CN103160329B - 废锅流程的水煤浆水冷壁气化炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种废锅流程的水煤浆水冷壁气化炉，包括气化炉、废热锅炉和导管，气化炉的下端和废热锅炉的下端通过导管串接成“U”形；所述气化室为膜式直管水冷壁或螺旋盘管水冷壁，气化室的底部设有水冷壁入口集箱，顶部设有水冷壁出口集箱，所述激冷器设于下降管的出口处，导管的一端设于激冷器的下方，另一端设于过热器的下方，蒸发受热面设于过热器上方。本发明节约了检修成本，可保证较长的有效运行时间，导管能够有效地避免导管处的积灰；压力外壳和气化室之间有保护气体，可保护压力外壳在较低的温度条件下工作；废热锅炉与高温合成气换热产生中压饱和或过热蒸汽，可回收煤热值10%-13%的热量，有效提高系统热效率。

Description

废锅流程的水煤浆水冷壁气化炉

技术领域

本发明涉及一种气化炉，具体涉及一种可用于煤化工领域或IGCC发电系统废锅流程中的水煤浆水冷壁气化炉，属于气化炉技术领域。

背景技术

气化炉主要有两种，一种为粉煤气化炉，另一种为水煤浆气化炉。水煤浆是由大约65%的煤、34%的水和1%的添加剂通过物理加工得到的一种低污染、高效率、可管道输送的代油煤基流体燃料；改变了煤的传统燃烧方式，显示出了巨大的环保节能优势。尤其是近几年来，采用废物资源化的技术路线后，研制成功的环保水煤浆，大大提高了水煤浆的环保效益，水煤浆也已成为替代油、气等能源的最基础、最经济的洁净能源之一。

另外，随着对节能减排和清洁环保要求的日益提高，对煤化工和以煤化工为基础的多联产提出了新的要求：煤间接液化综合能源转换效率≥42%；煤制天然气综合能源转换效率≥56%；煤制烯烃综合能源转换效率≥40%。作为煤化工和多联产的源头，煤气化技术要求具有稳定、清洁、高效的特点，而气流床气化技术具有煤种适应性广、生产强度大、碳转化率高、污染小等优点，代表着煤气化先进技术的发展方向，在工业生产中得到广泛应用。

根据原料的形态，气流床气化技术可分为干煤粉气化和水煤浆气化两种。干煤粉气化技术以Shell为代表，通过喷嘴将煤粉和气化剂喷入由水冷壁包裹的气化室，共同反应产生合成气。干煤粉气化具有合成气有效气成分高、冷煤气效率高的优点，但是煤粉在高压、密相输送过程中呈现出一定的节奏性，会导致燃烧室炉温波动大，进而影响水冷壁的寿命。水煤浆气化技术以德士古和兖矿-华理四喷嘴炉型为代表，这两种气化技术避免了煤粉高压、密相输送不稳定的问题，但其气化室由耐火砖衬里构成，磨损较快，需要定期检修更换，大大增加了检修和运行成本，且耐火砖无法承受过高的操作温度，难以气化高灰熔点的煤，并且耐火砖衬里不能够承受较高温度，耐火砖需要定期检修和更换，影响生产效率。

由清华大学、北京盈德清大科技有限责任公司、山西阳煤丰喜肥业(集团)股份有限公司共同开发的非熔渣-熔渣两段式水煤浆水冷壁气化炉，其申请号为201120404345.5，授权公告号为CN202246596U，名称为“雾化式水煤浆水冷壁气化炉”的中国发明专利，原料为水煤浆，并且采用水冷壁结构的气化室，其流程为气化-激冷，即合成气离开气化室后，在底部采用水激冷的方式将其温度降低至200余摄氏度，从气化炉出口进入后续流程。这种炉型兼顾了水煤浆输送稳定和水冷壁耐高温的优点，可燃用价格更低的高灰熔点煤，但是，气化炉底部采用激冷方式将合成气从1300余摄氏度降低至200余摄氏度，大部分显热未充分利用而被浪费掉。 

