本發(fā)明涉及煤氣化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種廢鍋激冷一體式水煤漿水冷壁氣化爐及氣化方法。

背景技術(shù)：

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)面臨利用煤炭等化石能源所帶來(lái)的能源利用率問(wèn)題和環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)峻，急需研究開發(fā)高效、清潔的煤利用技術(shù)。氣流床煤氣化技術(shù)在整個(gè)煤清潔利用技術(shù)中處于核心地位，進(jìn)一步提高氣化能效，拓展原料的適用性是該技術(shù)的發(fā)展方向。開發(fā)高效、清潔的氣流床煤氣化技術(shù)對(duì)推進(jìn)煤炭高效清潔利用、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、保障國(guó)家能源安全等具有重要意義。

煤氣化過(guò)程是在高溫、高壓下進(jìn)行的，合理回收合成氣高溫顯熱是提高煤氣化整體效率的重要環(huán)節(jié)，合理高效的能量回收可顯著提高整體效率，降低成本。煤氣化技術(shù)從固定(移動(dòng))床，到流化床，再到氣流床，一方面是適應(yīng)大型化的要求，更重要的是為了拓展氣化技術(shù)對(duì)煤種的適應(yīng)性。原料煤的性質(zhì)會(huì)影響氣化結(jié)果，特別是原料煤的灰熔點(diǎn)，其直接關(guān)系到氣化爐的反應(yīng)溫度，因此應(yīng)開發(fā)適用于高灰熔點(diǎn)煤的氣化技術(shù)，這也是煤氣化技術(shù)發(fā)展過(guò)程中必須解決的問(wèn)題?；跉饣罄m(xù)加工不同產(chǎn)品的需求，以及回收高溫煤氣顯熱工藝方案的不同，氣化工藝主要包括：激冷流程和廢鍋流程，前者特別適合于煤基化學(xué)品的生產(chǎn)，后者更適合于IGCC發(fā)電。

在目前的現(xiàn)有技術(shù)中，激冷流程和廢鍋流程往往都是單獨(dú)使用的，激冷工藝最為常用，可以將氣化室出來(lái)的高溫煤氣從1300℃左右激冷至200℃左右，設(shè)備簡(jiǎn)單，投資省，但能量回收效率低。廢熱鍋爐可以將出氣化室高溫煤氣由1300℃左右冷卻至600℃左右，其中的熱量得以回收，且回收效率高，但缺陷在于，設(shè)備龐大，投資高，而且出輻射廢鍋的合成氣中的水氣比偏低，較難達(dá)到直接進(jìn)入變換工序的工藝要求，因此有必要開發(fā)新的熱量回收技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于克服現(xiàn)有技術(shù)的氣化爐中激冷流程和廢鍋流程都是單獨(dú)設(shè)置的，激冷流程存在能量回收效率低的缺點(diǎn)，而廢鍋流程存在設(shè)備投資大、出輻射廢鍋合成氣中的水氣比不能直接滿足后續(xù)變換工序要求的缺點(diǎn)，而提供了一種廢鍋激冷一體式水煤漿水冷壁氣化爐及氣化方法。本發(fā)明提供的氣化爐是一種能夠?qū)饣邷仫@熱進(jìn)行回收并用于制備合成氣(CO+H₂)的氣化裝置。

本發(fā)明提供了一種廢鍋激冷一體式水煤漿水冷壁氣化爐，所述氣化爐為一體化結(jié)構(gòu)，包括一金屬承壓殼體，所述金屬承壓殼體內(nèi)從上至下同軸設(shè)有依次連通的一氣化/燃燒室、一輻射廢鍋和一洗滌冷卻室，所述氣化/燃燒室的筒體、底部渣口處分別環(huán)設(shè)有一氣化/燃燒室筒體水冷壁和一氣化/燃燒室渣口水冷壁，所述輻射廢鍋的上部入口處、直筒段和下部出口處分別環(huán)設(shè)有一輻射廢鍋入口水冷壁、一輻射廢鍋筒體水冷壁和一輻射廢鍋出口水冷壁，所述洗滌冷卻室包括與所述輻射廢鍋的下部出口處軸線延伸連接的一下降管，所述下降管的上方還設(shè)有一激冷環(huán)，所述激冷環(huán)的上方、在所述洗滌冷卻室的側(cè)壁上還設(shè)有一合成氣出口。

