专利名称：煤粉/水煤浆气化炉系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种煤粉/水煤浆气化炉系统。
背景技术：
煤炭是一种重要的能源，长期以来，煤炭在使用过程中伴随着严重的环境污染。近年来，以减少污染排放和提高利用效率为目的的洁净煤技术日益为人们所重视。煤气化技术作为其中的一种煤炭加工和转化技术，被认为是最为高效清洁的洁净煤技术之一。现代煤气化技术，尤其是高压、大容量气流床气化技术在工业上获得广泛应用。在我国已经有多家厂家引进并利用现代气流床气化技术，现代气流床气化技术主要分为水煤浆气化和粉煤气化，现代气流床气化技术具有环境污染小、自动化程度高等优点，但该技术 工艺带有一些普遍存在的问题，这些问题不同程度上影响着气化装置的正常运行。煤浆或煤粉在气化炉燃烧室内不完全燃烧生成1350°C左右的高温合成气与熔渣进入气化炉下部的激冷室。现有技术中激冷室主要有激冷环、下降管、上升管和分离挡板；激冷环位于渣口下侧下降管上部，激冷环的作用是将激冷水均匀的分布在下降管内壁上，形成液膜，这层液膜将下降管和高温合成气与熔融渣有效隔离开来，从而保护下降管不被高温合成气与熔渣烧坏，同时高温合成气在一定程度上激冷降温。在现有技术中，气化炉激冷环的结构包括外环、内环、激冷水进口、激冷水出口、夕卜环与内环之间有隔环，隔环的两侧为外腔和内腔室，隔环上有进水孔，外环上有与隔环上进水孔相对应的疏通孔，清通孔中设置疏通丝堵。激冷水从激冷水进口进入外腔室，再经过隔环上的进水孔进入内腔室，在内腔室的内环下端与下降管之间的激冷水出口流出，激冷水沿下降管壁形成液膜流下。高温合成气携带着大量的煤灰和熔渣穿过下降管，与下降管液膜进行换热传质，接着进入水浴，进一步水洗降温除去熔渣和部分煤灰后由合成气出口去洗涤塔进一步水洗除灰。现有技术中激冷环的位置和结构有其不足，内腔室内环的外侧直接与高温合成气、熔渣接触，致使激冷环工作温度过高，加上熔渣对激冷环直接冲刷造成的磨损，致使激冷环使用寿命大为缩短；长期高负荷运行，激冷环内环半年内就变形，一年左右就出现磨损穿孔，下降管液膜断流，使下降管直接暴露在高温合成气和熔渣之下，导致其变形、烧穿等损坏。上升管与下降管为同心同轴套筒结构，下降管套在上升管内，高温合成气从下降管与激冷水并流而下，完成降温过程，而后通过上升管与下降管之间的环隙出气化炉激冷室；高温合成气与下降管液膜进行换热传质时，与液膜接触的那部分合成气的煤灰进入液相获得清除，而下降管中央的合成气中的大部分煤灰没有水洗便随合成气进入水浴，快速地穿过下降管下沿后，合成气以气团的形式立即向上鼓泡离开水浴。在此过程中，也只有气团外表面的煤灰与水接触获得水洗，气团中央的大部分煤灰依然没有获得水洗机会就离开水浴；合成气中的大部分煤灰在洗涤塔被水洗清除，洗涤塔水浴上部的洗涤水作为激冷水反过来供给激冷环使用，虽然激冷水取自洗涤塔水浴上部，但是由于大量的煤灰被水洗到水浴中，水浴上部的洗涤水依然含有很多煤灰尤其是大量的微小固体颗粒，这样即使激冷水过滤器过滤掉堵塞激冷环出口的大颗粒，但是这些微小固体颗粒也会在激冷环内流动微弱的死区沉淀，逐渐积累，最终将影响到激冷环激冷水的出口流量以及整个出口环隙出水流量的均匀性，进而造成下降管液膜不均甚至断流，从而导致下降管变形、烧穿等损坏。激冷水中微小固体颗粒的浓度越高，这种在激冷环内死区沉淀积累的速率也越快，这样下降管的使用寿命也越短，在每次德士古气化炉运行一段时间停车检修时都会发现激冷环环管中淤积着大量的淤泥，这就是这些微小固体颗粒沉积的结果。另外，当生产负荷比较高时，由于上升管与下降管之间的环隙比较窄，导致合成气离开水浴后流速快，易造成合成气带液的现象，即使在激冷室的合成气离开通道中设置有分离挡板，当高速流动的气体还是把挡板上的小液滴扫走而再次带液，激冷室带液容易造成激冷室液位快速下降导致气化炉跳车，生产中不能不加大激冷水供应流量以保证液位，这样不但增加了能耗和水资源的浪费还一下子加大了后系统的负荷，影响了稳定操作。 在气化炉操作温度较高时，致使热负荷高，使得饱和蒸汽压增大，这也会造成合成气带水进入后系统；对于现有技术的气化炉，在超高负荷时，部分合成气会绕过上升管下沿形成大气泡鼓泡离开水浴，这样会造成激冷室液面波动以及波动导致的液位报警，甚至跳车。中国专利申请号200720103616. 7提供了一种雾化-浸没式气化炉激冷室，其实并不适用于煤粉/水煤浆气化炉，尤其不适合加压煤气化炉，因为其结构上的缺陷容易造成其雾化器和雾化喷头受到高温熔渣和煤灰的强烈冲刷而快速磨损，使得激冷室快速损坏，从而无法保证气化炉的长时间运行。在现有技术中，气化炉在投料之前，往往需要先烘炉，如水煤浆气化炉在投料之前，首先需要使用预热烧嘴将炉温烘到1200°C附近，恒温数小时后将预热烧嘴拆下，然后安装工艺烧嘴，切换烧嘴冷却水，气化炉才能进行投料开车，切换烧嘴投料过程劳动强度极大，且若切换烧嘴、置换过程稍有延迟，很可能使炉温降至900°C以下，容易造成投料点火失败且存在安全隐患；干煤粉气化炉开工操作过程繁琐复杂，在冷态时首先启动点火烧嘴，点燃其喷出的可燃气体，然后由点火烧嘴点燃使用燃油的开工烧嘴，按照升温曲线对气化炉进行烘炉，当温度和压力达到了工艺要求的工况时，粉煤烧嘴再进行化工投料，如壳牌气化炉，需要准备三种不同种类的烧嘴，且在气化炉燃烧室开孔较多，容易形成安全隐患。中国专利200910092771. 