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气流床气化炉及其热量回收方法

文献发布时间:2023-06-19 18:37:28


气流床气化炉及其热量回收方法

技术领域

本发明涉及能源清洁利用技术领域,具体而言,涉及一种气流床气化炉及其热量回收方法。

背景技术

煤和氧气通过烧嘴进入气流床气化炉内产生合成气,高温合成气和熔渣一并进入激冷室或辐射废锅,进入激冷室后通过激冷水直接激冷,使合成气和熔渣温度由1450℃左右降低至200℃左右;进入辐射废锅后与高压锅炉给水间接换热产生高压蒸汽,使合成气和熔渣温度由1450℃左右降低至800℃左右后再进入激冷室进一步洗涤降温;前者高温热量未回收,气化热煤气效率最低,后者,虽然回收高温合成气显热,但传热效率相对低,尤其是1500吨级及以上气化炉受设备尺寸及装置整体投资的双向限制,为确保回收更多合成气显热,在废锅筒体水冷壁内设置吊挂水冷壁翅片组,增加对流换热以达到提高换热效率,但增设吊挂水冷壁翅片组后缩小了高温灰渣流动通道,增加了废锅内结渣堵渣风险。

鉴于此,特提出本申请。

发明内容

本发明提供了一种气流床气化炉及其热量回收方法,其能够尽可能提高显热回收率的同时,减少下渣口结渣堵渣风险。

本发明的实施例可以这样实现:

第一方面,本发明提供一种气流床气化炉,包括气化炉燃烧室,气化炉燃烧室通过下渣口连接有辐射废锅,下渣口连接有热壁渣口段和设置在热壁渣口段下方的冷壁渣口段,冷壁渣口段的内径大于热壁渣口段的内径。

在可选的实施方式中,热壁渣口段高径比为2:1-6:1;

优选地,热壁渣口段由耐火砖砌成;

优选地,冷壁渣口段为筒形水冷壁结构,冷壁渣口段下端设置有渣导向嘴,渣导向嘴的内径大于冷壁渣口段的内径。

在可选的实施方式中,热壁渣口段和冷壁渣口段连接的一端套设有金属膨胀节。

在可选的实施方式中,辐射废锅内设置有废锅筒形冷却壁,热壁渣口段和冷壁渣口段之间通过带水夹套的连接板连接;带水夹套的连接板和辐射废锅外壁之间通过渣口支撑板连接;冷壁渣口段和辐射废锅之间设置有水平隔离墙,水平隔离墙、渣口支撑板、冷壁渣口段、辐射废锅筒型冷却壁和辐射废锅外壁之间围成废锅死区;

优选地,水平隔离墙和/或辐射废锅筒型冷却壁为CO

优选地,冷壁渣口段和水平隔离墙之间设置有缓冲层;

优选地,缓冲层为高温岩棉层。

在可选的实施方式中,冷壁渣口段外侧沿周向设置有废锅吹扫气笼气罩,废锅吹扫气笼气罩上设置有进气口和出气口;

优选地,进气口处设置有折流分布挡板;

优选地,出气口位于缓冲层上;

优选地,出气口有4-16个且均匀分布在缓冲层上;

优选地,出气口的口径为8mm-12mm。

在可选的实施方式中,还包括监测废锅死区内和辐射废锅内压差的压差监测装置,压差监测装置连接有报警器;

优选地,压差监测装置包括设置在废锅死区内的内侧取压装置和设置在水平隔离墙下方的外侧取压装置,内侧取压装置和外侧取压装置的取压口处均设置有与吹扫气源连接的吹扫装置;

优选地,辐射废锅上设置有合成气出口,外侧取压装置所在位置与合成气出口所在位置连通;

优选地,还包括连通或隔离水平隔离墙两侧的紧急平衡阀,压差监测装置与控制紧急平衡阀开关的控制器信号连接;

优选地,合成气出口和废锅死区之间设置有连通管,紧急平衡阀位于连通管上,连通管的进口位于废锅吹扫气笼气罩进气口处;

优选地,连通管上设置有用于去除管内气体所含杂质的冲洗水环;

优选地,紧急平衡阀出气侧的连通管竖直设置,紧急平衡阀进气侧的连通管逐渐向上倾斜设置;

优选地,还包括紧急平衡阀设置在连通管进口端最高点倾斜位置,紧急平衡阀下方最短距离设置为废锅吹扫气笼气罩进气口处;

优选地,还包括设置在水平隔离墙上的爆破装置,爆破装置与压差监测装置的外侧取压口连接;

在可选的实施方式中,CO

优选地,汽轮机或发电装置上还连接有辅助循环系统,辅助循环系统包括与汽轮机或发电装置的超临界CO

优选地,上集箱和下集箱均呈筒形,且辐射废锅、上集箱和下集箱同轴设置。

在可选的实施方式中,气化炉燃烧室底部呈锥形;

优选地,气化炉的烧嘴设置在顶部,烧嘴有1-4个;

