专利名称：旋风熔渣煤气炉及其制气工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种旋风熔渣煤气炉及其制气工艺。
目前，国内绝大多数中小合成氨厂用的是经过改进的UGI型固定床间歇气化炉。这种炉由于是间歇固定床操作，其气化效率、碳转化率、热效率都低，气化强度小，热损失十分严重。此外，若没有符合要求的块煤，这种炉的发气量、气质都不稳定，往往影响到整个合成氨装置的水平发挥。这种炉还向大气排放大量含有H2S和有机物的废气，同时，污水处理量大，对环境污染严重。
国外在开发煤气化技术方面颇有成就。煤气炉的设计也较为合理。如美国的德士古炉(TeXaco)，其特点是结构简单，煤在高温、高压下气化，气化压力高，可做压缩功，连续气化，气化强度高，液态排渣，煤的有效利用率在95%以上。但这种炉只适应于较大型的合成氨装置，投资大，不适应于我国中、小合成氨装置。
本发明的目的在于提供一种投资少，消耗低，气体成分好，气量稳定，减少环境污染，适用于中、小合成氨装置的煤气炉及其制气工艺。
本煤气炉系统主要包括旋风熔渣煤气炉、熔渣分离器、冷调炉、混合气体反应炉，蒸汽过热器、氮气加热器、废热锅炉、蒸汽包、软水加热器和煤磨碎系统等。旋风熔渣煤气炉下端连接熔渣分离器，分离器与冷调炉相连，冷调炉上端连接混合气体反应炉，混合气体反应炉上部依次连接蒸汽过热器、氮气加热器及废热锅炉，蒸汽包置于废热锅炉上方，软水加热器通过钢管连接于蒸汽包上部。
本发明旋风熔渣煤气炉的特征为在旋风熔渣煤气炉的顶部进口设置有旋流器喷嘴;熔渣分离器中设有一圆筒型中心管，该管与旋风熔渣分离器底部之间留有间距;在熔渣分离器上部侧面设置有高温气体出口管与冷调炉下部封头入口管相连通;在冷调炉炉壁上设置有四周均布的冷激气喷嘴。
本发明的制气工艺为以氧气和蒸汽(或过热蒸汽)为气化剂，利用旋流器喷嘴将氧气和蒸汽及其携带的粉煤从旋风熔渣煤气炉顶部喷入炉内，在1500-1600℃的高温及约0.1MPa压力下进行气化，旋风熔渣煤气炉产生的高温气体和煤的熔渣通过熔渣分离器中心管进入熔渣分离器进行分离，熔渣落至分离器底部，气体则从中心管下部折流到中心管外进入冷调炉内;高温气体进入冷调炉后，通过冷激气喷嘴用70-100℃气体进行冷激，使温度降至700-800℃;从冷调炉出来的工艺产品气在混合气体反应炉继续反应，再利用蒸汽过热器，氮气加热器、废热锅炉和软水加热器进一步回收气体显热，最后经文丘里洗涤塔成产品煤气。
本发明的特点为①投资省，其设计合理，所需一切装备全部国产化，而其技术水平，气体成份，消耗指标均可与国际上现有煤气化技术媲美。②适应性广，可广泛适用于中小合成氨厂和工业、民用煤气工业。③消耗低，气体成分好，节能效果显著。以湖南省94年1-7月小合成氨造气煤耗为例，制气系统吨氨消耗标煤1600公斤，比本发明高出500公斤，按湖南省中小合成氨产量100万吨计，每年节约标煤50万吨，并且做到蒸汽自给。本发明气体中CH4含量低，仅为0.32%，而湖南省用的清水煤棒制气，气体中CH4量平均在2.5%以上。CH4对于合成氨来说是不起反应的“惰气”，最终要在氨合成工段放空。本发明由于气体中CH4含量低，故每吨合成氨可减少放空量85%。即整个装置节约动力和实物消耗10%。④气量稳定，装置均衡生产。本发明实行自动控制，气量气质稳定，可使中小合成氨厂均衡生产，提高装置效率。⑤本发明制气系统不向外排废气，废水排放量亦减少50%以上，熔渣为建材的极好原料，减轻了环境污染。
