CN101698805B - 一种干法加煤渣膜气化炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种干法加煤渣膜气化炉，其特征在于，包括液态排渣装置，液态排渣装置的上侧连通渣池，渣池的上侧连通辐射冷却室下段；辐射冷却室下段的内部设有捕渣管；辐射冷却室下段的外侧中部连通至少一个渣膜气化装置，渣膜气化装置为圆柱形，其轴向设有干煤进口，切向设有进风通道；辐射冷却室下段的上侧经由缩腰连通辐射冷却室上段，辐射冷却室上段连通对流冷却装置的上端，对流冷却装置的下端连通除尘设备，除尘设备连通净化设备。本发明的优点是具有较高的气化强度，启动速度快、负荷调节比高、捕渣率高、设备效率高、煤质要求低、冷煤气效率高、能源利用效率高且***投资低。

Description

一种干法加煤渣膜气化炉

技术领域

本发明涉及一种干法加煤渣膜气化炉，属于能源化工领域中的煤气化设备技术领域。

背景技术

干煤粉加压气化炉是20世纪末期发展起来的大型粉煤气化技术，它比先前的各种煤气化技术有着显著的竞争优势。

目前，已经实现工业化的煤气化技术可分为3类，即固定床气化技术、流化床气化技术和气流床气化技术。气流床气化炉气化温度与压力高、负荷大，煤种适应范围较广，是目前煤气化技术发展的主流。固定床气化炉和流化床气化炉的气化强度相对较低，不适合于煤的大规模气化。国外已工业化的煤气化气流床煤气化技术主要有以水煤浆为原料的GE(Texaco)气化技术，以干粉煤为原料的Shell气化技术、Prenflo气化技术、GSP气化技术等。由于以水煤浆为原料的Texaco气化炉相比Shell炉氧耗高，冷煤气效率低，而它们的投资基本持平。因此，以干煤为原料的气化炉技术将是未来气化炉发展的主流方向。

现在工业化的几种典型的干煤粉加压气流床炉型有：

(1)K-T气化炉：常压气化，纯氧为气化剂，液态排渣，非全水冷壁结构。大多数运行的是双炉头四喷嘴，氧耗较高，为回收煤气显热，所需的热交换设备大而且不经济，低压下的除尘效率也不高。

(2)Shell气化炉：相当于加压的K-T炉，氮气输送干煤粉，纯氧为气化剂，气流上行，液态排渣，膜式水冷壁结构气化炉。可燃用多种煤，碳转化率高达98％以上，产品中可燃气含量高，气化产物无焦油等。气化炉生产能力大，可达3000t/d。

(3)GSP气化炉：高压气化炉，下喷式，采用粉煤、氧气鼓风，干煤粉进料，液态排渣，炉衬采用水冷壁结构。由德国燃料研究所开发，操作压力为2.5～3.0MPa，喷嘴及水冷壁炉衬寿命长(据称可达5年以上)，可气化多种煤种。

已有的干粉气化炉，其气化过程主要在气化室的空间内进行，我们称之为悬浮气化。上述三种干粉气流床气化炉的特点是：因为采用液态排渣，气化炉在高温高压条件下运行，原料煤适应范围较广，碳转化率较高(＞90％)，煤气一般无焦油和酚类，环境污染小。炉内采用水冷壁，延长了炉内耐热材料的使用寿命。

为了提高了气化炉的碳转化率、冷煤气效率及总热效率，在干粉气化的基础上又发展了分段式干煤粉气化炉，将气化炉膛分为两段，在下炉膛段约80％的干煤粉与氧气和蒸汽发生气化反应，在上炉膛段喷入约20％的干煤粉和蒸汽，其与下炉膛段生成的高温煤气进行热解和气化反应后，可使煤气的可燃成分增加，热值提高，并使高温煤气得到冷却，有助于煤气中的熔融态灰渣凝固并从煤气中分离出来。但是悬浮气化时，其反应速度取决于气体的扩散速度，而煤粉与气流之间的相对速度极低，因此，气化强度继续提高难度增加；而且由于气流床气化炉主要在空间发生气化，该类气化炉的捕渣率难以达到较高的水平；此外，该类气化炉对煤粉细度有严格要求，制粉***较为复杂。该类气化炉通常是单一的气化室，因此，气化炉的启动速度和变负荷调节能力都比较低。

