CN214735576U - 一种固定床气化炉 - Google Patents

Abstract

一种固定床气化炉，包括炉体，所述炉体的上端通过导料管连接有高压料仓，炉体上部设有出气口，炉体上部内部中设有测温管，测温管内部设有若干个不同高度位置的用于测量温度的热电偶，炉体的锥形下部炉体下部设有固体料排出区，炉体下部设有至少两组助剂进口，固体料排出区的出口端连接有残碳处理机构。本实用新型将气化炉反应气体的布风结构和排灰结构显著简化，可进行干法排灰控制，在需要进入熔渣操作范围时，将残碳燃烧和灰渣熔融的过程从气化炉本体上分离出来，采用小型的燃烧装备完成灰渣熔融操作，气化炉排灰排渣得到精准控制，气化炉的启停热备等操作变得更简易，有利于提高固定床气化炉的可靠性和可用性，实现固体渣和液态渣的排放。

Description

一种固定床气化炉

技术领域

本实用新型属于气化炉领域，具体地说是一种固定床气化炉。

背景技术

固定床(也称移动床)气化炉是最古老煤气化设备，它具有技术成熟、设备可靠，生产操作灵活，煤转化过程热效率高等特点。尽管现代煤气化技术在原料、环保等多方面具有先进性，固定床气化仍然有其适当的应用前景，尤其在采用熔渣排灰即使后，固定床气化在加压条件下的处理能力显著提高，而且环保特性有所改善。固定床气化炉原料准备简单，高甲烷产率高附加值的焦油副产品，高热效率，是与其它技术相比的重要特点，特别是明显的低氧气消耗，使其在煤气化联合循环发电领域的应用具有特殊的吸引力。

至今绝大部分固定床气化炉所必备的是炉篦，炉篦既支撑炉内床料，也具备气化剂分布功能，炉蓖子将气化过程产生的灰引导到加压灰仓。大型炉蓖子结构复杂，投资和维护成本高，操作可靠性低。液态排渣的固定床气化炉则是将灰渣在高于灰熔点的温度下转变成熔融状态，液体便于流动，且由于气化反应温度提高，气化炉生成强度提高符合现代煤化工的需要。然而，现有的熔渣型固定床气化炉，熔渣控制难度大，操作窗口窄，形成的渣池对气化炉的喷嘴材料、耐火材料等要求高且价格昂贵，堵渣后清理维护周期长费用高。

实用新型内容

为了解决上述的技术问题，本实用新型提供了一种固定床气化炉。

为了解决上述技术问题，本实用新型采取以下技术方案：

一种固定床气化炉，包括炉体，所述炉体的上端通过导料管连接有高压料仓，炉体上部设有出气口，炉体上部内部中设有测温管，测温管内部设有若干个不同高度位置的用于测量温度的热电偶，炉体下部设有固体料排出区，炉体下部设有至少两组助剂进口，固体料排出区的出口端连接有残碳处理机构。

所述残碳处理机构包括相连接的残碳旋风燃烧筒和熔渣淬冷筒，残碳旋风燃烧筒上设有助剂引入口，炉体下部设有控制阀，该控制阀与残碳旋风燃烧筒连接。

所述残碳旋风燃烧筒和熔渣淬冷筒均竖直设置，残碳旋风燃烧筒的进口端与固体料排出区连接。

所述固体料排出区内设有排料控制器。

所述残碳旋风燃烧筒呈一端高一端低的倾斜设置，熔渣淬冷筒竖直设置，控制阀连接在残碳旋风燃烧筒的进料端，烟气回流管连接在残碳旋风燃烧筒的侧壁，残碳旋风燃烧筒的进口端与固体料排出区连接。

所述残碳旋风燃烧筒和熔渣淬冷筒均竖直设置，控制阀连接在残碳旋风燃烧筒的侧壁，固体料排出区与残碳旋风燃烧筒的侧壁连接，烟气回流管连接在残碳旋风燃烧筒的进口端。

所述固定料排出区的出口端装接有灰渣罐。

所述残碳处理机构包括灰熔融控制筒和熔渣淬冷器，灰熔融控制筒与固体料排出区的出口端连接，灰熔融控制筒底部装接有气力阀，灰熔融控制筒上设有助剂入口，熔渣淬冷器上装接有平衡管，平衡管与气化炉锥底区相连，平衡管上设有放散口和补充气体入口，气力阀从下往上倾斜延伸，并且该气力阀高的一端与熔渣淬冷口的入口连接，气力阀低的一端与灰熔控融控制筒连接，与熔渣淬冷器的连接点的位置比与灰熔融控制筒的连接点位置的高度差不小于气力阀的管道直径。通过补充气体流量和平衡管阀门控制，调节气力阀的出口压力，达到控制熔融渣经过气力阀阀的排放速度。