7提出了一种用于水煤浆或煤粉气化炉的开工复合烧嘴，其设计结构不合理，在烘炉结束投料成功后、生产过程中，其助燃气通道内的助燃气是空气或氧气，点火电极及其保护套管安装在助燃气体通道的外壁燃料气通道(也是其水煤浆或煤粉通道)内，这样必然造成水煤浆或煤粉不能均匀喷出，使得空间煤粉分布或水煤浆的雾化不均，从而导致气化效率不高，同时也造成烧嘴头部受热和受冲刷程度不均，反过来加剧了烧嘴的偏喷和气化效率下降，从而缩短了烧嘴的使用寿命，另外点火电极保护套管在高速水煤浆或煤粉冲刷下，其使用寿命会大为缩短；且其火检套管内没有任何与气化炉系统隔绝的部件，存在着安全隐患。如何减少供应的激冷水中微小固体颗粒的含量减轻这些颗粒在激冷环中的淤积、减轻合成气带水、减轻或避免激冷环的热蚀和磨损、延长激冷环的使用寿命和进一步保护下降管，以及如何做到烘炉、化工投料连续进行成为一个重要的课题，对煤气化乃至煤化工的长满优运行有着重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种煤粉/水煤浆气化炉系统，以延长激冷环和下降管的寿命。为此，本发明提供了一种煤粉/水煤浆气化炉系统，包括气化炉、向气化炉投料的投料系统和出炉复合气的后续处理系统，其中，气化炉包括燃烧室和位于燃烧室下方的激冷室，激冷室中设有下降管和在下降管的顶部提供激冷水的激冷环，其特征在于，下降管包括降气筒和布气筒，其中，降气筒的下端伸入布气筒中，布气筒和降气筒之间的环形空间内设置有散气网，降气筒的下沿为锯齿状。进一步地，上述激冷室还包括在激冷室液面上方套设在降气筒外周的喷水环管。进一步地，上述喷水环管的上方沿激冷室的高度方向交错布置的多个环形挡板/。进一步地，上述燃烧室的底部设有渣口和渣口砖，该渣口砖包括支撑在渣口的锥底钢板的环状渣口部、以及自环状渣口部伸入激冷室上部、在激冷环的内侧遮挡激冷环的筒状渣口部。进一步地，上述筒状渣口部嵌套固定在环状渣口部中。进一步地，上述激冷环包括形成环形外腔室的外环、形成环形内腔室的内环、以及固定连接在外环上的激冷水管线，其中，内环上设有第一出水环隙，外腔室和内腔室由进水环隙和位于环状隔环上方的进水环隙分隔开来，激冷水管线的激冷水进口水平切向与进入外腔室相连接，激冷水从第一出水环隙旋流而出并在下降管的内壁上形成螺旋状水膜。进一步地，上述内环的下端具有环形的导向斜面，导向斜面径向向外同时向下方延伸，导向斜面上设有面对下降管内腔的第二出口环隙。进一步地，上述燃烧室的顶部设有复合烧嘴，该复合烧嘴包括中间氧通道，通向气化炉内腔；投料通道，通向气化炉内腔并且在中间氧通道的外周延伸；环隙氧通道，通向气化炉内腔并且在投料通道的外周延伸，其中，投料通道和环隙氧通道之间设有第一冷却水夹套，环隙氧通道外周设有第二冷却水夹套’；冷却水盘管，在第二冷却水夹套’外周环绕延伸；烧嘴头部保护层，在冷却水盘管的下部外周延伸；以及点火电极和保护点火电极的保护套管，均设置在投料通道的外侧。进一步地，上述中间氧通道内居中地设有火检通道管，火检通道管的面对气化炉内腔的一端设有透明的保温保护体。进一步地，上述向气化炉投料的投料系统包括第一组管道，包括与复合烧嘴的中间氧通道和环隙氧通道选择性连通的净化空气管线、氧气管线、以及第一置换用氮气管线，其中，净化空气管线、氧气管线、以及第一置换用氮气管线上均设置有第一组管道控制阀；以及第二组管道，包括与复合烧嘴的投料通道选择性地连通的燃料气管线、第二置换用氮气管线、以及煤粉/水煤浆管线，其中，燃料气管线、第二置换用氮气管线、以及煤粉/水煤浆管线上均设置有第二组管道控制阀。 进一步地，上述第一组管道还包括用于选择性地气封隔绝净化空气管线中的净化空气和氧气管线中的氧气的第一隔绝用氮气管线；以及第二组管道还包括用于选择性地气封隔绝燃料气管线中的燃料气的第二隔绝用氮气管线。
进一步地，上述第二组管道还包括对煤粉/水煤浆管线进行吹扫或冲洗的管线。进一步地，上述预热水槽在烘炉时与过滤器、激冷室形成预热水循环回路，上述预热水循环回路上设有水泵。根据本发明的煤粉/水煤浆气化炉系统，避免了合成气夹带过多的煤灰进入洗涤塔，减轻激冷室合成气的带水带灰，延长激冷环和下降管的使用寿命，保持稳定生产，延长了气化炉的运行周期；实现烘炉、化工投料的 连续作业。除了上面所描述的目的、特征、和优点之外，本发明具有的其它目的、特征、和优点，将结合附图作进一步详细的说明。
构成本说明书的一部分、用于进一步理解本发明的附图示出了本发明的优选实施例，并与说明书一起用来说明本发明的原理。图中图I是根据本发明一实施例的气化炉系统的结构示意图；图2是图I所示的气流化气化炉渣口部位的局部放大示意图；图3是图I所示气化炉系统的B-B视图；图4是图I所示气化炉系统的A-A视图；图5是根据本发明另一实施例的气化炉系统的结构示意图；图6是图5所示气化炉系统的C-C视图；图7是图5所示气流化气化炉的多个环形挡板的平面布局示意图；图8是根据本发明的开工复合烧嘴和供料管线的连接关系示意图；以及图9是根据本发明的气化炉系统烘炉时的预热水循环系统。附图标记说明10激冷室20燃烧室12激冷环11下降管13激冷水管线14支架111降气筒Illa降气筒下沿112布气筒112a布气筒下沿113散气网113a内环113b 外环113c 网体114喷水环管114a喷水口114b支架115/116环状挡板21 渣口22 渣口砖23锥底钢板221环形渣口部222筒状渣口部121外环121a 外腔室122内环122a内腔室123激冷水管线124进水环隙122b第一出水环隙125环状隔环126疏通孔127疏通丝堵
