一种水冷壁与耐火砖壁面组合布置的气化炉装置的制造方法
【专利摘要】一种水冷壁与耐火砖壁面组合布置的气化炉装置，它涉及一种气化炉。本发明为了解决现有技术中气化炉耐火砖壁面易烧损，水冷壁壁面散热损失大、易堵渣的问题。本发明的煤粉烧嘴安装在气化炉的顶部，水冷壁安装在气化炉内，合成气通道安装在气化炉的下部，渣池安装在气化炉的底部；弯管段安装在第一竖直段的上端，水平段的一端向气化炉外侧方向安装在第一竖直段的下端，水平段的另一端与第二竖直段连接，且第二竖直段位于水平段的下端，倾斜段的一端与第二竖直段的下端连接，倾斜段的一端向气化炉内侧方向倾斜设置，耐火砖内壁贴附在水冷壁的水平段、第二竖直段和倾斜段上。本发明用于煤气化领域。
【专利说明】
一种水冷壁与耐火砖壁面组合布置的气化炉装置
技术领域
[0001]本发明涉及一种气化炉装置，具体涉及一种水冷壁与耐火砖壁面组合布置的气化炉装置。【背景技术】
[0002]煤气化技术是高效清洁的洁净煤技术。当前的煤气化技术主要分为移动床气化、 流化床气化、气流床气化和熔融床气化四类。其中，气流床气化技术因其气化强度高、生产能力大、碳转化率高等优点已成为现在煤气化技术的主要发展方向。现有技术中气流床气化炉炉壁主要分为两种形式，一种为耐火砖，另外一种为水冷壁。对于耐火砖壁面来说，在实际运行过程中，气化产生的熔渣对耐火砖产生持续的浸蚀，使用寿命短，需要定期更换。 这一方面需要增加备用气化炉，另一方面也增加了操作费用，据了解一台直径3200毫米的气化炉更换一炉耐火砖需要约500?1000万元。此外耐火砖的高温寿命短也要求原料煤的灰熔点一般不超过1350 °C，气化炉的最高操作温度一般不超过1400°C。水冷壁气化炉能够承受较高的炉内温度，但是存在着散热量大，能量转化率低，液态渣极易激冷固化，炉内产生挂渣和堵渣等问题，导致气化炉经常停车，而气化炉作为化工企业的生产源头，一旦停车，导致整个生产线全部停运，整个生产线停运一次给企业造成巨额经济损失。例如:一套造气量80000Nm3/h的煤气化生产线停运一次经济损失达4000万元以上。
[0003]目前已经有一批科技工作者对上述问题进行了研究，如专利03218866.8提到的半水冷壁多元料浆气化炉，在保温层与耐火砖之间增加了水冷盘管，但是炉体上部向火面的耐火砖还要承受1400°C以上高温熔渣的浸蚀，并没有从根本上解决向火面耐火砖寿命短的问题。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为了解决现有技术中气化炉耐火砖壁面易烧损，水冷壁壁面散热损失大、易堵渣的问题。进而提供一种水冷壁与耐火砖壁面组合布置的气化炉装置。
[0005]本发明的技术方案是:一种水冷壁与耐火砖壁面组合布置的气化炉装置包括煤粉烧嘴、气化炉、水冷壁、合成气通道和渣池，煤粉烧嘴安装在气化炉的顶部，水冷壁安装在气化炉内，合成气通道安装在气化炉的下部，渣池安装在气化炉的底部；它还包括耐火砖内壁，水冷壁包括弯管段、第一竖直段、水平段、第二竖直段和倾斜段，弯管段安装在第一竖直段的上端，水平段的一端向气化炉外侧方向安装在第一竖直段的下端，水平段的另一端与第二竖直段连接，且第二竖直段位于水平段的下端，倾斜段的一端与第二竖直段的下端连接，倾斜段的一端向气化炉内侧方向倾斜设置，耐火砖内壁贴附在水冷壁的水平段、第二竖直段和倾斜段上。
[0006]本发明与现有技术相比具有以下效果:
