专利名称：气流床固态排渣气化装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及煤化工领域，具体而言，涉及一种气流床固态排渣气化装置。
背景技术：
随着社会经济发展对能源需求的增加和对环境要求的日趋严格，煤炭的清洁高效转化越来越受到重视。作为关键龙头技术-煤炭气化随着煤制油项目的建设发展迅速。对大规模的煤制油项目，因气流床气化技术气化能力大、环境友好、煤种适应性广而得到了更多的应用，也是目前研究开发的重点领域之一。气流床气化的共同特点是高温、加压、入炉物料粒度细、停留时间短，气化炉的进料形式、炉壳内衬、烧嘴数量及布置等的差异，导致形成了多种技术风格。如国外的气流床气化技术包括K-T炉、GE/Texaco炉、Shell炉、Prenflo炉、GSP炉、Ε-gas炉、三菱炉等。国·内的气流床气化技术包括华东理工大学的对置多喷嘴、西安热工院的两段干粉气化、清华大学的非熔渣气化、航天炉、多元料浆、神华的多喷嘴气化炉等。按照进料方式不同气流床气化技术可分为干粉进料和水煤浆进料两种方式，且均已实现大规模工业化。目前，在国外气流床气化技术主要用于生产化学产品和IGCC发电，也有规划拟用于煤制油、生产代用天然气。在国内，气流床气化技术主要用于大型现代煤制油、煤化工项目。气流床气化技术的水煤浆气化炉具有压力高、造价相对低、炉型结构简单、技术相对成熟等优点，但同时存在煤种适应性受限制、操作温度低等缺点；与水煤浆气化炉相比，干煤粉气化炉的煤种适应性更广、效率高一些，但存在系统相对复杂、造价更高等缺点。目前国内外商业化使用的气流床气化炉均采用了液态排渣方式，因此操作温度必须在煤灰流动温度5(Tl50°C以上,而国内山西、河南、安徽和山东等地均存在一些高灰分含量高流动温度的煤种，有的煤种的流动温度甚至达到160(Tl700°C，且有些煤种即使加入助熔剂仍无法将流动温度降至1400°C以下。这些煤种如使用液态排渣气化技术，为使灰渣液化需要消耗大量的氧气，增加了运行成本；另外很高的操作温度将导致耐火材料的损坏，不仅增加运行成本，而且存在一定风险。为了克服上述液态排渣的缺点，中国专利200620135961. 4,200610026335. 6和200710017906. 4均提出采用固态排渣的方式，但是，目前固态排渣需要采用大量的循环水将气化生成的高温煤气中的热量带走。在此过程中水耗量很大，而且高温煤气中热量被带走后形成的水汽在后续系统冷却过程中又变成水，使这部分热量无法得到有效利用，这与提倡节约能源的号召是相违背的。
实用新型内容本实用新型旨在提供一种气流床固态排渣气化装置，能够回收部分气化生成的高温煤气中的热量。为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种气流床固态排渣气化装置，气流床固态排渣气化装置包括燃烧气化室和冷却室，燃烧气化室具有进料口 ；冷却室位于燃烧气化室的下方且与燃烧气化室连通，具有气体出口、灰渣出口以及设置在冷却室的腔体内的热量回收装置。进一步地，上述热量回收装置包括一个与冷却室同轴设置的套筒状的第一水冷壁，第一水冷壁与冷却室的壳体之间具有夹层间隙，且第一水冷壁具有将换热介质通道与外界连通的一个或多个换热介质进口和一个或多个换热介质出口，气体出口设置在冷却室的侧壁上并与夹层间隙相通，灰渣出口设置在冷却室的底壁上。进一步地，上述热量回收装置还包括一个与第一水冷壁同轴设置套筒状的第二水冷壁，第二水冷壁的套筒顶端与燃烧气化室的出口端相连，套筒底端延伸至第一水冷壁中高于第一水冷壁的套筒底端的位置，第二水冷壁与第一水冷壁沿径向间隔设置。