CN201109774Y

CN201109774Y - 热壁夹套高效分离煤气发生炉

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Publication number: CN201109774Y
Application number: CN 200720017162
Authority: CN
Inventors: 艾红慧
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-01-10
Filing date: 2007-01-10
Publication date: 2008-09-03
Anticipated expiration: 2017-01-10

Abstract

一种热壁夹套高效分离煤气发生炉，属煤化工制气设备领域，包括内衬保温耐火材料的锥形炉顶、水夹套和耐高温耐磨防结渣耐火隔热材料。本实用新型采用了高温热壁来克服水夹套的冷壁效应，通过减少炉顶炉底的气体混合空间来提高煤气中有效气体成分，降低吹风气中有效气体成分，可使煤气发生炉所下炉渣残碳大幅度降低，增加了单炉气化强度，大幅度降低了甲醇、合成氨固定床煤气发生炉的制气成本。

Description

热壁夹套高效分离煤气发生炉

技术领域

本实用新型涉及一种热壁夹套高效分离煤气发生炉，它是对现有固定床煤气发生炉的改进，属煤化工设备领域。

背景技术

目前公知的用于生产甲醇、合成氨的水煤气、半水煤气固定床煤气发生炉，其制气效率不很高，主要表现在：水夹套的水冷壁效应导致炉渣里单块小返焦中残碳高；原料煤的活性不高造成炉渣里成型渣块中的残碳高、气化强度低；煤气发生炉及其相连管道吹风气、水煤气混和空间大，吹风气和水煤气置换分离不好，导致吹风气中有效气体CO、H₂成分高，水煤气中无效气CH₄、O₂、N₂高。

目前煤气发生炉内干燥层、干馏层部分或全部处在水夹套筒中，气化层、灰渣层全部处在水夹套筒中。水夹套的目的，一是降低炉壁处碳渣层的温度，防止高温结渣挂炉，二是保护炉下灰盘等设备不受高温损坏，三是回收热量副产蒸汽供煤气发生炉制气使用。水夹套的操作压力在0.1～0.2MPa，饱和蒸汽温度120～130℃。固定床煤气发生炉采用的制气原料一般为无烟煤或无烟煤制成的型煤。根据对无烟煤的燃烧速度测定得知，无烟煤在550～600℃才能开始缓慢着火，但是燃烧速度很慢，随着温度的上升燃烧速度加快。所以，目前常用的固定床间歇煤气发生炉靠近水夹套地方有部分的碳渣层远远低于着火温度，经实际测试由于水夹套冷却效应导致水夹套内壁周围80mm环区内的原料煤层温度过低，不能很好的燃烧贮热及气化，这项原因直接导致了炉渣中单块小返焦的产生，造成目前煤气发生炉所下炉渣残碳量在10～20％甚至更高，造成了资源的严重浪费。另外，在吹风时空气中的氧气在此环区中不能完全和碳反应，导致吹风气中氧含量较高，进而影响到水煤气或半水煤气中的氧含量较高，使变换反应蒸汽消耗增加。针对水夹套的水冷壁效应，有的研究单位采用提高夹套内的蒸汽压力来提高夹套内壁的温度，但由于蒸汽压力不可能提得很高，克服水冷壁效应的作用很不明显。有的研究单位采用夹套内用导热油来控制提温，由于导热油的使用温度一般不能超过350℃，所以克服夹套水冷壁效应的作用也不明显，并且长期运行控制不好导热油容易结焦，甚至出现安全事故。

目前的煤气发生炉上行煤气出口处于炉体的侧面或炉顶的侧面，这样导致炉内气化剂在流通过程中容易走短路炉内分布不均匀，在吹风或制气过程中，炉内部分碳层不能有效发挥作用，造成气化效率降低。

目前生产合成氨甲醇的固定床造气流程中，煤气发生炉底空气油压阀后、下行煤气油压阀前管道采用两根管道并到一起连接到鼓风箱进口，下行煤气及空气的混和空间较大；在煤气发生炉顶、吹风气回收油压阀前、上行煤气油压阀前的混合空间更大。除了炉内空间及连接管道外，有的厂还包含了旋风除尘器的空间。这些混和空间造成了分离吹风气水煤气时效率不高。这样，吹风气中不可避免带有一些置换不彻底的有效气成分，造成吹风效率的下降；同时水煤气中不可避免带有吹风气的成分，导致其有效气含量低，制气效率下降。用于生产合成氨的半水煤气需要部分吹风气来形成合适的氢氮比，水煤气有效成分低就不能更多来回收吹风气来加氮，导致制气效率低。而用于生产甲醇的水煤气不需要吹风气中的氮，气体成分中的氮含量越低越有利于高效率的甲醇合成，但由于目前工艺配置中分离效果差，不得不将水煤气中的无效气N₂、CH₄在甲醇合成大量放空，造成吨醇煤耗电耗增加。目前水煤气中的N₂+xCH₄成分只能做到3％以上，再继续降低必然要多放部分水煤气中的CO、H₂等有效气成分去吹风气，造成制气效率的下降。