所述炉体下部内设有挡料板，该挡料板位于残碳旋风燃烧筒与炉体连接位置的上方，挡料板底部形成的没有固体的空间便于回流烟气的进入与分布，炉体下部为锥体状，助剂引入口或助剂进口内设有辅助内布风组件，使助剂均匀进入炉体内，助剂引入口或助剂进口用于通入氧气和水蒸汽。

本实用新型将气化炉反应气体的布风结构和排灰结构显著地简化，可直接进行干法排灰控制，在需要进入熔渣操作范围时，将残碳燃烧和灰渣熔融的过程从气化炉本体上分离出来，采用小型的燃烧装备完成灰渣熔融操作，气化炉排灰排渣得到精准控制，且气化炉的启停热备等操作变得更简易，明显有利于提高固定床气化炉的可靠性和可用性，实现固体渣和液态渣的排放。

附图说明

图1为本实用新型实施例一示意图；

图2为本实用新型实施例一的炉体的俯视示意图；

图3为本实用新型实施例二示意图；

图4为实施例二中的炉体局部剖开结构示意图一

图5为实施例二中的炉体局部剖开结构示意图二；

图6为本实用新型实施例三的结构示意图；

图7为本实用新型实施例四的结构示意图；

图8为实施例四中的炉体的局部结构示意图一；

图9为实施例四中的炉体的局部结构示意图二；

附图10为本实用新型实施例五的结构示意图。

具体实施方式

为能进一步了解本实用新型的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述。

如附图1和2所示，本实用新型揭示了一种固定床气化炉，包括炉体 5，所述炉体5的上端通过导料管3连接有高压料仓2，炉体5上部设有出气口8，出气口用于向外输出产生的煤气，炉体5上部内部中设有测温管 4，测温管内部设有若干个不同高度位置的用于测量温度的热电偶，炉体5 下部设有固体料排出区7，炉体5下部设有至少两组助剂进口，固体料排出区的出口端连接有残碳处理机构。出气口用于排出反应产生的煤气，灰渣从固定料排出区排出，到达残碳处理机构中处理后向外排出到指定位置。高压料仓上连接有加压煤锁，加压煤锁上下位置配置加压阀门，可对物料进行加压处理。助剂进口主要用于输入氧气、空气、水蒸汽，用于辅助加热或者作为反应气体。助剂进口可为若干喷组，方便气体的输送。图1中箭头方向表示反应气体输入位置，即助剂进口位置。

导料管和测温管都可设置多根，本实施例中，设置有三根导料管，分成三路与炉体顶部连接，经筛分的常压碎煤，一般粒径为6至50mm，加入到加压煤锁中，先由加压煤锁加压，压力从可从低压至高压10MPa，加压后碎煤送至位于炉体顶部的压力料仓，压力料仓底部的导料管与炉体顶部相连，压力块煤经导料管移动到炉体上部的一个稳定料层高度处。

一旦高压料仓的料位到达低限位，加压煤锁负责向高压料仓输送压力块煤，保持高压料仓总是有料。如此，导料管总是保持有料，只要气化炉内的料位向下移动，导料管中的煤将向下移动随时补充煤料，因此气化炉的上表面的料位保持恒定，保证料的充足。由于通过导料管向气化炉内加料没有自由掉落过程，避免了掉落过程的细煤粉被上升的煤气气流夹带而带出气化炉，使出口煤气含尘量低。

通过多根测温管，可测量气化炉料层不同高度的温度。多个测温管的设置可随时跟踪气化炉截面不同位置处的温度均一性情况。在炉体的底部在不同高度沿圆周设置插入深度不同的测温元件，可以测量不同位置的温度，进行更加精确的控制。

此外，对于炉体的结构，将炉体分为炉体上部、炉体中部和炉体下部，炉体中部由小到大的结构，炉体下部呈锥体状，上部为煤料进入及煤气出口区，中部为主要反应区，下部为残碳燃烧区，用于排灰排渣。

如图6所示，炉体中部为由小到大的结构，通过截面积的扩大，有利于堆积煤料存在向外伸张的机会，在有些弱粘结性煤时，可帮助煤颗粒间的分裂，减小聚合，改进透气性；另一方面，通过截面的扩大，使气化炉内侧表面收到来自固体的摩檫力有所降低，有利于保护气化炉内表面结构。