122c导向斜面122d第二出口环隙32中间氧通道33投料通道34环隙氧通道36点火电极361保护套管37第一冷却水夹套37’第二冷却水夹套38冷却水盘管
39烧嘴头部保护层311旋流器35火检通道管351火检仪安装口352高温保护体40第一组通道50第二组通道32中间氧通道33投料通道34环隙氧通道36点火电极37第一冷却水夹套37’第二冷却水夹套38冷却水盘管39烧嘴头部保护层311旋流器35火检通道管351火检仪安装口352高温保护体
具体实施例方式以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。图I是根据本发明一实施例的气化炉系统的结构示意图。如图I所示，气化炉系统包括气化炉、向气化炉投料的投料系统和出炉复合气的后续处理系统，其中，气化炉包括燃烧室20、位于燃烧室下方的激冷室10，燃烧室20的顶部设有复合烧嘴30、底部设有渣口21，激冷室中设有下降管11和在下降管11的顶部提供激冷水的激冷环12，燃烧室20中的高温合成气与熔渣经过其底部的渣口 21进入到下降管11中。投料系统包括向复合烧嘴30选择性地供给燃料气、置换用氮气(低压氮气)或煤粉/水煤浆的第一组管道40、以及向复合烧嘴30供给燃料气、置换用氮气和煤粉/水煤浆的第二组管道50。出炉复合气的后续处理系统包括对复合气进行洗涤的洗涤塔。图2是图I所示的气流化气化炉洛口部位的局部放大示意图。如图2所示,燃烧室20的底部设有渣口 21，激冷室10中设有位于渣口 21下方的激冷环12和在激冷环12下方的下降管11，渣口 21上设有渣口砖22，该渣口砖22包括支撑在渣口 21的锥底钢板23的环状渣口部221、以及自环状渣口部221伸入激冷室10上部并且在激冷环12的内侧遮挡激冷环12的筒状渣口部222。在发明中，气化炉燃烧室下部的渣口上设有砌筑在锥底钢板上独特的渣口砖结构，将高温合成气、熔渣与激冷环隔离开来，可有效地减轻高温合成气和熔渣对激冷环的热蚀、避免高温合成气和熔渣对激冷环的冲刷，这样极大的延长了激冷环的使用寿命。优选地，气化炉燃烧室下部砌筑在锥底钢板上的渣口砖22设计成两同心同轴同内径不同外径两空心圆柱嵌套形式，外径较大的圆柱部分(即环状渣口部221)为渣口砖的支撑砌筑部分，外径大于渣口，渣口砖可砌筑固定在锥底钢板上，外径较小的圆柱部分(即筒状渣口部222)为渣口砖保护部分，外径和渣口相当，该部分伸入激冷室上部，位于激冷环的内侧，正好挡住激冷环，这样可有效地避免高温合成气和熔渣对激冷环的冲刷，也可减轻高温合成气和熔渣对激冷环的热蚀。环状渣口部的外径D3为2000 2025mm ;所述筒状渣口部的外径D2为1030 1066. 9mm,内径为810 850mm。筒状渣口部的外径D2略小于激冷环内径d4，激冷环紧贴筒状渣口部，有助于固定激冷环并减轻其在生产过程中的振动，以免 振动造成激冷环的磨损和松动。在本发明的另一实施例中，环状渣口部和筒状渣口部一起成型。同样可有效地避 免高温合成气和熔渣对激冷环的冲刷，也可减轻高温合成气和熔渣对激冷环的热蚀。图3示出了根据本发明一实施例的气流化气化炉的激冷环的示意性结构。如图2和图3所示，该激冷环12包括形成环形的外腔室121a的外环121、形成环形内腔室122a的内环122、以及固定连接在所述外环121上的激冷水管线123，其中，所述内环122上设有第一出水环隙122b，外腔室和内腔室由环状隔环和环状隔环上方的进水环隙分隔开来，激冷水管线的激冷水进口水平切向与外腔室相连接，激冷水从第一出水环隙旋流而出在下降管的内壁上形成螺旋流下的水膜。外环121与内环122之间有环状隔环125，进水环隙124位于环状隔环125上。环状隔环125的下部与下降管11固定连接。激冷水由激冷水进口水平切向进入外腔室121a，再经过隔环上的进水孔(还是进水环隙)进入内腔室122a，接着从内腔室122a的内环下端与下降管之间的第一出水环隙122b流出，由于激冷水切向进入环形外腔室，激冷环在外腔室形成旋流进入内腔室，激冷水以旋流从第一出水环隙流出，由于旋流产生的离心力，激冷水能紧贴下降管内壁呈水膜螺旋流下。在本发明中，外环形成的环形外腔室外部切向水平固定连接有激冷水管线的结构使得激冷水由激冷水进口水平切入外腔室，使得激冷水在环形外腔室和内腔室做高速环形流动，极大地缩小了激冷环内流动微弱的死区，降低了激冷水中微小固体颗粒在激冷环中的沉淀淤积，有利于保持激冷环激冷水的出口流量长期稳定以及整个出口环隙出水流量的均匀性。与现有技术的激冷水管线斜向上固定连接激冷环的结构(请参见中国专利申请200920025468. O)相比，在本发明中，外环形成的环形外腔室外部切向水平固定连接有激冷水管线，使得激冷水由激冷水进口水平切入外腔室，减少了激冷水在竖直方向上的冲击造成本身动能的损失，激冷水自身更多动能用于维持激冷水沿下降管内壁做螺旋运动(同时也有节能的作用)，这样，激冷水以更快的速度在下降管内壁形成旋流，其离心力更强，激冷水能更为紧贴下降管内壁呈水膜螺旋流下，更快的速度和更强的离心力，则同样流量的激冷水在相同高度的下降管中将旋转更多的圈数也意味着更为密集的水膜和更长的流程，这样即可有效地降低激冷水在下降管内壁分布不均甚至水膜断裂的危害又能延长激冷液在下降管内壁与高温合成气熔渣的换热时间。该第二出口环隙122d内设置有旋流切片128，该旋流切片128为一个向着旋流方向倾斜的切片，有一个维持原有旋流(就是不阻碍原有旋流的激冷水)和连接被环隙分开的两部分的作用，后者连接被环隙分开的两部分为其主要功能。
