CN113776346A - 一种热能回收气化冶金一体装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种热能回收气化冶金一体装置，涉及气化和冶金工艺装置技术领域。包括气化炉和废锅，废锅设置于气化炉外部，气化炉和废锅通过第一耐高温管道连通，气化炉包括壳体和炉腔，壳体顶部设置粉煤烧嘴，壳体中上部设置配料烧嘴，气化炉用于气化生产时，配料烧嘴即为料浆烧嘴，气化炉用于炼铁生产时，配料烧嘴则调整为铁矿粉喷嘴，炉腔上部设置反应室，炉腔下部设置激冷室。本发明提供的气化装置，结合了干法和湿法两种气化工艺的优势，具有氧耗低、H2比例高、有效气体含量高以及环保等优点，用于冶金生产时，此装置将铁矿粉在炉内直接还原，完全去掉了传统炼铁必须的铁矿粉球团和焦炭的生产环节，大幅降低了能耗和污染。
Description
技术领域
本发明涉及气化和冶金工艺装置技术领域，具体涉及一种热能回收气化冶金一体装置。
背景技术
当前最先进的气化技术是气流床气化，分干法和湿法两种，分别叫干粉煤气化技术和水煤浆气化技术。
干粉煤气化是将煤等原料研磨成极细小的粉末，然后以一定的压力通过烧嘴喷入气化炉内部，在1200℃以上的高温下，与同步送入气化炉的氧气和水蒸汽迅速反应，生成了CO和H2等粗煤气，水煤浆气化是将煤等原料研磨成粉末，与水配备制成水煤浆，然后以一定的压力通过烧嘴喷入气化炉内部，在1200℃以上的高温下，与同步送入气化炉的氧气迅速反应，生成了CO和H2等粗煤气。粗煤气下行进入水浴完全激冷并除灰，冷却到约260℃后送出气化炉并进行洗涤。此过程中，粗煤气温度由1300℃迅速降温到260℃，不仅消耗了大量的冷却水，形成气化黑水，需要后续水处理工段进行净化，更重要的是损失了大量的气化热量，造成了浪费，使得气化成本过高。
近年有新的工艺提出，在气化炉内，先将高温粗煤气下行通过辐射废锅，副产高压蒸汽，回收一部分热能，然后再下行进入水浴，完成激冷和除灰。这种工艺虽然在热利用效率上有所提高，但是由于辐射废锅尺寸和自重都很大，并在气化炉内部，大幅增加了气化炉的制造成本和建设安装成本，同时由于粗煤气粉尘量巨大，极易造成辐射废锅的磨损，使得辐射废锅需要经常停车检修，造成了整体气化装置开工率大幅降低，影响了生产，其综合效益与传统激冷流程相差无几。
在钢铁冶金领域，传统的炼铁方式是将铁矿石破碎成粉后再烧结成球团，还需要将焦煤等高品质原煤炼成焦炭，再共同投入炼铁高炉里面，通过高温氧化还原反应得到金属生铁的过程。此过程中，除了由于炼铁高炉内反应缓慢且不充分，造成的生产铁水效率低下以及污染严重，前端无论是铁矿粉的烧结过程，还是焦炭的炼焦过程，都消耗了大量的能源，并造成了严重的污染。这些都成为了业内，甚至是全社会公认的难题，都必须尽快得到解决。
发明内容
本发明主要目的在提供一种热能回收气化冶金一体装置，以解决现有技术存在的问题。
为解决上述技术问题，本发明采取了如下技术方案：
一种热能回收气化冶金一体装置，包括气化炉和废锅，所述废锅设置于所述气化炉外部，所述气化炉和废锅通过第一耐高温管道连通，
所述气化炉包括壳体和炉腔，所述壳体顶部设置粉煤烧嘴，所述壳体中上部设置配料烧嘴，气化炉用于化工生产时，配料烧嘴即为料浆烧嘴，气化炉用于炼铁生产时，配料烧嘴则调整为铁矿粉喷嘴，所述炉腔上部设置反应室，所述炉腔下部设置激冷室，所述反应室和激冷室通过下料管连通，所述激冷室底部设置第一排渣口，所述激冷室侧壁设置第一出气口，所述第一出气口与所述第一耐高温管道的一端连通，
所述废锅顶端设置进气口，所述进气口与所述第一耐高温管道的另一端连通，所述废锅底端设置第二排渣口，所述废锅侧壁设置第二出气口，所述废锅内部设置冷却管路。
进一步的，所述壳体包括外壁和水冷壁，所述水冷壁设置于所述外壁内侧。
进一步的，所述废锅包括一级废锅和二级中压废锅，所述一级废锅和二级中压废锅通过第二耐高温管道连通，所述一级废锅的另一端与所述第一耐高温管道连通。
