CN204434563U - 一种多段水冷壁高效激冷气化装置 - Google Patents

Abstract

一种多段水冷壁高效激冷气化装置，本实用新型提供一种多段水冷壁高效激冷气化装置。包括喷嘴、气化室和高效激冷装置，气化室设置在高效激冷装置的上部，一个或者多个喷嘴安装在气化室顶部法兰上；气化室由水冷壁构成，水冷壁呈列管式或绕管式，水冷壁为一段或多段，每一段水冷壁的出水口位于同一段水冷壁的上方，水冷壁外部连接供水设备。气化室直径与高效激冷装置直径相当；水冷壁与气化室渣口连接采取承插形式；渣口段不设置水冷壁；喷嘴采用组合式烧嘴结构。本实用新型为气化炉水冷壁的安装和检修预留了空间，为水冷壁的查漏和更换提供了便利，可以满足实际生产的需求。

Description

一种多段水冷壁高效激冷气化装置

技术领域

本发明属于新能源技术领域，涉及一种多段水冷壁高效激冷气化装置。

背景技术

自20世纪70年代中期出现世界性石油危机后，洁净煤技术研究、开发和应用成为了各国政府可持续发展战略和能源安全的战略研究重点。煤气化技术是清洁利用煤炭资源的重要途径和手段。煤气化是煤经过不完全燃烧转化为合成气、燃料气的技术。气化炉内，煤与水、蒸汽或CO作用转化为合成气、燃料气。煤中所含矿物质(灰)转化成灰渣，硫转化为硫化氢，经净化脱除生成硫或进一步转化成硫酸，氮(包括氯)转化为NOx、NH₃，可经净化脱除。清洁气体可以作为城市煤气、发电用燃料气，也可以用来生产化工产品(如合成氨、甲醇等)和清洁发动机用燃料(如氢、汽油、柴油、醚、醇燃料等)。

气流床气化技术是现在最高效、清洁的煤利用技术之一，代表着煤气化技术的发展趋势，气流床气化技术根据进料状态的不同分为水煤浆和粉煤两种方式，气化炉从原料状态分为水煤浆和干煤粉两类，水煤浆进料以德士古气化炉为代表，干煤粉进料以Shell气化炉为代表。德士古气化炉为单喷嘴结构，喷嘴轴线与气化炉渣口轴线重合，在气化炉主体轴线上，物料在气化炉中的停留平均时间为5s，有55%的物料在小于5s的时间逸出炉外使得碳转化率不够高；耐火砖衬里的使用寿命不高使得气化炉换砖的周期很长，更换费用和停工损失大大增加。目前运行的气化炉燃烧室广泛采用“以渣抗渣”的原理使用水冷壁衬里，分为盘管式和列管式，choren气化炉在燃烧室和激冷室之间的通道渣口段设置水冷壁，流量在20～30m³之间,在实际运行中发现,渣口段水冷壁起到了反作用,因为它的存在,使得气化炉熔渣经过渣口时温度骤然降低,渣的流动阻力增加,在渣口处出现渣堵现象,在生产上采取的处理措施是提高气化炉温度,提高渣的流动性,使渣顺利排出。当水冷壁出现泄漏时，检测泄漏点成为实际生产的难点，泄漏点在停车检修时才能被找到和修补。水冷壁采取的冷却方式一般为下部进水、上部出水，与气流方向逆向冷却，这样，水冷壁下部水温的温度梯度变化较大，上部的温度梯度变化较小，而水冷壁的上部区域离喷嘴较近，经受着高温高压和高热辐射的恶劣环境，发生水冷壁泄漏的几率更大。喷嘴也是气化炉的重要组成部分，根据功能不同一般分为点火喷嘴和工艺喷嘴，点火喷嘴主要用于点火使用，工艺喷嘴用于投料和运行使用。传统的德士古气化工艺先用点火喷嘴烘炉再更换工艺喷嘴，整个开车过程需要7～8天的时间且开车成本高，不利于在越来越激烈的气化市场的竞争。