外环121上设有与环状隔环125上的进水孔(是不是进水环隙124 )位置相对应的疏通孔126，疏通孔用丝堵127封堵。内环由螺栓固定在气化炉锥底钢板上，内环122下部为斜向设计。具体地，内环122的下端具有环形的导向斜面122c，所述导向斜面122c径向向外延伸，导向斜面122c的边缘和下降管之间形成第一出水环隙122b。导向斜面122c与水平夹角a在10 80度之间，该夹角的具体角度恰好使得从第二出口环隙212d喷入下降管22的激冷水不会被渣口砖的筒状渣口部遮挡为佳。导向斜面122c上设有面对所述下降管内腔的第二出口环隙122d。在本发明中，内环下部独特的斜面结构(即导向斜面122c)使得一部分激冷水能够从第二出口环隙122d喷入下降管11而不会被渣口砖的筒状渣口部遮挡，喷入下降管的 激冷水可实现对合成气与熔渣的降温增湿除尘，相对普通的喷孔喷出的激冷水，由第二出水环隙122d喷出的激冷水可覆盖下降管内部更大的空间，达到更佳的增湿除尘效果，使更多的煤灰在激冷室水浴中沉淀下来，合成气携带到洗涤塔的煤灰则变少，使得洗涤塔内水浴的煤灰尤其是细微固体颗粒含量减少，这样，来自洗涤塔的激冷水细微固体颗粒浓度随之降低，从而可以延缓激冷水中微小固体颗粒在激冷环中的沉淀淤积，进而能够更长时间地稳定激冷环激冷水的出口流量以及整个出口环隙出水流量的均匀性，从而有效地延长气化炉的运行周期。优选地，激冷环12的外环121和内环122为锻钢件结构，其转角处最优方案为圆弧形结构。图3是图I所示气化炉系统的B-B视图。如图I和图3所示，在本发明中，没有采用现有技术的同心同轴的上升管下降管双套筒结构，只保留下降管，该下降管11包括降气筒111和布气筒112两部分，二者同心同轴上下相连部分套筒结构，且都由固定在其外壁的支撑架14与激冷室内壁固定连接，支撑架14起到一个稳固下降管11位置和结构的作用，降气筒111下部与布气筒112顶部的散气网113的内环固定连接。降气筒111下沿Illa为锯齿形开口且伸入布气筒112，低于散气网平面500 1000mm，布气筒112内径比降气筒111大而又比激冷室内径稍小，布气筒112顶部为散气网113，正常生产时，液面应高于散气网平面1500 4000mm。网口不宜太小，网口截面优选为2. 25 25cm2，以防煤灰或渣块堵塞，网口截面呈圆形或多边形，散气网113可由直径为O. 5 I. 2cm左右的钢筋交错焊接而成。散气网113可由内环113a、外环113b和网体113c组成，外环113a与布气筒1112连接，内环113b与降气筒111连接，实现散气网的固定。外环直接固定连接至激冷室内壁上的支架进行固定。布气筒112的下沿112a也为锯齿形开口，激冷环12下部与降气筒111上部固定连接。气化炉运行过程中，来自洗涤塔的激冷水进入激冷环12后，从激冷环12下端与降气筒111之间形成激冷水出口环隙流出或从激冷环下端喷孔喷向降气筒内壁，激冷水均匀的分布在降气筒111内壁上，形成液膜，这层液膜将降气筒111和高温合成气与熔融渣有效隔离开来，从而保护下降管不被高温合成气与熔渣烧坏，同时高温合成气在一定程度上激冷降温。
合成气穿过可抑制产生超大型气泡的降气筒锯齿形下沿Illa后进入布气筒112，由于散气网113的存在，大股合成气被散气网113切成许多细长的气泡，这样就增加了合成气的水洗面积，大大提高了合成气的水浴增湿除尘除灰降温效果，从而避免了合成气夹带过多的煤灰进入洗涤塔，即减轻了洗涤塔的负荷，又可使洗涤塔水浴中的细微固体颗粒含量大大降低。这样，供给激冷环的激冷水中的细微固体颗粒含量也会降低，也就减轻了这些细微颗粒在激冷环中的淤积，从而可以延缓激冷水中微小固体颗粒在激冷环中的沉淀淤积，进而能够更长时间地稳定激冷环激冷水的出口流量以及整个出口环隙出水流量的均匀性，从而有效地延长气化炉的运行周期。同时，大股合成气被散气网切成许多细长的气泡，也避免了大型的合成气气泡鼓 泡造成激冷室液面波动以及波动导致的液位报警，同时由于合成气温度下降幅度更大，从而降低了其饱和蒸汽压和热负荷，进而抑制了激冷室合成气的带水现象，因为没有上升管，合成气的气流截面大大增加，使得合成气流速下降，进一步抑制了合成气的带水。当气化炉超高负荷时，部分合成气也可穿过可抑制产生超大型气泡的布气筒锯齿形下沿112a后离开水浴，有利于防止超大气泡鼓泡造成激冷室液面波动以及波动导致的液位报警。经过水浴的合成气经过激冷室10上部的出口 15离开激冷室10，进入下一处理工序。本实施例的优点如下(I)降气筒和布气筒同心同轴上下相连部分套筒结构，及其双锯齿形设计，气化炉超高负荷时，部分合成气也可穿过可抑制产生超大型气泡的布气筒锯齿形下沿后离开水浴，有利于防止超大气泡鼓泡产生的激冷室液面波动以及波动造成液位报警导致气化炉跳车；(2)布气筒顶部散气网的独特设计，大大提高了合成气的水浴增湿除尘除灰降温效果，从而避免了合成气夹带过多的煤灰进入洗涤塔，从而可以延缓激冷水中微小固体颗粒在激冷环中的沉淀淤积，进而能够更长时间地稳定激冷环激冷水的出口流量以及整个出口环隙出水流量的均匀性，从而有效地保护了下降管，从而有效地延长气化炉的运行周期，同时抑制了激冷室合成气的带水现象；(3)去除上升管，进一步抑制了激冷室合成气的带水现象。