CN108676583B - 一种改进型的流化床气化炉 - Google Patents

Abstract

本发明属于流化床领域，为了使原料充分反应，炉内气流物料稳定，本发明提供了一种改进型的流化床气化炉，在传统的流化床气化炉基础上，对气化炉出口新增喷淋装置、进煤口新增新型播煤器、设计了新型组合式分布器，设计了新型排渣降温方式，解决了传统流化床气化炉不能长周期运行、整体能耗偏高的难题。该气化炉将流化床对原料煤预处理要求低与气流床反应比较充分及低温固定排渣保证床层稳定等优点结合在一起，极大地降低了气化备煤成本，提高了原料煤的利用率，为流化床气化炉的长周期稳定运行提供了可能。

Description

一种改进型的流化床气化炉

技术领域

本发明属于流化床领域，具体涉及一种改进型的流化床气化炉。

背景技术

目前传统流化床气化炉设计，均将控制不同粒度原料煤的充分流化反应、料层稳定、返料的连续稳定进入高温区及中心管排渣结渣等问题作为研究的方向。流化床相对于固定床、气流床是一种不易控制的过渡态，因此行业内流化床气化炉同时取得原料煤反应效率高、料层控制长期稳定效果的问题较多，流化床气化推广应用受到了限制。

流化床气化是唯一可以对热稳定性差缺又无法制粉的含碳物料进行碳回收利用的炉型，解决了流化床气化的稳定运行及充分反映问题，是未来处理各类化工产品及城市垃圾的可靠有效途径。本发明专利可以将流化反应区初次反应与下部高温反应区的彻底反应相结合，最终解决以上问题，是一种极具生命力的新型气化炉。

发明内容

本发明为了使原料充分反应，炉内气流物料稳定，提供了一种改进型的流化床气化炉。

本发明采用如下技术方案：

一种改进型的流化床气化炉，包括气化炉炉膛，气化炉炉膛的底端连接有排渣装置，所述气化炉炉膛还连接有播煤器和组合式分布器，播煤器包括绕气化炉炉膛外侧间隔90°布置的四根相对独立的进煤管线，进煤管线底部倾斜向下伸入连接于气化炉炉膛的炉膛浓相段；所述进煤管线与气化炉炉膛的连接处还设有相同倾斜角度的播煤风夹套。所述进煤管线和播煤风夹套的安装角度相对气化炉炉膛竖向轴为60°。所述的播煤风夹套采用底部120°进气，上部240°通过焊接封堵。播煤器改善了进煤管道的布置方式，采用90°均布，炉膛四侧同时进煤，从而保证炉膛的物料浓度、温度相对均衡；进煤管线设置在气化炉浓相段位置，并配合吹送角度（60°），保证煤粉入气化炉后能迅速达到高温射流区，使原料煤充分反应，降低了气化炉的排渣残炭；播煤风夹套采用上部封堵进气的方式，仅由下部120°进气播煤，保证了播煤风的均衡性，同时也保护了夹套管线，解决了播煤风夹套管线损坏频繁的问题。

组合式分布器包括分布板、中心管和返料喷射管，分布板倾斜设置，分布板上下端分别连接气化炉炉膛内壁和气化炉炉膛底部的排渣管，分布板和排渣管将气化炉炉膛底部分隔成密闭的分布器气室，气化炉炉膛外壁上设有若干与分布器气室贯通的入口管；若干中心管嵌入安装于排渣管的管壁内，中心管的顶端贯通气化炉炉膛、下端伸出排渣管管壁外，中心管与排渣管的排渣通道相互隔离；若干返料喷射管倾斜设置、穿过分布器气室与气化炉炉膛贯通。针对流化床气化炉干法排渣的要求，分布器的中心管采用了与排渣通道完全隔离的结构形式，彻底解决了中心管的冲刷磨蚀问题；针对流化床气化炉运行中在弯头处易架桥的现象，中心管的弯头也置于排渣通道外，避免了灰渣在弯头的架桥，保证了气化炉的稳定运行；在材料选择方面，传统中心管需要充分考虑冲刷磨蚀的问题，一般采用较为昂贵的2520不锈钢钢材，并且还需要在外表面堆焊碳化钨材质，单根中心管造价就超过5万元，且使用周期无法保证。由于新设计的中心管不再与高温灰渣直接接触，可以选取相对廉价的不锈钢材质；返料从气化炉分布器气室内穿过进入炉膛，保证了返料喷射管的使用寿命。使用气化炉自产蒸汽作为动力源，保证输送的稳定性，在安装角度的选择上，确保了返料进入高温区反应。

