CN202558822U

CN202558822U - 一种水冷气化炉

Info

Publication number: CN202558822U
Application number: CN2012200931813U
Authority: CN
Inventors: 刘文臣; 刘秦怡; 杜晓丹; 王永锋; 张立冬; 李永辉
Original assignee: Tianjin Chenchuang Environment Engineering Science & Technology Co Ltd; China Tianchen Engineering Corp; Tianjin Tianchen Green Energy Resources Engineering Technology and Development Co Ltd
Current assignee: Tianjin Chenchuang Environment Engineering Science & Technology Co Ltd; China Tianchen Engineering Corp; Tianjin Tianchen Green Energy Resources Engineering Technology and Development Co Ltd
Priority date: 2012-03-13
Filing date: 2012-03-13
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2022-03-13

Abstract

本实用新型公开了一种水冷气化炉，炉体顶部设置有组合式旋混烧嘴，底部设置有排渣口和渣水出口，炉体由气化室和激冷室构成，激冷室内侧设置有水夹套，激冷室入口设置有布置气化室锥段下部的环形水冷管，激冷室液面以下设置有出气集合管，出气集合管上面连接有位于液面以上的出气冷却***，出气冷却***包括设置有冷却水进口的夹套水管，夹套水管的顶部通过支撑管连接有伞状的夹套罩，夹套罩顶部设置有喷水口。本实用新型通过组合式旋混烧嘴、环形水冷管、出气冷却***以及排渣口和渣水出口的结构创新与改进，提高气化炉生产强度，增加设备稳定运行时间，大大降低投资，提高了能量利用效率，同时还能够有效抑制结渣，防止渣口堵塞，保证气化炉液位稳定。

Description

一种水冷气化炉

技术领域

本实用新型涉及煤气化技术领域，具体的说，是涉及由固态含碳物料生产发生炉煤气、水煤气以及合成气的水冷气化炉。

背景技术

目前国内煤气化工业正在蓬勃发展，许多先进的煤气化技术都已进入国内，结合我国能源特点，煤的洁净与高效利用在我国极为重要，是当今我国能源与环境保护领域的重要技术课题，也是我国国民经济持续发展的关键技术之一。而煤气化技术中气化炉是最为关键的设备，大部分煤化工项目都需要经历煤炭经气化炉转化为合成气这一环节，为此众多的科技人员研究、开发了各种类型的气化炉。

目前采用的气化技术中，按照原料分，主要有采用水煤浆为原料的气化炉和采用煤粉为原料的气化炉两类。其中，有代表性的采用水煤浆为原料的气化炉有德士古（Texaco）气化炉和华东理工大学的多喷嘴对置式气化炉；而采用煤粉为原料的气化炉有谢尔（Shell）气化炉和GSP/CHOREN气化炉。

德士古气化炉运行较好，但水煤浆对煤种要求较高，国内很多地区的煤种不适用，另外，国外的技术专利费也相对较高。

华东理工的多喷嘴对置式气化炉由于激冷室仅采用了下降管形式，在实际运行中出现激冷水水量不足不能形成均匀水膜保护下降管的现象，最终导致下降管受热超温变形，严重时甚至会烧穿下降管。

谢尔气化炉中煤气与液渣呈反向流动，即煤气向上，液渣向下。其缺点有三，其一，熔融的渣因无热煤气相随，极易凝固而堵塞出渣口；其二，悬浮在煤气流中的细小煤渣要经过较长的管道，且改变流动方向，才能进入下游设备进行余热回收或气固分离，管道及下游设备极易堵塞，两者都会缩短操作周期，其三，由于采用废锅流程，气化炉及废热锅炉的结构过于复杂，加工难度大，投资过高。

GSP/CHOREN气化炉技术加料过程复杂，环节较多，投资高，输送过程易发生堵塞事件，影响装置运行，气化炉燃烧室采用螺旋绕管型式，流体阻力高，具有加工工艺难度大，换热管不宜清理的缺点。

实用新型内容

本实用新型要解决的是现有气化炉由于结构上一些缺陷导致工艺气流通不畅、渣口易堵塞、内件损坏率高、投资比较大、适用范围窄等技术问题，提供了一种结构改进的水冷气化炉，使得高温煤气和炉渣并流且向下流动，经过水冷环进入激冷室，再经过出气冷却***进入下一道工序。

