CN201376958Y - 一种气流床气化激冷装置 - Google Patents
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Abstract
一种气流床气化激冷装置，包括气化炉1，在气化炉1的下部布置有喷嘴8，气化炉1的气体出口与激冷罐4的粗煤气进口相连通，激冷罐4的气体出口与文丘里洗涤器11的粗煤气进口连接，文丘里洗涤器11的煤气出口与洗涤塔6的煤气进口相连通，通过喷嘴8向气化炉1内喷入粉状或浆态煤粉与气化剂，反应生成粗煤气，粗煤气在气化炉1内自下而上流动，经过煤气激冷器7与冷煤气混合后进入激冷罐4进行水激冷，然后进入文丘里洗涤器11和洗涤塔6洗涤净化，净化后的煤气一部分送至用户使用，另一部分通过换热循环至气化炉1上部的煤气激冷器7对粗煤气进行激冷，具有粗煤气中含有较多的水蒸汽、造价低廉、***总效率高的特点。
Description
技术领域
本实用新型涉及煤气化技术领域，特别涉及一种气流床气化激冷装置。
背景技术
煤的洁净与高效利用是当今世界能源与环境保护领域的重大技术课题，也是我国国民经济和社会可持续发展的关键技术之一。煤气化技术作为煤炭深度加工、转化的先导技术，是洁净煤技术的关键。煤气化是指将煤投放在气化炉内，在一定的温度及压力条件下，煤中有机质与气化剂如蒸汽/空气或氧气等发生一系列化学反应，将固体煤转化为含有CO、H2、CH4等可燃气体和CO2、N2等非可燃气体的过程。煤的气化技术在联合循环(IGCC)发电装置、合成氨以及合成甲醇等行业应用极为广泛，而气化炉则是煤气化的关键设备。因此，世界各国的科技人员研究和开发出了各种类型的气化炉。其中，气流床与固定床、流化床相比，气流床具有较好的煤种与粒度适应性和更优良的技术性能，是煤基大容量、高效洁净、运行可靠的燃气与合成气制备装置的首选技术。
现今气流床气化技术的共同特点是加压(3.0MPa～6.5MPa)、高温(1300～1700℃)、粒度细微，反应迅速高效，但在原料煤处理、输料形式与方法、实现混合、炉壳内衬、排渣、净化处理、余热回收等技术上方式各异，形成不同的技术工艺类型。其中主要包括两种具有特色的技术流派，一种是以美国Texaco公司的技术为代表的水煤浆气化技术；另一种是以荷兰Shell公司的技术为代表的干煤粉气化技术。
美国Texaco公司的气化炉，水煤浆由气化炉炉顶向下喷入，在炉内进行熔渣气化。由于物料在该气化炉内的停留时间分布较宽，部分物料在炉内的停留时间很短，没有达到平均停留时间就逸出炉外，因此，碳转化率一般低于95％。美国Texaco公司的气化炉的气化操作温度为1400～1500℃，气化操作压力为2.5～8.5Mpa。美国Texaco公司的气化炉世界范围内的商业化市场占有量大，技术成熟，它因煤浆制备、计量、输送、控制简单，安全可靠，操作压力高，可达6.5MPa和投资低等技术特点得到广泛应用。
荷兰Shell公司的气化炉属加压对喷式粉煤液态排渣气化炉。干煤粉用加压锁式煤斗，靠氮气或CO2气流输送，与氧气及少量水蒸汽混合喷入炉内，气化炉温度维持在1400～1600℃，形成的熔渣在中间底部排渣口排出，煤气出炉后采用回流冷煤气激冷方式。该炉装有四个煤粉燃烧器，并装设水冷壁，在水冷壁中将产生饱和蒸汽。
在我国，九十年代，随着联合循环(IGCC)等洁净煤发电技术的推广应用，在国家电力公司的资助下，西安热工研究院率先进行了干煤粉加压气化技术研究并建立了国内第一套干煤粉加压气化特性试验装置和干煤粉加压浓相供料装置，日处理煤量为700kg，气化压力为2.0～3.0MPa，并进行了干煤粉气化特性和干煤粉浓相加压供料***的研究。
“十五”期间，西安热工研究院负责完成了国家高技术研究发展计划(863计划)课题“干煤粉加压气化技术”中试试验研究，发明了带水冷壁和煤气冷却器的两段式干煤粉加压气化工艺，建成了规模为36t/d的中试装置，气化压力为3.0MPa，进行了十几种煤的气化试验，并通过了国家验收。
“十一五”又在“绿色煤电”(863计划)课题项目中承担工艺包设计任务，进一步完善了国内自主的干煤粉加压气化技术。
