CN113930261B - 一种产一氧化碳的气化炉设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种产一氧化碳的气化炉设备及方法，属于煤化工技术领域。该气化炉设备包括具有燃烧室的气化炉；沿燃烧室的轴向，燃烧室由下至上分别设有用于喷入煤粉及氧气和蒸汽的煤粉加压烧嘴、用于喷入二氧化碳的二氧化碳喷嘴以及用于喷入无挥发份碳基原料的无挥发份碳基烧嘴。该设备单位体积生产能力高、能耗低，对应地，采用上述气化炉设备生产一氧化碳可彻底解决在气化炉内以CO₂作为反应物生产CO的难题，同时解决了生物质炭及无挥发份碳基原料在气流床气化炉上气化难题。

Description

一种产一氧化碳的气化炉设备及方法

技术领域

本发明涉及煤化工技术领域，具体而言，涉及产一种产一氧化碳的气化炉设备及方法。

背景技术

煤和氧气通过烧嘴进入气流床气化炉内产生合成气，主要成分为CO和H₂，及少量CO₂，气化炉内CO₂与碳反应受气化炉液态排渣和反应吸热双重影响，反应深度有限，部分气化炉也产生高压饱和或过热蒸汽，尤其上至废锅气化炉需要大量合成气返回气化炉作为激冷气，激冷气约为气化炉产气量的1/3，且气化炉及附属系统设计在正常设计下，必须再增大30％，单位体积生产能力低、能耗高，直接影响气化装置运行成本。同时气流床气化炉没有直接气化生物质碳及半焦等无挥发份碳基原料的工业运行先例。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种产一氧化碳的气化炉设备，其一方面可实现在气化炉内以CO₂作为反应物生产CO，另一方面可直接气化生物质碳及半焦等无挥发份碳基原料。

本发明的目的之二在于提供一种气化炉设备中生产一氧化碳的方法。

本申请可这样实现：

第一方面，本申请提供一种产一氧化碳的气化炉设备，其包括具有燃烧室的气化炉，沿燃烧室的轴向，燃烧室由下至上分别设有用于喷入煤粉及氧气和蒸汽的煤粉加压烧嘴、用于喷入二氧化碳的二氧化碳喷嘴以及用于喷入无挥发份碳基原料的无挥发份碳基烧嘴。

在可选的实施方式中，煤粉加压烧嘴的数量为多个，多个煤粉加压烧嘴沿燃烧室的周向设置，且煤粉加压烧嘴的嘴口与燃烧室的径向所在截面平行。

在可选的实施方式中，煤粉加压烧嘴的数量为4-8个。

在可选的实施方式中，多个煤粉加压烧嘴等距间隔设置。

在可选的实施方式中，二氧化碳喷嘴的数量为多个，多个二氧化碳喷嘴沿燃烧室的周向设置，且二氧化碳喷嘴的嘴口与燃烧室的径向所在截面之间具有第一夹角。

在可选的实施方式中，第一夹角的角度0-30°；优选地，当第一夹角的角度大于0°时，第一夹角的角度向上。

在可选的实施方式中，二氧化碳喷嘴的数量为4-16个。

在可选的实施方式中，多个二氧化碳喷嘴等距间隔设置。

在可选的实施方式中，无挥发份碳基烧嘴的数量为多个，多个无挥发份碳基烧嘴沿燃烧室的周向设置，且无挥发份碳基烧嘴的嘴口与燃烧室的径向所在截面之间具有向下的第二夹角。

在可选的实施方式中，第二夹角的角度为10-60°。

在可选的实施方式中，无挥发份碳基烧嘴的数量为4-8个。

在可选的实施方式中，多个无挥发份碳基烧嘴等距间隔设置。

在可选的实施方式中，燃烧室的上端和下端均呈锥形。

在可选的实施方式中，燃烧室的下方还设有激冷室。

在可选的实施方式中，激冷室具有冷却夹层。

在可选的实施方式中，气化炉设备还包括具有第一水冷壁的第一段废锅，气化炉连接于第一段废锅下端；第一段废锅的内部设有具有第二水冷壁的套筒，第二水冷壁开设有穿气通道位于同一高度的第二水冷壁的周向上等距间隔设置多个穿气通道。

