CN113583713A - 一种卧式煤气气化炉及其气化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种卧式煤气气化炉及其气化方法，涉及清洁煤气化领域。本发明的一种卧式煤气气化炉及其气化方法，该卧式气化炉包括由上至下依次设置的气化反应室、气渣分离段和渣池，气化反应室的两侧对称设置有烧嘴通道以通入煤粉进行不完全燃烧，气化反应生成的高温煤气及熔渣从下渣口中进入气渣分离段中；所述气渣分离段中部竖向设置有膜式水冷壁，低温煤气从膜式水冷壁上部设置的激冷环中进入气渣分离段，将高温煤气的温度降到渣的灰熔点以下，使熔渣凝固为固态渣，煤气和固态渣在底部进行气渣分离，渣落入渣池中，煤气从上部的煤气出口进入后续系统，采用水平布置的气化反应室以及膜式水冷壁起到折流作用，使得气化炉整体高度大大降低。

Description

一种卧式煤气气化炉及其气化方法

技术领域

本发明涉及清洁煤气化领域，更具体地说是一种卧式煤气气化炉及其气化方法。

背景技术

煤气发生炉是以煤为原料生产煤气，供燃气或化工合成气使用的常用设备。它主要可分为三大类：固定床、流化床和气流床。气流床气化是将气化剂(氧气和水蒸汽)夹带着煤粉或煤浆，通过特殊喷嘴送入煤气发生炉。在高温辐射下，氧煤混合物瞬间着火、迅速燃烧，产生大量热量。火焰中心温度可高达2000℃左右，所有干馏产物均迅速分解，煤焦同时进行气化，生成含一氧化碳和氢气的煤气及熔渣(液态排渣)。

三种煤气化技术以气流床技术煤粉燃烧的最为充分，碳转化率最高。气流床气化技术近年来在行业内也有非常成熟的应用，其气化温度高、原料反应速率高，具有碳转化率高的优势；特别是带有辐射废锅回收热量的气流床技术，能充分回收气化反应的高品位热量，热回收效率高，经济性好。但辐射废锅设备尺寸较大，投资造价高，设备结构复杂，易造成结焦堵渣问题。

经检索，关于解决上述的不足，目前已有相关专利公开。如，中国专利申请号为：201110441780.X，授权公告号为：CN102517088B，授权公告日为：2014年6月4日，公开了一种新型加压气流床气化炉，包括直径较大的下段气化室、直径较小的上段气化室，下段气化室和上段气化室之间连接有炉拱，炉拱上沿气化炉轴线中心对称布置有燃料喷嘴，燃料喷嘴的轴线与气化炉中轴线具有夹角。采用本技术方案，燃料(干煤粉/水煤浆)通过布置在炉拱上沿气化炉中心轴线对称布置的燃料喷嘴斜向下喷入下段气化室，与同时喷入的氧气和水蒸气进行部分燃烧与气化反应，煤粉气流着火后向下伸展，在下段气化室中下部沿圆弧转折向上，再顺中心轴线上升而形成W型火焰。这种新型W火焰气化方式，极大地延长了煤焦颗粒在炉内的停留时间，并增强了炉内煤粉气流的湍流强度，极大地提高了碳转换率与冷煤气效率。但上述专利设备存在结构复杂、钢结构高度很高等问题。

又如中国发明专利申请号为：201510655258.X，授权公告号为：CN105154140B，授权公告日为：2018年3月2日，公开了一种耦合高温变换的多段气流床煤气化的方法及设备，煤粉和气化剂从多段气流床气化炉的烧嘴垂直喷入高温气化段进行煤气化反应，产生的热煤气和熔渣向下流动高温变换段，变换喷淋水或低温蒸气从雾化喷头喷入气化炉经高温水蒸气变换反应生成H₂，煤气和灰渣通过导流管进入激冷段，煤气经冷却洗涤从粗煤气出口排出气化炉，送后系统净化处理。从而降低后系统的变换工艺的生产负荷15-30％，减少水蒸气消耗量，提高系统整体热效率，尤其适用于煤气化制富氢合成气的化学品合成和燃料生产过程。由上述专利可以发现，现行的气流床基本都是大型或中型气化炉，适用于用气量大的企业；目前有一批需求小产气量(气量小于5000Nm³/h)煤气化技术的用户，市面上的现有装置均无法满足。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

