可防堵渣的帶熱回收裝置的氣化設備的制作方法

本公開涉及能源利用領域，尤其涉及一種可防堵渣的帶熱回收裝置的氣化設備。

背景技術：

煤氣化技術是發展煤基化學品、煤基液態燃料、聯合循環發電、制氫等過程工業的基礎，是這些行業的關鍵技術、共性技術和先導技術。目前國內外的煤氣化技術很多，應用較為廣泛的是殼牌shell煤氣化技術，西門子GSP煤氣化技術，GE水煤漿氣化技術，航天爐等技術。

在高溫高壓下煤的氣化效率較高，此時爐膛內的反應溫度多會在1200℃～1600℃以上，而煤的灰渣在此高溫下都呈液態形式存在，其對氣化及熱回收設備的長周期運行存在很多的不利因素。

Shell氣化采用對流廢鍋流程回收顯熱，其先通過將冷卻洗滌后的部分合成氣經激冷壓縮機打入氣化爐，將1200～1600℃的高溫合成氣快速冷卻到900℃以下，使合成氣中的灰渣快速凝固，然后進入對流廢鍋回收熱量，合成氣在350℃左右排出氣化裝置，該設備不但激冷氣壓縮機大量耗能，同時對高品位的熱能沒有充分利用，激冷氣壓縮機長周期運行存在考驗。而GSP，GE激冷爐型，航天爐等技術均為合成氣與灰渣并行向下，出爐膛后在下降管內采用水激冷將1200～1600℃的高溫合成氣直接冷卻到200℃左右，造成了高品位熱能的大量損失，嚴重影響了裝置的經濟性。

GE廢鍋流程的氣化爐采用雙層水冷壁結構形式輻射廢鍋，先將合成氣冷卻到1000℃以下，再輸送到對流廢鍋進一步進行熱量回收。然而，通過相關裝置的運行經驗以及相關報道表明，雙層水冷壁結構較復雜，運行可靠性降低，雙層水冷壁的環隙空間和對流廢鍋區域易出現積灰、堵渣和腐蝕，嚴重影響設備的長周期運行。

技術實現要素：

鑒于現有技術中的上述缺陷或不足，期望提供一種提高含碳物料氣化后顯熱回收，并且防堵渣的帶熱回收裝置的氣化設備。

為了實現上述目的，本發明采取的技術方案是：

一種可防堵渣的帶熱回收裝置的氣化設備，包括殼體，所述殼體內依次設有氣化反應室、氣渣導流設備、蒸汽發生器和合成氣凈化除塵系統，所述合成氣凈化除塵系的底部與所述殼體相連通，所述殼體的底部設有灰渣排出口，所述殼體的一側設有合成氣出氣口；所述氣化反應室的殼體上設有供含碳物料和氣化劑進入氣化反應室的燒嘴。

所述氣化反應室的側部上方均勻設有4～6個燒嘴，所述燒嘴水平布置，所述燒嘴與所述殼體斷面中心線的夾角為4°～6°；所述氣化反應室的長徑比為2～3：1，所述燒嘴的平面距離氣化反應室頂部的距離為氣化反應室高度的1/4-1/3。

所述氣渣導流設備包括向火面設置的耐火襯里，所述耐火襯里內設有水冷壁，所述氣渣導流設備上端與氣化爐氣渣出口相連，所述氣化爐氣渣出口相對于所述氣化反應室為一縮口，所述氣渣導流設備的底部設置防灰渣散射單元，所述防灰渣散射單元為帶水冷的盤管結構，外襯耐火襯里，所述防灰渣散射單元沿氣體流道方向延伸后位于所述蒸汽發生器內。

所述蒸汽發生器包括圓筒式膜式水冷壁和屏式翅片水冷壁，所述圓筒式膜式水冷壁的內側設有屏式翅片水冷壁，所述圓筒式膜式水冷壁的外側設置若干層對置的氣動振打裝置，所述圓筒式膜式水冷壁上還設置若干組高壓氣體吹灰裝置，用于對屏式翅片水冷壁進行吹掃除灰。

