳体的轴线依次排列布置。

气化室1包括螺旋盘管式膜式水冷壁15、燃烧器11、气渣出口12、导流件13；膜式水冷壁15的内壁涂饰碳化硅；顶置1个组合式燃烧器11，同时在气化室1的2/3高度处圆周均匀侧置4个组合式燃烧器11。

如图2所示，气渣出口12位于气化室1底部，气渣出口12为三段内径依次增大的圆筒的叠加，三段圆筒同轴布置。其中，上层圆筒121顶部与气化室1底部连接，中间圆筒122的上、下两端分别与上层圆筒121底部、下层圆筒123顶部连接，下层圆筒123底部与辐射废锅2顶部连接处设有导流件13；导流件13呈底面封闭的双层筒状，导流件内侧筒壁131是下层圆筒123的延伸，导流件外侧筒壁132的顶端与辐射废锅2筒形水冷壁25顶部连接，导流件外侧筒壁132的底端高于导流件内侧筒壁131的底端，导流件13内、外侧筒壁的底端通过一导流斜面133连接，导流斜面133与水平线的夹角α为15°；上层圆筒121的直径d1为Φ460mm、中间圆筒122的直径d2为Φ766mm、下层圆筒123的直径d3为Φ982mm；上层圆筒121的高度h1为1005mm、中间圆筒122的高度h2为834mm、下层圆筒123的高度h3为334mm。

气渣出口12的三段同轴布置的圆筒为盘管水冷壁，该盘管向下继续盘绕制成导流件13。气渣出口12的内壁涂饰有耐火材料。

辐射废锅2包括筒形水冷壁25、翅片水冷壁26、倒锥形护板27、降温喷头37，筒形水冷壁25顶部呈水平状，底部为倒锥形护板27。

如图3所示，翅片水冷壁26分为上下两段，上下两段翅片水冷壁宽度相同，每段各含有8个，且各段中的翅片水冷壁26均沿筒形水冷壁25内壁竖向均匀设置；翅片水冷壁26下方的倒锥形护板27上设有两层降温喷头37，每层降温喷头37的数量为10个，且沿倒锥形护板27内壁面圆周均匀分布；

如图4所示，上下两段翅片水冷壁26各通过集气箱21、集水箱22与汽包连接生成过热蒸汽和饱和蒸汽。

激冷室3包括激冷环31、降气筒32、上升筒38、合成气出口35，其中，降气筒32的入口与倒锥形护板27的出口连通，降气筒32的出口位于激冷水浴33中。

密封板23为圆环形，密封板23的内圆、外圆圆周分别焊接于降气筒32的外壁以及壳体5的内壁；合成气出口35位于密封板23与激冷水浴33液面之间。

在气渣出口12外侧和密封板23上侧各均匀布置2个吹扫除灰装置41；在筒形水冷壁25顶部水平段、翅片水冷壁26的上方均匀布置3个声波除灰装置42；振打除灰装置43数量为6个，其中每2个为一组，布置在筒形水冷壁25的2/3、1/2、1/3高度处圆周上，每组中的2个振打除灰装置43位于筒形水冷壁25直径的两端，相邻各组所在的直径相互呈90°夹角。

本实施例的工作过程：

以原煤为原料制成的干煤粉，与空分来的氧气通过燃烧器11在气化室1内进行不完全氧化反应，在1350℃、4.4MPa的条件下，生成以CO、H₂为主要成分的高温合成气，气化室1的螺旋盘管膜式水冷壁15采用强制换热方式进行保护，通过蒸汽发生器生产低压蒸汽供用户使用。高温合成气与高温熔融状态的灰/渣通过多段平推气渣出口进入辐射废锅2，经过过热段水冷壁降温至900℃，再经饱和段水冷壁的吸热后，合成气温度降至700℃。如图4所示，水冷壁过热段和饱和段产生10.0MPa过热蒸汽和饱和蒸汽。合成气沿辐射废锅2沿轴线继续向下经降温喷头37降温后进入激冷室3，经过激冷室3冷却除灰渣后，合成气沿降气筒32外侧进入上升筒38。合成气在上升筒38中流速较快，将合成气中的气泡除去。出气化炉的合成气温度降至198℃，合成气中的大部分灰/渣被除去，同时保证合成气的水气比。出气化炉的合成气中水蒸气含量43%，合成气中灰含量0.9mg/m³，可以直接进入变换工段。

实施例2

本实施例的废锅除灰一体式煤气化炉结构：

如图5所示，本实施例中，辐射废锅上段翅片水冷壁261的宽度大于下段翅片水冷壁262的宽度，激冷室采用支撑板36的方式，其他结构同实施例1。

本实施例的工作过程：

与实施例1不同的是，通过合理布置换热面积和激冷水量，高温合成气与高温熔融状态的灰/渣通过多段平推气渣出口进入辐射废锅2时，先在上段宽水冷壁261处合成气温度降至820℃，避免CaCl₂、Na₂O、K₂O等在宽翅片水冷壁上黏结堵塞，并提高换热效率；在下段窄翅片水冷壁262处，合成气温度由820℃降至650℃，此时CaCl₂、Na₂O、K₂O等有黏结的风险，而通过收窄翅片水冷壁，可以极大的避免这个风险。辐射换热后的合成气经过激冷室3冷却除灰渣，出激冷水浴33后得到与实施例1相同品质的合成气，经合成气出口送出气化炉。

虽然以上描述了本发明的优选实施方案，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方案做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种废锅除灰一体式煤气化炉，其特征在于：包括壳体（5）、气化室（1）、辐射废锅（2）、激冷室（3）、密封板（23）、三位一体除灰装置，其中气化室（1）、辐射废锅（2）、激冷室（3）均位于壳体内部，且由上至下沿壳体的轴线依次排列布置；

