CN1233646A - 一种旋风熔渣煤气炉水冷激增湿煤气工艺及设备 - Google Patents
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Abstract
一种旋风熔渣煤气炉煤气水冷激增湿煤气工艺及设备。其主要特点是使气化剂——氧气和蒸气将粉煤喷入炉内,通过旋流器喷嘴的作用,使气化剂与粉煤充分混合,在高温下进行煤的气化反应。反应产品煤气在冷激分离器内用水冷激,降温,分离炉渣。与此同时,冷激煤气时其水蒸发后形成的水蒸气进入煤气中。通过控制冷激水量及冷激分离器内温度,可使煤气中的蒸气含量刚好符合一氧化碳变换反应所需要求。
Description
本发明是一种旋风熔渣煤气水冷激分离炉渣、煤气增湿的工艺方法及设备。它与本人获得的专利号为94113129.7《一种旋风熔渣煤气炉制气方法及设备》属一种总构想下的另一种发明。与前者不同的是：前者是用氮气冷激旋风熔渣煤气炉出口的高温煤气；而后者是采用水冷激并增湿旋风熔渣炉出口的高温煤气，使煤气中水蒸气含量达到后续工序CO变换反应的要求；同时，为了提高单炉煤气产量，后者除采用单个旋流器喷嘴的直立式炉膛熔渣炉炉型外，还增加水平、多喷头卧式炉膛熔渣炉旋流器喷射粉煤和气化剂的炉型。立式炉膛还有气化剂辅助喷嘴。
本发明的目的在于提供一种投资少，消耗低，气体成份好，气量稳定，减少环境污染，适用于中小合成氨厂的制气装置。由于采用水冷激旋风熔渣炉出口高温煤气，既使煤气中熔渣冷激降温固化便于分离，又使水受热蒸发变成水蒸气，使煤气中含有水蒸气(即增湿)。合成氨原料中的一氧化碳要在加入水蒸气在催化剂作用下，反应生成二氧化碳和氢气。本方法使煤气中含有合成氨CO变换所需的水蒸气，从而使独立性很强中小合成氨的水煤气制造系统和一氧化碳变换系统联系在一起来了。这样不仅使中小合成氨厂的成品单位能耗大大降低，而且为中小合成氨厂实现真正意义上的生产自动控制提供了有利条件。
本发明主要包括旋风熔渣煤气炉，煤气熔渣冷激分离器，贮渣罐，热量回收器，蒸气包等，旋风熔渣煤气炉可有立式或卧式两种炉型。所述的旋风熔渣煤气炉上封头顶端安装有螺旋体喷嘴，下端封头收缩后与冷激分离器相连，煤气熔渣冷激分离器下端通过旋塞与贮渣罐相连，煤气熔渣冷激分离器上部壁上有一煤气出口，热量回收器下部有煤气进口，由煤气管将冷激分离器与热量回收器连接在一起，热量回收器下部为蒸气过热器，上部为废热锅炉，蒸气包置于废热锅炉的上方。
本发明的特征在于：在旋风熔渣煤气炉上设置有旋流喷嘴，煤气冷激分离器的中心设有一钢制圆筒形中心管，中心管上端与熔渣炉出口相连，下端由固定在冷激分离器下端的特制弹簧支撑。在旋风熔渣煤气炉与煤气冷激分离器连接处设有冷激水环形盘管，盘管上均匀分布着以一定倾角对着中心管管壁的喷水管。
