本发明涉及煤气化技术领域，具体涉及一种自平衡液位带废锅气化炉。
背景技术：
本发明的气化炉是指煤气化炉，又称煤气发生炉(gas producer)，是将煤作为气化燃料进行可燃气体制造的炉子。而废锅(即废热锅炉，又称余热锅炉(waste heat boiler))是利用生产过程中的高温物流作为热源来生产蒸汽的换热器，它既是工艺流程中高温物流的冷却器，又是利用余热提供蒸汽的动力装置。
相关技术中的带废锅气化炉将高温粗煤气的辐射热以蒸汽的形式回收，再将粗煤气用水激冷到需要的温度。现有带废锅气化炉需要通过调节排灰水流量以控制激冷室液位来保证水膜通道处于液位以下的安全位置，但是人为操作和通过仪表来控制液位不能保证万无一失，存有一定的安全隐患。
授权公告号为CN202881213U的中国专利文献公开了一种水激冷流程的气化炉激冷室液位保持装置，其包括气化炉主体、洗涤塔、高压冷凝液罐和冷凝液泵；其中，气化炉主体的产品气出气管与洗涤塔连通，高压冷凝液罐通过冷凝液泵分别与气化炉主体、产品气出气管和洗涤塔连通，其还包括冷凝液补水管，冷凝液补水管与气化炉主体的产品气出气管上的冷凝液进水管连通，在气化炉主体的中压氮气进气管顶端设有连接活节，中压氮气进气管与冷凝液补水管通过连接活节活动连接，在冷凝液补水管和中压氮气进气管分别设有截止阀。优点在于：提高气化炉运行周期，减少倒炉次数，降低经济损失和安全风险。
申请公布号为CN104101402A的中国专利文献公开了一种用于气化炉激冷室液位的精确测量系统，包括气化炉激冷室和差压液位计，所述的气化炉激冷室下部设有与密度运算模块通过信号线相连的双法兰差压液位变送器，密度运算模块通过信号线与差压液位计相连；所述的双法兰差压液位变送器上的上法兰口和下法兰口分别设置在气化炉激冷室的下部，且上法兰口与气化炉激冷室相连接的部位位于最小运行液位和烘炉液位之间。本发明的精确测量系统不但能够实时测量出液位的实际高度，还能确保烘炉时液位的测量。
上述用于气化炉液位保持的方法和装置均结构复杂，成本较高，且仍然需要人工操作。因此，本领域中需要结构简单、安装维护方便，不需人工操作且能从根本上保证气化炉液位安全的气化炉产品；另外，从节能和能源综合利用的角度考虑，该气化炉还应该带有废锅组件。
技术实现要素：
为解决上述技术问题，本发明提供一种自平衡液位带废锅气化炉，该气化炉可以将高灰熔点、低成浆浓度的煤用于生产粗煤气，并将灼热粗煤气的辐射热以蒸汽的形式回收，还能通过气化炉结构使气化炉设备保持液位基本恒定，不需人工干预，从而从根本上保证了气化炉运行的安全。
为实现上述目的，本发明提出一种自平衡液位带废锅气化炉，所述气化炉包括：外壳和内部组件；所述外壳顶部带有多通道烧嘴，底部有渣出口，所述内部组件部分从上至下依次包括气化段、辐射段、洗涤段和渣池，其中，
所述气化段包括膜式水冷壁和耐热通道，膜式水冷壁的内部区域为气化室；所述烧嘴穿过膜式水冷壁进入气化室内部；气化室底部连接耐热通道；
所述辐射段包括内置辐射废锅组件；其中，所述内置辐射废锅组件所限定的内部区域为辐射室，所述耐热通道伸入辐射室内部，辐射室的底部连接洗涤段；
所述洗涤段包括洗涤水入口管道、折流通道组件、洗涤水内件和粗煤气出口通道；所述折流通道组件包括内壁和外壁，外壁套设在内壁外部，并与内壁之间形成顶端封闭的折流通道；所述洗涤水内件设置在折流通道组件的下部；所述粗煤气出口通道一端伸入折流通道，另一端伸出外壳；洗涤水入口管道穿过外壳连接洗涤水内件；
