CN217628258U - 一种用于处理低挥发分焦炭的环保气化装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于处理低挥发分焦炭的环保气化装置，包括气化炉炉体，所述气化炉炉体内从上至下依次设置有气化室、余热锅炉、分离室；所述气化炉炉体顶部的法兰上设有一个工艺烧嘴和一个燃气烧嘴；所述的气化室采用膜式水冷壁，膜式水冷壁上的冷却水进出口均与饱和汽包相连；所述的余热锅炉包括水冷壁和蒸汽过热屏，所述水冷壁的锅炉水进出口均与饱和汽包相连；所述蒸汽过热屏的蒸汽进口与饱和汽包相连，蒸汽过热屏的蒸汽出口与过热汽包相连。利用本实用新型，可以处理低挥发分、高灰熔点的焦炭、兰炭及无烟煤并环保处理固废、废气废液，实现焦炭的高效气化和工业危废的环保处理，同时采用余热锅炉副产高品质的过热蒸气，提高气化能效。

Description

一种用于处理低挥发分焦炭的环保气化装置

技术领域

本实用新型属于含炭物质加压气化的煤化工领域和热回收的热能领域，尤其是涉及一种用于处理低挥发分焦炭的环保气化装置。

背景技术

煤炭分级分质综合利用过程中产生了大量的兰炭产品，兰炭挥发分较低，影响煤种的着火特性。同时焦化行业产生的焦末严重过剩，焦末的挥发分更低。在现有的耐火砖型水煤浆气化炉上无法使用。因此如何将焦炭、兰炭深加工气化成为当前要亟待解决的课题。

煤炭分级分质及焦化行业还产生大量的可燃废气和有机废液难以处理。传统的低温焚烧释放出的二恶英等毒性气体会带来更大的环境污染问题，同时废气废液中有机组分被浪费。

传统的水煤浆气化炉以耐火砖为耐火材料，并采用蓄热式投料方式，对原料煤的要求较为苛刻，要求原料煤低灰熔点、高挥发分，因此限制了对煤种的选择。焦炭和传统水煤浆气化所用的烟煤本质区别是挥发分低，兰炭性质介于焦炭和烟煤两者之间，所以也称为半焦。传统的耐火砖型水煤浆气化炉只能气化烟煤，焦炭、兰炭和无烟煤则无法使用。因为耐火砖型气化炉其耐火砖不能承受1400℃以上的高温，所以严格限定煤灰熔点不能高于1350℃。其次耐火砖型气化炉采用蓄热式点火，气化炉必须先用预热烧嘴将炉温升到1000℃以上，然后更换工艺烧嘴投入煤浆，利用炉内的蓄热高温进行煤的裂解和挥发份点燃，然后再能点燃固定炭，所以耐火砖型水煤浆气化炉严格要求煤炭的挥发分要大于20wt％。

目前水煤浆气化炉产生的高温合成气热量回收主要有激冷和废锅两种方式。如公开号为CN112940792A的中国专利文献公开了一种上激冷式气化炉，气化反应室的顶部出口与合成气导管的一端相连通，合成气导管的另一端插入于激冷水槽内，换热器设置在激冷水槽上部，气化反应室的内壁为水冷壁，气化炉壳体的底部设置有合成气出口，气化反应室烧嘴插入于气化反应室内。公开号为CN111647439A的中国专利文献公开了一种回收干煤粉余热的废锅气化装置，采用辐射废锅加对流废锅的设计，辐射废锅为两层水冷壁，有上升的二次通道与对流废锅相结合。

激冷流程结构简单，但水耗较高、效率低下、热损失较大；采用废锅流程结构复杂，运行工况较差，现有废锅气化炉普遍存在运行周期短、易堵渣，同时产生大量低品质难以利用的饱和蒸气。

实用新型内容

本实用新型提供了一种用于处理低挥发分焦炭的环保气化装置，可以处理低挥发分、高灰熔点的焦炭、兰炭及无烟煤并环保处理固废、废气废液，通过采用纯氧旋流加压气化的方式，强化气化炉内反应流场，实现焦炭的高效气化和工业危废的环保处理，同时采用余热锅炉副产高品质的过热蒸气，提高气化能效。