較佳地，所述金屬承壓殼體在所述氣化/燃燒室處的內(nèi)徑為2.0～5.0m。

較佳地，所述金屬承壓殼體在所述輻射廢鍋處，與在所述洗滌冷卻室處等徑設(shè)置。更佳地，所述金屬承壓殼體在所述輻射廢鍋處、與在所述洗滌冷卻室處的內(nèi)徑均設(shè)為3.0～7.0m。

較佳地，所述金屬承壓殼體的內(nèi)壁上涂有隔熱材料，可進(jìn)一步保護(hù)氣化爐。所述隔熱材料較佳地為碳化硅或陶瓷纖維。

較佳地，所述金屬承壓殼體的承壓能力為耐高壓10.0MPa以下。

較佳地，所述氣化/燃燒室的爐體頂部和/或爐體側(cè)壁上沿至少一水平面設(shè)置一個(gè)或多個(gè)噴嘴。

較佳地，所述氣化/燃燒室筒體水冷壁為一列管式水冷壁或盤管水冷壁，內(nèi)壁涂有碳化硅。該水冷壁的選用，可提高操作溫度，拓展煤種的適用性。所述氣化/燃燒室筒體水冷壁的內(nèi)徑較佳地為1.0～4.0m。

較佳地，所述氣化/燃燒室渣口水冷壁為錐形縮口結(jié)構(gòu)的盤管式水冷壁，內(nèi)壁涂有碳化硅，降低顆粒對(duì)水冷壁的磨損。所述氣化/燃燒室渣口水冷壁較佳地還垂直延伸至所述輻射廢鍋的上部入口處，與所述輻射廢鍋入口水冷壁配合形成錐形擴(kuò)口結(jié)構(gòu)的輻射廢鍋入口。該設(shè)計(jì)有利于氣化爐熔渣落入輻射廢鍋，并降低輻射廢鍋入口氣固兩相回流導(dǎo)致的水冷壁壁面熔渣沉積現(xiàn)象。

較佳地，所述氣化/燃燒室的底部、在所述氣化/燃燒室渣口水冷壁的外壁還垂直環(huán)設(shè)有一金屬支撐板，用于支撐所述氣化/燃燒室渣口水冷壁和所述輻射廢鍋筒體水冷壁。所述輻射廢鍋筒體水冷壁較佳地采用吊掛的方式與金屬支撐板底部連接。從而使輻射廢鍋筒體水冷壁可自由向下膨脹。更佳地，所述金屬支撐板上還均勻設(shè)有若干開孔，保證氣化爐上部夾層空間和中部夾層空間密封氮?dú)獾倪B通。

較佳地，所述輻射廢鍋的下部出口處還環(huán)設(shè)有一輻射廢鍋鍋底。

其中，較佳地，所述金屬承壓殼體與所述氣化/燃燒室筒體水冷壁、所述輻射廢鍋筒體水冷壁以及所述輻射廢鍋鍋底之間均構(gòu)成夾層空間，操作時(shí)所述夾層空間內(nèi)還充滿與氣化操作壓力等壓的氮?dú)?，避免因合成氣泄露?dǎo)致的氣化爐超溫。

較佳地，所述輻射廢鍋筒體水冷壁為列管式單面水冷壁，更佳地還均勻分布有若干組鰭片。所述鰭片的數(shù)量較佳地為4～32組。

較佳地，所述輻射廢鍋出口水冷壁為錐形縮口結(jié)構(gòu)的盤管式水冷壁，并向下垂直延伸至所述洗滌冷卻室中所述激冷環(huán)的位置處，起到保護(hù)所述激冷環(huán)和所述下降管的作用。更佳地，還在所述輻射廢鍋出口水冷壁的內(nèi)壁進(jìn)行鎳基合金材料的堆焊并涂抹碳化硅，從而減少因高溫合成氣攜帶灰渣等固體顆粒對(duì)水冷壁的磨損。

較佳地，所述氣化/燃燒室筒體水冷壁和所述輻射廢鍋筒體水冷壁采用自然循環(huán)，所述氣化/燃燒室渣口水冷壁和所述輻射廢鍋出口水冷壁采用強(qiáng)制循環(huán)。氣化/燃燒室渣口水冷壁與輻射廢鍋入口一體化設(shè)計(jì)可降低強(qiáng)制循環(huán)的循環(huán)水用量。