在气化炉中，加入到气化炉上部的块煤与来自底部的热气体逆流接触，煤料先后被干燥脱水，干馏脱水挥分，然后半焦与气体中的水蒸汽和二氧化碳反应进行气化反应生成以CO和H₂为主的煤气，气化后剩余的残碳进入气化炉底部。在气化炉底部，纯氧或空气与部分水蒸汽通入气化炉，氧气将残碳燃烧，燃烧发热将二氧化碳和水蒸汽加热，随热气流向上流动，其所含热量供给气化反应、干馏、干燥所需的能量。残碳被几乎燃烬后，剩余的物质则为原煤中所含无机物转变的灰渣。

通过将炉体底部设为角度较小的锥形，锥体底部开口为固体料排出区，用于排出灰渣。在炉体锥体的不同高度，并沿周围设置多组气化反应气体(氧气或空气，水蒸汽和二氧化碳等)的入口，在不同高度的气体可采用不同比例的气化气体组份，如不同的水蒸汽与氧气比例，同时在不同高度进入的反应气体流量要根据所要覆盖的气化炉截面积而有所不同。气化气体中的氧气进入锥体后，与固体料中的残碳进行燃烧反应，将残碳燃烧掉，并放出大量的热量。燃烧放热将水蒸汽和燃烧产生的二氧化碳加热升温，高温气体继续上升，与经历了干馏脱挥发分后剩余的半焦进行气化反应。温度较低的反应气体与燃烧完成而生产的灰渣先逆流接触，灰渣得到降温，气体升温后继续与残碳进行燃烧反应。气化反应气体中的水蒸汽与氧气的比例可调，根据不同情况进行适当的调整，从而实现固态料或液态料的排放。

对于炉体下部的锥形角度的设定，要保证气化炉直筒段的固体移动总能保持均流流动。锥角度在10-60°范围内，优选在20-4°之间。

对于炉体下部的固定体排料区的连接结构，有不同的方案。

实施例一，如图1所示，在固定料排出区7内设置横向的排料控制器 5，为螺旋送料结构，固定料排出区7连接灰渣罐6。经过降温的固体颗粒灰渣移动至气化炉锥体底部的固体料排出区的出口。通过在固体料排出区内设置排料控制器，该排料控制器可为多种机构，包括横螺旋、立螺旋、小型炉蓖子等，螺旋送料结构将灰从固体料排出区排向灰渣罐，再从灰渣罐排放到指定位置。螺旋送料结构本身包含冷却换热面，将灰渣进行进一步冷却，螺旋的转速变化可进行排灰速度的控制。如此，避免了常规气化炉需要与气化炉等直径的炉篦子，炉蓖子结构复杂，成本高，操作维护要求高。从而降低设备成本。

实施例二，如图3-5所示，所述残碳处理机构包括相连接的残碳旋风燃烧筒11和熔渣淬冷筒12，残碳旋风燃烧筒11呈一端高一端低的倾斜设置，熔渣淬冷筒12竖直设置，控制阀10连接在残碳旋风燃烧筒11的进料端，烟气回流管9连接在残碳旋风燃烧筒11的侧壁，残碳旋风燃烧筒 11的进口端与固体料排出区7连接。排料控制器在固体料排出区内竖直设置。从烟气回流管中可提取气体进行氧气浓度分析。图3中箭头方向表示各处位置输入的反应气体(氧气和水蒸汽)。

煤料在炉体内部气化反应后，随着半焦气化反应的完成，固体颗粒尺寸大幅度减小，含有残碳和矿物质的固体中含碳在50％-70％。在进入气化炉底部的锥体区的最底部，固体仍然保持在固体颗粒状态。当向炉体内输送较低的水蒸汽与氧气比例时，在炉体内控制下部锥底区向上主要完成半焦的气化，残碳燃烧不在这里进行，而是将含有残碳的无机物固体从经固体料排出区排出。

通过控制阀通入氧气和水蒸汽，将固体料排出区内的固体料流化并将料推向残旋风碳燃烧筒，与此同步的是炉体下部锥形段的固体料连续向固体排出区补充，通向控制阀的气体流量的大小可直接决定推动固体料速度的快慢，从而可实现对气化炉锥形底部固体料排料的速度控制。残碳旋风燃烧筒内部在燃烧时，也通入氧气和水蒸汽。

离开控制阀的固体颗粒与来自排料控制器排出的固体料，合并在一起进入残碳旋风燃烧筒的进料端，反应气体(氧气和水蒸汽)则从进料端沿切线方向快速进入残碳旋风燃烧筒。在残碳旋风燃烧筒通入的氧气和水蒸汽，主要作为是将可能沉降到残碳旋风燃烧筒底部的固体料再重新旋转起来，以便于与氧气接触，保证残碳完全燃烬。