除此之外，申请号为201120377366.2，公告号为CN202284795U，名称为“全废锅流程气流床气化炉组”的中国发明专利，其公开了一种气化炉组，包括气流床气化炉、辐射废锅、对流废锅和套管式水冷连接管，所述辐射废锅包括辐射废锅筒体、渣气进口、滴水檐、内管膜式水冷壁、外管膜式水冷壁、粗合成气出口、渣浴室以及排渣口，并且所述内管膜式水冷壁靠近辐射废锅中心轴线的一侧设置有径向膜式水冷壁，所述对流废锅包括对流废锅筒体、U形列管膜式水冷壁、粗合成气进口和合成气出口，气流床气化炉的渣气出口连接辐射废锅的渣气进口，辐射废锅通过套管式水冷连接管与对流废锅连通。采用本发明所述的气化炉组，其整个流程为气化-辐射废锅-对流废锅；其可以采用Texaco、多喷嘴或GSP气化炉，前两者均为耐火砖衬里气化炉，存在不能够承受高温，需要定期检修和更换的不足；并且，换热器为膜式管屏结构，导管为水冷夹套结构，制造复杂；此外，与辐射废锅换热的合成气温度较高，灰渣具有较大的粘性，容易造成受热面的沾污，从而影响设备的正常运行，且辐射废锅造价昂贵。

申请号为200620077714.3，公告号为CN2937134Y，名称为“半废锅式气流床气化炉组”的中国发明专利，其公开了一种半废锅式气流床气化炉组，它包括渣、气并流的气流床气化炉、辐射式废热锅炉，气流床气化炉下端出口串接辐射式废热锅炉上端入口，辐射式废热锅炉的气、渣出口分别与气、渣下游装置连接。采用本发明所述的气化炉组，其流程为气化-辐射废锅-激冷，即气化室出口的合成气在1300℃时直接进入辐射废锅，回收其部分显热，将合成气温度降低至600-800℃，然后直接进入激冷罐水浴，将合成气温度降低至后续流程可以接受的温度；实施例中表示可以采用Texaco或多喷嘴对置式气化炉，这两种气化炉均为耐火砖衬里气化炉，同样存在耐火砖不能够承受高温，需要定期检修和更换的不足，工作效率不高；与前文相同，辐射废锅造价昂贵，亦容易发生故障进而影响整个设备的运行。

虽然目前采用水冷壁衬里的水煤浆气化炉，即合成气从气化室即气化炉上段出口流出后，进入渣池水浴激冷，温度从约1300℃降低至200℃左右，但其没有回收合成气的显热，在具体生产过程中仍然存在一定的不足之处；废锅流程的水煤浆气化炉多针对耐火砖衬里结构，并且辐射废锅受热面容易沾污灰渣，造成设备运行故障。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种由气化炉和废热锅炉两部分组成，采用导管进行连接的水煤浆水冷壁气化炉，克服了现有水煤浆气化炉能量利用率不高，且不能够承受高温，需要定期检修和更换，工作效率不高的缺点。 

本发明的目的是通过下述技术方案来实现：一种废锅流程的水煤浆水冷壁气化炉，包括气化炉和废热锅炉，气化炉包括气化室、设于气化室外部的气化炉外壳、设于气化室上部的喷嘴口、与气化室底部相接的下降管、激冷器和渣池；废热锅炉包括废热锅炉外壳、膜式水冷壁、过热器、蒸发受热面、位于废热锅炉上部的合成气出口和位于底部的积灰斗；还包括导管，气化炉的下端和废热锅炉的下端通过导管串接成“U”形；所述气化室为膜式直管水冷壁或螺旋盘管水冷壁，气化室的底部设有水冷壁入口集箱，顶部设有水冷壁出口集箱，所述激冷器设于下降管的出口处，导管的一端设于激冷器的下方，导管的另一端设于过热器的下方，所述蒸发受热面设于过热器上方。

作为一种优选方式，所述导管与水平面成5-45°往下倾斜，且位于气化炉中的导管口高于位于废热锅炉中的导管口。

作为一种优选方式，所述蒸发受热面和过热器为膜式螺旋管或蛇形管结构。

作为一种优选方式，气化炉外壳和气化室之间、废热锅炉外壳和膜式水冷壁之间具有运行时充满N₂或CO₂保护气体的检修空间。

进一步地，检修空间的截面尺寸为400-700mm。

进一步地，所述废热锅炉还包括多级省煤器，多级省煤器设于蒸发受热面的上方。

作为一种优选方式，过热器设为1-3级，各级过热器之间设置调控工质温度的喷水减温装置。

作为一种优选方式，激冷器为2-8组，每组2-10个，设于气化炉内壁上，且激冷器的喷口与下降管的出口对应。

作为一种优选方式，所述积灰斗设于废弃锅炉的底部，且接一用于排灰的锁斗系统。

本发明中部分组件的作用如下：

导管：用以连通气化炉和废热锅炉，同时导管采用斜向下的结构，可避免灰渣在此处的堆积，便于导通。

气化炉：采用水冷壁衬里；水冷壁衬里结构与耐火砖相比，可以承受更高的温度，能够使用价格更低的高灰熔点煤，更无需定期检修和更换耐火砖以影响生产；更加适合于适用于水煤浆气化。