所述气化炉炉膛的顶端的炉出口由下至上至少设有三层喷淋装置，每层喷淋装置包括若干绕气化炉炉出口轴线均布设置的喷淋管，喷淋管的喷射口水平朝向气化炉炉出口轴线，喷淋管出水口端头与气化炉炉出口内壁平齐。

喷淋装置之间的竖向间距由气化炉炉出口底端至上按逐渐加密的方式布置，即最底处层喷淋装置距离气化炉炉出口底端的间距最大，依次往上相邻两层喷淋装置之间的距离逐渐减小。

每层喷淋装置设置三根喷淋管，呈120°均布。

通过增设多层喷淋管，实现多级降温，确保在三级降温后炉出口的煤气温度控制在800℃左右，有效降低了气化炉出口的煤气温度，保证后续分离系统的效率。

所述气化炉炉膛采用两级给氧，气化炉炉膛的浓相段底部连接一次给氧管，气化炉炉膛的稀相段均布连接有若干二次给氧管，二次给氧管与气化炉炉膛的进煤管线处于同一平面。通过在进煤的平面上增加二次加氧管线，四根加氧管线实现独立调节，随时对气化炉的出口煤气组分进行合理调节，使有效气组分得到提升。该设计保证了炉膛内的物料充分反应，能通过二次加氧对气化炉出口的煤气组分进行有效合理的调节，保证气化效率的提升。

所述排渣装置包括排渣管、星型给料器、循环泵和汽包，排渣管上端连接于气化炉炉膛底部、下端连接星型给料器，排渣管内均布安装有若干根换热管，换热管主体竖向设于排渣管通道内，换热管的上端为出水口、穿过排渣管管壁通过管道与汽包的回水口连接，换热管下端为进水口、穿过排渣管管壁通过管道、循环泵与汽包的出水口连接。所排渣管采用由内至外的耐磨浇筑层和保温浇筑层两层结构。内层耐磨浇筑层的内表面焊接有若干抓钉，以提高耐磨性。

排渣装置取消了传统采用排渣管通入蒸汽拖住流化床气化炉渣层的结构，改为灰渣通过固定的星型给料机排出，气化炉炉内的渣层相对稳定，排渣管内设置锅炉水与高温灰渣间接换热，通过锅炉水的强制循环，达到对高温灰渣降温的作用，同时附产低压蒸汽，降低高温灰渣在排渣管内的流动速度，减少高温灰渣对排渣通道的冲刷。在高温灰渣相对较低的流速下，保证了对高温灰渣的充分换热，同时保护了换热管的使用寿命，通过该方式，能在排渣管出口将高温灰渣温度降低到500℃左右。

本发明具有如下特点效果：

（1） 在气化炉上部煤气出口采用喷淋方式对煤气进行降温处理，雾化水珠在降低煤气温度的同时，可以捕获煤气中的煤粉颗粒，对提高旋风分离效果起到非常关键的作用；该处可以设计三层以上喷雾降尘管路，在下部高温段可以采用含有机物的污水进行降温，在降温同时对污水中的有机物进行反应分解；

（2） 炉膛中部进煤可以采用同一水平90°均布四根进煤管，该处采用新型夹套播煤器，同时在对置位置设计有二次加氧装置，确保了原料煤的均匀喂料和充分反应；

（3） 组合式分布器可以设计三路中心射流管，均布排渣管四周浇注料中，在确保进一步强化中心射流的同时，避免了落渣对射流管的冲刷；

（4）排渣口设计锅炉水强制循环换热，是因为该处炉渣流动速度慢，可以保证炉渣和锅炉水管可以充分换热；降低该处炉渣稳定，可以保证下部安装的星型给料器可以稳定长周期运行，同时实现了连续卸料，确保了床层的稳定。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为播煤器的结构主视图；

图3为播煤风夹套的安装结构示意图；

图4为两级给氧装置的结构示意图；

图5为组合是分布器的结构主视图（0°）；

图6为组合是分布器的结构主视图（90°）；

图7为组合是分布器的主剖视图；

图8为排渣装置的结构示意图；

图9为排渣管道的剖视图；

图10为喷淋装置的结构示意图；

图中：1-气化炉炉膛、2-播煤器、3-两级给氧装置、4-组合式分布器、5-排渣装置、6-喷淋装置；

21-进煤管线、22-播煤风夹套；31-二次给氧管；41-分布板、42-入口管、43-中心管、44-返料喷射管、45-进气管；51-排渣管、52-星型给料器、53-循环泵、54-汽包、55-耐磨浇筑层、56-换热管、57-保温浇筑层；61-喷淋管、62-气化炉炉出口。

