CN109504452A - 高温合成气全热回收的煤气化系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了高温合成气全热回收的煤气化系统，包括：带辐射废锅的气化炉、旋风分离器和对流废锅，气化炉包括：壳体、气化室、气化室水冷壁、辐射废锅和烧嘴，壳体包括：气化炉上壳体和辐射废锅壳体，气化室水冷壁设在气化炉上壳体内，烧嘴设在气化炉上壳体的顶部；辐射废锅包括：第一水冷壁、水冷屏组和第二水冷壁，第一水冷壁形成合成气下行通道，水冷屏组包括多个长水冷屏和多个短水冷屏且设置在合成气下行通道内，第二水冷壁设在第一水冷壁外且与第一水冷壁之间形成合成气上行通道；排渣池与辐射废锅下端相连；旋风分离器和对流废锅依次与辐射废锅的粗合成气出口相连。利用该煤气化系统可以在提高换热面积的同时有效避免气渣通道堵塞。
Description
技术领域
本发明属于气化炉领域，具体而言，本发明涉及高温合成气全热回收煤气化系统。
背景技术
目前煤气化回收高温煤气显热工艺方案主要包括：激冷流程和废锅流程。其中激冷工艺最为常用，可以将气化室出来的高温煤气从1300摄氏度左右激冷到200摄氏度左右，设备结构简单，投资省，但是能量回收效率低。废热锅炉可以将高温煤气从1300摄氏度冷却至700摄氏度左右，其中部分高温显热得以回收，但是仍有能量损失，同时所得换热后的合成气中携带粉尘导致其品质较低。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种高温合成气全热回收煤气化系统，采用该高温合成气全热回收煤气化系统可以在提高换热面积的同时避免气渣通道堵塞，并且所得合成气具有较高的品质。
在本发明的一个方面，本发明提出了高温合成气全热回收的煤气化系统。根据本发明的实施例，所述高温合成气全热回收煤气化系统包括：
气化炉，所述气化炉包括：
壳体，所述壳体包括气化炉上壳体和辐射废锅壳体，所述气化炉上壳体内且限定出气化室，所述气化炉上壳体的底部收缩形成出渣口，所述辐射废锅壳体的顶部与所述气化炉上壳体的底部连接，所述辐射废锅壳体的上部具有粗合成气出口；
气化炉水冷壁，所述气化炉水冷壁设在所述气化室内；
烧嘴，所述烧嘴设在所述气化炉上壳体的顶部，且适于向所述气化室内供给粉煤、氧气和蒸汽；
第一水冷壁，所述第一水冷壁设置在所述辐射废锅壳体内，所述第一水冷壁形成合成气下行通道；
水冷屏组，所述水冷屏组包括多个长水冷屏和多个短水冷屏，所述多个长水冷屏和所述多个短水冷屏设置在所述合成气下行通道内且沿周向分布，每个所述长水冷屏和每个所述短水冷屏均由所述第一水冷壁向所述合成气下行通道的中心轴方向延伸；
第二水冷壁，所述第二水冷壁设在所述第一水冷壁外，且所述第二水冷壁与所述第一水冷壁之间形成有连通所述合成气下行通道与所述粗合成气出口的合成气上行通道；
其中，所述第一水冷壁的下集箱、每个所述水冷屏的下集箱和所述第二水冷壁的下集箱相连并与穿过所述辐射废锅壳体下部的冷却水进水管相连通；
所述第一水冷壁的上集箱、每个所述水冷屏的上集箱和所述第二水冷壁的上集箱相连并与穿过所述辐射废锅壳体上部的冷却水出水管相连通，
排渣池，所述排渣池设置在所述辐射废锅壳体的下方且与所述辐射废锅壳体的底端相连，所述排渣池的底部具有排渣口；
旋风分离器，所述旋风分离器内设有第三水冷壁，并且所述旋风分离器具有粗合成气进口、除尘后合成气出口和排灰口，所述粗合成气进口与所述粗合成气出口相连；
对流废锅，所述对流废锅内设有水冷管，并且所述对流废锅具有除尘后合成气进口、合成气出口和出灰口，所述除尘后合成气进口与所述除尘后合成气出口相连。
