CN111849558A - 一种用于煤气化除渣系统的喷淋装置及其应用方法 - Google Patents

一种用于煤气化除渣系统的喷淋装置及其应用方法 Download PDF

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Abstract

一种用于煤气化除渣系统的喷淋装置及其应用方法，本发明涉及一种用于煤气化除渣系统的喷淋装置，它要解决现有带余热锅炉流程的气化炉运行时熔渣落入渣水中形成水蒸气，水蒸气进入气化炉膛影响气化效率的问题。本发明用于煤气化除渣系统的喷淋装置中气化炉的底部开有气化炉下渣口，下降管的一端与气化炉下渣口连通，下降管的另一端与渣池相连通，喷淋环套设在下降管的外围，沿着喷淋环的圆周方向均匀设置有多个喷淋管，每个喷淋管的一端与喷淋环相连通，喷淋管的另一端与下降管相连通，热电偶伸入下降管中并位于喷淋环的上，渣池与给水系统相连。本发明在灰渣进入渣池前进行喷淋降温，减少了水蒸气的产生，有效提高气化效率和合成气品质。

Description

一种用于煤气化除渣系统的喷淋装置及其应用方法
技术领域
本发明涉及一种用于煤气化除渣系统的喷淋装置及应用该装置除渣的方法。
背景技术
我国是“富煤、贫油、少气”的国家，这一特点决定了煤炭将在一次性能源生产和消费中占据主导地位且长期不会改变。煤炭在一次能源生产和消费构成中始终占一半以上。煤炭直接燃烧的使用方式会对生态环境造成严重的污染。煤气化技术是重要的洁净煤技术,利用煤气化技术可以生产工业燃料气、民用燃料气、化工合成原料气、合成燃料油原料气、氢燃料电池、合成天然气、火箭燃料等。当前主要的煤气化技术有移动床(固定床)气化、流化床气化、气流床气化和熔融床气化,其中,气流床气化技术因其气化强度高、单炉生产能力大、煤种适应范围广、碳转化率高等优点已成为煤炭气化技术的主要发展方向。
气化炉的流程可以分为激冷流程和余热锅炉流程。其中激冷流程是将指气化炉膛出来的高温合成气直接被冷却、洗涤后投入使用。余热锅炉流程中合成气从气化炉膛出来后经过余热锅炉进行换热，可以有效回收合成气显热，提高能量利用效率。而文中提到的U型气化炉就是在气化炉膛和余热锅炉这两部分的底部设置水平烟道以连接彼此。气化炉膛、水平烟道和余热锅炉组成一个U形的气化反应区，U形气化可以增大气化反应的空间，延长气化反应时间，能有效提高效率。但是工况波动时可能会发生水平烟道堵塞的情况，影响设备稳定运行。
除此之外，在现有的余热锅炉流程气流床煤气化技术中，熔渣从气化炉膛排出后直接落入渣池，渣水快速吸收大量热量，变成水蒸气沿下降管上行进入气化炉膛。炉膛中引入水蒸气不仅会破坏原本稳定的炉内流场，也会降低气化反应温度，影响合成气品质的同时，造成排渣不畅，堵塞下渣口等问题。
发明内容
本发明是要解决现有带余热锅炉流程的气化炉运行时熔渣落入渣水中形成水蒸气，水蒸气进入气化炉膛影响气化效率、合成气品质及排渣不畅、堵塞下渣口的问题，而提供一种用于煤气化除渣系统的喷淋装置及其应用方法。
本发明用于煤气化除渣系统的喷淋装置包括气化炉、余热锅炉、喷淋系统、给水系统和测温系统，气化炉和余热锅炉之间通过水平烟道形成U形气化反应区，气化炉的底部开有气化炉下渣口，下降管的一端与气化炉下渣口连通，下降管的另一端与渣池相连通；
所述的喷淋系统包括至少一个喷淋环，喷淋环套设在下降管的外围，沿着喷淋环的圆周方向均匀设置有多个喷淋管，每个喷淋管的一端与喷淋环相连通，喷淋管的另一端与下降管相连通，喷淋管与下降管的连通口为喷淋孔；
所述的测温系统包括多个热电偶，热电偶伸入下降管中并位于喷淋环的上部；
所述的给水系统包括进水管、水泵和流量计，进水管的一端与喷淋环相连通，进水管的另一端与喷水水源相连通，喷水水源与进水管之间沿着水流方向依次设置有水泵和流量计。
本发明应用用于煤气化除渣系统的喷淋装置进行除渣的方法按照以下步骤实现：
一、气化炉正常运行时，煤粉与气化剂进入气化炉内，在气化炉内发生气化反应产生合成气和液态熔渣，一部分液态熔渣沉积在气化炉的膛内水冷壁上，沿着水冷壁落下，通过气化炉下渣口和下降管进入渣池；
其余液态熔渣和合成气组成混合气流进入余热锅炉，余热锅炉内混合气流受水冷壁吸热，温度降低，部分混合气流中的液态熔渣沿着水冷壁落下并流回气化炉，通过气化炉下的下渣口进入下降管；
