一种高效半废锅气化装置

技术领域

本发明涉及煤气化技术，尤其是涉及一种高效半废锅气化装置。

背景技术

当今煤气化技术以气流床煤气化技术最为流行，气流床煤气化技术主要包括壳牌粉、GSP、科林、HT-L、东方炉等干煤粉加压气化技术加压气化技术；GE、多喷嘴、清华炉等水煤浆加压气化技术。与其他流动方式(固定床、流化床)煤气化技术相比，气流床煤气化技术以其易大规模化、煤种适应范围广、碳转化率高、有效气产率高等优点在业界颇受重视。

在气流床煤气化技术中，其关键设备气化炉的热量回收方式有全废锅和激冷流程。

如公开号为CN111647439A的中国专利文献公开了一种回收干煤粉余热的废锅气化装置及方法，采用辐射废锅加对流废锅的设计，辐射废锅为两层水冷壁有上升的二次通道与对流废锅相结合，能最大限度的回收高温合成气的显热，热量利用率高。

公开号为CN112940792A的中国专利文献公开了一种上激冷式气化炉，气化反应室的顶部出口与合成气导管的一端相连通，合成气导管的另一端插入于激冷水槽内，换热器设置在激冷水槽上部，气化反应室的内壁为水冷壁，气化炉壳体的底部设置有合成气出口，气化反应室烧嘴插入于气化反应室内。该气化炉能够在冷却高温合成气的同时，实现合成气中显热的回收，减少激冷水的用量。

然而，根据产品对原料气组分要求的不同，现有的热量回收方式不是太合理，适用的领域较为单一。全废锅流程的气化工艺热量回收充分，生产的气体直接作为燃料使用适合于IGCC发电或燃料气行业；采用半废锅流程气化工艺回收部分热量，出气化装置的合成气中水蒸汽含量适中，生产的气体适合部分变换的煤制甲醇或者乙二醇等的行业；激冷流程的气化工艺出气化装置的合成气中水蒸汽含量高，生产的气体适用深度变换的煤制氢行业。

发明内容

本发明提供了一种高效半废锅气化装置，结构紧凑且易于制造，热量回收合理，成本低，可以适用于煤制甲醇或者乙二醇合成气的运行工况，能够长周期稳定运行。

一种高效半废锅气化装置，包括气化炉壳体，所述气化炉壳体内从上至下依次布置有燃烧室、辐射废锅室和激冷室；

所述燃烧室的顶部设有一个中心烧嘴和至少两个斜喷烧嘴，燃烧室的上部设有燃烧室主水冷壁，下部设有燃烧室渣口水冷壁；所述中心烧嘴和斜喷烧嘴的周边填充满第一隔热材料；燃烧室主水冷壁与第一隔热材料的托板通过第一膨胀节连接；

所述的辐射废锅室上设有辐射废锅室主水冷壁，所述的辐射废锅室主水冷壁与燃烧室的托板通过第二膨胀节连接；第二膨胀节向燃烧室渣口水冷壁一侧设置有第二隔热材料；

所述的激冷室包括下降管以及设置在下降管上端部的激冷环，所述的激冷环与辐射废锅室的托板连接；激冷环上设置有激冷水喷口，所述的激冷环通过管道与激冷水入口连接；所述激冷室上部的侧面设有合成气出口，下部的侧面设有黑水排放口，锥部设有排渣循环水入口，底部设有渣水出口；所述的下降管插到激冷室的液面以下。

优选地，所述中心烧嘴(101)和斜喷烧嘴(102)外部设置有盘管冷却装置，可以很好的起到对烧嘴折保护作用，延长设备的使用寿命。

所述的中心烧嘴和斜喷烧嘴中心线组成的夹角为32°，可以增加干粉或料浆或工业废物和氧气在气化炉的混合强度，提高碳和其他气化剂的转化率。所述斜喷烧嘴的个数为偶数个。

优选地，所述的燃烧室主水冷壁采用列管式水冷壁结构，燃烧室主水冷壁上设置有两对燃烧室温度计口，每个燃烧室温度计口上面安装有一个炉膛温度计。

所述燃烧室主水冷壁上设置有四个燃烧室主水冷壁进水口和四个燃烧室主水冷壁出水口，采用四进四出的结构，所述燃烧室主水冷壁的内壁设有碳化硅涂层。

所述的渣口水冷壁采用上下口直径一样大小的盘管结构，并且盘管深到辐射废锅室内部。

所述辐射废锅室主水冷壁采用列管式水冷壁结构，辐射废锅室主水冷壁设置有四个辐射废锅主水冷壁进水口和四个辐射废锅主水冷壁出水口，采用四进四出的结构，下部采用不收口结构。