在可选的实施方式中，第一段废锅与气化炉同轴设置。

在可选的实施方式中，燃烧室与第一段废锅的连接段之间由下至上依次具有收缩段和扩张段，扩张段设有激冷气平衡孔。

在可选的实施方式中，气化炉设备还包括第二段废锅、第三段废锅和第四段废锅；

第二段废锅的两端分别与第一段废锅以及第三段废锅连接，且第二段废锅的轴向与第一段废锅的轴向之间具有第三夹角；第四段废锅竖直向下连接于第三段废锅的远离第二段废锅的一端，且第三段废锅的轴向、第四段废锅的轴向均与燃烧室的轴向平行。

在可选的实施方式中，第三夹角的角度为10-45°。

在可选的实施方式中，第二段废锅内不含换热内芯；第三段废锅内和第四段废锅内均设有冷却水管换热内芯。

在可选的实施方式中，第一段废锅的入口处设有激冷气供气系统。

在可选的实施方式中，第一水冷壁、第二水冷壁、第二段废锅的冷却水管、第三段废锅的冷却水管及换热内芯以及第四段废锅的冷却水管及换热内芯均设有吹灰口。

在可选的实施方式中，第三段废锅以及第四段废锅均设有螺杆吹灰机以进行旋转吹灰。

第二方面，本申请提供一种气化炉设备中生产一氧化碳的方法，包括以下步骤：采用前述实施方式任一项的气化炉设备，将煤粉、氧气和蒸汽通过煤粉加压烧嘴喷入燃烧室内形成合成气，将二氧化碳喷嘴喷入的二氧化碳在合成气向上流动过程中加热至1100℃以上，将无挥发份碳基烧嘴喷入的无挥发份碳基原料与向上流动的加热后的二氧化碳逆向接触并反应，生成一氧化碳。

在可选的实施方式中，还包括：将合成气与各段废锅中的高压锅炉给水及高压饱和蒸汽间接换热以产生高压过热蒸汽，将部分高压过热蒸汽作为煤气化的氧化剂，其余高压过热蒸汽用于空分装置制造氧气。

在可选的实施方式中，还包括：将制造氧气加热后作为煤气化的氧化剂。

在可选的实施方式中，还包括：将合成气在变换装置中通过补中压锅炉给水与合成气中含有的一氧化碳发生变换反应产生氢气，以供下游合成原料氢碳比需求。

在可选的实施方式中，还包括：将变换装置中副产的二氧化碳经低温甲醇工序洗涤、解析后用于煤粉输送工序和无挥发份碳基原料输送工序。

在可选的实施方式中，还包括：将为煤粉和无挥发份碳基原料提供喷入动力的加压排放气及整个产一氧化碳和H₂过程中剩余的二氧化碳重新通入气化炉内并与气化炉内的合成气混合，使得重新通入气化炉内的二氧化碳被加热并与无挥发份碳基原料反应产生一氧化碳。

在可选的实施方式中，还包括：将变换装置降温除水后的变换气作为激冷气，与气化炉出口合成气混合，并降低合成气温度至750℃以内后进入第一段废锅，以使进入第一段废锅内的合成气夹带灰处于固态状态。

在可选的实施方式中，还包括：将气化炉燃烧室水冷壁对应的循环水带走的热量与低压锅炉给水换热产生低压饱和蒸汽以用于煤粉输送工序和无挥发份碳基原料输送工序的工艺伴热。

在可选的实施方式中，还包括：将变换气与中压锅炉给水换热产中压饱和蒸汽用作氧气加热热源。

在可选的实施方式中，还包括：将所有自产蒸汽过量部分都并入蒸汽管网。

本申请的有益效果包括：

本申请通过在气化炉的燃烧室由下至上分别设置用于喷入煤粉及氧气和蒸汽的煤粉加压烧嘴、用于喷入二氧化碳的二氧化碳喷嘴以及用于喷入无挥发份碳基原料的无挥发份碳基烧嘴，使得煤粉、氧气及少量过热蒸汽通过煤粉加压烧嘴产生大量高温合成气并在燃烧室内由下至上流动，高温合成气直接将二氧化碳喷嘴均匀喷入的CO₂加热到1100℃以上，加热后高温CO₂均匀分布到气化炉截面随合成气一并向上继续运行，与经无挥发份碳基原料烧嘴均匀分布到气化炉截面的无挥发份碳基原料充分接触并发生反应，使碳与CO₂反应生产CO，彻底解决了CO₂作为反应物生产CO难题，同时解决了无挥发份碳基原料在气流床气化炉上气化难题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本申请实施例提供的气化炉设备的结构示意图；