与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明提出一种废锅流程的水煤浆水冷壁气化炉，具备以下优点：

1.气化室采用水冷壁结构，无需定期检修或更换耐火砖，节约了检修成本，可保证较长的有效运行时间，且水冷壁结构具有“以渣抗渣”的特点，能够耐高温，可提高气化操作温度，气化价格更低的高灰熔点煤；

2.连接气化炉和废热锅炉的导管采用斜向下结构，能够有效地避免导管处的积灰；

3.压力外壳和气化室之间有保护气体，可保护压力外壳在较低的温度条件下工作；

4.气化室出口的合成气具有较高的温度，经激冷固化其中的灰渣后进入废热锅炉，可回收10%-13%煤热值的热量，所产过热蒸汽可用于化工厂内其他流程使得整体能量利用效率得到提高；若用于IGCC发电系统，可使发电效率提高3%-5%；

5.采用水煤浆作为原料，具有计量准确、易于输运的特点。

附图说明

图1是本发明废锅流程的水煤浆水冷壁气化炉的结构示意图。

图中：1-喷嘴口，  2-气化炉外壳，  3-气化室，  4-下降管，  5-激冷器，  6-渣池，  7-水冷壁入口集箱，  8-水冷壁出口集箱，  9-废热锅炉外壳，  10-膜式水冷壁，  11-合成气出口，   12-过热器，  13-蒸发受热面，  14-省煤器，  15-导管，  16-积灰斗。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了相互排斥的特质和/或步骤以外，均可以以任何方式组合，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换，即，除非特别叙述，每个特征之一系列等效或类似特征中的一个实施例而已。

本发明废锅流程的水煤浆水冷壁气化炉，采用水煤浆作为原料，具有计量准确、易于输运的特点；可用于煤化工领域或IGCC发电系统。

如图1所示，本发明的具体结构如下：

本发明废锅流程的水煤浆水冷壁气化炉，其包括气化炉、废热锅炉和导管15，气化炉的下端和废热锅炉的下端通过导管15串接成“U”形，具体来说，所述导管15与水平面成α角度往下倾斜，α取值：5-45°，且位于气化炉中的导管口高于位于废热锅炉中的导管口，在实施运行过程中，能够有效地避免导管处的积灰。

所述气化炉包括气化室3、设于气化室外部的气化炉外壳2、设于气化室上部的喷嘴口1、与气化室底部相接的下降管4、激冷器5和渣池6，由于喷嘴口设置于气化室的上部，因此，本气化炉为顶喷式。所述气化室3为膜式直管水冷壁或螺旋盘管水冷壁，气化室3的底部设有水冷壁入口集箱7，顶部设有水冷壁出口集箱8，该气化室适用于水煤浆气化，与传统水煤浆气化采用耐火砖衬里不同，本专利采用水冷壁结构的衬里，无需定期检修和更换耐火砖。激冷器5为2-8组，每组2-10个，设于气化炉内壁上，且激冷器5的喷口与下降管4的出口对应。所述激冷器5设于下降管4的出口处，导管15的一端设于激冷器5的下方；形成先气化后冷凝的流程，待冷凝后再进入对流废锅中。

废热锅炉包括废热锅炉外壳9、膜式水冷壁10、过热器12、蒸发受热面13、多级省煤器14、位于废热锅炉上部的合成气出口11和位于底部的积灰斗16。多级省煤器14设于蒸发受热面13的上方，蒸发受热面13设于过热器12上方，导管15的另一端设于过热器12的下方。根据水动力、热量分配以及蒸汽参数的需求，过热器12设为1-3级，各级过热器之间设置调控工质温度的喷水减温装置。所述蒸发受热面13和过热器12为膜式螺旋管或蛇形管。所述积灰斗16设于废热锅炉的底部，且接一锁斗系统用于排灰。

气化炉外壳2和气化室3之间、废热锅炉外壳9和膜式水冷壁10之间具有充满N₂或CO₂保护气体的检修空间；检修空间的截面尺寸为400-700mm。运行时此空间充有保护气体N₂或CO₂，其压力略大于气化室操作压力，防止合成气外泄，同时可保护外壳在较低的温度条件下工作。