本发明的制气工艺为：以氧气或富氧空气和蒸气或过热蒸气为气化剂，利用旋流器喷嘴将氧气和蒸气及其携带的粉煤喷入炉内，在1300-1500℃的高温及0.9-1.4MPa压力下进行气化，熔渣炉内产生的高温煤气和煤的熔渣通过熔渣炉的出口而进入冷激分离器的中心管。由中心管上端附近的环形盘管中的水向中心管管壁喷射吸收高温气体中的热量，迅速汽化而形成蒸气，蒸气由中心管壁反射到煤气中。这样，高温煤气温度急剧下降，熔渣凝固。熔渣由运动的惯性及受重力作用而直入冷激分离器下部水中，由间歇开启的贮渣罐入口旋塞将冷激分离器的水渣排入贮渣罐中，再由间歇开启的贮渣罐出口旋塞将贮渣罐内的水渣排出罐外。初步分离了熔渣和降温后的煤气从中心管中部壁上的圆孔中出来而折流到冷激分离器上部煤气出口。由于折流作用，使煤气中的炉渣进一步分离。分离了熔渣的煤气，其温度已降到约600℃，通过冷激分离器的出口煤气管而进入蒸气过热器，在蒸气过热器内，煤气温度降至500℃，然后进入废热锅炉，煤气通过废热锅炉，其温度降至150℃，煤气中蒸气的含量为40％～50％(体积比)，符合后工序一氧化碳变换的要求。
本发明的特点为①投资省，其设计合理，所需一切装备全部国产化，而其技术水平，气体成份，消耗指标均可与国际上现有煤气化技术媲美。②适应性广，可适应用于中小合成氨厂和工业、民用煤气工业。③消耗低，节能效果明显。以湖南省1997年1-6月份中小合成氨两煤耗为例，比本发明高出595Kg标煤。仅此一项，以湖南省每年生产100万吨合成氨为例，每年可节约标煤60万吨。④气体成份好，本装置制出的煤气，含CH4量为0.3％，而湖南以清水煤棒制气含CH42.5％，CH4是不参与合成氨反应的“惰气”，最终要在氨合成系统中排放，由于本装置生产的煤气中CH4含量低，可减少放空量85％，仅此项可使整个合成氨装置降低消耗10％。⑤精简工艺流程，现有合成氨厂，煤气制造和CO变换是两个独立的系统，各都有一套庞大的装置，本发明由于煤气中已含有变换反应所需的具有一定压力的湿煤气，可直接用于CO变换。这样不仅降低了单位产品的能耗，而且精简了流程，节约投资和减少维修费用。⑥气质、气量稳定，装置均衡生产，可实现生产控制自动化，降低工人劳动强度。⑦减少污染，保护了环境。本发明在合成氨系统省去了锅炉，煤气制造系统不向外排放废气，由于是高温制气，煤中有机物都分解为碳水化合物，因此排放渣水中没有有机物，废水加以简单沉淀处理，即可循环使用。炉渣为建材的极好原料，这样将大大改变当前中小合成氨厂对环境的污染。
附图1为本发明立式旋风熔渣煤气炉煤气水玲激增湿装置流程图
附图2为本发明卧式旋风熔渣煤气炉煤气水冷激增湿装置流程图
附图3为冷激分离器中心管结构示意图
附图4为分离器中冷激喷水盘管结构示意图
附图5为旋风熔渣炉旋流器喷嘴结构示意图
附图6为立式旋风熔渣炉气化剂辅助喷嘴结构示意图
下面结合附图对本装置作详细说明。
如附图1所示，立式旋风熔渣煤气炉2，它与本人获得专利的《一种旋风熔渣煤气炉制气方法及设备》中的炉体完全一样，是一钢制受压圆形容器，内衬高温耐火材料。所不同的是：在旋风熔渣煤气炉的上端炉壁上设有气化剂辅助喷嘴44。图中17为蒸气过热器，18为废热锅炉，19为热回收器煤气出口，20为蒸气包，21～27为水管，28为排污阀。
如附图2所示，卧式旋风熔渣炉3，气化剂、粉煤在炉内反应机理同立式旋风熔渣煤气炉完全一样，但炉体结构为卧式，由平卧的两台(或多台)带封头的圆台与处于炉体中心的圆柱相贯组成的受压容器。其炉外壳为水夹套29，炉内侧水冷壁上分布有一层高温耐火保温砖30，并由螺钉固定在水冷壁上，这种结构为能保证熔渣流动。炉中心圆柱的下方，开一圆形出渣口，与其下方的冷激分离器5相连。每个平卧圆台封头上都装有旋流器喷嘴1。图中31、32为水管。
