一種水冷氣化爐的制作方法

專利名稱：一種水冷氣化爐的制作方法
技術領域：
本發明涉及煤氣化技術領域，具體的說，是涉及由固態含碳物料生產發生爐煤氣、 水煤氣以及合成氣的水冷氣化爐。
背景技術：
目前國內煤氣化工業正在蓬勃發展，許多先進的煤氣化技術都已進入國內，結合我國能源特點，煤的潔凈與高效利用在我國極為重要，是當今我國能源與環境保護領域的重要技術課題，也是我國國民經濟持續發展的關鍵技術之一。而煤氣化技術中氣化爐是最為關鍵的設備，大部分煤化工項目都需要經歷煤炭經氣化爐轉化為合成氣這一環節，為此眾多的科技人員研究、開發了各種類型的氣化爐。目前采用的氣化技術中，按照原料分，主要有采用水煤漿為原料的氣化爐和采用煤粉為原料的氣化爐兩類。其中，有代表性的采用水煤漿為原料的氣化爐有德士古 (Texaco)氣化爐和華東理工大學的多噴嘴對置式氣化爐；而采用煤粉為原料的氣化爐有謝爾(Siell)氣化爐和GSP/CH0REN氣化爐。德士古氣化爐運行較好，但水煤漿對煤種要求較高，國內很多地區的煤種不適用， 另外，國外的技術專利費也相對較高。華東理工的多噴嘴對置式氣化爐由于激冷室僅采用了下降管形式，在實際運行中出現激冷水水量不足不能形成均勻水膜保護下降管的現象，最終導致下降管受熱超溫變形，嚴重時甚至會燒穿下降管。謝爾氣化爐中煤氣與液渣呈反向流動，即煤氣向上，液渣向下。其缺點有三，其一， 熔融的渣因無熱煤氣相隨，極易凝固而堵塞出渣口 ；其二，懸浮在煤氣流中的細小煤渣要經過較長的管道，且改變流動方向，才能進入下游設備進行余熱回收或氣固分離，管道及下游設備極易堵塞，兩者都會縮短操作周期，其三，由于采用廢鍋流程，氣化爐及廢熱鍋爐的結構過于復雜，加工難度大，投資過高。GSP/CH0REN氣化爐技術加料過程復雜，環節較多，投資高，輸送過程易發生堵塞事件，影響裝置運行，氣化爐燃燒室采用螺旋繞管型式，流體阻力高，具有加工工藝難度大，換熱管不宜清理的缺點。

發明內容
本發明要解決的是現有氣化爐由于結構上一些缺陷導致工藝氣流通不暢、渣口易堵塞、內件損壞率高、投資比較大、適用范圍窄等技術問題，提供了一種結構改進的水冷氣化爐，使得高溫煤氣和爐渣并流且向下流動，經過水冷環進入激冷室，再經過出氣冷卻系統進入下一道工序。為了解決上述技術問題，本發明通過以下的技術方案予以實現一種水冷氣化爐，包括爐殼圍成的爐體，所述爐體頂部封頭設置有燒嘴，底部封頭設置有排渣口，所述爐體由上部的氣化室和下部的激冷室構成，所述激冷室在所述爐殼內側設置有水夾套；所述激冷室的入口處設置有外部進水的環形水冷管，所述環形水冷管布置于所述氣化室的錐段下方，所述環形水冷管內環壁上均布有噴孔；所述激冷室的液面以下設置有一端為氣體出口的出氣集合管，所述出氣集合管上面連接有位于所述液面以上的出氣冷卻系統；所述出氣冷卻系統包括與所述出氣集合管通過法蘭連接的夾套水管，所述夾套水管的一側設置有冷卻水進口，所述夾套水管的頂部通過支撐管連接有傘狀的夾套罩，所述夾套罩頂部設置有噴水口。所述燒嘴是中心腔體設置有開工噴槍的組合式旋混燒嘴，所述組合式旋混燒嘴分別設置具有多個切向旋轉進口的原料通道和具有多個切向旋轉進口的氣化劑通道，所述組合式旋混燒嘴外部設置有螺旋冷卻管，所述螺旋冷卻管底部設置有冷卻腔體。所述噴水口上方設置有通過肋板安裝在所述夾套罩上的防沖刷板。所述防沖刷板表面設置有耐磨抗高溫材料層。所述爐體底部設置有渣水出口。本發明的有益效果是(一 )由于環形水冷管布置于氣化室的錐段下部，因此其錐段結構可以有效的保護環形水冷管，同時，還能防止高溫煙氣夾帶未反應完成的顆粒堵塞環形水冷管的噴孔。(二)本發明的氣化爐以出氣冷卻系統替代普通氣化爐下降管、上升管的結構，加之激冷室采用水夾套形式替代了之前的堆焊結構，延長了設備穩定運行時間，在保護設備的同時也大大降低投資。