所述屏式翅片水冷壁為多個，沿著所述圓筒式膜式水冷壁的徑向設置成一組，多組所述圓筒式膜式水冷壁沿著所述圓筒式膜式水冷壁的圓周布置為上密下疏的形式。

所述圓筒式膜式水冷壁上部的流道外側設有出口汽水收集器，所述圓筒式膜式水冷壁下部的流道外側設有進口給水分布器。

所述蒸汽發生器和所述合成氣凈化除塵系統之間設有過渡段，所述過渡段的中心線與所述過渡段的外殼夾角小于30°。

所述合成氣凈化除塵系統包括噴水激冷環和輸氣通道；所述輸氣通道的外殼上設有若干個激冷噴嘴；所述過渡段與所述輸氣通道之間的外圍設有密封板，所述密封板一端固定連接殼體，所述密封板另一端連接噴水激冷環，所述噴水激冷環用于給輸氣通道內噴水；所述輸氣通道的外殼與所述殼體的夾層之間設有除沫裝置，所述除沫裝置與所述密封板之間的殼體上設有所述合成氣出氣口。

所述激冷噴嘴為多組，每組的激冷噴嘴沿著所述輸氣通道的圓周均勻布置，多組所述激冷噴嘴沿著所述輸氣通道的輸氣方向分層布置。

所述合成氣出氣口設有折流裝置。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

采用本發明的氣化設備，能夠提高含碳物料氣化后顯熱回收，并且防堵渣，通過分級布置蒸汽發生器，有效的回收原料氣化后合成氣的顯熱，約占低位發熱量的8-12％，省去激冷用壓縮機，降低設備投資，并為防堵渣和積灰提出技術解決方案，降低了整個設備的故障點，保證了長周期運行。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖所作的對非限制性實施例所作的詳細描述，本申請的其它特征、目的和優點將會變得更明顯：

圖1為本發明實施例提供的可防堵渣的帶熱回收裝置的氣化設備的結構示意圖；

圖2為本發明實施例提供的氣化反應室燒嘴布置的結構示意圖；

圖3為圖1中的A處放大圖；

圖4為本發明實施例提供的蒸汽發生器傳熱面的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本申請作進一步的詳細說明。可以理解的是，此處所描述的具體實施例僅僅用于解釋相關發明，而非對該發明的限定。另外還需要說明的是，為了便于描述，附圖中僅示出了與發明相關的部分。

需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本申請。

參見圖1，一種可防堵渣的帶熱回收裝置的氣化設備，包括殼體20，殼體20內自上向下依次設有氣化反應室1、氣渣導流設備2、蒸汽發生器3和合成氣凈化除塵系統17，合成氣凈化除塵系17的底部與殼體20相連通，殼體20的底部設有灰渣排出口13，殼體20的一側設有合成氣出氣口10；氣化反應室1的殼體上設有供含碳物料和氣化劑進入氣化反應室1的燒嘴5。

本發明的氣化反應室可采用耐火澆鑄料或水冷壁結構，氣渣導流設備置于氣化爐合成氣和灰渣出口部分同軸布置，可由水管膜式壁組成，內表面敷設耐熱澆筑料。含碳物料(干煤粉或水煤漿)與氣化劑(氧氣，水蒸汽)一起由氣化反應室1上的燒嘴5進入氣化反應室1，在氣化反應室內劇烈反應產生高溫高壓的合成氣，主要為一氧化碳和氫氣的混合氣，溫度約為1200-1600℃。產生的合成氣在氣化反應室1中產生旋流，可使反應室內火焰的充滿度較好，溫度場也較為均勻。煤粉中的灰在高溫環境中主要以熔融渣的形態靠慣性作用被氣化反應室爐壁捕捉下來，再沿氣化反應室1壁面流淌匯集到爐膛底部的氣渣導流設備2，其余的飛灰被合成氣夾帶也從氣渣導流設備2排出。

參見圖1和圖2，本實施例在上述實施例的基礎上，氣化反應室1的側部上方均勻設有4～6個燒嘴5，燒嘴5水平布置，燒嘴5與殼體1斷面中心線的夾角a為4°～6°；氣化反應室1的長徑比為2～3：1，燒嘴5的平面距離氣化反應室頂部的距離為氣化反應室高度的1/4-1/3。本實施例燒嘴的合理設置和布置，能夠將原料中大部分的灰以液態渣的形式捕捉下來，提高捕渣率，保證后續設備正常運行。當然本發明也可以采用頂置燒嘴，通過改進燒嘴的結構實現上述功能。

