CN115305119B - 径向气化炉 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种径向气化炉，具有壳体，环形气化反应室，烧嘴，及中置废锅。与现有气化炉相比，径向气化炉结构更为紧凑、简洁、合理，物料的混合更均匀，气化反应进行的更彻底，碳转化率更高，更利于气、渣的分离以及热量的回收，同时易于装置的大型化，节省占地空间及投资。

Description

径向气化炉
本发明涉及一种径向气化炉，属于燃料气化领域，特别是煤气化炉。
背景技术
煤气化技术历经百余年的发展，已日渐成熟并得到了广泛的应用。纵观煤气化技术的发展历程，其发展过程中的每一次大的改进都是围绕床层形态的变化发生的，其它的技术革新也基本都是为这一目的服务的。从最初的移动床气化到现在的并流气化乃至催化气化，围绕床层形态的革新还在进行。
煤气化技术的每一次革新，都伴随着气化炉结构的改变。在煤气化技术的发展历程中，气化炉的炉型可以概括的分为基本型和功能型。基本型气化炉具有气化室及气、渣出口，根据气、渣出口形式的不同，又有气渣、分出与气、渣同出两种形式。气化室与不同形式的渣、气出口相结合构成了各种结构形式的气化炉。
功能型气化炉则是在基本型气化炉的基础上对其结构功能进行了拓展。根据相关资料，到目前为止，拓展的形式基本都是沿气化炉的轴向进行的。比如shell气化炉可视为将采用气、渣分出结构的基本型气化炉的出气管向上大幅延伸的结果。而德士古气化炉则可视为将气、渣同出结构的基本型气化炉的出口管向下延伸的结果。虽然技术方案不同，但都得到了比较成功的结果。
但是应当看到，由于这种拓展是沿轴向进行的，因此造成了这种炉型的高度都比较高，设备框架基础投资较大。为了缓解高度过大带来的局限，shell气化炉采用了旁置废锅的办法，形成了其特有的n形结构（国内两段式气化炉也属n形结构）。德士古全废锅流程的气化炉也采用了类似的办法旁置对流废锅，形成了h形结构（国内废锅流程的航天气化炉同属h形结构）。高耸的n 与h从某种程度上反映出这种炉型的局限与设计者的无奈。在气化装置大型化的今天，这种轴向拓展的气化炉高度变得越来越高大，建设难度越来越大，基建成本越来越高，投资动辄以十数亿计，其局限性越发明显。
我国煤气化技术的发展，近年来取得了巨大的进步，国内一些单位也成功开发了自已的气化炉，甚至有的炉型已走出国门。但是应当看到，这些成功的炉型基本脱胎于对国外各种气化技术的引进、消化与吸收，难脱国外技术的影子，大多仍是沿着国外技术路线进行的开发创新，并没有形成一套真正自主的完整体系，前述气化炉的局限性在国产气化炉上一样根深蒂固的存在。换句话说，我国的煤气化技术，底层原创技术仍存在不足。
分析国外煤气化技术的发展路径，结合国内煤气化技术的现状，统览煤气化行业技术的发展历程，可以发现，目前全球范围内的煤气化炉技术的发展改进基本都是沿气化炉轴向进行改造创新的，因此目前种类繁多的各种气化炉可笼统的称为轴向气化炉（以下简轴向炉，相应的沿气化炉径向与轴、径向方向进行改造创新的气化炉则称之为径向炉与轴径向炉）。沿径向乃至轴、径向相结合方向进行拓展创新的径向气化炉乃至轴、径向气化炉则基本无一涉及。径向炉在没有轴向炉局限性的同时，反而可以充分统筹轴、径两个方向的进行综合性的创新而具发展潜力，使得径向炉相比轴向炉，其发展拓展的空间更大，反应效率更高，结构更为紧湊、简洁、合理，投资成本更低，具有全面性优势。