图2为图1中气化炉及部分第一段废锅的结构示意图；

图3为图1中第一段废锅的俯视图。

图标：1-气化炉；11-燃烧室；111-煤粉加压烧嘴；112-二氧化碳喷嘴；113-无挥发份碳基烧嘴；114-燃烧室水冷壁；115-燃烧室水冷壁进水口；116-燃烧室下渣口；12-激冷室；121-气化炉激冷室冷却夹腔；122-激冷室冷却夹腔冷却上水；123-激冷室冷却夹腔冷却回水；13-收缩段；14-扩张段；141-激冷气平衡孔；142-燃烧室水冷壁水汽出口；2-第一段废锅；21-第一水冷壁；3-套筒；31-第二水冷壁；32-穿气通道；4-第二段废锅；5-第三段废锅；6-第四段废锅；7-折返点；8-冷却水管换热内芯。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。

实施例

请一并参照图1至图3，本实施例提出一种产一氧化碳的气化炉设备，其包括具有第一水冷壁21的第一段废锅2以及连接于第一段废锅2下端的气化炉1。

其中，气化炉1具有燃烧室11和位于燃烧室11下方的激冷室12，燃烧室11和激冷室12的外部设有气化炉1壳体；沿燃烧室11的轴向，燃烧室11由下至上分别设有用于喷入煤粉及氧气和蒸汽的煤粉加压烧嘴111、用于喷入二氧化碳的二氧化碳喷嘴112以及用于喷入无挥发份碳基原料的无挥发份碳基烧嘴113。

本申请中，燃烧室11可以为水冷壁式气化炉燃烧室或炉砖式气化炉燃烧室。燃烧室11的上端和下端均可呈锥形，从而有利于气化炉1内的返回，确保气化炉1整体气化的碳转化率。上述燃烧室11的下端设有燃烧室下渣口116以排出燃烧室11内的灰渣。

以水冷壁式气化炉燃烧室为例，该燃烧室11具有燃烧室水冷壁114。气化炉1壳体的对应燃烧室11下部的位置设有燃烧室水冷壁进水口115。

本申请中第一段废锅2与气化炉1同轴设置，二者均竖向设置。也可理解为第一段废锅2在气化炉1上部同轴布局，二者的轴向均与水平方向垂直。

可参考地，煤粉加压烧嘴111的数量为多个，多个煤粉加压烧嘴111沿燃烧室11的周向设置，且煤粉加压烧嘴111的嘴口与燃烧室11的径向所在截面平行(水平带切角)。上述煤粉加压烧嘴111可直接采用现有技术中的常规煤粉加压烧嘴111，各煤粉加压烧嘴111均含有煤粉、氧气和蒸汽通道。

作为列举的，上述煤粉加压烧嘴111的数量可以为4-8个，如4个、5个、6个、7个或8个。多个煤粉加压烧嘴111可等距间隔设置，该设置形式可以理解为环形等距间隔布局，以起到均匀喷料的效果。

二氧化碳喷嘴112(高压二氧化碳喷嘴)的数量也可为多个，多个二氧化碳喷嘴112沿燃烧室11的周向设置，且二氧化碳喷嘴112的嘴口与燃烧室11的径向所在截面之间具有第一夹角。

作为列举的，二氧化碳喷嘴112的数量可以为4-16个，如4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个、11个、12个、13个、14个、15个或16个。多个二氧化碳喷嘴112等距间隔设置，同理地，该设置形式也可以理解为环形等距间隔布局，以起到均匀喷料的效果。

在较佳的实施方式中，第一夹角的角度0-30°，如0°、5°、10°、15°、20°、25°或30°等，也可以为0-30°范围内的其它任意值。在更优的实施方式中，第一夹角的角度不等于0°，也即＞0°且≤30°，并且，此时的第一夹角的角度向上，更利于与向上流动的高温合成气均匀混合。

