CN107641530A - 一种上行两段式气化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种上行两段式气化装置，包括气化炉壳体、带缩口和渣口的水冷壁、水煤浆烧嘴、粉煤、组合式点火开工烧嘴、利用工业有机废水制浆的水煤浆制浆输送系统、干煤粉输送系统及渣池；干煤粉通过输送系统由多个喷嘴水平进入一段反应室气化，产生的高温合成气上行经缩口加速并且与水平喷入的水煤浆充分接触，一起后进入二段反应室；使水煤浆中的工业有机废水被高温合成气的显热迅速汽化，有机污染物也会在高温下降解，同时使煤浆发生热裂解和部分气化反应，提高总的冷煤气效率气，这样利用了二段反应室的物理激冷和化学激冷大大降低了合成气的出口温度，从而减少激冷煤气量和激冷压缩机的负荷，降低能耗及成本；此外能够有效的回收利用工业有机废水，并且对废水的有机污染物进行燃烧降解处理。
Description
技术领域
本发明属于能源化工技术领域，具体涉及一种上行两段式气化装置。
背景技术
我国是以煤炭为主要一次能源的国家，并且在煤炭利用领域仍存在着利用效率低、污染重等问题。而煤气化技术作为洁净煤技术则是煤炭清洁和高效利用的重要方向。目前，作为干煤粉气流床气化技术代表的shell和prenflo气化炉，采用水冷壁结构，气化炉只有一级反应区布置多个对置的烧嘴，煤粉与气化剂发生气化反应；为避免后续设备积灰，通常需要抽取下游系统大量的冷煤气(约50％)来对高温合成气降温，使得激冷压缩机能耗及投资较大。
对于气流床气化工艺本身而言不会产生有机污染物，只有少量含固废水。但是在煤化工过程中的其他工艺会产生各种焦油、酚、萘、菲等有机污染物，而这些有机污染物在污水系统很难降解，需要设置大型的有机废水处理装置，投资和运行费用极高。
因此，开发一种既能有效降低激冷气量，又能有效回收废水，降解有机污染物的气化装置是一项十分有意义的任务。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提出了一种上行两段式气化装置，利用工业有机废水来磨煤制浆，并与干煤粉通过各自的输送系统在同一个气化炉的两端反应室内共同气化，利用废水的汽化潜热和煤浆的气化吸热，在更大限度的降低一段出口合成气温度的同时，还能燃烧降解有机污染物，提高了冷煤气效率，降低能耗及成本。同时，解决了有机废水污染大、难降解等问题。
为了达到上述目的，本发明通过如下技术方案实现：
一种上行两段式气化装置，包括外壁上部设置有合成气出口12和底部设置有渣水出口11的气化炉壳体1，气化炉壳体1内设有带缩口7和渣口8的水冷壁2，水冷壁2内部由下至上依次为一段反应室Ⅰ、二段反应室Ⅱ和反向室Ⅲ，一个组合式点火开关烧嘴5和多个煤粉烧嘴4沿水平方向布置在一段反应室Ⅰ中部，多个水煤浆烧嘴3沿水平方向布置在二段反应室Ⅱ下部的缩口7处，渣口8底部设有带激冷水进口9和激冷环10的渣池6；还包括干煤粉输送系统和水煤浆制浆输送系统，干煤粉输送系统包括依次连接的常压仓16、锁斗17和给料仓18，给料仓18与煤粉烧嘴4相连；水煤浆制浆输送系统包括依次连接的磨煤机13、煤浆槽14和煤浆泵15，煤浆泵15与多个水煤浆烧嘴3相连。
所述装置工作时，煤粉和水煤浆在炉膛的一段反应室Ⅰ和二段反应室Ⅱ内发生气化反应，水煤浆占总进料的质量分数为0～10％；合成气采用上行反向从合成气出口12去下游，气化压力0.5～5Mpa；一段反应室Ⅰ的温度为1400℃～1800℃，二段反应室Ⅱ的温度为1000～1500℃；气化装置采用液态排渣方式，气化炉外壳1作为压力容器承受气化压力。
所述水冷壁2采用盘管或列管结构，水冷壁2内壁敷耐火材料。
所述粉煤烧嘴4的数量为2～8个，采用水平对置，或当粉煤烧嘴4的数量多于3个时，采用切圆布置，粉煤烧嘴4中心线与气化装置直径偏离夹角α为0～9°。
