CN111073705A - 水冷壁浆态进料气化炉 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种水冷壁浆态进料气化炉，将气化原料(煤炭、石油焦、半焦、含碳固体废弃物等)与水(原水、中水或有机废水等)制成浆料后与氧气通过多支水平布置的工艺烧嘴送入气化炉产生合成气。采用多烧嘴水平对置进料，反应区扰动强烈，气化原料转化率、捕渣率高；多种原料混合制浆，可以实现含碳固废、有机废液的处置与资源化利用；气化炉反应室采用水冷壁结构，打破了浆料气化炉对气化原料灰熔点的限制；气化炉壳体外设置水冷套冷却，避免了受压壳体超温；冷却室采取喷淋降温，简化了结构，使气化炉运行更安全。与同类装置相比，本发明工艺气化效率高，原料适应性强，工艺可靠性更高，同时可以实现固废和废液的处理。

Description

水冷壁浆态进料气化炉
技术领域
本发明属于能源化工技术领域，具体涉及一种水冷壁浆态进料气化炉。
背景技术
我国能源禀赋为“富煤、缺油、少气”。煤气化技术是煤制清洁原料、煤化工、IGCC发电等能源和化工领域的龙头技术。以煤气化为基础，不仅可以制取汽柴油、甲烷、甲醇、乙醇等燃料，还可以作为原料替代以石油、天然气为原料的化工生产需求。因而，开发清洁、高效、安全、可靠的煤气化技术是减少对油气资源的依赖有效途径。
水煤浆气化技术是目前相对较成熟的气化技术，在实际生产运行中应用较多。水煤浆气化炉一般是耐火砖热壁炉，耐火砖外的金属壳体作为承压部件。受耐火砖耐温性能的限制，一般不能采用灰熔点大于1400℃的煤种作为气化原料。同时，随着熔渣对耐火砖的侵蚀，耐火砖寿命一般仅一年至两年即需更换，不仅价格昂贵，局部严重侵蚀还可能使高温气体与气化炉壳体接触，造成压力容器壁面超温而引起事故。以德士古气化炉为例，该气化炉采用单烧嘴顶部雾化进料的方式，气化炉内采用耐火砖，煤浆进入气化炉反应区后温度场梯度大，造成残炭高，一般采用低灰熔点煤，约一年更换炉砖。使用过程中频繁更换烧嘴和炉砖而需启用备炉。另外激冷环和下降筒在使用过程中也存在很多问题，严重影响了装置的长周期稳定运行。
此外，目前的工业废水种类繁多，成分复杂，难以降解，其中含有随水流失的工业生产用料、中间产物、副产品以及生产过程中产生的污染物难以回收。工业固废如煤泥、焦炭、半焦、石油焦、煤矸石、垃圾、污泥、粉煤灰等，也存在处理难，污染大的问题。尤其像煤矿和焦化厂产生的这些废固无法及时处理，造成大面积的堆积，易产生扬尘和污染。针对这些废固和废水现有的处理工艺都存在流程长，能耗高投资大的难题。工程上现有的一些装置在处理废固和废水方面都是单一处理，要么只处理废固，要么只处理废水，而且在运行过程中或多或少都出现一些问题。
基于以上存在的问题，亟需提供一种新的浆料加压气化装置，既能处理废固废水，又可以克服耐火砖腐蚀的问题，同时还能有效提高碳转化率和捕渣率，提高气化运行的安全性和可靠性，同时解决气化炉壳体和激冷环下降管超温烧坏的问题。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种水冷壁浆态进料气化炉，解决现有技术中存在的上述技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种水冷壁浆态进料气化炉，包括气化炉壳体，其特征在于：所述气化炉壳体内由上至下设有气化反应室、冷却室以及渣池，其中：
所述气化炉壳体的顶部设有向下插入气化反应室的点火开工烧嘴，所述气化反应室上部由周侧水平向内插入有多个对置的浆料烧嘴；
在气化炉壳体与所述气化反应室之间设有水冷壁；
所述气化反应室的底部开口与激冷套筒相连通，所述激冷套筒布置在气化炉壳体内侧，其上部构成所述冷却室，下部与所述渣池相接；
在所述激冷套筒与气化炉壳体之间的夹层中填充有冷却水，夹层还连接有激冷水进水口与激冷水出水口。
所述的水冷壁浆态进料气化炉，其中：所述水冷壁采用盘管或列管结构，设置有水冷壁进水口与水冷壁出水口。
所述的水冷壁浆态进料气化炉，其中：水冷壁内壁敷耐火材料。