二、液态熔渣流动至喷淋环上方，此处通过多个热电偶测量下降管内(此截面处)熔渣温度，当热电偶检测的(传回)温度低于正常工况下的额定温度，证明有水蒸气上行，提高水泵频率，增大喷淋环的给水量，喷淋环内的水经喷淋孔喷入下降管，喷淋水不断喷出形成一层水幕，拦截自渣池上行的水蒸气，从而完成煤气化系统的除渣。
本发明用于煤气化除渣系统的喷淋装置及其应用方法包括以下有益效果：
一、本发明能有效提高气化效率和合成气品质：
在气化炉运行过程中，熔融的灰渣温度约1100℃左右，高温熔渣落入渣池，渣池内的水迅速吸热而蒸发产生大量水蒸气。当水蒸气不断生成，压力逐渐上升，进而导致水蒸气上行进入气化炉内。不断上行的水蒸气会破坏气化炉原本稳定的流场，与此同时，气化温度也会明显降低，导致最终气化效率和合成气中有效气成分明显下降，影响合成气的后续工业应用。本发明在灰渣进入渣池前对其进行喷淋降温，减少了水蒸气的产生，而且由于喷淋水的存在，渣池中上行的水蒸气会被降温冷却进而液化，重新落回渣池中。因此本发明能有效防止渣池中水蒸气进入气化炉，从而保证了气化效率和合成气品质。
二、本发明能有效防止气化炉下渣口堵塞：
气化炉正常运行时，炉内煤粉颗粒内的灰分在高温状态下迅速熔融,形成液态熔渣,熔渣落入渣池，产生大量水蒸气。上行的水蒸气温度较低，熔渣与之换热后温度降低，最终导致熔渣流动性下降，下渣口处容易堵塞。本发明设置的喷淋环拦截了水蒸气，能防止因水蒸气与熔渣换热导致的下渣口处熔渣流动性变差，因此有效降低了堵塞的可能。
三、本发明能有效增加下降管的使用寿命：
设备正常运行时，下降管中流通着高温熔渣，高温熔渣落入渣池后产生大量水蒸气。当渣池中的水蒸气冲向气化炉时，下降管的温度受水蒸气的影响会有所降低。当后续的捞渣系统启动，渣池压力发生变化，蒸汽上行量也发生波动，下降管温度也发生波动。长期反复会导致下降管热疲劳，增加破损的风险。本发明中喷淋的设置阻断了上行的蒸汽，因此避免了蒸汽通过下降管，降低了损坏的风险。
四、本发明能增加系统运行周期，避免频繁启停，提高效率：
气化炉运行中，大渣块掉落造成的堵渣，是设备频繁启停的一个重要原因。虽然现有气化设备一般都会在渣池的出口设置碎渣机，但是实际使用效果并不十分理想。同时在下降管末端，由于温度降低，熔渣易凝固粘附在下降管出口，造成堵塞。本发明中设有喷淋系统，在熔渣落入渣池之前，用喷淋水将其冲散，能有效预防大块灰渣的产生，降低了后续处理过程中大渣块堵塞的可能；靠近下降管末端有喷淋孔，喷淋水不断冲刷管壁，能有效避免管壁结渣，防止下降管出口堵塞。因此，本发明能有效增加设备运行周期，避免频繁启停，有较好的经济性和效率。
附图说明
图1为本发明用于煤气化除渣系统的喷淋装置的结构示意图；
图2为喷淋环的结构示意图；
图3为具体实施方式五所述的多个喷淋环的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式用于煤气化除渣系统的喷淋装置包括气化炉2、余热锅炉1、喷淋系统、给水系统和测温系统，气化炉2和余热锅炉1之间通过水平烟道形成U形气化反应区，气化炉2的底部开有气化炉下渣口3，下降管5的一端与气化炉下渣口3连通，下降管5的另一端与渣池9相连通；
所述的喷淋系统包括至少一个喷淋环7，喷淋环7套设在下降管5的外围，沿着喷淋环7的圆周方向均匀设置有多个喷淋管10，每个喷淋管10的一端与喷淋环7相连通，喷淋管10的另一端与下降管5相连通，喷淋管10与下降管5的连通口为喷淋孔14；
所述的测温系统包括多个热电偶4，热电偶4伸入下降管5中并位于喷淋环7的上部；
所述的给水系统包括进水管8、水泵12和流量计13，进水管8的一端与喷淋环7相连通，进水管8的另一端与喷水水源相连通，喷水水源与进水管8之间沿着水流方向依次设置有水泵12和流量计13。
本实施方式喷淋环7上可连接有多个进水管8。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是在进水管8上设置有电动阀11。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二不同的是所述的测温系统还包括DCS系统6，热电偶4、电动阀11、流量计13以及水泵12通过控制线与DCS系统6相连。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是喷淋管10为水平布置。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是沿下降管5的高度方向设置有2～4个喷淋环7。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是每个喷淋管10沿喷淋环7的径向布置。