所述的粉煤烧嘴4进料包括气化原料和氧化剂。气化原料是煤炭、焦炭、半焦和石油中的一种或多种制成的粉末，氧化剂为纯氧、富氧、纯氧或富氧与水蒸汽或二氧化碳的混合物。
所述组合式点火开关烧嘴5水平布置在一段反应室Ⅰ中部，与粉煤烧嘴4水平共面，组合式点火开关烧嘴5与粉煤烧嘴4之间的夹角β为22.5～90°；组合式点火开关烧嘴5进料包括点火开工燃料和氧化剂，点火开工燃料为液化石油气、天然气或柴油，氧化剂为仪表空气或氧气。
所述水煤浆烧嘴3的数量为2～4个，采用水平对置。
所述水煤浆烧嘴3进料为水煤浆，水煤浆制浆过程用水为工业有机废水，水煤浆质量浓度为50～70％；二段反应室Ⅱ进煤量占总进料量的5～15％。
激冷水经激冷环10喷入渣池6，对沿渣口8壁面流下的高温液态渣进行激冷。
和现有技术相比较，本发明具备如下优点：
本发明将干粉煤与含工业有机废水的水煤浆在水冷壁2组成的一、二段反应室与气化介质发生共气化反应。利用了二段反应区的物理激冷和化学激冷既能大大降低合成气的温度，有利于减小激冷煤气量和激冷压缩机的负荷，降低成本，提高了冷煤气效率。同时能够有效的回收利用工业有机废水，并且对有机废物进行降解处理。节约用水，避免了有机物的二次污染、流程简单，能耗及投资成本低。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的局部示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明进行进一步说明。本领域技术人员了解，下述内容不是对本发明保护范围的限制。任何在本发明基础上做出的改进和变化都在本发明的保护范围之内。
如图1所示，本发明一种上行两段式气化装置，包括外壁上部设置有合成气出口12和底部设置有渣水出口11的气化炉壳体1，气化炉壳体1内设有带缩口7和渣口8的水冷壁2，水冷壁2内部由下至上依次为一段反应室Ⅰ、二段反应室Ⅱ和反向室Ⅲ，一个组合式点火开关烧嘴5和多个煤粉烧嘴4沿水平方向布置在一段反应室Ⅰ中部，多个水煤浆烧嘴3沿水平方向布置在二段反应室Ⅱ下部的缩口7处，渣口8底部设有带激冷水进口9和激冷环10的渣池6；还包括干煤粉输送系统和水煤浆制浆输送系统，干煤粉输送系统包括依次连接的常压仓16、锁斗17和给料仓18，给料仓18与煤粉烧嘴4相连；水煤浆制浆输送系统包括依次连接的磨煤机13、煤浆槽14和煤浆泵15，煤浆泵15与多个水煤浆烧嘴3相连。
所述装置工作时，煤粉和水煤浆在炉膛的一段反应室Ⅰ和二段反应室Ⅱ内发生气化反应，水煤浆占总进料的质量分数为0～10％；合成气采用上行反向从合成气出口12去下游，气化压力0.5～5Mpa；一段反应室Ⅰ的温度为1400℃～1800℃，二段反应室Ⅱ的温度为1000～1500℃；气化装置采用液态排渣方式，气化炉外壳1作为压力容器承受气化压力。
所述水冷壁2采用盘管或列管结构，水冷壁2内壁敷耐火材料。
所述粉煤烧嘴4的数量为2～8个，采用水平对置，或当粉煤烧嘴4的数量多于3个时，采用切圆布置，粉煤烧嘴4中心线与气化装置直径偏离夹角α为0～9°，详见图2。
所述的粉煤烧嘴4进料包括气化原料和氧化剂。气化原料是煤炭、焦炭、半焦和石油中的一种或多种制成的粉末，氧化剂为纯氧、富氧、纯氧或富氧与水蒸汽或二氧化碳的混合物。
所述组合式点火开关烧嘴5水平布置在一段反应室Ⅰ中部，与粉煤烧嘴4水平共面，组合式点火开关烧嘴5与粉煤烧嘴4之间的夹角β为22.5～90°，详见图2；组合式点火开关烧嘴5进料包括点火开工燃料和氧化剂，点火开工燃料为液化石油气、天然气或柴油，氧化剂为仪表空气或氧气。
所述水煤浆烧嘴3的数量为2～4个，采用水平对置。
所述水煤浆烧嘴3进料为水煤浆，水煤浆制浆过程用水为工业有机废水，水煤浆质量浓度为50～70％；二段反应室Ⅱ进煤量占总进料量的5～15％。
所述的渣池6设置有激冷水进口9和激冷环10，激冷水经激冷环10喷入渣池6，对沿渣口8壁面流下的高温液态渣进行激冷。
本发明的工作原理