在残碳旋风燃烧筒中，固体中残碳被氧气快速燃烧，直至燃烬。燃烧放热使的温度升高，且超过了矿物质的灰熔点温度，固体灰渣则转变为熔融渣。旋风燃烧筒倾斜布置，便于熔融渣向另一端流动，熔融渣从端头流出最后落入到熔渣淬冷器中，被水激冷而固化。固化的灰渣经渣锁排出压力系统。

此外，炉体5下部内设有挡料板14，该挡料板14位于残碳旋风燃烧筒11与炉体5连接位置的上方，炉体下部为锥体状，助剂引入口或助剂进口内设有辅助内布风组件，使助剂均匀进入炉体内，助剂引入口或助剂进口用于通入氧气和水蒸汽。在残碳燃烧烟气进入锥底区气流方向的上方，在锥底区内设置的挡料板，其宽度比气流外形尺寸稍宽些，挡料板为气体进入锥底区内深处提供流动空间和利于均匀分布。

本实施例二可根据需要实现固态料排出目的。

实施例三，如图6所示，所述残碳旋风燃烧筒11和熔渣淬冷筒12均竖直设置，控制阀10连接在残碳旋风燃烧筒11的侧壁，固体料排出区7 与残碳旋风燃烧筒11的侧壁连接，烟气回流管9连接在残碳旋风燃烧筒 11的进口端，属于立式炉结构。控制阀与残碳旋风燃烧筒的连接方式为切向，从侧壁周向切入。图6中的箭头方向表示各处位置输入的反应气体(氧气和水蒸汽)。

通入控制阀10的气体流量推动固体料去向残碳旋风燃烧筒，更多的氧气加入到来自控制阀的固体流中，它们一起切向快速进入残碳旋风燃烧筒内。来自固体料排出区的固体残碳本身处于高温，如1000℃或以上，一旦氧气与残碳接触，残碳得到燃烧，燃烧放热升温使残碳燃烬后固体可能高于熔融温度而成为熔渣。随着旋转，熔渣沿筒壁向下流动，最后流入底部的熔渣淬冷筒中进行冷却。在固体料进口的下方，还设置外加氧气进口，继续为残碳燃烧提供足够的氧气，外加氧气也同样以切向方式进入燃烧筒，增加固体沿筒壁旋转的时间，使残碳彻底燃烬。

在本实施例三中，通过高温燃烧，形成熔融态的渣料，形成为液态料排出目的。

实施例四，如图7-9所示，所述残碳旋风燃烧筒和熔渣淬冷筒均竖直设置，残碳旋风燃烧筒的进口端与固体料排出区连接。该实施例四相对于实施例三，没有单独设置烟气回流管。图7中的箭头方向表示各处位置输入的反应气体(氧气和水蒸汽)。

由于残碳旋风燃烧筒11直接设置在固体料排出区7下方，控制阀10 一端与炉体5下部连接，控制阀10另一端与残碳旋风燃烧筒11连接，该连接为与燃烧室筒体的圆周切线方向。氧气从切向进入残碳旋风燃烧筒。一部分固体料直接从炉体底部的固体料排出区排到残碳旋风燃烧筒，还有一部分固体料经控制阀被输入的反应气体进行流量控制，与输入的另外一组反应气体一起将含残碳固体从切线方向送入残碳旋风燃烧筒，氧气与残碳接触，将残碳燃烧燃烬，熔融渣沿燃烧室壁面流下到最底部的熔渣淬冷筒中，燃烧产生的高温烟气上升进入炉体的锥形底部。此方案下，离开燃烧室的气体流速设置为足够高，避免气化炉锥底固体料直接掉落至残碳旋风燃烧筒。在炉体内可设置辅助布风组件15，可以使排入到炉体内的气体更加均匀。

实施例五，如图10所示，所述残碳处理机构包括灰熔融控制筒16和熔渣淬冷器17，灰熔融控制筒16与固体料排出区7的出口端连接，灰熔融控制筒16底部装接有气力阀18，灰熔融控制筒16上设有助剂入口，熔渣淬冷器17上装接有平衡管19，平衡管19上设有放散口20，气力阀从下往上倾斜延伸，并且该气力阀高的一端与熔渣淬冷口的入口连接，气力阀低的一端与灰熔控融控制筒连接，高端与低端的高度之差大于一个管径，平衡管上设置一阀门。淬冷器上部设有一补充气体管21，通过补充气体流量和平衡管阀门控制，调节气力阀的出口压力，主要为熔渣淬冷器上部的压力，达到控制熔融渣经过气力阀的排放速度。放散口主要用于气化炉启动、停车之用，在停车时，关闭平衡管阀门，快速打开放散口，气力阀出口的低压力可快速将存在于锥底区、灰熔融控制筒和气力阀等中的液态熔融渣排至淬冷器中，使灰熔融控制筒及气力阀中充满的是未经熔融的正常颗粒固体料，便于下次气化炉重新冷/热启动。图10中的箭头方向表示各处位置输入的反应气体(氧气和水蒸汽)。与熔渣淬冷口的连接点的位置高于与灰熔融控制筒的连接点位置。