进一步的，所述粉煤烧嘴数量为4个，均分设置于所述壳体顶部，所述粉煤烧嘴包括开工烧嘴和工艺烧嘴，所述开工烧嘴数量为一个，设置于中间位置，所述开工烧嘴在气化炉开工点火时投用，用于喷入干煤粉，所述工艺烧嘴数量为三个，位于所述开工烧嘴外围，所述工艺烧嘴在气化炉点火成功后投用，用于喷入干煤粉，位于中间的开工烧嘴在气化炉点火成功后，退出工作或继续向气化炉内喷入干煤粉或料浆。
进一步的，所述配料烧嘴为环形烧嘴，数量为偶数个，两两对称设置于所述壳体中上部侧壁。
进一步的，所述第一出气口处设置合成气旁路，所述合成气旁路与所述第一耐高温管道连通，所述合成气旁路与所述第一耐高温管道连通处设置盲板。
进一步的，所述冷却管路包括进口端和出口端，所述进口端和出口端均设置于所述废锅外部。
进一步的，当装置用于炼铁生产时，所述激冷室取消激冷水，所述激冷室作为铁水和熔渣的外排通道，使得铁水和熔渣以熔融态从第一排渣口直接排出，并在之后进行分级除渣。
与现有技术相比，本发明提供的一种热能回收气化冶金一体装置具有以下有益效果：
1.本发明了将干法和湿法气化技术有机结合，充分发挥了两种气化工艺的优势，既发挥了干粉煤气化工艺氧耗低，效率高，有效气含量高的优点，又吸收了水煤浆气化工艺H2比例高，能够处理高浓度有机废液的优点，使得气化装置的应用范围大幅扩大。
2.通过在顶部设置多个粉煤烧嘴向炉内喷入煤粉，使得气化炉内煤粉雾化效果更好，流场分布更加均匀，气化反应更加充分，气化效果更好，同时对比同规格其它干粉煤气化装置，单个粉煤烧嘴负荷更少，使用寿命更长，并可以完成更大的投煤量。
3.气化炉上部采用水冷壁结构，下部采用半激冷方式，仅用少量激冷水对粗煤气进行部分洗涤降温，可以去除粗煤气中含有的大量灰渣颗粒，避免了粗煤气对后面废锅的直接冲刷，大幅延长了废锅的使用寿命，同时使得粗煤气温度仅降低到1000℃以下，能够通过耐高温管道将高温煤气送至气化炉外部的废锅。
4.将废锅移到了气化炉外部，相比较于辐射废锅安装在气化炉内部的结构方式，使得气化炉和废锅的制造和安装都大幅简化，尤其是安装制造成本大幅降低，更加有利于废锅的日常维护。
5.通过一级废锅串联二级中压废锅的方式回收粗煤气显热，最大限度的回收了气化热能使得气化运行效益达到最高，废锅所产蒸汽可以根据生产企业实际情况来设定压力。
6.在气化炉第一出气口连接废锅的耐高温管道处设置合成气旁路，直接连通二级中压废锅后续的煤气除尘工段，并设置盲板隔离，废锅正常使用时，此旁路关闭，如需对一级废锅或者二级中压废锅进行检修时，打开合成气旁路，将气化炉下部激冷水加大，在气化炉内以全激冷方式将粗煤气降温到280℃，然后将粗煤气通过合成气旁路直接送入后续煤气除尘工段，通过这种方式，在废锅的检修时不影响气化炉的正常开车，极大提高了气化炉的开工率。
7.本发明创造性的实现了铁矿石粉在气化炉内与气化所得的还原气体CO和H2直接反应，从而得到高质量的铁水，完全取消了传统炼铁工艺前期所必须的铁矿石粉烧结成球团，以及焦煤炼烧成焦炭的环节，使得炼铁生产可以直接采用量大而价低的普通煤粉为原料，避免了传统炼铁生产只能使用高品质焦煤为原料的窘境，从而大幅简化了传统的炼铁工艺路线，更直接节约了大量的资源和消耗，并完全实现了炼铁生产的无污染排放。
附图说明
图1为本发明整体结构图。
其中，10-壳体，11-反应室，12-激冷室，13-外壁，14-水冷壁，20-配料烧嘴，30-粉煤烧嘴，31-冷却管路，50-下料管，133-第一排渣口，134-第一出气口，200-一级废锅，300-二级中压废锅，301-进气口，302-第二出气口，303-第二排渣口。
具体实施方式
以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
