煤气化炉及煤气化的方法与流程

本发明属于煤气化技术领域，具体涉及一种煤气化炉及煤气化的方法。

背景技术：

目前的煤气化炉大多是负压气化炉，负压的作用是加煤时，不会泄漏煤气。由于煤气化炉的水蒸气利用率最好的也不超过50％，煤气中大量的水蒸气带走了大量的热量；由于煤气压力低，降温后的绝对湿度大，该热量无法回收，造成煤气化炉的热效率低于80％。低压还造成炉内反应速度低、单台设备产气量小等问题，需要大气量时，总投资大、占地多、维护成本高。

技术实现要素：

本发明实施例涉及一种煤气化炉及煤气化的方法，至少可解决现有技术的部分缺陷。

本发明实施例涉及一种煤气化炉，包括炉体和煤斗，所述炉体具有加煤口和出灰口，所述加煤口通过并联布置的多个加煤管路与所述煤斗的出料口连通，每一所述加煤管路上设有一个加煤罐及沿料流方向分列于所述加煤罐两侧的两个切换控制阀；所述出灰口连接有多个出灰管路，多个所述出灰管路并联布置，每一所述出灰管路上设有一个出灰罐及沿出灰方向分列于所述出灰罐两侧的两个切换控制阀。

作为实施例之一，各所述切换控制阀中，至少部分采用采用倒锥形切换阀；所述倒锥形切换阀包括阀体、阀芯、阀座和阀杆，所述阀芯与所述阀座均设于所述阀体内，所述阀杆密封穿设于所述阀体上，用于带动所述阀芯与所述阀座抵接或远离所述阀座；每一所述阀芯具有一阀芯密封面，每一所述阀座具有一与对应的所述阀芯密封面匹配工作的阀座密封面，各所述阀芯密封面及各所述阀座密封面均为锥面。

作为实施例之一，该煤气化炉还包括旋转给料阀，所述旋转给料阀的出口端与所述加煤口连通，各所述加煤管路的出口端均与所述旋转给料阀的入口端连通；所述出灰口连接有旋转出灰阀，各所述出灰管路的入口端均与所述旋转出灰阀的出口端连通。

作为实施例之一，所述炉体内腔下部设有煤灰冷却水喷管。

进一步地，所述炉体内腔下部还设有富氧喷管，所述富氧喷管布置于所述煤灰冷却水喷管上方。

本发明实施例涉及一种煤气化的方法，该方法包括：将煤原料加入至如上所述的煤气化炉中；采用各加煤罐切换加煤的方式进行加煤操作，具体地，先打开待投入加煤的加煤罐所在的加煤管路上的各个切换控制阀，当待投入加煤的加煤罐中的煤原料运行进入至加煤口中后，再关闭待停止加煤的加煤罐所在的加煤管路上的各个切换控制阀；采用各出灰罐切换出灰的方式进行出灰操作，具体地，先打开待投入出灰的出灰罐所在的出灰管路上的各个切换控制阀，当煤灰进入待投入出灰的出灰罐中后，再关闭待停止出灰的出灰罐所在的出灰管路上的各个切换控制阀。

作为实施例之一，运行过程中，所述炉体内的绝对压力控制在0.4mpa以上。

作为实施例之一，在所述炉体内上部喷水，喷水量为0.2～0.7kg/nm³，对炉内上升的煤气进行洗涤。

作为实施例之一，在炉体内腔下部设置煤灰冷却水喷管以冷却煤灰。

作为实施例之一，在所述煤灰冷却水喷管上方的炉体内腔中布置多个富氧喷嘴，喷吹的富氧气体中氧气的体积含量在70～85％范围内。

本发明实施例至少具有如下有益效果：通过设置多个加煤罐可实现交替切换加煤的方式；通过设置多个出灰罐可实现交替切换出灰的方式，上述交替切换加煤的方式可保证加煤不断流，上述交替切换出灰的方式可保证出灰时不断流，有效地防止煤气从加煤口和出灰口泄漏；在其中一加煤管路/出灰管路出现故障或需要检修等情况下，可及时开启另一加煤管路/出灰管路，保证生产的顺利进行以及生产的安全性。各加煤罐起到缓存煤原料的作用，各出灰罐起到缓存煤灰的作用，在事故等情况下紧急停机时或煤斗工作故障不能供煤时，加煤罐中的煤原料及出灰罐中的煤灰可阻止煤气的逃逸，而且加煤罐中仍有煤原料可运行于加煤管道中，保证在切断对应的各切换控制阀所需的时间内仍能够防止煤气从加煤口泄漏。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的煤气化炉的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的倒锥形切换阀的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