进一步地，上述热量回收装置还包括一个或多个与第一水冷壁同轴设置套筒状的第三水冷壁，各第三水冷壁沿径向间隔地设置在第一水冷壁与第二水冷壁之间，第一水冷壁、第三水冷壁与第二水冷壁的套筒顶端所在的位置由内向外呈从高到低的阶梯状排布， 套筒底端所在的位置由外向内呈从低到高的阶梯状排布。进一步地，上述第一水冷壁、第三水冷壁与第二水冷壁的靠近套筒底端的侧壁上各自设有相应的一个或多个换热介质进口，第一水冷壁、第三水冷壁与第二水冷壁的靠近套筒顶端的侧壁上各自设有相应的一个或多个换热介质出口。进一步地，上述热量回收装置还包括连通第一水冷壁、第三水冷壁与第二水冷壁的换热介质通道的连接管，连接管包括第一连接管和第二连接管，第一连接管将第一水冷壁、第三水冷壁与第二水冷壁的换热介质进口连通，向冷却室的外部延伸并与换热介质源相连通；第二连接管将第一水冷壁、第三水冷壁与第二水冷壁的换热介质出口连通，向冷却室的外部延伸并与集热装置相连。进一步地，上述燃烧气化室的内径小于冷却室的内径，气流床固态排渣气化装置还包括连通管，连通管的一端与燃烧气化室的出口端相连，另一端与冷却室的进口端相连，连通管的内径小于燃烧气化室的内径，且第二水冷壁固定在连通管的下端。进一步地，上述连通管的外表面围设有耐火壁，耐火壁包括管式水冷壁或耐火砖衬里。进一步地，上述气流床固态排渣气化装置还包括供激冷水或激冷气进入连通管内的第一进口，第一进口设置在连通管的侧壁上。进一步地，上述气流床固态排渣气化装置还包括供激冷水进入冷却室内的第二进口，第二进口设置在冷却室的侧壁上，并低于冷却室的热量回收装置。本实用新型的气流床固态排渣气化装置，在冷却室中设置热量回收装置，利用其回收煤气中的部分显热，提高了热量的利用效率；而且，采用固态排渣方式，降低了灰渣对装置的磨蚀作用，同时扩大了煤种的使用范围；固态排渣过程不需要将灰渣液化因此节约了将灰渣液化所消耗的氧气，降低了运行成本。
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中图I示出了根据本实用新型的一种优选的气流床固态排渣气化装置的沿轴线方向的剖视图；图2示出了图I所示的气流床固态排渣气化装置的A-A向视图；图3示出了图I所示的气流床固态排渣气化装置的B-B向视图；以及图4示出了根据本实用新型的另一种优选的气流床固态排渣气化装置的沿轴线方向的剖视图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相 互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。如图I所示，在本实用新型一种典型的实施例中，提供了一种气流床固态排渣气化装置，气流床固态排渣气化装置包括燃烧气化室100和冷却室300，燃烧气化室100具有进料口 I ;冷却室300位于燃烧气化室100的下方且与燃烧气化室100连通，具有气体出口 7、灰渣出口 9以及设置在冷却室300的腔体内的热量回收装置4。具有上述结构的气流床固态排渣气化装置，在冷却室300中设置热量回收装置，利用其回收煤气中的部分显热，提高了热量的利用效率；而且，采用固态排渣方式，降低了灰渣对装置的磨蚀作用，同时扩大了煤种的使用范围；固态排渣过程中不需要将灰渣液化因此节约了将灰渣液化所消耗的氧气，降低了运行成本。如图I所示，本实用新型一种优选的热量回收装置4包括一个与冷却室300同轴设置的套筒状的第一水冷壁41，第一水冷壁41与冷却室300的壳体之间具有夹层间隙，且第一水冷壁41具有将换热介质通道与外界连通的一个或多个换热介质进口和一个或多个换热介质出口，气体出口 7设置在冷却室300的侧壁上并与夹层间隙相通，灰渣出口 9设置在冷却室300的底壁上。