專利名稱：一種水冷氣化爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煤氣化技術(shù)領(lǐng)域，具體的說，是涉及由固態(tài)含碳物料生產(chǎn)發(fā)生爐煤氣、 水煤氣以及合成氣的水冷氣化爐。
背景技術(shù)：
目前國內(nèi)煤氣化工業(yè)正在蓬勃發(fā)展，許多先進(jìn)的煤氣化技術(shù)都已進(jìn)入國內(nèi)，結(jié)合我國能源特點(diǎn)，煤的潔凈與高效利用在我國極為重要，是當(dāng)今我國能源與環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的重要技術(shù)課題，也是我國國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。而煤氣化技術(shù)中氣化爐是最為關(guān)鍵的設(shè)備，大部分煤化工項(xiàng)目都需要經(jīng)歷煤炭經(jīng)氣化爐轉(zhuǎn)化為合成氣這一環(huán)節(jié)，為此眾多的科技人員研究、開發(fā)了各種類型的氣化爐。目前采用的氣化技術(shù)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(xué)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(yùn)行較好，但水煤漿對煤種要求較高，國內(nèi)很多地區(qū)的煤種不適用， 另外，國外的技術(shù)專利費(fèi)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(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)激冷水水量不足不能形成均勻水膜保護(hù)下降管的現(xiàn)象，最終導(dǎo)致下降管受熱超溫變形，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)┫陆倒堋Ｖx爾氣化爐中煤氣與液渣呈反向流動(dòng)，即煤氣向上，液渣向下。其缺點(diǎn)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(xì)小煤渣要經(jīng)過較長的管道，且改變流動(dòng)方向，才能進(jìn)入下游設(shè)備進(jìn)行余熱回收或氣固分離，管道及下游設(shè)備極易堵塞，兩者都會(huì)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(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，加工難度大，投資過高。GSP/CH0REN氣化爐技術(shù)加料過程復(fù)雜，環(huán)節(jié)較多，投資高，輸送過程易發(fā)生堵塞事件，影響裝置運(yùn)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(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的是現(xiàn)有氣化爐由于結(jié)構(gòu)上一些缺陷導(dǎo)致工藝氣流通不暢、渣口易堵塞、內(nèi)件損壞率高、投資比較大、適用范圍窄等技術(shù)問題，提供了一種結(jié)構(gòu)改進(jìn)的水冷氣化爐，使得高溫煤氣和爐渣并流且向下流動(dòng)，經(jīng)過水冷環(huán)進(jìn)入激冷室，再經(jīng)過出氣冷卻系統(tǒng)進(jìn)入下一道工序。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明通過以下的技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)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(shè)置有燒嘴，底部封頭設(shè)置有排渣口，所述爐體由上部的氣化室和下部的激冷室構(gòu)成，所述激冷室在所述爐殼內(nèi)側(cè)設(shè)置有水夾套；所述激冷室的入口處設(shè)置有外部進(jìn)水的環(huán)形水冷管，所述環(huán)形水冷管布置于所述氣化室的錐段下方，所述環(huán)形水冷管內(nèi)環(huán)壁上均布有噴孔；所述激冷室的液面以下設(shè)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(tǒng)；所述出氣冷卻系統(tǒng)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(cè)設(shè)置有冷卻水進(jìn)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(shè)置有噴水口。所述燒嘴是中心腔體設(shè)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(shè)置具有多個(gè)切向旋轉(zhuǎn)進(jìn)口的原料通道和具有多個(gè)切向旋轉(zhuǎn)進(jìn)口的氣化劑通道，所述組合式旋混燒嘴外部設(shè)置有螺旋冷卻管，所述螺旋冷卻管底部設(shè)置有冷卻腔體。所述噴水口上方設(shè)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(shè)置有耐磨抗高溫材料層。所述爐體底部設(shè)置有渣水出口。本發(fā)明的有益效果是(一 )由于環(huán)形水冷管布置于氣化室的錐段下部，因此其錐段結(jié)構(gòu)可以有效的保護(hù)環(huán)形水冷管，同時(shí)，還能防止高溫?zé)煔鈯A帶未反應(yīng)完成的顆粒堵塞環(huán)形水冷管的噴孔。(二)本發(fā)明的氣化爐以出氣冷卻系統(tǒng)替代普通氣化爐下降管、上升管的結(jié)構(gòu)，加之激冷室采用水夾套形式替代了之前的堆焊結(jié)構(gòu)，延長了設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間，在保護(hù)設(shè)備的同時(shí)也大大降低投資。(三)本發(fā)明的氣化爐通過增大激冷室入口，有效降低合成氣流速；當(dāng)氣化爐處于高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，或者爐溫偏高時(shí)，均能使氣化爐發(fā)氣量迅速增大，從而氣速增大，造成液面波動(dòng)較大，運(yùn)行不平穩(wěn)；而降低氣速可有效地減輕氣體的沖蝕，防止渣口堵塞，同時(shí)，還能保證氣化爐液位的穩(wěn)定。(四)本發(fā)明的氣化爐在頂部封頭中心設(shè)置一個(gè)組合式旋混燒嘴，將開工燒嘴和工藝燒嘴結(jié)合為一個(gè)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(zhuǎn)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(yù)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(diǎn)火時(shí)間。(五)激冷室采用水夾套形式替代了之前的堆焊結(jié)構(gòu)，保護(hù)了設(shè)備，同時(shí)，利用了激冷氣體的熱量來生產(chǎn)蒸汽，提高了能量利用效率，既降低能耗又節(jié)約成本。(六)本發(fā)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(dòng)，能夠有效抑制結(jié)渣。(七)本發(fā)明的氣化爐可用于制備合成氨、合成甲醇、羰基化法生產(chǎn)醋酸與醋酐所需的燃料氣，一氧化碳的生產(chǎn)、純氫的生產(chǎn)等，也可用于聯(lián)合循環(huán)(IGCC)發(fā)電裝置，適用范圍較廣。