无挥发份碳基烧嘴113的数量也可为多个，多个无挥发份碳基烧嘴113沿燃烧室11的周向设置，且无挥发份碳基烧嘴113的嘴口与燃烧室11的径向所在截面之间具有向下的第二夹角。

作为列举的，无挥发份碳基烧嘴113的数量可以为4-8个，如4个、5个、6个、7个或8个。多个无挥发份碳基烧嘴113可等距间隔设置，该设置形式也可以理解为环形等距间隔布局，以起到均匀喷料的效果。

在较佳的实施方式中，第二夹角的角度为10-60°，如10°、15°、20°、25°、30°、35°、40°、45°、50°、55°或60°等，也可以为10-60°范围内的其它任意值。第二夹角的角度向下，从而使得无挥发份碳基原料向下喷入并与向上流动的CO₂及合成气逆行充分接触，有利于二者快速充分反应，提高反应效率。

承上，煤粉、氧气及少量过热蒸汽通过常规烧嘴产生大量高温合成气在气化炉1内由下至上流动，高温合成气直接将二氧化碳喷嘴112均匀喷入的CO₂加热到1100℃以上，加热后高温CO₂均匀分布到气化炉1截面随合成气一并向上继续运行，与经无挥发份碳基原料烧嘴均匀分布到气化炉1截面向下运行的无挥发份碳基原料逆行充分接触并发生反应，使碳与CO₂反应生产CO，彻底解决了CO₂作为反应物生产CO难题，同时解决了无挥发份碳基原料在气流床气化炉1上气化难题。

本申请中，在气化炉1的上部设置具有第一水冷壁21的第一段废锅2，可确保高温合成气夹带灰分靠重力再次回落到气化炉1内。因气化炉1内产生高温合成气先与CO₂混合降温约1200℃后，再与无挥发份碳基原料反应，碳与CO₂反应生产CO属于吸热反应进一步将合成气进一步降温，出气化炉1后的合成气温度降至1000℃左右，只需少量激冷气将温度降低至750℃以内进入具有第一水冷壁21的第一段废锅2。

本申请中，燃烧室11与第一段废锅2的连接段之间由下至上依次具有收缩段13和扩张段14，扩张段14设有激冷气平衡孔141。扩张段14的与第一段废锅2连接处设有燃烧室水冷壁水汽出口142。

较佳地，第一段废锅2的高度相对较高，可确保合成气中夹带的灰在气化炉1出口到第一段废锅2过渡过程中因流速逐步降低而靠重力回落到气化炉1内，经燃烧室下渣口116排出。

进一步地，上述第一段废锅2的内部设有具有第二水冷壁31的套筒3(竖向设置)，第二水冷壁31开设有穿气通道。

较佳地，套筒3在第一段废锅2内的设置位置依据气化炉1产能，在流速降低且流速趋于稳定处。

可参考地，位于同一高度的第二水冷壁31的周向上等距间隔设置多个穿气通道32。该设置有利于使高温合成气显热尽可能被吸收且有利于使合成气中灰不被担架、粘结到水冷壁上，同时还能实现将灰顺利分离。

进一步地，本申请的气化炉1设备还包括第二段废锅4、第三段废锅5和第四段废锅6；

第二段废锅4的两端分别与第一段废锅2以及第三段废锅5连接，且第二段废锅4的轴向与第一段废锅2的轴向之间具有第三夹角；第四段废锅6竖直向下连接于第三段废锅5的远离第二段废锅4的一端，且第三段废锅5的轴向、第四段废锅6的轴向均与燃烧室11的轴向平行。

需说明的是，上述第二段废锅4、第三段废锅5以及第四段废锅6均具有水冷壁。优选地，第三段废锅5与第四段废锅6整体共用一个垂直外壳，且与气化炉1以及第一段废锅2平行布局。

可参考地，第三夹角的角度例如可以为10-45°，如10°、15°、20°、25°、30°、35°、40°或45°等，也可以为10-45°范围内的其它任意值。

上述第二段废锅4、第三段废锅5以及第四段废锅6的设置，既能降低整体布局高度，又能加大换热面积，降低装置整体投资。而且，通过将第三夹角设置为上述范围(足够小)，可使得折返点7(第二段废锅4与第三段废锅5连接处)以前的灰都能回落到气化炉1内，降低废锅折返点7后水冷壁中灰。