入炉煤和气化剂在燃烧气化室100内反应之后生成以一氧化碳和氢气为主的粗煤气，其中的固态灰渣被粗煤气夹带进入冷却室300中；在冷却室300的内腔中，夹带有固态灰渣的粗煤气在气压以及重力作用下向下运动并通过第一水冷壁41，与第一水冷壁41中的液体进行热交换，当粗煤气运行到冷却室300的底部时，受到底部对其产生的阻力向冷却室300的内腔折返同时一部分粗煤气会运行到冷却室300的壳体与第一水冷壁41之间的间隙中然后由气体出口离开冷却室300，在冷却室300的内腔中粗煤气与第一水冷壁41之间进行持续换热，第一水冷壁41的液体吸热变成饱和蒸汽从换热介质出口移出，在气流床固态排渣气化装置之外将饱和蒸汽收集即可实现将热量回收的目的。如图I至3所示，本实用新型另一种优选的气流床固态排渣气化装置的热量回收装置4还包括一个与第一水冷壁41同轴设置的套筒状的第二水冷壁42，第二水冷壁42的套筒顶端与燃烧气化室100的出口端相连，套筒底端延伸至第一水冷壁41中高于第一水冷壁41的套筒底端的位置，第二水冷壁42与第一水冷壁41沿径向间隔设置。在具有上述热量回收装置4的冷却室300内，第二水冷壁42与燃烧气化室100的出口端相连使得燃烧气化室100产生的粗煤气首先全部通过第二水冷壁42围成的空腔内，进行第一次的换热过程；第二水冷壁42的套筒底端所处的位置高于第一水冷壁41套筒底端所处的位置，使通过第二水冷壁42的粗煤气在第二水冷壁42的套筒底端横向扩散到第一水冷壁41与第二水冷壁42之间的间隙，同时由于受到第一水冷壁41的阻力作用而向冷却室300的内腔上部扩散进行第二次换热；当粗煤气运行到第一水冷壁41的套筒顶端时，受到源源不断的粗煤气传输的压力作用而向第一水冷壁41与冷却室300的壳体之间的间隙扩散，又一次进行换热，最后从气体出口离开气流床固态排渣气化装置。通过上述过程可以看出，采用两个水冷壁对进入冷却室300的粗煤气进行热量回收，能够在很大程度上提高了热量回收的效率。如图4所示，热量回收装置4还包括一个或多个与第一水冷壁41同轴设置的套筒状的第三水冷壁43，各第三水冷壁43沿径向间隔地设置在第一水冷壁41与第二水冷壁42之间，第一水冷壁41、第三水冷壁43与第二水冷壁42的套筒顶端所在的位置由内向外呈从高到低的阶梯状排布，套筒底端所在的位置由外向内呈从低到高的阶梯状排布。适量增加形成热量回收装置4的水冷壁数量有利于粗煤气与热量回收装置4之间的热交换，从而提高热量回收效率，一般而言，冷却室300的内腔越大，水冷壁的数量可以适当增多并将各水冷壁按上述方式进行排布，但水冷壁数量增多，设备的制作成本肯定也会相应增加，因 此，本领域技术人员可以在考虑设备制作成本以及冷却室300内腔大小的情况下适当调整水冷壁的数量。如图I和图4所示，第一水冷壁41、第三水冷壁43与第二水冷壁42的靠近套筒底端的侧壁上各自设有相应的一个或多个换热介质进口，第一水冷壁41、第三水冷壁43与第二水冷壁42的靠近套筒顶端的侧壁上各自设有相应的一个或多个换热介质出口。设置多个换热介质进出口是为了保证进出水冷壁的介质更均匀。如图I至4所示,热量回收装置4还包括连通第一水冷壁41、第三水冷壁43与第二水冷壁42的换热介质通道的连接管，连接管包括第一连接管441和第二连接管442，第一连接管441将各第一水冷壁41、第三水冷壁43与第二水冷壁42的换热介质进口连通，向冷却室300的外部延伸并与换热介质源相连通；第二连接管442将第一水冷壁41、第三水冷壁43与第二水冷壁42的换热介质出口连通，向冷却室300的外部延伸并与集热装置相连。将各水冷壁的换热介质进口通过第一连接管441连通、换热介质出口通过第二连接管442连通，简化了热量回收装置4的结构，同时有利于控制冷却液源的进入。