CN108102719B - 一种防止结渣及热能高效回收的气化炉 - Google Patents

一种防止结渣及热能高效回收的气化炉 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种防止结渣及热能高效回收的气化炉，其包括反应室、位于所述反应室下方的废锅冷却室和位于所述废锅冷却室下方的激冷室，其中，所述反应室用于将煤气化得到粗煤气和灰渣；所述废锅冷却室包括辐射废锅，所述辐射废锅设置为圆筒形辐射废锅和连接到所述圆筒形辐射废锅底部的圆锥形辐射废锅，形成回收粗煤气和灰渣热量的纵向通道；所述激冷室位于所述辐射废锅下部，包括激冷环、下降管、渣浴池和破泡板。所述气化炉在高效回收气化产生的热量的同时能够保证含灰量在较低的水平，并且能够防止辐射废锅在运行时易被灰渣堵塞及腐蚀的问题。

Description

一种防止结渣及热能高效回收的气化炉
技术领域
本发明属于煤化工领域，具体涉及一种能够防止结渣并且热能高效回收利用的气化炉。
背景技术
现常用的国外成熟大型煤气化技术主要有德士古水煤浆加压气化技术、SHELL干煤粉气化技术、GSP干煤粉加压气化技术；国内大型煤气化技术主要有多喷嘴对置式水煤浆加压气化技术、神华宁煤炉干煤粉加压气化技术、航天干煤粉加压气化技术。除SHELL废锅流程气化技术和全球唯一一套德士古炉全废锅流程气化技术外，其它气流床气化技术均为激冷流程气化技术。激冷流程相对于废锅流程而言，气化热能利用低、水资源浪费严重。废锅流程的气化技术相对而言，气化热能利用率高，可产生中、高压蒸汽用于先进的煤气化联合循环发电***。
现工业应用的SHELL气化炉为渣、气分流的气化炉，气化烧嘴位于气化炉的中上部，1400-1600℃合成气从气化室顶部导出后，先采用后序净化冷却后的部分合成气将其激冷至900℃左右时，再进入废锅回收热量；而气化后温度在1400-1600℃高温渣则由气化室底部直接导入渣浴池激冷。此技术不但设备结构复杂、投资费用高，而且因合成气被激冷后才进入废锅和高温渣热能未被充分利用，使大量的高品位热能回收率差。采用全废锅流程的德士古水煤浆加压气化技术，热能利用率高，但由于以水煤浆为气化原料，存在煤质适应性差、有效气含量低等问题。
同时在实践中发现，废锅流程的气化炉中的废锅存在着易被灰渣堵塞及腐蚀等问题。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种防止结渣及热能高效回收的气化炉，以解决现有气化炉煤粉燃烧后热量利用率低、出气化炉粗煤气含尘量高以及辐射废锅易结渣堵塞等问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种防止结渣及热能高效回收的气化炉，其包括反应室、位于所述反应室下方的废锅冷却室和位于所述废锅冷却室下方的激冷室，所述反应室用于将煤气化得到粗煤气和灰渣；所述废锅冷却室包括辐射废锅，所述辐射废锅设置为圆筒形辐射废锅和连接到所述圆筒形辐射废锅底部的圆锥形辐射废锅，形成回收粗煤气和灰渣热量的纵向通道，所述圆筒形辐射废锅与所述反应室底部相连，所述圆锥形辐射废锅的底部安装有渣气导管；所述激冷室位于所述辐射废锅下部，包括激冷环、下降管和用于收集灰渣和所述激冷环所喷激冷水的渣浴池，所述下降管的上端与所述渣气导管的下端相连，所述下降管的下端伸入到所述渣浴池中，所述激冷环位于所述渣气导管和所述下降管的连接处，在所述下降管和所述激冷室侧壁之间设置有多层破泡板。
优选地，所述辐射废锅中的圆锥形辐射废锅的侧壁与所述辐射废锅轴向夹角为20°至60°，优选为30°至50°，例如45°，所述圆筒形辐射废锅与所述圆锥形辐射废锅的高度比为2至10，例如4。
在现有激冷流程的基础上加上废锅冷却室，充分回收气化产生的热量，产生饱和蒸汽可用于发电。
由于在气化室中形成的粗煤气和灰渣自上而下的流动过程中流速逐渐变小，导致流动不稳定，这种气流的扰动导致处于熔融状态的灰渣不断撞击辐射废锅的内壁，导致内壁沉积大量灰尘使得换热效果变差且导致废锅的堵塞。
