CN109370657A - 多相物质内冷激气化炉 - Google Patents

Abstract

本发明名称为：多相物质内冷激气化炉。煤化工、环境技术领域。由高温气体出口1、水冷激装置5和渣水出口6的立式圆筒形气化室2、2个以上的多喷嘴3等部件所组成，能将可燃气中的有机物、含碳固体、焦油等含碳液体中的碳和有机物同时转化为合成气，并将其中的二噁英、垃圾渗滤液、重金属等有毒有害物质进行高温热阻断，实现煤炭、城市垃圾、有机固废资源化和清洁化利用。本气化炉可用于各种低温煤气化炉、煤热解炉、有机固废热解炉、垃圾热解气化炉、焦炉气化工等装置进行煤气、焦炉气、热解气、焦粉、热解残渣、有毒有害物质的利用和深度处置的技术改造和新建的有机固废资源化、煤炭高效利用与清洁气化、IGCC发电、城市集中供暖等装置。

Description

多相物质内冷激气化炉

技术领域

本发明涉及煤化工、环境技术领域。

背景技术

在煤化工、环境技术领域，国内外熔渣气流床气化炉内由于温度高，熔渣接触热电偶造成保温材料爆裂，气化炉内温度测量非常困难，大多数只能通过测量气体组分或其他方法间接测量温度，误差较大，加之煤的灰熔点变化较大目前还无法做到在线检测，这是目前影响熔渣气流床气化炉生产运行的非常重要的问题。煤气煤粉熔渣逆流气流床气化炉问题更加严重，由于温度检测控制困难，气化中心温度高，气化室内除气化中心外包括下渣口等其他部位温度相对较低，下渣堵塞难以及时发现，在低负荷生产或气化喷嘴设计、制造、安装和操作出现意外时，经常造成气化室底部的下渣口结大渣、排渣困难，严重时直接造成系统停车。下渣口堵塞难以及时发现，结大渣堵塞下渣口已经成为影响煤气煤粉熔渣逆流气流床气化炉正常运行的重要问题之一。

国内外现有的一些固定床煤气化炉、循环流化床煤气化炉、炼焦炉、煤热解炉、有机固废热解炉、垃圾热解气化炉等一些工业炉在生产过程中，所生产的煤气、焦炉气、热解气等各种煤气、可燃气中，通常含有一些需要处置的有机物或二噁英等有毒有害气体，同时还会副产一些煤粉、炉渣、飞灰、焦粉、半焦、热解残渣等各种固体含碳物质或重金属等固体有毒有害物质，有时还会副产一些成分非常复杂的焦油、废液等可燃液体或垃圾渗滤液等液体有毒有害物质，这些气、固、液三相物质在进一步利用或处理时，通常需要分别处置，处置的成本高、技术难度大，已经成为影响能源清洁转化、煤化工、垃圾清洁处理和有机固废资源化的重要难题。

