CN203474735U - 一种顶进单喷嘴加压粉煤气化反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种顶进单喷嘴加压粉煤气化反应器，包括：承压外壳、气化室、激冷室、除渣室和喷嘴；所述承压外壳内腔上部设有气化室，中部设有激冷室，下部设有除渣室，所述喷嘴为顶进单喷嘴结构，由承压外壳顶端外部插入到气化室内腔顶部。本实用新型所述的一种顶进单喷嘴加压粉煤气化反应器，在气化室顶部采用水平蛇形盘管结构的水冷壁，相较于通常使用的耐火砖，加强了气化室顶部抵抗高温及熔渣的侵蚀能力，提高了耐火材料的使用寿命，更换维护简便，正常使用时维护量很少，运行周期长；粉煤气化反应器更换维护方便；单喷嘴的点火、燃烧负荷调节、控制系统都比多喷嘴优越，方便控制。

Description

一种顶进单喷嘴加压粉煤气化反应器

技术领域

本实用新型涉及粉煤气化领域，一种加压粉煤气化反应器。

背景技术

目前，煤气化的工艺是非常多的，这是由于世界各国对于煤气化的研究进行得比较深入，成果也各不相同。在学术上，按煤在气化炉中的流体力学行为，可分为固定床气化、流化床气化、气流床气化、熔融床气化。

前三种是比较成熟的工业技术，相比较而言，气流床气化具有气化温度高、强度大、混合充分、煤种适应性强、气化指标好、有效成分高的优点，目前已成为国内外大规模、高效率煤气化技术的首选技术。

气流床气化是采用极细的煤粉为原料，被氧气和水蒸气组成的气化剂高速气流携带，喷入气化炉。在炉内，固体细颗粒分散悬浮于气流中，并被气体夹带出去，成为气流床。按煤进料方式的不同，气流床煤气化技术可分为水煤浆气化和粉煤气化技术。成熟的气流床工艺主要以GE德士古（Texaco）水煤浆加压气化技术、壳牌（Shell）干煤粉加压气化技术、GSP干煤粉加压气化技术为代表。目前国内气化技术已完全可以和国外技术在同等水平上竞争。在水煤浆气化技术方面，国外有GE水煤浆气化技术，国内有西北化工研究院的多元料浆加压气化技术、华东理工大学的多喷嘴对置式水煤浆气化技术；在粉煤气化技术方面，国外有Shell的干粉气化技术和GSP技术，国内有华东理工大学的四喷嘴干粉气化技术、西安热工研究院的两段式干粉气化技术及北京航天十一所的航天炉技术等。

水煤浆气化技术成熟、结构简单、操作方便、碳转化率和气化效率高，但需要使用挥发分较高的煤、处理量调节幅度小、冷煤气效率较低、投资高，普遍存在着亟待解决的气化炉喷嘴和耐火砖寿命短的难题。

与水煤浆气化技术相比，粉煤气流床加压气化技术具有煤种适应性广、原料消耗低、碳转化率高、冷煤气效率高，设备尺寸小，结构紧凑，占地面积小等技术优势，有更强的市场竞争力。另外，粉煤气化炉多采用盘管式水冷壁结构，无耐火衬里。水冷壁优点是外层壳体内壁的温度比较低，不容易损坏，正常使用时维护量很少，运行周期长，但盘管本身同时具有维护检修复杂，以及热阻大的缺点。

发明内容

本实用新型针对以上问题的提出，而研究设计一种顶进单喷嘴加压粉煤气化反应器，用以解决现有的反应器维护检修复杂，热阻大，以及控制不便的缺点。本实用新型采用的技术手段如下：

一种顶进单喷嘴加压粉煤气化反应器，包括：承压外壳、气化室、激冷室、除渣室和喷嘴；所述承压外壳内腔上部设有气化室，中部设有激冷室，下部设有除渣室，所述喷嘴为顶进单喷嘴结构，由承压外壳顶端外部插入到气化室内腔顶部水冷壁下部空间。