根据本发明的技术方案，废锅冷却室中的辐射废锅包括圆筒形辐射废锅和圆锥形辐射废锅，这种布置导致粗煤气和灰渣的通道的直径逐渐变小，形成一种渐缩的气流通道，使得气化室中形成的粗煤气和灰渣自上而下的流动过程中保持流速稳定，不形成大量的扰动，解决了辐射废锅容易结渣堵塞的问题。并且这种防止结渣的辐射废锅设计简单、成本低适于工业化生产。
优选地，所述废锅冷却室还包括喷头，所述喷头位于所述辐射废锅的圆锥形辐射废锅中部，沿圆周方向分布，用于对经回收热量后的粗煤气和灰渣进行喷淋、洗涤。依据不同煤原料的特点，通过调节喷水量，所述喷头可以对经废锅换热后的粗煤气进行进一步的洗涤和激冷，减少后续过程中粗煤气中的含灰量。
优选地，所述废锅冷却室外部从上到下设置有多组振动器，用于把沉积在所述辐射废锅上的灰渣振动下去。在长时间运行气化炉之后，可以使用振动器对辐射废锅进行振打，以除去辐射废锅内壁上的灰渣，所述振动器例如可以是所属技术领域常见的机械振动器。
优选地，所述反应室底部与所述辐射废锅的圆筒形辐射废锅之间设置有渣保护屏，所述渣保护屏由水管盘绕成圆筒形，并在所述渣保护屏内表面设置耐高温绝热层，例如SiC耐火材料。
优选地，所述渣保护屏的底部和所述渣气导管的底部分别设置有膨胀节，用于防止在所述气化炉开车时由于不同区域的温度差导致相互挤压而导致的设备损坏，且能防止废锅内气体和灰渣溢出至废锅外。
优选地，所述辐射废锅的圆筒形辐射废锅和圆锥形辐射废锅分别设置为圆筒形水冷壁和圆锥形水冷壁。
优选地，在所述圆筒形辐射废锅中还设置有径向水冷壁，所述径向水冷壁由多组水管沿所述圆筒形辐射废锅径向排列组成，每组水管由3-10根水管组成。优选地，所述径向水冷壁的下部设置有分水器，用于使径向水冷壁的入水先进入分水器再经由分水器分配进入到所述径向水冷壁的水管，所述径向水冷壁的上部还设置有汽水收集器。
优选地，所述反应室设置为水冷壁，以充分利用反应时的热量并防止反应室过热导致设备损坏。
与现有技术相比，本发明提供的防止结渣及热能高效回收的气化炉具有以下有益效果：
(1)由于采用了废锅冷却室，能够充分利用煤气化产生的热量，解决了现有气化炉煤粉燃烧后热量利用率低的问题；
(2)通过圆筒形辐射废锅和圆锥形辐射废锅的组合，使得粗煤气自上而下流动时流速稳定，解决了废锅流程中废锅容易结渣的问题。
(3)通过辐射废锅加喷头以及激冷室的组合，可以更好地降低粗煤气中的含灰量。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的气化炉的示意图；
图2是根据本发明的实施例的辐射废锅中的圆筒形辐射废锅横截面图；
图3是根据本发明的实施例的膨胀节的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明所提供的防止结渣及热能高效回收的气化炉予以进一步的说明。
如图1所示，一种防止结渣及热能高效回收的气化炉，其包括反应室1、位于反应室1下方的废锅冷却室2和位于废锅冷却室2下方的激冷室3。
反应室1顶部接气化烧嘴(未示出)，其还包括反应室外壳101、反应室水冷壁出水口102、反应室水冷壁103、反应室人孔104、反应室水冷壁入水口105和反应室排渣口106。
废锅冷却室2包括渣保护屏201、废锅冷却室外壳202、圆筒形辐射废锅203、圆锥形辐射废锅204、喷头205、渣气导管206、废锅冷却室人孔207、废锅出水口208、废锅入水口209、振动器210、渣保护屏入水口211、渣保护屏出水口212。其中，圆锥形辐射废锅204连接到圆筒形辐射废锅203的底部，形成回收粗煤气和灰渣热量的纵向通道，圆筒形辐射废锅203和圆锥形辐射废锅204设置为水冷壁。
在本发明的优选实施例中，圆锥形辐射废锅204的上端直径大于下端直径，且圆筒形辐射废锅203和圆锥形辐射废锅204的高度比为2～10：1，在一个优选的实施例中圆筒形辐射废锅203和圆锥形辐射废锅204的高度比为4:1，并且圆锥形辐射废锅204的侧壁与辐射废锅轴向夹角α为20°至60°，在一个优选的实施例中圆锥形辐射废锅204的侧壁与辐射废锅轴向夹角α为45°。这种设计使得废锅冷却室2内部空间形成一种渐缩的气流通道，使得气化室1中形成的粗煤气和灰渣自上而下的流动过程中保持流速稳定，不形成剧烈的扰动，避免了粗煤气中的熔融灰渣大量地与辐射废锅内壁的接触，解决了辐射废锅容易结渣堵塞的问题。并且这种防止结渣的辐射废锅设计简单、成本低适于工业化生产。