具体实施方式

结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步说明：

如图1所示的改进型的流化床气化炉，包括气化炉炉膛，气化炉炉膛的底端连接有排渣装置，气化炉炉膛还连接有播煤器和组合式分布器。

播煤器结构如图2和3所示，包括绕气化炉外侧间隔90°布置的四根相对独立的进煤管线，进煤管线底部倾斜向下深入连接于气化炉的炉膛浓相段，距离炉膛下部出口1120mm（图3中标注的L距离）；所述进煤管线与气化炉的连接处还设有相同倾斜角度的播煤风夹套，利用CO₂或者高压N₂通过播煤风夹套3对煤粉进行输送，播煤风采用蒸汽进行输送。本发明针对气化炉的物料分布不均的问题，改善了进煤管道的布置方式，采用90°均布，炉膛四侧同时进煤，从而保证炉膛的物料浓度相对均衡。

所述进煤管线2和播煤风夹套3的安装角度相对气化炉1竖向轴为60°，该进煤角度能保证原料煤的充分反应，降低气化炉的排渣残炭。

针对播煤风夹套管线损坏频繁的问题，采用上部封堵进气的方式，如图3所示，播煤风夹套3仅由下部120°进气播煤，保证了播煤风的均衡性，同时也保护了夹套管线，夹套管上部240°通过焊接封堵。

播煤器采用合理的夹套结构，保证了播煤风的均匀分布，延长了播煤器的使用寿命。选取合理的进煤吹送位置及角度，保证原料煤能迅速达到气化炉的中心射流区，提高气化炉的碳转化率，提高气化炉气化强度。有效解决了传统单侧进煤物料分布不均的问题，实现了物料在炉膛内的均匀分布，物料温度有了均衡分布的条件，为稳定炉况提供了有力的保障。

组合式分布器的结构如图5、6、7所示，包括分布板、中心管和返料喷射管，分布板倾斜设置，分布板上下端分别连接气化炉炉膛内壁和气化炉炉膛底部的排渣管，分布板和排渣管将气化炉炉膛底部分隔成密闭的分布器气室，气化炉炉膛外壁上设有若干与分布器气室贯通的入口管；若干中心管嵌入安装于排渣管的管壁内，中心管的顶端贯通气化炉炉膛、下端伸出排渣管管壁外，中心管与排渣管的排渣通道相互隔离；若干返料喷射管倾斜设置、穿过分布器气室与气化炉炉膛贯通。

中心管呈120°均布从分布板气室下部进入炉膛，中心管与分布器组合制作的结构，将中心管完全与排渣通道隔离的方式，采用3根独立的中心射流管，进一步强化中心射流作用。中心管采用304材质，不做特殊处理，与分布器气孔板焊接连接，分布器与中心管之间使用防磨耐火浇注料填充。

返料喷射管从分布板气室穿过，喷射蒸汽加入口设置在气室外。返料管采用从分布板气室内穿过，使用特定的角度及位置设计，保证返料100%的回炉利用。

分布板的炉膛侧浇筑高温耐磨浇注料，浇筑料施工在分布板小孔开孔及喷射管开孔完成后进行。

本发明采用全新的中心管、返料射流管，解决传统流化床气化炉存在的多项难题。

中心管结构方式解决了灰熔聚气化炉中心管冲刷磨蚀的难题，极大的提高了中心管的使用寿命，为气化炉长周期运行提供了保障。同时，中心管中心射流的气流分布与落渣通道实现了分离，有利于灰渣的排出，减少了气化炉渣口堵渣的机率。同时促进了高温射流的作用，有利于进一步提高气化强度。

返料射流管采用全新的方式，解决了传统流化床气化炉的返料从浓相段炉壁进入，参与气化反应的量非常少，大部分返料并未参与反应又从炉顶被吹出，使得气化炉碳转化率比较低。全新的方式返料采用蒸汽吹送入炉，入炉后进入高温射流区直接参与气化反应，从而保证了捕集料的再利用，同时减少了气化炉煤气出口的带出物。