作为优选所述气化室和激冷室之间通过一个倒圆锥形的隔板隔开，通过下降管连通。

作为优选所述承压外壳、气化室、激冷室和除渣室同轴设置。

作为优选所述气化室为顶部水冷壁和侧面水冷壁围成的一个圆筒形内腔。

作为优选所述顶部水冷壁为水平蛇形盘管结构，盘管的一端与顶部水冷壁冷却水出口连接，另一端与顶部水冷壁冷却水入口连接，所述顶部水冷壁冷却水出口与顶部水冷壁冷却水入口设于承压外壳顶部两侧；所述侧面水冷壁为立式列管结构，所述侧面水冷壁立管顶部与侧面水冷壁冷却水出口连接，底部与侧面水冷壁冷却水入口连接，所述侧面水冷壁冷却水出口设于侧面水冷壁立管顶部对应的承压外壳外侧，所述侧面水冷壁冷却水入口设于侧面水冷壁立管底部对应的承压外壳外侧。

作为优选所述激冷室由下降管和上升管分隔为气化气体的下降、上升、分离三个空间。所述下降管末端为锯齿状结构，伸入洗涤水液面内，所述下降管和承压外壳之间的激冷室空间称为上升管，所述下降管与上升管间设有破泡板，所述激冷室顶端下降管的外侧设有激冷环，所述激冷环上均匀连接激冷喷头和冷却供水管；所述激冷喷头伸入下降管内侧，所述激冷喷头通过冷却供水管和承压外壳连接在一起。

作为优选所述除渣室为激冷室下部的直筒壁和圆锥形底部组合而成的空间，所述圆锥形底部中心设有排渣口，直筒壁底部侧面设有黑水出口。

作为优选所述承压外壳中间设有粗合成气出口，所述粗合成气出口与洗涤水液面之间设有激冷水入口，所述四个激冷水入口均匀设于承压外壳外侧，所述激冷水入口通过管道与激冷环连通。

与现有技术比较，本实用新型所述的一种顶进单喷嘴加压粉煤气化反应器，在气化室侧面采用立式竖管水冷壁，维护检修方便，热阻小，能够节约冷却水耗量，并增加了气化过程的热量回收。同时，在气化室顶部采用水平蛇形盘管结构的水冷壁，相较于通常使用的耐火砖，加强了气化室顶部抵抗高温及熔渣的侵蚀能力，提高了耐火材料的使用寿命，更换维护简便，正常使用时维护量很少，运行周期长；粉煤气化反应器更换维护方便；单喷嘴的点火、燃烧负荷调节、控制系统都比多喷嘴优越，方便控制。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型的顶部水冷壁结构示意图。

图3是本实用新型的侧面水冷壁结构示意图。

其中：1、顶部水冷壁；2、承压外壳；3、侧面水冷壁；4、侧面水冷壁立管；5、激冷室；6、下降管；7、洗涤水液面；8、喷嘴；9、喷嘴口；10、粗合成气出口；11、黑水出口；12、排渣口；13、激冷水入口；14、顶部水冷壁冷却水出口；15、顶部水冷壁冷却水入口；16、侧面水冷壁冷却水出口；17、侧面水冷壁冷却水入口；18、气化室；19、除渣室；20、破泡板；21、冷却供水管；22、上升管；23、激冷环；24、激冷喷头。

具体实施方式

如图1-图3所示，一种顶进单喷嘴加压粉煤气化反应器，包括：承压外壳2、气化室18、激冷室5、除渣室19和喷嘴8；所述承压外壳2内腔上部设有气化室18，所述气化室18为气化反应区，中部设有激冷室5，下部设有除渣室19，所述喷嘴8为顶进单喷嘴结构，由承压外壳2顶端外部插入到气化室18内腔顶部水冷壁1下部空间，单喷嘴的点火、燃烧负荷调节、控制系统都比多喷嘴优越，方便控制。

所述气化室18和激冷室5之间通过一个倒圆锥形的隔板隔开，通过下降管6连通，方便热合成气和熔渣通过下降管6进入除渣室19。所述承压外壳2、气化室18、激冷室5和除渣室19同轴设置。所述气化室18为顶部水冷壁1和侧面水冷壁3围成的一个圆筒形内腔。