发明内容

本发明是指采用气、固、液等多相物质或有毒有害物质同时进行高温热化学处置的多相物质内冷激气化炉。主要针对在煤化工、环境技术领域所存在的熔渣逆流气流床气化炉下渣口容易出现大渣堵塞问题和固定床煤气化炉、循环流化床煤气化炉、炼焦炉、煤热解炉、有机固废热解炉、垃圾热解气化炉等各种工业炉在生产过程中，所生产的煤气、焦炉气、热解气等各种可燃气中含有需要利用和处置的气相物质，同时还会产生一些固相、液相含碳物质和二噁英、垃圾渗滤液、重金属等有毒有害物质，这些物质分别处置的成本高、技术难度大的难题，发明了可以将这些气相、液相、固相等含碳物质和二噁英、垃圾渗滤液、重金属等有毒有害物质同时进行热化学处置的多相物质内冷激气化炉。该气化炉是由一个立式圆筒形的气化室、在气化室顶部设置至少一个高温气体出口、在气化室底部设置至少一套水冷激装置和一个渣、水出口、气化室的炉壁上设置2个或2个以上的多个多相物质气化剂喷嘴、气化室在喷嘴以下的部位至少有一部分水冷却炉壁等部件所构成，多相物质气化剂喷嘴设置在气化室中部(二分之一)以下的炉壁上，喷嘴均匀布置在同一个水平面附近，所有喷嘴出口方向同时偏离气化室中心和水平面一定的角度，在0.1°～60°之间，多相物质在进入气化室前混合，再和气化剂混合气化，液相物质也可以通过1个或多个液相物质喷嘴直接进入气化室参与热化学反应，液相物质喷嘴可设置在多相物质气化剂喷嘴的上方或下方或同一个水平面上，无需开工烧嘴和点火烧嘴，多相物质气化剂喷嘴兼有点火烧嘴、开工烧嘴的功能，气相物质中可燃气体温度低于着火温度时，喷嘴可设置点火装置或不设置点火装置，气相物质中可燃气体温度高于着火温度时，喷嘴不需要设置点火装置，所述多相物质是指进入气化室的气相物质、固相物质和液相物质这三相物质中的两相物质或三相物质的混合物，其中至少有一种物质是煤气或其他可燃气体，所述气相物质是指天然气或各种煤气化炉、炼焦炉、煤热解炉、有机固废热解炉、垃圾热解气化炉等装置所生产的煤气、合成气、焦炉气、热解气等各种可燃气体或可燃气体和其他各种气体的混合气体或需要高温处置的二噁英等各种气体有毒有害物质，所述固相物质是指煤粉、飞灰、焦粉、热解残渣或其他各种固体含碳物质或需要高温处置的重金属等各种固体有毒有害物质，所述液相物质是指各种液态烃、煤焦油、有机固废热解产生的焦油等各种可燃液体或需要高温处置的垃圾渗滤液等各种液体有毒有害物质，所述气化室是指和目前所公知的气流床煤气化炉的气化室结构相同或相似的气化室，所述多相物质气化剂喷嘴是指由至少一个多相物质通道、至少一个气化剂通道和至少一个水冷却装置所构成的多通道喷嘴，多相物质气化剂喷嘴也可以将多相物质喷嘴和气化剂喷嘴分别设置，所述多相物质喷嘴是指具有至少一个多相物质通道和至少一个水冷却装置所构成的多通道喷嘴，所述气化剂喷嘴是指具有至少一个气化剂通道和至少一个水冷却装置所构成的多通道喷嘴，所述气化剂是指氧气或氧气和其他气体的混合物，所述水冷激装置是指至少有一个能够向气化室底部喷水的装置，所述点火装置是指目前所公知的各种可燃气体点火装置，所述水冷却炉壁是指现有所公知的用水作为冷却介质的膜式壁或水夹套炉壁或其他水冷却炉壁。

从原料预处理装置来的热解气、焦炉气等气相物质、生物炭、焦粉、热解残渣等固相物质、垃圾热解焦油等各种多相含碳物质和二噁英、垃圾渗滤液、重金属等各种有毒有害物质经过喷嘴多相物质通道进入气化室，和经喷嘴气化剂通道来的气化剂一起在气化室中混合进行高温热化学反应，垃圾渗滤液等液相有毒有害物质也可以通过液相物质喷嘴直接进入气化室参与高温热化学反应，由于多相物质原料中含有可燃气体并采用了多喷嘴同一方向偏离气化室中心和水平面一定角度的布置，含有可燃气体的多相原料和气化剂进行高温热化学反应形成的多股火焰在喷嘴的限制下按照设定的方向流动，在气化室中、下部的中心形成一个局部高温气化区，高温气化区温度一般高于气化室炉壁和炉顶温度数百摄氏度，大大高于现有气流床煤气化炉的气化温度，从而提高了本气化炉的气化效率和有毒有害物质的高温热阻断效率，气化炉壁和炉顶温度低于现有的气流床煤气化炉温度，大大降低了炉壁的冲刷和溶蚀，提高了冷煤气效率。多相物质中的有机物以及其他含碳物质和氧气、水蒸气、二氧化碳等气化剂反应成为合成气，其中的二噁英、有机硫等有毒有害物质被分解或转化，实现了高温热阻断，离开高温气化区向炉顶流动的合成气中的二氧化碳、水蒸气等气化剂和飞灰中的残炭继续进行吸热的热化学反应，降低了炉顶合成气的温度和飞灰残炭，提高了有效气含量，反应后的合成气从气化室顶部的高温气体出口离开气化室，进入后续工序。多相物质中的灰分和重金属在高温气化区形成熔融的炉渣，直接落入气化室底部的冷激水中冷却凝固而被固化，固态炉渣和冷激水一起通过气化室底部的排渣口排出气化室。垃圾渗滤液等有毒有害液相物质经过液相喷嘴直接进入气化室在高温下汽化并参与高温热化学反应，降低了水蒸汽消耗，同时降低了气化室上部或下部的温度，实现了垃圾渗滤液等液体有毒有害物质的无害化、资源化处理。气化室底部的水冷激装置还具有回收熔渣的潜热的作用，熔融的炉渣落入冷激水中形成的蒸汽直接进入气化室，参与高温热化学反应，减少了热化学反应所需要从外部加入的蒸汽，降低了蒸汽消耗，同时还减少了冷激循环水带出的热量，减少了冷激循环水用量，降低了冷激水消耗，降低了成本。由于熔渣从气化炉中心的高温气化区直接落在水中凝结爆裂，而不是顺着炉壁流下容易结大渣，即使是气化室炉壁和气化室底部温度低于灰熔点，气化炉仍然可以正常运行，解决了现有煤气煤粉逆流气流床气化炉气化室底部下渣口易结大渣堵塞而停车的问题。水冷却炉壁作为气化室的一部分，其作用是防止冷激水直接接触中上部气化室炉壁，保护气化室的炉壁，降低炉底水冷激装置的温度，减少冷激水用量。

