一种下行激冷炉外移热的干煤粉加压气化装置的制作方法

本发明属于能源化工技术领域，涉及一种下行激冷炉外移热的干煤粉加压气化装置。

背景技术：

中国作为煤的能源大国，以煤为主的能源结构在进20年将不会改变。当前，我国在煤炭利用领域仍存在着利用效率低、污染重等问题，而煤气化技术作为洁净煤技术则是煤炭清洁和高效利用的重要方向。煤气化技术按合成气流向可分为上行和下行两种方式，按降温手段可以分为激冷和废锅两种流程。而上行废锅和下行激冷是当今主流的煤气化技术，其中上行废锅流程可将粗煤气中15％～20％热能被回收为中压或高压蒸汽，气化工艺总体的热效率可以达到98％，此工艺方式的系统较为复杂，投资较高。下行激冷流程则是用激冷水将煤气直接冷却至300℃以下，这种工艺方式的系统比较简单，投资较少。以上两种工艺技术各有优缺点，可根据不同领域不用需求灵活选择。

目前，这两种工艺流程里都会设置水汽系统，气化过程产生的高温合成气都是通过由水冷壁、汽包、循环水泵组成的水汽系统来实现合成气降温和热量回收。但是水汽系统最大的缺点就是水冷壁内的循环水是以饱和状态运行，一旦炉温偏高或是仪表故障就会使循环水汽化，导致换热恶化，致使水冷壁内的循环水移热能力极度下降，热量无法带走，出现水冷壁烧穿，发生设备安全事故。此外，汽包的液位控制也是系统运行中的重点监控对象，因为在实际生产过程中，常有假液位现象发生，致使气化炉跳车停运。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种下行激冷炉外移热的干煤粉加压气化装置，该气化装置中水冷壁内循环水的移热能力优良，且能够有效避免常规技术使用水汽系统带来的各种问题。

为达到上述目的，本发明所述的下行激冷炉外移热的干煤粉加压气化装置包括炉外移热系统、气化炉壳体以及设置于气化炉壳体内的分程隔板，其中，气化炉壳体通过分程隔板分隔为顶部的水冷壁安置腔及底部的激冷室，其中，水冷壁安置腔内设置有水冷壁，水冷壁的内部形成气化反应室，炉外移热系统的入口与水冷壁的出口相连通，炉外移热系统的出口与水冷壁的入口相连通，烧嘴的入口端位于气化炉壳体外，烧嘴的出口端穿过气化炉壳体经气化反应室的顶部插入于气化反应室内；

激冷室内设置有自上到下设置有下降管及冷水池，其中，下降管的上端经分程隔板上的通孔与气化反应室的底部相连通，下降管与激冷室的内壁之间设置有破泡器，激冷室的侧壁上设置有合成气出口及激冷水进口，其中，合成气出口位于破泡器的上方；

下降管的顶部与分程隔板之间设置有激冷环，激冷环的入水口与激冷室侧壁上的激冷水进口相连通，激冷环的出水口与下降管的顶部相连通。

冷水池顶部的侧壁上设置有激冷水溢流口。

水冷壁上设置有若干循环水进口及若干循环出水口，其中，炉外移热系统的出口与各循环水进口相连通，炉外移热系统的入口与各循环出水口相连通。

所述炉外移热系统包括蒸汽发生器及循环水泵，其中，各循环出水口与蒸汽发生器的放热侧入口相连通，蒸汽发生器的放热侧出口经循环水泵与各循环水进口相连通，其中，各循环水进口与循环水泵之间设置有节流圈。

烧嘴通过顶盖固定于气化炉壳体的顶部，烧嘴的入口连通有干煤粉输送管道及气化剂输送管道。

烧嘴通过螺栓及垫片固定于顶盖上。

水冷壁的内壁上设置有耐火材料层，水冷壁的盘管内流动有欠饱和的循环冷却水。

水冷壁的盘管盘绕方式为单管缠绕或者多管并排盘绕。

冷水池的底部设置有渣出水口。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的下行激冷炉外移热的干煤粉加压气化装置在具体工作时，在水冷壁的内部形成气化反应室，粉煤与气化剂经烧嘴进入气化反应室中进行气化反应，其中，水冷壁内循环冷却水吸收的热量通过炉外移热系统进行换热掉，以提高水冷壁内循环水的移热能力，避免使用水汽系统带来的各种问题。需要说明的是，本发明通过在炉外设置炉外移热系统以替代常规工艺中的水汽系统，简化了气化流程，以提高整个装置的安全运行稳定性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2a为本发明中水冷壁4盘管的一种盘绕方式图；