所述辐射废锅室主水冷壁内部设置辐射屏管组件，根据辐射废锅室热负荷的大小，设置辐射屏管组件8～16组。

所述激冷水喷口的直径为8～16mm，根据出辐射废锅室合成气热负荷的大小，设置激冷水喷口个数为40～80个。

根据出辐射废锅室合成气热负荷需要激冷水量的大小，设置激冷水入口的个数4～6个。

优选地，所述的激冷水喷口与下降管组成的夹角为45°。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明具有结构简单，热量回收充分，易于大型化，使用寿命长且成本低，适用范围广等诸多优点。

附图说明

图1为本发明一种高效半废锅气化装置的整体结构示意图；

图2为图1中燃烧室的局部放大图；

图3为图1中辐射废锅室的局部放大图；

图4为图1中激冷室的局部放大图。

图中：101-中心烧嘴；102-斜喷烧嘴；103-第一隔热材料；104-燃烧室主水冷壁出水口；105-燃烧室温度计口；106-气化炉壳体隔热材料；107- 燃烧室主水冷壁；108-燃烧室渣口水冷壁；109-第一膨胀节；110-第二隔热材料；111-燃烧室主水冷壁进水口；112-辐射废锅室主水冷壁出水口； 113-辐射屏管出水口；114-辐射废锅室主水冷壁；115-辐射屏管；116-辐射屏管进水口；117-辐射废锅室主水冷壁进水口；118-第三隔热材料；119- 激冷水喷口；120-下降管；121-合成气出口；122-激冷水入口；123-黑水排放口；124-排渣循环水入口；125-渣水出口；126-激冷环；127-第二膨胀节；128-第四隔热材料。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。

如图1～4所示，一种高效半废锅气化装置，包括气化炉壳体，气化炉壳体内从上至下依次布置有燃烧室、辐射废锅室和激冷室。气化炉壳体内壁设有气化炉壳体隔热材料106。

如图2所示，燃烧室的顶部设有一个中心烧嘴101和至少两个斜喷烧嘴102，燃烧室的上部设有燃烧室主水冷壁107，下部设有燃烧室渣口水冷壁108。中心烧嘴101和斜喷烧嘴102的周边填充满第一隔热材料103。燃烧室主水冷壁107采用下部支撑上部膨胀结构，燃烧室主水冷壁107与第一隔热材料103的托板通过第一膨胀节109连接；第一膨胀节109朝向燃烧室内的一侧设有第二隔热材料110。

如图3所示，辐射废锅室上设有辐射废锅室主水冷壁114，辐射废锅室主水冷壁114采用下部支撑上部膨胀结构，辐射废锅室主水冷壁114与燃烧室的托板通过第二膨胀节127连接；第二膨胀节127向燃烧室渣口水冷壁108一侧设置有第三隔热材料118。

如图4所示，激冷室包括下降管120以及设置在下降管120上端部的激冷环126，激冷环126与辐射废锅室的托板连接；激冷环126上设置有激冷水喷口119，激冷水喷口119与下降管120组成的夹角为45°。激冷环126通过管道与激冷水入口122连接；激冷室上部的侧面设有合成气出口121，下部的侧面设有黑水排放口123，锥部设有排渣循环水入口124，底部设有渣水出口125；下降管120插到激冷室的液面以下。