气化炉的激冷室是气化炉的重要组成部分，气化炉激冷室内部的传热传质过程复杂迅速，是气化工艺操作过程中的关键环节之一，控制不好会出现合成气带水、合成气灰含量高、合成气的水/气不合格、激冷室内部液位保持不住、下降管烧坏等问题。德士古气化炉激冷室由激冷环、下降管和上升管组成，燃烧室与激冷室之间通道是渣口，渣口的下面是激冷环，激冷环下面连接着下降管，下降管的下端深入到激冷室的正常液位以下。下降管的外面是上升管，上升管与下降管同轴，上升管的上部有一个起折流作用的折流板，折流板为斜向下的伞形挡板，固定在燃烧室的锥底上。合成气在离开激冷室的液面后首先沿上升管上升，在上升到上升管的顶部后，合成气会受到折流板的作用改变方向，先向下折流，再向上升，从激冷室的合成气出口离开激冷室。由于合成气的气泡具有比较大的能量，所以在合成气的气泡逸出激冷室的水面时会夹带大量液体，造成合成气的水/气不合格、激冷室内部液位保持不住的问题。有资料表明激冷室内黑水的循环量高达2050m³/h，这大约相当于进入激冷室补充水的2O倍，最终被带出激冷室的黑水量也高达40m³/h。合成气带液的同时，水中微米级的细灰也被带离激冷室，造成合成气中灰含量高的问题。

从气化炉渣口出来的1300℃的高温合成气在沿下降管下降的过程中，高温的合成气、飞灰、熔融灰渣和下降管内壁上覆盖着的激冷水膜之间发生着迅速复杂的传热传质过程。高温合成气、飞灰、熔融灰渣的温度迅速降低，激冷水膜的温度迅速升高，并有部分激冷水在高温热辐射下迅速地被蒸发并进入到合成气中。下降管内气、固、液三相间的传热传质和流动过程非常的复杂且迅速，根据多维模拟的研究结果表明，高温的合成气在离开渣口后向下0.8m的范围内合成气温度下降的变化梯度最大，合成气与激冷水之间的热交换负荷量最大，该区域下降管所承受的热应力也最大，因而在这一区段比较容易发生下降管裂纹、鼓包、变形甚至烧穿孔。同时事实也证明在燃烧室渣口以下0.4～0.8m区段发生问题的几率比较高，原因是一方面这一区段下降管所承受的热应力比较大，另一方面激冷水的蒸发量比较大，降气管内壁的保护液膜相对比较薄，温度也比较高，所以比较容易出问题。

本发明的目的在于克服现有技术的不足，解决水冷壁检修空间有限，合成气出激冷室带水、合成气灰含量高、合成气的水/气不合格、激冷室内部液位保持不住、下降管烧坏等问题，保证气化炉水冷壁以渣抗渣效果，以及高温粗合成气和熔渣的洗涤效果，延长激冷装置下降管的使用寿命，实现气化装置的稳定运行，发明一种多段水冷壁高效激冷气化装置。

发明内容

为了克服现有气化装置存在的水冷壁检修空间有限，合成气出激冷室带水、合成气灰含量高、合成气的水/气不合格、激冷室内部液位保持不住、下降管烧坏等问题，本发明提供一种多段水冷壁高效激冷气化装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种多段水冷壁高效激冷气化装置，包括喷嘴、气化室和高效激冷装置，气化室设置在高效激冷装置的上部，一个或者多个喷嘴安装在气化室顶部法兰上；

