专利名称：固体燃料气化装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种固体燃料与气化剂反应生成合成气的装置，尤其涉及煤的气化装置。
背景技术：
固体燃料(主要是煤)气化是燃料利用技术的一个方向，它的任务是把固体可燃物转 化为便于燃烧的可燃气体或化工原料——主要成分为一氧化碳和氢气的混合气。
按燃料在气化床层中的流动方式可分为固定床、流化床和气流床三种。气流床气化方 式具有单台炉处理能力强、煤种适应性广、碳转化率高和负荷调节性好等优点，代表了今
后气化技术的发展方向。
气流床进料有湿法和干法两种形式。水煤浆是湿法进料的主要形式，由于水煤浆反应 时首先需要将煤浆中的水全部气化，因此热效率不高，而且反应温度较低，氧耗高。干法 进料通过高压气体输送干煤粉，与纯氧或者富氧气体发生反应，主要特点是原料适应性广、 冷煤气效率高、碳转化率高。
气流床气化区主要有耐火砖和水冷壁形式。例如，中国专利公开号CN1775920A和中国 专利授权公告号CN201065399Y都公开了一种采用耐火材料例如耐火砖的煤气化反应装置。 然而，耐火砖结构高温极易损坏，即便正常情况也要一年左右更换一次，更换价格高且影 响正常生产；而采用水冷壁形式，如果结构布置合理，可以承受较高的反应温度，使用寿 命长，同时副产中高压蒸汽，这种结构可参见中国专利授权公告号CN2700718Y。
反应生成的高温混合物后续处理主要有激冷流程和废锅流程。前述CN1775920A和 CN201065399Y都采用了激冷流程，激冷流程需要消耗大量的水，另外也损失了大量的热量， 一般只适合于化工原料气的生产。而CN2700718Y则釆用了废锅流程，废锅流程可以回收煤
气中的余热，但是需要设置单独的废热锅炉，而且热煤气中携带了大量的飞灰给废热锅炉 连续运行带来隐患。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种新型的固体燃料气化装置。该装置不仅碳转化率高，而 且余能余热回收效果好、水耗低、无污染。该目的是通过这样一种固体燃料气化装置，该装置气化室和冷却净化室，在所述冷却 净化室入口附近设置有第一冷却介质分布器，其用于沿圆周方向向来自气化室的高温合成 合气注入低温冷却介质。沿圆周方向注入的低温合成气与来自气化室的高温气固混合物混 合后在冷却净化室内部产生圆周方向的旋转。 一方面依靠强对流使所述高温合成气中夹杂 的液渣迅速降温变为固渣失去粘性，另一方面使得气固混合物中的固体颗粒在离心力的作 用下甩向冷却净化室的内壁面，并在重力作用下落到渣水池中。
优选地，所述气化室的内壁采用盘管式水冷壁结构，其中的盘管结构包括主体盘管和 出渣盘管。由于采用了分体式水冷内衬结构，可以根据运行的实际情况进行流量等调节， 有效保护水冷内衬，因此可以承受较高的气化反应温度，有效提高了气化反应效率，同时 增加了气化反应的时间，提高碳的转化率。同时，由于主要冷却环节用水均为闭环循环利 用，同时避免采用水激冷方式，因此大幅减少了水的消耗量。
优选地，所述冷却净化室中包括多个水冷壁，并且所述多个水冷壁形成迷宫状的用于 冷却除尘的流体通道。流体通道的这种迷宫形状，能够延长合成气的流动路径，充分回收 了合成气及灰渣中的余热，实现了能量的梯级利用，不仅节能而且减少了高品质能量损失。 优选地，所述流体通道中还设置有第二冷却介质分布器，其用于向来自气化室的高温 合成气沿圆周方向注入低温冷却介质。这种设置有利于进一步使高温合成气降温，并清除 其中夹杂的较小固体杂质。
优选地，所述流体通道的横截面积沿合成气的流动方向逐渐增大。通过这样的设置， 可以使合成气在冷却净化室中流动的过程中流速不断地降低，由于流速降低，合成气中夹 杂的杂质、飞灰更倾向于在重力的作用下逐渐下落到渣水池中，因此更有利于从所述合成 气中清除杂质和飞灰。以下结合附图和实施例对本实用新型的装置进一步说明。 图l (a)是本实用新型的结构示意图l (b)是沿图l (a)中的线A-A的看去的气体分布器的布置示意图； 图2 (a)是本实用新型的另一种结构示意图； 图2(b)是沿图2 (a)中的线A-A的看去的气体分布器的布置示意图； '附图标记列表