图2b为本发明中水冷壁4盘管的另一种盘绕方式图。

其中，1为气化炉壳体、2为烧嘴、3为顶盖、4为水冷壁、5为分程隔板、6为激冷环、7为下降管、8为激冷室、9为破泡器、10为冷水池、11为循环水进口、12为循环出水口、13为合成气出口、14为激冷水进口、15为激冷水溢流口、16为渣出水口、17为蒸汽发生器、18为循环水泵、19为节流圈。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参考图1，本发明所述的下行激冷炉外移热的干煤粉加压气化装置包括炉外移热系统、气化炉壳体1以及设置于气化炉壳体1内的分程隔板5，其中，气化炉壳体1通过分程隔板5分隔为顶部的水冷壁安置腔及底部的激冷室8，其中，水冷壁安置腔内设置有水冷壁4，水冷壁4的内部形成气化反应室，炉外移热系统的入口与水冷壁4的出口相连通，炉外移热系统的出口与水冷壁4的入口相连通，烧嘴2的入口端位于气化炉壳体1外，烧嘴2的出口端穿过气化炉壳体1经气化反应室的顶部插入于气化反应室内；激冷室8内设置有自上到下设置有下降管7及冷水池10，其中，下降管7的上端经分程隔板5上的通孔与气化反应室的底部相连通，下降管7与激冷室8的内壁之间设置有破泡器9，激冷室8的侧壁上设置有合成气出口13及激冷水进口14，其中，合成气出口13位于破泡器9的上方；下降管7的顶部与分程隔板5之间设置有激冷环6，激冷环6的入水口与激冷室8侧壁上的激冷水进口14相连通，激冷环6的出水口与下降管7的顶部相连通。

冷水池10顶部的侧壁上设置有激冷水溢流口15。冷水池10的底部设置有渣出水口16。

所述水冷壁4采用盘管结构，水冷壁4的内壁设置有耐火材料层，水冷壁4盘管内的介质为欠饱和的循环冷却水，以吸收气化反应放出的热量，循环冷却水的欠饱和度为低于设计压力下对应的饱和温度5～10℃。参考图2a，所述水冷壁4盘管的盘绕方式可为单管缠绕，并采用分段设置，且段数不少于1段，每段设置一个循环水进口11和一个循环出水口12；参考图2b，水冷壁4盘管的盘绕方式也可为多管并排盘绕，且采用单段设置，则多个循环水进口11和多个循环出水口12分别并排设置。

所述炉外移热系统包括蒸汽发生器17及循环水泵18，其中，各循环出水口12与蒸汽发生器17的放热侧入口相连通，蒸汽发生器17的放热侧出口经循环水泵18与各循环水进口11相连通，其中，各循环水进口11与循环水泵18之间均设置有节流圈19。

所述气化炉为干法进料加压气流床气化炉，上部为由水冷壁4形成的气化反应室，下部为采用液态排渣方式的激冷室8，气化炉的运行压力为0.6～4.5mpa，反应温度为1300℃～1700℃。

所述烧嘴2实现气化炉点火、开工及煤粉气化给料的功能，烧嘴2中心为气化炉点火及开工原料通道，烧嘴2的外环包括煤粉给料通道及气化剂通道；点火及开工原料为液化石油气、天然气、柴油及其氧化剂，其中，氧化剂为仪表空气或氧气；煤粉给料通道及气化剂通道进料包括气化原料及其氧化剂，气化原料为煤炭、焦炭、半焦或石油焦原料制成的粉末，氧化剂为纯氧、富氧或纯氧/富氧与水蒸汽/二氧化碳的混合物。

所述烧嘴2采用螺栓及螺母与顶盖3固定连接，并利用垫片密封，烧嘴2插入气化反应室中的深度不大于500mm，烧嘴2的外壁与气化反应室顶部开口的内壁之间的间距不小于10mm，另外，烧嘴2的入口连通有干煤粉输送管道及气化剂输送管道。

激冷水进口14输出的激冷水经激冷环6沿切线方向进入下降管7后，在下降管7内壁上形成均匀的螺旋状水膜，下降管7为中空结构，且下降管7的底端为锯齿状。

所述节流圈19具有分配各支路循环冷却水流量的功能，且可拆卸更换，在实际操作时，通过设置不同的节流圈19，使得各支路内的循环冷却水将水冷壁4对应段上的热量带走。

本发明的工作过程为：

粉煤与气化剂经烧嘴2进入气化反应室中进行气化反应，煤中的灰分以液态渣的形式被水冷壁4捕集，生成的高温合成气与液态渣进入下降管7中，激冷水由激冷水进口14进入激冷环6中，并在下降管7的内壁上形成一层均匀螺旋分布的水膜，以避免下降管7被高温合成气和液态渣损坏，在下降管7下部高温合成气与激冷水充分接触饱和，使得合成气中的液态渣被激冷成玻璃态颗粒，大部分细灰被激冷水脱除，合成气在下降管7底部反向通过下降管7与激冷室8之间的环隙向上流动，并经破泡器9除泡后由合成气出口13排出气化炉。

水冷壁4内部的循环冷却水温度低于设计压力下对应饱和温度5～10℃，且在欠饱和下运行，将气化过程产生的热量移至蒸汽发生器17中后与锅炉给水进行换热。