本發明燒嘴的平面垂直于殼體的中心線，燒嘴的平面距離氣化反應室頂部的距離為氣化反應室高度的1/4-1/3，這樣布置燒嘴，主要為了提高爐膛的捕渣率，太靠氣化反應室頂部容易將氣化反應室頂部燒壞，在此位置能有效提高合成氣在氣化反應室的紊流程度，有利于提高物料的氣化效率，并將灰渣甩向壁面，液態的灰渣在流向氣渣出口時，會聚成團，有利于其沿蒸汽發生器的中心線方向運動，不容易粘結到受熱面表面，從而降低堵渣的風險。

參見圖1和圖3，本實施例在上述實施例的基礎上，氣渣導流設備2包括向火面設置的耐火襯里，所述耐火襯里內設有水冷壁，氣渣導流設備2上端與氣化爐氣渣出口14相連，氣化爐氣渣出口14相對于氣化反應室1為一縮口，氣渣導流設備2的底部設置防灰渣散射單元21，防灰渣散射單元21為帶水冷的盤管，外襯耐火襯里，防灰渣散射單元21沿氣體流道方向延伸后位于蒸汽發生器3內。

本發明合成氣氣渣導流設備位于氣化反應室底部出口，其主要作用是將反應室內產生的高溫合成氣以及熔渣加速導入輸送到其下部的合成氣顯熱高品位能量回收的蒸汽發生器中。本發明的防灰渣散射單元的作用是防液態渣出氣渣導流設備時，由于流道面積突擴引起的飛濺，導致液態灰渣飛濺并堆積在出口附近的蒸汽發生器的受熱面上。合成氣通過氣渣導流設備的“整流”作用，通過防灰渣散射單元后的合成氣會呈現一定角度的射流形式進入其下游的蒸汽發生器，由于慣性的作用，會使液態灰渣被“束縛”在一定的噴射角范圍內，有利于減輕其對蒸汽發生器受熱面的堵渣積灰現象。

參見圖1和圖4，本實施例在上述實施例的基礎上，蒸汽發生器3包括圓筒式膜式水冷壁30和屏式翅片水冷壁31，圓筒式膜式水冷壁30的內側設有屏式翅片水冷壁31，圓筒式膜式水冷壁30的外側設置若干層對置的氣動振打裝置15，圓筒式膜式水冷壁30上還設置若干組高壓氣體吹灰裝置16，用于對屏式翅片水冷壁31進行吹掃除灰。

優選地，屏式翅片水冷壁31為多個，沿著圓筒式膜式水冷壁30的徑向設置成一組，多組屏式翅片水冷壁31沿著圓筒式膜式水冷壁30的圓周布置多組屏式翅片水冷壁布置為上密下疏的形式。

本發明蒸汽發生器是依靠高溫合成氣的熱輻射和對流傳熱的換熱設備，屏式翅片水冷壁靠近圓筒形膜式壁設置，保證圓筒式膜式水冷壁軸向有足夠大的凈流通空間，這樣的受熱面布置型式與空間能減輕蒸汽發生器的結渣，有效解決合成氣灰渣粘結的問題。

本發明采用分級布置的蒸汽發生器3，由于剛進入蒸汽發生器3，灰渣被“束縛”在一定的噴射角范圍內，并且含灰渣的合成氣溫度高、輻射能力強，因此采用較為密集且內伸長度比較長的屏式翅片水冷壁31，屏式翅片水冷壁內伸的距離以其內伸邊緣最近距離不小于300-500mm為宜，使得在流通道的方向受熱面形成上密下疏的布置方式，將高溫合成氣在較短距離內從1400℃以上冷卻到900℃以下，主要是受熱面32的作用。

本發明合成氣噴射氣流經過一段距離后，噴射動能減弱，對灰渣的“束縛”作用減弱，灰渣勢必會向周圍散射，此時布置較為稀疏且內伸長度比較短的屏式翅片水冷壁31，有利于合成氣的順利流動，將合成氣從900℃冷卻到550-750℃，是換熱面33的作用。此時合成氣中的廢鍋基本為固態狀，可能會附著在換熱面上33，因此為防止在下游冷卻器水冷壁管束區域積灰，在圓周形水冷壁上布置若干層對置的氣動振打裝置15，同時布置了若干組高壓氣體吹灰裝置16對屏式翅片水冷壁31進行吹掃除灰。間歇的振打除灰和高壓吹灰有效的保證了蒸氣發生器的高效運行，防止受熱面積灰結渣，確保了設備的長周期運轉。