为了解决上述技术问题，本实用新型通过以下的技术方案予以实现：

一种水冷气化炉，包括炉壳围成的炉体，所述炉体顶部封头设置有烧嘴，底部封头设置有排渣口，所述炉体由上部的气化室和下部的激冷室构成，所述激冷室在所述炉壳内侧设置有水夹套；所述激冷室的入口处设置有外部进水的环形水冷管，所述环形水冷管布置于所述气化室的锥段下方，所述环形水冷管内环壁上均布有喷孔；所述激冷室的液面以下设置有一端为气体出口的出气集合管，所述出气集合管上面连接有位于所述液面以上的出气冷却***；所述出气冷却***包括与所述出气集合管通过法兰连接的夹套水管，所述夹套水管的一侧设置有冷却水进口，所述夹套水管的顶部通过支撑管连接有伞状的夹套罩，所述夹套罩顶部设置有喷水口。

所述烧嘴是中心腔体设置有开工喷枪的组合式旋混烧嘴，所述组合式旋混烧嘴分别设置具有多个切向旋转进口的原料通道和具有多个切向旋转进口的气化剂通道，所述组合式旋混烧嘴外部设置有螺旋冷却管，所述螺旋冷却管底部设置有冷却腔体。

所述喷水口上方设置有通过肋板安装在所述夹套罩上的防冲刷板。

所述防冲刷板表面设置有耐磨抗高温材料层。

所述炉体底部设置有渣水出口。

本实用新型的有益效果是：

（一）由于环形水冷管布置于气化室的锥段下部，因此其锥段结构可以有效的保护环形水冷管，同时，还能防止高温烟气夹带未反应完成的颗粒堵塞环形水冷管的喷孔。

（二）本实用新型的气化炉以出气冷却***替代普通气化炉下降管、上升管的结构，加之激冷室采用水夹套形式替代了之前的堆焊结构，延长了设备稳定运行时间，在保护设备的同时也大大降低投资。

（三）本实用新型的气化炉通过增大激冷室入口，有效降低合成气流速；当气化炉处于高负荷运行时，或者炉温偏高时，均能使气化炉发气量迅速增大，从而气速增大，造成液面波动较大，运行不平稳；而降低气速可有效地减轻气体的冲蚀，防止渣口堵塞，同时，还能保证气化炉液位的稳定。

（四）本实用新型的气化炉在顶部封头中心设置一个组合式旋混烧嘴，将开工烧嘴和工艺烧嘴结合为一个整体，操作更为简便，使原料与气化剂混合更充分，有效地提高碳转化率，且操作更为简便；此外，采用组合式烧嘴可以避免开车预热过程中频繁更换的麻烦，降低了人工操作难度，缩短了开工点火时间。

（五）激冷室采用水夹套形式替代了之前的堆焊结构，保护了设备，同时，利用了激冷气体的热量来生产蒸汽，提高了能量利用效率，既降低能耗又节约成本。

（六）本实用新型的气化炉使得宏观上煤气与液渣并流，且沿气化炉主体的轴线自上向下流动，能够有效抑制结渣。

（七）本实用新型的气化炉可用于制备合成氨、合成甲醇、羰基化法生产醋酸与醋酐所需的燃料气，一氧化碳的生产、纯氢的生产等，也可用于联合循环（IGCC）发电装置，适用范围较广。

附图说明

图1是本实用新型所提供的气化炉结构示意图；

图2是本实用新型所提供的出气冷却***结构示意图；

图3是图2的C-C断面图；

图4是本实用新型所提供的多通道组合式旋混烧嘴结构示意图；

图5是图4的A-A断面图；

图6是图4的B-B断面图。

图中：1、排渣口、2、循环水管、3、出气冷却***，301、防冲刷板，302、喷水口，303、夹套罩，304、支撑管，305、夹套水管，306、冷却水进口，4、环形水冷管，5、炉壳，6、保护衬层，7、烧嘴，701、开工喷枪，702、原料通道，703、气化剂通道，704、螺旋冷却管，705、冷却腔体，706、冷却腔体，8、压力计，9、液位计， 10、出气集合管，11、气体出口，12、水夹套，13：渣水出口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细描述：

如图1所示，本实施例披露了一种水冷气化炉，与传统气化炉的气化室类似的是，该水冷气化炉包括金属炉壳5构成的炉体，炉体由上部的气化室和下部的激冷室构成，气化室包括隔热衬里或水冷壁，设置在炉壳5内侧，用于保护炉壳5在100～450℃左右温度下能承受工艺要求的压力（0.1～12Mpa），气化室上还设置有温度计及取压口。激冷室内充有一定液位的水，并设置有人孔，方便检修。炉体顶部封头设置有烧嘴7，底部封头设置有排渣口1。