因此，我国煤气化技术若沿着对基本型煤气化炉的径向或轴径向相结合的方向进行创新，完全可能创造出优于国外煤气化技术的新的煤气化技术，乃至其它燃料气化技术，创造出燃料气化技术的新体系。真正从根本上创造出具有我们中国特色的自主独立的燃料气化技术，并促进全球燃料气化技术的进步与繁荣。本发明围绕这一思路，提出一种径向气化炉，对径向气化技术进行初次有益的探索，为创造中国特色的燃料气化技术乃至业界燃料气化技术的做出尝试。同时现存的各种气化炉也可参照本发明的结构进行改进，将废锅装入气化炉中，形成新的气化炉结构形式，促进气化技术的进步。
发明内容
本发明的目的在于提出一种径向气化炉，为燃料气化技术特别是煤气化技术的发展进步提供一条新的创新路径。
本发明的目的还在于，首次从新的角度对气化炉进行了归纳与分类，将至今出现的各种气化炉按功能分为基本型气化炉与功能型气化炉两大类别。根据这种类别的划分，得出迄今出现的各种气化炉均为沿气化炉的轴向进行功能拓展的功能型气化炉的结论。进而提出了一种按气化炉的轴向与径向两个方向对气化炉进行分类方法。根据这种分类方法，首次提出了轴向气化炉与径向气化炉乃至轴、径向气化炉的概念。并根据此分类方法发现，可按气化炉的径向或轴、径向相结合的方向进行功能拓展，得到新型气化炉即径向炉或轴、径向炉这一技术创新方向，径向炉或轴、径向炉因可充分统筹轴、径两个方向进行综合性的创新而具有全面性优势。根据这种思路，创造性的提出了一种径向气化炉。
本发明的目的还在于提出了一种径向气化炉，所述径向气化炉包括：壳体，气化反应室，废锅。
壳体，所述壳体上设有反应气出口及与气化反应室外壁连通的第一烧嘴组，所述壳体下部设有熔渣冷却及排渣系统；所述壳体的底部设有渣、水出口；所述壳体内侧设有用于进行气化反应的气化反应室。
气化反应室，所述气化反应室具有内、外双壁环形结构；内、外双壁沿径向气化炉的轴线周向延伸，在双壁间形成环形气化反应室；在气化反应室内壁内侧形成反应气出口通道，气化反应室外壁外侧与壳体间形成环隙；所述环形气化反应室下部具有敞口，所述敞口作为熔渣、反应气出口，与反应气出口通道和熔渣冷却及排渣系统连通。
废锅，所述废锅为置于气化反应室内壁构成的反应气出口通道中的若干换热器件。
根据本发明实施例的径向气化炉，具有结构紧凑、简洁、合理，气化反应充分，碳转化率高，气、渣易于分离，易于热量回收等优点；同时易于大型化，节省占地空间及投资。
另外，根据本发明上述实施例的径向气化炉，还可以具有如下附加的技术特征：。
气化反应室：优选地，所述气化反应室的内、外壁均为水冷壁；气化反应室由若干个/段水冷壁构成。水冷壁可以是膜式水冷壁、螺旋盘管水冷壁或其它水冷壁的任意一种或其组合。
气化反应室：可选地，在本发明的一些实施例中，所述环形气化反应室内壁上设有第二烧嘴组。
气化反应室：可选地，在本发明的一些实施例中，所述气化反应室内、外壁均可具有变径段。
气化反应室：可选地，反应气出口通道下部可设有喷淋装置。
第一烧嘴组：优选地，在本发明的一些实施例中，所述第一烧嘴组可设于径向气化炉的侧部，也可设置于径向气化炉的顶部。
第一烧嘴组：优选地，在本发明的一些实施例中，所述第一烧嘴组至少设置2-8个烧嘴，且沿气化反应室周向均匀分布。
