高效热能回收携带流气化炉的制作方法

本发明属于煤化工领域，涉及一种携带流气化炉。

背景技术：

目前，煤气化技术是煤炭清净转化利用的关键技术。大型气流床气化技术由于高温高压高有效合成气含量而被广泛应用于大型煤基烯烃、煤基甲醇、煤制气、煤制油以及煤气化联产等方面。煤气化技术根据所进物料状不同，可分为水煤浆加压气化技术、碎煤加压气化技术和干煤粉加压气化技术；根据气化后热能的回收分为激冷流程气流床加压气化技术和废锅流程气流床加压气化技术。

现常用的国外成熟的大型煤气化技术主要有德士古水煤浆加压气化技术、shell干煤粉气化技术和gsp干煤粉加压气化技术；国内大型煤气化技术主要有“神宁炉”干煤粉加压气化技术、多喷嘴对置式水煤浆加压气化技术、航天干煤粉加压气化技术。除德士古和shell炉为废锅流程气流床加压气化技术外，其它均采用激冷流程气化技术。相对于废锅流程而言，激冷流程气化技术热能利用低、水资源浪费严重。相对而言，废锅流程气化热能利用率高，可产生中、高压蒸汽用于先进的煤气化联合循环发电系统。

现工业应用的shell气化炉为渣、气分流的废锅流程气流床气化炉，合成气从气化室顶部导出后，先采用后序洗涤冷却后的部分合成气，将其由1400-1600℃激冷至900℃左右，再进入废锅回收热量；而气化后温度在1400-1600℃高温渣则由气化室底部直接导入渣浴池激冷。此技术设备结构复杂，投资费用高而且由于渣气分流，大量的高品位热能回收率差。德士古水煤浆加压气化技术采用全废锅流程加压气化技术，热能利用率高，但由于辐射废锅后接的对流废锅，其进口温度相对较高、合成气含灰量较高，细灰粘附换热管造成对流废锅换热效果差，设备腐蚀速率加快，同时德士古气化炉投煤量较低，无法适应大型的气化联合循环发电。

技术实现要素：

本发明的目的在于：提供一种热能回收率高、节能环保、大型化的高效热能回收携带流气化炉，以解决废锅流程出现的上述问题。

本发明的高效热能回收携带流气化炉包括从上至下依次连接的立式反应器、渣气并流导向管、热能回收室和渣气分离冷却室，其中，

所述立式反应器包括外壳、冷却罩和高温渣气出口；所述立式反应器的顶部或中上部通过法兰与燃烧器连接，所述冷却罩设置在外壳内侧，外壳与冷却罩之间形成环隙腔体，冷却罩内侧形成燃烧室，冷却罩下端为高温渣气出口，与渣气并流导向管连接；

所述渣气并流导向管包括外壳和内管，所述外壳与立式反应器外壳连接，所述内管由多个单管环绕而成的圆形筒体通过错落焊接形成，内管上端连接立式反应器高温渣气出口，下端连通热能回收室；

所述热能回收室包括外壳、第一水冷壁、第二水冷壁和应急水雾喷头，所述外壳与渣气并流导向管的外壳连接，所述第一水冷壁设置在外壳内，为由多个冷却水管组成的筒状水冷壁，所述筒状水冷壁与外壳同轴；第二水冷壁是由多个列管组成的屏式水冷壁，多个列管从第一水冷壁向轴心排列，多个第二水冷壁均匀分布于第一水冷壁中间；第一水冷壁和第二水冷壁之间形成渣气通道；所述第一水冷壁下端设有下锥体，下锥体末端形成渣气出口；应急水雾喷头设置在外壳内部、第一水冷壁和第二水冷壁的下方，穿过第一水冷壁下锥体伸入热能回收室内，应急水雾喷头与水平成0～15°夹角；

所述渣气分离冷却室包括外壁、渣气分离管、渣浴室和合成气出口，所述外壁与热能回收室的外壳连接；所述渣气分离管由一个上部带有冷却盘管或夹套的中心圆管组成，所述渣气分离管的入口与热能回收室的渣气出口连通，渣气分离管的出口与渣浴室相接，渣浴室下端设置出渣口；所述外壁和渣气分离管之间形成导气腔，合成气出口设置在外壁上，与导气腔气体连通。

优选地，所述热能回收室内还设置有吹灰喷头和振打装置，所述吹灰喷头设置在第一水冷壁上近轴心一侧，振打装置设置在第一水冷壁和第二水冷壁上；进一步优选地，所述吹灰振打装置为机械振打装置、超声波振打装置或电磁振打装置。

优选地，所述第二水冷壁的出水总管构成汽水收集器，位于外壳与第一水冷壁之间的密闭空间的上部，第二水冷壁的进水总管构成分水器，位于第二水冷壁的下方。所述第二水冷壁的出水总管和进水总管均与第二水冷壁的各列管分别连接。