根据原料成分计算反应温度，合理的控制氧煤比，原料煤（干粉煤或水煤浆）或其他烃类燃料与气化剂通过烧嘴7以射流方式进入炉膛气化室，高温煤气及炉渣从上部的气化室出口排出，进入激冷室，从而产生合成气，再进入下一道工序。

本实用新型的技术方案涉及对激冷室的改进，激冷室主要包括水夹套12、环形水冷管4和出气冷却***3等结构，用以使高温煤气有效地降温。

水夹套12为内部充满锅炉给水的夹套结构，设置在炉壳5内侧，一方面可吸收激冷气体的热量产生蒸汽，一方面用于保护炉壳5内壁。

环形水冷管4设置在激冷室入口处，布置于所述气化室的锥段下方，至少为一根，具体数量由高温煤气以及炉渣的冷却效果确定。环形水冷管4的外环壁上均布有多个进水管，进水管穿过炉壳5伸出炉体之外单独进水，这样更有利于安全。环形水冷管4的内环壁上均布有若干喷孔，能够同时向环形水冷管4中心喷水，形成多层水冷环。这样，由气化室并流下来的高温煤气和炉渣首先经过水冷环进入激冷室，进行初步冷却。

激冷室的液面以下一段距离处设置有出气集合管10，出气集合管10一端为封口端，位于炉体内，另一端伸出炉体之外，设置有气体出口11，连接下一道工序。出气集合管10上面连接有至少一个出气冷却***3，其数量根据气化炉生产负荷决定，出气冷却***3位于液面以上。

具体地，如图2和图3所示，出气冷却***3主要由夹套水管305、支撑管304和夹套罩303构成。夹套水管305为具有夹套结构的管体，其底部通过法兰安装在出气集合管 10上表面，下部侧壁上设置有冷却水进口306，顶部设置有多个支撑管304。支撑管301顶部连接有夹套罩303，夹套罩303为具有夹套结构的伞状体，罩在夹套水管305顶部。这样，夹套罩303和夹套水管305之间由多个支撑管304相连，并且两者之间形成缝隙。夹套罩303的顶端设置有多个喷水口302。喷水口302喷出的冷却水在夹套罩303表面形成水膜，并与激冷室液面之间形成水幕，高温煤气通过水幕及夹套罩303和夹套水管305之间的缝隙进一步冷却后进入出气集合管10中。为防止由气化室并流下来的高温煤气和炉渣堵塞喷水口，在喷水口302上方设置有防冲刷板301，防冲刷板301通过肋板安装在夹套罩303上，同时，防冲刷板301还兼顾破碎激冷过程中形成的大块熔渣的功能。防冲刷板301外表面喷涂耐磨抗高温材料，耐磨抗高温材料一般为碳化硅涂料等。

其中，夹套水管305的夹层、夹套罩303的夹层和支撑管304彼此相通，因此，冷却水由冷却水进口306进入，逐步充满夹套水管305夹层、支撑管304和夹套罩303夹层，然后由夹套罩303顶部的喷水口302喷出，再沿夹套罩303表面滑落进入激冷室。这样，一方面可以保护顶部的防冲刷板301，另一方面也能保护夹套罩303，使之不至于被高温炉渣烧坏，还能兼顾进一步冷却高温煤气的作用。此部分应采用锅炉给水，以防止出气冷却***3中各部件的夹套结构堵塞。

基于出气冷却***3的以上结构，由环形水冷管4初步冷却后的一部分高温煤气与激冷室的液面接触，换热冷却后的气体上升并通过出气冷却***3中汇集至出气集合管10，另一部分高温煤气直接通过出气冷却***3进入出气集合管10，混合后的煤气通过气体出口11排出气化炉。其中，这两部分煤气都是由夹套罩303与夹套水管305之间的缝隙进入到夹套水管305内，再汇集至出气集合管10。

一般情况下，水冷气化炉的烧嘴包括两个，分别为工艺烧嘴和开工烧嘴。本实用新型的技术方案还公开了一种将工艺烧嘴和开工烧嘴组合为一体的混合烧嘴，将开工烧嘴设置于工艺烧嘴的中心腔体内，仅在炉体顶部封头上设置一个即可，称之为组合式旋混烧嘴。组合式旋混烧嘴直接***炉体，底端头部与隔热衬里或水冷壁平齐，以保护喷孔；组合式旋混烧嘴的中心与气化炉中线重合，以便有效分布流场。

