CN202730087U - 一种水冷壁型水煤浆气化炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种水冷壁型水煤浆气化炉，包括上段的反应室、下段的激冷室及内件、外部闭路循环热量回收利用系统，其特征是在反应室壳体内设置水平盘管水冷壁，水冷壁内水为过冷水，不发生相变，压力高于气化炉操作压力0.1～1.0MPa，其中水冷壁由主水冷壁、渣口水冷壁和烧嘴水冷壁组成。本实用新型反应室内采用水冷壁代替耐火砖，可以节省运行成本，提高装置连续运行时间；水冷壁采用过冷水，通过水冷壁进出口温度或温差就可以间接判断气化炉的炉温，也便于监控水冷壁的运行状况；水冷壁内的水闭路循环，在热量回收换热器中副产低压蒸汽或与其它介质换热，水冷壁内不易结垢，不受外界水质的影响；高压氮气控制水冷壁操作压力，有利于高压化。

Description

一种水冷壁型水煤浆气化炉

技术领域

本实用新型涉及一种煤气化制备合成气的设备，具体为一种水冷壁型水煤浆气化炉。

背景技术

目前，国内主要的水煤浆气化炉反应室壳体内均采用耐火砖结构。在实际运行过程中，气化产生的熔渣对耐火砖产生持续的浸蚀，需要定期更换。这一方面需要增加备用气化炉系列，另一方面也增加了操作费用，据了解一炉φ3200气化炉更换一炉耐火砖需要约500～1000万元。同时，耐火砖的高温寿命也使得水煤浆气化原料煤的灰熔点一般不超过1350℃，气化炉的最高操作温度不超过1400℃。

又如专利号为03218866.8的半水冷壁多元料浆气化炉，上段反应室也是在壳体内壁衬一层耐火砖，不同之处仅在耐火砖与壳体内的耐火砖之间增加了水冷盘管，但向火面的耐火砖还要承受1300～1400℃高温熔渣的浸蚀，并没有从根本上解决向火面耐火砖寿命短的问题。

专利号为ZL 200620034039.6的水冷壁式水煤浆气化炉，其盘管结构采用螺旋管式或垂直管式或两者相结合的水冷壁结构，水冷壁内的水经加热，部分生成蒸汽。其本质上是直接副产蒸汽的水冷壁型式，水冷壁出口介质为汽液两相流，温度为饱和温度，无法直接判断水冷壁的运行是否正常，是否存在偏烧造成水冷壁管过热的情况。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种水冷壁型水煤浆气化炉，可以节省运行成本，提高装置连续运行时间，便于监控水冷壁的运行状况，闭路循环，水冷壁内不易结垢，不受外界水质的影响。

本实用新型的技术方案是：一种水冷壁型水煤浆气化炉，包括上段的反应室、下段的激冷室及内件，其特征是在反应室壳体内设置水平盘管水冷壁，水冷壁内水为过冷水，不发生相变，过冷水压力高于气化炉操作压力0.1～1.0 MPa；在水煤浆气化炉外连接有闭路循环热量回收利用系统，其中水冷壁由主水冷壁、渣口水冷壁和烧嘴水冷壁组成。

闭路循环热量回收利用系统包括缓冲罐、热量回收换热器和增压泵，其中主水冷壁水进口、渣口水冷壁水进口和烧嘴水冷壁水进口与热量回收换热器连接，主水冷壁水出口、渣口水冷壁水出口和烧嘴水冷壁水出口与缓冲罐连接，增压泵位于缓冲罐和热量回收换热器之间。

闭路循环热量回收利用系统包括缓冲罐、热量回收换热器和增压泵，其中主水冷壁水进口、渣口水冷壁水进口和烧嘴水冷壁水进口与增压泵连接，主水冷壁水出口、渣口水冷壁水出口和烧嘴水冷壁水出口与缓冲罐连接，热量回收换热器位于增压泵和缓冲罐之间。

本实用新型与现有技术相比有如下优点：

（1）与现有耐火砖水煤浆气化炉相比，在反应室壳体内设置水冷壁，与炉膛之间有固态渣层保护，不直接与熔渣接触，因此尽管反应室气化反应区的温度很高，水冷壁的壁温也不会太高（约为250～280℃），因此寿命长，可达10年以上，从而保证了气化炉的长周期连续运转。与内衬耐火砖的水煤浆气化炉相比，不需要定期更换耐火砖，因此可以节省运行成本，提高装置连续运行时间；气化温度进一步提高，可以气化高灰熔点的煤。

（2）水冷壁内水为过冷水，不发生相变，水冷壁内的水吸收热量后温度升高，通过测量水冷壁进出口介质的温度或温差、缓冲罐内的液位就可以了解到水冷壁的运行状况，甚至是否损坏，便于监控水冷壁的运行状况。

（3）由于采用过冷水，并且避免水冷壁出口水达到饱和温度，因此水循环量要求较大，提高了水冷壁内水的流速，避免了流量分配不均匀引起水冷壁局部过热，更有利于保护水冷壁。