根据本发明实施例的高温合成气全热回收煤气化系统，辐射废锅内具有由第一水冷壁和第二水冷壁组成的双筒式水冷壁，并在第一水冷壁内设置多个长水冷屏和多个短水冷屏，使合成气首先进入合成气下行通道内与第一水冷壁和水冷屏组换热，之后再进入合成气上升通道内与第一水冷壁和第二水冷壁换热，最后排出。显然，本发明通过在第一水冷壁内设置多个长水冷屏和多个短水冷屏较普通水冷屏的设置显有效地避免了辐射废锅堵渣问题，而且设置了第二水冷壁，进一步增加了换热面积，还有效延长了合成气换热通道，使合成气与第一水冷壁进行了二次换热，显热回收更彻底。进一步地，辐射废锅依次连接旋风分离器，对流废锅连接旋风分离器，且设置在旋风分离器上，进而使得从辐射废锅内排出的粗合成气供给至具有水冷壁旋风分离器中进行旋风分离处理，使得粗合成气所携带的飞灰被分离，并且减小了灰颗粒对后续对流废锅的磨损，同时旋风分离器内的水冷壁可以进一步对合成气进行换热，最后除尘后的合成气再供给对流废锅中，对合成气进一步热回收。由此，采用本申请的一种回收高温合成气热量的气化系统可以提高粗合成气显热回收效率，避免辐射废锅堵渣问题。
另外，根据本发明上述实施例的高温合成气全热回收煤气化系统还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述多个长水冷屏和所述多个短水冷屏沿周向上交叉间隔分布。
在本发明的一些实施例中，每相邻两个所述长水冷屏之间布置1-2个所述短水冷屏。
在本发明的一些实施例中，每相邻所述长水冷屏和所述短水冷屏之间或者每相邻的两个所述短冷水屏之间的夹角为15-45度。
在本发明的一些实施例中，所述长水冷屏和所述短水冷屏的总个数为8-24个。
在本发明的一些实施例中，每个所述长水冷屏具有6-15根水冷管。
在本发明的一些实施例中，每个所述短水冷屏具有3-6根水冷管。
在本发明的一些实施例中，所述长水冷屏与所述第一水冷壁通过鳍片相连，所述长水冷屏的宽度为所述合成气下行通道半径的1/11-1/4。
在本发明的一些实施例中，所述短水冷屏与所述第一水冷壁通过鳍片相连，所述短水冷屏的宽度为所述合成气下行通道半径的2/35-1/9。
在本发明的一些实施例中，所述第二水冷壁与所述第一水冷壁之间的距离为辐射废锅圆筒半径的1/12-1/8。
在本发明的一些实施例中，所述粗合成气进口与所述粗合成气出口通过第一管道式水冷连接管相连。由此，可以进一步提高该高温合成气全热回收煤气化系统的显热回收效率。
在本发明的一些实施例中，所述除尘后合成气进口与所述除尘后合成气出口通过第二管道式水冷连接管相连。由此，可以进一步提高该系统的显热回收效率。
在本发明的一些实施例中，所述对流废锅内设置的水冷管为蛇形水冷管。由此，可以进一步提高该系统的显热回收效率。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例的高温合成气全热回收的煤气化系统的结构示意图；
图2是根据本发明一个实施例的高温合成气全热回收的煤气化系统的辐射废锅的水平截面俯视图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
根据本发明的一个实施例的，参考图1，气化炉1000包括：壳体100、气化炉水冷壁200、烧嘴300、第一水冷壁400、水冷屏组500、第二水冷壁600和排渣池700。
具体地，壳体100包括气化炉上壳体110和辐射废锅壳体120，所述气化炉上壳体110内且限定出气化室111，所述气化炉上壳体110的底部收缩形成出渣口112，所述辐射废锅壳体120的顶部与所述气化炉上壳体110的底部连接，所述辐射废锅壳体120的上部具有粗合成气出口121；气化炉水冷壁200设在所述气化室111内；烧嘴300设在气化炉上壳体110的顶部，且适于通过烧嘴向气化室111内供给粉煤、氧气和蒸汽。使得粉煤能够充分燃烧气化得到高温合成气。具体的，气化炉水冷壁200与气化炉上壳体110之间存在距离，从而可以避免壳体被气化室的高温辐射损坏，同时在为了提高气化室内气化效率的前提下可以适当提高气化室内的温度，进而在保证气化炉使用寿命的同时提高气化炉的气化效率。
根据本发明的再一个实施例，参考图1，辐射废锅包括辐射废锅壳体120、第一水冷壁400、水冷屏组500和第二水冷壁600。