在反应气体中以氧气为主通入灰熔融控制筒，该部分氧气将来自炉体锥形底部区的固体中所含残碳燃烧掉，燃烧放热使固体灰分变成熔融状态。在气力阀处通入反应气体和辅助燃料气，主要作为系统启动时加热之用，正常运行过程中，通过在此处的氧气与燃料燃烧继续提高温度，以保证熔融渣具有良好的流动性，经过L阀的平管段流向熔渣淬冷器。当灰渣为固体状态时，其基本没有流动性，在没有气流流向气力阀出口方向条件下，固体不易从垂直方向移向到气力阀出口方向，而一旦灰渣变为可流动的熔融渣之后，液体可经过气力阀的平管段流向熔渣淬冷器。随着灰熔融控制筒中(也包括在炉体的锥形底部)的干灰被燃烧加热熔融而流出灰熔融控制筒的底部，炉体底部的干灰向下移动继续参加残碳燃烧，最终实现气化炉排渣的目的。气力阀设置成倾斜翘起状，主要是起到气封作用，就是当L阀平管段充满液态熔融渣时，淬冷器上部的气体不会从水平管段流向灰熔融控制筒，同时也尽量减少固体可能随液体流出的机会。气体的平衡管可将多余的气体从熔渣淬冷器上部移走，熔渣淬冷器上部还设置补充气体连线，在需要给淬冷器提高压力时通入氮气等气体，通过平衡管上阀门的控制，补充气体的流量以及放散管路阀门的控制，辅助控制熔渣排出的速度与气化炉反应生产灰渣速度相匹配。除上述描述的异形L阀之外，气力阀的构造也可以是U型等。方案实例五也可适用于其它型式气化炉炉底结构，如常规的平底或圆底型气化炉。

以上各个实施例中，可以选择性的通入若干氧气和水蒸汽，根据实际需求选择适当的比例和输入路数，以满足正常的气化反应和排渣需求。在异形L阀出口之前的管段上，可根据需要设置辅助燃烧，以保持熔渣的流动性，未在图中显示。

气化炉在进行气化处理时，主要在炉体的下部通入氧气和水蒸气，进入到炉体底部的锥形区，根据使用需要，可以借助于炉体内设置的辅助布风组件进入部分反应气体，使反应气体分布更加均匀。

炉体不直接发生燃烧反应且基本不接触极端高温，因此，炉体可采用较为普通的耐火材料，现场浇筑式耐火材料也可适用。可采用两层或三层的浇筑耐火材料，最内层可为耐磨性能好的耐火材料，如高铝耐火材料。在气化炉锥底区，由于外壳散热而使得部分熔渣在耐火材料表面形成一层固化的灰渣层，使得耐火材料得到保护。在涉及到熔融渣的部位，需要通过耐火材料的选择和厚度设计，尽量减少热损失，避免大量的熔渣在管壁、器壁冷却后固化沉积导致堵塞，必要的外部增热措施可根据需要进行设置。

对于具体的排灰排渣方法，包括以下步骤：

启动前，向气化炉底部装入一部分灰渣，这时固定料排出区也都充满灰渣，然后在灰渣层上预装碎煤，达到气化炉正常料位，通过煤锁将高压料仓装满料，待用。

准备启动时，从炉体的锥形底部输入反应气体(氧气+水蒸汽)，通入过热蒸汽使床层料被预热，然后逐步增加纯氧，通过气化炉内布置的测温管可检测气化炉内不同高度位置的各层温度。待氧化燃烧反应明显开始，床层温度将高于过热蒸汽温度。将输入的水蒸汽与氧气的比例调节在4～8 范围，原则是保证气化炉锥底部区内产生的灰渣不会出现熔融，保持干渣状态。直至气化炉的各层温度梯度达到正常工况。各反应气体系列的水蒸汽与氧气比例可以根据需要独立设定调节。

对于排渣方式，有固态排渣和液态排渣方案。

对于固态排渣方案，如图1所示，在气化炉温度梯度达到温度之后，开始启动底部螺旋式的排料控制器进行排灰操作，将床内的最高温层向下移动，并控制在气化炉中下部或在锥底区的上部，也使气化炉上部煤气出口温度达到设定的范围。可在炉体锥形底部设置一些温度测点，并利用这些测点判断锥底区残碳燃烧的温度高低，也通过排出干灰的特征，来调整整体水蒸汽与氧气的混合比例，使气化过程效率达到最优。