图5至图7示出了根据本发明第二实施例的气化炉系统的示意性结构。如图5至图7所示，与第一实施方式不同之处在于，在激冷室的液面的上面设置了喷水环管114，喷水环管114与激冷水管线13相连，激冷水进入喷水环管114通过喷水口 114a朝下喷水，可进一步除去水浴后合成气中残留的部分煤灰。这样，能够进一步对合成气进行增湿除尘除灰降温，从而避免了合成气夹带过多的煤灰进入洗涤塔，即减轻了洗涤塔的负荷，又可使洗涤塔水浴中的细微固体颗粒含量大大降低，这样供给激冷环的激冷水中的细微固体颗粒含量也会降低，也就减轻了这些细微颗粒在激冷环中的淤积，从而可以延缓激冷水中微小固体颗粒在激冷环中的沉淀淤积，进而能够更长时间地稳定激冷环激冷水的出口流量以及整个出口环隙出水流量的均匀性，从而有效地延长气化炉的运行周期；同时由于合成气温度下降幅度更大，从而降低了其饱和蒸汽压和热负荷。喷水环管114可通过支撑架114b安装在激冷室内腔中。另外，在喷水环管114上面设置了 2 4层的交错环形挡板115/116，环形挡板115/116分别与降气筒111外壁、激冷室10内壁固定连接。通过设置错层的环形挡板115/116，挡住合成气夹带的液沫，进而有效地抑制了激冷室合成气的带水现象。本实施例的优点如下(I)降气筒和布气筒同心同轴上下相连部分套筒结构，及其双锯齿形设计，气化炉超高负荷时，部分合成气也可穿过可抑制产生超大型气泡的布气筒锯齿形下沿后离开水浴，有利于避免超大气泡鼓泡产生的激冷室液面波动以及波动造成液位报警导致气化炉跳车； (2)布气筒顶部散气网、喷水环管和错层挡板的独特设计，大大提高了合成气的水浴增湿除尘除灰降温效果，可进一步除去水浴后合成气中残留的部分煤灰。从而避免了合成气夹带过多的煤灰进入洗涤塔，从而可以延缓激冷水中微小固体颗粒在激冷环中的沉淀淤积，进而能够更长时间地稳定激冷环激冷水的出口流量以及整个出口环隙出水流量的均匀性，从而有效地保护了下降管，从而有效地延长气化炉的运行周期，同时抑制了激冷室合成气的带水现象。(3)去除上升管，进一步抑制了激冷室合成气的带水现象。需要指出的是，在其他实施例中，上述错层的环形挡板115/116也可单独结合至第一实施例的激冷室中，布置在液面的上方。图8是根据本发明的开工复合烧嘴和供料管线的连接关系示意图。结合参照图I和图5和图8，复合烧嘴包括同轴套置的中间氧通道32、投料通道33、环隙氧通道34、点火电极36及其保护套管361、第一冷却水夹套37、第二冷却水夹套37’、冷却水盘管38和烧嘴头部保护层39。中间氧通道32包括通道入口和通向气化炉内腔的通道出口，环隙氧通道34包括通道入口和通向气化炉内腔的通道出口，投料通道33包括通道入口 331和通向气化炉内腔的通道出口，用于向气化炉内腔中投放燃料气、水煤浆或煤粉。中间氧通道32和环隙氧通道34中分别设有旋流器311，旋流器311位于复合烧嘴的缩口的上端。环隙氧通道34由第一冷却水夹套37与第二冷却水夹套37’之间的环隙空间构成。第一冷却水夹套37位于投料通道33和环隙氧通道34之间，第二冷却水夹套37’安装在环隙氧通道34外层包裹住环隙氧通道34，再往外层则是冷却水盘管38和烧嘴头部保护层39，烧嘴头部保护层39为最外层，为耐高温抗磨损腐蚀材料。复合烧嘴的上述结构特征及其技术效果在中国发明专利201010513700. 2中有记载，其全部内部结合于此供参考，在此不作详细赘述。在本发明中，将点火电极36及其保护套管361安装固定于投料通道33的外壁上，优选位于第一冷却水夹套37的通道内，可通过焊接在投料通道33外壁上的二到三个筋板固定。与将点火电极及其保护套管设置在投料通道内的现有技术相比，本发明的点火电极36及其保护套管361的安装位置位于投料通道33的外侧，避免了高速水煤浆/粉煤的冲刷，改善了投料通道中水煤浆或煤粉喷出的均匀性，缓解了烧嘴的偏喷现象。
中间氧通道32的中心设有火检通道管35，起到传导火焰光信号的作用，火检仪安装在火检通道管35上端的火检仪安装口 351上，用于检测气化炉内腔中的火焰用，下端安装有透明的高温保护体352，例如由耐高温的石英玻璃制成，以实现了生产过程中与气化炉内腔隔绝，杜绝安全隐患。本发明的用于水煤浆或煤粉气化炉的给料方法包括以下步骤烘炉步骤SlO :向中间氧通道32通入净化空气后，接通点火电极电源，点火电极放电点火，然后向投料通道33通入燃料气，燃料气燃烧完成点火，开始烘炉。其中，经过除油脂除尘后的净化空气作为助燃剂。置换步骤S20 :在烘炉结束后，停止供给净化空气和燃料气，同时使用置换用氮气置换掉管道中和气化炉内的气体。投料步骤S30 :在置换合格后，向投料通道33供给煤粉或水煤浆，在煤粉或水煤浆即将入炉后，向中间氧通道32和环隙氧通道34供给氧气，煤粉/水煤浆在高温下燃烧，投料完成。其中，在发明中，只需烘炉到950 1050°C即可投料。隔绝用氮气指压力始终高于净化空气和氧气的氮气。正常生产过程中需保氧气管线压力始终略高于水煤浆/粉煤管线压力，水煤浆/粉煤管线压力始终略高于气化炉压力，以防发生安全事故。与现有技术相比，本发明的用于水煤浆或煤粉气化炉的给料方法具有以下优点一、实现气化炉从烘炉到化工投料的连续进行；二、由于实现了从烘炉到化工投料的连续进行，所以投料用时短，且气化炉因无需更换烧嘴所以没有开孔作业，在此过程中气化炉炉温几乎没有下降，所以只需烘炉到950 1050°C即可投料，且无需长时间恒温，这样，大大节省了燃料气；三、相对于现有技术可极大的降低劳动强度，节约了人工成本，同时更加安全可靠。