(三)本發明的氣化爐通過增大激冷室入口，有效降低合成氣流速；當氣化爐處于高負荷運行時，或者爐溫偏高時，均能使氣化爐發氣量迅速增大，從而氣速增大，造成液面波動較大，運行不平穩；而降低氣速可有效地減輕氣體的沖蝕，防止渣口堵塞，同時，還能保證氣化爐液位的穩定。(四)本發明的氣化爐在頂部封頭中心設置一個組合式旋混燒嘴，將開工燒嘴和工藝燒嘴結合為一個整體，操作更為簡便，使原料與氣化劑混合更充分，有效地提高碳轉化率，且操作更為簡便；此外，采用組合式燒嘴可以避免開車預熱過程中頻繁更換的麻煩，降低了人工操作難度，縮短了開工點火時間。(五)激冷室采用水夾套形式替代了之前的堆焊結構，保護了設備，同時，利用了激冷氣體的熱量來生產蒸汽，提高了能量利用效率，既降低能耗又節約成本。(六)本發明的氣化爐使得宏觀上煤氣與液渣并流，且沿氣化爐主體的軸線自上向下流動，能夠有效抑制結渣。(七)本發明的氣化爐可用于制備合成氨、合成甲醇、羰基化法生產醋酸與醋酐所需的燃料氣，一氧化碳的生產、純氫的生產等，也可用于聯合循環(IGCC)發電裝置，適用范圍較廣。


圖1是本發明所提供的氣化爐結構示意圖；圖2是本發明所提供的多通道組合式旋混燒嘴結構示意圖；圖3是圖2的A-A斷面圖；圖4是圖2的B-B斷面圖5是本發明所提供的出氣冷卻系統結構示意圖；圖6是圖5的C-C斷面圖。圖中1、排渣口、2、循環水管、3、出氣冷卻系統，301、防沖刷板，302、噴水口，303、 夾套罩，304、支撐管，305、夾套水管，306、冷卻水進口，4、環形水冷管，5、爐殼，6、保護襯層， 7、燒嘴，701、開工噴槍，702、原料通道，703、氣化劑通道，704、螺旋冷卻管，705、冷卻腔體，
706、冷卻腔體，8、壓力計，9、液位計，10、出氣集合管，11、氣體出口，12、水夾套，13 渣水出□。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳細描述如圖1所示，本實施例披露了一種水冷氣化爐，與傳統氣化爐的氣化室類似的是， 該水冷氣化爐包括金屬爐殼5構成的爐體，爐體由上部的氣化室和下部的激冷室構成，氣化室包括隔熱襯里或水冷壁，設置在爐殼5內側，用于保護爐殼5在100 450°C左右溫度下能承受工藝要求的壓力(0. 1 12Mpa)，氣化室上還設置有溫度計及取壓口。激冷室內充有一定液位的水，并設置有人孔，方便檢修。爐體頂部封頭設置有燒嘴7，底部封頭設置有排渣口 1。根據原料成分計算反應溫度，合理的控制氧煤比，原料煤(干粉煤或水煤漿)或其他烴類燃料與氣化劑通過燒嘴7以射流方式進入爐膛氣化室，高溫煤氣及爐渣從上部的氣化室出口排出，進入激冷室，從而產生合成氣，再進入下一道工序。本發明的技術方案涉及對激冷室的改進，激冷室主要包括水夾套12、環形水冷管 4和出氣冷卻系統3等結構，用以使高溫煤氣有效地降溫。水夾套12為內部充滿鍋爐給水的夾套結構，設置在爐殼5內側，一方面可吸收激冷氣體的熱量產生蒸汽，一方面用于保護爐殼5內壁。環形水冷管4設置在激冷室入口處，布置于所述氣化室的錐段下方，至少為一根， 具體數量由高溫煤氣以及爐渣的冷卻效果確定。環形水冷管4的外環壁上均布有多個進水管，進水管穿過爐殼5伸出爐體之外單獨進水，這樣更有利于安全。環形水冷管4的內環壁上均布有若干噴孔，能夠同時向環形水冷管4中心噴水，形成多層水冷環。這樣，由氣化室并流下來的高溫煤氣和爐渣首先經過水冷環進入激冷室，進行初步冷卻。激冷室的液面以下一段距離處設置有出氣集合管10，出氣集合管10 —端為封口端，位于爐體內，另一端伸出爐體之外，設置有氣體出口 11，連接下一道工序。出氣集合管 10上面連接有至少一個出氣冷卻系統3，其數量根據氣化爐生產負荷決定，出氣冷卻系統3 位于液面以上。