对于液态排渣方案，如图3所示，启动残碳旋风燃烧筒上的燃气燃烧器(图中未显示)，通过燃烧燃气产生的热量将燃烧室的耐火材料和烟气出口管道的耐火材料进行预热。之后，通过控制阀，炉体底部的固体料排出区开始向残碳旋风燃烧筒排料，同时向残碳旋风燃烧筒通入氧气，燃烧后生产的固体或液体进入到熔渣淬冷筒，反应气体则从顶部进入气化炉锥形底部。随着来自气化炉锥形底部的固体温度提高，而含有足够量的残碳，燃烧室可达到高于灰熔点的温度，燃烧后固体均变为熔渣，最后到熔渣淬冷筒冷却。

在气化炉的不同位置，分别输入多路反应气体，不同路的反应气体都是水蒸汽和氧气或空气构成，水蒸汽和氧气和比例可根据煤种、矿物质含量、灰熔点、生产符合、操作压力进行相应的设定。

在稳态操作时，高压料仓总是保持有料，通过导料管的作用，气化炉内上部料位稳定，随着气化过程中的干燥、干馏、气化的进行，固体残碳和矿物质一起进入气化炉的锥形底部。排料控制器连续地将固体料排送至残碳旋风燃烧筒，纯氧将残碳燃烧，高温烟气回到锥底区向气化反应供热。大部分氧气进入残碳旋风燃烧筒用于残碳燃烧，少部分氧气通过气化炉锥形底部直接进入气化炉。排灰速度应与气化反应的能力相对应，排灰中残碳量几乎全部被通入的氧气燃烧掉，离开残碳旋风燃烧筒的烟气应含有低浓度的氧气，如0.5％～2％，一般低于1％。氧气浓度通过在线气体取样分析获得。出气口温度的变化趋势是体现气化炉操作是否稳定的重要指标，当出口煤气持续升高时，说明炉内火层上移，需要提高排灰速度。如果排灰速度过快，则在残碳燃烧时的氧气流量不足以消耗全部残碳，残碳旋风燃烧筒出口烟气中没有剩余氧气，而且排渣中含碳灰升高。因此，通过监测气化炉煤气出口温度、床内各层的温度梯度、残碳燃烧烟气中的氧浓度、排渣中含碳等参数，可间接或直接用于气化炉的排灰速度控制。对固定床气化炉操作，通过精确的排灰和排渣，使气化炉的运行更加稳定。

可在炉体内布置多多组温度测量，主要用于判断气化炉是否在整个截面上布风均匀。

在气化炉准备停车时，可先调整反应气体中的水蒸汽与氧气比例，将该混合比例提高，然后停止从气化炉锥底区排灰，停止向残碳旋风燃烧筒供氧，再经过一段时间水蒸汽的吹扫，气化炉可进入热备状态。而紧急停车需要时，可直接停止L的气体和所有氧气气流，简短的蒸汽吹扫，气化炉应具备安全热备。

气化炉从热备状态再启动时，在各个不同位置输入反应气体，各个反应气体系列中先适当提高水蒸汽与氧气比例；启动控制阀排料和残碳旋风燃烧筒的氧气燃烧，气化炉就基本进入运行状态，之后将各反应气体中的水蒸汽与氧气比例调整到正常状态，已使气化炉进入稳定运行。

熔融渣操作可适应于广泛的煤灰熔点的煤种操作，但对中低灰熔点(如 FT在1100～1350℃)的煤种更为优先，这时如果气化炉操作温度太低，则气化炉处理能力提不上去，熔融渣操作可允许气化炉在较高的温度下操作，如1500～1800℃，高温下反应可显著提高气化效果。

在实际操作中，对于高灰熔点的煤种气化，气化炉正常操作，残碳旋风燃烧筒也正常将残碳燃烬，但灰分颗粒可能还保持固体状态，送淬冷器冷却。如此可以获得同样的气化和排灰效果。

而对灰熔点特别高的煤种的操作，灵活调整反应气体中水蒸汽与氧气的比例，使残碳在气化炉锥形底部完成，气化炉操作则可按照图1所示的方案进行。在气体炉锥形底部输入2路的反应气体，然后在固体料排出区输入一路反应气体。