圖1是本發(fā)明所提供的氣化爐結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明所提供的多通道組合式旋混燒嘴結(jié)構(gòu)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(fā)明所提供的出氣冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是圖5的C-C斷面圖。圖中1、排渣口、2、循環(huán)水管、3、出氣冷卻系統(tǒng)，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(jìn)口，4、環(huán)形水冷管，5、爐殼，6、保護(hù)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(jì)，9、液位計(jì)，10、出氣集合管，11、氣體出口，12、水夾套，13 渣水出□。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述如圖1所示，本實(shí)施例披露了一種水冷氣化爐，與傳統(tǒng)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(gòu)成的爐體，爐體由上部的氣化室和下部的激冷室構(gòu)成，氣化室包括隔熱襯里或水冷壁，設(shè)置在爐殼5內(nèi)側(cè)，用于保護(hù)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(shè)置有溫度計(jì)及取壓口。激冷室內(nèi)充有一定液位的水，并設(shè)置有人孔，方便檢修。爐體頂部封頭設(shè)置有燒嘴7，底部封頭設(shè)置有排渣口 1。根據(jù)原料成分計(jì)算反應(yīng)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(jìn)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(jìn)入激冷室，從而產(chǎn)生合成氣，再進(jìn)入下一道工序。本發(fā)明的技術(shù)方案涉及對激冷室的改進(jìn)，激冷室主要包括水夾套12、環(huán)形水冷管 4和出氣冷卻系統(tǒng)3等結(jié)構(gòu)，用以使高溫煤氣有效地降溫。水夾套12為內(nèi)部充滿鍋爐給水的夾套結(jié)構(gòu)，設(shè)置在爐殼5內(nèi)側(cè)，一方面可吸收激冷氣體的熱量產(chǎn)生蒸汽，一方面用于保護(hù)爐殼5內(nèi)壁。環(huán)形水冷管4設(shè)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(shù)量由高溫煤氣以及爐渣的冷卻效果確定。環(huán)形水冷管4的外環(huán)壁上均布有多個(gè)進(jìn)水管，進(jìn)水管穿過爐殼5伸出爐體之外單獨(dú)進(jìn)水，這樣更有利于安全。環(huán)形水冷管4的內(nèi)環(huán)壁上均布有若干噴孔，能夠同時(shí)向環(huán)形水冷管4中心噴水，形成多層水冷環(huán)。這樣，由氣化室并流下來的高溫煤氣和爐渣首先經(jīng)過水冷環(huán)進(jìn)入激冷室，進(jìn)行初步冷卻。激冷室的液面以下一段距離處設(shè)置有出氣集合管10，出氣集合管10 —端為封口端，位于爐體內(nèi)，另一端伸出爐體之外，設(shè)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(gè)出氣冷卻系統(tǒng)3，其數(shù)量根據(jù)氣化爐生產(chǎn)負(fù)荷決定，出氣冷卻系統(tǒng)3 位于液面以上。具體地，如圖2和圖3所示，出氣冷卻系統(tǒng)3主要由夾套水管305、支撐管304和夾套罩303構(gòu)成。夾套水管305為具有夾套結(jié)構(gòu)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(cè)壁上設(shè)置有冷卻水進(jìn)口 306，頂部設(shè)置有多個(gè)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(jié)構(gòu)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(gè)支撐管304相連，并且兩者之間形成縫隙。夾套罩 303的頂端設(shè)置有多個(gè)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(jìn)一步冷卻后進(jìn)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(shè)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(shí)，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(jìn)口 306進(jìn)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(jìn)入激冷室。這樣，一方面可以保護(hù)頂部的防沖刷板301，另一方面也能保護(hù)夾套罩303，使之不至于被高溫爐渣燒壞，還能兼顧進(jìn)一步冷卻高溫煤氣的作用。此部分應(yīng)采用鍋爐給水，以防止出氣冷卻系統(tǒng)3 中各部件的夾套結(jié)構(gòu)堵塞?；诔鰵饫鋮s系統(tǒng)3的以上結(jié)構(gòu)，由環(huán)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(tǒng)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(tǒng)3進(jìn)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(jìn)入到夾套水管305內(nèi)，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(gè)，分別為工藝燒嘴和開工燒嘴。本發(fā)明的技術(shù)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(shè)置于工藝燒嘴的中心腔體內(nèi)，僅在爐體頂部封頭上設(shè)置一個(gè)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(hù)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(shè)置有開工噴槍701，兼具點(diǎn)火使用，為開車運(yùn)行前期階段點(diǎn)火使用；當(dāng)氣化爐滿足投產(chǎn)條件后，組合式旋混燒嘴通入原料及氣化劑， 此時(shí)作為工藝燒嘴使用。