具体实施方式七：本实施方式应用用于煤气化除渣系统的喷淋装置进行除渣的方法按照以下步骤实施：
一、气化炉正常运行时，煤粉与气化剂进入气化炉2内，在气化炉2内发生气化反应产生合成气和液态熔渣，一部分液态熔渣沉积在气化炉2的膛内水冷壁上，沿着水冷壁落下，通过气化炉下渣口3和下降管5进入渣池9；
其余液态熔渣和合成气组成混合气流进入余热锅炉1，余热锅炉1内混合气流受水冷壁吸热，温度降低，部分混合气流中的液态熔渣沿着水冷壁落下并流回气化炉2，通过气化炉2下的下渣口3进入下降管5；
二、液态熔渣流动至喷淋环7上方，此处通过多个热电偶4测量下降管5内(此截面处)熔渣温度，当热电偶4检测的(传回)温度低于正常工况下的额定温度，证明有水蒸气上行，提高水泵12频率，增大喷淋环7的给水量，喷淋环7内的水经喷淋孔14喷入下降管5，喷淋水不断喷出形成一层水幕，拦截自渣池9上行的水蒸气，从而完成煤气化系统的除渣。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式七不同的是步骤一中气化炉2运行时所用气化剂为氧气或者氧气与水蒸气组成的混合气体。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式七或八不同的是步骤二中热电偶4测量的熔渣温度信号传回DCS系统6，通过DCS系统6控制喷淋环7的喷水量。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式七至九之一不同的是步骤二中当热电偶4检测的(传回)温度低于正常工况下的额定温度且差值＞2℃时，增大喷淋环7的喷水量。
实施例：本实施例应用用于煤气化除渣系统的喷淋装置进行除渣的方法按照以下步骤实施：
一、气化炉正常运行时，煤粉与气化剂进入气化炉2内，在气化炉2内发生气化反应产生合成气和液态熔渣，一部分液态熔渣沉积在气化炉2的膛内水冷壁上，沿着水冷壁落下，通过气化炉下渣口3和下降管5进入渣池9；
其余液态熔渣和合成气组成混合气流进入余热锅炉1，余热锅炉1内混合气流受水冷壁吸热，温度降低，部分混合气流中的液态熔渣沿着水冷壁落下并流回气化炉2，通过气化炉2下的下渣口3进入下降管5；
二、液态熔渣流动至喷淋环7上方，此处通过多个热电偶4测量下降管5内此截面处熔渣温度，熔渣温度信号传至DCS系统6，依据熔渣温度调整喷水量，在系统中预设不同工况时的额定温度，当检测到热电偶4传回温度低于预设的额定温度(约1300℃)且差值＞2℃时，证明有水蒸气上行，则提高水泵12频率，增大喷淋环7的给水量以拦截水蒸气；检测温度回到额定温度后，降低水泵12频率，减小给水量；
三、喷淋环7内的水经喷淋孔14喷入下降管5，喷淋水不断喷出形成一层水幕，拦截自渣池9上行的水蒸气，此外喷淋水还会冲散大块灰渣，让落入渣池9的渣的大小更均匀，熔渣落入渣池9进一步冷却，分裂为细小的渣，渣池9中受热产生的水蒸气上行，在喷淋孔14处受到喷淋水的影响，大部分被重新冷却液化，落回渣池9，从而完成煤气化系统的除渣。
本实施例喷淋装置进行除渣的工作原理如下：气化炉2正常运行时，伴随着气化反应的进行,炉内煤粉颗粒内的灰分在高温状态下迅速熔融,形成液态熔渣,一部分液态熔渣沉积在气化炉2内的水冷壁上，沿着水冷壁落下，另一部分熔渣随着气流进入余热锅炉1，在余热锅炉1水冷壁上落下并回流回气化炉2，这两部分熔渣通过气化炉下渣口3沿着下降管5进入渣池9；下降管5上的热电偶4测得熔渣温度并传回DCS系统6；落渣时喷淋环7通过喷淋管10向下降管5内喷水。电动阀11在设备运行时打开，喷淋环7通过水泵12和进水管8供水；水泵12出口设有流量计13，测得流量数据传回DCS系统6；水泵12频率根据DCS系统6得到的温度流量数据动态调节，以控制喷水量。
本实施例在灰渣进入渣池前对其进行喷淋降温，减少了水蒸气的产生，而且由于喷淋水的存在，渣池中上行的水蒸气会被降温冷却进而液化，重新落回渣池中，能有效防止渣池中水蒸气进入气化炉，从而保证了气化效率和合成气品质。