另外由于目前的煤气发生炉上部混和空间比炉下混和空间大，下吹蒸汽行程长，部分蒸汽分散于炉内空间，无法到达气化层参与反应，在进行下一时段上吹时，被吹出煤气发生炉，致使下吹蒸汽分解率较低。经化验分析下吹制气比上吹制气蒸汽分解率低10％左右。水煤气中的惰性气CH₄的产生，除了和原料煤本身挥发份有关外，主要是H₂和碳在还原层煤中某些物质(如铁、铝、硅等)的催化下反应而成，上行煤气阀之前至炉膛煤层上部的空间较大，导致上行煤气残余的H₂量多，直接导致了水煤气中无效气CH₄的含量高。

发明内容

为了克服现有固定床煤气发生炉的不足，本实用新型提供一种炉渣残碳量低、吹风气有效气成分低、煤气中有效气成分高、气化强度高、气化过程总效率高的热壁夹套高效分离煤气发生炉。

为达到上述目的，本实用新型热壁夹套高效分离煤气发生炉，包括锥形炉顶和水夹套，在所述水夹套内壁设有耐高温耐磨防结渣耐火隔热材料，煤气发生炉上部为内衬保温耐火材料的锥形炉顶，锥形炉顶的中心接口连接炉顶弯头，炉顶弯头连接吹风气回收油压座板阀的一侧接口，吹风气回收油压座板阀另一侧口连接上行煤气油压座板阀的一个侧口，上行煤气油压座板阀的另一个侧口连接下吹蒸汽油压座板阀的侧口，煤气发生炉炉底鼓风箱切向接口，通过一根管道连接吹风油压座板阀的一个侧口，吹风油压座板阀另一个侧口连接下行煤气油压座板阀的一个侧口，下行煤气油压座板阀的另一个侧口连接上吹蒸汽油压座板阀的侧口。

进一步地，降低水夹套高度使其处于炉内灰渣区，水夹套上部气化区周围设有耐高温耐磨防结渣耐火隔热材料，耐高温耐磨防结渣耐火隔热材料外部为保温耐火材料，煤气发生炉上部为内衬保温耐火材料的锥形炉顶，锥形炉顶的中心接口连接炉顶弯头，炉顶弯头连接吹风气回收油压座板阀的一侧接口，吹风气回收油压座板阀另一侧口连接上行煤气油压闸阀的接口，吹风气回收油压座板阀的第三个侧口连接下吹蒸汽油压闸阀的接口。以保护炉下灰盘等设备不致受高温损坏，同时回收渣层显热，副产蒸汽。在干燥层、干馏层、气化层炉壁区，里面采用耐高温耐磨防结渣材料，外面采用保温材料。本方案可使气化层中心及周边温度基本一致，完全克服水夹套的水冷壁效应，适于对煤气发生炉的改造及新建。

进一步地，所述的耐高温耐磨防结渣耐火隔热材料为热喷涂在水夹套内壁耐高温耐磨热障涂层。其中热喷涂的方法可以是火焰喷涂、爆炸喷涂、电弧喷涂、等离子喷涂、超音速喷涂其中的一种。涂层材料为纳米多层复合高热阻热障特种陶瓷涂层，涂层具有良好的耐高温、抗氧化、抗粘着、防节瘤和自清理净化功能。涂层高度必须超过并包含炉内气化层高度区域内。涂层厚度根据涂层导热系数而定，厚度在0.1至3mm之间，以将气化层周围壁面温度保持900℃以上。