本申请中，第二段废锅4内不含换热内芯，以使第二段废锅4内的灰不被担架，同时能靠重力落到气化炉1内。第三段废锅5内和第四段废锅6内均设有冷却水管换热内芯8，加大换热面积。具体的，第三段废锅5处合成气温度相对高，内芯设置为过热段，第四段废锅6处于废锅的末端，合成气温度接近300℃，内芯设置为饱和段。上述设置可使高温合成气热量尽可能被回收，提高合成气高温显热的回收率。

进一步地，为了防止高温合成气夹带未固化的熔融灰渣离开气化炉1燃烧室11上端进入第一段废锅2并粘结到第一水冷壁21上，影响换热效果，严重时堵塞合成气流通通道，本申请中将进入第一段废锅2的合成气及灰的温度控制于低于750℃。

基于合成气在气化炉1内已通过两次降温，但依然高于750℃，本申请在第一段废锅2的入口处设有激冷气供气系统，通过低温激冷气与高温合成气以及高温灰混合，降低合成气及高温灰进入废锅的温度。

进一步地，在第一段废锅2的第一水冷壁21、套筒3的第二水冷壁31、第二段废锅4、第三段废锅5的冷却水管及换热内芯以及第四段废锅6的冷却水管及换热内芯上均设置吹灰口(清灰口，图未示)，且在第三段废锅5和第四段废锅6上设置螺杆吹灰机旋转吹灰(旋转吹灰)，定期清吹水冷壁面上的灰，确保水冷壁管的换热效果。

因进入废锅前合成气温度约1100℃，相对较低，激冷气用量也相对传统气化炉低，本申请中将激冷气供气设置为两路，第一路通过限流孔板(图未示)供气确保正常工况下用量，第二路通过调节阀(图未示)供气，并在第一段废锅2入口处设置上下2-4层多组温度监测仪监测(图未示)，当监测温度高于750℃，自动启动第二路激冷气供气系统及时降低合成气及高温灰温度，使检测温度控制在750℃以内。可以理解为：第二路激冷气系统正常情况下不投用，只有工况异常时自动控制开阀供气，在确保安全前提下最大限度降低激冷气，即降低能耗。

废锅水冷壁的吹灰气在各支路吹灰口处(含螺杆吹灰机吹灰口)也分别设置两路吹灰气，第一路通过限流孔板提供很小常吹气，确保在吹扫同时吹灰口不被堵塞，第二路通过两位控制阀供气，所有吹灰两位程控阀由逻辑顺控控制，按周期、吹灰间隔及吹灰时间进行有序吹灰，通过瞬间高压力、大气量确保吹灰效果，通过此设置即确保吹灰效果又降低吹灰器气用量。

较佳地，废锅水冷壁的吹灰气与激冷气可源于同一台激冷气压缩机(图未示)提供，激冷气压缩机出口设置缓冲罐(图未示)，依据缓冲罐压力自动调整负荷，在正常工况下，不投用第二路激冷气系统，激冷气压缩机在低负荷工况下运行，运行能耗低，当废锅入口处温度高于控制设定值后，自动投用第二路激冷气系统并控制用量，缓冲罐压力低，激冷气压缩机自动加负荷。为了确保废锅水冷壁清灰气和激冷气不同温度的需求，在水冷壁清灰气支路上设置加热器(图未示)，以确保水冷壁清灰气的温度。

本申请中，激冷室12位于燃烧室11下方，气化炉1内的高温熔渣经燃烧室下渣口116进入激冷室12掉入激冷室12底部水浴中激速冷却，正常运行时激冷室12内控制一定液位，确保熔融灰渣掉入后激速冷却，形成粗渣排出，由于合成气不经激冷室12水浴，激冷室12内不需要设置激冷环，或激冷喷头，只需设置补水管线，且补水量小，补水主要控制排渣温度，为维持激冷室12液位稳定，激冷室12底部，或渣锁斗顶部抽少量水到闪蒸系统，闪蒸负荷小，综合能耗低。