[0007]—、本发明能够延长耐火砖壁面使用寿命。气化炉正常运行时，煤粉经由烧嘴送入气化炉后，立即与气化剂(约90%为氧气)发生强烈的燃烧反应，尤其是烧嘴附近处于极高的温度环境中，数值计算模拟显示炉体上部区域烧嘴出口处温度最高达3000°C ;而在炉体下部，由于送入炉内的氧气已经在上部消耗完成，下部炉体主要发生碳与二氧化碳及水蒸气的还原吸热反应，温度降低。因此气化炉内温度分布不均，上部为高温区，下部为低温区。 处于上部区域附近的耐火砖壁面，一方面要受到火焰强烈的高温辐射作用，长期处于极高的使用温度中(约1500?1600°C)，其机械强度降低较为迅速;另一方面煤粉强烈燃烧反应后剩余的灰分在高温作用下熔化形成液态渣，液态渣在扩散气流的作用下，粘附在耐火砖壁面形成贴壁的液态熔渣层，渣层受重力作用向下流动，在流动的过程中对耐火砖壁面产生严重的侵蚀和冲刷。以上原因造成了现有技术中耐火砖壁面使用寿命短，需要经常更换， 为企业造成较大的经济损失。本发明中上部炉体采用水冷壁形式，水冷壁采用自我修复式的“以渣抗渣”思想来延长使用寿命。气化炉运行时，高温熔融下的流态熔渣顺水冷壁重力方向下流，当渣层较薄时，由于水冷壁上附有的金属销钉具有很好的热传导作用，渣外表层冷却至灰熔点固化附着；当渣层增厚到一定程度时，热阻增大，传热减慢，外表渣层温度升高到灰熔点以上时，熔渣流淌减薄；当渣层减薄到一定厚度时，热阻减小，传热量增大，渣层温度降低到灰熔点以下时熔渣聚积增厚，这样不断的进行动态平衡，渣层厚度在动态平衡中始终是相对稳定的。稳定的渣层对水冷壁起到了良好的保护作用，水冷壁使用寿命大大延长。气化炉内下部布置耐火砖衬里，由于该区域温度低(约1200?1300 °C )，处于耐火砖材料的正常工作温度范围内，耐火砖使用寿命大大延长。可见本发明能够有效延长耐火砖使用寿命，减少企业由于更换耐火砖而停炉造成的经济损失，增强企业效益。
[0008]二、本发明能够减少水冷壁壁面热量损失，提高了气化炉能量转换效率，并提高渣口温度，便于排渣。气化炉水冷壁依靠水冷壁管内的循环水吸热降温，以保持内壁面的正常运行温度。但是由于循环水不断吸热，气化炉不断的向循环水传递能量，这就增加了气化炉的能量损失，降低了其能量转化效率。此外，由于水冷壁面的吸热，渣层沿壁面向下流动过程中不断降温，渣的流动性变差，在锥形下渣口处就会越积越多，导致下渣口有效流通面积减小，对气化炉排渣造成不利影响，一旦发生堵渣，则必须停车处理，给企业造成极大的损失。本发明中，炉体下部低温区布置有耐火砖，耐火砖的导热系数低(约为15?28W/mK )，而金属材料水冷壁管的导热系数则约为80W/mK。较低的导热系数，较厚的厚度，能够使耐火砖大大减少气化炉底部的散热量，提高了气化炉的能量转化率，并提高渣口温度，利于排渣。
[0009]三、本发明的煤种适用性强。熔渣气化炉想要液态排渣，则必须保证底部渣口附近处于较高的温度范围内。现有水冷壁气化炉技术中，想要利用高灰熔点的煤种，则必须通过提高氧气消耗量，使炉内处于较高的温度环境中。但是这样做一方面会增加氧气消耗量，增加生产成本，另一方面容易使炉体上部高温区超温，烧损水冷壁，给企业造成极大损失。因此，现有技术中一般对煤质的灰熔点有严格要求，一般不超过1250°c。本发明中，气化炉底部由耐火砖层进行保护，灰渣的散热小，温度高，对煤灰的粘温特性不敏感，因此本发明煤种适用性极强。在市场煤价波动的时期，气化炉对煤种的“不挑剔性”，能够为生产企业提供多重选择，大大提高企业的盈利能力。