第一烧嘴组：可选地，在本发明的一些实施例中，所述第一烧嘴组可沿径向气化炉轴向增设一组或数组，增设后各烧嘴仍宜沿气化反应室周向均匀分布。这在装置大型化时更有实际意义。
第一烧嘴组：可选地，在本发明的一些实施例中，所述第一烧嘴组烧嘴的轴线与气化反应室外壁切线成一定夹角且朝统一方向倾斜设置，侧置时夹角角度为0-90°之间的某一数值；顶置烧嘴时角度为0-30°之间的某一数值。
第一烧嘴组：可选地，在本发明的一些实施例中，所述第一烧嘴组的烧嘴的轴线在气化反应室的轴截面上与气化反应室轴线成一定夹角倾斜设置，侧置时夹角角度为30-150°之间的某一数值；顶置烧嘴时夹角角度为0-45°之间的某一数值。
第一烧嘴组：可选地，在本发明的一些实施例中，所述第一烧嘴组可以采用若干组，并采用侧置烧嘴组或顶置与侧置烧嘴组并用的方式组合设置，而不设置第二烧嘴组。
第二烧嘴组：优选地，在本发明的一些实施例中，所述第二烧嘴组的烧嘴至少设置2-8个，且沿气化反应室周向均匀分布。
第二烧嘴组：可选地，在本发明的一些实施例中，所述第二烧嘴组可沿沿径向气化炉轴向增设一组或数组，增设后各烧嘴仍宜沿气化反应室周向均匀分布。这在装置大型化时更有实际意义。
第二烧嘴组，优选地，在本发明的一些实施例中，所述第二烧嘴组烧嘴的轴线与气化反应室内壁的切线的成一定夹角且朝统一方向倾斜设置，倾斜角度为0-90°之间某一数值。
第二烧嘴组：可选地，在本发明的一些实施例中，所述第二烧嘴组烧嘴的轴线在气化反应室的轴截面上与气化反应室轴线成一定角度倾斜设置，倾斜角度为30-150°之间某一数值。
优选地，在本发明的一些实施例中，所述第一烧嘴组与第二烧嘴组的轴线宜同向或反向布置以强化旋流或混流。
废锅：优选地，在本发明的一些实施例中，所述换热器件可以是一件或多件，且沿径向气化炉的轴向布置。
废锅：优选地，由于废锅置于反应气出口通道中，故可视反应器通道为壳体而不必具有壳体。此时构成废锅的换热器件可为具有过热器、蒸发器及省煤器功能一种或几种类似换热器件。
废锅，可选地，在本发明的一些实施例中，所述废锅也可具有自已的壳体。此时构成废锅的换热器件可为过热器、蒸发器及省煤器中的一种或几种。
附图说明
图1－3为本发明实施例1的附图：
图1为本发明实施例1的径向气化炉结构示意图，实施例1设置了一组第一烧嘴组和一组第二烧嘴组；
图2为本发明实施例1的径向气化炉第一烧嘴组布置示意图；
图3为本发明实施例1的径向气化炉第二烧嘴组布置示意图。
图4－6为本发明实施例2的附图：
图4为本发明实施例2的径向气化炉结构示意图，实施例2设置了两组第一烧嘴组，一组顶置，一组侧置；
图5为本发明实施例2的径向气化炉顶置第一烧嘴组布置示意图；
图6为本发明实施例2的径向气化炉侧置第一烧嘴组布置示意图。
附图标记：壳体1、反应气出口11、第一烧嘴组12、熔渣冷却及排渣系统13、渣、水出口14；气化反应室2、气化反应室外壁21、气化反应室内壁22、敞口23、第二烧嘴组24、反应气出口通道3、废锅4、喷淋装置5 ，第二组第一烧嘴组121。
具体实施方式
下面详细描述本发明实施例。所述实施例在附图中示出，是示例性的，目的在于解释本发明，不应视为或理解为对本发明的限制，任何对本申请范围和意图或可预见的修改以及本申请的其它等效形式，均应视为具有权利要求所述的特征而处于本发明权利要求所限定的保护范围内。
