CN207537402U - 一种用于高压及多元气化剂进行碎煤加压气化的实验装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于高压及多元气化剂进行碎煤加压气化的实验装置，它包括进煤单元、气化单元、出灰单元、煤气后处理单元。本实用新型具有可长周期运行，安全高效的对不同煤种用于高压及多元气化剂进行碎煤加压气化的实验研究。的优点。
Description
技术领域
本实用新型属于煤气化领域，特别涉及一种用于高压及多元气化剂进行碎煤加压气化的实验装置。
背景技术
碎煤加压气化炉是一种固定床煤气化炉，由于对原料煤要求低，即除强黏结性煤外，其余煤种都可以气化，特别是低阶煤和高灰熔点的劣质煤。该气化技术被广泛应用于煤制合成氨、甲醇、二甲醚、合成油以及煤制天然气领域。随着目前煤气化技术向着大规模发展以及日益严苛的环保要求，需要开发新一代高压力、大直径、低污染、低排放、低能耗、低氧耗的大规模碎煤加压气化技术。
碎煤加压气化试验是气化装置设计，材料筛选，工艺参数优化不可或缺的环节。然而目前实验室的小型实验装置难以充分模拟碎煤加压气化炉的气化过程，而工业装置试烧投资巨大，且不能充分研究不同工况下的气化过程。同时，现有的试验平台均不能长周期、安全稳定的进行4.0MPa以上，并进行CO2、水蒸气、O2的多元气化剂的碎煤加压气化试验研究，不能为大规模碎煤加压气化技术的开发提供数据支撑和理论依据。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种可长周期运行，安全高效的对不同煤种用于高压及多元气化剂进行碎煤加压气化的实验装置。
一种用于高压及多元气化剂进行碎煤加压气化的实验装置，它包括进煤单元、气化单元、出灰单元、煤气后处理单元；
所述的进煤单元包括煤罐、输煤螺旋器和输煤螺旋电机，煤罐顶部为煤罐法兰盖，煤罐下部与输煤螺旋器的进料口相连，输煤螺旋器的出料口与气化炉顶部相连，输煤螺旋螺杆由输煤螺旋电机带动。
所述的气化单元包括气化炉和炉体取样冷却器，气化炉包括上封头、炉体和下封头，在炉体的上部有集气筒，炉顶取压口和粗煤气出口，下部有布气盘，集气筒的上部与粗煤气出口相连，位于集气筒与布气盘之间的炉体上有上、中、下三个炉体取样口和若干个测温口，三个炉体取样口与炉体取样冷却器相连，下封头上有气化剂入口和炉底测压口，布气盘由气化剂管与气化剂入口相连。
所述的出灰单元包括输灰螺旋器和灰罐，输灰螺旋器的进口与气化炉的出灰口相通，输灰螺旋器的出口与灰罐连接，灰罐的出料口有灰罐法兰盖，输灰螺旋螺杆由输灰螺旋电机带动。
所述的煤气后处理单元包括间冷器、火炬气液分离器、取样冷却器、在线氧分析仪、脱盐水罐、板式换热器和煤气水罐，粗煤气出口与间冷器煤气进口相连，间冷器的煤气出口与火炬气液分离器相连，两者间的连接管线上安装有粗煤气取样冷却器和在线氧分析仪；间冷器端部有两个冲洗水入口，分别位于隔板两侧，间冷器底端的煤气水出口与煤气水罐相连，脱盐水罐出水口和板式换热器的脱盐水回水混合，通过脱盐水泵进入间冷器下部的脱盐水输入口，间冷器上部的脱盐水输出口与板式换热器的脱盐水进水口相连。
如上所述的炉体由内到外依次是耐火砖、耐火泥、气化炉筒体。
如上所述的集气筒由上部圆锥体和下部圆管组成，圆管由出气管与粗煤气出口相连。
如上所述的布气盘包括球形碗、支撑，布气盘管段和变径，布气盘管段内有锥形支撑，球形碗通过支撑固定于布气盘管段之上，球形碗的底端进入布气盘管段内，并且布气盘管段外壁的顶端距球形碗垂直距离H为3-8mm，变径分别与布气盘管段下部和气化剂管线相连。
如上所述的炉体取样口包括取样管，炉体取样口吹扫管，套管、冷却进水管和冷却回水管，取样管位于套管内，取样管的一端伸入气化炉的炉腔内，另一端位于炉体外侧，在取样管有取样口吹扫管，套管下方有冷却进水管，上方有冷却出水管，冷却进水管的出水口位于套管的后部，冷却出水管的出水口位于套管的前部。
如上所述的炉体取样口吹扫管中吹扫介质可以是氮气或高压蒸汽。
如上所述的炉顶取压口与炉顶取压口吹扫管连接，炉底取压口与炉底取压口吹扫管连接。