针对现有技术中的气流床基本都是大型或中型气化炉，无法满足小产气量煤气化技术用户的需求，本发明提出一种卧式煤气气化炉及其气化方法，所述卧式煤气气化炉包括由上至下依次设置的气化反应室、气渣分离段和渣池，采用卧式放置的气化反应室能够有效的减少了设备的高度，相比竖直的气化反应室可大大降低整体的钢结构高度，降低成本。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

一种卧式煤气气化炉的气化方法，包括如下步骤：

步骤一、将煤粉及其他气化剂通过烧嘴通道处安装的煤烧嘴送入气化反应室中进行不完全燃烧；

步骤二、高温煤气和熔渣从下渣口进入气渣分离段，同时低温煤气从激冷环喷入后与高温煤气混合，将煤气和熔融态的渣初步冷却到渣的灰熔点以下使熔渣凝固为固态渣；

步骤三、煤气继续向下进入膜式水冷壁底部后进行气渣分离，粒径大的渣在惯性作用下落入下方渣池；粒径小的渣和部分飞灰经喷水环喷出形成的水幕捕捉后落入渣池中；采用煤气下行式方案，相比煤气上行式具有气渣同流的作用，煤气和渣同时向下能够避免气渣逆流堵渣现象的发生；

步骤四、煤气从膜式水冷壁和气渣分离段之间的环隙上升，到达顶部的煤气出口后进入后续系统。

进一步的技术方案，步骤一中，燃烧温度超过煤粉的灰熔点，气化反应生成主要成分为一氧化碳和氢气的煤气以及熔融态的渣。

一种卧式煤气气化炉，包括由上至下依次设置的气化反应室、气渣分离段和渣池，所述气化反应室采用卧式放置，卧式放置的气化反应室有效的减少了设备的高度，相比竖直的气化反应室可大大降低整体的钢结构高度，降低成本；所述气化反应室包括圆筒状的气化反应室外壳体，所述气化反应室内部为空腔结构，所述空腔和气化反应室外壳体之间设置有由耐火材料制成的绝热炉膛，所述气化反应室的底部竖向开设有与气渣分离段相连通的下渣口，相比水冷壁炉膛可有效降低热损失，并避免下渣口结渣。

进一步的技术方案，所述气渣分离段包括圆柱状的气渣分离段外壳体，所述气渣分离段外壳体中部为空腔结构，所述空腔和气渣分离段外壳体之间设置有耐火层，以有效降低气渣分离段的热损失。

进一步的技术方案，所述气化反应室下部的绝热炉膛以所述下渣口为中线，并向靠近所述下渣口处向下倾斜设置，以便于熔渣沿绝热炉膛下部壁面流出下渣口。

进一步的技术方案，所述气化反应室两侧对称设置有烧嘴通道，采用对冲式布置可防止燃烧火焰直冲绝热炉膛壁面，从而有效延长检修周期。

进一步的技术方案，所述气渣分离段中部竖向设置有膜式水冷壁，所述膜式水冷壁包括采用平直的钢管和扁钢交替焊接形成的密封圆筒，其上下两端分别设置有出水集箱和进水集箱，所述进水集箱上外接有膜式水冷壁进水管，所述出水集箱上外接有膜式水冷壁出水管；膜式水冷壁主要的作用是形成一个气体折流通道，高温气体和熔渣从上部下渣口落下来后进入膜式水冷壁内部，到达底部后进行气渣分离，熔渣落入下方渣池，煤气从膜式水冷壁和耐火层之间的环隙折返向上，再从上部的煤气出口去往后续系统。

进一步的技术方案，所述膜式水冷壁上部设置有激冷环，所述激冷环的主体包括采用钢管两端环绕对接形成的密封圆环，圆环上均布多根竖直向下或与竖直方向有一定夹角的钢管。激冷环中通入的是后续系统冷却之后的煤气，在此处加入可快速将高温煤气冷却到渣的灰熔点之下，使高温熔融态的渣冷却为固态渣，同时通过调整小钢管的喷吹角度可对膜式水冷壁形成保护，防止熔渣粘到膜式水冷壁的壁面，减小煤气的回流区。