气化室由水冷壁构成，水冷壁呈列管式或绕管式，水冷壁为一段或多段，每一段水冷壁的出水口位于同一段水冷壁的上方，水冷壁外部连接供水设备。

所述的气化室直径与高效激冷装置直径相同。

所述的喷嘴为一个时，喷嘴设置在法兰中心；当喷嘴为两个，喷嘴和气化室轴线位于同一平面，喷嘴朝气化室中心倾斜，喷嘴与气化室轴线呈10~70°角度；当喷嘴为三个，喷嘴均匀设置在以气化室法兰中心为圆心的圆上，喷嘴朝气化室中心倾斜，与气化室轴线呈20~60°夹角；当喷嘴的个数为四个或四个以上，一个喷嘴设置在中心，其他喷嘴均布在以气化室法兰中心为圆心的圆上，喷嘴朝气化室中心倾斜，与气化室中心轴线呈10~60°夹角。

在下降管外，激冷环的下方设置有下降管保护器。

所述的水冷壁与气化室渣口连接采取承插形式。

所述的气化室在渣口段不设置水冷壁。

所述的喷嘴为多通道结构，内部设置有燃料气通道、助燃气通道、燃料通道，自带有高能点火枪和火焰检测器装置。

本发明的优点效果是：本发明采用顶置多个喷嘴、多段水冷壁和高效激冷装置的组合结构，取消了渣口段水冷壁，气化室顶部法兰直径设置成与气化室直径相当，水冷壁和渣口段采用承插结构，给气化炉水冷壁的安装和检修预留了空间，更利于实际生产的需求。喷嘴采用组合式结构，同一个喷嘴可完成点火和投料功能。高效激冷装置内部结构的布置，更好的的利用了现有空间进行合成气及熔渣的洗涤和净化。该气化装置保持了现有气化炉优势，在该基础上做了很大的改进，对现有气化装置的实际运行具有重要意义。

附图说明

图1是多段水冷壁高效激冷气化装置结构示意图。

图2是喷嘴结构示意图。

图3是多段水冷壁结构图。

图4是激冷环结构图。

图5是激冷环俯视图。

图6是下降管保护器结构示意图。

图7是双程溢流旋液分离器俯视图。

图8是双程溢流旋液分离器局部剖视放大图。

图9是百褶板俯视图。

附图中：1.喷嘴；101.燃料气通道；102.助燃气通道；103.燃料通道；104.火焰检测器装置；105.高能点火枪； 2.气化室； 3.高效激冷装置； 4.水冷壁； 401.第一段水冷壁入水口； 402. 第一段水冷壁出水口； 403. 第二段水冷壁入水口； 404. 第二段水冷壁出水口； 405. 第N段水冷壁入水口； 406. 第N段水冷壁出水口； 5.激冷环； 501.挡渣钉； 502.外唇环； 503.内唇环； 504.激冷液分布室； 505.疏通丝孔； 506.冷却液输送管； 507.激冷液环隙 ；508.激冷液喷淋口； 509.挡渣环； 510.激冷液通过孔； 6.壳体； 7.下降管;  8.百褶板； 801.外圆板； 802.内圆板； 803.覆压板； 804.中间层； 9.气化室渣口； 10.双程溢流旋液分离器； 1001.内程旋液板； 1002.外程旋液板；1003.溢流锥； 11.下降管保护器；1101. 导流板；1102.下降管保护器入水口；1103.下降管保护器出水口。

具体实施方式

本发明为了克服现有气化装置水冷壁检修空间有限，合成气出激冷室带水、合成气灰含量高、合成气的水/气不合格、激冷室内部液位保持不住、下降管烧坏等问题，所采取的技术方案的优选方式做进一步说明。

一种多段水冷壁高效激冷气化装置，包括喷嘴1、气化室2、和高效激冷装置3，气化室2和高效激冷装置3组合在一起，气化室2直径与高效激冷装置3直径比例为1:1，气化室2设置在高效激冷装置3的上部，喷嘴1安装在气化室2顶部法兰上。喷嘴1与气化室2的中心轴线个共平面。