优选地，所述多个冷却水管为50～200个；优选地，所述多个列管为2～12个；所述多个第二水冷壁为4～24个。

优选地，所述立式反应器的冷却罩由2-7根管道盘旋而成，所述冷却罩和高温渣气出口均为膜式水冷壁结构，表面错落焊接有多个不锈钢锚固钉并涂抹捣打料。

优选地，所述热能回收室与立式反应器的燃烧室的直径比为1～5，优选地1～2.5；热能回收室的高度与直径比为3～10，优选地4～8。

优选地，所述渣气分离管的中上部设置有水雾环或水雾喷头。

优选地，当所述渣气分离管伸入渣浴室时，所述导气腔内设置有破泡板或破泡条；当所述渣气分离管不进入渣浴室时，所述气化炉还设置有鼓泡塔，鼓泡塔的气体入口与气化炉的合成气出口连接。

优选地，所述燃烧器可以为1～5个；进一步优选地，所述燃烧器内部设置有煤粉导向板和氧气旋流板。

优选地，所述合成气出口距离渣浴室液位最远距离。

本发明的气化炉通过设置热能回收室，能够回用煤气化过程中粗合成气和熔融渣中的显热和潜热，产生的中高压蒸汽能够进行煤化工联产发电，与传统火力发电相比，可提高净效率5％以上；通过调整燃烧器的设置个数和确定设备的高度和直径比、可实现气化炉规模的大型化，使气化炉日投煤大于2000吨；通过在热能回收室下部设置应急水雾喷头，可有效实现当热能回收室由于灰渣覆盖水冷壁造成换热效果较差时，可通过调节应急水雾喷头水量大小，对出热能回收室的渣气进行降温和洗涤，同时利用气固分离原理在渣气分离器中分离渣气，防止细渣进入合成气洗涤工序，减少合成气带灰量对下工段的磨蚀。

附图说明

图1为气化炉结构示意图，其中a为渣气分离管伸入渣浴室时、设置破泡板或破泡条的方案；b为渣气分离管不伸入渣浴室时、另设置鼓泡塔的方案；

图2为热能回收室膜式水冷壁分布图；

图中：1-立式反应器，2-热能回收室，3-渣气分离冷却室，4-旋流燃烧器，5-渣气并流导向管，6-渣浴室，7-鼓泡塔，11-立式反应器外壳，12-冷却罩，13-燃烧室，14-连接法兰，15-环隙腔体，16-高温渣气出口，21-热能回收室外壳，22-第一水冷壁，23-第二水冷壁，24-渣气通道，26-应急水雾喷头，31-渣气分离管，32-导气腔，33-合成气出口，34-水雾环或水雾喷头。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了相互排斥的特质或/或步骤以外，均可以以任何方式组合，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换，即，除非特别叙述，每个特征之一系列等效或类似特征中的一个实施例而已。

本发明的高效热能回收携带流气化炉，主要以干煤粉为原料，应用于大型煤化工、煤制油领域或igcc发电系统。本发明的工艺流程为气化-热能回收-渣气分离冷却-洗涤，以高效回收热能。

本发明的具体设置如下：

如图1和2所示，高效热能回收携带流气化炉，包括设置从上至下依次连接的立式反应器1、渣气并流导向管5、热能回收室2和渣气冷却室3。

立式反应器1包括外壳11、冷却罩12和高温渣气出口16，顶部通过法兰14与燃烧器4连接。在其它方式中，立式反应器的中上部可以通过法兰与燃烧器连接。外壳11为承压壳，冷却罩12设置在外壳11内侧，冷却罩12与外壳11之间形成环隙腔体15。冷却罩12内侧形成圆柱腔体的燃烧室13，冷却罩12下端为高温渣气出口16。

冷却罩12由6根管道盘旋而成；在其它方式中，可以由2～7根管道盘旋而成，这可以根据具体需要进行调整。冷却罩12与高温渣气出口16均采用膜式水冷壁结构，表面错落焊接有多个不锈钢锚固钉并涂抹捣打料；环隙腔体15与燃烧室13在气化炉上部通过一定间隙相联通。运行时，承压壳与水冷罩之间的环隙腔体内充满高压n2或高压燃气，其压力高于反应器燃烧室内操作压力，以防止合成气、煤灰进入该环隙空间造成该空间超温和腐蚀。承压壳设置有人孔，以用于检修和清除运行一段时间后环隙间的飞灰。

燃烧器4内部设置有煤粉导向板及氧气旋流板，从而加大煤粉的输送量和煤粉与氧气在燃烧室内的湍流强度，延长了煤粉在气化炉内的停留时间，提高了碳的转化率。

渣气并流导向管5包括外壳和内管，外壳与立式反应器的外壳11连接，内管由多个单管环绕而成的圆形筒体通过错落焊接形成。内管上端连接立式反应器高温渣气出口，下端连通热能回收室。