所述的水冷壁浆态进料气化炉，其中：在所述水冷壁与所述激冷套筒相接位置设有分程隔板，所述分程隔板外侧焊接固定于所述气化炉壳体的内壁，内侧的上、下表面分别与所述水冷壁以及激冷套筒连接密封，用于承受所述水冷壁以及激冷套筒的重量。
所述的水冷壁浆态进料气化炉，其中：所述激冷套筒的顶部开口处设有多台减温喷嘴，所述减温喷嘴与布置在气化炉壳体外的减温水接口相接，能够将输送进来的减温水雾化喷出。
所述的水冷壁浆态进料气化炉，其中：减温水经所述减温喷嘴雾化后的液滴粒径小于800微米。
所述的水冷壁浆态进料气化炉，其中：所述渣池底部设有排渣口，渣池的一侧设有溢出口。
所述的水冷壁浆态进料气化炉，其中：在所述冷却室的一侧设有合成气出口。
所述的水冷壁浆态进料气化炉，其中：所述夹层上部与所述分程隔板相接，下部低于所述渣池的最低水位线。
所述的水冷壁浆态进料气化炉，其中：在所述夹层中布置有导流通道，导流通道的一端连接所述激冷水进水口，另一端连接所述激冷水出水口，使冷却水能够流经激冷套筒的全部表面。
本发明的优点是提供一种水冷壁浆态进料气化炉，将气化原料(煤炭、石油焦、半焦、含碳固体废弃物等)与水(原水、中水或有机废水等)制成浆料后与氧气通过多支水平布置的工艺烧嘴送入气化炉产生合成气，采用多烧嘴水平对置进料，反应区扰动强烈，气化原料转化率、捕渣率高；多种原料混合制浆，可以实现含碳固废、有机废液的处置与资源化利用；气化炉反应室采用水冷壁结构，打破了浆料气化炉对气化原料灰熔点的限制；气化炉壳体外设置水冷套冷却，避免了受压壳体超温；冷却室采取喷淋降温，简化了结构，使气化炉运行更安全可靠。与同类装置相比，本发明工艺气化效率高，原料适应性强，工艺可靠性更高，同时可以实现固废和废液的处理。
附图说明
图1是本发明的结构原理图。
附图标记说明：气化炉壳体1；水冷壁2；分程隔板3；激冷套筒4；点火开工烧嘴5；浆料烧嘴6；减温水接口7；减温喷嘴8；溢出口9；合成气出口10；激冷水进水口11；激冷水出水口12；排渣口13；水冷壁进水口14；水冷壁出水口15；换热器16；气化反应室I；冷却室II；渣池III。
具体实施方式
以下将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按真实比例绘制的。
如图1所示，本发明提供一种水冷壁浆态进料气化炉，包括气化炉壳体1，其作为压力容器能够承受气化压力，运行压力可达0.5～5MPa，反应温度为1200℃～1800℃，所述气化炉壳体1内由上至下设有气化反应室I、冷却室II以及渣池III，渣池III中蓄有池水，采用液体排渣方式，其中：
所述气化炉壳体1的顶部设有向下插入气化反应室I的点火开工烧嘴5(点火开工烧嘴5设有多层通道和水冷保护装置)，所述气化反应室I上部由周侧水平向内插入有多个对置的浆料烧嘴6，燃料与氧气从点火开工烧嘴5进入气化反应室I，而由气化原料(煤炭、石油焦、半焦、含碳固体废弃物等)与水(原水、中水或有机废水等)制成的浆料和氧气从浆料烧嘴6进入气化反应室I，由点火开工烧嘴5点火启动燃烧反应，将浆料转化为气化原料然后供应至下方的冷却室II；
为了避免气化反应室I内的高温反应室气化炉壳体1受损，在气化炉壳体1内侧设有水冷壁2，水冷壁2内部构成所述气化反应室I，所述水冷壁2可采用盘管或列管结构，水冷壁2的顶部和底部为敞口，水冷壁2还设置有水冷壁进水口14与水冷壁出水口15，水冷壁2内壁敷耐火材料，以增强隔热效果；
所述水冷壁2的底部开口与一激冷套筒4的顶部开口相连通，所述激冷套筒4布置在气化炉壳体1内侧，其上部构成所述冷却室II，下部与所述渣池III相接；在所述水冷壁2与所述激冷套筒4相接位置设有分程隔板3，所述分程隔板3外侧焊接固定于所述气化炉壳体1的内壁，内侧的上、下表面分别与所述水冷壁2以及激冷套筒4连接密封，用于承受所述水冷壁2以及激冷套筒4的重量；
在所述激冷套筒4为圆筒体中空结构，其顶部开口处设有多台减温喷嘴8，所述减温喷嘴8与布置在气化炉壳体1外的减温水接口7相接，能够将输送进来的减温水雾化喷出，与进入激冷套筒4内的气化原料接触后，降温形成合成气；其中，所述减温喷嘴8采用机械雾化结构，可以采用单相雾化原料，也可以是多相(气相与液相)雾化原料，减温水经减温喷嘴8雾化后，最大液滴粒径小于800微米；为确保高温合成气充分冷却，所述多台减温喷嘴8应当结合流体力学及蒸发换热特征布置，使冷却室II的横截面完全分布减温水；