采用上述方案，在炉膛内采用热壁来降低水冷壁效应提高气化层周围壁面温度，从而使炉渣残碳量低、吹风气有效气成分低、煤气中有效气成分高、气化强度高、气化过程总效率高。

附图说明

图1是本实用新型的实施第一例。

图2是本实用新型的实施第二例。

具体实施方式

本实用新型的目的在于在炉膛内采用热壁来降低水冷壁效应提高气化层周围壁面温度，采用热壁有三种方案。

方案一是在水夹套内壁热喷涂一层耐温耐磨热障涂层，采用热喷涂的方法可以是火焰喷涂、爆炸喷涂、电弧喷涂、等离子喷涂、超音速喷涂其中的一种。涂层材料为纳米多层复合高热阻热障特种陶瓷涂层，涂层具有良好的耐高温、抗氧化、抗粘着、防节瘤和自清理净化功能。涂层高度必须超过并包含炉内气化层高度区域内。涂层厚度根据涂层导热系数而定，厚度在0.1至3mm之间，以将气化层周围壁面温度保持900℃以上。本方案适合在现在运行的煤气发生炉上进行改造。

方案二是将目前的煤气发生炉水夹套直径加大，夹套内部环壁区浇注或垒筑一定厚度的耐高温耐磨防结渣耐火隔热材料，以保持气化层周围壁面温度900℃以上。

方案三是采用绝热壁方式，首先降低现有固定床煤气发生炉水夹套的高度，只使灰渣层处在水夹套筒中，以保护炉下灰盘等设备不致受高温损坏，同时回收渣层显热，副产蒸汽。在干燥层、干馏层、气化层炉壁区，里面采用耐高温耐磨防结渣材料，外面采用保温材料。本方案可使气化层中心及周边温度基本一致，完全克服水夹套的水冷壁效应，适于对煤气发生炉的改造及新建。

采用将上行煤气及吹风气共用出口改到炉顶的中央，并在炉顶出口管道弯头上开口接加煤机，减少混合空间并使上下行气流分布均匀。

针对分离空间过大分离不好导致有效气损失大、气化效率不高的问题，采用的方案是：将煤气发生炉上部空程区改为锥形，即将煤气发生炉平形顶改为锥形，锥形外部为壳体，内部为耐火层。煤气发生炉的锥形顶部出口直接连接炉顶出口弯头，弯头后连接吹风气回收油压座板阀。

对炉底炉顶采用特制多通油压座板阀来减少吹风气和水煤气的混合空间。特制多通油压座板阀就是在普通油压座板阀阀体的一侧再开多个带法兰孔，每个法兰孔可以和相关阀门法兰直接连接，阀门的开关只能控制阀门底部口的开闭。吹风油压座板阀、下行煤气油压座板阀、吹风气回收油压座板阀、上行煤气油压座板阀均可采用特制异型三通油压座板阀，也可采用特制异型四通或多通油压座板阀。

将同炉底鼓风箱相连的下行煤气管道及吹风管道由两根改为一根，炉底鼓风箱采用切向接口和下行煤气及吹风共用管道相连，便于二次上吹蒸汽对炉底混合空间的快速彻底置换。

本实用新型的有益效果是：

由于气化反应全部处于高温区，克服了炉内气化区的水冷壁效应，可大幅度降低煤气发生炉渣残碳量。同时减少了煤用来副产蒸汽的量，相应提高了制气效率。

由于采用将上行煤气及吹风气共用出口改到炉顶的中央，气化剂炉内分布均匀，气化反应无死角，原料利用率高。

由于将炉底及炉顶混合空间减少，吹风气和水煤气分离效率高，吹风气中有效气体CO、H₂成分低，水煤气中无效气CH₄、O₂、N₂低，整体气化效率提高。

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

在图1所示实施例中，煤气发生炉膛水夹套11内壁设有耐高温耐磨防结渣耐火隔热材料10，其可以为热喷涂在水夹套11内壁耐高温耐磨热障涂层或者浇注耐高温耐磨防结渣耐火隔热材料。水煤气发生炉上部为内衬保温耐火材料9的锥形炉顶8，锥形炉顶8连接炉顶弯头7。

煤气发生炉炉顶弯头7连接吹风气回收油压座板阀4的一侧接口，吹风气回收油压座板阀4另一侧口连接上行煤气油压座板阀5的一个侧口。上行煤气油压座板阀5的另一个侧口连接下吹蒸汽油压座板阀6的侧口。

煤气发生炉炉底鼓风箱切向接口12，通过一根管道连接吹风油压座板阀1的一个侧口。吹风油压座板阀1另一个侧口连接下行煤气油压座板阀2的一个侧口。下行煤气油压座板阀2的另一个侧口连接上吹蒸汽油压座板阀3的侧口。