附
图1为本发明旋风熔渣煤气炉结构及制气工艺流程图;
附图2为旋流器喷嘴结构示意图;
附图3为熔渣分离器结构示意图;
附图4为图3的A-A剖视图;
附图5为图4的E向视图;
附图6为图3的B-B剖视图;
附图7为图3的C-C剖视图;
附图8为冷调炉结构示意图;
附图9为图8的A-A剖视图;
下面结合附图对本发明作详细说明。
本发明的旋风熔渣煤气炉如图1所示，旋风熔渣煤气炉2是一种让旋流的气化剂及粉煤在其内高温条件下进行气化反应并产生熔渣的装置。它是一直立圆筒形钢制受压容器，内壁衬有高温耐火保温材料，炉上封头顶部装有旋流器喷嘴1。
旋流器喷嘴1是使气化剂带着粉煤在旋风熔渣煤气炉2内产生旋风的一种燃烧器装置。它的中心部位是“一次气化剂”喷嘴，喷嘴外部的环形圆筒形管为“二次气化剂”喷嘴，两喷嘴的尾端有使气体产生旋流的装置。喷嘴的截面积及旋流器喷嘴扩口锥体和一、二次气化剂喷口扩展角系根据旋风熔渣煤气炉的负荷和煤种确定。旋流器的结构可分为蜗壳型，切向叶片型和轴向叶片型三种。图2给出直流蜗壳式旋流器结构简图，图中17为一次气化剂入口，18为二次气化剂蜗壳，19为扩散锥体。
旋风熔渣煤气炉2下部封头收缩后与熔渣分离器3相连，两者形成一个整体。熔渣分离器3是一种使气体中熔渣进行初步分离的装置，它是一个直立的圆筒形钢制受压容器，内壁衬有高温耐火保温材料。中心设有一圆筒形中心管4与旋风熔渣煤气炉2下出口相连。
中心管4(图3-图7)为一“膜”壁中心管，它是由上下环形水连箱及垂直水管组成的鼠笼状换热装置。垂直水管23的上部为上连箱22，下部为下连箱25，上连箱有汽水出口管21(20汽水上环形管)，其焊结在分离器上封头上，下连箱有进水管26、28(27为进水环形管)，其各为半圈防热膨胀的蛇形盘管，其下直管部分焊结在分离器下封头上，同时用于支撑中心管4。垂直水管23之间由金属膜接条29连接，环形水连箱及进出水管、垂直水管的外部都有高温耐火保温砖24，并由金属螺栓30固定于水管上。此种结构能保证熔渣能流动的温度。中心管下连箱及蛇形盘管与熔渣分离器底部之间留有间距，以使中心管外壁与分离器内壁的熔渣从此流出，中心管来的工艺产品气体也从此折入中心管外。
熔渣分离器上部侧面设有高温气体出口管14与冷调炉6下部封头底部的高温气体入口管相连。
冷调炉6是一个用冷激气使高温工艺产品气冷却固化熔渣小滴，调节工艺产品气中H2/N2，利用高温显热继续进行气化反应的装置(图8)。它是一个直立圆筒形钢制受压容器，内壁衬有高温耐火材料31，下封头用耐火材料铺成一个向设置于下部的灰渣斗32倾斜的炉底，在高温气体入口上部的炉壁上设置有四周均布的冷激气喷嘴5。