l.壳体；2.主体盘管；3.出渣盘管；4.锥盘法兰；5.第一冷却介质分布器；6.大法兰； 7.第二冷却介质分布器；8.合成气出口； 9.第一水冷壁；10.第二水冷壁；ll.第三水冷壁；12.渣水池；13.冷却净化室；14.高温合成气、飞灰、固渣；15.高温合成气、飞灰、
液渣；16.气化室。
具体实施方式
现在将结合附图对本实用新型的原理和本实用新型的优选实施例加以详细地描述。 本实用新型的基本原理为将可燃物(例如煤粉)与气化剂(例如空气、氧气等氧化 剂)通过燃烧器喷入气化区，通过控制可燃物和气化剂的比例，使得两者在气化区内的高 温高压条件下(温度1200。C 200(TC，压力2Mpa 10Mpa)发生快速不完全反应，反应生 成的高温合成气(主要成分为一氧化碳和氢气)、液渣和飞灰(主要成分为无机盐)通过 出渣口向下流动。
煤粉和气化剂通过壳体l上部的气化室入口进入气化室，其中所述气化室的内衬采用 盘管式水冷壁结构，其中的盘管结构分为主体盘管2和出渣盘管3两个部分。将水冷内衬分 为两部分可以根据运行的实际情况进行流量等调节，有效减少盘管内的流动阻力同时保护 水冷内衬。
为了有效地降低高温合成气的温度并取出其中夹杂的固体颗粒杂质，本实用新型采用 了沿圆周方向向所述高温合成气注入低温合成气，以净化所述高温合成气并使其降温的方 法。上述实用新型思想可在本实用新型的固体燃料气化装置中得以具体的体现，参见图 l(a)。
气化室的下部具有气化室出口，反应后的高温合成气以及液渣、飞灰通过该出口进入 冷却净化室。冷却净化室的上端与气化室出口部设置有锥盘法兰4，锥盘法兰4上设置有第 一气体分布器5 (见图l(b)，其中第一冷却介质分布器5的喷嘴数目为4个；根据实际生产 的需要，所述喷嘴数目可以相应的调整，例如3-多个)，第一冷却介质分布器5以大致沿圆 周方向的角度和适当的速度通过喷嘴注入低温冷却介质，使得注入的低温合介质与来自气 化室的高温气固混合物混合后沿冷却净化室中的第一水冷壁9的内侧旋转。 一方面依靠强 对流使所述高温合成气中夹杂的液渣迅速降温变为固渣失去粘性，另一方面使得气固混合 物中的固体颗粒在离心力的作用下甩向第一水冷壁9的内壁面，并在重力作用下落到渣水 池12中，受到渣水池内冷水激冷。同时由于第一水冷壁9内腔的温度仍然较高，因此可以
使得少量未反应的碳进一步与气化剂发生反应，从而有效提高了碳的转化率。在这个过程 中，第一水冷壁9可以生产出中高压蒸汽。
为了使经第一步冷却后的合成气进一步冷却和去除杂质，本实用新型的方法还包括将
5降温后的合成气通过由流体冷却壁构成的流体通道，吸收高温余热同时使其进一步冷却； 使所述流体通道具有迷宫形状；优选地，该方法还包括在所述流体通道中向所述合成气中 进一步注入低温冷却介质。
上述实用新型思想可在本实用新型的固体燃料气化装置中进一步得以体现。 参见图l(a)，经过第一水冷壁9的内腔后的合成气温度有所降低，基本除掉了大的固 渣颗粒。合成气沿着第一水冷壁9的内壁向下流动，在冲击渣水池12后折返，沿第二水冷 壁10和第一水冷壁9之间围成的空腔向上流动，在流动过程中温度继续降低，余热得以回 收。
合成气沿第二水冷壁10的内侧上行，至大法兰6处折返。大法兰6与第二水冷壁10之间
具有一定的间隔，合成气通过该间隔的空间进入由第三水冷壁ii和第二水冷壁io在其两者