如附图1或附图2中序号5为冷激分离器，它是一种用水冷激煤气，使熔渣与煤气分离，并使水蒸发，蒸气进入煤气使煤气增湿的一种装置。其外壳为一钢制圆筒形受压容器，其上端封头收缩后与熔渣炉出口相连，上部内壁衬有高温耐火材料，中部为受压的水夹套锅炉7，下部筒体无内衬，为盛水渣之用，并设有液位计8，以控制筒体下部水液位高度，筒体的下部壁上设有一清水加入伐13，为冷激分离器加入清水之用。冷激分离器下部封头收缩后通过旋塞9与水渣贮罐10相连。水渣贮罐上设有气平衡阀12，下端连接螺旋塞11。冷激分离器上部有一煤气出口14，由煤气管与热回收器6的入口管15相连。中心管内侧上方设有冷激水环形盘管4。
如附图3为冷激分离器中心管6的结构示意图。中心管6为一钢制圆筒形管，其上端与冷激分离器5上封头相连。中部同一水平面圆周径向开有一排煤出口孔，中心管下部浸在水中，下端设有中心管支撑环板33，其由三根特制的弹簧34支撑，弹簧下端固定在支撑环36上，而支撑环35又固定在冷激分离器下部壁上，设置此弹簧是为了消除中心管热胀冷缩作用的影响。
如附图4是安装在中心管6内侧上端保温材料中冷激水环形盘管4，环形管下半环外沿周边开有一排出水孔，每孔由喷水支管36接出耐火材料外，喷水支管以30～60°俯角对着中心管内壁，其支管与中心管壁保持适当距离，环形盘管中压力水由炉外压力水管25供给。本环形水管的作用是向中心管壁上喷水，水汽化后的蒸气反射进入煤气中，使高温煤气降温，固化熔渣，并使煤气增湿。同时，喷水汽化过程对防止中心管上端不致由于高温而过度软化起一定作用。
如附图5是旋流器喷嘴1示意图，喷嘴中心位置为粉煤喷嘴，气化剂带着粉煤以一定的速度通过中心管喷嘴38喷入炉内，在中心喷嘴外有一环形“一次气化剂”喷嘴39，此喷嘴后端设有一次气化剂螺旋体40，一次气化剂喷嘴喷出的气化剂呈旋流状，将中心管喷出的粉煤分散并与其反应生成煤气。为提高单炉制气产量，在一次气化剂外部还设有“二次气化剂”喷嘴37，此喷嘴后端有螺旋体41。二次气化剂喷嘴的作用与一次气化剂喷嘴作用相同。在“二次气化剂”喷嘴外部设有水夹套42，水夹套有进水管43。水夹套的作用是保护整个喷嘴免受高温影响。
如附图6是立式炉膛的辅助喷嘴44示意图。安装在炉体上部，水平安装，其喷嘴喷出的气化剂是沿炉体水平截面上假想的同心圆的切线方向入炉，其作用是增加炉内气化剂的旋转挠动，加速气化反应。辅助喷嘴外装有水夹套保护。
Claims (10)
1、一种采用水冷激分离熔渣并增湿煤气的旋风熔渣煤气炉，主要包括旋风熔渣煤气炉、煤气熔渣冷激分离器，贮渣罐，热量回收器，蒸气包等，旋风熔渣煤气炉上封头顶端安装有螺旋体喷嘴，下端封头收缩后与冷激分离器相连，煤气熔渣冷激分离器下端通过旋塞与贮渣罐相连，煤气熔渣冷激分离器上部壁上有一煤气出口，热量回收器下部有煤气进口，由煤气管将冷激分离器与热量回收器连接在一起，热量回收器下部为蒸气过热器，上部为废热锅炉，蒸气包置于废热锅炉的上方，其特征在于：在旋风熔渣煤气炉上设置有旋流器喷嘴，煤气冷激分离器的中心设有一钢制圆筒形中心管，中心管上端与熔渣炉出口相连，下端由固定在冷激分离器下端的特制弹簧支撑。在旋风熔渣煤气炉与煤气冷激分离器连接处设有冷激水环形盘管，盘管上均匀分布着以一定倾角对着中心管管壁的喷水管。
