CN110229699A - 带有折流式双侧管屏辐射废锅的粉煤气化炉及气化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种带有折流式双侧管屏辐射废锅的粉煤气化炉及气化方法，属于煤气化技术领域，包括自上而下相互连接的燃烧室、辐射废锅室、冷渣室，所述燃烧室包括燃烧室壳体、燃烧室水冷壁；所述辐射废锅室包括辐射废锅室壳体、辐射废锅、合成气出口；所述辐射废锅采用折流式双侧管屏型式，包括第一膜式水冷壁和第二膜式水冷壁，所述第一膜式水冷壁内外两侧分别设有内侧管屏和外侧管屏；所述合成气出口位于辐射废锅室壳体的顶部；所述冷渣室位于辐射废锅室下方，所述冷渣室底部设有渣水出口。本发明的粉煤气化炉原料与气化剂的雾化效果好，反应更充分，辐射废锅的尺寸小，有利于合成气与固态灰渣的分离，并有效的避免了辐射废锅的结焦堵渣。
Description
技术领域
本发明涉及一种带有折流式双侧管屏辐射废锅的粉煤气化炉及气化方法，属于煤气化技术领域。
背景技术
粉煤气化技术根据烧嘴型式的不同，分为单烧嘴顶喷、多烧嘴顶喷、多烧嘴对置、多烧嘴旋流几种；根据热量回收方式的不同，分为冷却水全激冷方式、气体激冷方式、辐射废锅热量回收方式，或者以上方式的不同组合。从提高气化反应性能、提高热量回收效率的角度出发，采用多烧嘴旋流以及辐射废锅热量回收的气化炉，无疑具有明显的优势。
中国发明专利申请号201811375106.4，申请公开号CN109504446A，申请公开日2019-03-22的专利文件公开了一种气化炉。但该发明存在以下不足：在气化炉壳体的顶部中心位置设置一个主烧嘴，在顶部邻近主烧嘴处按一定夹角设置至少两个工艺烧嘴，粉煤原料和气化剂经多个烧嘴顶喷进入燃烧室，流场复杂易扰动，对每个烧嘴原料喷入量的均匀性有极高的要求，负荷稍有波动时极易造成流场破坏，影响气化效率，特别是将影响燃烧室水冷壁的挂渣效果，严重时将导致燃烧室水冷壁高温损坏；辐射废锅仅在第二水冷壁内侧(即合成气下行通道)设有水冷屏组，外侧(即合成气上行通道)未设置水冷屏组，换热面积小，回收同样的热量所需辐射废锅尺寸大，投资造价高；在同样的换热面积需求下，水冷屏组布置密集，易结焦堵渣。
发明内容
1.本发明要解决的技术问题
本发明公开一种带有折流式双侧管屏辐射废锅的气化炉及气化方法，以解决现有技术气化性能差、辐射废锅尺寸大、投资造价高、易结焦堵渣的问题。
2.技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：
一种带有折流式双侧管屏辐射废锅的粉煤气化炉，包括自上而下相互连接的燃烧室、辐射废锅室、冷渣室，所述燃烧室包括燃烧室壳体、燃烧室水冷壁，燃烧室中上部侧壁设有多个水平均布的烧嘴；所述辐射废锅室包括辐射废锅室壳体、辐射废锅、合成气出口；所述辐射废锅采用折流式双侧管屏型式，包括第一膜式水冷壁和第二膜式水冷壁，所述第一膜式水冷壁内外两侧分别设有内侧管屏和外侧管屏；所述第一膜式水冷壁内侧形成圆筒形的合成气下行通道，所述第一膜式水冷壁外侧和第二膜式水冷壁内侧之间形成圆环形的合成气上行通道；所述合成气出口位于辐射废锅室壳体的顶部；所述冷渣室位于辐射废锅室下方，所述冷渣室底部设有渣水出口。
进一步的技术方案，所述烧嘴的数量为3个，设置在距燃烧室顶部1/4-1/3高度处，所述烧嘴水平安装角度均同向偏离燃烧室径向，偏离角β在2°-6°。
进一步的技术方案，所述内侧管屏为沿所述第一膜式水冷壁内圆周均布的4-20组管屏，每组管屏由3-15根垂直管组成；所述外侧管屏为沿所述第一膜式水冷壁外按圆周均布的4-20组管屏，每组管屏由3-15根垂直管组成。
进一步的技术方案，所述圆筒形的合成气下行通道的出口与所述圆环形的合成气上行通道的入口相连，合成气在此处折流。
进一步的技术方案，所述第一膜式水冷壁与第二膜式水冷壁的圆筒直径比例在1：1.2-1:1.6。
一种带有折流式双侧管屏辐射废锅的粉煤气化炉的气化方法，包括以下步骤：
粉煤原料和气化剂经烧嘴喷射进入燃烧室，形成漩涡流流场，进行气化反应，燃烧室反应温度在1200-1700℃，反应压力在0-5MPa；
气化反应产生1200-1700℃高温合成气和液态熔渣，一部分液态熔渣附着在燃烧室水冷壁内侧形成保护渣层，避免燃烧室水冷壁受到高温侵蚀，一部分液态熔渣被合成气夹带向下进入辐射废锅室的圆筒形的合成气下行通道；