为防止高温熔渣带少量合成气进入激冷室12后与激冷室12筒体壁面接触，本申请将激冷室12设置为带冷却夹层结构(也即具有气化炉激冷室冷却夹腔121)，并设置循环冷却水罐(图未示)、循环冷却器(图未示)及循环冷却水泵(图未示)，循环冷却水先从循环冷却水罐进入循环冷却器降低温度，再经循环冷却水泵加压后，从激冷室12冷却腔下端进入(对应激冷室冷却夹腔冷却上水122)，从激冷室12冷却腔上端出来(对应激冷室冷却夹腔冷却回水123)，循环冷却水带入一定热量后进入循环冷却水罐进行强制密闭循环，确保激冷室12筒体材质不因高温合成气和高温熔融灰渣而超温。

此外，本申请还提供了一种气化炉设备中生产一氧化碳的方法，其包括以下步骤：采用上述气化炉设备，将煤粉、氧气和蒸汽通过煤粉加压烧嘴111喷入燃烧室11内形成合成气，将二氧化碳喷嘴112喷入的二氧化碳在合成气向上流动过程中加热至1100℃以上，将无挥发份碳基烧嘴113喷入的无挥发份碳基原料与向上流动的加热后的二氧化碳接触并反应，生成一氧化碳。

具体的，CO₂进入燃烧室11与高温合成气均匀混合，并被高温合成气加热，加热后的高温CO₂，温度约1200℃左右，随高温合成气一并向上运行。

无挥发份碳基原料进入燃烧室11与高温CO₂发生吸热反应，生产CO。其中，无挥发份碳基原料包含焦炭、半焦、生物质半焦等无挥发份或挥发性极少，以固定碳为主的碳基原料，由于无挥发份碳基原料向下倾斜喷入燃烧室11，使原料有向下运动的速度相对较高，且向上高温合成气速度相对低，约1m/s，故，未完全燃烧的无挥发份碳基原料落入下层常规气流床煤粉加压烧嘴111反应区，进一步燃烧反应，从而确保气化炉1整体气化的碳转化率。煤粉加压烧嘴111产生的高温合成气，先与CO₂混合降温，温度由1450℃左右降低至1200℃，后再与无挥发份碳基原料发生吸热反应，进一步降低合成气温度，温度降低约1100℃，极大的降低后续激冷气的用量。

进一步地，上述方法还包括：

将合成气与各段废锅中的高压锅炉给水及高压饱和蒸汽间接换热以产生高压过热蒸汽，将部分(极少部分)高压过热蒸汽作为煤气化的氧化剂，其余高压过热蒸汽用于空分装置汽轮机用制造氧气；将制造氧气加热后作为煤气化的氧化剂。

由于合成气因温度降低，所含水蒸气量少，上述方法还包括：将合成气在变换装置中通过补中压锅炉给水与合成气中含有的一氧化碳发生变换反应产生氢气，以供下游合成原料氢碳比需求。

进一步地，将变换装置中副产的二氧化碳经低温甲醇工序洗涤、解析后用于煤粉输送工序和无挥发份碳基原料输送工序，进行加压、输送。

将为煤粉和无挥发份碳基原料提供喷入动力的加压排放气及整个产一氧化碳和H₂过程中剩余的二氧化碳重新通入气化炉1内并与气化炉1内的高温合成气混合，降低高温合成气的温度，同时使得重新通入气化炉1内的二氧化碳被加热并与无挥发份碳基原料反应产生一氧化碳。该反应为吸热反应，进一步降了和合成气温度，减少了合成气激冷气的用量。

进一步地，将变换装置降温除水后的变换气作为激冷气，与气化炉1出口的合成气混合，并降低合成气温度至750℃以内后进入第一段废锅2，以使进入第一段废锅2内的合成气夹带灰处于固态状态。

进一步地，将气化炉1的燃烧室水冷壁114对应的循环水带走的热量与低压锅炉给水换热产生低压饱和蒸汽以用于煤粉输送工序和无挥发份碳基原料输送工序的工艺伴热(变换反应属于放热反应)。上述过程中，为确保气化炉1挂渣稳定性，气化炉1水冷壁采用无相变高压水，吸收热量对锅炉给水进行加热，从而产生低压饱和蒸汽。