所述的炉顶取压口吹扫管和炉底取压口吹扫管中的吹扫介质可以是氮气或高压蒸汽。
本实用新型的有益效果如下：
(1)本实用新型为国内首个可以加压至6.0MPa的碎煤加压气化试验装置，可实现不同煤种常压至6MPa条件下的试烧试验，同时可以研究不同比例的O2、水蒸气、CO2组成的多元气化剂对煤气化的影响。
(2)输煤、输灰螺旋进料器变频电机的设置，可以实时改变进煤、排渣速率，保证气化炉连续稳定运行。
(3)炉体上、中、下三个取样口的设置，可以实现对炉内不同反应层气体样品的采集，为气化炉炉内反应及气体生成规律研究提供依据。
(4)设备设置了炉体上若干个温度测量口、炉顶和炉底取压口、在线氧分析仪，可以实时监测各反应层温度，以及炉内压力，可以判断炉内反应情况，同时可实时监测氧气含量，氧气含量>1.0(v％)时，即联锁关闭氧气、蒸汽，装置停车。极大地提高了设备的安全性能。
(5)布气盘可以提高气化剂在炉内的分布，避免气体分布不均导致的偏烧等结果。集气筒可防止煤粒进入粗煤气管线，同时圆锥形顶部起到了布煤器的作用。
(6)炉体取样管线及取压口上吹扫管的设置在煤粒、灰渣、焦油等堵塞时，可进行吹扫。同时炉体取样管线上设置冷却水夹套，可以对其进行保护，提高了设备的稳定性。
(7)本实验装置实验过程中所需动作的阀门开关、电机与泵的启停和电机频率的调节均由中控室DCS系统控制，极大提高实验装置运行的效率和试验人员的安全。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
图2是本实用新型的气化炉的正面示意图。
图3是本实用新型的气化炉的侧面示意图。
图4是本实用新型的布气盘放大图。
图5是本实用新型的集气筒放大图。
图6是本实用新型的炉体取样口的放大结构图。
如图所示，1-煤罐，2-输煤螺旋器，3-输煤螺旋电机，4-输煤螺旋螺杆，5-煤管法兰盖，6-气化炉，7-上封头，8-炉体，9-下封头，10-集气筒，11-圆锥体，12-圆管，13-出气管，14-粗煤气出口，15-布气盘，16-球形碗，17-支撑，18-布气盘管段，19-变径，20-气化剂管线，21-气化剂入口，22-耐火砖，23-耐火泥，24-气化炉筒体，25-测温口，26-炉顶测压口，27-炉顶测压口吹扫管，28-炉体取样口，29-取样管，30-炉体取样口吹扫管，31-套管，32-冷却进水管，33-冷却回水管，34-炉体取样冷却器，35-炉底取压口，36-炉底测压口吹扫管，37-输灰螺旋，38-输灰螺旋电机，39-输灰螺旋螺杆，40-灰罐，41-灰罐法兰盖，42-间冷器，43-火炬气液分离器，44-粗煤气取样冷却器，45-在线氧分析仪，46-脱盐水罐，47-板式换热器，48-脱盐水泵，49-煤气水罐，50-间冷器冲洗水管，51-隔板，52-气化剂，53冷却水进水，54-冷却水回水。
具体实施方式
下面通过具体的实施例进一步说明本发明，但是应当理解为实施例仅仅是用于更详细、具体地说明之用，而不应理解为用于以任何形式限制本发明。
本部分对本发明中所使用到的材料以及试验方法进行一般性的描述。虽然为实现本发明所使用的许多材料和操作方法是本领域公知的，但是本发明仍然在此作尽可能详细描述。本领域技术人员清楚，在上下文中，如果未特别说明，本发明所用材料和操作方法是本领域公知的。
以下结合附图对本发明的具体实施方式做更为详细的说明。
实施例1
一种用于高压及多元气化剂进行碎煤加压气化的实验装置，它包括进煤单元、气化单元、出灰单元、煤气后处理单元；
所述的进煤单元包括煤罐1、输煤螺旋器2和输煤螺旋电机3，煤罐1顶部为煤罐法兰盖5，煤罐1下部与输煤螺旋器2的进料口相连，输煤螺旋器2的出料口与气化炉6顶部相连，输煤螺旋螺杆4由输煤螺旋电机3带动。