2、根据权利要求1所述的旋风熔渣煤气炉，其特征在于：其旋风熔渣煤气炉为立式，在其炉壁的上端设有气化剂辅助喷嘴。
3、根据权利要求1所述的旋风熔渣煤气炉，其特征在于：其旋风熔渣煤气炉为卧式，其炉外壳为水夹套，炉内侧水冷壁上分布有一层高温耐火砖，并由金属螺栓固定在内水冷壁上；炉中心圆柱的下方开有一出渣口，与它下方的冷激分离器相连；每个平卧圆台封头上都装有旋流器喷嘴。
4、根据权利要求1或2或3所述的旋风熔渣煤气炉，其特征在于：煤气冷激分离器是一钢制圆筒形受压容器，其上部为高温耐火材料衬里，中部为水夹套，下部无衬里，中心设有一直立的圆筒形中心管，中心管上端内侧上方设有冷激水环形盘管。
5、根据权利要求4所述的旋风熔渣煤气炉，其特征在于：煤气玲激分离器中的中心管的上端与冷激分离器封头相连，中部的管壁上同一水平面上沿径向开有一排多个煤气出口；下端固定在一环形钢板上，环形钢板由三支特制的弹簧支撑着，弹簧下端由固定在冷激分离器下端壁上的环形钢板支撑。
6、根据权利要求4所述的旋风熔渣煤气炉，其特征在于：冷激水环形盘管固定在煤气冷激分离器上端封头上并埋入其耐火保温层中，在环形管下半环上外侧沿环形管开有一排孔，其孔由金属短管接出耐火保温材料之外，其孔中心轴线与中心管管壁交角成30～60°，喷出短管与中心管管壁保持适当距离。
7、根据权利要求3所述的旋风熔渣煤气炉，其特征在于：旋流器喷嘴的中心喷嘴外围设有带螺旋体的一次气化剂喷嘴和二次气化剂喷嘴；在二次气化剂喷嘴的外围设有水夹套。
8、根据权利要求2所述的旋风熔渣煤气炉，其特征在于：气化剂辅助喷嘴水平安装在立式炉膛上部炉壁上，喷嘴中心线对着炉膛水平截平面上的某一假想的同心圆的切线。
9、一种利用权利要求1所述的设备制造并使其含CO变换气所需水蒸气的煤气的制造工艺，以氧气或富氧空气和蒸气或过热蒸气为气化剂，将氧气和蒸气及其携带的粉煤从旋风熔渣炉的旋流器喷嘴喷入进行气化反应，其特征在于：气化反应在1300℃-1500℃的高温及0.9-1.4MPa压力下进行；炉内产生的高温气体和煤的熔渣从熔渣炉出口进入冷激分离器中心管；中心管内侧上部耐火保温层中的环形水管中的压力水从一排短管中向中心管管壁喷射，盘管中喷出的水迅速气化而变成水蒸气，以一定倾角从中心管壁上反射入煤气流中，使煤气迅速冷激降温，熔渣部分或全部固化，煤气中煤渣直落入冷激分离器下部水中，冷激后的煤气则从中心管中部煤气出口进入中心管外侧，并折流到冷激分离器上部的煤气出口管而进入热量回收器，温度降到约600℃，再经下部蒸气过热器，温度降到约500℃，再入废热锅炉，温度降到150℃左右，得到含水蒸气40％～50％(体积比)的水煤气。
10、根据权利要求9所述制气工艺，其特征在于煤渣靠重力和贯性作用落入冷激分离器下部水中。
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