此外，为了进一步防止结渣，根据本发明的一个实施例，可以在辐射废锅的外壁均匀分布多个振动器，例如本领域所熟知的机械振动器。
根据本发明的一个实施例，在圆锥形辐射废锅204的中部处还包括喷头205，用于对经换热的粗煤气进行喷淋、洗涤。
如图2所示，为了进一步增强换热效果，在圆筒形辐射废锅203中还可以设置径向水冷壁213。径向水冷壁213由多组水管沿圆筒形辐射废锅203径向排列组成，每组水管由5根水管组成。根据本发明的一个优选实施例，径向水冷壁213的下部设置有分水器，用于使径向水冷壁213的入水先进入分水器再经由分水器分配进入到径向水冷壁的水管，径向水冷壁的上部还设置有汽水收集器。
根据本发明的一个实施例，在反应室1底部与圆筒形辐射废锅203的顶部之间设置有渣保护屏201，其由水管盘绕成圆筒形，并在渣保护屏201的内表面设置耐高温层，例如由SiC组成的耐火材料。
激冷室3位于废锅冷却室2下部，包括粗煤气出口301、激冷室侧壁302、下降管303、破泡板304、渣浴池305、循环水入口306、出渣口307、激冷环入水口308、灰水出口309和激冷环310。其中，下降管303的上端与渣气导管206的下端相连，下降管303的下端伸入到渣浴池305中，激冷环310位于渣气导管206和下降管303的连接处，破泡板304位于激冷室侧壁302和下降管303之间。
为了提高气化炉的使用寿命，还可以在废锅冷却室2的渣保护屏201的底部和渣气导管206的底部安装膨胀节4。膨胀节4是一种补偿器，其结构如图3所示，在渣保护屏201和渣气导管206下部沿圆周垂直方向焊接金属板401，在金属板401上方采用同样方法焊接金属板402，在金属板402下方靠近外壳端方向处焊接金属板403，在金属板401上方靠近外壳端方向处焊接金属板404，金属板403和金属板404间采用弹簧407连接。在金属板403上设有手孔406及法兰。在金属板403和金属板404内侧设有挡板405，挡板405的上端高于金属板403的下端，但低于金属板402。挡板405的下端低于金属板404的上端，但高于金属板401。在渣保护屏201和渣气导管206的外侧、金属板401、金属板402、金属板403、金属板404和挡板405围城的空腔内填充耐高温密封材料，如保温棉。这样，在气化炉操作过程中，特别是刚开车时，在粗煤气和灰渣流动的过程中，温度自上而下逐渐升高，在热胀冷缩的作用下，渣保护屏201和渣气导管206会被挤压，而在膨胀节4的作用下，这种挤压力会通过金属板401、402、403和404传递到弹簧407中，形成缓冲作用，避免了渣保护屏201和渣气导管206被挤压，从而提高了气化炉的使用寿命。
本发明的防止结渣及热能高效回收的气化炉的工作过程如下：
在气化室1中，将煤气化得到粗煤气和灰渣；
粗煤气和灰渣经由反应室排渣口106进入到废锅冷却室2中。在废锅冷却室2中，渣保护屏201有效地保护了废锅冷却室2入口处不被高温粗煤气和灰渣所腐蚀，并且设置在渣保护屏201底部的膨胀节4能有效地缓冲反应室1与废锅冷却室2连接处因温差导致的挤压。
废锅冷却室2的圆筒形辐射废锅203和圆锥形辐射废锅204以及径向水冷壁213可以对煤气化产生的热量进行充分回收，产生饱和蒸汽用于发电等。本发明的废锅冷却室2内部空间形成一种渐缩的气流通道，气化室1中形成的粗煤气和灰渣自上而下的流动过程中保持流速稳定，不形成剧烈的扰动；
经过换热的粗煤气由喷头205进行喷淋、洗涤，进一步减少粗煤气中的含灰量；
振动器4间歇式地进行操作，例如气化炉操作的前期两天进行一次振打，在气化炉操作的后期一天进行两次振打，并根据所气化的煤的种类和气化炉前后产生的粗煤气的压差对振打频率和时间进行调整。
经由废锅冷却室2回收热量后，粗煤气和灰渣经过废锅冷却室2的渣气导管206进入到激冷室3中。设置在渣气导管206底部的膨胀节4能有效地缓冲废锅冷却室2与激冷室3连接处因温差导致的挤压；