冷激气喷嘴5(见图9)，由合金钢制成，外有水夹套，其截面为狭长矩形，喷嘴中心线向上倾角为15，该中心线是与冷调炉截面同心的、假想的一个小圆34的切线。喷嘴在冷调炉圆周均布，每层不少于四个，其层数为1-2层。
冷调炉上封头收缩后与混合气体反应炉7相连。混合气体反应炉是一个使反应气体和冷激气混合后继续进行反应的装置。它是一直立圆筒形钢制受压容器，内衬耐火材料，截面积大于冷调炉，其下部设有灰渣斗33。
混合气体反应炉的上部为蒸汽过热器8和氮气加热器9。蒸汽过热器8是一个利用产品气余热加热旋风熔渣煤气炉气化剂之一-蒸汽的装置，是气体余热回收段的第一级热回收器。氮气加热器9是用来加热作为煤磨碎系统干燥剂-氮气的一种换热装置。两者的外壳均为钢制圆筒形受压容器，内部由耐火材料砌成截面为方形的通道，蒸汽过热器由耐高温合金管材料制成蒸汽过热器管簇，装在方形通道中，氮气加热器由耐温合金钢管制成管簇，装在蒸汽过热器上部的方形通道中。
氮气加热器9的上部为废热锅炉10，废热锅炉是利用产品气体余热产生饱和蒸汽的一种换热器。它是一种单程的列管换热器，其外壳与下部氮气加热器9外壳焊结为一个整体。废热锅炉的材质为20＃锅炉钢板和20＃无缝管材，管内走热气，管外为被加热汽化的软水。
蒸汽包11是用来维持汽水循环和使汽水分离的装置，其为一卧式受压容器，采用20＃锅炉钢板，置于废热锅炉10的上方。汽包有两根下降管，一根是与熔渣分离器3“膜”壁内鼠笼式水管下联箱水进口管相连，供给“膜”壁循环水;一是与废热锅炉下部列管外壳相联，为锅炉给水。汽包上部有两根汽水上升管，一根是与熔渣分离器3的“膜”壁内鼠笼式水管上联箱相连，构成“膜”壁内水循环系统，一根是与废热锅炉10列管外壳上部相连，构成废热锅炉水循环系统。蒸汽包顶部有饱和蒸汽出口管。汽包内饱和蒸汽在内部汽水分离后送往蒸汽过热器。同时，在蒸汽出口管上还有一支管，其接在冷激喷嘴5的冷激气入口管上，作为控制冷调炉炉温用。
汽包上部有一软水加热器来的软水加入管。
软水加热器是用来回收产品气中余热锅炉用的软水设备。其为一单程列管换热器，材质为20＃无逢管，管内走热气，管外为软水。它通过衬有耐火材料的钢管与废热锅炉上部相连，产品气由此管进入软水加热器管内。
煤磨碎系统是用来制备供气化用的粉煤的装置，其为钢球滚筒磨煤粉系统。其利用氮气作干燥剂和送粉气流，并用分离粉煤后的部分干燥剂氮气(含有一定量未分离的超细粉煤及在煤干燥过程中吸收的少量水汽)作冷调炉的冷激气。
本发明的制气工艺用部份气化剂(氧气)作“一次气化剂”，将煤磨碎系统来的粉煤(小于0.1mm，含有一定量助熔剂，其量与煤渣熔点有关。)通过旋流器喷嘴1的中心喷嘴，以超过火焰扩散速度(16米/秒)从旋风熔渣炉顶部喷入炉内。用余下的气化剂(氧气+蒸汽)以“二次气化剂”的形式通过旋流器喷嘴1的外环嘴喷入旋风熔渣煤气炉2内，与粉煤形成较高速度的旋转，较细的粉煤就在旋风熔渣煤气炉中悬浮燃烧，而较大颗粒会由于离心力的作用被甩向炉壁，落在炉壁上熔化的灰渣层上。由于“二次气化剂”切向地吹入，这些粉煤颗粒能在灰渣层上很快地反应完毕，炉内温度在1500℃以上，液态渣则与反应产品气一起从炉下部排渣口进入熔渣分离器3内。