所述的喷嘴1的个数为N（N≥1）。当N=1时，喷嘴1设置在法兰的中心位置；当N=2时，喷嘴1对称设置在法兰的中心轴线两侧，分别与气化炉中心轴线呈10~70°角度布置，朝向气化室2的中心；当N=3时，喷嘴1均匀设置在以法兰中心为圆心的圆上，喷嘴1与气化炉轴线共平面，喷嘴1与气化炉轴线之间呈20~60°夹角，朝向气化室2的中心；当N≥4时，其中一个喷嘴1设置在中心位置，其他N-1个喷嘴均布在以法兰中心为圆心的圆上，相邻的喷嘴之间圆心角是360°/(N-1)，气化炉中心轴线与喷嘴1之间呈10~60°夹角，朝向气化室2的中心。顶部喷嘴1的数量由气化炉的日处理规模等实际情况决定。

气化室2主要由水冷壁4构成，水冷壁4呈列管式或盘管式，内壁涂有Sic耐火材料。水冷壁4为一段或分为几段，脱氧水在水冷壁4中各段均采取由低处向高处的流动方式，每一段水冷壁4的出水口位于同一段水冷壁4的上方，每一段的水冷壁入水口外部连接供水设备，每一段的水冷壁出水口与外部供水设备进水口连接，水冷壁4内的脱氧水循环使用。水冷壁4的段数的确定依实际情况而定。水冷壁4采用的这种上中下段依次逆流冷却的方式，不仅能更大程度的利用逆流冷却的原理吸收热量，而且使上部的温度梯度变化大于下部的温度梯度变化，很好的解决了上部水冷壁更易泄漏的问题，同时，多段水冷壁结构也有利于水冷壁的安装和检修。此外，渣口段（气化室渣口9）未设置水冷壁4，再加上与渣口段临近的下部水冷壁温度梯度变化相对小很多，熔渣接近渣口区域始终保持在液态的范围内，可以顺利实现排渣，发生渣堵的几率大大减小。

所述的水冷壁4与气化室渣口9连接采取承插形式，气化室法兰半径与水冷壁4半径相当，易于安装和检修。

如图2所示，所述的喷嘴1为多通道结构，内部设置有燃料气通道101、助燃气通道102、燃料通道103、高能点火枪105和火焰检测器装置104；N个喷嘴1中喷出的物料旋转方向向气化炉中心轴线集中；喷嘴1的燃料可选择水煤浆或干煤粉中的一种。该喷嘴将点火喷嘴和工艺喷嘴组合到一起，可实现点火、投料和运行的功能。高能点火枪105采用中国专利CN2009100215439中提供的“高能点火枪”。 所述的激冷环5采用中国专利CN200920025468中提供的“气化炉激冷环”。

如图3所示，所述的气化室2主要由水冷壁4构成，水冷壁4呈列管式或盘管式，内壁涂有Sic耐火材料。水冷壁4为一段或分为几段，脱氧水在水冷壁4中各段均采取由低处向高处的流动方式，水冷壁4中的脱氧水循环使用。水冷壁4与气化室渣口9连接采取承插形式，易于安装和检修。

如图6所示，下降管保护器7为中空结构，内部设置导流板701，导流板围绕下降管呈蛇形盘旋而上，高度为1m，固定在距离渣口0.3~0.7m的下降管外壁上，下降管保护器入水口702与外部供水设备连接，下降管保护器出水口703与激冷环2的冷却液输送管206连接。

如图7所示，双程溢流旋液分离器10分为内程旋液板1001、外程旋液板1002和溢流锥1003，外程旋液板1002叶片数是内程旋液板1001的2倍，叶片仰角是20~50°，直径是内程旋液板1001的1.36倍，外程旋液板1002罩筒高度是内程旋液板1001的0.5倍。溢流锥1003叶片数与内程旋液板1001相同，叶片导向角30~60°，溢流圆锥角2θ=50~70°。

如图9所示，所述的百褶板8包括外圆板801、内圆板802、覆压板803和中间层804，外圆板801、内圆板802之间连接有多个覆压板803，相邻的覆压板803之间连接有相互平行的中间层804，百褶板8固定在下降管7外壁和壳体6之间。