本发明实施例采用相同或相近的附图标记表示相同或相近功能的元件，用以解释本发明实施例。
下述实施例仅是本发明申请实施例中的两个示例，实际实施时可采用多种方式。对于本领域内所熟知的功能和结构，此处不再详细描述，以免显得不必要和啰嗦。因此，本发明申请的具体的结构在于帮助本领域技术人员理解和使用本申请，而不是对本发明限制。
下面结合附图，描述本发明实施例的径向气化炉。
实施例1：
在本发明实施例1中，如附图1所示，包括：壳体1；气化反应室2；反应气出口通道3、废锅4、喷淋装置5 。
本发明实施例1中，所述壳体1的顶部设有反应气出口11；下部设有熔渣冷却及排渣系统13，底部设有渣、水出口14，壳体1上设有与气化反应室外壁21连通的第一烧嘴组12。
本发明实施例1中，所述壳体1内侧设有气化反应室2。气化反应室2具有气化反应室外壁21、气化反应室内壁22、敞口23及第二烧嘴组24，其中气化反应室外、内壁21、22均为水冷壁。气化反应室外壁21与气化反应室内壁22沿径向气化炉的轴线周向延伸，气化反应室外壁21与气化反应室内壁22之间形成的环形空腔即为气化反应室2；在气化反应室内壁22内侧形成的空腔即为反应气出口通道3，反应气出口通道3上端与反应气出口11连通。气化反应室外壁21与气化反应室内壁22之间形成的空腔即气化反应室2的下部具有敞口23，为气化反应产生的反应气与熔渣的出口，直接与反应气出口通道3和熔渣冷却及排渣系统13连通，反应气向上流入反应气出口通道3，熔渣向下流入熔渣冷却及排渣系统13。反应气出口通道3的下部变径段处设有喷淋装置5，用于对从气化反应室下部敞口23出来的反应气进行降温、除渣、除灰、增湿等；反应气出口通道3内设有废锅4，用于回收气化反应产生的热量。
本发明实施例1中，所述壳体1上与气化反应室外壁21连通的第一烧嘴组12烧嘴的轴线与气化反应室外壁21的切线成一定夹角且朝统一方向倾斜设置，夹角角度为0°-90°之间某一数值，附图2中用α示出。同时第一烧嘴组12烧嘴的轴线在气化反应室轴截面上与气化反应室轴线成一定夹角倾斜设置，夹角角度为30°-150°之间某一数值，附图2中用β示出。通过夹角的设置，使物料（通常为干粉煤、氧气、水蒸汽或水煤桨等，以下同此）在喷入环形气化反应室后可形成一定程度的螺旋环流，以促进物料的混合与反应，同时有利于气化反应产生的熔渣与飞灰在离心力作用下的挂渣与分离。
本发明实施例1中，所述气化反应室内壁22上设有第二烧嘴组24，第二烧嘴组24烧嘴的轴线与气化反应室内壁22的切线成一定夹角且朝统一方向倾斜设置，夹角角度为0°-90°之间某一数值，附图3中用γ示出。同时第二烧嘴组24烧嘴的轴线在气化反应室轴截面上与气化反应室轴线成一定夹角倾斜设置，夹角角度为30°-150°之间某一数值，附图3中用θ示出。第二烧嘴组24烧嘴设置夹角的作用与第一烧嘴组12烧嘴设置夹角的作用相类似，并且两组烧嘴轴线相应夹角的角度宜相同，且宜同向或反向布置，以强化旋流或混流，使得气化反应进行的更为充分彻底。
本发明实施例1中，所述废锅4为置于反应气出口通道3中的三组换热水冷壁组。所述换热水冷壁组具有过热、蒸发、及省煤功能（类似于常用的过热器、蒸发器及省煤器）。换热水冷壁组的水冷壁可为常见的膜式水冷壁、螺旋盘管水冷壁或蛇管式水冷壁，也可为其它适宜的水冷壁。本发明实施例中换热水冷壁组自上而下为省煤水冷壁组、蒸发水冷壁组、过热水冷壁组。对于本领域的技术人员而言，此处的内容都是熟知的，故不再附图详述。