进一步地，将变换气与中压锅炉给水换热产中压饱和蒸汽用作氧气加热热源；将所有自产蒸汽过量部分都并入蒸汽管网，在装置启动前(也即开车阶段)各等级蒸汽用量由蒸汽管网提供，生产正常后各等级蒸汽均采用本装置自产蒸汽，并将自产过量蒸汽并入管网作为稳压汽。也即正常后蒸汽为自产自用，气化炉1氧气管线所用的蒸汽也来自自产蒸汽。

综上，本申请提供的设备和方法解决了燃煤锅炉或燃气锅炉产蒸汽的高能耗问题和产生大量CO₂无法处理问题，从而实现了以煤、无挥发份碳基原料和锅炉给水(变换反应原料)为主体原料，CO₂为循环中间载体，生产化工原料及燃料。上述方法决绝了空分装置及其他工序所用蒸汽来源，大大降低整体装置能耗；杜绝了燃煤锅炉或燃气锅炉生产空分装置所需高压过热蒸汽时排放的大量CO₂；同时解决了满足下游各种原料气中H₂含量需求及采用变换制氢后CO₂再利用难题，杜绝或大幅度降低CO₂排放攻关课题。采用此技术及流程，工艺节能、环保，运行安全、可靠、在线运行率高、操作维护方便、运行经济成本低及综合能耗低等显著优点，大大提高了经济价值及社会效益。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (30)

1.一种产一氧化碳的气化炉设备，其特征在于，包括具有燃烧室的气化炉；沿所述燃烧室的轴向，所述燃烧室由下至上分别设有用于喷入煤粉及氧气和蒸汽的煤粉加压烧嘴、用于喷入二氧化碳的二氧化碳喷嘴以及用于喷入无挥发份碳基原料的无挥发份碳基烧嘴；

所述气化炉设备还包括具有第一水冷壁的第一段废锅，所述气化炉连接于所述第一段废锅下端；所述第一段废锅的内部设有具有第二水冷壁的套筒，所述第二水冷壁开设有穿气通道位于同一高度的所述第二水冷壁的周向上等距间隔设置多个穿气通道；所述第一段废锅与所述气化炉同轴设置；

所述气化炉设备还包括第二段废锅、第三段废锅和第四段废锅；

所述第二段废锅的两端分别与所述第一段废锅以及所述第三段废锅连接，且所述第二段废锅的轴向与所述第一段废锅的轴向之间具有第三夹角；所述第四段废锅竖直向下连接于所述第三段废锅的远离所述第二段废锅的一端，且所述第三段废锅的轴向、所述第四段废锅的轴向均与所述燃烧室的轴向平行；

所述第三夹角的角度为10-45°；

所述第二段废锅内不含换热内芯；所述第三段废锅内和所述第四段废锅内均设有冷却水管换热内芯。

2.根据权利要求1所述的气化炉设备，其特征在于，所述煤粉加压烧嘴的数量为多个，多个所述煤粉加压烧嘴沿所述燃烧室的周向设置，且所述煤粉加压烧嘴的嘴口与所述燃烧室的径向所在截面平行。

3.根据权利要求2所述的气化炉设备，其特征在于，所述煤粉加压烧嘴的数量为4-8个。

4.根据权利要求3所述的气化炉设备，其特征在于，多个所述煤粉加压烧嘴等距间隔设置。

5.根据权利要求1所述的气化炉设备，其特征在于，所述二氧化碳喷嘴的数量为多个，多个所述二氧化碳喷嘴沿所述燃烧室的周向设置，且所述二氧化碳喷嘴的嘴口与所述燃烧室的径向所在截面之间具有第一夹角。

6.根据权利要求5所述的气化炉设备，其特征在于，所述第一夹角的角度0-30°。

7.根据权利要求6所述的气化炉设备，其特征在于当所述第一夹角的角度大于0°时，所述第一夹角的角度向上。

8.根据权利要求5所述的气化炉设备，其特征在于所述二氧化碳喷嘴的数量为4-16个。

9.根据权利要求8所述的气化炉设备，其特征在于多个所述二氧化碳喷嘴等距间隔设置。

10.根据权利要求5所述的气化炉设备，其特征在于，所述无挥发份碳基烧嘴的数量为多个，多个所述无挥发份碳基烧嘴沿所述燃烧室的周向设置，且所述无挥发份碳基烧嘴的嘴口与所述燃烧室的径向所在截面之间具有向下的第二夹角。

