CN107446628A - 一种新型固定床熔渣气化反应炉及其造气方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于煤化工、焦炭气化领域并涉及到化学工程、化工工艺、化工设备技术，尤其涉及到一种固定床熔渣气化、液态排渣、分级气化的反应炉及其工艺。它包括气化炉炉膛、渣口、燃烧室、激冷室、自动加焦或煤机；本发明提供一种采用碎煤（无烟煤、烟煤、焦炭）为原料，可在常压至0.09MPa压力下运行的新型固定床熔渣气化、液态排渣、并分级气化的反应炉。它能够提高气化温度、碳转化率和蒸汽分解率及冷煤效率，有效气体含量高，操作维护相对简单，设备紧凑可靠，投资省、废水量少、安全环保，能转化成相对清洁的水煤气、并完全实现国产化。
Description
技术领域
本发明属于煤化工、焦炭气化领域并涉及到化学工程、化工工艺、化工设备技术，尤其涉及到一种固定床熔渣气化、液态排渣、分级气化的反应炉及其工艺。
背景技术
传统固定床间歇气化炉（UGI）采用固态排渣方式，目前仍是我国氮肥生产的主力炉型，但在单炉处理量、运行成本、煤的适应性、能效与环保等方面越来越不符合行业发展需求；固定床纯氧连续气化也采用固态排渣方式，虽然是对固定床技术发展带来突破，但也需要进一步提高热解气化温度、蒸汽分解率等问题。
目前BGL气化技术采用液态排渣方式，但也存在排渣方式控制复杂，设备制造加工难度大，部分关键设备需要进口，运行可靠性低且投资大，同时由于加压后粗煤气中甲烷含量高，不利于合成氨生产等方面的不足。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型固定床熔渣气化反应炉及其造气方法，从而解决现有技术中存在的上述技术问题。
本发明将固定床传统的固态排渣方式改为液态排渣，由于气化温度高直接导致蒸汽分解率增加，蒸汽消耗降低，碳转化率提高，有效气体含量高，运行能耗低，成本低，且甲烷含量低，原煤适应广，投资省，设备全部国产化，而且维修方便，操作简单易行，达到了安全、环保、节能的要求，具有极高的工程应用和经济运行价值，是对纯氧连续气化技术升级，可以说是固定床技术上质的飞跃。
本发明为了实现上述目的采用如下技术方案：
一种新型固定床熔渣气化反应炉，它包括气化炉炉膛、渣口、燃烧室、激冷室、自动加焦或煤机；
所述气化炉炉膛包括：壳体、炉膛进口、炉膛出口、内衬耐火材料、水冷壁、蒸氧喷嘴、水冷盘管、熔渣池；
所述炉膛进口与自动加焦或煤机的下布料器相连；
所述炉膛出口与粗煤气出口的旋风分离器相连；
所述熔渣池与渣口相连；
所述的蒸氧喷嘴与熔渣池相连；
所述渣口的上端与熔渣池相连，其下端与燃烧室相连；
所述燃烧室上端与渣口的大法兰相连，其下端与激冷室的法兰相连；
所述钟罩与其的壳体相连；
所述燃烧烧嘴与壳体相连，所述视镜与其的壳体相连；
所述激冷室上端与燃烧室下法兰相连；
上激冷室与上渣阀相连，所述上渣阀与下激冷室相连；下激冷室与下渣阀相连；
下渣阀下方为排渣口；
激冷水入口与上激冷室相连；排气口与下激冷室相连；
所述自动加焦或煤机的下布料阀的法兰与气化炉的炉膛进口相连；
上煤斗通过输煤管道与上闸板阀相连，并与溜筛相连进入程序给料阀后入自动加焦或煤机通过下布料阀的上下动作而实现自动加焦加煤。