熔渣炉出口产品气以较高的速度与熔渣一起沿熔渣分离器3的中心管4直线向下，由于重力和惯性作用，熔渣落入分离器的底部，产品气则从中心管下部与分离器底部之间间隙处折流到中心管外，由于气体速度的减慢及惯性作用，气体中熔渣在分离器中心管及分离器内壁间得到进一步分离，分离熔渣后的气体，从分离器上部侧面熔渣分离器气体出口管14导出而入冷调炉6中。
从熔渣分离器3底部的熔渣靠重力作用流入水冷激集渣槽15内，用水冷激固化。集渣槽中的水温必须严格控制在水沸点以下，防止水温度高，使过多的闪蒸蒸汽上升到分离器出口，可能使下流的渣固化，破坏正常生产条件。
高温气体进入冷调炉后，用冷激气喷嘴将约70-100℃的冷气进行冷激。这种冷激气来自煤磨碎系统的干燥剂气体。它是利用气体余热将空分系统的氮气加热，作为煤磨碎系统的干燥剂。其中主要的成分是氮气，还含有5%左右煤干燥过程中的水汽和少量的氧气(若利用变压吸附制氧，则氧含量为10%左右)并带有5-10%的超细粉煤。上述气体中的水汽、氧和粉煤在冷调炉内与高温气体充分混合，进行反应，从而增加气体中有效成份(CO+H2)并使气体中H2/N2达到合成氨原料气的要求，同时，由于反应的吸热和气体冷激，使高温气体温度降低至700-800℃，高温气体中夹带的熔渣小滴全部固化，部份固体灰渣从冷调炉下部入灰斗，灰斗灰渣通过水封排至冷调炉外。为后段产品气的显热利用和灰渣分离创造了条件。
为了控制入余热回收段的气体温度，有饱和蒸汽管与氮气冷激气相接，用于调节气体温度时使用。
产品气从冷调炉出来后，进入气体反应炉7，产品气的速度减慢，在该炉中，气体将进一步反应完全，同时，从调冷炉带来的固体熔渣及灰渣，将由于重力作用进一步分离下来，入混合气反应炉下部灰斗，灰斗中灰渣将通过水封排出。
混合气反应炉7的产品气进入余热回收段的第一级蒸汽过热器8，热气从过热器管外将蒸汽包11来的饱和蒸汽加热到500-600℃，送往旋流器喷嘴1，作为气化剂使用。
通过蒸汽过热器8管簇的产品气，给出部份热量后，进入氮气加热器9的管簇间，加热从空分系统来的氮气。氮气被加热到300℃后送往煤磨碎系统，作为粉煤干燥剂使用。
产品气从氮气加热器9管簇间出来后，进入废热锅炉10的列管管内，产品气的余热加热列管外软水，并使之产生蒸汽，废热锅炉与蒸汽包形成锅炉水循环系统。
从废热锅炉出来的产品气，送往软水加热器12，气体走管内，软水走管外。被加热的软水，加入蒸汽包11。产品气体温度降低到200℃以下，入文丘里洗涤塔喉管13，由凉水系统送来的冷却水进行除尘冷却，气体从文丘里塔出来后经冷却塔进一步冷却除尘后作为合成氨的原料气使用。
权利要求
1.一种旋风熔渣煤气炉，主要包括旋风熔渣煤气炉、熔渣分离器、冷调炉、混合气体反应炉、蒸汽过热器、氮气加热器、废热锅炉、蒸汽包、软水加热器和煤磨碎系统，旋风熔渣煤气炉下端连接熔渣分离器，熔渣分离器与冷调炉相连，冷调炉上端连接混合气体反应炉，混合气体反应炉上部依次连接蒸汽过热器、氮气加器及废热锅炉，蒸汽包置于废热锅炉上部，其特征在于旋风熔渣煤气炉的顶部进口设置有旋流器喷嘴；熔渣分离器的中心设有一圆筒形中心管，该管与旋风熔渣煤气炉的出口相连，中心管下部与熔渣分离器之间留有间隙；在熔渣分离器上部侧面设置有高温气体出口管与冷调炉下部封头入口管相连，在冷调炉炉壁上设置有四周均布的冷激气喷嘴。