至此，本发明上述实施例1的径向气化炉的工作流程大致为：由于在气化反应室内、外壁22、21上设有与气化反应室2轴向及切向均具有一定夹角的烧嘴12、24，故可通过烧嘴12、24向气化反应室内喷入物料以发生气化反应。由于烧嘴夹角的存在，物料在喷入环形气化反应室2后绕气化反应室2的轴线形成螺旋环流，物料在螺旋环流作用下充分混合接触并发生气化反应，产生的反应气经气化反应室2底部的敞口23向上进入反应气出口通道3，在反应气出口通道3的入口段经喷淋装置5喷淋增湿、降温、除渣、除灰后向上流经反应气出通道3中的废锅4回收热量，同时可继续进行一定程度的气化变换反应降低反应气温度，最后流出反应气出口11进入后续工段进行后续处理。而气化反应产生的熔渣则经敞口23向下流入熔渣冷却及排渣系统，冷却破碎后经渣、水出口14排出。
实施例2
在本发明实施例2中，如附图4所示，包括：壳体1；气化反应室2；反应气出口通道3、废锅4、喷淋装置5 。
本发明实施例2中，所述壳体1的顶部设有反应气出口11；下部设有熔渣冷却及排渣系统13，底部设有渣、水出口14，壳体1顶部设有与气化反应室外壁21连通的第一烧嘴组12，壳体1的侧部设有与气化反应室外壁21连通的第二组第一烧嘴组121。
本发明实施例2中，所述壳体1内侧设有气化反应室2。气化反应室2具有气化反应室外壁21、气化反应室内壁22、敞口23，其中气化反应室外、内壁21、22均为水冷壁。气化反应室外壁21与气化反应室内壁22沿径向气化炉轴线周向延伸，在气化反应室外壁21与气化反应室内壁22之间形成的环形空腔即为气化反应室2；在气化反应室内壁22内侧形成的空腔即为反应气出口通道3，反应气出口通道3上端与反应气出口11连通。气化反应室外壁21与气化反应室内壁22之间形成的空腔即气化反应室2的下部具有敞口23，为气化反应产生的反应气与熔渣的出口，直接与反应气出口通道3和熔渣冷却及排渣系统13连通，反应气向上流入反应气出口通道3，熔渣向下流入熔渣冷却及排渣系统13。反应气出口通道3的下部变径段处设有喷淋装置5，用于对从气化反应室下部敞口23出来的反应气进行降温除灰增湿等；反应气出口通道3内设置废锅4，用于回收气化反应产生的热量。
本发明实施例2中，所述壳体1上与气化反应室2连通的第一烧嘴组12烧嘴的轴线与气化反应室外壁21的切线成一定夹角且朝统一方向倾斜设置，夹角角度为0°-30°之间某一数值，附图5中用λ示出。同时第一烧嘴组12烧嘴的轴线在气化反应室轴截面上与气化反应室轴线成一定夹角倾斜设置，夹角角度为0°-45°之间某一数值，附图5中用ξ示出。通过夹角的设置，使物料喷入环形气化反应室后可形成一定程度的螺旋环流，以促进物料的混合与反应，以及气化反应产生的熔渣与飞灰在离心力作用下的分离挂渣等。
所述壳体1上与气化反应室2连通的第二组第一烧嘴组121烧嘴的轴线与气化反应室外壁21的切线成一定夹角且朝统一方向倾斜设置，夹角角度为0°-90°之间某一数值，附图6中用α示出。同时第二组第一烧嘴组121烧嘴的轴线在气化反应室轴截面上与气化反应室轴线成一定夹角倾斜设置，夹角角度为30°-150°之间某一数值，附图6中用β示出。通过夹角的设置，使物料喷入环形气化反应室后可形成一定程度的螺旋环流，以促进物料的混合与反应，以及气化反应产生的熔渣与飞灰在离心力作用下的分离等。同时两组第一烧嘴组的轴线布置方向，可采取同相或反向布置的方式，以进一步增强混流或旋流，使气化反应更为彻底。