參見圖1，本實施例在上述實施例的基礎上，圓筒式膜式水冷壁20上部的流道外側設有出口汽水收集器18，所述圓筒式膜式水冷壁20下部的流道外側設有進口給水分布器22。

為了防止合成氣流道突變引起的積灰和堵渣，將所有受熱面的進出口汽水分布器布置在流道外側，這樣既有利于防止流道積灰，又可以避免汽水分布器不受高溫氣流的直接沖刷，防止設備的超溫損壞。

本實施例在上述實施例的基礎上，蒸汽發生器3和合成氣凈化除塵系統17之間設有過渡段4，過渡段4的中心線與過渡段4的外殼夾角小于30°。

本發明分級布置的蒸汽發生器3將合成氣從1200～1600℃降溫到550～750℃，之后進入合成氣凈化除塵系統。二者的過渡段4采用全角小于30°的過渡角進行過渡，以避免積灰。

本實施例在上述實施例的基礎上，合成氣凈化除塵系統17包括噴水激冷環6和輸氣通道7；輸氣通道7的外殼上設有若干個激冷噴嘴8；過渡段4與輸氣通道7之間的外圍設有密封板12，密封板12一端固定連接殼體20，密封板12另一端連接噴水激冷環6，噴水激冷環6用于給輸氣通道7內噴水；輸氣通道7的外殼與殼體20的夾層之間設有除沫裝置9，除沫裝置9與密封板12之間的殼體上設有合成氣出氣口10。密封板12設置在殼體的空腔間，防止氣流串通。

優選地，激冷噴嘴8為多組，每組的激冷噴嘴8沿著輸氣通道7的圓周均勻布置，多組激冷噴嘴8沿著輸氣通道7的輸氣方向分層布置。

本發明合成氣凈化除塵系統采用大直徑輸氣通道，并在激冷環下部區域設置了若干組激冷噴嘴，從而達到有限空間內的合成氣的快速除塵和冷卻效果。合成氣經過水浴除塵冷卻后，經除沫裝置通過合成氣出氣口排出氣化裝置的殼體。

采用噴射除塵與水浴除塵冷卻裝置，可大大減少出氣化爐時合成氣的帶灰量，同時可有效控制合成氣攜帶的灰渣顆粒的粒徑。有利于防止后續設備灰渣堵塞和磨損的出現。水浴后合成氣通過除泡裝置以便破除合成氣攜帶的液滴和氣泡。本發明的這種設計不僅大大地強化了激冷效果，還降低了激冷室高度。

本實施例在上述實施例的基礎上，合成氣出氣口10設有折流裝置11。

合成氣出氣口旁邊設置了一折流裝置，折流裝置可以是一折流板，用以分離合成氣中的大顆粒水滴，最后經冷卻除塵后的合成氣從位于壓力殼體的下部偏上的合成氣出氣口排出氣化設備。灰水經過灰渣排出口排出氣化設備。

本發明的殼體可由一個或多個直徑不同的本體組成，殼體與合成氣通道之間可為耐火澆鑄料或者水冷壁結構。

本發明為了克服現有氣化技術中回收顯熱的設備容易積灰堵渣，通過合理的流程和結構布置，并采用爐膛高捕渣率，含防灰渣散射單元的氣渣導流設備捕集約束飛濺熔渣，上密下疏分級布置蒸汽發生器以及防止積灰的機械振打和高壓吹灰裝置，同時采用噴射除塵與水浴除塵冷卻裝置，可大大減少出氣化爐時合成氣的帶灰量，同時可有效控制合成氣攜帶的灰渣顆粒的粒徑，有效防止合成氣中攜帶的液態渣粘結在蒸汽發生器受熱面上。

以上描述僅為本申請的較佳實施例以及對所運用技術原理的說明。本領域技術人員應當理解，本申請中所涉及的發明范圍，并不限于上述技術特征的特定組合而成的技術方案，同時也應涵蓋在不脫離所述發明構思的情況下，由上述技術特征或其等同特征進行任意組合而形成的其它技術方案。例如上述特征與本申請中公開的(但不限于)具有類似功能的技術特征進行互相替換而形成的技術方案。