实施例

一个千吨级气化装置，顶部设置4个喷嘴1，法兰中心设置一个中心喷嘴，其余三个喷嘴1均匀布置在以法兰中心为圆心的圆上，三个喷嘴1的内部气流的旋转方向各异，总体方向向气化炉轴心方向聚拢；水冷壁4采取两段式结构，入水冷壁4的脱氧水温度为200℃，出水冷壁4的脱氧水温度为240℃；气化室2下部设置一个高约8690mm，内径约3000mm的高效激冷装置，激冷空间约61.4m3。进高效激冷装置3的合成气和灰渣温度约1500℃左右,速度约3.6m/s,环形空间气速约0.3m/s，合成气和灰渣进入水浴洗涤，通过鼓泡的方式鼓出水面，经由滤泡器、百褶板8和两层双程旋液分离器10进行气泡的胀大和破灭、气液分离以及除沫除灰的过程，出高效激冷装置的粗合成气温度约200℃左右，灰的洗涤效率在78%以上，处理粗合成气量 8.75万Nm³/h，进后系统的合成气量为7万Nm³/h，灰含量小于每立方米2mg以下。

下降管保护器11固定在离气化室渣口9长0.3~0.7m的下降管7外壁上。在本实施例中，进入激冷室冷却液输送管506的水流量约为170m³，进入下降管保护器11进水口的水流量约为30m³，激冷环5和下降管保护器11的冷却水双效保护下降管，相对于只设置激冷环冷却水流量200 m³的激冷装置，激冷效果良好，下降管寿命延长。

Claims (7)

1.一种多段水冷壁高效激冷气化装置，包括喷嘴（1）、气化室（2）和高效激冷装置（3），其特征在于：气化室（2）设置在高效激冷装置（3）的上部，一个或者多个喷嘴（1）安装在气化室（2）顶部法兰上；

气化室（2）由水冷壁（4）构成，水冷壁（4）呈列管式或绕管式，水冷壁（4）为一段或多段，每一段水冷壁（4）的出水口位于同一段水冷壁（4）的上方，水冷壁（4）外部连接供水设备。

2.据权利要求1所述的多段水冷壁高效激冷气化装置，其特征在于：气化室（2）直径与高效激冷装置（3）直径相同。

3.据权利要求1所述的多段水冷壁高效激冷气化装置，其特征在于：所述的喷嘴（1）为一个时，喷嘴（1）设置在法兰中心；当喷嘴（1）为两个，喷嘴（1）和气化室（2）轴线位于同一平面，喷嘴（1）朝气化室（2）中心倾斜，喷嘴（1）与气化室（2）轴线呈10~70°角度；当喷嘴（1）为三个，喷嘴（1）均匀设置在以气化室（2）法兰中心为圆心的圆上，喷嘴（1）朝气化室（2）中心倾斜，与气化室（2）轴线呈20~60°夹角；当喷嘴（1）的个数为四个或四个以上，一个喷嘴（1）设置在中心，其他喷嘴均布在以气化室（2）法兰中心为圆心的圆上，喷嘴（1）朝气化室（2）中心倾斜，与气化室（2）中心轴线呈10~60°夹角。

4.据权利要求1所述的多段水冷壁高效激冷气化装置，其特征在于：在下降管（7）外，激冷环（5）的下方设置有下降管保护器（11）。

5.据权利要求1所述的多段水冷壁高效激冷气化装置，其特征在于：所述的水冷壁（4）与气化室渣口（9）连接采取承插形式。

6.据权利要求1所述的多段水冷壁高效激冷气化装置，其特征在于：所述的气化室（2）在渣口段不设置水冷壁（4）。

7.据权利要求1所述的多段水冷壁高效激冷气化装置，其特征在于：所述的喷嘴（1）为多通道结构，内部设置有燃料气通道（101）、助燃气通道（102）、燃料通道（103），自带有高能点火枪（105）和火焰检测器装置（104）。