本發(fā)明還提供了一種氣化方法，所述氣化方法采用上述廢鍋激冷一體式水煤漿水冷壁氣化爐進(jìn)行，其包括如下步驟：將含碳燃料和氧化劑進(jìn)料至所述氣化/燃燒室內(nèi)，氣化生成的高溫合成氣和熔渣并流向下進(jìn)入所述輻射廢鍋，再經(jīng)所述下降管進(jìn)入所述洗滌冷卻室，合成氣經(jīng)初步洗滌后，經(jīng)所述合成氣出口排出氣化爐，固體灰渣顆粒經(jīng)所述洗滌冷卻室的底部的水浴后由所述洗滌冷卻室的底部出口排出氣化爐。

其中，所述含碳燃料為本領(lǐng)域常規(guī)物質(zhì)，例如水煤漿。所述氧化劑為本領(lǐng)域常規(guī)物質(zhì)，例如氧氣。

較佳地，從所述氣化/燃燒室導(dǎo)出的高溫合成氣的溫度為1100～1600℃。

較佳地，所述高溫合成氣經(jīng)所述輻射廢鍋冷卻至700～1000℃。由含碳燃料和氧氣經(jīng)氣化/燃燒反應(yīng)產(chǎn)生的熱量與高溫合成氣所攜帶的熱量可部分通過(guò)氣化/燃燒室筒體水冷壁和輻射廢鍋筒體水冷壁副產(chǎn)高壓飽和蒸汽，有效提高氣化系統(tǒng)的熱效率。依靠氣化/燃燒室筒體水冷壁和輻射廢鍋筒體水冷壁回收熱量產(chǎn)生的蒸汽的壓力等級(jí)和品質(zhì)可以滿足動(dòng)力蒸汽發(fā)電的要求。

較佳地，從所述洗滌冷卻室的所述合成氣出口排出的合成氣的溫度為150～250℃。

較佳地，所述合成氣出口排出的粗合成氣的水氣比為0.7以上。合成氣經(jīng)激冷后的水氣比能夠滿足后工序變換工段的工藝要求，有效地提升了氣化效率，降低了原料的消耗。

在符合本領(lǐng)域常識(shí)的基礎(chǔ)上，上述各優(yōu)選條件，可任意組合，即得本發(fā)明各較佳實(shí)例。

本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于：

(1)本發(fā)明提供的廢鍋激冷一體式水煤漿水冷壁氣化爐適用于以水煤漿等含碳燃料為原料的合成氣制備工藝，水冷壁可以副產(chǎn)高壓蒸汽用于動(dòng)力蒸汽，經(jīng)激冷后的合成氣水氣比可以滿足變換對(duì)蒸汽的要求。該氣化爐節(jié)能環(huán)保、能源利用率高，適用于現(xiàn)代煤化工工藝和IGCC發(fā)電系統(tǒng)。本發(fā)明不僅可以滿足現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)對(duì)高灰熔點(diǎn)等劣質(zhì)煤的氣化需求，還可以有效提高氣化系統(tǒng)的熱效率。

(2)本發(fā)明提供的廢鍋激冷一體式水煤漿水冷壁氣化爐，其氣化/燃燒室襯里結(jié)構(gòu)由水冷壁替代耐火磚可以提高氣化操作溫度，滿足對(duì)高灰熔點(diǎn)煤進(jìn)行氣化的操作溫度要求，拓展煤種的適用性。

(3)在本發(fā)明的一優(yōu)選方案中，金屬承壓殼體可在輻射廢鍋和洗滌冷卻室部分等徑設(shè)置，便于加工和制造。輻射廢鍋采用列管式單面水冷壁結(jié)構(gòu)方便制造和安裝，內(nèi)置鰭片提高了換熱能力，降低了設(shè)備高度，減少了設(shè)備投資。

(4)在本發(fā)明的一優(yōu)選方案中，氣化/燃燒室水冷壁和輻射廢鍋水冷壁采用自然循環(huán)，氣化/燃燒室渣口水冷壁和輻射廢鍋出口水冷壁采用強(qiáng)制循環(huán)，氣化/燃燒室渣口水冷壁與輻射廢鍋入口一體化設(shè)計(jì)可降低強(qiáng)制循環(huán)的循環(huán)水用量。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中廢鍋激冷一體式水煤漿水冷壁氣化爐的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1中的附圖標(biāo)記說(shuō)明如下：

圖中，1-金屬承壓殼體，2-輻射廢鍋，3-洗滌冷卻室，11-氣化/燃燒室，12-噴嘴，13-氣化/燃燒室筒體水冷壁，14-金屬支撐板，15-氣化/燃燒室渣口水冷壁，21-輻射廢鍋入口水冷壁，22-輻射廢鍋筒體水冷壁，23-鰭片，24-輻射廢鍋出口水冷壁，25-輻射廢鍋鍋底，31-下降管，32-激冷環(huán)，33-合成氣出口。