如图4所示，组合式旋混烧嘴中心腔体设置有开工喷枪701，兼具点火使用，为开车运行前期阶段点火使用；当气化炉满足投产条件后，组合式旋混烧嘴通入原料及气化剂，此时作为工艺烧嘴使用。组合式旋混烧嘴配有多个原料通道702和多个气化剂通道703，原料通道702用于通入干粉煤或水煤浆等原料煤或其他烃类燃料，气化剂通道703用于提供气化炉燃料燃烧用气化剂。结合图5和图6所示，原料通道702和气化剂通道703均设置多个切向旋转进口，原料及气化剂通向地以切向旋转的方式喷入炉膛，以便原料与气化剂混合的更加充分。

在组合式旋混烧嘴下半部分的外部设有螺旋冷却管704，以螺旋形状紧密缠绕在烧嘴7的最外部，螺旋冷却管704具有单独的进、出水口，并采用锅炉给水。螺旋冷却管704底部形成空腔充满水，作为一个冷却腔体705，更有利于保护组合式旋混烧嘴的喷头头部。

本实用新型技术方案中的气化炉中气化产生的炉渣沉积到炉体下部的渣水中，炉体底部设置两组排渣结构，排渣口1仅用于大块固渣间断排出炉外。同时，在炉体底部还设置有渣水出口13，正常运行过程中，较细炉渣通过渣水出口13依靠外部设备排出，气化炉激冷室还设置有压力计8和液位计9，外部集渣设备也设有测压装置，当气化炉与外部集渣设备的压差达到一定数值后，联锁控制排渣过程。在排渣过程中，堆积在气化炉激冷室底部的粗渣及固体颗粒，通过循环水管2的循环作用，从渣水出口13进入外部集渣设备，保证炉渣的稳定排出。

综上所述，本实用新型的气化炉的工艺过程是，原料煤或其他烃类燃料与气化剂先通过组合式旋混烧嘴以射流方式进入炉膛气化室，根据煤种成分计算反应温度，合理的控制氧煤比，产生合成煤气。反应后的高温煤气通过环形水冷管4进入激冷室，激冷室采用水夹套形式替代了之前的堆焊结构，水夹套中利用激冷的热量生产蒸汽，从而提高能量利用率又降低了成本。激冷后的煤气通过出气冷却***3汇集至出气集合管10，混合后的煤气通过气体出口11排出气化炉，进入下一道工序。气化产生的炉渣沉积到炉体下部的渣水中，炉体底部设置排渣口1和渣水出口13，通过外部集渣设备将炉渣排出炉外。

尽管上面结合附图对本实用新型的优选实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种水冷气化炉，包括炉壳围成的炉体，所述炉体顶部封头设置有烧嘴，底部封头设置有排渣口，所述炉体由上部的气化室和下部的激冷室构成，其特征在于，所述激冷室在所述炉壳内侧设置有水夹套；所述激冷室的入口处设置有外部进水的环形水冷管，所述环形水冷管布置于所述气化室的锥段下方，所述环形水冷管内环壁上均布有喷孔；所述激冷室的液面以下设置有一端为气体出口的出气集合管，所述出气集合管上面连接有位于所述液面以上的出气冷却***；所述出气冷却***包括与所述出气集合管通过法兰连接的夹套水管，所述夹套水管的一侧设置有冷却水进口，所述夹套水管的顶部通过支撑管连接有伞状的夹套罩，所述夹套罩顶部设置有喷水口。

2.根据权利要求1所述的一种水冷气化炉，其特征在于，所述烧嘴是中心腔体设置有开工喷枪的组合式旋混烧嘴，所述组合式旋混烧嘴分别设置具有多个切向旋转进口的原料通道和具有多个切向旋转进口的气化剂通道，所述组合式旋混烧嘴外部设置有螺旋冷却管，所述螺旋冷却管底部设置有冷却腔体。

3.根据权利要求1所述的一种水冷气化炉，其特征在于，所述喷水口上方设置有通过肋板安装在所述夹套罩上的防冲刷板。

4.根据权利要求3所述的一种水冷气化炉，其特征在于，所述防冲刷板表面设置有耐磨抗高温材料层。

5.根据权利要求1所述的一种水冷气化炉，其特征在于，所述炉体底部设置有渣水出口。