所述的气化单元包括气化炉6和炉体取样冷却器34，气化炉6包括上封头7、炉体8和下封头9，在炉体8的上部有集气筒10，炉顶取压口26和粗煤气出口14，下部有布气盘15，集气筒10的上部与粗煤气出口14相连，位于集气筒10与布气盘15之间的炉体8上有上、中、下三个炉体取样口28和若干个测温口25，三个炉体取样口28与炉体取样冷却器34相连，下封头9上有气化剂入口21和炉底测压口35，布气盘15由气化剂管20与气化剂入口21相连。炉体不同部位的测温口25和炉顶取压口26、炉底取压口35可以实时监测气化炉反应状态，指导操作参数的确定，保证气化试验顺利进行。
所述的出灰单元包括输灰螺旋器37和灰罐40，输灰螺旋器37的进口与气化炉6的出灰口相通，输灰螺旋器37的出口与灰罐40连接，灰罐40的出料口有灰罐法兰盖41，输灰螺旋螺杆39由输灰螺旋电机38带动。
所述的煤气后处理单元包括间冷器42、火炬气液分离器43、取样冷却器44、在线氧分析仪45、脱盐水罐46、板式换热器47和煤气水罐49，粗煤气出口14与间冷器42相连，间冷器42的煤气出口与火炬气液分离器43相连，两者间的连接管线上安装有粗煤气取样冷却器44和在线氧分析仪45；间冷器42端部有两个冲洗水入口50，分别位于隔板51两侧，间冷器42底端的煤气水出口与煤气水罐49相连，脱盐水罐46出水口和板式换热器47的脱盐水回水混合，通过脱盐水泵48进入间冷器42下部的脱盐水输入口，间冷器42上部的脱盐水输出口与板式换热器47的脱盐水进水口相连。
所述的炉体8由内到外依次是耐火砖22、耐火泥23、气化炉筒体24。耐火砖22和耐火泥23既可以避免气化炉体受热损坏，又可以减少气化炉的热损失。
所述的集气筒10由上部圆锥体11和下部圆管12组成，圆管12由出气管13与粗煤气出口14相连。上部圆锥体11起到布煤器作用，下部圆管12可以防止煤粒的带出。
如上所述的布气盘15包括球形碗16、支撑17，布气盘管段18和变径19，布气盘管段18内有锥形支撑17，球形碗16通过支撑17固定于布气盘管段(18)之上，球形碗16的底端进入布气盘管段18内，并且布气盘管段18外壁的顶端距球形碗16垂直距离H为3mm，变径19分别与布气盘管段18下部和气化剂管线20相连。
如上所述的炉体取样口28包括取样管29，炉体取样口吹扫管30，套管31、冷却进水管32和冷却回水管33，取样管29位于套管31内，取样管(29)的一端伸入气化炉6的炉腔内，另一端位于炉体8外侧，在取样管29有取样口吹扫管30，套管31下方有冷却进水管32，上方有冷却出水管33，冷却进水管32的出水口位于套管31的后部，冷却出水管33的出水口位于套管31的前部。
所述的炉顶取压口26与炉顶取压口吹扫管27连接，炉底取压口35与炉底取压口吹扫管36连接。
在炉体取样口吹扫管30，炉顶取压口吹扫管27和炉底取压口吹扫管36中吹扫介质是氮气。试验过程中，可通过炉体取样口28、炉顶取压口26、炉底取压口35上的吹扫管，用氮气对煤粒、灰渣或焦油等杂质进行吹扫。保证实验装置长周期稳定运行。
采用煤进行气化实验，煤样经过破碎筛分后获得粒径5～12mm煤样，灰渣经过筛分得到5～12mm灰渣。
先将筛分好的灰渣经煤罐1，通过输煤螺旋器2，加入气化炉6，灰层高度至布气盘15上方300mm。然后将筛分好的煤样加入煤罐1，封闭煤罐法兰盖5。通过启停并调节输煤螺旋电机3频率，控制加煤速度。部分煤样经输煤螺旋器2加入气化炉6，作为基础煤，准备进行点火和气化实验。
由O2、水蒸气和CO2组成的气化剂52经气化剂管线20，通过布气盘15布气后，进入气化炉6内进行气化反应。反应生成的粗煤气经集气筒10至粗煤气出口14。在试验过程中，可根据煤的种类和试验需求调节气化剂的组成比例；可以不断提压，研究常压至6MPa条件下的气化反应。
通过启停并调节输灰螺旋电机38的频率，控制排灰速率，实现气化炉连续运行。