进一步的技术方案，所述膜式水冷壁的下部设置有喷水环，所述喷水环上外接有进水管，所述喷水环的主体包括采用钢管两端环绕对接形成的密封圆环，圆环上均布多个小孔，小孔方向水平向内或者与水平方向有一定夹角，以进一步将熔渣冷却，同时对煤气进行水洗，进而将绝大部分灰渣冲入下方的渣池中。

进一步的技术方案，膜式水冷壁由钢管螺旋绕制成而成。

进一步的技术方案，所述渣池为上部开口、周向密封的筒体，所述渣池上部与气渣分离段相连通，其内部保持一定的水位高度，以达到水封的效果，灰渣到达渣池后通过捞渣设备捞出，从喷水环下来的水在捞渣设备中溢流而出，再通过循环泵打回喷水环循环利用。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

(1)本发明的一种卧式煤气气化炉及其气化方法，所述卧式煤气气化炉包括由上至下依次设置的气化反应室、气渣分离段和渣池，采用卧式放置的气化反应室能够有效的减少了设备的高度，相比竖直的气化反应室可大大降低整体的钢结构高度，降低成本；

(2)本发明的一种卧式煤气气化炉及其气化方法，在气化反应室内经气化反应生成的高温煤气及熔渣从下渣口中进入气渣分离段中，低温煤气从激冷环中进入气渣分离段，并将高温煤气的温度降到渣的灰熔点以下，使熔渣凝固为固态渣，煤气和固态渣在底部进行气渣分离，渣落入渣池中，煤气从上部的煤气出口进入后续系统，采用煤气下行式方案，相比煤气上行式具有气渣同流的作用，煤气和渣同时向下能够避免气渣逆流堵渣现象的发生；

(3)本发明的一种卧式煤气气化炉及其气化方法，所述气化反应室下部的绝热炉膛以所述下渣口为中线，并向靠近所述下渣口处向下倾斜设置，以便于熔渣沿绝热炉膛下部壁面流出下渣口；

(4)本发明的一种卧式煤气气化炉及其气化方法，所述烧嘴通道对称设置在气化反应室两侧，采用对冲式布置可防止燃烧火焰直冲绝热炉膛壁面，从而有效延长检修周期；

(5)本发明的一种卧式煤气气化炉及其气化方法，激冷环中通入后续系统冷却之后的煤气，在此处加入可快速将高温煤气冷却到渣的灰熔点之下，使高温熔融态的渣冷却为固态渣，同时通过调整小钢管的喷吹角度可对膜式水冷壁形成保护，防止熔渣粘到膜式水冷壁的壁面，减小煤气的回流区；

(6)本发明的一种卧式煤气气化炉及其气化方法，所述喷水环设置在膜式水冷壁的下方，喷水环上外接有进水管，以进一步将熔渣冷却，同时对煤气进行水洗，进而将绝大部分灰渣冲入下方的渣池中；

(7)本发明的一种卧式煤气气化炉及其气化方法，所述膜式水冷壁上下两端分别设置有出水集箱和进水集箱，所述进水集箱上外接有膜式水冷壁进水管，所述出水集箱上外接有膜式水冷壁出水管，其主要的作用是形成一个气体折流通道，高温气体和熔渣从上部下渣口落下来后进入膜式水冷壁内部，到达底部后进行气渣分离，熔渣落入下方渣池，煤气从膜式水冷壁和耐火层之间的环隙折返向上，再从上部的煤气出口去往后续系统；

(8)本发明的一种卧式煤气气化炉及其气化方法，所述渣池为上部开口、周向密封的筒体，其内部保持一定的水位高度，以达到水封的效果。

附图说明

图1为本发明的卧式煤气气化炉结构示意图。

图中：1-气化反应室；2-气渣分离段；3-渣池；4-烧嘴通道；5-膜式水冷壁；6-激冷环；7-喷水环；11-气化反应室外壳体；12-绝热炉膛；21-气渣分离段外壳体；22-耐火层；23-下渣口；24-煤气出口；51-进水集箱；52-出水集箱；71-进水管；511-膜式水冷壁进水管；521-膜式水冷壁出水管。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图对发明作详细描述。