[0010]四、本发明提高气化炉的碳转化率。气化过程中，碳最终转化为一氧化碳。碳与氧气反应生成一氧化碳放热112.lkj/mol，碳与氧气反应生成二氧化碳放热395kJ/mol，显然碳与氧气反应生成二氧化碳放热是生成一氧化碳放出的热量的3.52倍。煤粉气化需要在较高温度(1250?1600°C)下才能迅速反应，虽然期望得到的煤气化产物是一氧化碳，但为了维持较高炉内温度，必须通入过量的氧气生成二氧化碳来提高温度。现有技术中壁面热损失较大，实际运行时调整氧原子与碳原子的当量比为1.05?1.1时，也就是说多通入5 %? 10 %的氧气生成二氧化碳维持炉温，也就是说，本来应该转化为一氧化碳的一部分碳转化为了二氧化碳，降低了碳转化率。本发明中在气化炉炉体下部布置耐火砖层，增加了壁面热阻，减小了炉内高温气体向水冷壁面的传热，因而减小了壁面热损失，调整氧原子与碳原子的当量比为1.02?1.4即可保持炉内的气化反应温度，因此本发明提高了碳转化率。【附图说明】
[0011]图1是本发明的整体结构主视图，图2是图1沿A-A处的剖面图。【具体实施方式】
[0012]【具体实施方式】一:结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的一种水冷壁与耐火砖壁面组合布置的气化炉装置，它包括煤粉烧嘴1、气化炉2、水冷壁3、合成气通道5和渣池6,煤粉烧嘴1安装在气化炉2的顶部，水冷壁3安装在气化炉2内，合成气通道5安装在气化炉2的下部，渣池6安装在气化炉2的底部;其特征在于:它还包括耐火砖内壁4，水冷壁3包括弯管段3-1、第一竖直段3-2、水平段3-3、第二竖直段3-4和倾斜段3-5,弯管段3-1安装在第一竖直段3-2的上端，水平段3-3的一端向气化炉2外侧方向安装在第一竖直段3-2的下端， 水平段3-3的另一端与第二竖直段3-4连接，且第二竖直段3-4位于水平段3-3的下端，倾斜段3-5的一端与第二竖直段3-4的下端连接，倾斜段3-5的一端向气化炉2内侧方向倾斜设置，耐火砖内壁4贴附在水冷壁3的水平段3-3、第二竖直段3-4和倾斜段3-5上。
[0013]【具体实施方式】二:结合图1说明本实施方式，本实施方式的气化炉2包括半球体2-1、圆柱体2-2和锥体2-3，半球体2-1、圆柱体2-2和锥体2-3由上至下依次连接。其它组成和连接关系与【具体实施方式】一相同。
[0014]【具体实施方式】三:结合图1说明本实施方式，本实施方式的煤粉烧嘴1为圆柱体烧嘴，煤粉烧嘴1的轴线与气化炉2的圆柱体2-2的轴线重合。如此设置，便于经烧嘴喷入炉内的煤粉与气化剂均匀在炉内空间分布，使炉内空间热负荷均匀。其它组成和连接关系与【具体实施方式】一或二相同。
[0015]【具体实施方式】四:结合图1说明本实施方式，本实施方式的水冷壁3由多根圆管顺次环形排列组成。如此设置，便于形成煤粉燃烧气化反应的炉内空间其它组成和连接关系与【具体实施方式】一、二或三相同。
[0016]【具体实施方式】五:结合图1说明本实施方式，本实施方式的耐火砖内壁4在气化炉2 的圆柱体2-2内的竖直高度H为0.1-0.5L，L为气化炉2的燃烧室高度。如此设置使气化炉燃烧室底部形成了耐火砖壁面，并限制其高度，防止其被气化炉上部的高温熔渣侵蚀。其它组成和连接关系与【具体实施方式】一、二、三或四相同。