以往干法气化工艺主要针对发电用途，采用干法除尘，气化炉体后加有庞大的煤气冷却器***，设备结构复杂、制造成本相对很高；而以往水煤浆激冷工艺采用水煤浆形式进料，入料成分中含有大量水分，造成气化温度较低，大量热能损失，大大限制了可气化煤种的范围，同时气化炉内采用耐火砖结构使得运行周期较短且需定期更换，需设备用炉，增加了运行成本。
发明内容
本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种粗煤气中含有较多的水蒸气、采取冷煤气循环激冷工艺、造价低廉、***总效率高的气流床气化激冷装置。
本实用新型包括开设有气体出口和排渣口的气化炉1，与气化炉1排渣口相连通的排渣罐3，在气化炉1的下部对称均匀布置有一组或一组以上的喷嘴8，气化炉1的气体出口通过管路与激冷罐4的粗煤气进口相连通，激冷罐4的气体出口通过管路与文丘里洗涤器11的粗煤气进口连接，文丘里洗涤器11的煤气出口与洗涤塔6的煤气进口相连通，激冷罐4的下端出口通向灰水处理***，在激冷罐4的侧壁设有中压给水入水管口，洗涤塔6下端的灰水出口管道与灰水处理***相连接；在气化炉1的上端还可设置有循环煤气激冷器7，洗涤塔6的净煤气出口一部分通过换热器10换热循环至气化炉1上端煤气激冷器7进行炉内煤气激冷，其余部分作为生产的合成气送至用户使用。
气化炉1的内部设置有水冷壁2，水冷壁2底部设有循环进水口，上部设有水汽出口，水冷壁2底部的循环进水口端与汽包5的循环水出口端相连通，水冷壁2上部的水汽出口端与汽包5的进口端相连通。另外汽包5设有除氧水补充管口和排污管口。
本实用新型的工作原理是：该气化炉1下部对称均匀布置有喷嘴8，通过喷嘴8向气化炉1内以设定速度喷入粉状或浆态煤粉与气化剂，反应生成包括CO和H2的粗煤气，粗煤气在气化炉1内自下而上流动，经过气化炉1上部煤气激冷器7与冷煤气混合后进入激冷罐4进行水激冷，然后进入文丘里洗涤器11和洗涤塔6洗涤净化。净化后的煤气一部分作为产出合成气送至用户使用，另一部分通过换热循环至气化炉1上部的煤气激冷器7对粗煤气进行激冷。
本实用新型采用了煤气上行、下置喷嘴式气流床气化激冷工艺，即煤气与液渣呈反向流动，煤气向上流动，液渣向下流动的干煤粉加压气化激冷工艺，本工艺不仅适用于干煤粉加压气化工艺，对采用碳质料浆为原料的加压气化方式同样适用。这种工艺造价低廉，***总效率高。
针对现有技术工艺的缺陷，本实用新型首次提出了煤气上行式的干煤粉加压气化激冷工艺，这种工艺生产出来的粗煤气含有较多水蒸气，可直接送入变换工序而不需要再补加蒸汽或只需要少补蒸汽，造价低廉，***总效率高，是煤化工合成氨、甲醇、制H2、合成油等行业的最佳选择。本发明的工艺采取循环冷煤气对气化炉内粗煤气激冷降温，使液态渣极易激冷固化，防止后续***结焦；粗煤气在激冷罐内进行激冷和洗涤，不需要煤气冷却器等设备，减少了投资和耗功。
附图说明
附图是本实用新型的整体结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
参见附图，本实用新型的激冷装置包括开设有气体出口和排渣口的气化炉1，与气化炉1排渣口相连通的排渣罐3，排渣罐3的排渣口与渣池相连通，气化炉1所产生的灰渣以固态形式经排渣口排至排渣罐3，经排渣罐3充水减压排出到渣池；在气化炉1壳体的下部对称均匀布置有一组或一组以上的气化喷嘴8，气化喷嘴8可向气化炉1内喷入粉状或浆态煤粉与气化剂，气化炉1上端设有煤气激冷器7，循环冷煤气通过煤气激冷器7与气化炉1内高热粗煤气混合，使粗煤气达到设计温度范围后去后续设备再处理。气化炉1的气体出口通过管路与激冷罐4的粗煤气进口管路相连通，激冷罐4的气体出口通过管路与文丘里洗涤器11的粗煤气进口管路连接，文丘里洗涤器11的煤气出口与洗涤塔6的煤气进口管路相连通，激冷罐4的下端出口通向灰水处理***，在激冷罐4侧壁上设有中压给水入水管口9，洗涤塔6下端的灰水出口通过管路与灰水处理***相连接。洗涤塔6的净煤气出口一部分与用户相连接，送用户使用，另一部分通过换热器10循环至气化炉1上端煤气激冷器7的管道入口进行激冷。文丘里洗涤器11上设有洗涤水进口，洗涤用水来自于洗涤塔循环工艺水***。