本发明实施例2中，所述废锅4为置于反应气出口通道3中的一组具有过热、蒸发、及省煤功能（类似于常用的过热器、蒸发器及省煤器）的换热器件，用于回收气化反应产生的热量。对于本领域的技术人员而言，此处的内容都是熟知的，没有特别之处，故不再附图详述。
至此，本发明上述实施例2描述完毕，其工作流程与实施例1几乎完全相同，可参阅[0047]段内容，故此处不再赘述。其不同之处仅在于烧嘴设置位置与形式的不同。实例1为气化反应室内、外壁同时侧置烧嘴时的径向气化炉，实例2为采用两组第一烧嘴组时，在气化反应室外壁上采用顶置与侧置相结合形式的径向气化炉。
通过两个实施例，意在说明本径向气化炉可通过改变第一烧嘴组第二烧嘴组的数量，以及改变烧嘴组布置的位置，采用不同烧嘴组的组合，形成多种形式的径向气化炉，方便本领域技术人员以自已需要的形式使用本申请。

Claims (7)

1.一种径向气化炉，其特征在于：所述径向气化炉包括：
壳体，所述壳体上设有反应气出口及与气化反应室外壁连通的第一烧嘴组，所述壳体下部设有熔渣冷却及排渣系统；所述壳体的底部设有渣、水出口；所述壳体内侧设有用于进行气化反应的气化反应室；其中，反应气出口设置于壳体的顶部；
气化反应室，所述气化反应室具有内、外双壁环形结构；内、外双壁沿径向气化炉轴线周向延伸，在双壁间形成环形气化反应室；在气化反应室内壁内侧形成反应气出口通道，气化反应室外壁外侧与壳体间形成环隙；所述环形气化反应室内壁设置第二烧嘴组；所述环形气化反应室下部具有敞口，所述敞口为熔渣、反应气出口，与反应气出口通道和熔渣冷却及排渣系统连通；
废锅，所述废锅为置于气化反应室内壁构成的反应气出口通道中的若干换热器件。
2.根据权利要求1所述的径向气化炉，其特征还在于：所述气化反应室内、外壁均具有变径段；所述气化反应室的内、外壁均为水冷壁；气化反应室由一或几个/段水冷壁构成；水冷壁是膜式水冷壁、螺旋盘管水冷壁或其它水冷壁的任意一种或其组合。
3.根据权利要求1所述的径向气化炉，其特征还在于：反应气出口通道下部设有喷淋装置。
4.根据权利要求1所述的径向气化炉，其特征在于：所述第一烧嘴组设置于壳体顶部或侧部区域；所述第一烧嘴组设置2-8个烧嘴，且沿气化反应室周向均匀分布；所述第一烧嘴组可沿径向气化炉轴向增设一组或数组，增设后各烧嘴仍沿气化反应室周向均匀分布。
5.根据权利要求1所述的径向气化炉，其特征还在于：所述第一烧嘴组烧嘴的轴线与气化反应室的外壁切线成一定夹角，同时在气化反应室轴截面上与气化反应室轴线成一定夹角且朝统一方向倾斜设置。
6.根据权利要求1所述的径向气化炉，其特征在于：所述第二烧嘴组设置2-8个烧嘴，且沿气化反应室周向均匀分布；所述第二烧嘴组可沿径向气化炉轴向增设一组或数组，增设后各烧嘴仍沿气化反应室周向均匀分布。
7.根据权利要求1所述的径向气化炉，其特征还在于：所述第二烧嘴组烧嘴的轴线与气化反应室的外壁切线成一定夹角，同时在气化反应室轴截面上与气化反应室轴线成一定夹角且朝统一方向倾斜设置；所述第二烧嘴组与第一烧嘴组的轴线同向或反向布置。
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