干粉煤与水煤浆在水冷壁2组成的一、二段反应室与气化介质发生共气化反应。多个粉煤烧嘴4水平布置，确保了粉煤在一段反应区具有较长的停留反应时间和扰动强度，使粉煤颗粒得到充分反应，产生的高温合成气上行经缩口7加速并与水平喷入的水煤浆充分接触，一起后进入二段反应室。此时，水煤浆中的工业有机废水被高温合成气的显热迅速汽化，有机污染物也会在高温(～1200℃)下降解，同时使煤浆发生热裂解和部分气化反应，提高总的冷煤气效率气，这样利用了二段反应室的化学反应，使炉内高温煤气温度降低的同时使煤气的有效能得到提高，从而省去了庞大的煤气压缩机，煤气冷却器和除尘器设备规模减小一半，设备造价可降低40％～50％。因此，二段反应室的物理激冷和化学激冷既能大大降低合成气的温度，还能有效的回收利用工业有机废水，并且对有机废物进行降解处理。
Claims (9)
1.一种上行两段式气化装置，其特征在于：包括外壁上部设置有合成气出口(12)和底部设置有渣水出口(11)的气化炉壳体(1)，气化炉壳体(1)内设有带缩口(7)和渣口(8)的水冷壁(2)，水冷壁(2)内部由下至上依次为一段反应室(Ⅰ)、二段反应室(Ⅱ)和反向室(Ⅲ)，一个组合式点火开关烧嘴(5)和多个煤粉烧嘴(4)沿水平方向布置在一段反应室(Ⅰ)中部，多个水煤浆烧嘴(3)沿水平方向布置在二段反应室(Ⅱ)下部的缩口(7)处，渣口(8)底部设有带激冷水进口(9)和激冷环(10)的渣池(6)；还包括干煤粉输送系统和水煤浆制浆输送系统，干煤粉输送系统包括依次连接的常压仓(16)、锁斗(17)和给料仓(18)，给料仓(18)与煤粉烧嘴(4)相连；水煤浆制浆输送系统包括依次连接的磨煤机(13)、煤浆槽(14)和煤浆泵(15)，煤浆泵(15)与多个水煤浆烧嘴(3)相连。
2.根据权利要求1所述的一种上行两段式气化装置，其特征在于：所述装置工作时，煤粉和水煤浆在炉膛的一段反应室Ⅰ和二段反应室Ⅱ内发生气化反应，水煤浆占总进料的质量分数为0～10％；合成气采用上行反向从合成气出口(12)去下游，气化压力0.5～5Mpa；一段反应室(Ⅰ)的温度为1400℃～1800℃，二段反应室(Ⅱ)的温度为1000～1500℃；气化装置采用液态排渣方式，气化炉外壳(1)作为压力容器承受气化压力。
3.根据权利要求1所述的一种上行两段式气化装置，其特征在于：所述水冷壁(2)采用盘管或列管结构，水冷壁(2)内壁敷耐火材料。
4.根据权利要求1所述的一种上行两段式气化装置，其特征在于：所述粉煤烧嘴(4)的数量为2～8个，采用水平对置，或当粉煤烧嘴(4)的数量多于3个时，采用切圆布置，粉煤烧嘴(4)中心线与气化装置直径偏离夹角α为0～9°。
5.根据权利要求1所述的一种上行两段式气化装置，其特征在于：所述的粉煤烧嘴(4)进料包括气化原料和氧化剂。气化原料是煤炭、焦炭、半焦和石油中的一种或多种制成的粉末，氧化剂为纯氧、富氧、纯氧或富氧与水蒸汽或二氧化碳的混合物。
6.根据权利要求1所述的一种上行两段式气化装置，其特征在于：所述组合式点火开关烧嘴(5)水平布置在一段反应室Ⅰ中部，与粉煤烧嘴(4)水平共面，组合式点火开关烧嘴(5)与粉煤烧嘴(4)之间的夹角β为22.5～90°；组合式点火开关烧嘴(5)进料包括点火开工燃料和氧化剂，点火开工燃料为液化石油气、天然气或柴油，氧化剂为仪表空气或氧气。
7.根据权利要求1所述的一种上行两段式气化装置，其特征在于：所述水煤浆烧嘴(3)的数量为2～4个，采用水平对置。
8.根据权利要求1所述的一种上行两段式气化装置，其特征在于：所述水煤浆烧嘴(3)进料为水煤浆，水煤浆制浆过程用水为工业有机废水，水煤浆质量浓度为50～70％；二段反应室(Ⅱ)进煤量占总进料量的5～15％。
9.根据权利要求1所述的一种上行两段式气化装置，其特征在于：激冷水经激冷环(10)喷入渣池(6)，对沿渣口(8)壁面流下的高温液态渣进行激冷。
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