其中，辐射废锅壳体120的顶部与气化炉上壳体110相连，辐射废锅壳体120的上部具有粗合成气出口121；第一水冷壁400，第一水冷壁400设置在辐射废锅壳体120内，第一水冷壁400形成合成气下行通道410；水冷屏组500包括多个长水冷屏510和多个短水冷屏520，多个长水冷屏510和多个短水冷屏520设置在合成气下行通道410内且沿周向分布，每个长水冷屏510和每个短水冷屏520均由第一水冷壁400向合成气下行通道410的中心轴方向延伸；第二水冷壁600设在第一水冷壁400外，且第二水冷壁600与第一水冷壁400之间形成有连通合成气下行通道410与粗合成气出口121的合成气上行通道610；
其中，第一水冷壁400的下集箱、每个水冷屏500的下集箱和第二水冷壁600的下集箱相连并与穿过壳体100下部的冷却水进水管相连通；第一水冷壁400的上集箱、每个水冷屏500的上集箱和第二水冷壁600的上集箱相连并与穿过壳体100上部的冷却水出水管相连通。
由此，辐射废锅内具有由第一水冷壁400和第二水冷壁600组成的双筒式水冷壁，并在第一水冷壁400内设置多个长水冷屏510和多个短水冷屏520，使得合成气首先进入合成气下行通道410内与第一水冷壁400和水冷屏组500换热，之后再进入合成气上升通道610内与第一水冷壁400和第二水冷壁600换热，最后排出。
因此，本发明通过在第一水冷壁400内设置多个长水冷屏510和多个短水冷屏520较普通水冷屏的设置显著提高了换热面积，而且设置了第二水冷壁600，不仅进一步增加了换热面积，还有效延长了合成气换热通道，使得合成气与第一水冷壁400进行了二次换热，显热回收更彻底。因此，本发明实施例的高温合成气全热回收煤气化系统还具有换热面积更，显热回收效率高的优点。
根据本发明的具体实施例，多个长水冷屏510和多个短水冷屏520沿周向上交叉间隔分布。由此可以进一步提高换热面积。
具体地，可以利用短水冷屏520将两个或者多个长水冷屏510间隔开，进而可以避免多个长水冷屏510排布紧密，容易造成积灰结渣、堵塞辐射废锅通道，影响设备运行。另外，还可以利用短水冷屏520填补两个或者多个长水冷屏510之间空隙，进而在有效提高换热面积的同时还不会对中间通道造成堵塞。
根据本发明的具体实施例，优选地，每相邻两个长水冷屏510之间布置1-2个短水冷屏520。采取这种水冷屏设置方式，可以在增大辐射废锅换热面积的同时，有效的避免辐射废锅内部积灰堵渣现象，在设备正常开车的情况下，最大限度地提升系统的换热效率。
根据本发明的具体实施例，优选地，如图2所示，每相邻两个长水冷屏510之间布置1个短水冷屏520。并且多个长水冷屏510和多个短水冷屏520之间可以沿周向上均匀分布，进而可以提高换热均匀性和辐射废锅的结构稳定性。
根据本发明的具体实施例，长水冷屏510和短水冷屏520的总个数为8-24个。具体可以根据第一水冷壁内空间大小适当增减。但是长水冷屏510和短水冷屏520的总个数不宜过多或者过少，如果过少会浪费空间降低换热面积，进而显热回收效率低；如果过多则会使成合成气下行通道410过于狭窄，进而可能会造成熔渣堵塞和挂壁，严重影响设备运行。
根据本发明的具体实施例，发明人为了避免第一水冷壁内空间大小对长水冷屏和短水冷屏个数的设置影响。发明人发现，如图2所示，将每相邻的长水冷屏510和短水冷屏520之间或者每相邻的两个短冷水屏之间的夹角α为15-45度，进而可以更加方便确定水冷屏组中水冷屏的总个数设置。尤其可以有效保持水冷屏组中长水冷屏510和短水冷屏520的分布密度，使得水冷屏组500达到最大换热面积和最佳换热效果。另外，发明人还发现，使得每相邻两个第一水冷屏之间的夹角为15-45度还可以避免熔渣堵塞和挂壁，进而提高换热效率，节省成本。