具體地，如圖2和圖3所示，出氣冷卻系統3主要由夾套水管305、支撐管304和夾套罩303構成。夾套水管305為具有夾套結構的管體，其底部通過法蘭安裝在出氣集合管 10上表面，下部側壁上設置有冷卻水進口 306，頂部設置有多個支撐管304。支撐管301頂部連接有夾套罩303，夾套罩303為具有夾套結構的傘狀體，罩在夾套水管305頂部。這樣， 夾套罩303和夾套水管305之間由多個支撐管304相連，并且兩者之間形成縫隙。夾套罩 303的頂端設置有多個噴水口 302。噴水口 302噴出的冷卻水在夾套罩303表面形成水膜， 并與激冷室液面之間形成水幕，高溫煤氣通過水幕及夾套罩303和夾套水管305之間的縫隙進一步冷卻后進入出氣集合管10中。為防止由氣化室并流下來的高溫煤氣和爐渣堵塞噴水口，在噴水口 302上方設置有防沖刷板301，防沖刷板301通過肋板安裝在夾套罩303 上，同時，防沖刷板301還兼顧破碎激冷過程中形成的大塊熔渣的功能。防沖刷板301外表面噴涂耐磨抗高溫材料，耐磨抗高溫材料一般為碳化硅涂料等。其中，夾套水管305的夾層、夾套罩303的夾層和支撐管304彼此相通，因此，冷卻水由冷卻水進口 306進入，逐步充滿夾套水管305夾層、支撐管304和夾套罩303夾層，然后由夾套罩303頂部的噴水口 302噴出，再沿夾套罩303表面滑落進入激冷室。這樣，一方面可以保護頂部的防沖刷板301，另一方面也能保護夾套罩303，使之不至于被高溫爐渣燒壞，還能兼顧進一步冷卻高溫煤氣的作用。此部分應采用鍋爐給水，以防止出氣冷卻系統3 中各部件的夾套結構堵塞。基于出氣冷卻系統3的以上結構，由環形水冷管4初步冷卻后的一部分高溫煤氣與激冷室的液面接觸，換熱冷卻后的氣體上升并通過出氣冷卻系統3中匯集至出氣集合管 10，另一部分高溫煤氣直接通過出氣冷卻系統3進入出氣集合管10，混合后的煤氣通過氣體出口 11排出氣化爐。其中，這兩部分煤氣都是由夾套罩303與夾套水管305之間的縫隙進入到夾套水管305內，再匯集至出氣集合管10。一般情況下，水冷氣化爐的燒嘴包括兩個，分別為工藝燒嘴和開工燒嘴。本發明的技術方案還公開了一種將工藝燒嘴和開工燒嘴組合為一體的混合燒嘴，將開工燒嘴設置于工藝燒嘴的中心腔體內，僅在爐體頂部封頭上設置一個即可，稱之為組合式旋混燒嘴。組合式旋混燒嘴直接插入爐體，底端頭部與隔熱襯里或水冷壁平齊，以保護噴孔；組合式旋混燒嘴的中心與氣化爐中線重合，以便有效分布流場。如圖4所示，組合式旋混燒嘴中心腔體設置有開工噴槍701，兼具點火使用，為開車運行前期階段點火使用；當氣化爐滿足投產條件后，組合式旋混燒嘴通入原料及氣化劑， 此時作為工藝燒嘴使用。組合式旋混燒嘴配有多個原料通道702和多個氣化劑通道703，原料通道702用于通入干粉煤或水煤漿等原料煤或其他烴類燃料，氣化劑通道703用于提供氣化爐燃料燃燒用氣化劑。結合圖5和圖6所示，原料通道702和氣化劑通道703均設置多個切向旋轉進口，原料及氣化劑通向地以切向旋轉的方式噴入爐膛，以便原料與氣化劑混合的更加充分。在組合式旋混燒嘴下半部分的外部設有螺旋冷卻管704，以螺旋形狀緊密纏繞在燒嘴7的最外部，螺旋冷卻管704具有單獨的進、出水口，并采用鍋爐給水。螺旋冷卻管704 底部形成空腔充滿水，作為一個冷卻腔體705，更有利于保護組合式旋混燒嘴的噴頭頭部。本發明技術方案中的氣化爐中氣化產生的爐渣沉積到爐體下部的渣水中，爐體底部設置兩組排渣結構，排渣口 1僅用于大塊固渣間斷排出爐外。同時，在爐體底部還設置有渣水出口 13，正常運行過程中，較細爐渣通過渣水出口 13依靠外部設備排出，氣化爐激冷室還設置有壓力計8和液位計9，外部集渣設備也設有測壓裝置，當氣化爐與外部集渣設備的壓差達到一定數值后，聯鎖控制排渣過程。在排渣過程中，堆積在氣化爐激冷室底部的粗渣及固體顆粒，通過循環水管2的循環作用，從渣水出口 13進入外部集渣設備，保證爐渣的穩定排出。綜上所述，本發明的氣化爐的工藝過程是，原料煤或其他烴類燃料與氣化劑先通過組合式旋混燒嘴以射流方式進入爐膛氣化室，根據煤種成分計算反應溫度，合理的控制