具體實(shí)施方式

下面通過(guò)實(shí)施例的方式進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，但并不因此將本發(fā)明限制在所述的實(shí)施例范圍之中。下列實(shí)施例中未注明具體條件的實(shí)驗(yàn)方法，按照常規(guī)方法和條件，或按照商品說(shuō)明書選擇。

實(shí)施例1

本實(shí)施例提供了一種廢鍋激冷一體式水煤漿水冷壁氣化爐，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

所述氣化爐為一體化結(jié)構(gòu)，包括一金屬承壓殼體1，所述金屬承壓殼體1的內(nèi)部從上至下同軸設(shè)有依次連通的一氣化/燃燒室11、一輻射廢鍋2和一洗滌冷卻室3，所述氣化/燃燒室11的筒體、底部渣口處分別環(huán)設(shè)有一氣化/燃燒室筒體水冷壁13和一氣化/燃燒室渣口水冷壁15，所述輻射廢鍋2的上部入口處、直筒段和下部出口處分別環(huán)設(shè)有一輻射廢鍋入口水冷壁21、一輻射廢鍋筒體水冷壁22和一輻射廢鍋出口水冷壁24，所述洗滌冷卻室3包括與所述輻射廢鍋2的下部出口處軸線延伸連接的一下降管31，所述下降管31的上方還設(shè)有一激冷環(huán)32，所述激冷環(huán)32的上方、在所述洗滌冷卻室3的側(cè)壁上還設(shè)有一合成氣出口33。

所述金屬承壓殼體1在所述氣化/燃燒室11處的內(nèi)徑為2.0～5.0m；所述金屬承壓殼體1在所述輻射廢鍋2處，與在所述洗滌冷卻室3處等徑設(shè)置；所述金屬承壓殼體1在所述輻射廢鍋2處、與在所述洗滌冷卻室3處的內(nèi)徑均設(shè)為3.0～7.0m。所述金屬承壓殼體1的內(nèi)壁上涂有隔熱材料碳化硅；所述金屬承壓殼體1的承壓能力為耐高壓10.0MPa以下。

所述氣化/燃燒室11的爐體頂部和/或爐體側(cè)壁上沿至少一水平面設(shè)置一個(gè)或多個(gè)噴嘴12；所述氣化/燃燒室筒體水冷壁13為一列管式水冷壁或盤管水冷壁，內(nèi)壁涂有碳化硅；所述氣化/燃燒室筒體水冷壁13的內(nèi)徑為1.0～4.0m；所述氣化/燃燒室渣口水冷壁15為錐形縮口結(jié)構(gòu)的盤管式水冷壁，內(nèi)壁涂有碳化硅；所述氣化/燃燒室渣口水冷壁15還垂直延伸至所述輻射廢鍋2的上部入口處，與所述輻射廢鍋入口水冷壁21配合形成錐形擴(kuò)口結(jié)構(gòu)的輻射廢鍋2入口。

所述氣化/燃燒室11的底部、在所述氣化/燃燒室渣口水冷壁15的外壁還垂直環(huán)設(shè)有一金屬支撐板14，用于支撐所述氣化/燃燒室渣口水冷壁15和所述輻射廢鍋筒體水冷壁22；所述輻射廢鍋筒體水冷壁22采用吊掛的方式與所述金屬支撐板14的底部連接；所述金屬支撐板14上還均勻設(shè)有若干開孔。

所述輻射廢鍋2的下部出口處還環(huán)設(shè)有一輻射廢鍋鍋底25；所述金屬承壓殼體1與所述氣化/燃燒室筒體水冷壁13、所述輻射廢鍋筒體水冷壁22以及所述輻射廢鍋鍋底25之間均構(gòu)成夾層空間，采用所述氣化爐操作時(shí)所述夾層空間內(nèi)還充滿與氣化操作壓力等壓的氮?dú)狻?/p>

所述輻射廢鍋筒體水冷壁22為列管式單面水冷壁，還均勻分布有若干組鰭片23；所述鰭片23的數(shù)量為4～32組；所述輻射廢鍋出口水冷壁24為錐形縮口結(jié)構(gòu)的盤管式水冷壁，并向下垂直延伸至所述洗滌冷卻室3中所述激冷環(huán)32的位置處；還在所述輻射廢鍋出口水冷壁24的內(nèi)壁進(jìn)行鎳基合金材料的堆焊并涂抹碳化硅。