2.根据权利要求1所述的旋风熔渣煤气炉，其特征在于所述旋流器喷嘴的中心部位有“一次气化剂”喷嘴，该喷嘴外部有环形圆筒形管为“二次气化剂”喷嘴;所述熔渣分离的中心管是由上下环形水连箱及垂直水管组成的鼠笼状换热装置;所述冷激气喷嘴外有水夹套，喷嘴截面为狭长矩形。
3.根据权利要求2所述的旋风熔渣煤气炉，其特征在于所述熔渣分离器的中心管由其作为垂直水管之进水管的蛇形盘管支撑;所述冷激气喷嘴中心线向上倾角为15°，该中心线是与冷调炉截面同心的，假想的一个小圆的切线。
4.根据权利要求3所述的旋风熔渣煤气炉，其特征在于所述熔渣分离器的中心管之垂直水管之间由金属膜接条连接，垂直水管外部有高温耐火保温砖，并由金属螺栓固定于水管上;所述冷激气喷嘴为1-2层，每层不少于四个。
5.一种利用权利要求1所述设备制造煤气的工艺，其特征在于以氧气和蒸汽(过热蒸汽)为气化剂，利用旋流器喷嘴，将氧气和蒸汽及其携带的粉煤从旋风熔渣煤气炉顶部喷入炉内，在1500℃以上的高温及0.1MPa压力下进行气化;旋风熔渣炉产生的高温气体和煤的熔渣通过熔渣分离器中心管进入熔渣分离器进行分离，熔渣落至分离器底部，气体则从中心管下部折流到中心管外进入冷调炉内;高温气体进入冷调炉后，通过冷激喷嘴用70-100℃气体行冷激，使温度降至700-800℃;从冷调炉出来的产品气进入混合气体反应炉继续反应，再利用蒸汽过热器、氮气加热器，废热锅炉和软水加热器进一步回收气体显热，使温度降低到200℃以下;最后经文丘里洗涤塔成产品气煤气。
6.根据权利要求5所述的制气工艺，其特征在于所述气化剂分两部分喷入，一部分是以氧气作为气化剂，将煤粉碎系统来的粉煤通过旋流器喷嘴的中心喷嘴喷入旋风熔渣煤气炉内;第二部分以氧气+蒸汽为气化剂，通过旋流器外环喷嘴喷入炉内。
7.根据权利要求5所述的制气工艺，其特征在于所述通过冷激气喷嘴入冷调炉的冷气来自煤磨碎系统的干燥剂气体，其主要成份是氮气，还有5%的水汽和少量氧气(若利用变压吸附制氧，则氧含量为10%)，并带有5-10%的超细粉煤。
8.根据权利要求7所述的制气工艺，其特征在于有饱和蒸汽管与氮气冷激气相接，用于调节冷调炉出口温度。
9.根据权利要求5所述的制气工艺，其特征在于熔渣靠重力作用流入水冷激集渣槽内，此槽中水温需控制在水沸点温度以下。
全文摘要
本发明涉及一种旋风熔渣煤气炉及其制煤气工艺。其主要特征是使气化剂——氧气、蒸气通旋流器喷嘴，将粉煤从旋风熔渣煤气炉顶部喷入炉内，由于气化剂以较高速度旋转，气化剂和粉煤充分混合，在高温下进行煤的气化反应，反应生成的产品气和熔渣在分离器内分离大部分熔渣后进入冷调炉内，用70—100℃氮气进行冷激，调整气体中H
文档编号C10J3/46GK1106056SQ94113129
公开日1995年8月2日 申请日期1994年11月12日 优先权日1994年11月12日
发明者程培胜 申请人:程培胜