实施例1

本实施例的一种卧式煤气气化炉的气化方法，如图1所示，包括如下步骤：

步骤一、将煤粉及其他气化剂通过烧嘴通道4处安装的煤烧嘴送入气化反应室1中进行不完全燃烧；

步骤二、高温煤气和熔渣从下渣口23进入气渣分离段2，同时低温煤气从激冷环6喷入后与高温煤气混合，将煤气和熔融态的渣初步冷却到渣的灰熔点以下使熔渣凝固为固态渣；

步骤三、煤气继续向下进入膜式水冷壁5底部后进行气渣分离，粒径大的渣在惯性作用下落入下方渣池；粒径小的渣和部分飞灰经喷水环7喷出形成的水幕捕捉后落入渣池3中；

步骤四、煤气从膜式水冷壁5和气渣分离段2之间的环隙上升，到达顶部的煤气出口24后进入后续系统。

本实施例中，步骤一中，燃烧温度超过煤粉的灰熔点，气化反应生成主要成分为一氧化碳和氢气的煤气以及熔融态的渣。

采用煤气下行式方案，相比煤气上行式具有气渣同流的作用，煤气和渣同时向下能够避免气渣逆流堵渣现象的发生。

实施例2

本实施例的一种卧式煤气气化炉，基本结构同实施例1，不同和改进之处在于：如图1所示，包括由上至下依次设置的气化反应室1、气渣分离段2和渣池3；所述气化反应室1采用卧式放置，卧式放置的气化反应室有效的减少了设备的高度，相比竖直的气化反应室可大大降低整体的钢结构高度，降低成本；所述气化反应室1包括圆筒状的气化反应室外壳体11，所述气化反应室1内部为空腔结构，所述空腔和气化反应室外壳体11之间设置有由耐火材料制成的绝热炉膛12，所述气化反应室1的底部竖向开设有与气渣分离段2相连通的下渣口23，相比水冷壁炉膛可有效降低热损失，并避免下渣23口结渣。

进一步的，所述气化反应室1下部的绝热炉膛12以所述下渣口23为中线，并向靠近所述下渣口23处向下倾斜设置，以便于熔渣沿绝热炉膛12下部壁面流出下渣口23。

所述气渣分离段2包括圆柱状的气渣分离段外壳体21，所述气渣分离段外壳体21中部为空腔结构，所述空腔和气渣分离段外壳体21之间设置有耐火层22，以有效降低气渣分离段2的热损失。

所述气化反应室1两侧对称设置有烧嘴通道4，采用对冲式布置可防止燃烧火焰直冲绝热炉膛12壁面，从而有效延长检修周期。

实施例3

本实施例的一种卧式煤气气化炉及其气化方法，基本结构同实施例2，不同和改进之处在于：如图1所示，所述气渣分离段2中部竖向设置有膜式水冷壁5，所述膜式水冷壁5包括采用平直的钢管和扁钢交替焊接形成的密封圆筒，其上下两端分别设置有出水集箱52和进水集箱51，所述进水集箱51上外接有膜式水冷壁进水管511，所述出水集箱52上外接有膜式水冷壁出水管521；膜式水冷壁5主要的作用是形成一个气体折流通道，高温气体和熔渣从上部下渣口23落下来后进入膜式水冷壁5内部，到达底部后进行气渣分离，熔渣落入下方渣池3，煤气从膜式水冷壁5和耐火层22之间的环隙折返向上，再从上部的煤气出口24去往后续系统。气化反应室1水平布置以及采用膜式水冷壁5的主要作用是折流，从而使得气化炉整体高度大大降低。

所述膜式水冷壁5上部设置有激冷环6，所述激冷环6的主体包括采用钢管两端环绕对接形成的密封圆环，圆环上均布多根竖直向下或与竖直方向有一定夹角的钢管。激冷环6中通入的是后续系统冷却之后的煤气，在此处加入可快速将高温煤气冷却到渣的灰熔点之下，使高温熔融态的渣冷却为固态渣，同时通过调整小钢管的喷吹角度可对膜式水冷壁5形成保护，防止熔渣粘到膜式水冷壁5的壁面，减小煤气的回流区。所述膜式水冷壁5的下部设置有喷水环7，所述喷水环7上外接有进水管71，所述喷水环7的主体包括采用钢管两端环绕对接形成的密封圆环，圆环上均布多个小孔，小孔方向水平向内或者与水平方向有一定夹角，以进一步将熔渣冷却，同时对煤气进行水洗，进而将绝大部分灰渣冲入下方的渣池3中。