在下行通道内，合成气的热量被第一膜式水冷壁及其内侧的垂直管屏回收，副产5-10MPa高压蒸汽，合成气夹带的绝大部分液态熔渣被冷却固化，向下掉入冷渣室，合成气温度降低至900-1000℃，在下行通道的底部折流向上，进入圆环形的合成气上行通道；
在上行通道内，合成气的热量继续被第一膜式水冷壁及其外侧的垂直管屏、以及第二膜式水冷壁回收，副产5-10MPa高压蒸汽，合成气温度降低至600-800℃后，从合成气出口送出；
掉入冷渣室的固态灰渣被渣水进一步冷却，从渣水出口排出。
3.有益效果
本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有以下有益效果：
(1)本发明提供的一种带有折流式双侧管屏辐射废锅的粉煤气化炉及其气化方法，原料粉煤和气化剂经同向偏离布置的3个烧嘴喷射进入燃烧室，形成漩涡流流场，流场稳定性好，抗扰动性能佳，原料与气化剂的雾化效果好，反应更充分，提高了原料的碳转化率，提高了气化炉的气化性能；
(2)本发明提供的一种带有折流式双侧管屏辐射废锅的粉煤气化炉及其气化方法，辐射废锅第一膜式水冷壁内外双侧均设有垂直管屏，第一膜式水冷壁内外双侧均为受热面，强化了换热效率，在回收同样热量的情况下，所需辐射废锅的尺寸小，极大的降低了辐射废锅的投资造价；
(3)本发明提供的一种带有折流式双侧管屏辐射废锅的粉煤气化炉及其气化方法，合成气先进入圆筒形的下行通道，在下行通道底部折流后再进入圆环形的合成气上行通道，合成气夹带的液态灰渣在下行通道内被冷却固化后直接向下掉入冷渣室，有利于合成气与固态灰渣的分离；
(4)本发明提供的一种带有折流式双侧管屏辐射废锅的粉煤气化炉及其气化方法，第一膜式水冷壁的内外双侧均设置垂直管屏，在一定换热面积的需求下，管屏的布置相对稀疏，合成气流通通道大，有效的避免了辐射废锅的结焦堵渣。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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他的实施例。
图1为本发明的带有折流式双侧管屏辐射废锅的粉煤气化炉示意图；
图2为折流式双侧管屏辐射废锅剖视简图；
图3为烧嘴安装示意图；
图中：100、燃烧室；101、燃烧室壳体；102、燃烧室水冷壁；103、烧嘴；104、偏离角β；200、辐射废锅室；201、辐射废锅室壳体；202、第一膜式水冷壁；203、第二膜式水冷壁；204、内侧管屏；205、外侧管屏；206、合成气出口；207、合成气折流处；208、合成气下行通道；209、合成气上行通道；300、冷渣室；301、渣水出口。
具体实施方式
下面将结合本发明具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-图3所示，本实施例提供一种带有折流式双侧管屏辐射废锅的粉煤气化炉，包括自上而下相互连接的燃烧室100、辐射废锅室200、冷渣室300，燃烧室100包括燃烧室壳体101、燃烧室水冷壁102，燃烧室100中上部侧壁设有3个水平均布的烧嘴103；辐射废锅室200包括辐射废锅室壳体201、辐射废锅、合成气出口206；辐射废锅采用折流式双侧管屏型式，包括第一膜式水冷壁202和第二膜式水冷壁203，第一膜式水冷壁202内外两侧分别设有内侧管屏204和外侧管屏205；第一膜式水冷壁202内侧形成圆筒形的合成气下行通道208，第一膜式水冷壁202外侧和第二膜式水冷壁203内侧之间形成圆环形的合成气上行通道209；合成气出口206位于辐射废锅室壳体201的顶部；冷渣室300位于辐射废锅室200下方，冷渣室300底部设有渣水出口301。
本实施例中，烧嘴103数量为3个，设置在距燃烧室100顶部切线1/4高度处，烧嘴103水平安装角度均同向偏离燃烧室100径向，偏离角β104在4°。
内侧管屏204为沿第一膜式水冷壁202内圆周均布的6组管屏，管屏由6根垂直管组成；外侧管屏205为沿第一膜式水冷壁202外按圆周均布的12组管屏，每组管屏由4根垂直管组成。
圆筒形的合成气下行通道208的出口与圆环形的合成气上行通道209的入口相连，合成气在此处折流。
第一膜式水冷壁202与第二膜式水冷壁203的圆筒直径比例(d1:d2)在1：1.4。
本实施例带有折流式双侧管屏辐射废锅的粉煤气化炉的气化方法，包括下述步骤：