停车步骤S40 :当需要停车时，停止供应氧气和煤粉或水煤浆，气化炉保压和泄压结束后，利用置换用氮气置换管道中和气化炉中的气体直至合格，然后利用吹扫用氮气(当采用煤粉气化时)对管道进行吹扫或利用冲洗水(当采用水煤浆气化时)对管道进行冲洗，使管道内壁无残留煤粉或煤浆。根据本发明的给料方法，可采用供料管线对复合烧嘴进行投料。如图I、图5和图8所示，气化炉包括与开工复合烧嘴30连接的第一组管道40和第二组管道50。图5中的第一组管道40和第二组管道50按照以下配置方案设计第一组管道40用于将净化空气、氧气和第一置换用氮气(即低压氮气)通过控制阀选择性地与复合烧嘴的中间氧通道32和环隙氧通道34连通；第二组管道50用于将第二置换用氮气(即低压氮气)、燃料气、煤粉或水煤浆通过控制阀选择性地与复合烧嘴的投料通道33连通。具体地，上述第一组管道40可构建成第一组管道40包括与复合烧嘴的中间氧通道和环隙氧通道选择性连通的净化空气管线、氧气管线、以及第一置换用氮气管线，其中，净化空气管线、氧气管线、第一置换用氮气管线上分别设置有控制阀。第一组管道上还包括对净化空气和氧气选择性地隔绝气封的第一隔绝用氮气管线。为此，第一组管道可优化构建成第一组管线的净化空气管线上顺序布置有两个控制阀，第一组管线的氧气管线上也顺序设置两个控制阀，第一隔绝用氮气管线连接至净化空气管线的两个控制阀之间，并且还连接至氧气管线的两个控制阀之间。其中，隔绝用氮气的压力始终高于净化空气和氧气和燃料气，如此可实现气封隔绝，提高生产过程的安全性。具体地，上述第二组管道50可构建成第二组管道30包括与复合烧嘴的投料通道选择性地连通的燃料气管线、第二置换用氮气管线、以及煤粉/水煤浆管线，其中，燃料气管线、第二置换用氮气管线、以及煤粉/水煤浆管线上分别设有控制阀。
第二组管道上还包括对燃料气管线中的燃料气选择性隔绝气封的第二隔绝用氮气管线。为此，第二组管道可优化构建成第二组管道的燃料气管线上顺次设有两个控制阀，第二隔绝用氮气管线连接至燃料气管线的两个控制阀之间。其中，隔绝用氮气的压力始终高于净化空气和氧气和燃料气，如此可实现气封隔绝，提高生产过程的安全性。在图5中，第一组管道40和第二组管道50是在上述配置方案的基础上对各管线的一次优化组合，具体如下氧气管线上沿氧气的流动方向依次设有控制阀XV102、XV101，氧气管线通过流量可调式控制阀FVlOl向中间氧通道32供给氧气，通过另一流量可调式控制阀FV102向环隙氧通道34的通道入口供给氧气。净化空气通过净化空气管线连接至氧气管线，该净化空气管线上沿净化空气的流动方向依次设置有盲板SFS104、控制阀XV104和控制阀XV103。其中，在烘炉时，该盲板导通；烘炉结束后，该盲板导盲。置换用氮气通过置换用氮气管线连接至控制阀XV104和控制阀XV103之间的净化空气管线，置换用氮气管线沿低压氮气的流动方向依次设置有控制阀XV108和控制阀XV106。由控制阀XV107整体控制的隔绝用氮气管线经过一支线(支线上设有控制阀XV109)连接至置换用氮气管线的控制阀XV106和控制阀XV108之间、经过另一支线(支线上设有控制阀XV105)连接至氧气管线的控制阀XV102和控制阀XVlOl之间。供给煤粉/水煤浆的煤粉/水煤浆管线上设有控制阀XV201和控制阀XV202。供给燃料气的燃料气管线连接至控制阀XV201和控制阀XV202之间的煤粉/水煤气管线，该燃料气管线上沿燃料气的流动方向依次设有控制阀XV204、控制阀XV208和控制阀XV203。供给置换用氮气的置换用氮气管线连接至控制阀XV204和控制阀XV208之间的燃料气管线，该置换用氮气管线上设有控制阀XV206。供给隔绝用氮气的隔绝用氮气管线连接至控制阀XV204和控制阀XV208之间的燃料气管线，该隔绝用氮气管线上设有控制阀XV205。另外，供给吹扫用氮气/冲洗水的吹扫用氮气/冲洗水管线连接至控制阀XV208和控制阀XV203之间的燃料气管线，并且用于排污的排污管线连接至煤粉/水煤浆管线的控制阀XV201和控制阀XV202之间，该吹扫用氮气/冲洗水管线上设有控制阀XV207，该排污管线上设有控制阀XV209。其中，置换用氮气管线可以使用同一置换用氮气源，隔绝用氮气管线可使用同一隔绝用氮气源。隔绝用氮气的压力始终高于氧气和净化空气的压力。气化炉开车过程如下烘炉时使用燃料气和经过除油脂除尘后的净化空气作为助燃剂，同时隔绝用氮气(压力始终高于净化空气和氧气)作为气封用于隔绝氧气，利用点火电极点燃燃料气即可烘炉；烘炉结束后，先关闭净化空气和燃料气管线阀门，接着使用低压氮气置换掉管道及气化炉内的空气、燃料气和驰放气，在置换合格后，XV106/和XV205打开，隔绝用氮气(压力始终高于净化空气和氧气)作为气封用于隔绝净化空气和燃料气；接着向投料通道3供给煤粉或水煤浆，在煤粉或水煤浆即将入炉后，XV105关闭，隔绝用氮气(压力始终高于净化空气和氧气)作为气封停止隔绝氧气，然后，氧管线阀门打开向中间氧通道2和环隙氧通道4供给氧气，煤粉/水煤浆在高温下燃烧，即可完成投料，烘炉到投料过程的阀门动作控制程序详见下表一。表一
i : I i .:'■· -- - . : '; - - , ■ ·. .| . j - . ·i. . I I ' ~ 1 :·. - Γ'!-.·' ； ·. · j- :I。I ·■_ ι·.