由于煤灰熔融操作是在气化炉外部进行，残碳燃烧所用的反应气体可以单独为氧气为主，在气化炉锥形底部的2路反应气体，可独立与残碳燃烧。适当增加反应气体中的水蒸汽比例，可促进气化炉中的水煤气变换反应，可获得更多的氢气组分，可大大减轻下游催化变化的负荷，同时也增加甲烷组分的生成量，更有利于进一步降低氧气消耗，使整体能源转化效率更为改善。

另外，气体反应气体通过多系列的喷嘴组进入气化炉，每个系列中包括多组喷嘴。各个系列的反应气体中水蒸汽与氧气比例可独立设置，而且各系列之间的流量分配可随气化炉操作状态的不同而有不同的变化。各系列反应气体进入气化炉后，气体将在气化炉内进行自然再分配，气化炉中部的床层采用尽量高的高度将有利于气体在整个截面上的再分配。根据需要在气化炉锥底区内设置辅助布风组件有利于气体的再分配，如图8所示。在操作方面，采用适宜的水蒸汽与氧气比例使气化反应在气化炉中部包括锥形底部内在尽量高的温度下进行反应，同时又不至使灰出现熔融，从而有利于保持固体处于较大且较均匀的颗粒度，最终有利于反应气体在气化炉内的最大限度的均匀分配。煤中主要半焦被气化完成后，残碳与矿物质的的比例可在2：1至1：1的范围，此时灰分颗粒之间仍然有残碳相隔离，因此尽管适当较高的温度下，灰分颗粒间聚合的机会也还是有限的。煤种矿物质原始组成是影响到达气化炉锥底区的固体形态的内因，水蒸汽/氧气比例是外因。适当反应气体在各系列中的配置，和采用适宜的排灰速度控制，使需要燃烧的残碳部分尽量少发生在炉体锥形底部，而是尽可能多的在气化炉锥形底部外进行燃烬，将有利于改善锥底区固体颗粒化，从而便于反应气体的均匀分布。

本实用新型的固定床气化炉可适用于从低压气化生成中低热值合成气，到高压下生产加压化工或发电所需的合成气，采用4.0MPa左右的操作压力可应用于煤气化联合循环发电发电和一般化工合成需要如合成氨等，操作压力在6.5左右得到的合成气压力正好符合下游甲醇合成的需要，避免合成气的再压缩需要。尽量采用更高的压力(如10MPa)有利于合成气中甲烷浓度的提高，在进行代用天然气生产工艺中非常有利，整个生产过程的热效率灰更加优化。

从气化炉的下部输入氧气和蒸汽，通入过热蒸汽使气化炉内的床层料被预热，在气化炉内进行氧化燃烧反应，使床层温度将高于过热蒸汽温度，将输入的氧气和蒸汽的比例调整在设定范围，使气化米下部的灰渣不会出现熔融，保持干渣状态；

根据需要进行固态排渣或液态排渣，固态排渣时，使气化炉内的最高温层保持在气化炉的中下部或固定料排出区的上部，并使气化炉出口的温度保持在设定温度；液态排渣时，利用气化炉连接的残碳旋风燃烧筒进行燃烧，同时燃烧产生的烟气再送回到气化炉内利用，燃烧后生产的固体或液体进入到熔渣淬冷器冷却后排出，残碳旋风燃烧筒在燃烧过程中，通入氧气和蒸汽，使燃烧温度能够将残碳熔融；

气化炉内进行气化稳态处理时，对离开残碳旋风燃烧筒的烟气进行氧气浓度检测，查看氧气浓度是否在设定的氧气浓度范围内，若不在，则根据需要加大或减小排灰渣速度；对气化炉的出气口温度进行实时检测，若出气口温度持续升高，则提高排灰渣速度，若出气口温度持续降低，则降低排灰渣速度。