根据本发明的具体实施例，每个长水冷屏510具有6-15根水冷管。由此可以有效提高换热面积。并且长水冷屏510的水管个数还可以根据长水冷屏510由第一水冷壁向中心方向延伸的宽度不造成熔渣堵塞、挂壁和具有一定操作空间为准。
具体地，如图2所示，长水冷屏510与第一水冷壁通过鳍片相连，长水冷屏510的宽度L1为合成气下行通道半径R的1/11-1/4。由此可以在保证最大换热面积的同时，不会造成积灰结渣、堵塞合成气下行通道410。
根据本发明的具体实施例，每个短水冷屏520具有3-6根水冷管。由此可以有效弥补两个长水冷屏510之间空隙，进而最大限度地提高换热面积。并且短水冷屏520的水管根数还可以根据短水冷屏520由第一水冷壁向中心方向延伸的宽度不造成熔渣堵塞、挂壁和具有一定操作空间为准。
具体地，如图2所示，短水冷屏520与第一水冷壁通过鳍片相连，短水冷屏520的宽度L2为合成气下行通道半径R的2/35-1/9。由此可以在保证最大换热面积的同时，不会造成熔渣堵塞和挂壁。
根据本发明的具体实施例，如图2所示，合成气上行通道610的宽度由第一水冷壁400与第二水冷壁600之间的距离H决定。根据本发明的具体示例，第一水冷壁400与第二水冷壁之间的距离H可以为辐射废锅圆筒半径的1/12-1/8，具体地，辐射废锅圆筒半径可以为辐射废锅壳体120的内半径。由此可以保证合成气的顺利排出，若合成气上行通道610的宽度过小，则合成气不能够顺利排出，若过大则合成气下降通道水冷屏管数将减少，影响换热效率，且合成气下降通道容易结渣。
由此，根据本发明上述实施例的高温合成气全热回收煤气化系统，首先合成气由合成气下行通道410通过与多个长水冷屏510、多个短水冷屏520和第一水冷壁400进行换热，然后进入合成气上行通道610内再次与第一水冷壁400和第二水冷壁600进行换热。因此，本发明在第一水冷壁400内设置多个长水冷屏510和多个短水冷屏520较普通水冷屏的设置显著提高了换热面积，而且设置了第二水冷壁，不仅进一步增加了换热面积，还有效延长了合成气换热通道，使得合成气与第一水冷壁400进行了二次换热，显热回收更彻底。因此，本发明实施例的高温合成气全热回收煤气化系统具有更大的换热面积，显热回收效率得到了显著提高。
根据本发明的又一个实施例，参考图1，排渣池700设置在辐射废锅壳体120的下方且与辐射废锅壳体120的底端相连，排渣池700的底部具有排渣口710。
根据本发明的又一个实施例，参考图1，旋风分离器2000内设有第三水冷壁2100，并且旋风分离器2000具有粗合成气进口2200、除尘后气出口2300和排灰口2400，粗合成气进口2200与粗合成气出口121相连，且适于将经排渣池排出的粗合成气进行旋风分离。发明人发现，通过在旋风分离器中布置第三水冷壁不仅可以提高合成气的显热回收效率，而且可以提高旋风分离器的使用寿命，同时经旋风分离器处理后，粗合成气所携带的飞灰被分离，减小了灰颗粒对后续对流废锅的磨损，并且提高了合成气的品质。根据本发明的一个具体实施例，参考图1，粗合成气进口2200与粗合成气出口121通过第一管道式水冷连接管2500相连。由此，在避免合成气显热损失的同时进一步提高合成气显热回收效率。
根据本发明的又一个实施例，参考图1，对流废锅3000内设有水冷管3100，并且对流废锅3000具有除尘后气进口3200、合成气出口3300和出灰口3400，除尘后气进口3200与除尘后气出口2300相连，且适于对经旋风分离器除尘换热后的合成气进一步换热，实现合成气显热的充分回收，得到符合温度要求的合成气。根据本发明的一个具体实施例，除尘后气进口3200与除尘后气出口2300通过第二管道式水冷连接管3500相连。由此，在进一步避免合成气显热损失的同时实现合成气显热的充分回收。具体的，对流废锅内设置的水冷管为蛇形水冷管。