如图I和图4所示，燃烧气化室100的内径小于冷却室300的内径，气流床固态排渣气化装置还包括连通管200，连通管200的一端与燃烧气化室100的出口端相连，另一端与冷却室300的进口端相连，连通管200的内径小于燃烧气化室100的内径，且第二水冷壁42固定在连通管200的下端。这样的设置方式是为了实现较好的气化效果。如图I和图4所示，连通管200的外表面围设有耐火壁，耐火壁包括管式水冷壁或耐火砖衬里。在连通管200的外表面围设有具有管式水冷壁或耐火砖衬里的耐火壁，进而有效地避免了粗煤气在通过连通管200时由于高温对连通管200产生的影响，延长了连通管200的使用寿命。为了使夹带有固态灰渣的煤气顺利地由燃烧气化室100通过连通管200进入冷却室300内，优选如图I和图4所示的连通管200的管壳顶壁为锥顶朝向下方的锥形顶壁，连通管200的管壳底壁为锥顶朝向上方的锥形底壁，且冷却室300顶壁沿连通管200的底壁向外延伸与冷却室300的侧壁相连。[0037]如图I和图4所示，气流床固态排渣气化装置还包括供激冷水或激冷气进入连通管200内的第一进口 21，第一进口 21设置在连通管200的侧壁上。由第一进口 21进入连通管200的激冷水或激冷气对煤气适当降温可以缓解燃烧气化室100产生的过热的粗煤气对冷却室300产生的不利影响，同时利用激冷水或激冷气加速夹带有固态灰渣的粗煤气运动到冷却室300内。如图I和图4所示，气流床固态排渣气化装置还包括供激冷水进入冷却室300内的第二进口 31，第二进口 31设置冷却室300的侧壁上，并低于热量回收装置4。由第二进口 31进入的激冷水可以对积聚在冷却室300底部的灰渣进一步降温，同时为灰渣从灰渣出口 9流出提供一定的压力。为了便于粗煤气和灰渣离开冷却室300，本实用新型采用目前的常规设计将冷却室300的底壁设置为中间锥顶朝向下方的锥形底壁，灰渣出口 9设置在锥形底壁的锥顶处，气体出口 7设置在冷却室300上半部分的侧壁上。 同时，本实用新型的气流床固态排渣气化装置的燃烧气化室100的进料口 I包括第一烧嘴11和多个第二烧嘴12，第一烧嘴11设置在燃烧气化室100的顶部壳体的中心处；多个第二烧嘴12，沿燃烧气化室100的周向设置，且位于同一水平面。使入炉煤(干粉或料浆)和气化剂(蒸汽或二氧化碳及氧气或空气)以更均匀的状态进入燃烧气化室100，从而实现更好的反应效果，进而提高煤气的转化率。实用新型以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种气流床固态排渣气化装置，其特征在于，所述气流床固态排渣气化装置包括 燃烧气化室(100)，具有进料口(I); 冷却室(300)，位于所述燃烧气化室(100)的下方且与所述燃烧气化室(100)连通，具有气体出口(7)、灰渣出口(9)以及设置在所述冷却室(300)的腔体内的热量回收装置(4)。
2.根据权利要求I所述的气流床固态排渣气化装置，其特征在于，所述热量回收装置(4)包括一个与所述冷却室(300)同轴设置的套筒状的第一水冷壁(41)，所述第一水冷壁(41)与所述冷却室(300)的壳体之间具有夹层间隙，且所述第一水冷壁(41)具有将换热介质通道与外界连通的一个或多个换热介质进口和一个或多个换热介质出口，所述气体出口(7)设置在所述冷却室(300)的侧壁上并与所述夹层间隙相通，所述灰渣出口(9)设置在所述冷却室(300)的底壁上。
3.根据权利要求2所述的气流床固态排渣气化装置，其特征在于，所述热量回收装置(4)还包括一个与所述第一水冷壁(41)同轴设置套筒状的第二水冷壁(42)，所述第二水冷壁(42)的套筒顶端与所述燃烧气化室(100)的出口端相连，套筒底端延伸至所述第一水冷壁(41)中高于所述第一水冷壁(41)的套筒底端的位置，所述第二水冷壁(42)与所述第一水冷壁(41)沿径向间隔设置。