一种用于处理低挥发分焦炭的环保气化装置，包括气化炉炉体，所述气化炉炉体内从上至下依次设置有气化室、余热锅炉、分离室；

所述气化炉炉体顶部的法兰上设有一个工艺烧嘴和一个燃气烧嘴；

所述的气化室采用膜式水冷壁，膜式水冷壁上的冷却水进出口均与饱和汽包相连；

所述的余热锅炉包括水冷壁和蒸汽过热屏，所述水冷壁的锅炉水进出口均与饱和汽包相连；所述蒸汽过热屏的蒸汽进口与饱和汽包相连，蒸汽过热屏的蒸汽出口与过热汽包相连。

可选择地，所述的工艺烧嘴设有3～5个通道，所述的燃气烧嘴设有2～3个通道。

为了强化气化炉反应流场，实现低挥发分焦炭的高效气化，优选地，所述的工艺烧嘴中的氧气通道采用旋流结构，旋流角为15°～30°。

进一步地，所述的膜式水冷壁包括第一上集管、第一下集管和对应的多根锅炉水管，相邻两根锅炉水管之间有连接鳍片，第一上集管设有冷却水出口，第一下集管设有冷却水进口；膜式水冷壁的内壁设有耐火涂层。

进一步地，所述余热锅炉的水冷壁包括第二上集管、第二下集管和对应的多根锅炉水管，相邻两根锅炉水管之间有连接鳍片，第二上集管设有锅炉水出口，第二下集管设有锅炉水进口。

可选择地，所述的蒸汽过热屏为10～18组，每组蒸汽过热屏设置5～8根蒸汽管。

进一步地，所述的分离室内设有导流管，所述导流管的上部与余热锅炉的出口相连，导流管的下部浸没于气化炉炉体下部液位之下。

进一步地，所述导流管外壁的上部开孔处设有冲洗喷头，所述的冲洗喷头沿导流管外壁圆周设置上下2～4层，每层设置4～8个喷头。

进一步地，所述分离室的上部侧壁上设有合成气出气口，所述分离室的底部设有排渣口。

进一步地，所述的饱和汽包设置在气化炉炉体的上方且和气化炉炉体的高度差在15米以上，以保证锅炉水具有足够的静压差。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型的气化装置，原料适应性宽广，可以使用低挥发分、高灰熔点的焦炭、半焦或无烟煤以及工业危废生产合成气，并通过余热锅炉回收合成气高温显热，副产高品质过热蒸汽。

附图说明

图1为本实用新型一种用于处理低挥发分焦炭的环保气化装置示意图。

图中：100-气化炉炉体；101-气化室；102-余热锅炉；103-水冷壁；104-蒸汽过热屏；105-分离室；106-导流管；107-冲洗喷头；108-合成气出口；111-饱和汽包；112-过热汽包；121-工艺烧嘴；122-燃气烧嘴。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本实用新型的理解，而对其不起任何限定作用。

如图1所示，一种用于处理低挥发分焦炭的环保气化装置，气化炉炉体100的顶部和底部分别设有进口和出口。工艺烧嘴121和燃气烧嘴122竖直安装在气化炉100的顶部法兰盖上，并通过气化炉炉体100进口伸入气化室101内，工艺烧嘴121设置于气化炉中心轴线上。

气化室101由膜式水冷壁限定的气化空间，设置在气化炉炉体100内，与气化炉炉体100间隔。膜式水冷壁管内具有冷却水进口和冷却水出口。膜式水冷壁包括多根冷却水管，多根冷却水管沿气化室内壁的周向间隔设置且贴合在所述气化室内壁的外表面，相邻两根冷却水管之间有连接鳍片。

第一上集管分别与多根冷却水管的上端相连，第一下集管设于下部且分别与多根冷却水管的下端相连，第一下集管设有冷却水进口和排污口。

膜式水冷壁的第一上集管上设有冷却水出口，与气化炉顶部的饱和汽包111相连，在饱和汽包111内产生饱和蒸汽。

气化室101采用膜式水冷壁型，可以提高气化室101的操作温度，从而扩大了煤种的适应范围。膜式壁系统采用自然循环设计，膜式壁的冷却水采用锅炉给水，饱和汽包111设置在气化炉100的顶部且和气化炉100的高度差在15米以上以保证锅炉水具有足够的静压差。锅炉水通过自然循环送入气化室101膜式壁系统和余热锅炉102的水冷壁103系统，回收热量后含汽的锅炉水通过自然循环回到饱和汽包111，在饱和汽包111中进行汽水分离产生饱和蒸汽，饱和汽包111的设计压力需高于气化炉100的压力。饱和汽包111产生的蒸汽进入余热锅炉102内的蒸汽过热屏104，饱和汽包111的给水由锅炉给水母管进行补充。