所述渣池上部连接洗涤段，下部为渣出口；所述折流通道组件内外壁下端均伸入渣池液位线之下；所述粗煤气出口通道在折流通道内的开口在竖直方向上高于折流通道组件的内外壁下端。
进一步地，在外壳轴向高度上，所述折流通道组件的外壁下端低于内壁下端。
进一步地，所述折流通道组件的内壁和外壁均为圆柱筒形，且同中心轴设置。
进一步地，所述折流通道组件的外壁为圆锥筒形，且与圆柱筒形的内壁同中心轴设置，其中外壁下端直径大于外壁上端直径。这种设置方式一方面增加了换热效率；另一方面由于外膜式壁表面下落的激冷水膜和外膜式壁下端与外壳内壁之间收缩的空间的作用，减少了粗煤气向外膜式壁外部逃散。
在一个实施方案中，在外壳轴向高度上，折流通道组件的内壁下端低于粗煤气出口通道的下缘40-100cm，优选50-80cm，更优选60-70cm。此距离考虑了粗煤气折流后向上冲击的速度以及向四周扩散的情况，使得粗煤气既可穿透表面液层，又能够有效地分离固体颗粒。
在一个实施方案中，在外壳轴向高度上，折流通道组件的外壁下端低于内壁下端超过800mm，优选900-1600mm，更优选1000-1200mm。此距离考虑了气化炉内部组件设置空间、外膜式壁的液封作用，取得了最佳的平衡。
在一个实施方案中，折流通道组件的外壁内径与内壁外径之差为300-900mm，优选400-800mm，更优选500-600mm。此距离考虑了粗煤气的上升空间和压力，能够满足粗煤气处理量的多种要求。当折流通道组件的外壁为圆锥筒形时，上述外壁内径与内壁外径之差指的是在外壳轴向高度上内壁中部处的外壁内径与内壁外径之差。
在一个实施方案中，气化室底部的耐热通道与气化室膜式水冷壁为刚性密封件结构。
在一个实施方案中，耐热通道与辐射室结合处做弹性的密封处理。
在一个实施方案中，内置辐射废锅组件采用双面水冷壁布置方式或部分双面水冷壁布置方式。
本发明技术方案的特点包括：
本设备结构合理，安装维护方便，通过气化炉结构设计使气化炉设备能够保持液位恒定自平衡，不需人工干预，从而从根本上保证了气化炉运行的安全。膜式水冷壁作为气化段壳体保护装置可以保证气化段壳体温度稳定不超温，不受气化室内部反应温度的影响，完全可以接受高灰熔点煤的考验。内置辐射废锅组件的主要作用是吸收灼热粗煤气的辐射热以产生蒸汽供发电机组用于发电，此外还兼作辐射段壳体保护装置，保证辐射段壳体温度稳定不超温。洗涤室可以不设置灰水出口，不控制洗涤室液位，以溢流的方式和洗涤后的粗煤气一起排出气化炉，洗涤室液位高度保持恒定。从源头断绝了废锅段和洗涤段壳体超温的危险，该结构形式可以使带废锅气化炉设备本身从真正意义上做到安全可靠。
附图说明
图1是本发明实施例的自平衡液位带废锅气化炉的剖面示意图；
附图标记：
自平衡液位带废锅气化炉外壳(1)、烧嘴(2)、膜式水冷壁(3)、耐热通道(4)、辐射废锅组件(5)、折流通道组件(6)、洗涤水内件(7)、洗涤水入口管道(8)、粗煤气出口通道(9)、渣出口(11)；
气化室(100)、辐射室(200)、洗涤室(300)、渣池(400)。
具体实施方式
下面通过实施例和附图来对本发明技术方案作进一步说明。所述实施例的示例在附图中示出，其中相同的附图标记始终表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。应理解，下面通过参考附图描述的实施例仅是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如附图1所示，显示了本发明一个实施例中自平衡液位带废锅气化炉的整体结构剖面示意图。其中：