中心烧嘴101和斜喷烧嘴102中心线组成的夹角为32°，可以增加干粉或料浆或工业废物和氧气在气化炉的混合强度，提高碳和其他气化剂的转化率。中心烧嘴101和斜喷烧嘴102负荷分配比例6:2:2，可以根据项目对气化炉台数的需要，增大单炉的处理负荷；根据气化炉负荷的大小情况，斜喷烧嘴102的个数可以偶数倍增加，易于实现气化炉的大型化。中心烧嘴101和斜喷烧嘴102外部设置有盘管冷却装置，可以很好的起到对烧嘴折保护作用，延长设备的使用寿命。

燃烧室主水冷壁107采用列管式水冷壁结构，设置有四个燃烧室主水冷壁进水口111和四个燃烧室主水冷壁出水口104，采用四进四出的结构主水冷壁管长度短水循环系统阻力小，汽包适当的提高位置就可以实现燃烧室主水冷壁水管内的水自然循环。燃烧室主水冷壁107上设置有两对燃烧室温度计口105，每个燃烧室温度计口105上面安装有一个炉膛温度计，一个燃烧室主水冷壁107管温度计，一个环腔温度计，便于测量不同高度不位置的温度变化，操作人员根据各点温度变化情况及时进行操作工况的调整，使运行工况达到最优。

燃烧室主水冷壁107采用下部支撑上部膨胀结构，采用第一膨胀节 109来吸收燃烧室主水冷壁107在开停车过程中的热胀冷缩，可以很好的解决了开停车过程中热膨胀的问题，同时第一膨胀节109向炉内一侧设置有第二隔热材料110，可以解决膨胀节过热的问题；燃烧室主水冷壁107 内壁筑碳化硅材料，可以解决了原始开车时对水冷壁的磨损问题。

辐射废锅室主水冷壁114采用列管式水冷壁结构，设置有四个辐射废锅主水冷壁进水口117和四个辐射废锅主水冷壁出水口112，采用四进四出的结构主水冷壁管长度短水循环系统阻力小，废锅汽包适当的提高位置就可以实现辐射废锅室主水冷壁水管内的水自然循环。辐射废锅室主水冷壁114采用下部支撑上部膨胀结构，采用第二膨胀节127来吸收辐射废锅室主水冷壁114在开停车过程中的热胀冷缩，可以很好的解决了开停车过程中热膨胀的问题，同时第二膨胀节127向燃烧室渣口水冷壁108一侧设置有第三隔热材料118，可以解决膨胀节过热的问题。辐射废锅室主水冷壁114内部设置辐射屏管115组件，辐射屏管115组件的上端设有辐射屏管出水口113，下端设有辐射屏管进水口116。根据辐射废锅室热负荷的大小，设置辐射屏管115组件8～16组，可以很好的解决气化炉大型化后热回收不充分的问题；同时辐射废锅室主水冷壁114下部采用不收口结构，可以有效的防止辐射废锅室水冷壁挂渣的问题。辐射废锅室和激冷室之间设有第四隔热材料128。

激冷环126上面设置有激冷水喷口119，激冷水喷口119与下降管120 组成的夹角为45°，由此，喷水口喷出的激冷水与高温合成气进行充分混合，对合成气进行降温冷却，该种结构冷却水和合成气均匀混合冷却降温的特点。根据出辐射废锅室合成气热负荷的大小，激冷水喷口119直径8～ 16mm，设置激冷水喷口119个数为40～80个，设置激冷水入口122个数为4～6个，个数可以偶数倍增加，便于调节水量降低激冷水系统阻力。

激冷室下部侧面设有黑水排放口123，便于气化炉黑水排出至闪蒸系统；激冷室锥部设有排渣循环水入口124，便于渣锁斗循环水在气化炉底部和渣锁斗之间进行循环，便于气化炉底部的灰渣通过激冷室底部的渣水出口125顺利的排到渣锁斗。

下降管120插到气化炉激冷室的液面以下，降温后的合成气经过与激冷水进行充分混合、降温、冷却，并一同进入气化炉的激冷室后，气化炉的液位更加稳定，运行稳定性更好，洗涤降温后的合成气经过合成气出口121排出气化炉。

本发明的一种半废锅气化炉结构简单，热量回收充分，易于大型化，使用寿命长且成本低，适用范围广等诸多优点。

以上所述的实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换，均应包含在本发明的保护范围之内。