本气化炉可应用于各种固定床煤气化炉、循环流化床煤气化炉、煤热解炉、有机固废热解炉、垃圾热解气化炉、焦炉气化工等装置生产时，所产生的煤气、焦炉气、热解气、热解残渣、焦粉、各种含碳物质、有毒有害物质需要进行处理或深度处置的技术改造，还可用于新建的煤气化、有机固废资源化、垃圾资源化、煤炭高效利用和清洁气化、IGCC、工业燃气和城市集中供暖等装置。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

从原料预处理装置来的可燃气体通过喷嘴3的多相物质通道进入气化室2，和经喷嘴3的气化剂通道来的气化剂一起在气化室2中混合被自动点火装置点火或人工点火燃烧，对气化室进行加热升温，逐步提升气化室温度至正常操作温度，然后在可燃气中加入其他气相物质、固相物质或液相物质或固相、液相物质，经过喷嘴3的多相物质通道进入气化室2和经过喷嘴3的气化剂通道来的气化剂一起在气化室2中混合进行高温热化学反应，液相物质也可以通过液相物质喷嘴7进入气化室2汽化，并参与高温热化学反应，反应后的熔融炉渣落入气化室2的底部，在气化室底部被从水冷激装置5喷入的冷激水冷却凝固爆裂，渣、水一起通过气化室底部的排渣口6排出气化室，少量溅落到气化室水冷壁4上面的熔渣，被冷却凝固落入炉底水中和渣、水一起通过排渣口6排出气化室，反应后的高温气体从气化室2的顶部高温气体出口1离开气化室。

Claims (1)

1.一种多相物质内冷激气化炉，其技术特征是：由一个立式圆筒形的气化室、在气化室顶部设置的至少一个高温气体出口、在气化室底部设置的至少一套水冷激装置和至少一个渣、水混合物出口、气化室的炉壁上设置的至少2个或2个以上的多个多相物质气化剂喷嘴等部件所构成，多相物质气化剂喷嘴设置在气化室中部二分之一以下的炉壁上，喷嘴布置在同一个水平面附近，所有喷嘴出口方向同时偏离气化室中心和水平面一定的角度，偏离角度在0.1°～60°之间，多相物质在进入气化室前混合，再和气化剂混合气化，液相物质也可通过1个或多个液相物质喷嘴直接进入气化室参与热化学反应，液相物质喷嘴可设置在多相物质气化剂喷嘴的上方或下方或同一个水平面上，无需开工烧嘴和点火烧嘴，多相物质中可燃气体温度低于着火温度时，喷嘴可设置或不设置点火装置，多相物质中可燃气体温度高于着火温度时，喷嘴不需要设置点火装置，所述多相物质是指进入气化室的气相物质、固相物质和液相物质这三相物质中的两相物质或三相物质的混合物，其中至少有一种气相物质是煤气或其他可燃气体，所述气相物质是指天然气或各种煤气化炉、炼焦炉、煤热解炉、有机固废热解炉、垃圾热解气化炉等装置所生产的煤气、合成气、焦炉气、热解气等各种可燃气体或可燃气体和其他气体的混合气体或需要处置的二噁英等各种气体有毒有害物质，所述固相物质是指煤粉、飞灰、焦粉、热解残渣等各种含碳固体物质或各种需要高温处置的重金属等各种固体有毒有害物质，所述液相物质是指各种液态烃、煤焦油、有机固废热解产生的焦油等各种可燃液体或需要高温处置的垃圾渗滤液等各种液体有毒有害物质，所述气化室是指和目前所公知的气流床煤气化炉的气化室结构相同或相似的气化室，所述多相物质气化剂喷嘴是指由至少一个多相物质通道、至少一个气化剂通道和至少一个水冷却装置所构成的多通道喷嘴，多相物质气化剂喷嘴也可以将多相物质喷嘴和气化剂喷嘴分别设置，所述多相物质喷嘴是指具有至少一个多相物质通道和至少一个水冷却装置所构成的多通道喷嘴，所述气化剂喷嘴是指具有至少一个气化剂通道和至少一个水冷却装置所构成的多通道喷嘴，所述气化剂是指氧气或氧气和其他气体的混合物，所述水冷激装置是指至少有一个能够向气化室底部喷水的装置，所述点火装置是指目前所公知的各种可燃气体点火装置。