吹风油压座板阀1的底口为吹风空气入口a，用来通过管道连接吹风安全蝶阀；下行煤气油压座板阀2的底口为下行煤气出口b；上吹蒸汽油压座板阀3的底口为上吹蒸汽入口c，通过管道连接总蒸汽阀门；炉顶弯头上部接口d，连接加煤机口；吹风气回收油压座板阀4的底口为吹风气出口e，连接管道去吹风气旋风除尘器；上行煤气油压座板阀5的底口f为上行煤气出口；下吹蒸汽油压座板阀6的底口为下吹蒸汽入口g，通过管道连接总蒸汽阀门。

煤气发生炉的吹风油压座板阀1、下行煤气油压座板阀2、吹风气回收油压座板阀4、上行煤气油压座板阀5均采用特制异型三通油压座板阀，阀门有两个侧口一个底口，阀门开关只能控制阀门底口的开闭。

采用以上方案可使煤气发生炉所下炉渣残碳降低到7％以下，同时使气化强度增加20％，吨醇、吨氨消耗降低15％，大幅度降低了甲醇、合成氨固定床煤气发生炉的制气成本。

在图2所示的另一实施例中，煤气发生炉内水夹套11高度降低处于炉内灰渣区，气化区周围为耐高温耐磨防结渣耐火隔热材料10，耐高温耐磨防结渣耐火隔热材料10外部为保温耐火材料9。水煤气发生炉上部为内衬保温耐火材料9的锥形炉顶8，锥形炉顶8连接炉顶弯头7。

煤气发生炉炉顶弯头7连接吹风气回收油压座板阀4的一侧接口，吹风气回收油压座板阀4另一侧口连接上行煤气油压闸阀5的接口。吹风气回收油压座板阀4的第三个侧口连接下吹蒸汽油压闸阀6的接口。

吹风油压座板阀1的底口为吹风空气入口a，用来通过管道连接吹风安全蝶阀；下行煤气油压座板阀2的底口为下行煤气出口b；上吹蒸汽油压座板阀3的底口为上吹蒸汽入口c，通过管道连接总蒸汽阀门；炉顶弯头上部接口d，连接加煤机口；吹风气回收油压座板阀4的底口为吹风气出口e，连接管道去吹风气旋风除尘器；上行煤气油压闸阀5的出口f为上行煤气出口；下吹蒸汽油压闸阀6的进口为下吹蒸汽入口g，通过管道连接总蒸汽阀门。

煤气发生炉的吹风油压座板阀1、下行煤气油压座板阀2均为特制异型三通油压座板阀，阀门有两个侧口一个底口，阀门开关只能控制阀门底口的开闭。吹风气回收油压座板阀4采用特制异型四通油压座板阀，阀门有三个侧口一个底口，阀门开关只能控制阀门底口的开闭。

采用以上方案可使煤气发生炉所下炉渣残碳降低到8％以下，同时使气化强度增加20％，吨醇、吨氨消耗降低15％，大幅度降低了甲醇、合成氨固定床煤气发生炉的制气成本。

Claims

1. 一种热壁夹套高效分离煤气发生炉，包括锥形炉顶和水夹套，其特征在于：在所述水夹套内壁设有耐高温耐磨防结渣耐火隔热材料，煤气发生炉上部为内衬保温耐火材料的锥形炉顶，锥形炉顶的中心接口连接炉顶弯头，炉顶弯头连接吹风气回收油压座板阀的一侧接口，吹风气回收油压座板阀另一侧口连接上行煤气油压座板阀的一个侧口，上行煤气油压座板阀的另一个侧口连接下吹蒸汽油压座板阀的侧口，煤气发生炉炉底鼓风箱切向接口，通过一根管道连接吹风油压座板阀的一个侧口，吹风油压座板阀另一个侧口连接下行煤气油压座板阀的一个侧口，下行煤气油压座板阀的另一个侧口连接上吹蒸汽油压座板阀的侧口。

2. 根据权利要求1所述的热壁夹套高效分离煤气发生炉，其特征在于：降低水夹套高度使其处于炉内灰渣区，水夹套上部气化区周围设有耐高温耐磨防结渣耐火隔热材料，耐高温耐磨防结渣耐火隔热材料外部为保温耐火材料，煤气发生炉上部为内衬保温耐火材料的锥形炉顶，锥形炉顶的中心接口连接炉顶弯头，炉顶弯头连接吹风气回收油压座板阀的一侧接口，吹风气回收油压座板阀另一侧口连接上行煤气油压闸阀的接口，吹风气回收油压座板阀的第三个侧口连接下吹蒸汽油压闸阀的接口。

3. 根据权利要求1所述的热壁夹套高效分离煤气发生炉，其特征在于：所述的耐高温耐磨防结渣耐火隔热材料为热喷涂在水夹套内壁耐高温耐磨热障涂层。