综上所述，固定床和流化床气化炉由于其气化强度低，碳转化率低，不适合大规模的气化炉；而气流床气化炉由于其采用悬浮气化，气化过程受气化室内的流动状态影响严重，尤其影响气流床气化的负荷调节比和启动速度，且已有的悬浮气化炉捕渣率低，造成粗煤气的除尘负荷高；使用水煤浆的液态加煤气化炉，由于大量的液态水随煤粉进入气化炉，造成气化炉的氧耗高、冷煤气效率低。上述各类气化炉不利于进一步提高气化强度，减小气化炉尺寸，操作灵活，负荷调节比大，启动速度快，冷煤气效率高，碳转化率高，使用寿命长，可靠性高等煤气化炉工业追求的目标。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有较高的气化强度，启动速度快、负荷调节比高、捕渣率高、设备效率高、煤质要求低、冷煤气效率高、能源利用效率高且***投资低的加压干法给煤渣膜气化炉。

为达到上述目的，本发明的技术方案为提供一种干法加煤渣膜气化炉，其特征在于，包括液态排渣装置，液态排渣装置的上侧连通渣池，渣池的上侧连通辐射冷却室下段；辐射冷却室下段的内部设有捕渣管；辐射冷却室下段的外侧中部连通至少一个渣膜气化装置，渣膜气化装置为圆柱形，其轴向设有干煤进口，切向设有进风通道；辐射冷却室下段的上侧经由缩腰连通辐射冷却室上段，辐射冷却室上段连通对流冷却装置的上端，对流冷却装置的下端连通除尘设备，除尘设备连通净化设备。

进一步地，所述的渣膜气化装置竖直或斜向上设置，其倾斜角度α为5～15度。

所述的辐射冷却室上段、缩腰、辐射冷却室下段以及对流冷却装置外侧皆设有承压外壳。

本发明涉及的干法加煤渣膜气化炉，采用高压纯氧和水蒸气气化，干法加煤或二氧化碳送粉，煤的气化过程在立式或卧式的渣膜气化装置内形成的渣膜上进行，液态排渣，该气化炉顺应了煤气化技术发展的方向。本气化炉可以设置一个或多个渣膜气化装置，一般采用中心对称布置。干煤通过高压给料器沿渣膜气化装置轴向送入气化炉，或通过二氧化碳气流携带沿渣膜气化装置切向或割向送入气化炉。

高温高压下产生的熔渣沿渣膜气化装置的内壁面由于重力作用和气流流体动力的联合作用下向下流动。煤粉、煤粒或煤屑在高温熔渣表面析出挥发分后与气化剂发生气化反应，称之为渣膜气化。气化过程与熔融床气化炉有些相似，但是本发明的渣膜气化的熔融渣层更薄，相对气化表面积更大。熔渣表面温度很高，可以气化粒径较大的煤；粉煤中可燃组分高温下几乎全被气化，有很高的气化效率；加之熔渣延长了粉煤与气化剂的气化反应时间，可使焦油和酚类充分分解，使得煤气的净化流程和设备简化。加压的气化炉中煤气压力范围在2～9MPa，出渣膜气化装置的粗煤气温度1200～1400℃，熔渣经熔渣池收集经排渣装置以液态形式排出，高温粗煤气在辐射冷却室中将热量交换给水冷壁而降温，并利用其显热，经这一过程后粗煤气的温度降至940℃以下。随后，粗煤气被引入对流冷却段，通过换热器降温至300℃以下，粗煤气经过除尘设备和净化设备除尘、脱硫、脱氨和脱水等一系列净化工艺后，成为温度约50℃的洁净煤气，供进一步使用。

本发明与现有技术相比较，具有如下突出特点和显著优点：

(1)本发明可以采用N₂或CO₂携带粉煤为进料的加压气化方式，当采用CO₂携带粉煤为进料的加压气化方式时，不仅煤的气化效率高(碳的转化率高达97％)，而且能适应品位不同的煤种，对煤的热值尤其对煤的灰熔点无严格的限制，且生产出来的还原气纯度很高(CO+H₂≥90％)，冷煤气效率高。煤粉粒径范围宽，也可以采用煤屑为原料，可减小制粉设备能耗。

(2)由于在高压承压外壳内布置水冷壁，采用辐射式冷却器降低高温粗煤气的温度，换热主要由水冷壁来完成，可以取消冷煤气再循环***。

(3)渣膜气化强度高，可缩小气化炉尺寸。气化炉渣膜气化装置可分为一个或多个，每个渣膜气化装置可单独运行，因此启动速度快，负荷调节性能好。

(4)采用渣膜气化，液态排渣，并设置捕渣管，因此捕渣率高，有利于减少热回收设备的积灰结渣，改善热回收设备的工作条件，降低除尘设备的负担。

(5)渣膜气化装置既可立式布置也可卧式布置，有利于降低气化炉高度，且便于加煤。

附图说明

图1为干法加煤渣膜气化炉结构示意图；

图2为渣膜气化装置截面图。

具体实施方式

下面结合实施例来具体说明本发明。

实施例

如图1所示，为干法加煤渣膜气化炉结构示意图，所述的干法加煤渣膜气化炉由承压外壳1、干煤进口2、进风通道3、渣膜气化装置4、捕渣管5、辐射冷却室下段6、渣池7、液态排渣装置8、缩腰9、辐射冷却室上段10、对流冷却装置11、冷却剂进口12、冷却剂出口13、除尘设备14以及净化设备15组成。

液态排渣装置8的上侧连通渣池7，渣池7的上侧连通辐射冷却室下段6；辐射冷却室下段6的内部设有补渣管5，补渣管5的一端连通辐射冷却室下段6的侧壁，另一端连通辐射冷却室下段6的底壁；辐射冷却室下段6的外侧中部连通两个渣膜气化装置4，渣膜气化装置4为圆柱形，其轴向设有干煤进口2，如图2所示，为渣膜气化装置截面图，渣膜气化装置4的切向设有进风通道3；辐射冷却室下段6的上侧经由缩腰9连通辐射冷却室上段10，辐射冷却室上段10连通对流冷却装置11的上端，对流冷却装置11的下端连通除尘设备14，除尘设备14连通净化设备15。所述的渣膜气化装置4斜向上设置，其倾斜角度α为10度。所述的辐射冷却室上段10、缩腰9、辐射冷却室下段6以及对流冷却装置11外侧分别设有承压外壳1。

上述装置的使用方法为：

步骤1、将氧气和水蒸气通过进风通道3沿切向送入压力为4MPa温度为1400℃的渣膜气化装置4中，煤屑通过高压给煤机经干煤进口2沿轴向干法送入渣膜气化装置4，在旋转气流的作用下和渣膜的高温加热条件下发生高温纯氧水蒸气气化，经15～30s生成高温高压的粗煤气；给煤量为2000t/d，氧气和水蒸气的通入量分别为1400t/d及280t/d。