本实用新型通过结构设计，具有以下有特点：

1.设置高压料仓和导料管，利用导料管的直接送料，保证气化炉上部料位平稳，并避免煤气离开气化炉前夹带掉落煤尘。

2.设置多组伸入的测温管，实现实时不同位置的温度测量，可跟踪监测气化炉截面各处和床层高度各处的温度，准确把握气化炉内的实际工况。

3.气化炉中部采用渐渐扩大的尺寸，利于气体布风，保护气化炉内测表面。

4.气化炉底部设置为锥型，完成主要气化反应的残碳和固体灰从炉体锥形底部的固体料排出区的出口排出，避免了大型的转动设备，节省成本。

5.气化反应气体根据需要，分成多路送入气化炉内，并且不同路的反应气体，氧气和水蒸汽的比例可独自调节，以满足不同的反应需求。

6.含有残碳的固体灰分经控制阀或螺旋控制进入残碳旋风燃烧筒，氧气将残碳燃烬。

a.对在气化炉锥底区后其下部已经形成的熔融渣，则通过相应的控制阀连续送入熔融渣淬冷筒中冷却。

7.残碳燃烧生成熔渣在淬冷器中被水冷却，而不是直接排出。

8.残碳燃烧生成的高温烟气回送到气化炉锥形底部，热量供半焦气化反应需要，形成循环利用。

9.气化炉启动、停车、热备和热启动均较为方便，每次停车时，气化炉不残留大块的固化熔渣

10.气化炉锥形底部排灰可根据不同煤种和不同工艺要求进行灵活设置和操作。

a.干法排灰，残碳在锥底区内燃烧完成，燃烧温度较低，不产生熔渣，干灰由L阀控制排灰速度，如图1所示。

b.熔融渣排灰，在气化炉锥形底部的最底部或下部的熔融渣控制区，完成残碳在高温下燃烧，直接产生熔渣，熔渣经异形L阀控制连续排向淬冷器冷却，见图10。

c.未完全燃烧的残碳以固体形态从气化炉锥底区排出，经控制阀控制排灰速度，送燃烧室进行高温燃烧，熔融渣进入熔融渣淬冷筒冷却，见图3。

通过以上设定，可以实现不同方式的处理，将残碳燃烧和灰渣熔融的过程从气化炉本体上分离出来，采用小型的燃烧装备完成灰渣熔融操作，气化炉排灰排渣得到精准控制，且气化炉的启停热备等操作变得更简易，停车时比较容易地将已产生的熔渣从气化炉锥底区、熔融渣控制区以及异形L阀等部位全部排出，下次在没有大块固化熔渣的条件下重新冷/热启动，明显有利于提高固定床气化炉的可靠性和可用性。

需要说明的是，以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种固定床气化炉，包括炉体，其特征在于，所述炉体的上端通过导料管连接有高压料仓，炉体上部设有出气口，炉体上部内部中设有测温管，测温管内部设有若干个不同高度位置的用于测量温度的热电偶，炉体下部设有固体料排出区，炉体下部设有至少两组助剂进口，固体料排出区的出口端连接有残碳处理机构。

2.根据权利要求1所述的固定床气化炉，其特征在于，所述残碳处理机构包括相连接的残碳旋风燃烧筒和熔渣淬冷筒，残碳旋风燃烧筒上设有助剂引入口，炉体下部设为锥形，炉体的锥形下部设有控制阀，该控制阀与残碳旋风燃烧筒连接。

3.根据权利要求2所述的固定床气化炉，其特征在于，所述残碳旋风燃烧筒和熔渣淬冷筒均竖直设置，残碳旋风燃烧筒的进口端与固体料排出区连接。

4.根据权利要求2所述的固定床气化炉，其特征在于，所述固体料排出区内设有排料控制器。

5.根据权利要求4所述的固定床气化炉，其特征在于，所述残碳旋风燃烧筒呈一端高一端低的倾斜设置，熔渣淬冷筒竖直设置，控制阀连接在残碳旋风燃烧筒的进料端，烟气回流管连接在残碳旋风燃烧筒的侧壁，残碳旋风燃烧筒的进口端与固体料排出区连接。

6.根据权利要求4所述的固定床气化炉，其特征在于，所述残碳旋风燃烧筒和熔渣淬冷筒均竖直设置，控制阀连接在残碳旋风燃烧筒的侧壁，固体料排出区与残碳旋风燃烧筒的侧壁连接，烟气回流管连接在残碳旋风燃烧筒的进口端。

7.根据权利要求1所述的固定床气化炉，其特征在于，所述固体料排出区的出口端装接有灰渣罐。

8.根据权利要求1所述的固定床气化炉，其特征在于，所述残碳处理机构包括灰熔融控制筒和熔渣淬冷器，灰熔融控制筒与固体料排出区的出口端连接，灰熔融控制筒底部装接有气力阀，灰熔融控制筒上设有助剂入口，熔渣淬冷器上装接有平衡管，平衡管上设有放散口，熔渣淬冷器上方装有补充气体，气力阀从下往上倾斜延伸，并且该气力阀高的一端与熔渣淬冷口的入口连接，气力阀低的一端与灰熔控融控制筒连接，气力阀高端与低端的高度位置差距大于气力阀管道管径。

9.根据权利要求2所述的固定床气化炉，其特征在于，所述炉体下部内设有挡料板，该挡料板位于残碳旋风燃烧筒与炉体连接位置的上方，炉体下部为锥体状，助剂引入口或助剂进口内设有辅助内布风组件，使助剂均匀进入炉体内，助剂引入口或助剂进口用于通入氧气和水蒸汽。

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