如图2所示，所述顶部水冷壁1为水平蛇形盘管结构，提供冷却作用，相较于通常使用的耐火砖，加强了气化室顶部抵抗高温及熔渣的侵蚀能力，提高了耐火材料的使用寿命，更换维护简便，正常使用时维护量很少，运行周期长，盘管的一端与顶部水冷壁冷却水出口14连接，另一端与顶部水冷壁冷却水入口15连接，所述顶部水冷壁冷却水出口14与顶部水冷壁冷却水入口15设于承压外壳2顶部两侧；如图3所示，所述侧面水冷壁3为立式列管结构，提供冷却作用，维护检修方便，热阻小，能够节约冷却水耗量，并增加了气化过程的热量回收，所述侧面水冷壁立管4顶部与侧面水冷壁冷却水出口16连接，底部与侧面水冷壁冷却水入口17连接，所述侧面水冷壁冷却水出口16设于侧面水冷壁立管4顶部对应的承压外壳2外侧，所述侧面水冷壁冷却水入口17设于侧面水冷壁立管4底部对应的承压外壳2外侧。

所述激冷室5由下降管6和上升管22分隔为气化气体的下降、上升、分离三个空间。所述下降管6末端为锯齿状结构，伸入洗涤水液面7内，有利于粗煤气形成均匀的气泡，并可通过锯齿的大小，控制所产生的气泡的大小，所述下降管6和承压外壳2之间的激冷室空间称为上升管22，所述下降管6与上升管22间设有破泡板20，可将合成气中夹带的泡沫和灰渣进一步出去，充分除渣冷却后的合成气，经气化炉侧面合成气出口排出气化炉，完成整个气化过程，所述激冷室顶端下降管6的外侧设有激冷环23，所述激冷环23上均匀连接激冷喷头24和冷却供水管21，激冷喷头喷出冷却水，用来保护下降管6不受高温气体及熔渣的损害；所述激冷喷头24伸入下降管6内侧，所述激冷喷头24通过冷却供水管21和承压外壳2连接在一起。

所述除渣室19为激冷室5下部的直筒壁和圆锥形底部组合而成的空间，所述圆锥形底部中心设有排渣口12，直筒壁底部侧面设有黑水出口11，溢流出的洗涤水通过黑水出口送至黑水处理系统。

所述承压外壳2中间设有粗合成气出口10，所述粗合成气出口10与洗涤水液面7之间设有激冷水入口13，所述四个激冷水入口13均匀设于承压外壳2外侧，所述激冷水入口13通过管道与激冷室5连通，提供激冷水进入激冷环23。

一种顶进单喷嘴加压粉煤气化反应器内发生的气化反应过程如下：

气化原料（经过处理合格的粉煤）与气化剂（氧气、水蒸气）经过喷嘴同时喷入气化炉内的气化室18，然后在高温（1400～1600℃）、高压（2.5～4.0MPa）下发生快速气化反应，产生以CO和H2为主要成分的热合成气。气化原料中的矿物质形成熔渣，熔渣颗粒在顶部射流扩散后射向顶部水冷壁1和侧面水冷壁3，由于受到顶部水冷壁1和侧面水冷壁3的冷却作用，形成附着在顶部水冷壁1和侧面水冷壁3上的固态熔渣和沿顶部水冷壁1和侧面水冷壁3流动的液态渣膜，通过以渣抗渣实现对顶部水冷壁1和侧面水冷壁3的两层保护，延长气化炉的使用寿命。热合成气和熔渣一起通过气化室18底部的下降管6进入下部的除渣室19。下降管6的顶端设有激冷环，激冷水在激冷环上的激冷喷头作用下，沿下降管管壁垂直膜状或螺旋状流下，保护下降管不受高温气体及熔渣的损害。下降管6的末端插入到洗涤水的液面下，合成气及熔渣经过激冷水和洗涤水的极剧冷却，使渣粒固化成玻璃状，然后通过排渣口12排出气化炉，溢流出的洗涤水通过黑水出口11送至黑水处理系统。经过洗涤后的合成气再通过上升管返回到激冷室中，下降管6末端设置为锯齿状结构，有利于粗煤气形成均匀的气泡，并可通过锯齿的大小，控制所产生的气泡的大小。下降管6和上升管之间设有破泡板，可将合成气中夹带的泡沫和灰渣进一步除去，充分除渣冷却后的合成气，经气化炉侧面合成气出口排出气化炉，完成整个气化过程。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种顶进单喷嘴加压粉煤气化反应器，包括：承压外壳（2）、气化室（18）、激冷室（5）和除渣室（19）；其特征在于还包括：喷嘴（8）；所述承压外壳（2）内腔上部设有气化室（18），中部设有激冷室（5），下部设有除渣室（19），所述喷嘴（8）为顶进单喷嘴结构，由承压外壳（2）顶端外部插入到气化室（18）内腔顶部水冷壁（1）下部空间。