生成的粗煤气经粗煤气出口14，进入间冷器42，与脱盐水进行换热冷却后，冷凝下来的煤气水、焦油等进入煤气水罐49，粗煤气经减压后进入火炬气液分离器43，液相沉降在火炬气液分离器43底部，粗煤气并入火炬系统。间冷器42和火炬气液分离器43之间的粗煤气管线上有煤气取样冷却器44，冷却水进水53由煤气取样冷却器44下部进入，冷却水回水54由煤气取样冷却器44上部流出。粗煤气经过粗煤气取样冷却器44冷却后，进行取样分析。与粗煤气换热后的脱盐水进入板式换热器47，与冷却水进行换热。冷却下来的脱盐水与从脱盐水罐46出来的脱盐水补水汇合，由脱盐水泵48打入间冷器42，与粗煤气进行换热。在线氧分析仪45可以实时监测粗煤气中氧气含量，氧气含量>1.0％(v％)，即联锁关闭氧气蒸汽阀门，停止试验。可提高实验装置安全性能。试验完成后，可打开间冷器42上的冲洗水管50，对间冷器隔板51两侧的管程进行冲洗，防止间冷器堵塞。
采集气化炉不同部位产物的样品，样品经过取样管29，进入炉体取样冷却器34，冷却水进水53由炉体取样冷却器34下部进入，冷却水回水54由炉体取样冷却器34上部流出，样品经冷却后进行取样分析。外部的冷却水套管31，可防止取样管29烧坏。炉体取样口28的设置为气化炉内反应及气体生成规律研究提供依据。
试验停止后，反应生成的煤气水、焦油，通过打开煤气水罐49下部阀门进行取样分析；生成的灰渣打开灰罐法兰盖41进行取样分析。
实施例2
一种用于高压及多元气化剂进行碎煤加压气化的实验装置，所述的布气盘15，其球形碗16的底端进入布气盘管段18内，并且布气盘管段18外壁的顶端距球形碗16垂直距离H为5mm。
在炉体取样口吹扫管30，炉顶取压口吹扫管27和炉底取压口吹扫管36中吹扫介质是高压蒸汽。
采用型煤进行气化实验，型煤经过破碎筛分后获得粒径5～12mm的颗粒，灰渣经过筛分得到5～12mm灰渣。
先将筛分好的灰渣经煤罐1，通过输煤螺旋器2，加入气化炉6，灰层高度至布气盘15上方400mm。然后将筛分好的煤样加入煤罐1，封闭煤罐法兰盖5。通过启停并调节输煤螺旋电机3频率，控制加煤速度。部分煤样经输煤螺旋器2加入气化炉6，作为基础煤，准备进行点火和气化实验。
由O2、水蒸气组成的气化剂52经气化剂管线20，通过布气盘15布气后，进入炉内进行气化反应。反应生成的粗煤气经集气筒10至粗煤气出口14。在试验过程中，可根据试验需求调节气化剂的量和组成比例；可以不断提压，研究常压至6MPa条件下的气化反应。
其余同实施例1。
实施例3
一种用于高压及多元气化剂进行碎煤加压气化的实验装置，所述的布气盘15，其球形碗16的底端进入布气盘管段18内，并且布气盘管段18外壁的顶端距球形碗16垂直距离H为8mm。
在炉体取样口吹扫管30，炉顶取压口吹扫管27和炉底取压口吹扫管36中吹扫介质是氮气。
采用焦炭进行气化实验，焦炭经过破碎筛分后获得粒径5～12mm的颗粒，灰渣经过筛分得到5～12mm灰渣。
先将筛分好的灰渣经煤罐1，通过输煤螺旋器2，加入气化炉6，灰层高度至布气盘15上方350mm。然后将筛分好的煤样加入煤罐1，封闭煤罐法兰盖5。通过启停并调节输煤螺旋电机3频率，控制加煤速度。部分煤样经输煤螺旋器2加入气化炉6，作为基础煤，准备进行点火和气化实验。
由O2、水蒸气组成的气化剂52经气化剂管线20，通过布气盘15布气后，进入炉内进行气化反应。反应生成的粗煤气经集气筒10至粗煤气出口14。在试验过程中，可根据试验需求调节气化剂的量和组成比例；可以不断提压，研究常压至6MPa条件下的气化反应。
其余同实施例1。
Claims (6)
1.一种用于高压及多元气化剂进行碎煤加压气化的实验装置，它包括进煤单元、气化单元、出灰单元、煤气后处理单元，其特征在于：
所述的进煤单元包括煤罐(1)、输煤螺旋器(2)和输煤螺旋电机(3)，煤罐1顶部为煤罐法兰盖(5)，煤罐1下部与输煤螺旋器(2)的进料口相连，输煤螺旋器(2)的出料口与气化炉(6)顶部相连，输煤螺旋螺杆(4)由输煤螺旋电机(3)带动；
所述的气化单元包括气化炉(6)和炉体取样冷却器(34)，气化炉(6)包括上封头(7)、炉体(8)和下封头(9)，在炉体(8)的上部有集气筒(10)，炉顶取压口(26)和粗煤气出口(14)，下部有布气盘(15)，集气筒(10)的上部与粗煤气出口(14)相连，位于集气筒(10)与布气盘(15)之间的炉体(8)上有上、中、下三个炉体取样口(28)和若干个测温口(25)，三个炉体取样口(28)与炉体取样冷却器(34)相连，下封头(9)上有气化剂入口(21)和炉底测压口(35)，布气盘(15)由气化剂管(20)与气化剂入口(21)相连；