进一步的，膜式水冷壁5由钢管螺旋绕制成而成。

本实施例中，所述渣池3为上部开口、周向密封的筒体，所述渣池3上部与气渣分离段2相连通，其内部保持一定的水位高度，以达到水封的效果，灰渣到达渣池3后通过捞渣设备捞出，从喷水环7下来的水在捞渣设备中溢流而出，再通过循环泵打回喷水环7循环利用。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种卧式煤气气化炉的气化方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、将煤粉及其他气化剂通过烧嘴通道(4)处安装的煤烧嘴送入气化反应室(1)中进行不完全燃烧；

步骤二、高温煤气和熔渣从下渣口(23)进入气渣分离段(2)，同时低温煤气从激冷环(6)喷入后与高温煤气混合形成固态渣；

步骤三、煤气继续向下进入膜式水冷壁(5)底部后进行气渣分离，粒径大的渣在惯性作用下落入下方渣池；粒径小的渣和部分飞灰经喷水环(7)喷出形成的水幕捕捉后落入渣池(3)中；

步骤四、煤气从膜式水冷壁(5)和气渣分离段(2)之间的环隙上升，到达顶部的煤气出口(24)后进入后续系统。

2.根据权利要求1所述的一种卧式煤气气化炉的气化方法，其特征在于：步骤一中，燃烧温度超过煤粉的灰熔点，气化反应生成主要成分为一氧化碳和氢气的煤气以及熔融态的渣。

3.根据权利要求2所采用的一种卧式煤气气化炉，其特征在于：包括由上至下依次设置的气化反应室(1)、气渣分离段(2)和渣池(3)，所述气化反应室(1)采用卧式放置，其包括圆筒状的气化反应室外壳体(11)，所述气化反应室(1)内部为空腔结构，所述空腔和气化反应室外壳体(11)之间设置有由耐火材料制成的绝热炉膛(12)，所述气化反应室(1)的底部竖向开设有与气渣分离段(2)相连通的下渣口(23)。

4.根据权利要求3所述的一种卧式煤气气化炉，其特征在于：所述气渣分离段(2)包括圆柱状的气渣分离段外壳体(21)，所述气渣分离段外壳体(21)中部为空腔结构，所述空腔和气渣分离段外壳体(21)之间设置有耐火层(22)。

5.根据权利要求4所述的一种卧式煤气气化炉，其特征在于：所述气化反应室(1)下部的绝热炉膛(12)以所述下渣口(23)为中线，并向靠近所述下渣口(23)处向下倾斜设置。

6.根据权利要求5所述的一种卧式煤气气化炉，其特征在于：所述气化反应室(1)两侧对称设置有烧嘴通道(4)。

7.根据权利要求6所述的一种卧式煤气气化炉，其特征在于：所述气渣分离段(2)中部竖向设置有膜式水冷壁(5)，所述膜式水冷壁(5)包括采用平直的钢管和扁钢交替焊接形成的密封圆筒，其上下两端分别设置有出水集箱(52)和进水集箱(51)，所述进水集箱(51)上外接有膜式水冷壁进水管(511)，所述出水集箱(52)上外接有膜式水冷壁出水管(521)。

8.根据权利要求7所述的一种卧式煤气气化炉，其特征在于：所述膜式水冷壁(5)上部设置有激冷环(6)，所述激冷环(6)的主体包括采用钢管两端环绕对接形成的密封圆环，圆环上均布多根竖直向下或与竖直方向有一定夹角的钢管。

9.根据权利要求8所述的一种卧式煤气气化炉，其特征在于：所述膜式水冷壁(5)的下部设置有喷水环(7)，所述喷水环(7)上外接有进水管(71)；所述喷水环(7)的主体包括采用钢管两端环绕对接形成的密封圆环，圆环上均布多个小孔，小孔方向水平向内或者与水平方向有一定夹角。

10.根据权利要求9所采用的一种卧式煤气气化炉，其特征在于：所述渣池(3)为上部开口、周向密封的筒体，其内部保持一定的水位高度。

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