2.根据权利要求1所述的一种顶进单喷嘴加压粉煤气化反应器，其特征在于：所述气化室（18）和激冷室（5）之间通过一个倒圆锥形的隔板隔开，通过下降管（6）连通。

3.根据权利要求1所述的一种顶进单喷嘴加压粉煤气化反应器，其特征在于：所述承压外壳（2）、气化室（18）、激冷室（5）和除渣室（19）同轴设置。

4.根据权利要求1所述的一种顶进单喷嘴加压粉煤气化反应器，其特征在于：所述气化室（18）为顶部水冷壁（1）和侧面水冷壁（3）围成的一个圆筒形内腔。

5.根据权利要求4所述的一种顶进单喷嘴加压粉煤气化反应器，其特征在于：所述顶部水冷壁（1）为水平蛇形盘管结构，盘管的一端与顶部水冷壁冷却水出口（14）连接，另一端与顶部水冷壁冷却水入口（15）连接，所述顶部水冷壁冷却水出口（14）与顶部水冷壁冷却水入口（15）设于承压外壳（2）顶部两侧；所述侧面水冷壁（3）为立式列管结构，所述侧面水冷壁立管（4）顶部与侧面水冷壁冷却水出口（16）连接，底部与侧面水冷壁冷却水入口（17）连接，所述侧面水冷壁冷却水出口（16）设于侧面水冷壁立管（4）顶部对应的承压外壳（2）外侧，所述侧面水冷壁冷却水入口（17）设于侧面水冷壁立管（4）底部对应的承压外壳（2）外侧。

6.根据权利要求2所述的一种顶进单喷嘴加压粉煤气化反应器，其特征在于：所述激冷室（5）由下降管（6）和上升管（22）分隔为气化气体的下降、上升、分离三个空间。所述下降管（6）末端为锯齿状结构，伸入洗涤水液面（7）内，所述下降管（6）和承压外壳（2）之间的激冷室空间称为上升管（22），所述下降管（6）与上升管（22）间设有破泡板（20），所述激冷室顶端下降管（6）的外侧设有激冷环（23），所述激冷环（23）上均匀连接激冷喷头（24）和冷却供水管（21）；所述激冷喷头（24）伸入下降管（6）内侧，所述激冷喷头（24）通过冷却供水管（21）和承压外壳（2）连接在一起。

7.根据权利要求1所述的一种顶进单喷嘴加压粉煤气化反应器，其特征在于：所述除渣室（19）为激冷室（5）下部的直筒壁和圆锥形底部组合而成的空间，所述圆锥形底部中心设有排渣口（12），直筒壁底部侧面设有黑水出口（11）。

8.根据权利要求1所述的一种顶进单喷嘴加压粉煤气化反应器，其特征在于：所述承压外壳（2）中间设有粗合成气出口（10），所述粗合成气出口（10）与洗涤水液面（7）之间设有激冷水入口（13），所述四个激冷水入口（13）均匀设于承压外壳（2）外侧，所述激冷水入口（13）通过管道与激冷环（23）连通。

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