所述氣化/燃燒室筒體水冷壁13和所述輻射廢鍋筒體水冷壁22采用自然循環(huán)，所述氣化/燃燒室渣口水冷壁15和所述輻射廢鍋出口水冷壁24采用強(qiáng)制循環(huán)。

實(shí)施例2

本實(shí)施例采用實(shí)施例1所示的廢鍋激冷一體式水煤漿水冷壁氣化爐進(jìn)行氣化處理，其日處理量為日處理煤2000噸級(jí)，具體對(duì)氣化爐的參數(shù)設(shè)計(jì)如下：

氣化/燃燒室11部分的金屬承壓殼體1的內(nèi)徑3.88m，輻射廢鍋2與洗滌冷卻室3的金屬承壓殼體1的內(nèi)徑4.5m，輻射廢鍋2直段高度～20.0m，所述氣化/燃燒室筒體水冷壁13的內(nèi)徑為2.8m。輻射廢鍋筒體水冷壁22內(nèi)徑～3.5m，16組鰭片23沿輻射廢鍋筒體水冷壁22圓周方向均勻布置。

具體氣化方法如下：

水煤漿和氧氣經(jīng)噴嘴12進(jìn)入氣化爐，在內(nèi)襯有水冷壁的氣化/燃燒室11內(nèi)進(jìn)行部分氧化反應(yīng)，氣化壓力4.0MPa，氣化溫度～1300℃，有效氣(CO+H₂)產(chǎn)量135000Nm³/h。

進(jìn)氣化/燃燒室筒體水冷壁13和輻射廢鍋筒體水冷壁22的鍋爐給水溫度218℃，壓力11.6MPa。出氣化/燃燒室筒體水冷壁13的蒸汽溫度為319℃，壓力11.1MPa，蒸汽量11t/h；出輻射廢鍋筒體水冷壁22的蒸汽溫度319℃，壓力11.1MPa，蒸汽量112t/h。

氣化/燃燒室11產(chǎn)生的～1300℃高溫合成氣與灰渣進(jìn)入輻射廢鍋2，經(jīng)輻射廢鍋2冷卻后進(jìn)洗滌冷卻室3的合成氣溫度約850℃，合成氣出洗滌冷卻室3的溫度約210℃。合成氣經(jīng)過(guò)洗滌后進(jìn)入變換工段，進(jìn)變換工段的粗合成氣中水氣比約0.8，滿足CO部分變換的工藝要求。

本實(shí)施例的總體氣化性能測(cè)試結(jié)果具體如下：

氣化反應(yīng)溫度：1350℃

輻射廢鍋2出口合成氣溫度：870℃

進(jìn)變換前合成氣水氣比：0.8

副產(chǎn)蒸汽：123t/h

比氧耗：400Nm³O₂/1000Nm³(CO+H₂)

比煤耗：590kg煤(干基)/1000Nm³(CO+H₂)

有效氣成分(CO+H₂)：81％(干基)

可見，本發(fā)明的工藝采用廢鍋和激冷聯(lián)合流程，即出氣化爐的高溫煤氣經(jīng)輻射廢鍋2冷卻到800℃左右，然后用水激冷到所需要的溫度，使依靠煤氣顯熱產(chǎn)生的蒸汽能滿足后工序部分變換的要求。輻射廢鍋2可回收相當(dāng)于原料煤低位發(fā)熱量～10％的能量，用于產(chǎn)生高壓蒸汽，作動(dòng)力蒸汽或驅(qū)動(dòng)透平，可以大大降低動(dòng)力煤消耗，從而明顯降低系統(tǒng)的能耗。氣化爐的氣化/燃燒室11若同時(shí)采用水冷壁結(jié)構(gòu)，則不僅可以氣化較差煤種(灰份含量高、煤漿濃度低)亦可以副產(chǎn)一定量的蒸汽，使氣化工藝的節(jié)能降耗優(yōu)勢(shì)更加明顯。

雖然以上描述了本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，這些僅是舉例說(shuō)明，本發(fā)明的保護(hù)范圍是由所附權(quán)利要求書限定的。本領(lǐng)域技術(shù)人員在不背離本發(fā)明的原理和實(shí)質(zhì)的前提下，可以對(duì)這些實(shí)施方式做出多種變更或修改，但這些變更和修改均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。