所述的出灰单元包括输灰螺旋器(37)和灰罐(40)，输灰螺旋器(37)的进口与气化炉(6)的出灰口相通，输灰螺旋器(37)的出口与灰罐(40)连接，灰罐(40)的出料口有灰罐法兰盖(41)，输灰螺旋螺杆(39)由输灰螺旋电机(38)带动；
所述的煤气后处理单元包括间冷器(42)、火炬气液分离器(43)、取样冷却器(44)、在线氧分析仪(45)、脱盐水罐(46)、板式换热器(47)和煤气水罐(49)，粗煤气出口(14)与间冷器(42)煤气进口相连，间冷器(42)的煤气出口与火炬气液分离器(43)相连，两者间的连接管线上安装有粗煤气取样冷却器(44)和在线氧分析仪(45)；间冷器(42)端部有两个冲洗水入口(50)，分别位于隔板(51)两侧，间冷器(42)底端的煤气水出口与煤气水罐(49)相连，脱盐水罐(46)出水口和板式换热器(47)的脱盐水回水混合，通过脱盐水泵(48)进入间冷器(42)下部的脱盐水输入口，间冷器(42)上部的脱盐水输出口与板式换热器(47)的脱盐水进水口相连。
2.如权利要求1所述的一种用于高压及多元气化剂进行碎煤加压气化的实验装置，其特征在于所述的炉体(8)由内到外依次是耐火砖(22)、耐火泥(23)、气化炉筒体(24)。
3.如权利要求1所述的一种用于高压及多元气化剂进行碎煤加压气化的实验装置，其特征在于所述的集气筒(10)由上部圆锥体(11)和下部圆管(12)组成，圆管(12)由出气管(13)与粗煤气出口(14)相连。
4.如权利要求1所述的一种用于高压及多元气化剂进行碎煤加压气化的实验装置，其特征在于所述的布气盘(15)包括球形碗(16)、支撑(17)，布气盘管段(18)和变径(19)，布气盘管段(18)内有锥形支撑(17)，球形碗(16)通过支撑(17)固定于布气盘管段(18)之上，球形碗(16)的底端进入布气盘管段(18)内，并且布气盘管段(18)外壁的顶端距球形碗(16)垂直距离H为3-8mm，变径(19)分别与布气盘管段(18)下部和气化剂管线(20)相连。
5.如权利要求1所述的一种用于高压及多元气化剂进行碎煤加压气化的实验装置，其特征在于所述的炉体取样口(28)包括取样管(29)，炉体取样口吹扫管(30)，套管(31)、冷却进水管(32)和冷却回水管(33)，取样管29位于套管(31)内，取样管(29)的一端伸入气化炉(6)的炉腔内，另一端位于炉体(8)外侧，在取样管(29)有取样口吹扫管(30)，套管(31)下方有冷却进水管(32)，上方有冷却出水管(33)，冷却进水管(32)的出水口位于套管(31)的后部，冷却出水管(33)的出水口位于套管(31)的前部。
6.如权利要求1所述的一种用于高压及多元气化剂进行碎煤加压气化的实验装置，其特征在于所述的炉顶取压口(26)与炉顶取压口吹扫管(27)连接，炉底取压口(35)与炉底取压口吹扫管(36)连接。
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| CN109596663A (zh) * | 2018-11-23 | 2019-04-09 | 太原理工大学 | 一种co2富集高压环境下的煤炭急速加热气化燃烧的方法 |
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| CN112251258A (zh) * | 2020-11-05 | 2021-01-22 | 北京一亚高科能源科技有限公司 | 内置双床的tfb气化炉 |
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2017
- 2017-08-04 CN CN201720966312.7U patent/CN207537402U/zh active Active
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |