一種多段水冷壁高效激冷氣化裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于新能源技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種多段水冷壁高效激冷氣化裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]自20世紀(jì)70年代中期出現(xiàn)世界性石油危機(jī)后，潔凈煤技術(shù)研究、開發(fā)和應(yīng)用成為了各國政府可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略和能源安全的戰(zhàn)略研究重點(diǎn)。煤氣化技術(shù)是清潔利用煤炭資源的重要途徑和手段。煤氣化是煤經(jīng)過不完全燃燒轉(zhuǎn)化為合成氣、燃料氣的技術(shù)。氣化爐內(nèi)，煤與水、蒸汽或CO作用轉(zhuǎn)化為合成氣、燃料氣。煤中所含礦物質(zhì)(灰)轉(zhuǎn)化成灰渣，硫轉(zhuǎn)化為硫化氫，經(jīng)凈化脫除生成硫或進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成硫酸，氮(包括氯)轉(zhuǎn)化為Ν0χ、ΝΗ3，可經(jīng)凈化脫除。清潔氣體可以作為城市煤氣、發(fā)電用燃料氣，也可以用來生產(chǎn)化工產(chǎn)品(如合成氨、甲醇等)和清潔發(fā)動機(jī)用燃料(如氫、汽油、柴油、醚、醇燃料等)。
[0003]氣流床氣化技術(shù)是現(xiàn)在最高效、清潔的煤利用技術(shù)之一，代表著煤氣化技術(shù)的發(fā)展趨勢，氣流床氣化技術(shù)根據(jù)進(jìn)料狀態(tài)的不同分為水煤漿和粉煤兩種方式，氣化爐從原料狀態(tài)分為水煤漿和干煤粉兩類，水煤漿進(jìn)料以德士古氣化爐為代表，干煤粉進(jìn)料以Shell氣化爐為代表。德士古氣化爐為單噴嘴結(jié)構(gòu)，噴嘴軸線與氣化爐渣口軸線重合，在氣化爐主體軸線上，物料在氣化爐中的停留平均時間為5s，有55%的物料在小于5s的時間逸出爐外使得碳轉(zhuǎn)化率不夠高；耐火磚襯里的使用壽命不高使得氣化爐換磚的周期很長，更換費(fèi)用和停工損失大大增加。目前運(yùn)行的氣化爐燃燒室廣泛采用“以渣抗渣”的原理使用水冷壁襯里，分為盤管式和列管式，choren氣化爐在燃燒室和激冷室之間的通道渣口段設(shè)置水冷壁，流量在20?30m3之間，在實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，渣口段水冷壁起到了反作用，因?yàn)樗拇嬖?，使得氣化爐熔渣經(jīng)過渣口時溫度驟然降低，渣的流動阻力增加，在渣口處出現(xiàn)渣堵現(xiàn)象，在生產(chǎn)上采取的處理措施是提高氣化爐溫度，提高渣的流動性，使渣順利排出。當(dāng)水冷壁出現(xiàn)泄漏時，檢測泄漏點(diǎn)成為實(shí)際生產(chǎn)的難點(diǎn)，泄漏點(diǎn)在停車檢修時才能被找到和修補(bǔ)。水冷壁采取的冷卻方式一般為下部進(jìn)水、上部出水，與氣流方向逆向冷卻，這樣，水冷壁下部水溫的溫度梯度變化較大，上部的溫度梯度變化較小，而水冷壁的上部區(qū)域離噴嘴較近，經(jīng)受著高溫高壓和高熱輻射的惡劣環(huán)境，發(fā)生水冷壁泄漏的幾率更大。噴嘴也是氣化爐的重要組成部分，根據(jù)功能不同一般分為點(diǎn)火噴嘴和工藝噴嘴，點(diǎn)火噴嘴主要用于點(diǎn)火使用，工藝噴嘴用于投料和運(yùn)行使用。傳統(tǒng)的德士古氣化工藝先用點(diǎn)火噴嘴烘爐再更換工藝噴嘴，整個開車過程需要7?8天的時間且開車成本高，不利于在越來越激烈的氣化市場的競爭。
[0004]氣化爐的激冷室是氣化爐的重要組成部分，氣化爐激冷室內(nèi)部的傳熱傳質(zhì)過程復(fù)雜迅速，是氣化工藝操作過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，控制不好會出現(xiàn)合成氣帶水、合成氣灰含量高、合成氣的水/氣不合格、激冷室內(nèi)部液位保持不住、下降管燒壞等問題。德士古氣化爐激冷室由激冷環(huán)、下降管和上升管組成，燃燒室與激冷室之間通道是渣口，渣口的下面是激冷環(huán)，激冷環(huán)下面連接著下降管，下降管的下端深入到激冷室的正常液位以下。下降管的外面是上升管，上升管與下降管同軸，上升管的上部有一個起折流作用的折流板，折流板為斜向下的傘形擋板，固定在燃燒室的錐底上。合成氣在離開激冷室的液面后首先沿上升管上升，在上升到上升管的頂部后，合成氣會受到折流板的作用改變方向，先向下折流，再向上升，從激冷室的合成氣出口離開激冷室。由于合成氣的氣泡具有比較大的能量，所以在合成氣的氣泡逸出激冷室的水面時會夾帶大量液體，造成合成氣的水/氣不合格、激冷室內(nèi)部液位保持不住的問題。有資料表明激冷室內(nèi)黑水的循環(huán)量高達(dá)2050m3/h，這大約相當(dāng)于進(jìn)入激冷室補(bǔ)充水的20倍，最終被帶出激冷室的黑水量也高達(dá)40m3/h。合成氣帶液的同時，水中微米級的細(xì)灰也被帶離激冷室，造成合成氣中灰含量高的問題。
[0005]從氣化爐渣口出來的1300°C的高溫合成氣在沿下降管下降的過程中，高溫的合成氣、飛灰、熔融灰渣和下降管內(nèi)壁上覆蓋著的激冷水膜之間發(fā)生著迅速復(fù)雜的傳熱傳質(zhì)過程。高溫合成氣、飛灰、熔融灰渣的溫度迅速降低，激冷水膜的溫度迅速升高，并有部分激冷水在高溫?zé)彷椛湎卵杆俚乇徽舭l(fā)并進(jìn)入到合成氣中。下降管內(nèi)氣、固、液三相間的傳熱傳質(zhì)和流動過程非常的復(fù)雜且迅速，根據(jù)多維模擬的研究結(jié)果表明，高溫的合成氣在離開渣口后向下0.Sm的范圍內(nèi)合成氣溫度下降的變化梯度最大，合成氣與激冷水之間的熱交換負(fù)荷量最大，該區(qū)域下降管所承受的熱應(yīng)力也最大，因而在這一區(qū)段比較容易發(fā)生下降管裂紋、鼓包、變形甚至燒穿孔。同時事實(shí)也證明在燃燒室渣口以下0.4?0.Sm區(qū)段發(fā)生問題的幾率比較高，原因是一方面這一區(qū)段下降管所承受的熱應(yīng)力比較大，另一方面激冷水的蒸發(fā)量比較大，降氣管內(nèi)壁的保護(hù)液膜相對比較薄，溫度也比較高，所以比較容易出問題。
[0006]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，解決水冷壁檢修空間有限，合成氣出激冷室?guī)?、合成氣灰含量高、合成氣的?氣不合格、激冷室內(nèi)部液位保持不住、下降管燒壞等問題，保證氣化爐水冷壁以渣抗渣效果，以及高溫粗合成氣和熔渣的洗滌效果，延長激冷裝置下降管的使用壽命，實(shí)現(xiàn)氣化裝置的穩(wěn)定運(yùn)行，發(fā)明一種多段水冷壁高效激冷氣化
>J-U ρ?α裝直。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了克服現(xiàn)有氣化裝置存在的水冷壁檢修空間有限，合成氣出激冷室?guī)⒑铣蓺饣液扛?、合成氣的?氣不合格、激冷室內(nèi)部液位保持不住、下降管燒壞等問題，本發(fā)明提供一種多段水冷壁高效激冷氣化裝置。
[0008]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
一種多段水冷壁高效激冷氣化裝置，包括噴嘴、氣化室和高效激冷裝置，氣化室設(shè)置在高效激冷裝置的上部，一個或者多個噴嘴安裝在氣化室頂部法蘭上；
氣化室由水冷壁構(gòu)成，水冷壁呈列管式或繞管式，水冷壁為一段或多段，每一段水冷壁的出水口位于同一段水冷壁的上方，水冷壁外部連接供水設(shè)備。
[0009]所述的氣化室直徑與高效激冷裝置直徑相同。
[0010]所述的噴嘴為一個時，噴嘴設(shè)置在法蘭中心；當(dāng)噴嘴為兩個，噴嘴和氣化室軸線位于同一平面，噴嘴朝氣化室中心傾斜，噴嘴與氣化室軸線呈10~70°角度；當(dāng)噴嘴為三個，噴嘴均勻設(shè)置在以氣化室法蘭中心為圓心的圓上，噴嘴朝氣化室中心傾斜，與氣化室軸線呈20~60°夾角；當(dāng)噴嘴的個數(shù)為四個或四個以上，一個噴嘴設(shè)置在中心，其他噴嘴均布在以氣化室法蘭中心為圓心的圓上，噴嘴朝氣化室中心傾斜，與氣化室中心軸線呈10~60°夾角。
[0011]在下降管外，激冷環(huán)的下方設(shè)置有下降管保護(hù)器。
[0012]所述的水冷壁與氣化室渣口連接采取承插形式。
[0013]所述的氣化室在渣口段不設(shè)置水冷壁。
[0014]所述的噴嘴為多通道結(jié)構(gòu)，內(nèi)部設(shè)置有燃料氣通道、助燃?xì)馔ǖ?、燃料通道，自帶有高能點(diǎn)火槍和火焰檢測器裝置。
[0015]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)效果是:本發(fā)明采用頂置多個噴嘴、多段水冷壁和高效激冷裝置的組合結(jié)構(gòu)，取消了渣口段水冷壁，氣化室頂部法蘭直徑設(shè)置成與氣化室直徑相當(dāng)，水冷壁和渣口段采用承插結(jié)構(gòu)，給氣化爐水冷壁的安裝和檢修預(yù)留了空間，更利于實(shí)際生產(chǎn)的需求。噴嘴采用組合式結(jié)構(gòu)，同一個噴嘴可完成點(diǎn)火和投料功能。高效激冷裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)的布置，更好的的利用了現(xiàn)有空間進(jìn)行合成氣及熔渣的洗滌和凈化。該氣化裝置保持了現(xiàn)有氣化爐優(yōu)勢，在該基礎(chǔ)上做了很大的改進(jìn)，對現(xiàn)有氣化裝置的實(shí)際運(yùn)行具有重要意義。
【附圖說明】
[0016]圖1是多段水冷壁高效激冷氣化裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2是噴嘴結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖3是多段水冷壁結(jié)構(gòu)圖。
[0019]圖4是激冷環(huán)結(jié)構(gòu)圖。
[0020]圖5是激冷環(huán)俯視圖。
[0021]圖6是下降管保護(hù)器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖7是雙程溢流旋液分離器俯視圖。
[0023]圖8是雙程溢流旋液分離器局部剖視放大圖。
[0024]圖9是百褶板俯視圖。
[0025]附圖中:1.噴嘴；101.燃料氣通道；102.助燃?xì)馔ǖ溃?03.燃料通道；104.火焰檢測器裝置；105.高能點(diǎn)火槍；2.氣化室；3.高效激冷裝置；4.水冷壁；401.第一段水冷壁入水口； 402.第一段水冷壁出水口； 403.第二段水冷壁入水口； 404.第二段水冷壁出水口； 405.第N段水冷壁入水口； 406.第N段水冷壁出水口； 5.激冷環(huán)；501.擋渣釘；502.外唇環(huán)；503.內(nèi)唇環(huán)；504.激冷液分布室；505.疏通絲孔；506.冷卻液輸送管；507.激冷液環(huán)隙；508.激冷液噴淋口 ； 509.擋渣環(huán)；510.激冷液通過孔；6.殼體；7.下降管；8.百褶板；801.外圓板；802.內(nèi)圓板；803.覆壓板；804.中間層；9.氣化室渣口 ； 10.雙程溢流旋液分離器；1001.內(nèi)程旋液板；1002.外程旋液板；1003.溢流錐；11.下降管保護(hù)器；1101.導(dǎo)流板；1102.下降管保護(hù)器入水口；11