进一步的，气化炉炉膛、渣口、燃烧室、激冷室、自动加焦或煤机均为分体式结构，采用法兰连接，便于拆装。
进一步的，渣口的耐热渣口材质为耐热性、抗氧化性、抗腐蚀材料。
进一步的，气化炉炉膛的上部为内衬耐火材料、中部为半管式水冷壁，下部采用环形盘管式水冷壁，冷壁内采用除盐水循环冷却保护炉壳，同时配以汽包副产蒸汽。
依据自然循环设计，按照强制循环运行，即便特殊故障无法强制供水，水***依然可自然循环，保证气化安全停车。
燃烧室的环管、钟罩都是经过多次实验，使燃烧室内形成环形循环气流，流场分布均匀、合理。
进一步的，气化炉的炉膛的蒸氧喷嘴，蒸汽和纯氧实现自动配比及可自动开停，燃烧室内的燃烧烧嘴的燃气和纯氧也能实现自动配比及可自动开停，并设置一键停车按钮，作紧急停车用，以确保本质安全。
进一步的，气化炉可在常压至0.09MPa运行。
进一步的，原料适应性广，可气化无烟煤、烟煤、焦炭、褐煤等。
进一步的，燃烧室的燃气点火采用电子点火装置。
进一步的，蒸氧喷嘴和燃烧烧嘴都产生对冲，能避免高速气流直接冲刷气化炉炉壁，且使气流在炉膛内分布更加均匀，流场分布合理。
进一步的，激冷室分上下二个激冷室，并设计有水循环***和排气口。
进一步的，所述的蒸氧喷嘴采用水夹套形式进行水冷，且冷却水进口管深入到喷嘴头部，确保冷却水有效流动，保护喷嘴，确保达到长周期运行。
一种新型固定床熔渣气化反应炉的造气方法：
气化炉下部产生的高温煤气和从炉膛进口来的原料煤进行逆流接触，干燥区的温度小于500℃；在此原料煤被热的煤气加热干燥，水份在此被脱出，干燥后的煤层继续下移进入到500～900℃干馏区，原料煤受热分解释放的挥发物质后进入气化区，与燃烧区上来的气体进行一系列平衡吸热反应后，粗煤气得到冷却，煤得到部分气化，同时煤的温度升高进入燃烧区，与混合后的蒸汽和氧气通过蒸氧喷嘴以高速气流进入气化炉底部，氧气迅速与燃烧区的煤发生反应，放出大量的热量，燃烧中心温度高达1800～2000℃，以便于煤灰份融化与助熔剂混合后形成自由流动的液态灰渣，保留在熔渣池内；
氧气和燃气通过燃烧喷嘴燃烧，并产生高温烟气，来维持气化炉渣口处熔渣处于流动状态，利用燃烧产生的火焰张力托住熔渣池底部的熔渣产生的静压力，在燃烧室和气化炉炉膛之间产生差压，通过降低燃烧室的压力，利用压差来实现排渣，经水激冷后形成玻璃质碎渣，从下激冷室排出。
本发明由于采用了上述技术方案，具有以下有益技术效果：
1、本发明采用原料从顶部自动加焦（煤）机给料，粗煤气从上部侧面出气，气化剂从下部喷入炉内，熔融液渣经激冷室急冷，从底部排出。气化炉内气固逆流接触，使含碳物质气化后，产生的灰渣与未反应完物质经气化熔融室与气化剂喷嘴喷入氧气燃烧反应生成高温熔融液渣，提高了热解气化反应温度，同时蒸汽分解率也高于其它类型的，包括气流床在内的炉型，通过该气化能转变为相对清洁的水煤气，具有极高的实际应用价值。
2、本发明炉体中部为半管夹套式水冷壁，炉底为环形盘管式水冷壁，水冷壁内采用除盐水循环冷却，保护炉壳，并配以汽包并副产蒸汽。同时依据自然循环设计，按照强制循环运行，即使特殊故障无法强制供水，水***都可自然循环，保证气化安全停车。
3、本发明是节能环保的气化技术。