6氧煤比，產生合成煤氣。反應后的高溫煤氣通過環形水冷管4進入激冷室，激冷室采用水夾套形式替代了之前的堆焊結構，水夾套中利用激冷的熱量生產蒸汽，從而提高能量利用率又降低了成本。激冷后的煤氣通過出氣冷卻系統3匯集至出氣集合管10，混合后的煤氣通過氣體出口 11排出氣化爐，進入下一道工序。氣化產生的爐渣沉積到爐體下部的渣水中， 爐體底部設置排渣口 1和渣水出口 13，通過外部集渣設備將爐渣排出爐外。
盡管上面結合附圖對本發明的優選實施例進行了描述，但是本發明并不局限于上述的具體實施方式
，上述的具體實施方式
僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發明的啟示下，在不脫離本發明宗旨和權利要求所保護的范圍情況下，還可以作出很多形式的具體變換，這些均屬于本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種水冷氣化爐，包括爐殼圍成的爐體，所述爐體頂部封頭設置有燒嘴，底部封頭設置有排渣口，所述爐體由上部的氣化室和下部的激冷室構成，其特征在于，所述激冷室在所述爐殼內側設置有水夾套；所述激冷室的入口處設置有外部進水的環形水冷管，所述環形水冷管布置于所述氣化室的錐段下方，所述環形水冷管內環壁上均布有噴孔；所述激冷室的液面以下設置有一端為氣體出口的出氣集合管，所述出氣集合管上面連接有位于所述液面以上的出氣冷卻系統；所述出氣冷卻系統包括與所述出氣集合管通過法蘭連接的夾套水管，所述夾套水管的一側設置有冷卻水進口，所述夾套水管的頂部通過支撐管連接有傘狀的夾套罩，所述夾套罩頂部設置有噴水口。
2.根據權利要求1所述的一種水冷氣化爐，其特征在于，所述燒嘴是中心腔體設置有開工噴槍的組合式旋混燒嘴，所述組合式旋混燒嘴分別設置具有多個切向旋轉進口的原料通道和具有多個切向旋轉進口的氣化劑通道，所述組合式旋混燒嘴外部設置有螺旋冷卻管，所述螺旋冷卻管底部設置有冷卻腔體。
3.根據權利要求1所述的一種水冷氣化爐，其特征在于，所述噴水口上方設置有通過肋板安裝在所述夾套罩上的防沖刷板。
4.根據權利要求3所述的一種水冷氣化爐，其特征在于，所述防沖刷板表面設置有耐磨抗高溫材料層。
5.根據權利要求1所述的一種水冷氣化爐，其特征在于，所述爐體底部設置有渣水出
全文摘要
本發明公開了一種水冷氣化爐，爐體頂部設置有組合式旋混燒嘴，底部設置有排渣口和渣水出口，爐體由氣化室和激冷室構成，激冷室內側設置有水夾套，激冷室入口設置有布置氣化室錐段下部的環形水冷管，激冷室液面以下設置有出氣集合管，出氣集合管上面連接有位于液面以上的出氣冷卻系統，出氣冷卻系統包括設置有冷卻水進口的夾套水管，夾套水管的頂部通過支撐管連接有傘狀的夾套罩，夾套罩頂部設置有噴水口。本發明通過組合式旋混燒嘴、環形水冷管、出氣冷卻系統以及排渣口和渣水出口的結構創新與改進，提高氣化爐生產強度，增加設備穩定運行時間，大大降低投資，提高了能量利用效率，同時還能夠有效抑制結渣，防止渣口堵塞，保證氣化爐液位穩定。
文檔編號C10J3/48GK102559275SQ20121006509
公開日2012年7月11日 申請日期2012年3月13日 優先權日2012年3月13日
發明者劉文臣, 劉秦怡, 張立冬, 李永輝, 杜曉丹, 王永鋒 申請人:中國天辰工程有限公司, 天津天辰綠色能源工程技術研發有限公司, 天津辰創環境工程科技有限責任公司