进入激冷室3的粗煤气和灰渣由激冷环310进行激冷后，通过下降管303进入渣浴池，进一步冷却洗涤之后，灰渣经由出渣口307排出，粗煤气经过破泡板304进行破泡之后经过粗煤气出口301进入后续工序。

Claims (10)

1.一种防止结渣及热能高效回收的气化炉，其包括反应室、位于所述反应室下方的废锅冷却室和位于所述废锅冷却室下方的激冷室，其特征在于：
所述反应室用于将煤气化得到粗煤气和灰渣；
所述废锅冷却室包括辐射废锅，所述辐射废锅设置为圆筒形辐射废锅和连接到所述圆筒形辐射废锅底部的圆锥形辐射废锅，形成回收粗煤气和灰渣热量的纵向通道，所述圆筒形辐射废锅与所述反应室底部相连，所述圆锥形辐射废锅的底部安装有渣气导管；在所述渣气导管的底部设置有膨胀节；所述膨胀节的结构如下：在渣气导管下部沿圆周垂直方向焊接第一金属板(401)，在第一金属板(401)上方采用同样方法焊接第二金属板(402)，在第二金属板(402)下方靠近外壳端方向处焊接第三金属板(403)，在第一金属板(401)上方靠近外壳端方向处焊接第四金属板(404)，第三金属板(403)和第四金属板(404)间采用弹簧(407)连接；在第三金属板(403)上设有手孔(406)及法兰；在第三金属板(403)和第四金属板(404)内侧设有挡板(405)，挡板(405)的上端高于第三金属板(403)的下端，但低于第二金属板(402)；挡板(405)的下端低于第四金属板(404)的上端，但高于第一金属板(401)；在渣气导管的外侧、第一金属板(401)、第二金属板(402)、第三金属板(403)、第四金属板(404)和挡板(405)围城的空腔内填充耐高温密封材料；
所述激冷室位于所述辐射废锅下部，包括激冷环、下降管和用于收集灰渣和所述激冷环所喷激冷水的渣浴池，所述下降管的上端与所述渣气导管的下端相连，所述下降管的下端伸入到所述渣浴池中，所述激冷环位于所述渣气导管和所述下降管的连接处，在所述下降管和所述激冷室的侧壁之间设置有多层破泡板；
所述圆锥形辐射废锅的侧壁与所述辐射废锅轴向夹角为20°至60°，所述圆筒形辐射废锅与所述圆锥形辐射废锅的高度比为2至10。
2.根据权利要求1所述的气化炉，其特征在于，所述圆锥形辐射废锅的侧壁与所述辐射废锅轴向夹角为30°至50°。
3.根据权利要求1或2所述的气化炉，其特征在于，所述废锅冷却室还包括喷头，所述喷头位于所述圆锥形辐射废锅中部，沿圆周方向分布，用于对经回收热量后的粗煤气和灰渣进行喷淋、洗涤。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的气化炉，其特征在于，所述辐射废锅外部从上到下设置有多组振动器，用于把沉积在所述辐射废锅上的灰渣振动下去。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的气化炉，其特征在于，所述反应室底部与所述圆筒形辐射废锅的顶部之间设置有渣保护屏，所述渣保护屏由水管盘绕成圆筒形，并在所述渣保护屏内表面设置耐高温绝热层。
6.根据权利要求5所述的气化炉，其特征在于，在所述渣保护屏的底部设置有膨胀节。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的气化炉，其特征在于，所述辐射废锅的圆筒形辐射废锅和圆锥形辐射废锅分别设置为圆筒形水冷壁和圆锥形水冷壁。
8.根据权利要求7所述的气化炉，其特征在于，在所述圆筒形辐射废锅中还设置有径向水冷壁，所述径向水冷壁由多组水管沿所述圆筒形辐射废锅径向排列组成，每组水管由3-10根水管组成。
9.根据权利要求8中所述的气化炉，其特征在于，所述径向水冷壁的下部设置有分水器，用于使径向水冷壁的入水先进入分水器再经由分水器分配进入到所述径向水冷壁的水管，所述径向水冷壁的上部还设置有汽水收集器。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的气化炉，其特征在于，所述反应室设置有水冷壁。
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