自平衡液位带废锅气化炉包括：外壳1，顶部带有烧嘴2，底部带有渣出口11；内部组件部分从上至下依次包括气化反应段、辐射段、洗涤段和渣池，其中，气化段包括膜式水冷壁3和耐热通道4，膜式水冷壁3的内部区域为气化室100；烧嘴2穿过膜式水冷壁3进入气化室100内部；气化室100底部连接耐热通道4。辐射段包括辐射废锅组件5，辐射废锅组件5的内部区域为辐射室200；耐热通道4伸入辐射室200内部，辐射室200的底部连接折流通道组件6；辐射废锅组件5采用部分双面水冷壁布置方式。洗涤段包括折流通道组件6和粗煤气出口通道9，折流通道组件6的内外壁同中心轴设置。折流通道组件6连接辐射室200，下部伸入渣池400，折流通道组件6外壁内为洗涤室300；折流通道组件6外壁设在内壁外部，下部伸入渣池400，并与内壁之间形成顶端密封的折流通道。粗煤气出口通道9一端伸入折流通道，另一端伸出外壳1。洗涤段300还设置有洗涤水内件7，洗涤水内件7连接有洗涤水入口管道8。渣池400上部连接洗涤段，下部为渣出口11；折流通道组件6内壁和外壁的下端均伸入渣池400液位线之下，且外壁的下端低于内壁的下端。
在竖直方向上，折流通道组件6内壁下端低于粗煤气出口通道950cm；外壁下端低于内壁下端1000mm；折流通道组件6外壁的内径与内壁的外径之差为500mm。
本发明的自平衡液位带废锅气化炉的工作过程如下：
作为煤气化反应原料的水煤浆和氧气通过烧嘴2进行混合并喷入气化室100，在气化室100内发生气化反应生成粗煤气和渣。膜式水冷壁3作为气化段壳体保护装置可以保证气化段壳体温度稳定，不受气化室100内部反应温度的影响。反应生成的粗煤气和渣从气化室100底部的耐热通道4进入内置辐射废锅组件5，内置辐射废锅组件5的主要作用是吸收灼热粗煤气的辐射热产生蒸汽供发电机组用于发电，此外还兼作辐射段壳体的保护装置，保证其温度稳定不超温。来自辐射室200的粗煤气和渣经折流通道组件6的内壁进入渣池400液面以下，粗煤气和灰渣在渣池水浴中充分鼓泡，完成洗涤和降温，然后粗煤气向四周扩散并沿折流通道组件6的外壁进入折流通道，期间通过并经洗涤水内件7的洗涤水进行降温，经粗煤气出口通道9进入后续工艺。
洗涤水通过洗涤水入口8进入洗涤水内件7并进入洗涤室。一方面，洗涤水作为冲洗水将跌落在折流通道上的渣不间断的冲走，防止积渣堵塞；另一方面，补充热量蒸发带来的水的损失。洗涤水同时用于粗煤气的洗涤和降温以及对于折流通道的液封。洗涤水和粗煤气经过传质和传热后变成灰水，粗煤气中的细灰进入灰水，灰水通过溢流的方式与粗煤气同时溢流至粗煤气出口通道9，然后被送至后工段；较大的渣在渣池400底部沉积，经渣出口11排出。
上述实施例中，激冷室不设置灰水出口，不控制激冷室液位，洗涤后的灰水以溢流的方式和激冷后的粗煤气一起排出气化炉，激冷室液位高度保持基本恒定。这样的结构设置从源头断绝了激冷段壳体超温的危险，使带废锅气化炉设备本身从真正意义上做到本质安全，排除了人工操作以及仪表监控可能产生的失误和误差。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。