所述气化炉炉膛的顶端的炉出口由下至上至少设有三层喷淋装置，如图10所示，每层喷淋装置包括若干绕气化炉炉出口轴线均布设置的喷淋管，喷淋管的喷射口水平朝向气化炉炉出口轴线，喷淋管出水口端头与气化炉炉出口内壁平齐。

采用9根喷淋管分三层进行足部降温喷淋，采用脱氧水作为冷却介质。煤层三根喷淋管，呈120°均布，喷淋管的喷射口水平朝向气化炉炉出口轴线，保证最大喷淋范围，喷淋管出水口端头与气化炉炉出口内壁平齐。

根据流体特性和气化炉炉出口和炉体的连接位置关系，为了防止喷淋介质对炉体问题的影响，一般最下层喷淋管距离气化炉炉出口底端位置不低于1米，然后依次往上以两层喷淋管间距逐渐减小的方式布置。

如图4所示，气化炉炉膛采用两级给氧，除了气化炉炉膛的浓相段底部连接一次给氧管，气化炉炉膛的稀相段还均布连接有四根二次给氧管，四根管线绕炉膛呈90°均布，二次给氧管与气化炉炉膛的进煤管线处于同一平面。

一次给氧后，在高温条件下氧气与煤迅速反应，使原料煤再浓相段转化80%以上，完成一级给氧转化；然后通过稀相段的二次给氧，使粉尘中的煤继续燃烧，保证原料煤转化95%以上，完成二级给氧转化。同时，因一级给氧燃烧转化后的上升粉尘在炉膛内各位置的浓度不完全相同，可配设浓度监测装置，然后根据粉尘的实时浓度，调整各二次给氧管线的氧气量，防止给氧不足或给氧过量，以最佳给氧量完成原料煤的最高转化率。

排渣装置结构如图8、9所示，包括排渣管、星型给料器、循环泵和汽包，排渣管上端连接于气化炉炉膛底部、下端连接星型给料器，排渣管内均布安装有若干根换热管，换热管主体竖向设于排渣管通道内，换热管的上端为出水口、穿过排渣管管壁通过管道与汽包的回水口连接，换热管下端为进水口、穿过排渣管管壁通过管道、循环泵与汽包的出水口连接。

如图2所示，排渣管内表面焊接抓丁，分层由内至外高温耐磨浇注料、浇筑保温浇注料，锅炉水换热管在排渣管内绕轴线按45°均布8根。

排渣管沿落渣方向设置锅炉水管，锅炉水换热管采用20G材质，锅炉水进口设置在星型给料机上方，出口设置在排渣入口，逆流换热，锅炉水进口采用锅炉水循环泵增压，出口连接至气化炉汽包底部。

通过采用定量排渣的方式，同时也稳定气化炉炉膛的渣层，促进了气化炉炉况的稳定。由于灰渣换热方式的更新，最大程度的利用了水蒸汽的蒸发潜热，极大的增大了高温灰渣的换热量，保证了灰渣排出的安全性。

本发明通过在传统流化床气化炉炉出口设计了喷淋结构，对煤气进行降温处理，保证了气化炉出口的煤气温度，保证了气化炉分离系统（一级旋风分离器、二级旋风分离器）的工作效率，有效的延长分离系统的稳定运行时间；进煤方式设计了一种新型播煤器，在炉膛同一水平均布多路进煤夹套管，播煤风的夹套管采用下部120°进风的方式，将上半部夹套管封堵，保证播煤风的均衡；在炉膛中部设计了一种新型的组合式分布器，完全解决了气化炉气化炉中心管冲刷磨蚀的问题，解决了旋风分离器返料回炉膛后不能充分反应的问题；在与播煤管在同一平面设计了一种二次加氧装置，与进煤管相对应均布于炉膛四周，保证了物料在浓相段上部的充分反应，提高了气化炉的碳转化率；在排渣通道使用锅炉水对高温灰渣间接换热，采用锅炉水强制循环的方式在排渣管出口将高温灰渣温度降低到500℃左右，通过固定的星型给料机排出，气化炉炉内的渣层相对稳定。

该气化炉将流化床对原料煤预处理要求低与气流床反应比较充分及低温固定排渣保证床层稳定等优点结合在一起，极大地降低了气化备煤成本，提高了原料煤的利用率，为流化床气化炉的长周期稳定运行提供了可能。