i' .; II : -1 j -1 i ! -1. ■
!bI!.II!bbdi.
I__-_..................I.................,.......................................:_I_ ..................!.................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................:..........................................................................................................................................................................................................................................................................1...................................1^_ —_；■..............!..................I...............I.!..............I.................................I......................................................................;_I..................................
i -: i. : : -I丨1 u . 丨 i; .1I:P4 :
I .. ^ :. t ,I , i : I .
!___. *； -；5 -iif n:.....................................................................:. ... j_..…......”……[.............;!............!____]......
! .; ! I I i - ■ I I --I - i-■ ; !
I——I.:.::———; — —:———j——I.................................P—:— —:—I——I—.........................r—「.Γ——I——:—— —7—.;——j——；
i '; - :; ! r:I Ii ■ ' ' I:1 ；
I , , ； I - i * - - j I .; , I
I -* * * < i M I ![ . . I I i I [ * I : ·* ； .
I ·*__； ! *·__. j " j___j! · I_j_；__I · * i·* _I在上表一中，从烘炉到投料按照时序细分为烘炉时一烘炉结束一低压氮气置换低压氮气置换合格后结束置换(在置换合格后，XV106/和XV205打开，隔绝用氮气(压力始终高于净化空气和氧气)作为气封用于隔绝净化空气和燃料气)—投煤粉/水煤浆(I)投煤粉/水煤浆(2)切高压氮气气封(XV105关闭，隔绝用氮气(压力始终高于净化空气和氧气)作为气封停止隔绝氧气)-一投氧气(1)-一投氧气(2)-—投料成功。其中，表格中的“O”表示阀门打开，表格处空白表示该阀门关闭，表格中的阴影标记表示阀门在该步骤有动作。按照上表来控制各阀门的动作，可顺利实现从烘炉到化工投料的连续进行，上述各阀门的动作由可编程控制器、单片机、DCS和SIS等控制器或控制系统来控制。图9是根据本发明的气化炉系统烘炉时的预热水水循环系统。如图9所示，设置了一个预热水槽，烘炉时预热水的循环流程为预热水槽、预热水槽/渣池合用泵、过滤器、气化炉激冷室、预热水槽；该流程更为简单，相对于流程2降低能耗7% 30% ;预热水槽/渣池合用泵可根据具体情况为其他系列的气化炉和渣池相互切换为预热水槽泵和渣池泵使用。现有技术中有两种烘炉流程①流程I :沉降槽、灰水槽、低压灰水泵、除氧器、高压灰水泵、洗涤塔、激冷水泵、过滤器、气化炉激冷室、渣池、渣池泵、沉降槽；②流程2 :沉降槽、灰水槽、低压灰水泵、过滤器、气化炉激冷室、渣池、渣池泵、沉降槽。流程I流程复杂，需多台泵运行，能耗较高，且洗涤塔洗涤水主要由高压灰水泵供给调节，由于高压灰水泵还要给另外几台正常生产的洗涤塔供水，造成各洗涤塔的液位不易控制，液位低时容易导致激冷环缺水，损坏激冷环；流程2较简化，操作方便，能耗也降了下来。与现有技术不同，如图9所示，设置了一个预热水槽，烘炉流程为预热水槽、预热水槽/渣池合用泵、过滤器、气化炉激冷室、预热水槽；该流程更为简单，相对于流程2降低能耗7% 30% ;预热水槽/渣池合用泵可根据具体情况为其他系列的气化炉和渣池相互切换为预热水槽泵和渣池泵使用，使用更加灵活方便，可避免现有技术中因某一系列气化炉负荷高渣量大时渣池泵打量能力不足的情况发生；预热水槽内的水为固体颗粒较少的专用于预热烘炉的水，当固含量较高接近灰水的固含量后，将预热水槽内的水泵送至灰水槽使用，预热水槽能补充一部分固含量低的水，这样可以减轻因为烘炉造成的激冷环内微小固体颗粒的淤积。 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技 术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种煤粉/水煤浆气化炉系统，包括气化炉、向气化炉投料的投料系统和出炉复合气的后续处理系统，其中，所述气化炉包括燃烧室(20)和位于所述燃烧室(20)下方的激冷室(10)，所述激冷室(10)中设有下降管(11)和在所述下降管(11)的顶部提供激冷水的激冷环(12)，其特征在于， 所述下降管(11)包括降气筒(111)和布气筒(112)，其中，所述降气筒(111)的下端伸入所述布气筒(112)中，所述布气筒(112)和降气筒(111)之间的环形空间内设置有散气网(113)，所述降气筒(111)的下沿为锯齿状。