4、本发明气化强度高，氧耗低，有效气体成份高，同时99％以上的碳转化为气体后，煤中剩余的矿物质在高温下熔化形成液态，经水激冷后形成玻璃质固体碎渣粒，由下激冷室排出，排出的玻璃体无污染，可做为副产品在建筑和筑路中使用，或安全回填；气化废水主要来自原料煤经炉内干燥后排出的冷凝蒸汽，水量小，有机物含量的浓度高，既可在较低成本下分离处理，回收酚、焦油等。也可采用深度水处理技术后，全部回收作为工艺或冷却水循环使用。
5、本发明优选的，蒸氧喷嘴和燃烧烧嘴能避免高速气流直接冲刷气化炉内壁，且使气流在炉内分布更均匀，流场分布更合理。
6、本发明优选的，是可在常压至0.09MPa运行，适合于常压低压气化。
7、本发明优选的，气化剂可为蒸汽、氧气、二氧化碳、空气。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为气化反应炉结构示意图；
图3为渣口结构示意图；
图4为燃烧室结构示意图；
图5为激冷室结构示意图；
图6为自动加焦或煤结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细描述：
一种新型固定床熔渣气化反应炉，它包括气化炉炉膛1、渣口2、燃烧室3、激冷室4、自动加焦或煤机5；
其特征在于：所述气化炉炉膛1包括：壳体6、炉膛进口7、炉膛出口8、内衬耐火材料9、水冷壁10、蒸氧喷嘴11、水冷盘管12、熔渣池13；
所述炉膛进口7与自动加焦或煤机5的下布料器37相连；
所述炉膛出口8与粗煤气出口的旋风分离器相连；
所述熔渣池13与渣口2相连；
所述的蒸氧喷嘴11与熔渣池13相连；
所述渣口2的上端与熔渣池13相连，其下端与燃烧室3相连；
所述燃烧室3上端与渣口2的大法兰14相连，其下端与激冷室25的法兰相连；
钟罩19与其的壳体18相连；
燃烧烧嘴20与壳体18相连，视镜22与其的壳体18相连；
所述激冷室4上端与燃烧室3下法兰相连；
上激冷室25与上渣阀27相连，所述上渣阀27与下激冷室26相连；下激冷室26与下渣阀28相连；
下渣阀28下方为排渣口32；
激冷水入口31与上激冷室25相连；排气口30与下激冷室26相连；
所述自动加焦或煤机5的下布料阀38的法兰与气化炉的炉膛进口7相连；
上煤斗33通过输煤管道与上闸板阀34相连，并与溜筛35相连进入程序给料阀37后入自动加焦或煤机5通过下布料阀38的上下动作而实现自动加焦加煤。
气化炉炉膛1、渣口2、燃烧室3、激冷室4、自动加焦或煤机5均为分体式结构，采用法兰连接。
渣口2的耐热渣口15材质为耐热性、抗氧化性、抗腐蚀材料。
气化炉炉膛1的上部为内衬耐火材料、中部为半管式水冷壁，下部采用环形盘管式水冷壁，冷壁内采用除盐水循环冷却保护炉壳，同时配以汽包副产蒸汽。
燃烧室3的燃气点火采用电子点火装置。
激冷室4分上下二个激冷室，并设计有水循环***和排气口。
所述的蒸氧喷嘴11采用水夹套形式进行水冷，且冷却水进口管深入到喷嘴头部，确保冷却水有效流动，保护喷嘴11，确保达到长周期运行。
一种新型固定床熔渣气化反应炉的造气方法：