优选地,气化炉的烧嘴设置在侧面,烧嘴有4-10个。

在可选的实施方式中,辐射废锅底部设置有下降管,下降管伸入上升筒内,上升筒的出气口与合成气出口连通。

第二方面,本发明提供一种前述实施方式任意一项的气流床气化炉热量回收方法,利用超临界CO

本发明实施例的有益效果包括,例如:

热壁渣口段可以减小消旋导致气化熔渣在较长渣口内停留时间过长,使高温熔渣存在降温冷凝堵塞渣口的风险;冷壁渣口段较热壁渣口段直径大,直径扩大主要是配合渣导向嘴,降低合成气和熔渣进入辐射废锅的速度,从而确保高温合成气和熔渣在进入辐射废锅后在水平隔离墙处不产生较大负压区,避免熔渣沿水平隔离墙蠕动向前并粘结在水平隔离墙,逐步累积成块状,块状熔渣易出现脱落堵塞通道风险,同时降低合成气入辐射废锅处速度,以提高辐射废锅换热效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本发明的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请中气流床气化炉的结构示意图;

图2为本申请中气流床气化炉的局部结构示意图。

图标:100-气化炉燃烧室;111-热壁渣口段;112-冷壁渣口段;113-金属膨胀节;114-烧嘴;115-渣口支撑板;200-辐射废锅;211-水平隔离墙;212-缓冲层;213-笼气罩;214-折流分布挡板;215-连通管;216-紧急平衡阀;217-冲洗水环;218-爆破装置;219-吹扫气源;220-压差监测装置;221-上集箱;222-下集箱;229-汽轮机;223-冷热交换装置;224-加压设备;225-冷却器;226-缓冲罐;227-下降管;228-上升筒。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此,以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围,而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中,需要说明的是,若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。

此外,若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述,而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明的实施例中的特征可以相互结合。

请参考图1和图2,本实施例提供一种气流床气化炉,包括气化炉燃烧室100,气化炉燃烧室100通过下渣口连接有辐射废锅200,下渣口连接有热壁渣口段111和设置在热壁渣口段111下方的冷壁渣口段112,冷壁渣口段112的内径大于热壁渣口段111的内径。

热壁渣口段111可以减小消旋导致气化熔渣在较长渣口内停留时间过长,使高温熔渣存在降温冷凝堵塞渣口的风险;冷壁渣口段112较热壁渣口段111直径大,直径扩大主要是配合渣导向嘴,降低合成气和熔渣进入辐射废锅200的速度,从而确保高温合成气和熔渣在进入辐射废锅200后在水平隔离墙处不产生较大负压区,避免熔渣沿水平隔离墙蠕动向前并粘结在水平隔离墙,逐步累积成块状,块状熔渣易出现脱落堵塞通道风险,同时降低合成气入辐射废锅处速度,以提高辐射废锅换热效率。

本申请的其他实施例中,热壁渣口段111高径比为2:1-6:1,直径主要是配合气化炉反应的需求,长度主要为消除高温合成气和熔渣出气化炉所产生的径向切向力,即所谓的消旋;

优选地,热壁渣口段111由耐火砖砌成;

优选地,冷壁渣口段112为水冷壁结构,冷壁渣口段112下端设置有渣导向嘴,渣导向嘴的内径大于冷壁渣口段112的内径,冷壁渣口段112设置高径比远小于热壁渣口段111,下渣口下端较上端直径大,长度短,进一步防止熔融灰渣粘结到水平隔离墙211上,且使高温合成气及熔渣逐步降低速度,降低垂直向下速度,增加换热效率。

本申请的其他实施例中,热壁渣口段111和冷壁渣口段112连接的一端套设有金属膨胀节113。

本申请的其他实施例中,辐射废锅内设置有废锅筒形冷却壁,热壁渣口段和冷壁渣口段之间通过带水夹套的连接板连接;带水夹套的连接板和辐射废锅外壁之间通过渣口支撑板115连接;冷壁渣口段和辐射废锅之间设置有水平隔离墙,水平隔离墙、渣口支撑板115、冷壁渣口段、辐射废锅筒型冷却壁和辐射废锅外壁之间围成废锅死区;

优选地,水平隔离墙211和/或辐射废锅200筒型冷却壁为CO

优选地,冷壁渣口段112和水平隔离墙211之间设置有缓冲层212;

优选地,缓冲层212为高温岩棉层,冷壁渣口段112和水平隔离墙211之间设有一定间隙并用高温岩棉塞实,用于消除两种不同换热介质及不同管材热膨胀。

冷壁渣口段112和辐射废锅200之间设置有水平隔离墙211,本实施例中冷壁渣口段112和渣导向嘴的直径扩大可以降低合成气进入辐射废锅200的速度,从而确保高温合成气和熔渣在进入废锅后在水平隔离墙211处不产生较大负压区,避免熔渣沿水平隔离墙211蠕动向前并粘结在水平隔离墙211上并逐步累积成块状,块状易脱落堵塞高温合成气和熔渣通道。另外,带水夹套连接板及渣口支撑板115可起到对热壁渣口段111耐火砖的支撑作用。