余热锅炉102包括水冷壁103和蒸汽过热屏104。水冷壁103进出口与上部饱和汽包111相连。蒸汽过热屏104进口与饱和汽包111相连，蒸汽过热屏104出口与过热汽包112相连。

水冷壁103管内具有锅炉水进口和锅炉水出口。水冷壁103包括多根锅炉水管，多根锅炉水管沿余热锅炉102内壁的周向间隔设置且贴合在余热锅炉102内壁的外表面，相邻两根锅炉水管之间有连接鳍片。

余热锅炉的第二上集管分别与水冷壁103多根锅炉水管的上端相连，余热锅炉第二下集管设于下部且分别与水冷壁103多根锅炉水管的下端相连，第二上集管设有锅炉水出口，第二下集管上设有锅炉水进口和排污口。

余热锅炉水冷壁103的锅炉水在冷却管内吸收气化室出口高温合成气的热能后进入饱和汽包111，产生饱和蒸汽。

余热锅炉水冷壁103锅炉水管上涂有耐高温材料，此耐高温材料能将合成气的热量传递给水冷壁管，同时又延长了余热锅炉水冷壁的寿命。

蒸汽过热屏104设于余热锅炉水冷壁内，沿水冷壁周向均匀分布。蒸汽过热屏104有多根蒸汽管组成，蒸汽过热屏下集管与多个蒸汽管下端连接，蒸汽过热屏下集管设有蒸汽进口和冷凝水排污口，蒸汽过热屏下集管的蒸汽进口与饱和汽包111相连。多根蒸汽管上部与蒸汽过热屏上集管连接，蒸汽过热屏设有蒸汽出口与过热汽包112相连。

蒸汽过热屏104为10-18组，每组蒸汽过热屏有5-8根蒸汽管。蒸汽过热屏104内的蒸汽在蒸汽管内吸收合成气的热能后由蒸汽过热屏上集管汇合进入过热汽包112，产生过热蒸汽。

高温合成气下行至分离器105，喷洗喷头107设置于导流管106外部开孔处，冲洗喷头107采用灰水对合成气进行洗涤，把合成气中携带的灰渣洗涤后沉积于气化炉的底部定期排出，洗涤后的洁净合成气沿导流管106和气化炉炉体环隙处上升，从分离器105上部的合成气出口108排出。

冲洗喷头107沿导管外壁圆周设置上下2-4层，每层设置4-8个喷头。分离器105的底部设有排渣口，分离器105的上部侧壁上设有合成气出气口108。

工艺烧嘴121采用套管式结构，工艺烧嘴121的通道根据物料成分和流量设置3-5个通道，煤浆、氧气均有专门的通道。氧气通道设置旋流板，氧气通道旋流板设计角度为15°～30°。煤浆和氧气在高压下以很高的速度离开烧嘴喷口喷入炉内，在高速冲击下煤浆被雾化而分散成微小粒子，并与氧气充分混合形成旋流，强化气化反应。

燃气烧嘴122采用套管式结构，设有燃气通道和氧气通道，燃气烧嘴中心设置有电子点火杆。燃气烧嘴具有开工点火升温功能和常明灯作用，可在气化炉异常跳车后维持炉内温度，在气化炉系统恢复正常后快速连投，节省了点升温和重新开车的时间。在正常运行时气煤共炼，节约煤炭资源。