气化室（1）包括膜式水冷壁（15）、燃烧器（11）、气渣出口（12）、导流件（13）；燃烧器（11）采用顶置1个燃烧器、或侧置4个燃烧器、或顶置1个燃烧器同时侧置4个燃烧器的方式，以适应不同投煤量的需求；侧置的4个燃烧器在气化室（1）1/2～2/3高度处沿气化室（1）圆周均匀分布；气渣出口（12）位于气化室（1）底部，气渣出口（12）为三段内径依次增大的圆筒的叠加，三段圆筒同轴布置，其中，上层圆筒（121）顶部与气化室（1）底部连接，中间圆筒（122）的上、下两端分别与上层圆筒（121）底部、下层圆筒（123）顶部连接，下层圆筒（123）底部与辐射废锅（2）顶部连接处设有导流件（13）；导流件（13）呈底面封闭的双层筒状，导流件内侧筒壁（131）是下层圆筒（123）的延伸，导流件外侧筒壁（132）的顶端与辐射废锅（2）筒形水冷壁（25）顶部连接，导流件外侧筒壁（132）的底端高于导流件内侧筒壁（131）的底端，导流件（13）内、外侧筒壁的底端通过一导流斜面（133）连接，导流斜面（133）与水平线的夹角α为5°～30°；

所述气渣出口（12）上层圆筒（121）的直径为Φ400mm～500mm、中间圆筒（122）的直径为Φ700mm～800mm、下层圆筒（123）的直径为Φ950mm～1000mm；上层圆筒（121）的高度为980mm～1020m、中间圆筒（122）的高度为810mm～850mm、下层圆筒（123）的高度为310mm～350mm；

辐射废锅（2）包括筒形水冷壁（25）、翅片水冷壁（26）、倒锥形护板（27）、降温喷头（37），筒形水冷壁（25）顶部呈水平状，底部为倒锥形护板（27），翅片水冷壁（26）分为上下两段，每段各含有2～10个，且各段中的翅片水冷壁（26）均沿筒形水冷壁（25）内壁竖向均匀设置；所述翅片水冷壁（26）中，上段翅片水冷壁（261）的宽度大于下段翅片水冷壁（262）的宽度；还包括集气箱（21）、集水箱（22），所述集气箱（21）位于筒形水冷壁（25）、翅片水冷壁（26）的上部；所述集水箱（22）位于筒形水冷壁（25）、翅片水冷壁（26）的下部；上下两段翅片水冷壁（26）各通过集气箱、集水箱与汽包连接，其中，与上段翅片水冷壁（26）连接的汽包设有过热蒸汽出口，与下段翅片水冷壁（26）连接的汽包设有饱和蒸汽出口；翅片水冷壁（26）下方的倒锥形护板（27）上设有两层降温喷头（37），每层降温喷头（37）的数量为8～20个，且沿倒锥形护板（27）内壁面圆周均匀分布；

激冷室（3）包括降气筒（32）、支撑板（36）或上升筒（38）、合成气出口（35），其中，降气筒（32）的入口与倒锥形护板（27）的出口连通，降气筒（32）的出口位于激冷水浴（33）中；

密封板（23）为圆环形，密封板（23）的内圆、外圆圆周分别焊接于降气筒（32）的外壁以及壳体（5）的内壁；合成气出口（35）位于密封板（23）与激冷水浴（33）液面之间；

三位一体除灰装置包括吹扫除灰装置（41）、声波除灰装置（42）、振打除灰装置（43）；所述吹扫除灰装置（41）数量为2～8个，布置在气渣出口（12）外侧和密封板（23）上侧；所述声波除灰装置（42）数量为2～4个，布置在筒形水冷壁（25）顶部水平段、翅片水冷壁（26）的上方；振打除灰装置（43）数量为2～8个，布置在壳体（5）与筒形水冷壁（25）之间的空腔内。

2.根据权利要求1所述的废锅除灰一体式煤气化炉，其特征在于：所述导流件（13）导流斜面（133）与水平线的夹角α为15°。

3.根据权利要求1所述的废锅除灰一体式煤气化炉，其特征在于：所述吹扫除灰装置（41）数量为4个，在气渣出口（12）外侧和密封板（23）上侧各均匀布置2个；所述声波除灰装置（42）数量为3个，均匀布置在筒形水冷壁（25）顶部水平段、翅片水冷壁（26）的上方；振打除灰装置（43）数量为6个，其中每2个为一组，每组中的2个振打除灰装置（43）位于筒形水冷壁（25）直径的两端，相邻每组所在直径间相互呈90°夹角，布置在筒形水冷壁（25）2/3、1/2、1/3高度处圆周上。

4.根据权利要求1所述的废锅除灰一体式煤气化炉，其特征在于：导流件内侧筒壁（131）、导流斜面（133）、导流件外侧筒壁（132）由水冷管盘制。

5.根据权利要求4所述的废锅除灰一体式煤气化炉，其特征在于：气渣出口（12）的三段同轴布置的圆筒为盘管水冷壁，且盘管与导流件（13）的水冷管相接。

6.根据权利要求1所述的废锅除灰一体式煤气化炉，其特征在于：降气筒（32）的入口处设有激冷环（31）。

7.根据权利要求1所述的废锅除灰一体式煤气化炉，其特征在于：膜式水冷壁（15）为螺旋盘管式水冷壁，膜式水冷壁（15）的内壁涂饰碳化硅，气渣出口（12）的内壁涂饰有耐火材料。