本申请的其他实施例中,冷壁渣口段112外侧沿周向设置有废锅吹扫气笼气罩213,废锅吹扫气笼气罩213上设置有进气口和出气口,为防止废锅内高温合成气从消除热应力的高温岩棉处进入废锅死区,导致CO

优选地,进气口处设置有折流分布挡板214,这折流分布挡板214可以是朝向进气口设置,使吹扫气从折流分布挡板214四周均匀进入到笼气罩内,从而防止吹扫气冲刷磨损下渣口水冷壁;

优选地,笼气罩213为水冷壁结构,为防止装置异常工况下,废锅内高温合成气从消除热应力的高温岩棉处进入废锅死区,直接接触废锅壳体外壁,使之超温变形,损坏设备,水冷壁结构的笼气罩213对反窜各高温气进行缓冲、降温,保护废锅死区壳体。优选地,出气口位于缓冲层212上;

优选地,出气口有4-16个且均匀分布在缓冲层212上;

优选地,出气口的口径为8mm-12mm,保持水平隔离墙211两侧压力平衡。

本申请的其他实施例中,还包括监测废锅死区内和辐射废锅200内压差的压差监测装置220,压差监测装置220连接有报警器,压力超过预设值时,启动报警器,提醒操作人员,避免CO

优选地,压差监测装置220包括设置在废锅死区内的内侧取压装置和设置在水平隔离墙211下方的外侧取压装置,内侧取压装置和外侧取压装置的取压口处均设置有与吹扫气源219连接的吹扫装置,在爆破装置内侧可利用取压口也单独通入连续吹扫保护气,确保爆破装置处于清洁环境,使得内侧取压装置和外侧取压装置能够取得相对准确的压力;

优选地,辐射废锅上设置有合成气出口,辐射废锅200上设置有合成气出口,外侧取压装置所在位置与合成气出口所在位置连通;

优选地,还包括连通或隔离水平隔离墙211两侧的紧急平衡阀216,压差监测装置220与控制紧急平衡阀216开关的控制器信号连接,压力超过预设值时,开启紧急平衡阀216,以平衡压力,确保CO

优选地,合成气出口和废锅死区之间设置有连通管215,紧急平衡阀216位于连通管215上,连通管215的进口位于废锅吹扫气笼气罩213进气口处;

优选地,连通管215上设置有用于去除管内气体所含杂质的冲洗水环217,由于合成气中含有颗粒杂质和水分,因此设置冲洗水环217,对连通管215内的合成气进行除杂,避免合成气中的杂质在连通管215内积累,造成连通管215或紧急平衡阀216堵塞;

优选地,紧急平衡阀216出气侧的连通管215竖直设置,使得水分和颗粒杂质能够在重力作用下与合成气分离,紧急平衡阀216进气侧的连通管215逐渐向上倾斜设置,紧急平衡阀设置在连通管进口端最高点倾斜位置,紧急平衡阀下方最短距离设置为废锅吹扫气笼气罩进气口,尽量保证紧急平衡阀216及阀前管线清洁畅通,减少堵塞可能;

优选地,还包括设置在水平隔离墙211上的爆破装置218,爆破装置与压差监测装置的外侧取压口连接;

爆破装置设置在压差监测装置的外侧取压口顶部,确保取压口清洁畅通,爆破装置处于清洁环境中,若爆破装置两侧压差进一步加大,达到爆破装置设定压力时,爆破装置爆破平衡锅筒型CO

本申请的其他实施例中,CO

优选地,汽轮机229上还连接有辅助循环系统,辅助循环系统包括与汽轮机229的超临界CO

优选地,上集箱221和下集箱222均呈筒形,且辐射废锅200、上集箱221和下集箱222同轴设置。

本申请的其他实施例中,辐射废锅200底部设置有下降管227,下降管227伸入上升筒228内,上升筒228的出气口与合成气出口连通。

来自超临界CO

熔渣掉入激冷室底部水浴中激速冷却,正常运行时激冷室内控制一定液位,确保熔融灰渣掉入后激速冷却,形成粗渣排出,由于合成气不经激冷室水浴,激冷室内不需要设置激冷环,设置激冷喷头,只需设置补水管线,且补水量小,补水主要控制排渣温度,为维持激冷室液位稳定,激冷室底部,或渣锁斗顶部抽少量水到闪蒸系统,闪蒸负荷小,综合能耗低。

吸收热量后的超临界CO

本申请的其他实施例中,气化炉燃烧室100底部呈锥形,确保气化炉内的返混,从而确保气化炉整体气化的碳转换率;

优选地,气化炉的烧嘴114设置在顶部,烧嘴114有1-4个;

优选地,气化炉的烧嘴114设置在侧面,烧嘴114有4-10个。

第二方面,本发明提供一种前述实施方式任意一项的气流床气化炉热量回收方法,利用超临界CO

以上,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

技术分类

06120115630484