气化炉1可以为干煤粉气化炉，也可以为水煤浆气化炉。如为干煤粉气化炉，则内部设置有水冷壁2，水冷壁2底部设有循环进水口，上部设有水汽出口，水冷壁2的底部的循环进水口端与汽包5的循环水出口端相连通，水冷壁2上部的水汽出口端与汽包5的水汽进口端相连通。另外汽包5设有除氧水补充管口和排污管口。水冷壁2通过汽包5加入除氧水，补充水冷壁2内循环***，并且汽包5产出蒸汽送至用户，汽包5下部设有排污管道；如为水煤浆气化炉，则内部设置为耐火材料。
本实用新型的激冷工艺实施步骤是：起始阶段，通过气化炉1下部对称均匀布置的一组或一组以上的气化喷嘴8，煤粉或水煤浆与气化剂(氧气或富氧与水蒸汽)发生气化反应，煤粉或水煤浆与气化剂(氧气或富氧与水蒸汽)发生气化反应(C+O2+H2O)，其中C∶O2为2∶1，H2O含量相对较少。在操作温度1450℃～1700℃，操作压力3.0MPa～8.7MPa的条件下，产生温度为1300～1500℃的粗煤气。气化炉1可以为干煤粉气化炉，也可以为水煤浆气化炉。如为干煤粉气化炉，则内部设置有水冷壁2，且水冷壁2通过汽包5加入除氧水，补充水冷壁2内循环***，并且水冷壁2底部设有进水口，上部设有出口，汽包5产出蒸汽送至用户，下部设有排污管道；如为水煤浆气化炉，则内部设置为耐火材料。粗煤气在气化炉1内自下向上流动，经过气化炉1上部的煤气激冷器7降温后，煤气温度降至900℃左右，这是本发明的第一次激冷，在此液态渣被固化，灰渣排放即气化炉1产生的熔融态灰渣经排渣罐3由炉底排渣***排出；经过第一次煤气激冷后的粗煤气进入激冷罐4进行第二次水激冷，此时将粗煤气直接通入激冷罐4液面以下使粗煤气激冷，激冷后粗煤气由激冷罐4上部出口管道进入文丘里洗涤器11及洗涤塔6进行粗煤气洗涤净化，激冷罐4的灰水由下部管道排出进入后续灰水***处理，在设备运行时，激冷罐4液位通过中压给水入水管口9补充中压水保持，在激冷罐4内粗煤气温度降温后进入文丘里洗涤器11经与工艺水混合洗涤后，粗煤气再进入洗涤塔6洗涤净化，产生的灰水通过洗涤塔6下部灰水出口管道进入灰水处理***。文丘里洗涤器11上设有洗涤水进口，文丘里洗涤器11洗涤用水来自洗涤塔循环工艺水***。净化后产生的合成气一部分经过换热器10循环至煤气激冷器7进行粗煤气激冷过程，另一部分合成气通过输气管路供用户使用。
本实用新型不仅可适用于干煤粉加压气化工艺，对采用碳质料浆为原料的加压气化方式也同样适用。其工艺生产出来的粗煤气含有较多水蒸气，炉内进行循环激冷气降温，使液态渣极易激冷固化，防止后续***结渣；粗煤气在激冷罐、文丘里洗涤器及洗涤塔内进行激冷和洗涤，造价低，***总效率高，非常适用于煤化工如合成氨、甲醇、制H2、合成油等行业。
Claims (3)
1、一种气流床气化激冷装置，包括开设有气体出口和排渣口的气化炉(1)，与气化炉(1)排渣口相连通的排渣罐(3)，其特征在于：在气化炉(1)的下部对称均匀布置有一组或一组以上的气化喷嘴(8)，气化炉(1)的气体出口通过管路与激冷罐(4)的粗煤气进口相连通，激冷罐(4)的气体出口通过管路与文丘里洗涤器(11)的粗煤气进口连接，文丘里洗涤器(11)的煤气出口与洗涤塔(6)的煤气进口相连通。
2、根据权利要求1所述的气流床气化激冷装置，其特征在于：所说的洗涤塔(6)的净煤气出口通过换热器(10)换热循环至气化炉(1)上端的煤气激冷器(7)内。
3、根据权利要求1或2所述的气流床气化激冷装置，其特征在于：所说的气化炉(1)的内部设置有水冷壁(2)，水冷壁(2)底部设有循环进水口，上部设有水汽出口，水冷壁(2)底部的循环进水口端与汽包(5)的循环水出口端相连通，水冷壁(2)上部的水汽出口端与汽包(5)的进口端相连通。
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