本实用新型的工作原理如下：针对兰炭、焦炭或无烟煤低灰挥发分、高灰熔点、反应活性差的特征，在进料单元中采用加强型磨机缩小焦粉粒度，焦粉粒度5-75微米的粒度占比提高到60％，增大反应比表面积以提高焦粉的反应活性。焦炭或兰炭和有机废液在磨煤机中研磨成一成浓度和粒度分布的水煤浆，经过煤浆泵加压后经工艺烧嘴121进入气化炉的气化室101。在气化炉炉体100顶部法兰盖上布置一个工艺烧嘴121和一个燃料烧嘴122。可燃废气和一路氧气经过燃气烧嘴122进入气化室101完成点火烘炉升温过程，废液、煤浆和氧气经工艺烧嘴121进入炉内完成煤浆投料并持续运行。工艺烧嘴121的氧气通道设有旋流板，在气化室101内废液、煤浆在旋流氧气高速冲击下形成旋流，气流旋转可以延长反应物料在反应室内的停留时间，提高低挥发分焦炭或兰炭炉内的气化能力。煤浆和废气、废液中的C、H有机组分在气化炉内和氧气反应发生燃烧气化反应，在高温高压环境下生成主要成份为一氧化碳和氢气的合成气。气化反应产生的合成气经过余热锅炉102的水冷壁103回收合成气的高温热能，在饱和汽包111内产生饱和蒸汽，该蒸汽再回到余热锅炉102内的蒸汽过热屏104，继续和气化炉内下行高温合成气换热产生过热蒸气送到过热汽包112内。回收热能后的合成所气经导流管106下行至分离室105时，经导流管上106的若干冲洗喷头107洗涤除去合成气中所携带的灰尘，并冷却至合适的温度的合成气送往下游工序精制成氢气或各种化工原料气。工业危废通过不同方式和气化的不同位置加入到气化炉中，实现工业危废的环保处理。同时有效利用了工业危废的有机热值，节约了煤炭资源并降低了碳排放。

以上所述的实施例对本实用新型的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本实用新型的具体实施例，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于处理低挥发分焦炭的环保气化装置，其特征在于，包括气化炉炉体(100)，所述气化炉炉体(100)内从上至下依次设置有气化室(101)、余热锅炉(102)、分离室(105)；

所述气化炉炉体(100)顶部的法兰上设有一个工艺烧嘴(121)和一个燃气烧嘴(122)；

所述的气化室(101)采用膜式水冷壁，膜式水冷壁上的冷却水进出口均与饱和汽包(111)相连；

所述的余热锅炉(102)包括水冷壁(103)和蒸汽过热屏(104)，所述水冷壁的锅炉水进出口均与饱和汽包(111)相连；所述蒸汽过热屏(104)的蒸汽进口与饱和汽包(111)相连，蒸汽过热屏(104)的蒸汽出口与过热汽包(112)相连。

2.根据权利要求1所述的用于处理低挥发分焦炭的环保气化装置，其特征在于，所述的工艺烧嘴(121)设有3～5个通道，所述的燃气烧嘴(122)设有2～3个通道。

3.根据权利要求1所述的用于处理低挥发分焦炭的环保气化装置，其特征在于，所述的工艺烧嘴(121)中的氧气通道采用旋流结构，旋流角为15°～30°。

4.根据权利要求1所述的用于处理低挥发分焦炭的环保气化装置，其特征在于，所述的膜式水冷壁包括第一上集管、第一下集管和对应的多根锅炉水管，相邻两根锅炉水管之间有连接鳍片，第一上集管设有冷却水出口，第一下集管设有冷却水进口；膜式水冷壁的内壁设有耐火涂层。

5.根据权利要求1所述的用于处理低挥发分焦炭的环保气化装置，其特征在于，所述余热锅炉(102)的水冷壁(103)包括第二上集管、第二下集管和对应的多根锅炉水管，相邻两根锅炉水管之间有连接鳍片，第二上集管设有锅炉水出口，第二下集管设有锅炉水进口。

6.根据权利要求1所述的用于处理低挥发分焦炭的环保气化装置，其特征在于，所述的蒸汽过热屏(104)为10～18组，每组蒸汽过热屏设置5～8根蒸汽管。

7.根据权利要求1所述的用于处理低挥发分焦炭的环保气化装置，其特征在于，所述的分离室(105)内设有导流管(106)，所述导流管(106)的上部与余热锅炉(102)的出口相连，导流管(106)的下部浸没于气化炉炉体(100)下部液位之下。

8.根据权利要求7所述的用于处理低挥发分焦炭的环保气化装置，其特征在于，所述导流管(106)外壁的上部开孔处设有冲洗喷头(107)，所述的冲洗喷头(107)沿导流管(106)外壁圆周设置上下2～4层，每层设置4～8个喷头。

9.根据权利要求7所述的用于处理低挥发分焦炭的环保气化装置，其特征在于，所述分离室(105)的上部侧壁上设有合成气出气口(108)，所述分离室(105)的底部设有排渣口。

10.根据权利要求1所述的用于处理低挥发分焦炭的环保气化装置，其特征在于，所述的饱和汽包(111)设置在气化炉炉体(100)的上方且和气化炉炉体(100)的高度差在15米以上。

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