11.根据权利要求10所述的气化炉设备，其特征在于所述第二夹角的角度为10-60°。

12.根据权利要求10所述的气化炉设备，其特征在于所述无挥发份碳基烧嘴的数量为4-8个。

13.根据权利要求10所述的气化炉设备，其特征在于多个所述无挥发份碳基烧嘴等距间隔设置。

14.根据权利要求1所述的气化炉设备，其特征在于，所述燃烧室的上端和下端均呈锥形。

15.根据权利要求14所述的气化炉设备，其特征在于所述燃烧室的下方还设有激冷室。

16.根据权利要求15所述的气化炉设备，其特征在于所述激冷室具有冷却夹层。

17.根据权利要求1所述的气化炉设备，其特征在于，所述燃烧室与所述第一段废锅的连接段之间由下至上依次具有收缩段和扩张段，所述扩张段设有激冷气平衡孔。

18.根据权利要求1所述的气化炉设备，其特征在于，所述第一段废锅的入口处设有激冷气供气系统。

19.根据权利要求1所述的气化炉设备，其特征在于，所述第一水冷壁、所述第二水冷壁、所述第二段废锅的冷却水管、所述第三段废锅的冷却水管及换热内芯以及所述第四段废锅的冷却水管及换热内芯均设有吹灰口。

20.根据权利要求1所述的气化炉设备，其特征在于，所述第三段废锅以及所述第四段废锅均设有螺杆吹灰机以进行旋转吹灰。

21.一种气化炉设备中生产一氧化碳的方法，其特征在于，包括以下步骤：采用权利要求1-20任一项所述的气化炉设备，将煤粉、氧气和蒸汽通过所述煤粉加压烧嘴喷入所述燃烧室内形成合成气，将所述二氧化碳喷嘴喷入所述的二氧化碳在所述合成气向上流动过程中加热至1100℃以上，将所述无挥发份碳基烧嘴喷入的无挥发份碳基原料与向上流动的加热后的二氧化碳逆向接触并反应，生成一氧化碳。

22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，还包括：将所述合成气与各段废锅中的高压锅炉给水及高压饱和蒸汽间接换热以产生高压过热蒸汽，将部分所述高压过热蒸汽作为煤气化的氧化剂，其余所述高压过热蒸汽用于空分装置制造氧气。

23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，还包括：将所述制造氧气加热后作为煤气化的氧化剂。

24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，还包括：将所述合成气在变换装置中通过补中压锅炉给水与所述合成气中含有的一氧化碳发生变换反应产生氢气，以供下游合成原料氢碳比需求。

25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，还包括：将所述变换装置中副产的二氧化碳经低温甲醇工序洗涤、解析后用于煤粉输送工序和无挥发份碳基原料输送工序。

26.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，还包括：将为所述煤粉和所述无挥发份碳基原料提供喷入动力的加压排放气及整个产一氧化碳和H₂过程中剩余的二氧化碳重新通入气化炉内并与气化炉内的合成气混合，使得重新通入气化炉内的二氧化碳被加热并与无挥发份碳基原料反应产生一氧化碳。

27.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，还包括：将所述变换装置降温除水后的变换气作为激冷气，与气化炉出口合成气混合，并降低合成气温度至750℃以内后进入第一段废锅以使进入第一段废锅内的合成气夹带灰处于固态状态。

28.根据权利要求27所述的方法，其特征在于，还包括：将气化炉燃烧室水冷壁对应的循环水带走的热量与低压锅炉给水换热产生低压饱和蒸汽以用于煤粉输送工序和无挥发份碳基原料输送工序的工艺伴热。

29.根据权利要求28所述的方法，其特征在于，还包括：将变换气与中压锅炉给水换热产中压饱和蒸汽用作氧气加热热源。

30.根据权利要求29所述的方法，其特征在于，还包括：将所有自产蒸汽过量部分都并入蒸汽管网。

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