气化炉下部产生的高温煤气和从炉膛进口7来的原料煤进行逆流接触，干燥区的温度小于500℃；在此原料煤被热的煤气加热干燥，水份在此被脱出，干燥后的煤层继续下移进入到500～900℃干馏区，原料煤受热分解释放的挥发物质后进入气化区，与燃烧区上来的气体进行一系列平衡吸热反应后，粗煤气得到冷却，煤得到部分气化，同时煤的温度升高进入燃烧区，与混合后的蒸汽和氧气通过蒸氧喷嘴11以高速气流进入气化炉底部，氧气迅速与燃烧区的煤发生反应，放出大量的热量，燃烧中心温度高达1800～2000℃，以便于煤灰份融化与助熔剂混合后形成自由流动的液态灰渣，保留在熔渣池内；
氧气和燃气通过燃烧喷嘴20燃烧，并产生高温烟气，来维持气化炉渣口2处熔渣处于流动状态，利用燃烧产生的火焰张力托住熔渣池13底部的熔渣产生的静压力，在燃烧室3和气化炉炉膛1之间产生差压，通过降低燃烧室3的压力，利用压差来实现排渣，经水激冷后形成玻璃质碎渣，从下激冷室排出。
如图1所示，根据本发明的一种新型固定床熔渣气化反应炉，它包括气化炉炉膛1、渣口2、燃烧室3、激冷室4、自动加焦或煤机5。
如图2所述气化炉炉膛1包括壳体6、炉膛进口7、炉膛出口8、内衬耐火材料9、水冷壁10、蒸氧喷嘴11、水冷盘管12、熔渣池13；
原料煤从顶部由自动加焦或煤机5给料，气化剂通过蒸氧喷嘴11从下部以一定的流速喷入炉内，气固逆流接触反应，产生粗煤气从上部炉膛出口8侧面而出，熔融液渣从底部激冷室4排出。
如图3所述气化炉渣口2包括耐热渣口15、大法兰14、进水管16、出水管17；
为了确保渣口的冷却水有效流动，保护渣口，特将进水管16深入到渣口最深处。
如图4所述气化炉燃烧室3它包括壳体18、钟罩19、燃烧烧嘴20、环管21、视镜22、水夹套23、电子点火器24；
氧气和燃气通过燃烧烧嘴20，在电子点火器24点燃后，燃烧产生高温烟气，用以维持渣口2熔渣池13的热量，并以托住熔渣池13中的熔融液渣和其它析出物（如：铁等）。在燃烧室3和气化炉炉膛1产生差压，通过降低燃烧室3的压力，利用压差和液位来限制和推动炉渣和析铁向下排放。
如图5所述激冷室4包括上激冷室25、下激冷室26、上渣阀27、下渣阀28、放空口29、排气口30、激冷水入口31、排渣口32；
从渣口2下来的液渣，经激冷室的水急冷，玻璃质固体迅速碎掉，形成细小渣粒，通过上激冷室25、上渣阀27到下激冷室26，暂时沉淀下来，当积累到一定渣量时，就进到排渣操作，排出的渣水去沉淀池。
如图6所述自动加焦或煤机5的作用是将原料煤从上煤斗33经上闸板阀34和溜筛35进一步筛去煤中的粉煤后进入程序给料阀37，再入下布料阀38，然后通过给定信号，实现自动加焦（煤）。
以上仅为发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明为基础，为解决基本相同的技术问题，实现基本相同的技术效果，所作的简单变化，等同替换成者修饰等，皆涵盖与本发明的保护范围之中，同样也等同于实用新型专利。
Claims (8)
1.一种新型固定床熔渣气化反应炉，它包括气化炉炉膛（1）、渣口（2）、燃烧室（3）、激冷室（4）、自动加焦或煤机（5）；
其特征在于：所述气化炉炉膛（1）包括：壳体（6）、炉膛进口（7）、炉膛出口（8）、内衬耐火材料（9）、水冷壁（10）、蒸氧喷嘴（11）、水冷盘管（12）、熔渣池（13）；
所述炉膛进口（7）与自动加焦或煤机（5）的下布料器（37）相连；
所述炉膛出口（8）与粗煤气出口的旋风分离器相连；
所述熔渣池（13）与渣口（2）相连；
所述的蒸氧喷嘴（11）与熔渣池（13）相连；