Claims (10)

1.用于煤气化除渣系统的喷淋装置，其特征在于该用于煤气化除渣系统的喷淋装置包括气化炉(2)、余热锅炉(1)、喷淋系统、给水系统和测温系统，气化炉(2)和余热锅炉(1)之间通过水平烟道形成U形气化反应区，气化炉(2)的底部开有气化炉下渣口(3)，下降管(5)的一端与气化炉下渣口(3)连通，下降管(5)的另一端与渣池(9)相连通；
所述的喷淋系统包括至少一个喷淋环(7)，喷淋环(7)套设在下降管(5)的外围，沿着喷淋环(7)的圆周方向均匀设置有多个喷淋管(10)，每个喷淋管(10)的一端与喷淋环(7)相连通，喷淋管(10)的另一端与下降管(5)相连通，喷淋管(10)与下降管(5)的连通口为喷淋孔(14)；
所述的测温系统包括多个热电偶(4)，热电偶(4)伸入下降管(5)中并位于喷淋环(7)的上部；
所述的给水系统包括进水管(8)、水泵(12)和流量计(13)，进水管(8)的一端与喷淋环(7)相连通，进水管(8)的另一端与喷水水源相连通，喷水水源与进水管(8)之间沿着水流方向依次设置有水泵(12)和流量计(13)。
2.根据权利要求1所述的用于煤气化除渣系统的喷淋装置，其特征在于在进水管(8)上设置有电动阀(11)。
3.根据权利要求1所述的用于煤气化除渣系统的喷淋装置，其特征在于是所述的测温系统还包括DCS系统(6)，热电偶(4)、电动阀(11)、流量计(13)以及水泵(12)通过控制线与DCS系统(6)相连。
4.根据权利要求1所述的用于煤气化除渣系统的喷淋装置，其特征在于喷淋管(10)为水平布置。
5.根据权利要求1所述的用于煤气化除渣系统的喷淋装置，其特征在于沿下降管(5)的高度方向设置有2～4个喷淋环(7)。
6.根据权利要求1所述的用于煤气化除渣系统的喷淋装置，其特征在于每个喷淋管(10)沿喷淋环(7)的径向布置。
7.应用用于煤气化除渣系统的喷淋装置进行除渣的方法，其特征在于该方法按照以下步骤实现：
一、气化炉正常运行时，煤粉与气化剂进入气化炉(2)内，在气化炉(2)内发生气化反应产生合成气和液态熔渣，一部分液态熔渣沉积在气化炉(2)的膛内水冷壁上，沿着水冷壁落下，通过气化炉下渣口(3)和下降管(5)进入渣池(9)；
其余液态熔渣和合成气组成混合气流进入余热锅炉(1)，余热锅炉(1)内混合气流受水冷壁吸热，温度降低，部分混合气流中的液态熔渣沿着水冷壁落下并流回气化炉(2)，通过气化炉(2)下部的下渣口(3)进入下降管(5)；
二、液态熔渣流动至喷淋环(7)上方，此处通过多个热电偶(4)测量下降管(5)内熔渣温度，当热电偶(4)检测的温度低于正常工况下的额定温度，提高水泵(12)频率，增大喷淋环(7)的给水量，喷淋环(7)内的水经喷淋孔(14)喷入下降管(5)，喷淋水不断喷出形成一层水幕，拦截自渣池(9)上行的水蒸气，从而完成煤气化系统的除渣。
8.根据权利要求7所述的应用用于煤气化除渣系统的喷淋装置进行除渣的方法，其特征在于步骤一中气化炉(2)运行时所用气化剂为氧气或者氧气与水蒸气组成的混合气体。
9.根据权利要求7所述的应用用于煤气化除渣系统的喷淋装置进行除渣的方法，其特征在于步骤二中热电偶(4)测量的熔渣温度信号传回DCS系统(6)，通过DCS系统(6)控制喷淋环(7)的喷水量。
10.根据权利要求7所述的应用用于煤气化除渣系统的喷淋装置进行除渣的方法，其特征在于步骤二中当热电偶(4)检测的温度低于正常工况下的额定温度且差值＞2℃时，增大喷淋环(7)的喷水量。
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