2.根据权利要求I所述的煤粉/水煤浆气化炉系统，其特征在于，所述激冷室(10)还包括套设在所述降气筒(111)外周的喷水环管(114)。
3.根据权利要求2所述的煤粉/水煤浆气化炉系统，其特征在于，所述喷水环管(114)的上方沿所述激冷室(10)的高度方向交错布置的多个环形挡板(115/116)。
4.根据权利要求I所述的煤粉/水煤浆气化炉系统，其特征在于，所述燃烧室(20)的底部设有渣口(21)及渣口砖(22)，所述渣口砖(22)包括支撑在所述渣口(21)的锥底钢板(23)的环状渣口部(221)、以及自所述环状渣口部(221)伸入所述激冷室(10)上部、在所述激冷环(12)的内侧遮挡所述激冷环(12)的筒状渣口部(222)。
5.根据权利要求4所述的煤粉/水煤浆气化炉系统，其特征在于，所述筒状渣口部(222)嵌套固定在所述环状渣口部(221)中。
6.根据权利要求I所述的煤粉/水煤浆气化炉系统，其特征在于，所述激冷环包括形成环形外腔室(121a)的外环(121)、形成环形内腔室(122a)的内环(122)、以及固定连接在所述外环(121)上的激冷水管线(123)，其中，所述内环(122)上设有第一出水环隙(122b)，所述外腔室(121a)和内腔室(122a)由环状隔环(125)和位于所述环状隔环(125)上方的进水环隙(124)分隔开来，所述激冷水管线(123)的激冷水进口水平切向与进入所述外腔室(121a)相连接，所述激冷水从第一出水环隙(122b)旋流而出并在所述下降管(11)的内壁上形成螺旋状水膜。
7.根据权利要求6所述的煤粉/水煤浆气化炉系统，其特征在于，所述内环(122)的下端具有环形的导向斜面(122c)，所述导向斜面(122c)径向向外同时向下方延伸，所述导向斜面(122c)上设有面对所述下降管(11)内腔的第二出口环隙(122d)，第二出口环隙内设置有旋流切片(128)。
8.根据权利要求I所述的煤粉/水煤浆气化炉系统，其特征在于，所述燃烧室(20)的顶部设有复合烧嘴(30)，所述复合烧嘴(30)包括 中间氧通道(32)，通向气化炉内腔； 投料通道(33)，通向气化炉内腔并且在所述中间氧通道(32)的外周延伸； 环隙氧通道(34)，通向气化炉内腔并且在所述投料通道(33)的外周延伸，其中，所述投料通道(33)和所述环隙氧通道(34)之间设有第一冷却水夹套(37)，所述环隙氧通道(34)外周设有第二冷却水夹套(37’)； 冷却水盘管(38)，在所述第二冷却水夹套(37’ )外周环绕延伸； 烧嘴头部保护层(39)，在所述冷却水盘管(38)的下部外周延伸；以及 点火电极(36)和保护所述点火电极的保护套管(361)，均设置在所述投料通道(33)的外侧。
9.根据权利要求8所述的煤粉/水煤浆气化炉系统，其特征在于，所述中间氧通道(32)内居中地设有火检通道管(35)，所述火检通道管(35)的面对气化炉内腔的一端设有透明的保温保护体(352)。
10.根据权利要求8所述的煤粉/水煤浆气化炉系统，其特征在于，向气化炉投料的投料系统包括 第一组管道(40)，包括与所述复合烧嘴(30)的中间氧通道(32)和环隙氧通道(34)连通的净化空气管线、氧气管线、以及第一置换用氮气管线，其中，所述净化空气管线、氧气管线、以及第一置换用氮气管线上均设置有第一组管道控制阀；以及 第二组管道(50)，包括与所述复合烧嘴(30)的投料通道(33)选择性地连通的燃料气管线、第二置换用氮气管线、以及煤粉/水煤浆管线，其中，所述燃料气管线、第二置换用氮气管线、以及煤粉/水煤浆管线上均设置有第二组管道控制阀。
11.根据权利要求10所述的水煤浆或煤粉气化炉系统，其特征在于， 所述第一组管道(40)还包括用于选择性地气封隔绝净化空气管线中的净化空气和氧气管线中的氧气的第一隔绝用氮气管线；以及 所述第二组管道(50)还包括用于选择性地气封隔绝燃料气管线中的燃料气的第二隔绝用氮气管线。
12.根据权利要求11所述的水煤浆或煤粉气化炉系统，其特征在于，所述第二组管道(50)还包括对所述煤粉/水煤浆管线进行吹扫或冲洗的管线。
13.根据权利要求11所述的水煤浆或煤粉气化炉系统，其特征在于，还包括预热水槽，其中，所述预热水槽在烘炉时与过滤器、激冷室形成预热水循环回路，所述预热水循环回路上设有水泵。
全文摘要
本发明公开了一种煤粉/水煤浆气化炉系统，包括气化炉、向气化炉投料的投料系统和出炉复合气的后续处理系统，其中，气化炉包括燃烧室和位于燃烧室下方的激冷室，激冷室中设有下降管和在下降管的顶部提供激冷水的激冷环，其中，下降管包括降气筒和布气筒，降气筒的下端伸入布气筒中，布气筒和降气筒之间的环形截面上设置有散气网，降气筒的下沿为锯齿状。根据本发明的煤粉/水煤浆气化炉系统，减轻激冷室合成气的带水带灰，延长激冷环和下降管的使用寿命，保持稳定生产，延长了气化炉的运行周期；实现烘炉、化工投料的连续作业。
文档编号C10J3/52GK102643678SQ20121012628
公开日2012年8月22日 申请日期2012年4月25日 优先权日2012年4月25日
发明者余建良, 唐煜, 胡先君, 赵胜 申请人:中国神华煤制油化工有限公司, 中国神华煤制油化工有限公司北京工程分公司, 神华集团有限责任公司