之间界定的空间。所述大法兰6上设置有第二冷却介质分布器7 (见图l(b),其中第二冷却 介质分布器5的喷嘴数目也是4个；根据实际生产的需要，所述喷嘴数目可以相应的调整， 例如3-多个)，第二冷却介质分布器7以大致沿圆周方向的角度和较快的速度通过喷嘴注入 低温冷却介质。此时注入低温冷却介质具有两个作用，首先进一步降低合成气的温度，其 次使合成气在流动过程中沿第三水冷壁ll产生快速的旋转，将较小的灰渣甩到第三水冷壁 ll的壁面，从而这些较小的灰渣在重力作用下落到渣池中，可以除掉较小的飞灰。以上过 程中，第二水冷壁10所吸收的热量可用于生产中压蒸汽。
经过第二次旋流除尘的合成气沿第三水冷壁ll向下流动，并在冲击渣水池的冷水液面 之后折返，沿第三水冷壁ll和和壳体l之间形成的空腔向上流动，最后以适当的温度从合 成气出口6排出，并通往合成气后续处理装置。以上过程中，第三水冷壁ll所吸收的热量 可用于生产低压饱和蒸汽。
为了进一步去除合成气体中的较小的固体杂质，本实用新型的方法还包括使流体通道 中的合成气的流动速度逐渐降低。
图2示出了本实用新型的另一个实施例，除冷却净化室部分的壳体l的直径更大之外， 该实施例与
图1的实施例基本上相同。
由于图2中的冷却净化室外部壳体1的直径尺寸更大，因此可以在冷却净化室中行程横 截面面积更大的流体通道。其中，第二水冷壁10和第三水冷壁11之间的流体通道的横截面 面积、以及第三水冷壁ll与壳体l之间的流体通道的横截面面积都比图l的实施例中的相应 流体通道的横截面面积更大。更优选地，第三水冷壁ll与壳体l之间的流体通道的横截面 面积与第二水冷壁10和第三水冷壁11之间的流体通道的横截面面积都大于第一水冷壁9和第二水冷壁10之间的流体通道的横截面面积，并且第三水冷壁ll与壳体l之间的流体通道 的横截面面积大于第二水冷壁10和第三水冷壁11之间的流体通道的横截面面积。通过这样
的设置，可以使合成气在冷却净化室中流动的过程中流速不断地降低，由于流速降低，合 成气中夹杂的杂质、飞灰更倾向于在重力的作用下逐渐下落到渣水池中，因此更有利于从 所述合成气中清除杂质和飞灰。
通过上面所描述的实施例可以看出，本实用新型通过在炉内进行多次除渣、除灰，有 效减少了合成气中灰渣的含量，因此能够减少后续合成气处理设备投资。并且高温反应生 成的灰渣主要成分为无机盐，可以作为建筑产品的原料，不产生废渣污染。
上文已经结合本实用新型的优选实施例对本实用新型的固体燃料气化装置进行了详 细的描述。然而，上述优选实施例仅仅是说明性质的，而非对本实用新型的范围加以限定。 在本实用新型的教导下，本领域的技术人员可以对本实用新型的装置加以各种显而易见的 修改和变化。本实用新型的范围应当由独立权利要求确定，本实用新型的进一步优选的方 案由从属权利要求确定。
权利要求1、一种固体燃料气化装置，其包括气化室和冷却净化室，其特征在于，在所述冷却净化室入口附近设置有第一冷却介质分布器(5)。
2、 根据权利要求1所述的固体燃料气化装置，其特征在于，所述气化室的内壁采用 盘管式水冷壁结构，其中的盘管结构包括主体盘管(2)和出渣盘管(3)。
3、 根据权利要求1或2所述的固体燃料气化装置，其特征在于，所述冷却净化室中 包括多个水冷壁(9， 10， 11)，并且所述多个水冷壁形成迷宫状的用于冷却除尘的流体通 道。
4、 根据权利要求3所述的固体燃料气化装置，其特征在于，所述流体通道中还设置 有第二冷却介质分布器(7)。
5、 根据权利要求3或4所述的固体燃料气化装置，其特征在于，所述流体通道的横 截面积沿合成气的流动方向逐渐增大。
专利摘要本实用新型提供了一种固体燃料气化装置，其包括气化室和冷却净化室，冷却净化室入口处设置有第一冷却介质分布器(5)，其用于沿圆周方向向来自气化室的高温合成合气注入低温冷却介质，从而使高温合成气体降温并从中去除固体杂质。
文档编号C10J3/20GK201376954SQ20082012459
公开日2010年1月6日 申请日期2008年12月29日 优先权日2008年12月29日
发明者伟 信, 姜从斌, 燕 张, 礼 张, 李红海, 王明坤, 高瑞恒 申请人:北京航天万源煤化工工程技术有限公司