本发明的流程为：气化-激冷-对流废锅。

与采用气化-激冷流程的中国发明专利“雾化式水煤浆水冷壁气化炉”相比，带有废锅流程，回收了合成气中大部分显热，设备能效高。

与采用气化-辐射废锅-对流废锅流程的中国发明专利“全废锅流程气流床气化炉组”相比，减少了容易结渣且投资较大的辐射废锅，能够保证系统长期有效地运行。

与采用气化-辐射废锅-激冷流程的中国发明专利“半废锅式气流床气化炉组”相比，采用对流废锅回收了合成气对流换热段的显热，并且减少了容易结渣且投资较大的辐射废锅，能够保证系统长期有效地运行。具体来说，将来自气化室的合成气通过喷水激冷，在下降管出口处将其温度从约1300℃降低至约900℃左右，此时粗合成气中夹杂的细渣激冷固化后大部分进入底部渣池，合成气则经导管后进入对流式废锅以回收显热，并将其温度降低至后续流程需要的温度，如废锅内合成气的温度从900℃降低至200-300℃。

使用时，水煤浆和气化剂通过喷嘴喷入气化室3内，气化室3由膜式直管或螺旋盘管水冷壁构成，气化产生的合成气，向下经过下降管4，在下降管4出口处，激冷器5通过喷激冷水或激冷合成气将合成气的温度降低至900℃以下；此时，大部分的渣经激冷固化后进入气化炉底部的渣池6，少量的细渣和飞灰随合成气经过导管15进入废热锅炉；合成气进入废热锅炉，依次经过过热器12、蒸发受热面13、省煤器14后出合成气出口11；受热面上的积灰经吹灰、敲击振打后聚集在积灰斗16处，通过锁斗系统定期排出。

应用实施例： 

以1000t/d投煤量，操作条件4MPa，1350℃，水煤浆由某烟煤配制为例，可达到如下效果：

有效气成分（干粗煤气）≥81.5%；

冷煤气效率≥73%；

比氧耗≤382kg/1000Nm³合成气；

比煤耗≤548kg/1000Nm³合成气；

产过热蒸汽(4.5MPa,450℃)≥45t/h。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种废锅流程的水煤浆水冷壁气化炉，包括气化炉和废热锅炉，气化炉包括气化室（3）、设于气化室外部的气化炉外壳（2）、设于气化室上部的喷嘴口（1）、与气化室底部相接的下降管（4）、激冷器（5）和渣池（6），废热锅炉包括废热锅炉外壳（9）、膜式水冷壁（10）、过热器（12）、蒸发受热面（13）、位于废热锅炉上部的合成气出口（11）和位于底部的积灰斗（16）；其特征在于：还包括导管（15），气化炉的下端和废热锅炉的下端通过导管（15）串接成“U”形；所述气化室（3）为膜式直管水冷壁或螺旋盘管水冷壁，气化室（3）的底部设有水冷壁入口集箱（7），顶部设有水冷壁出口集箱（8），所述激冷器（5）设于下降管（4）的出口处，导管（15）的一端设于激冷器（5）的下方，导管（15）的另一端设于过热器（12）的下方，所述蒸发受热面（13）设于过热器（12）上方。

2.如权利要求1所述的废锅流程的水煤浆水冷壁气化炉，其特征在于：所述导管（15）与水平面成5-45°往下倾斜，且位于气化炉中的导管口高于位于废热锅炉中的导管口。

3.如权利要求1所述的废锅流程的水煤浆水冷壁气化炉，其特征在于：所述蒸发受热面（13）和过热器（12）为膜式螺旋管或蛇形管结构。

4.如权利要求1所述的废锅流程的水煤浆水冷壁气化炉，其特征在于：气化炉外壳（2）和气化室（3）之间、废热锅炉外壳（9）和膜式水冷壁（10）之间具有运行时充满N₂或CO₂保护气体的检修空间。

5.如权利要求4所述的废锅流程的水煤浆水冷壁气化炉，其特征在于：检修空间的截面尺寸为400-700mm。

6.如权利要求1-5中任一权利要求所述的废锅流程的水煤浆水冷壁气化炉，其特征在于：所述废热锅炉还包括多级省煤器（14），多级省煤器（14）设于蒸发受热面（13）的上方。

7.如权利要求1所述的废锅流程的水煤浆水冷壁气化炉，其特征在于：过热器（12）设为1-3级，各级过热器之间设置调控工质温度的喷水减温装置。

8.如权利要求1所述的废锅流程的水煤浆水冷壁气化炉，其特征在于：激冷器（5）为2-8组，每组2-10个，设于气化炉内壁上，且激冷器（5）的喷口与下降管（4）的出口对应。

9.如权利要求1所述的废锅流程的水煤浆水冷壁气化炉，其特征在于：所述积灰斗（16）设于废弃锅炉的底部，且接一用于排灰的锁斗系统。