根据本发明实施例的高温合成气全热回收的煤气化系统通过在气化室下方设置辐射废锅，使得气化室得到的高温合成气直接进入辐射废锅内，并且在辐射废锅内水冷壁限定的气渣通道内设置由多个水冷屏组成的水冷屏组，较现有的普通水冷屏的设置显著提高了换热面积，并且不易导致气渣通道的堵塞，同时将经排渣池侧壁得到的粗合成气供给至具有水冷壁旋风分离器中进行旋风分离处理，使得粗合成气所携带的飞灰被分离，并且减小了灰颗粒对后续对流废锅的磨损，同时旋风分离器内的水冷壁可以进一步对合成气进行换热，最后除尘后的合成气再供给对流废锅中进行热回收
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种高温合成气全热回收的煤气化系统，其特征在于，包括：
气化炉，所述气化炉包括：
壳体，所述壳体包括气化炉上壳体和辐射废锅壳体，所述气化炉上壳体内且限定出气化室，所述气化炉上壳体的底部收缩形成出渣口，所述辐射废锅壳体的顶部与所述气化炉上壳体的底部连接，所述辐射废锅壳体的上部具有粗合成气出口；
气化炉水冷壁，所述气化炉水冷壁设在所述气化室内；
烧嘴，所述烧嘴设在所述气化炉上壳体的顶部，且适于向所述气化室内供给粉煤、氧气和蒸汽；
第一水冷壁，所述第一水冷壁设置在所述辐射废锅壳体内，所述第一水冷壁形成合成气下行通道；
水冷屏组，所述水冷屏组包括多个长水冷屏和多个短水冷屏，所述多个长水冷屏和所述多个短水冷屏设置在所述合成气下行通道内且沿周向分布，每个所述长水冷屏和每个所述短水冷屏均由所述第一水冷壁向所述合成气下行通道的中心轴方向延伸；
第二水冷壁，所述第二水冷壁设在所述第一水冷壁外，且所述第二水冷壁与所述第一水冷壁之间形成有连通所述合成气下行通道与所述粗合成气出口的合成气上行通道；
其中，所述第一水冷壁的下集箱、每个所述水冷屏的下集箱和所述第二水冷壁的下集箱相连并与穿过所述辐射废锅壳体下部的冷却水进水管相连通；
所述第一水冷壁的上集箱、每个所述水冷屏的上集箱和所述第二水冷壁的上集箱相连并与穿过所述辐射废锅壳体上部的冷却水出水管相连通，
排渣池，所述排渣池设置在所述辐射废锅壳体的下方且与所述辐射废锅壳体的底端相连，所述排渣池的底部具有排渣口；
旋风分离器，所述旋风分离器内设有第三水冷壁，并且所述旋风分离器具有粗合成气进口、除尘后合成气出口和排灰口，所述粗合成气进口与所述粗合成气出口相连；
对流废锅，所述对流废锅内设有水冷管，并且所述对流废锅具有除尘后合成气进口、合成气出口和出灰口，所述除尘后合成气进口与所述除尘后合成气出口相连。
2.根据权利要求1所述的煤气化系统，其特征在于，所述多个长水冷屏和所述多个短水冷屏沿周向上交叉间隔分布。
3.根据权利要求2所述的煤气化系统，其特征在于，每相邻两个所述长水冷屏之间布置1-2个所述短水冷屏。
4.根据权利要求3所述的煤气化系统，其特征在于，每相邻所述长水冷屏和所述短水冷屏之间或者每相邻的两个所述短冷水屏之间的夹角为15-45度。
5.根据权利要求4所述的煤气化系统，其特征在于，所述长水冷屏和所述短水冷屏的总个数为8-24个。
6.根据权利要求5所述的煤气化系统，其特征在于，每个所述长水冷屏具有6-15根水冷管，
任选地，每个所述短水冷屏具有3-6根水冷管。
7.根据权利要求6所述的煤气化系统，其特征在于，所述长水冷屏与所述第一水冷壁通过鳍片相连，所述长水冷屏的宽度为所述合成气下行通道半径的1/11-1/4。
8.根据权利要求7所述的煤气化系统，其特征在于，所述短水冷屏与所述第一水冷壁通过鳍片相连，所述短水冷屏的宽度为所述合成气下行通道半径的2/35-1/9。
9.根据权利要求8所述的煤气化系统，其特征在于，所述第二水冷壁与所述第一水冷壁之间的距离为辐射废锅圆筒半径的1/12-1/8。
10.根据权利要求1-9任一项所述的煤气化系统，其特征在于，所述粗合成气进口与所述粗合成气出口通过第一管道式水冷连接管相连，
任选地，所述除尘后气进口与所述除尘后气出口通过第二管道式水冷连接管相连，
任选地，所述对流废锅内设置的水冷管为蛇形水冷管。
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