組合式旋混燒嘴配有多個(gè)原料通道702和多個(gè)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(jié)合圖5和圖6所示，原料通道702和氣化劑通道703均設(shè)置多個(gè)切向旋轉(zhuǎn)進(jìn)口，原料及氣化劑通向地以切向旋轉(zhuǎn)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(shè)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(dú)的進(jìn)、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(gè)冷卻腔體705，更有利于保護(hù)組合式旋混燒嘴的噴頭頭部。本發(fā)明技術(shù)方案中的氣化爐中氣化產(chǎn)生的爐渣沉積到爐體下部的渣水中，爐體底部設(shè)置兩組排渣結(jié)構(gòu)，排渣口 1僅用于大塊固渣間斷排出爐外。同時(shí)，在爐體底部還設(shè)置有渣水出口 13，正常運(yùn)行過程中，較細(xì)爐渣通過渣水出口 13依靠外部設(shè)備排出，氣化爐激冷室還設(shè)置有壓力計(jì)8和液位計(jì)9，外部集渣設(shè)備也設(shè)有測壓裝置，當(dāng)氣化爐與外部集渣設(shè)備的壓差達(dá)到一定數(shù)值后，聯(lián)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(huán)水管2的循環(huán)作用，從渣水出口 13進(jìn)入外部集渣設(shè)備，保證爐渣的穩(wěn)定排出。綜上所述，本發(fā)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(jìn)入爐膛氣化室，根據(jù)煤種成分計(jì)算反應(yīng)溫度，合理的控制
6氧煤比，產(chǎn)生合成煤氣。反應(yīng)后的高溫煤氣通過環(huán)形水冷管4進(jìn)入激冷室，激冷室采用水夾套形式替代了之前的堆焊結(jié)構(gòu)，水夾套中利用激冷的熱量生產(chǎn)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(tǒng)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(jìn)入下一道工序。氣化產(chǎn)生的爐渣沉積到爐體下部的渣水中， 爐體底部設(shè)置排渣口 1和渣水出口 13，通過外部集渣設(shè)備將爐渣排出爐外。
盡管上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式
，上述的具體實(shí)施方式
僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)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(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)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(shè)置有燒嘴，底部封頭設(shè)置有排渣口，所述爐體由上部的氣化室和下部的激冷室構(gòu)成，其特征在于，所述激冷室在所述爐殼內(nèi)側(cè)設(shè)置有水夾套；所述激冷室的入口處設(shè)置有外部進(jìn)水的環(huán)形水冷管，所述環(huán)形水冷管布置于所述氣化室的錐段下方，所述環(huán)形水冷管內(nèi)環(huán)壁上均布有噴孔；所述激冷室的液面以下設(shè)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(tǒng)；所述出氣冷卻系統(tǒng)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(cè)設(shè)置有冷卻水進(jìn)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(shè)置有噴水口。
2.根據(jù)權(quán)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(shè)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(shè)置具有多個(gè)切向旋轉(zhuǎn)進(jìn)口的原料通道和具有多個(gè)切向旋轉(zhuǎn)進(jìn)口的氣化劑通道，所述組合式旋混燒嘴外部設(shè)置有螺旋冷卻管，所述螺旋冷卻管底部設(shè)置有冷卻腔體。
3.根據(jù)權(quán)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(shè)置有通過肋板安裝在所述夾套罩上的防沖刷板。
4.根據(jù)權(quán)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(shè)置有耐磨抗高溫材料層。
5.根據(jù)權(quán)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(shè)置有渣水出
全文摘要
本發(fā)明公開了一種水冷氣化爐，爐體頂部設(shè)置有組合式旋混燒嘴，底部設(shè)置有排渣口和渣水出口，爐體由氣化室和激冷室構(gòu)成，激冷室內(nèi)側(cè)設(shè)置有水夾套，激冷室入口設(shè)置有布置氣化室錐段下部的環(huán)形水冷管，激冷室液面以下設(shè)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(tǒng)，出氣冷卻系統(tǒng)包括設(shè)置有冷卻水進(jìn)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(shè)置有噴水口。本發(fā)明通過組合式旋混燒嘴、環(huán)形水冷管、出氣冷卻系統(tǒng)以及排渣口和渣水出口的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新與改進(jìn)，提高氣化爐生產(chǎn)強(qiáng)度，增加設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間，大大降低投資，提高了能量利用效率，同時(shí)還能夠有效抑制結(jié)渣，防止渣口堵塞，保證氣化爐液位穩(wěn)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(yōu)先權(quán)日2012年3月13日
發(fā)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(shù)研發(fā)有限公司, 天津辰創(chuàng)環(huán)境工程科技有限責(zé)任公司