原料煤经研磨干燥后，制备为粒径小于100微米(质量占比＞90％)、水分含量在1-4％的粉煤颗粒，与气化剂(纯度99.6％的氧气)经3个烧嘴103喷射进入气化炉燃烧室100，在燃烧室100内形成漩涡流流场，进行气化反应，反应温度在1500℃，反应压力在4.0MPa。
气化反应产生1500℃高温合成气以及液态熔渣，一部分液态熔渣附着在燃烧室水冷壁102的内侧形成保护渣层，避免燃烧室水冷壁102受到高温侵蚀，一部分液态熔渣被合成气夹带向下进入辐射废锅室200的圆筒形的合成气下行通道208；
在下行通道208内，合成气的热量被第一膜式水冷壁202及其内侧的垂直管屏204回收，副产10MPa高压蒸汽，合成气夹带的绝大部分液态熔渣被冷却固化，向下掉入冷渣室300，合成气温度降低至900℃，在下行通道208的底部合成气折流处207折流向上，进入圆环形的合成气上行通道209；
在上行通道209内，合成气的热量继续被第一膜式水冷壁202及其外侧的垂直管屏205、以及第二膜式水冷壁203回收，副产10MPa高压蒸汽，合成气温度降低至650℃后，从合成气出口206送出；
掉入冷渣室300的固态灰渣被渣水进一步冷却，从渣水出口301排出。
本实施例原料煤收到基进料量为1000t/d，以下是本实施例采用的原料煤分析数据：
以下是本实施例从合成气出口206送出的合成气规格：
本实施例原料粉煤的碳转化率高，生产的合成气有效气含量高达85.35％mol，经后续工段进一步除尘、降温处理后，可在羰基合成、化肥、燃气制备等工厂应用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种带有折流式双侧管屏辐射废锅的粉煤气化炉，其特征在于：包括自上而下相互连接的燃烧室、辐射废锅室、冷渣室，所述燃烧室包括燃烧室壳体、燃烧室水冷壁，燃烧室中上部侧壁设有多个水平均布的烧嘴；所述辐射废锅室包括辐射废锅室壳体、辐射废锅、合成气出口；所述辐射废锅采用折流式双侧管屏型式，包括第一膜式水冷壁和第二膜式水冷壁，所述第一膜式水冷壁内外两侧分别设有内侧管屏和外侧管屏；所述第一膜式水冷壁内侧形成圆筒形的合成气下行通道，所述第一膜式水冷壁外侧和第二膜式水冷壁内侧之间形成圆环形的合成气上行通道；所述合成气出口位于所述辐射废锅室壳体的顶部；所述冷渣室位于辐射废锅室下方，所述冷渣室底部设有渣水出口。
2.根据权利要求1所述的一种带有折流式双侧管屏辐射废锅的粉煤气化炉，其特征在于：所述烧嘴的数量为3个，设置在距所述燃烧室顶部1/4-1/3高度处，所述烧嘴水平安装角度均同向偏离燃烧室径向，偏离角β在2°-6°。
3.根据权利要求1所述的一种带有折流式双侧管屏辐射废锅的粉煤气化炉，其特征在于：所述内侧管屏为沿所述第一膜式水冷壁内圆周均布的4-20组管屏，每组管屏由3-15根垂直管组成；所述外侧管屏为沿所述第一膜式水冷壁外按圆周均布的4-20组管屏，每组管屏由3-15根垂直管组成。
4.根据权利要求1所述的一种带有折流式双侧管屏辐射废锅的粉煤气化炉，其特征在于：所述圆筒形的合成气下行通道的出口与所述圆环形的合成气上行通道的入口相连，合成气在此处折流。
5.根据权利要求1所述的一种带有折流式双侧管屏辐射废锅的粉煤气化炉，其特征在于：所述第一膜式水冷壁与第二膜式水冷壁的圆筒直径比例在1：1.2-1:1.6。
6.一种带有折流式双侧管屏辐射废锅的粉煤气化炉的气化方法，其特征在于包括以下步骤：
粉煤原料和气化剂经烧嘴喷射进入燃烧室，形成漩涡流流场，进行气化反应，燃烧室反应温度在1200-1700℃，反应压力在0-5MPa；
气化反应产生1200-1700℃高温合成气和液态熔渣，一部分液态熔渣附着在燃烧室水冷壁内侧形成保护渣层，避免燃烧室水冷壁受到高温侵蚀，一部分液态熔渣被合成气夹带向下进入辐射废锅室的圆筒形的合成气下行通道；
在下行通道内，合成气的热量被第一膜式水冷壁及其内侧的垂直管屏回收，副产5-10MPa高压蒸汽，合成气夹带的绝大部分液态熔渣被冷却固化，向下掉入冷渣室，合成气温度降低至900-1000℃，在下行通道的底部折流向上，进入圆环形的合成气上行通道；
在上行通道内，合成气的热量继续被第一膜式水冷壁及其外侧的垂直管屏、以及第二膜式水冷壁回收，副产5-10MPa高压蒸汽，合成气温度降低至600-800℃后，从合成气出口送出；
掉入冷渣室的固态灰渣被渣水进一步冷却，从渣水出口排出。
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