4.根据权利要求3所述的气流床固态排渣气化装置，其特征在于，所述热量回收装置(4)还包括一个或多个与所述第一水冷壁(41)同轴设置套筒状的第三水冷壁(43)，各所述第三水冷壁(43)沿径向间隔地设置在所述第一水冷壁(41)与所述第二水冷壁(42)之间，所述第一水冷壁(41)、第三水冷壁(43)与所述第二水冷壁(42)的套筒顶端所在的位置由内向外呈从高到低的阶梯状排布，套筒底端所在的位置由外向内呈从低到高的阶梯状排布。
5.根据权利要求4所述的气流床固态排渣气化装置，其特征在于，所述第一水冷壁(41)、第三水冷壁(43)与所述第二水冷壁(42)的靠近套筒底端的侧壁上各自设有相应的一个或多个换热介质进口，所述第一水冷壁(41)、第三水冷壁(43)与所述第二水冷壁(42)的靠近套筒顶端的侧壁上各自设有相应的一个或多个换热介质出口。
6.根据权利要求4所述的气流床固态排渣气化装置，其特征在于，所述热量回收装置(4)还包括连通所述第一水冷壁(41 )、第三水冷壁(43)与所述第二水冷壁(42)的换热介质通道的连接管，所述连接管包括 第一连接管(441)，将所述第一水冷壁(41)、所述第三水冷壁(43)与所述第二水冷壁(42)的换热介质进口连通，向所述冷却室(300)的外部延伸并与换热介质源相连通； 第二连接管(442 )，将所述第一水冷壁(41)、所述第三水冷壁(43 )与所述第二水冷壁(42)的换热介质出口连通，向所述冷却室(300)的外部延伸并与集热装置相连。
7.根据权利要求4所述的气流床固态排渣气化装置，其特征在于，所述燃烧气化室(100)的内径小于所述冷却室(300)的内径，所述气流床固态排渣气化装置还包括连通管(200)，所述连通管(200)的一端与所述燃烧气化室(100)的出口端相连，另一端与所述冷却室(300)的进口端相连，所述连通管(200)的内径小于所述燃烧气化室(100)的内径，且所述第二水冷壁(42)固定在所述连通管(200)的下端。
8.根据权利要求7所述的气流床固态排渣气化装置，其特征在于，所述连通管(200)的外表面围设有耐火壁，所述耐火壁包括管式水冷壁或耐火砖衬里。
9.根据权利要求8所述的气流床固态排渣气化装置，其特征在于，所述气流床固态排渣气化装置还包括供激冷水或激冷气进入所述连通管(200)内的第一进口(21)，所述第一进口(21)设置在所述连通管(200)的侧壁上。
10.根据权利要求I至9任一项所述的气流床固态排渣气化装置，其特征在于，所述气流床固态排渣气化装置还包括供激冷水进入所述冷却室(300)内的第二进口(31)，所述第二进口(31)设置在所述冷却室(300)的侧壁上，并低于所述冷却室(300)的所述热量回收装置(4)。
专利摘要本实用新型提供了一种气流床固态排渣气化装置。该气流床固态排渣气化装置包括燃烧气化室和冷却室，燃烧气化室具有进料口；冷却室位于燃烧气化室的下方且与燃烧气化室连通，具有气体出口、灰渣出口以及设置在冷却室的腔体内的热量回收装置。本实用新型的气流床固态排渣气化装置，在冷却室中设置热量回收装置，利用其回收煤气中的部分显热，提高了热量的利用效率；而且，采用固态排渣方式，降低了灰渣对装置的磨蚀作用，同时扩大了煤种的使用范围；固态排渣过程中不需要将灰渣液化因此节约了将灰渣液化所消耗的氧气，降低了运行成本。
文档编号C10J3/48GK202730088SQ20122045392
公开日2013年2月13日 申请日期2012年9月6日 优先权日2012年9月6日
发明者步学朋, 张琪, 索娅, 陈强, 朱豫飞, 刘潇, 王涛 申请人:神华集团有限责任公司, 中国神华煤制油化工有限公司