所述减温喷嘴8喷出的减温水在激冷套筒4的下部积存，成为所述渣池III的池水的一部分，渣池III底部设有排渣口13，渣池III的一侧设有溢出口9，用于控制渣池III的水量；
在所述冷却室II的一侧设有合成气出口10，所述冷却室II中形成的合成气由所述合成气出口10送出气化炉，冷却室II中形成的渣落入渣池III，被池水萃冷，最终经过排渣口13排出气化炉外；
为了防止冷却室II的高温导致气化炉壳体1受损，在所述激冷套筒4与气化炉壳体1之间的夹层中填充有冷却水，所述夹层上部与所述分程隔板3相接，下部低于所述渣池III的最低水位线，在夹层中布置有导流通道(未予图示)，导流通道的一端连接激冷水进水口11，另一端连接激冷水出水口12，冷却水由激冷水进水口11进入夹层，经由导流通道的导引，流经激冷套筒4的全部表面而不出现流动死区，再由激冷水出水口12流出，能够将激冷套筒4向外传递的热量带走，保护气化炉壳体1。
本发明的优点是提供一种水冷壁浆态进料气化炉，将气化原料(煤炭、石油焦、半焦、含碳固体废弃物等)与水(原水、中水或有机废水等)制成浆料后与氧气通过多支水平布置的工艺烧嘴送入气化炉产生合成气，采用多烧嘴水平对置进料，反应区扰动强烈，气化原料转化率、捕渣率高；多种原料混合制浆，可以实现含碳固废、有机废液的处置与资源化利用；气化炉反应室采用水冷壁结构，打破了浆料气化炉对气化原料灰熔点的限制；气化炉壳体外设置水冷套冷却，避免了受压壳体超温；冷却室采取喷淋降温，简化了结构，使气化炉运行更安全可靠。与同类装置相比，本发明工艺气化效率高，原料适应性强，工艺可靠性更高，同时可以实现固废和废液的处理。
以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水冷壁浆态进料气化炉，包括气化炉壳体，其特征在于：所述气化炉壳体内由上至下设有气化反应室、冷却室以及渣池，其中：
所述气化炉壳体的顶部设有向下插入气化反应室的点火开工烧嘴，所述气化反应室上部由周侧水平向内插入有多个对置的浆料烧嘴；
在气化炉壳体与所述气化反应室之间设有水冷壁；
所述气化反应室的底部开口与激冷套筒相连通，所述激冷套筒布置在气化炉壳体内侧，其上部构成所述冷却室，下部与所述渣池相接；
在所述激冷套筒与气化炉壳体之间的夹层中填充有冷却水，夹层还连接有激冷水进水口与激冷水出水口。
2.根据权利要求1所述的水冷壁浆态进料气化炉，其特征在于：所述水冷壁采用盘管或列管结构，设置有水冷壁进水口与水冷壁出水口。
3.根据权利要求1所述的水冷壁浆态进料气化炉，其特征在于：水冷壁内壁敷耐火材料。
4.根据权利要求1所述的水冷壁浆态进料气化炉，其特征在于：在所述水冷壁与所述激冷套筒相接位置设有分程隔板，所述分程隔板外侧焊接固定于所述气化炉壳体的内壁，内侧的上、下表面分别与所述水冷壁以及激冷套筒连接密封，用于承受所述水冷壁以及激冷套筒的重量。
5.根据权利要求1所述的水冷壁浆态进料气化炉，其特征在于：所述激冷套筒的顶部开口处设有多台减温喷嘴，所述减温喷嘴与布置在气化炉壳体外的减温水接口相接，能够将输送进来的减温水雾化喷出。
6.根据权利要求5所述的水冷壁浆态进料气化炉，其特征在于：减温水经所述减温喷嘴雾化后的液滴粒径小于800微米。
7.根据权利要求1所述的水冷壁浆态进料气化炉，其特征在于：所述渣池底部设有排渣口，渣池的一侧设有溢出口。
8.根据权利要求1所述的水冷壁浆态进料气化炉，其特征在于：在所述冷却室的一侧设有合成气出口。
9.根据权利要求4所述的水冷壁浆态进料气化炉，其特征在于：所述夹层上部与所述分程隔板相接，下部低于所述渣池的最低水位线。
10.根据权利要求1所述的水冷壁浆态进料气化炉，其特征在于：在所述夹层中布置有导流通道，导流通道的一端连接所述激冷水进水口，另一端连接所述激冷水出水口，使冷却水能够流经激冷套筒的全部表面。
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