该气化炉降低了气化炉出口温度，提高了旋风分离效果；设计了新型分布器，保证了各气相流、煤流的稳定，保证原料煤迅速进入流化态高温区进行反应；设计了新型播煤器、新增二次氧，保证了原料煤充分反应；同时在排渣管采用锅炉水强制循环换热，使得排渣阀门等级降低，稳定性可靠性增加，同时使得固定流速连续排渣成为可能，从根本上保证了流化床气化炉的床层稳定。

以上发明使得流化态床层要求稳定、连续工况得以实现；使得气和渣出口碳含量有效降低，同时这两个出口均实现了低温操作，使得煤气采用高温带式除尘、炉渣采用常温输送设备等均成为可能。将流化床气化炉对原料煤要求低但残炭高、间断排渣造成床层波动大、煤气余热利用难得大，排渣安全性差等短板得以有效控制，使得流化床气化可以实现稳定、连续、长周期运行。

Claims (4)

1.一种改进型的流化床气化炉，包括气化炉炉膛(1)，气化炉炉膛(1)的底端连接有排渣装置(5)，其特征在于：所述气化炉炉膛(1)还连接有播煤器(2)和组合式分布器(4)，播煤器(2)包括绕气化炉炉膛(1)外侧间隔90°布置的四根相对独立的进煤管线(21)，进煤管线(21)底部倾斜向下伸入连接于气化炉炉膛(1)的炉膛浓相段；所述进煤管线(21)与气化炉炉膛(1)的连接处还设有相同倾斜角度的播煤风夹套(22)；组合式分布器(4)包括分布板(41)、中心管(43)和返料喷射管(44)，分布板(41)倾斜设置，分布板(41)上下端分别连接气化炉炉膛(1)内壁和气化炉炉膛(1)底部的排渣管(51)，分布板(41)和排渣管(51)将气化炉炉膛(1)底部分隔成密闭的分布器气室，气化炉炉膛(1)外壁上设有若干与分布器气室贯通的入口管(42)；若干中心管(43)嵌入安装于排渣管(51)的管壁内，中心管(43)的顶端贯通气化炉炉膛(1)、下端伸出排渣管(51)管壁外，中心管(43)与排渣管(51)的排渣通道相互隔离；若干返料喷射管(44)倾斜设置、穿过分布器气室与气化炉炉膛(1)贯通，所述进煤管线(21)和播煤风夹套(22)的安装角度相对气化炉炉膛(1)竖向轴为60°，所述的播煤风夹套(22)采用底部120°进气，上部240°通过焊接封堵，所述气化炉炉膛(1)的顶端的炉出口由下至上至少设有三层喷淋装置(6)，每层喷淋装置(6)包括若干绕气化炉炉出口轴线均布设置的喷淋管，喷淋管的喷射口水平朝向气化炉炉出口轴线，喷淋管出水口端头与气化炉炉出口内壁平齐，喷淋装置之间的竖向间距由气化炉炉出口底端至上按逐渐加密的方式布置，即最底处层喷淋装置距离气化炉炉出口底端的间距最大，依次往上相邻两层喷淋装置之间的距离逐渐减小，每层喷淋装置设置三根喷淋管，呈120°均布，所述气化炉炉膛(1)采用两级给氧，气化炉炉膛(1)的浓相段底部连接一次给氧管，气化炉炉膛(1)的稀相段均布连接有若干二次给氧管，二次给氧管与气化炉炉膛的进煤管线处于同一平面。

2.根据权利要求1所述的改进型的流化床气化炉，其特征在于：所述排渣装置(5)包括排渣管(51)、星型给料器(52)、循环泵(53)和汽包(54)，排渣管(51)上端连接于气化炉炉膛底部、下端连接星型给料器(52)，排渣管(51)内均布安装有若干根换热管(56)，换热管(56)主体竖向设于排渣管(51)通道内，换热管(56)的上端为出水口、穿过排渣管(51)管壁通过管道与汽包(54)的回水口连接，换热管(56)下端为进水口、穿过排渣管(51)管壁通过管道、循环泵(53)与汽包(54)的出水口连接。

3.根据权利要求2所述的改进型的流化床气化炉，其特征在于：所排渣管(51)采用由内至外的耐磨浇筑层(55)和保温浇筑层(57)两层结构。

4.根据权利要求3所述的改进型的流化床气化炉，其特征在于：内层耐磨浇筑层(55)的内表面焊接有若干抓钉。