所述渣口（2）的上端与熔渣池（13）相连，其下端与燃烧室（3）相连；
所述燃烧室（3）上端与渣口（2）的大法兰（14）相连，其下端与激冷室（25）的法兰相连；
钟罩（19）与其的壳体（18）相连；
燃烧烧嘴（20）与壳体（18）相连，视镜（22）与其的壳体（18）相连；
所述激冷室（4）上端与燃烧室（3）下法兰相连；
上激冷室（25）与上渣阀（27）相连，所述上渣阀（27）与下激冷室（26）相连；下激冷室（26）与下渣阀（28）相连；
下渣阀（28）下方为排渣口（32）；
激冷水入口（31）与上激冷室（25）相连；排气口（30）与下激冷室（26）相连；
所述自动加焦或煤机（5）的下布料阀（38）的法兰与气化炉的炉膛进口（7）相连；
上煤斗（33）通过输煤管道与上闸板阀（34）相连，并与溜筛（35）相连进入程序给料阀（37）后入自动加焦或煤机（5）通过下布料阀（38）的上下动作而实现自动加焦加煤。
2.根据权利要求1所述的新型固定床熔渣气化反应炉，其特征在于：气化炉炉膛（1）、渣口（2）、燃烧室（3）、激冷室（4）、自动加焦或煤机（5）均为分体式结构，采用法兰连接。
3.根据权利要求1所述的新型固定床熔渣气化反应炉，其特征在于：渣口（2）的耐热渣口（15）材质为耐热性、抗氧化性、抗腐蚀材料。
4.根据权利要求1所述的新型固定床熔渣气化反应炉，其特征在于：气化炉炉膛（1）的上部为内衬耐火材料、中部为半管式水冷壁，下部采用环形盘管式水冷壁，冷壁内采用除盐水循环冷却保护炉壳，同时配以汽包副产蒸汽。
5.根据权利要求1所述的新型固定床熔渣气化反应炉，其特征在于：燃烧室（3）的燃气点火采用电子点火装置。
6.根据权利要求1所述的新型固定床熔渣气化反应炉，其特征在于：激冷室（4）分上下二个激冷室，并设计有水循环***和排气口。
7.根据权利要求1所述的新型固定床熔渣气化反应炉，其特征在于：所述的蒸氧喷嘴（11）采用水夹套形式进行水冷，且冷却水进口管深入到喷嘴头部，确保冷却水有效流动，保护喷嘴（11），确保达到长周期运行。
8.一种如权利要求1所述的新型固定床熔渣气化反应炉的造气方法，其特征在于：
气化炉下部产生的高温煤气和从炉膛进口（7）来的原料煤进行逆流接触，干燥区的温度小于500℃；在此原料煤被热的煤气加热干燥，水份在此被脱出，干燥后的煤层继续下移进入到500～900℃干馏区，原料煤受热分解释放的挥发物质后进入气化区，与燃烧区上来的气体进行一系列平衡吸热反应后，粗煤气得到冷却，煤得到部分气化，同时煤的温度升高进入燃烧区，与混合后的蒸汽和氧气通过蒸氧喷嘴（11）以高速气流进入气化炉底部，氧气迅速与燃烧区的煤发生反应，放出大量的热量，燃烧中心温度高达1800～2000℃，以便于煤灰份融化与助熔剂混合后形成自由流动的液态灰渣，保留在熔渣池内；
氧气和燃气通过燃烧喷嘴（20）燃烧，并产生高温烟气，来维持气化炉渣口（2）处熔渣处于流动状态，利用燃烧产生的火焰张力托住熔渣池（13）底部的熔渣产生的静压力，在燃烧室（3）和气化炉炉膛（1）之间产生差压，通过降低燃烧室（3）的压力，利用压差来实现排渣，经水激冷后形成玻璃质碎渣，从下激冷室排出。
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