结合图1，本发明提供一种热能回收气化冶金一体装置，包括气化炉和废锅，所述废锅设置于所述气化炉外部，所述气化炉和废锅通过第一耐高温管道连通，所述气化炉包括壳体10和炉腔，所述壳体10顶部设置粉煤烧嘴30，所述壳体10中上部设置配料烧嘴20，所述炉腔上部设置反应室11，所述炉腔下部设置激冷室12，所述反应室11和激冷室12通过下料管50连通，所述激冷室12底部设置第一排渣口133，所述激冷室12侧壁设置第一出气口134，所述第一出气口134与所述第一耐高温管道的一端连通，所述废锅顶端设置进气口301，所述进气口301与所述第一耐高温管道的另一端连通，所述废锅底端设置第二排渣口303，所述废锅侧壁设置第二出气口302，所述废锅内部设置冷却管路31。
进一步的，所述粉煤烧嘴30数量为4个，均分设置于所述壳体10顶部，设置四个粉煤烧嘴30向炉内喷入煤粉，使得气化炉内煤粉雾化效果更好，流场分布更加均匀，气化反应更加充分，气化效果更好，单个粉煤烧嘴30负荷更少，使用寿命更长。所述配料烧嘴20为环形烧嘴，数量为偶数个，两两对称设置于所述壳体10中上部侧壁。如果化工生产企业有高浓度有机废液需要处理，气化炉中上部的配料烧嘴20就需设置为料浆烧嘴投用；如果化工生产企业没有高浓度有机废液需要处理，气化炉中上部的料浆烧嘴20就不需要投用，则整个气化炉就可以作为传统干粉煤气化炉使用即可。如果用于炼铁生产企业，气化炉中上部的料浆烧嘴20就需设置为铁矿粉喷嘴投用。本实施例中环形烧嘴20的数量为四个。
进一步的，所述壳体10包括外壁13和水冷壁14，所述水冷壁14设置于所述外壁13内侧。气化炉上部采用水冷壁14结构，下部采用设置激冷室12。装置用于化工生产时，仅用少量激冷水对粗合成气进行部分洗涤降温，可以去除粗合成气中含有的大量灰渣颗粒，避免了粗合成气对后面废锅的直接冲刷，大幅延长了废锅的使用寿命；装置用于炼铁生产时，须取消激冷水，使得生铁水和熔渣以熔融态从第一出渣口133直接排出，并在之后进行分级除渣。此情况下激冷室12仅作为生铁水和熔渣的外排通道。
进一步的，所述废锅包括一级废锅200和二级中压废锅300，所述一级废锅200和二级中压废锅300通过第二耐高温管道连通，所述一级废锅200的另一端与所述第一耐高温管道连通。通过一级废锅200串联二级中压废锅300的方式回收粗煤气显热，最大限度的回收了气化热能使得气化运行效益达到最高。
进一步的，所述第一出气口134处设置合成气旁路，所述合成气旁路与所述第一耐高温管道连通，所述合成气旁路与所述第一耐高温管道连通处设置盲板。废锅正常使用时，此旁路关闭，如需对一级废锅或者二级中压废锅进行检修时，移开盲板，打开合成气旁路，将粗煤气通过合成气旁路直接送入后续煤气除尘工段。
进一步的，所述冷却管路31包括进口端和出口端，所述进口端和出口端均设置于所述废锅外部。冷却管路31内部可以充入冷却水或者冷却气体，冷却水或者冷却气体从冷却管路31的进口端进入对煤气进行降温，从出口端排出，副产高压蒸汽或中压蒸汽，回收一部分热能。
化工生产工作原理：将煤炭等原料研磨成极细小的粉末，在合适的压力下(压力范围在0.1MPa到10.0MPa之间)由气化炉顶部通过四个粉煤烧嘴30送入气化炉内的反应室11。位于中间的开工烧嘴在气化炉开工点火时投用，喷入干煤粉；位于外围的三个工艺烧嘴在气化炉点火成功后投用，喷入干煤粉。位于中间的开工烧嘴在气化炉点火成功后，退出工作或继续向气化炉内喷入干煤粉或料浆。在1200℃以上的高温下，与同步送入气化炉内的水蒸汽和氧气迅速反应，生成了CO和H2等粗合成气；气化炉中上部设置环形对称配料烧嘴20，向气化炉内反应室11喷入较难处理的高浓度有机废液，高浓度有机废液在高温下迅速蒸发气化，生成水蒸汽和CO以及H2，较好的利用了部分粗合成气热量，同时大幅降低了处理高浓度有机废液的成本，并进一步提高了有效气产量，以及H2比例；随后粗合成气下行进入气化炉下部激冷室12，经少量激冷水进行部分洗涤冷却，粗合成气温度降低到1000℃以下，同时去除粗合成气中的较大粉尘颗粒，颗粒从第一排渣口133排出。降温后的粗合成气经第一出气口134送出，通过第一耐高温管道直接送入一级废锅200，经过冷却管路31降温，并生成9.8MPa高压蒸汽或者5.0MPa中压蒸汽，然后粗合成气继续送入二级中压废锅300，同样经过冷却管路31降温，副产5.0MPa中压蒸汽，换热后的粗合成气降温到约270℃，从第二出气口302排出，剩余灰渣从第二排渣口303排出，最终粗合成气离开气化工段，送入后续合成气洗涤工段。