热能回收室包括外壳21、第一水冷壁22、第二水冷壁23和应急水雾喷头26。外壳21与渣气并流导向管的外壳连接。如图2所示，第一水冷壁22设置在外壳21内，是由多个冷却水管组成的筒状水冷壁，与外壳同轴；在本实施方案中，冷却水管数量为88，在其它实施方式中，冷却水管数量可以为50～200的任意值。第二水冷壁23是由5个列管组成的屏式水冷壁，5个列管从第一水冷壁向轴心排列，12个第二水冷壁均匀分布于第一水冷壁中间。在其它实施方式中，每个第二水冷壁可以由2～12个列管组成，第二水冷壁的个数可以是4～24。第一水冷壁和第二水冷壁组成的渣气通道24。应急水雾喷头设置在外壳21内部、第一水冷壁22和第二水冷壁23的下方。第一水冷壁和第二水冷壁管内通入中高压热水。高温熔渣和粗合成气进入热能回收室后，与第一水冷壁和第二水冷壁进行换热产生高压蒸汽。

热能回收室第一水冷壁22下端设有下锥体，下锥体末端形成渣气出口，渣气出口与渣气分离冷却室的进口端相连。应急水雾喷头26穿过第一水冷壁下锥体伸入热能回收室2内，与水平成0～15°夹角。应急水雾喷头水量大小可根据工况进行相应的调整，从而有效实现当热能回收室由于灰渣覆盖水冷壁造成换热效果较差时对流出热能回收室的渣气进行降温和洗涤，同时应急水雾喷头位于第二水冷壁下方，可有效减缓灰渣对喷头的冲蚀和堵塞。

热能回收室2内还设置有吹灰喷头和振打装置，对第一水冷壁22及第二水冷壁23上的覆灰进行吹扫和振打，保证水冷壁换热效果；所述吹灰喷头设置在第一水冷壁22上近轴心一侧，振打装置设置在第一水冷壁和第二水冷壁上，振打装置为机械振打装置、超声波振打装置或电磁振打装置。

第二水冷壁23的各列管的上下分别与出水总管和进水总管分别连接，用于将冷却水输出和输入第二水冷壁的各列管中。其中，第二水冷壁的出水总管构成汽水收集器，位于外壳与第一水冷壁之间的密闭空间的上方，以防止融熔灰渣附着在气水收集器上造成废锅内结渣架桥。第二水冷壁的进水总管构成分水器，位于第二水冷壁的下方，用于热能回收室进水的分配和受热后水汽的收集和输送。

渣气分离冷却室3包括外壁、渣气分离管31、渣浴室6和合成气出口33。外壁与热能回收室2的外壳21连接。渣气分离管31由一个上部带有冷却盘管中或夹套的中心圆管组成，与热能回收室2的渣气出口相连。渣气分离管31的出口与渣浴室6相接，渣浴室6下端设置出渣口。外壁与渣气分离管31之间形成导气腔32。合成气出口33设置在外壁上，与导气腔32气体连通，合成气出口33距离渣浴室6液位距离最远处。以防止气体夹带细颗粒渣进入合成气洗涤工艺，对合成气洗涤设备及管道造成严重磨蚀。

渣气分离管31的中上部设置有水雾环或水雾喷头34，对热能回收室2来的渣气进行初步洗涤后，渣和粗合成气在渣气分离管31中通过重力分离，渣进入气化炉的渣浴室6，然后从出渣口进入后续的渣水系统，合成气从渣气分离管31下部进入导气腔32从合成气出口33出去，进入下段工序。

渣气分离管31的出口与渣浴室6相接，可以伸入或不伸入渣浴室中。如图1a所示，当渣气分离管31的出口伸入渣浴室时，导气腔32内设置有破泡板或破泡条。如图1b所示，当渣气分离管31不伸入渣浴室6时，该气化炉还设置有鼓泡塔7，鼓泡塔7的气体入口与气化炉的合成气出口33连接。

可实现气化炉规模的大型化，可设置燃烧器个数和设备的高度和直径比。燃烧器的个数可以为1～5个，在本实施方案中，燃烧器为3个。热能回收室与立式反应器的燃烧室的直径比为1～5，最好为1～2.5，在本实施方案中为2；热能回收室的高度和直径比为3～10，最好为4～8，在本实施方案中为6。本领域技术人员根据实际需要，可以选择合适的燃烧器个数和设备的高度和直径比。

在实际操作中，经磨制干燥后的原料煤通过煤粉密相输送系统被送入气化炉立式反应器，与氧气、水蒸汽进行燃烧气化反应后，高温合成气及熔融灰渣并流进入热能回收室，与第一水冷壁、第二水冷壁管内的高压锅炉水进行换热后，高压锅炉水转变为高压蒸汽，进入发电系统进行发电，降温后的熔融灰渣变为固体灰渣与合成气一起依靠重力进入渣气分离冷却室，固体渣经重力分离从渣浴室的排渣口排出气化炉，合成气通过渣浴室洗涤后从导气腔上部的合成气出口进入合成气洗涤系统。

实施例：

以单台日投煤量2000吨的高效热能回收携带流气化炉为例生产甲醇和发电，采用干煤粉为原料时，本气化炉的碳转化率达到98.5％，可产有效合成气13.0万nm³/h左右，合成气中灰渣含量低，产甲醇量57吨/小时；可副产10mpa蒸汽120吨/小时，发电量约32250kwh；与火力发电相比则每年可节约标煤约9万吨，减少二氧化碳排放约23.55万吨、二氧化硫排放量约2170吨、氮氧化物约633吨；同时每年可回收硫磺3000吨左右。