步骤2、高温高压的粗煤气先经过捕渣管5和辐射式冷却器下段6后温度降至1000℃，同时液态渣在辐射式冷却室下段6流入底部的熔渣池7，再经过出渣设备8排出熔渣。

步骤3、1000℃粗煤气再依次经过缩腰9和辐射式冷却器上段10，降温至940℃以下后，通入对流冷却装置11，将煤气降温至300℃以下；

步骤4、降温至300℃以下的粗煤气进入除尘设备14和净化设备15脱硫脱氮脱水，变成50℃的洁净煤气，供使用。

辐射冷却室是在承压外壳1内布置水冷壁以辐射换热方式将高温粗煤气温度降低至一定温度，本发明中辐射冷却室由布置在其中的缩腰9将其分成辐射冷却室上段10和辐射冷却室下段6。气化炉所需原料煤或气化生物质、石油焦等其他碳氢化合物以干的粒状或屑状由卧式放置的渣膜气化装置4的干煤进口2进入气化炉。气化剂纯氧和水蒸气由渣膜气化装置4的进风通道3沿切向进入气化炉，在渣膜气化装置4形成旋转气流。渣膜气化装置4的承压外壳1内四周布置水冷壁，水冷壁内覆绝热和耐热材料，如碳化硅和硅酸铝等材料，运行时，在渣膜气化装置4内形成一层厚度为20～40mm温度为1200～1800℃液态渣膜，煤主要在切向送风的作用下在渣膜表面与气化剂发生气化反应，少量的细小煤粉颗粒也可在渣膜气化装置4内的空间内与气化剂发生悬浮气化。煤气化反应产生的熔渣在重力作用下自上而下流动，进入辐射冷却室下段6。辐射冷却室下段6内的水冷壁内侧布置绝热材料和耐火材料，如碳化硅和硅酸铝等材料，并布置捕渣管5，用于捕捉由气化装置来的熔融飞灰，捕渣管5内为流动的冷却水，其进口和出口分别连接到冷却水***。通过上述措施增加辐射冷却室下段6内的温度水平，在该段内进一步提高气化率，液态排渣，进一步提高捕渣率，使捕渣率不低于70％。辐射冷却室下段6的底部，即气化炉底部布置有熔渣池7，熔渣通过出渣设备8排出气化炉。渣膜气化装置生成的高温煤气在辐射冷却室下段6内降温的同时，未完全气化的煤在高温的辐射冷却室下段6内进一步完成气化，气化反应后的煤气经过缩腰9进入辐射式冷却室上段10与布置在周围的水冷壁换热，并将煤气温度降至940℃以下后，再通入对流冷却装置11进一步降低温度，然后通过除尘设备14和净化设备15经除尘净化后输出。除尘设备和净化设备根据后续工艺流程的选择。

所得煤气成分(体积百分比)见下表：

实施例2

类似于实施例1，区别在于，所述的渣膜气化装置4竖直设置。

实施例3

类似于实施例1，区别在于，所述的渣膜气化装置4斜向上设置，其倾斜角度α为5度。

实施例4

类似于实施例1，区别在于，所述的渣膜气化装置4斜向上设置，其倾斜角度α为15度。

Claims (2)

1.一种干法加煤渣膜气化炉，其特征在于，包括液态排渣装置(8)，液态排渣装置(8)的上侧连通渣池(7)，渣池(7)的上侧连通辐射冷却室下段(6)；辐射冷却室下段(6)的内部设有捕渣管(5)；辐射冷却室下段(6)的外侧中部连通至少一个渣膜气化装置(4)，渣膜气化装置(4)为圆柱形，其轴向设有干煤进口(2)，切向设有进风通道(3)；辐射冷却室下段(6)的上侧经由缩腰(9)连通辐射冷却室上段(10)，辐射冷却室上段(10)连通对流冷却装置(11)的上端，对流冷却装置(11)的下端连通除尘设备(14)，除尘设备(14)连通净化设备(15)，所述的渣膜气化装置(4)竖直或者斜向上设置，其倾斜角度α为5～15度。

2.如权利要求1所述的干法加煤渣膜气化炉，其特征在于，所述的辐射冷却室上段(10)、缩腰(9)、辐射冷却室下段(6)以及对流冷却装置(11)外侧皆设有承压外壳(1)。

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