炼铁生产工作原理：将煤炭等原料研磨成极细小的粉末，在合适的压力下(压力范围在0.1MPa到10.0MPa之间)由气化炉顶部通过四个粉煤烧嘴30送入气化炉内的反应室11。位于中间的开工烧嘴在气化炉开工点火时投用，喷入干煤粉；位于外围的三个工艺烧嘴在气化炉点火成功后投用，喷入干煤粉。位于中间的开工烧嘴在气化炉点火成功后，退出工作或继续向气化炉内喷入干煤粉或料浆。在1500℃以上的高温下，与同步送入气化炉内的水蒸汽和氧气迅速反应，生成了CO和H2等粗合成气；气化炉中上部设置环形对称配料烧嘴20，向气化炉内反应室11喷入配比好的铁矿石粉和熔剂粉混合物，利用粗合成气以及所产热量，将铁矿石粉还原，生成生铁水和熔渣通过第一排渣口133送出。反应完成的粗合成气经第一出气口134送出，通过第一耐高温管道直接送入一级废锅200，经过冷却管路31降温，并生成9.8MPa高压蒸汽或者5.0MPa中压蒸汽，然后粗合成气继续送入二级中压废锅300，同样经过冷却管路31降温，副产5.0MPa中压蒸汽，换热后的粗合成气降温到约270℃，从第二出气口302排出，剩余灰渣从第二排渣口303排出，最终粗合成气离开气化工段，送入后续合成气洗涤工段。
以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (8)
1.一种热能回收气化冶金一体装置，其特征在于，包括气化炉和废锅，所述废锅设置于所述气化炉外部，所述气化炉和废锅通过第一耐高温管道连通，
所述气化炉包括壳体和炉腔，所述壳体顶部设置粉煤烧嘴，所述壳体中上部设置配料烧嘴，气化炉用于化工生产时，配料烧嘴即为料浆烧嘴，气化炉用于炼铁生产时，配料烧嘴则调整为铁矿粉喷嘴，所述炉腔上部设置反应室，所述炉腔下部设置激冷室，所述反应室和激冷室通过下料管连通，所述激冷室底部设置第一排渣口，所述激冷室侧壁设置第一出气口，所述第一出气口与所述第一耐高温管道的一端连通，
所述废锅顶端设置进气口，所述进气口与所述第一耐高温管道的另一端连通，所述废锅底端设置第二排渣口，所述废锅侧壁设置第二出气口，所述废锅内部设置冷却管路。
2.如权利要求1所述的一种热能回收气化冶金一体装置，其特征在于，所述壳体包括外壁和水冷壁，所述水冷壁设置于所述外壁内侧。
3.如权利要求1所述的一种热能回收气化冶金一体装置，其特征在于，所述废锅包括一级废锅和二级中压废锅，所述一级废锅和二级中压废锅通过第二耐高温管道连通，所述一级废锅的另一端与所述第一耐高温管道连通。
4.如权利要求2所述的一种热能回收气化冶金一体装置，其特征在于，所述粉煤烧嘴数量为4个，均分设置于所述壳体顶部，所述粉煤烧嘴包括开工烧嘴和工艺烧嘴，所述开工烧嘴数量为一个，设置于中间位置，所述开工烧嘴在气化炉开工点火时投用，用于喷入干煤粉，所述工艺烧嘴数量为三个，位于所述开工烧嘴外围，所述工艺烧嘴在气化炉点火成功后投用，用于喷入干煤粉，位于中间的开工烧嘴在气化炉点火成功后，退出工作或继续向气化炉内喷入干煤粉或料浆。
5.如权利要求2所述的一种热能回收气化冶金一体装置，其特征在于，所述配料烧嘴为环形烧嘴，数量为偶数个，两两对称设置于所述壳体中上部侧壁。
6.如权利要求1所述的一种热能回收气化冶金一体装置，其特征在于，所述第一出气口处设置合成气旁路，所述合成气旁路与所述第一耐高温管道连通，所述合成气旁路与所述第一耐高温管道连通处设置盲板。
7.如权利要求1所述的一种热能回收气化冶金一体装置，其特征在于，所述冷却管路包括进口端和出口端，所述进口端和出口端均设置于所述废锅外部。
8.如权利要求1所述的一种热能回收气化冶金一体装置，其特征在于，当装置用于炼铁生产时，所述激冷室取消激冷水，所述激冷室作为生铁水和熔渣的外排通道，使得生铁水和熔渣以熔融态从第一排渣口直接排出，并在之后进行分级除渣。
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