（4）水冷壁压力高于气化炉操作压力0.1～1.0MPa，即使水冷壁发生泄漏，也不会造成气化炉内气体反窜。缓冲罐上部设有气相空间，压力通过补充气化系统内自有的高压氮气进行控制，气化炉操作压力增加可以通过提高氮气的分压来实现，水冷壁进出口的水温保持不变，系统的设计温度并不发生变化，从而更利于高的水煤浆气化压力。

（5）闭路循环，水冷壁内水是固定的，不易结垢也不消耗，不受外界水质的影响。

（6）设置热量回收换热器使得能量利用更加灵活，除了可以副产低压蒸汽外，还可以为其它用热设备提供热量。

附图说明

图1 是本实用新型的结构示意图之一。

图2 是本实用新型的结构示意图之二。

具体实施方式

以一台投煤量为1500t/h的水冷壁型水煤浆气化炉为例，操作压力为6.5MPa，反应室出口温度为1300～1400℃，主水冷壁内径为φ2200mm，切线高约5500mm。反应室容积约25m³，外壳为φ2800mm；激冷室外壳内径为φ3800mm。工艺烧嘴经烧嘴安装口1与气化炉反应室2进行连接。

58～65wt%的煤浆经高压煤浆泵加压至9.5MPa后送入工艺烧嘴，与空分单元送来的8.3MPa高压氧气混合，进入气化炉反应室进行部分氧化和气化反应。反应在气化炉反应室瞬间完成，根据煤种灰熔点（流动温度）的不同，气化炉温度在1200～1400℃，反应压力为6.5MPa，生成CO、H₂、CO₂、H₂O和少量CH₄、H₂S等气体。

如图1和图2所示，离开气化炉反应室的热气体和熔渣经激冷室内件20进入气化炉激冷室3，经激冷水激冷后温度降低至约250℃，经粗煤气出口7离开气化炉激冷室3。熔渣经激冷后变为固态渣，大部分经渣水出口8排入锁斗，周期排出；少部分固态渣由于粒度较小，进入黑水中，从气化炉切线上方的黑水出口9排出，送至下游黑水闪蒸系统。

由于气化反应在高温下发生，为了保护气化炉承压壳体，本气化炉设有一套水冷壁系统，其中水冷壁系统由主水冷壁4、渣口水冷壁5和烧嘴水冷壁6组成。主水冷壁冷却盘管的规格可取φ57mm、φ71mm等，厚度可取3.0mm、3.5mm等。并在气化炉外部设有闭路循环热量回收利用系统，该系统包括缓冲罐11、热量回收换热器13和增压泵12。其中，热量回收换热器13可副产低压蒸汽或与其它介质换热，热量回收换热器13可放在增压泵12前面（如图1）或者后面（如图2）。该系统压力由进入缓冲罐11内的高压氮气来控制。

如图1和图2所示，缓冲罐11来的水温度约为250℃，经热量回收换热器13降温至约185℃、副产0.5MPa低压蒸汽后进入增压泵12进行增压。增压后的水经流量调节后送至气化炉主水冷壁水进口14，渣口水冷壁水进口16和烧嘴水冷壁水进口18。在水冷壁中，水吸收反应室经液态渣层、固态渣层和水冷壁传来的反应热，温度升高后从主水冷壁水出口15、渣口水冷壁水出口17和烧嘴水冷壁水进口19离开气化炉，分别进入缓冲罐11，完成闭路循环。缓冲罐上部设有气相空间，通过补充高压氮气来进行压力控制，维持操作压力约为7.0MPa。

Claims (3)

1.一种水冷壁型水煤浆气化炉，包括上段的反应室(2)、下段的激冷室(3)及内件(20)，其特征是在反应室(2)壳体内设置水平盘管水冷壁，水冷壁内水为过冷水，不发生相变，过冷水压力高于气化炉操作压力0.1～1.0 MPa；在水煤浆气化炉外连接有闭路循环热量回收利用系统，其中水冷壁由主水冷壁(4)、渣口水冷壁(5)和烧嘴水冷壁(6)组成。

2.如权利要求1所述的水冷壁型水煤浆气化炉，其特征是闭路循环热量回收利用系统包括缓冲罐(11)、热量回收换热器(13)和增压泵(12)，其中主水冷壁水进口(14)、渣口水冷壁水进口(16)和烧嘴水冷壁水进口(18)与热量回收换热器(13)连接，主水冷壁水出口(15)、渣口水冷壁水出口(17)和烧嘴水冷壁水出口(19)与缓冲罐(11)连接，增压泵(12)位于缓冲罐(11)和热量回收换热器(13)之间。

3.如权利要求1所述的水冷壁型水煤浆气化炉，其特征是闭路循环热量回收利用系统包括缓冲罐(11)、热量回收换热器(13)和增压泵(12)，其中主水冷壁水进口(14)、渣口水冷壁水进口(16)和烧嘴水冷壁水进口(18)与增压泵(12)连接，主水冷壁水出口(15)、渣口水冷壁水出口(17)和烧嘴水冷壁水出口(19)与缓冲罐(11)连接，热量回收换热器(13)位于增压泵(12)和缓冲罐(11)之间。

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