[0017]【具体实施方式】六:结合图1说明本实施方式，本实施方式的耐火砖内壁4在气化炉2 的圆柱体2-2内的竖直高度H为0.3L。其它组成和连接关系与【具体实施方式】一、二、三、四或五相同。
[0018]【具体实施方式】七:结合图1说明本实施方式，本实施方式的耐火砖内壁4包括竖直段墙体和倾斜段墙体，竖直段墙体和倾斜段墙体顺次连接并与水平段3-3、第二竖直段3-4和倾斜段3-5的尺寸相匹配，竖直段墙体和倾斜段墙体的墙体厚度为300_。如此设置，以减少气化炉底部的散热损失。其它组成和连接关系与【具体实施方式】一、二、三、四、五或六相同。
[0019]实施例:一台应用本发明的80000Nm3/h造气量的气化炉，预计运行4年水冷壁不发生烧损，未发生堵渣事故，可保证持续运营2年不停车，相比其它技术，减少经济损失1.6亿元。数值计算验证得知:与现有技术保持相同炉内温度时，耗氧量降低3%，并且可以长期使用高灰熔点煤种。
【主权项】
1.一种水冷壁与耐火砖壁面组合布置的气化炉装置，它包括煤粉烧嘴(1)、气化炉(2)、 水冷壁(3)、合成气通道(5)和渣池(6)，煤粉烧嘴(1)安装在气化炉(2)的顶部，水冷壁(3)安 装在气化炉(2)内，合成气通道(5)安装在气化炉(2)的下部，渣池(6)安装在气化炉(2)的底 部;其特征在于:它还包括耐火砖内壁(4)，水冷壁(3)包括弯管段(3-1 )、第一竖直段(3-2)、 水平段(3-3)、第二竖直段(3-4)和倾斜段(3-5)，弯管段(3-1)安装在第一竖直段(3-2)的上 端，水平段(3-3)的一端向气化炉(2)外侧方向安装在第一竖直段(3-2)的下端，水平段(3-3)的另一端与第二竖直段(3-4)连接，且第二竖直段(3-4)位于水平段(3-3)的下端，倾斜段 (3-5)的一端与第二竖直段(3-4)的下端连接，倾斜段(3-5)的一端向气化炉(2)内侧方向倾 斜设置，耐火砖内壁(4)贴附在水冷壁(3)的水平段(3-3 )、第二竖直段(3-4)和倾斜段(3-5) 上。2.根据权利要求1所述的一种水冷壁与耐火砖壁面组合布置的气化炉装置，其特征在 于:气化炉(2)包括半球体(2-1)、圆柱体(2-2)和锥体(2-3)，半球体(2-1)、圆柱体(2-2)和 锥体(2-3)由上至下依次连接。3.根据权利要求2所述的一种水冷壁与耐火砖壁面组合布置的气化炉装置，其特征在 于:煤粉烧嘴(1)为圆柱体烧嘴，煤粉烧嘴(1)的轴线与气化炉(2)的圆柱体(2-2)的轴线重合。4.根据权利要求3所述的一种水冷壁与耐火砖壁面组合布置的气化炉装置，其特征在 于:水冷壁(3)由多根圆管顺次环形排列组成。5.根据权利要求4所述的一种水冷壁与耐火砖壁面组合布置的气化炉装置，其特征在 于:耐火砖内壁(4)在气化炉(2)的圆柱体(2-2)内的竖直高度(H)为0.1-0.5L，L为气化炉 (2)的燃烧室高度。6.根据权利要求5所述的一种水冷壁与耐火砖壁面组合布置的气化炉装置，其特征在 于:耐火砖内壁(4)在气化炉(2)的圆柱体(2-2)内的竖直高度(H)为0.3L。
【文档编号】C10J3/76GK106047418SQ201610388806
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月2日
【发明人】陈智超, 王浩鹏, 乔大成, 何额尔敦木图, 曾令艳, 李争起
【申请人】哈尔滨工业大学