如图1，本发明实施例提供一种煤气化炉，包括炉体7和煤斗1，所述炉体7具有加煤口和出灰口，该炉体7一般竖直设置，加煤口一般设于该炉体7的顶部，出灰口则位于该炉体7的底部，煤斗1则布置于该炉体7上方，用于向炉体7内供应煤原料。所述加煤口通过并联布置的多个加煤管路与所述煤斗1的出料口连通，每一所述加煤管路上设有一个加煤罐3及沿料流方向分列于所述加煤罐3两侧的两个切换控制阀2；所述出灰口连接有多个出灰管路，多个所述出灰管路并联布置，每一所述出灰管路上设有一个出灰罐12及沿出灰方向分列于所述出灰罐12两侧的两个切换控制阀2。本实施例中，通过多个加煤罐3实现交替切换加煤的方式，当需要其中一个加煤罐3投入加煤时，先打开该待投入加煤罐3所在的加煤管路上的各切换控制阀2，当该加煤管路正常加煤时，再关闭此前进行加煤的加煤罐3所在的加煤管路上的各切换控制阀2；通过多个出灰罐12实现交替切换出灰的方式，交替切换出灰的操作方法与上述交替切换加煤的操作方法类似，此处从略。上述交替切换加煤、交替切换出灰的方式，至少可起到如下有益效果：(1)上述交替切换加煤的方式可保证加煤不断流，上述交替切换出灰的方式可保证出灰时不断流，有效地防止煤气从加煤口和出灰口泄漏；在其中一加煤管路/出灰管路出现故障或需要检修等情况下，可及时开启另一加煤管路/出灰管路，保证生产的顺利进行以及生产的安全性；(2)各加煤罐3起到缓存煤原料的作用，各出灰罐12起到缓存煤灰的作用，在事故等情况下紧急停机时或煤斗1工作故障不能供煤时，加煤罐3中的煤原料及出灰罐12中的煤灰可阻止煤气的逃逸，而且加煤罐3中仍有煤原料可运行于加煤管道中，保证在切断对应的各切换控制阀2所需的时间内仍能够防止煤气从加煤口泄漏。上述的加煤罐3和出灰罐12的数量可根据生产规模等实际情况确定，满足供煤操作及出灰操作要求即可；煤斗1的数量可为一个或多个；本实施例中，上述的加煤罐3和出灰罐12均为2个。

作为优选的实施例之一，如图2示出了一种倒锥形切换阀2，该倒锥形切换阀2包括阀体22、阀芯23、阀座24、阀杆25和驱动件27，阀芯23和阀座24均位于阀体22内，阀杆25密封穿设于阀体22上，阀杆25的位于阀体22外的一端与驱动件27连接，阀杆25的位于阀体22内的一端与阀芯23连接，用于带动阀芯23与阀座24抵接或远离阀座24，实现该倒锥形切换阀2的通断。阀芯23具有一阀芯密封面，阀座24具有一与该阀芯密封面匹配工作的阀座密封面，优选地，阀芯密封面及阀座密封面均为锥面。如图1，本实施例中，各所述切换控制阀2中，至少部分采用采用上述的倒锥形切换阀2；优选为各切换控制阀2均采用上述的倒锥形切换阀2。由于切换控制阀2的阀芯密封面和阀座密封面均设置为锥面，可有效提高各切换控制阀2的密封性能，进一步提高各加煤管路的防煤气泄漏的效果。其中，如图1和图2，上述倒锥形切换阀2的阀杆25竖直设置，驱动件27设于阀体22的上方，其可采用气缸等常用的可自动化控制的驱动件27；在阀体22上设有阀进口26和阀出口21，该阀出口21优选为位于阀体22的底端。

进一步优选地，如图1，该煤气化炉还包括旋转给料阀4，所述旋转给料阀4的出口端与所述加煤口连通，各所述加煤管路的出口端均与所述旋转给料阀4的入口端连通。煤原料经炉顶的煤斗1加入，依次经过第一个切换控制阀2、加煤罐3、第二个切换控制阀2、旋转给料阀4后进入加煤口中，采用该旋转给料阀4，一方面可均匀、连续地向炉内供料，而且易于根据生产节奏等控制供料量，另一方面，旋转给料阀4的气密性较好，可进一步提高本煤气化炉的防煤气泄漏的效果。

进一步优选地，如图1，所述出灰口连接有旋转出灰阀10，各所述出灰管路的入口端均与所述旋转出灰阀10的出口端连通。煤灰从炉底出灰口排出，依次经过旋转出灰阀10、第一个切换控制阀2、出灰罐12、第二个切换控制阀2进行卸料，采用该旋转出灰阀10，一方面可均匀、连续地进行出灰操作，而且易于根据生产节奏等控制出灰量，另一方面，旋转出灰阀10的气密性较好，可进一步提高本煤气化炉的防煤气泄漏的效果。

接续上述煤气化炉的结构，如图1，在炉体7内腔的上部设有洗涤水喷淋机构6，用于喷淋洗涤水以洗涤煤气，在炉体7上设有煤气出口5，该煤气出口5位于该洗涤水喷淋机构6上方。该洗涤水喷淋机构6可采用现有的煤气化炉内设置的洗涤水喷淋机构的结构，此处不再赘述。

接续上述煤气化炉的结构，如图1，所述炉体7内腔下部设有煤灰冷却水喷管9，用于对煤灰进行冷却。一般地，该煤灰冷却水喷管9位于煤灰层上方，炉体7内煤灰层的高度是可以根据生产速度、煤灰产生量、煤灰卸料速度等确定的，一般地可设置一预设的煤灰层控制高度，上述煤灰冷却水喷管9应保证位于该预设煤灰层控制高度上方，这是本领域技术人员易于确定的，此处不再赘述。通过设置煤灰冷却水喷管9，在炉内喷水以对煤灰进行冷却，一方面，可以回收煤灰所携带的热量，在煤灰冷却过程中煤灰冷却水形成蒸汽，并在炉体7内上升，可用于煤气化，可有效节约资源；另一方面，湿煤灰对环境有利，减轻或消除煤灰对环境的影响。

进一步地，如图1，在炉体7内腔下部还设有富氧喷管8，用于向炉内供应富氧气体，以便煤气化的进行，该富氧喷管8优选为布置于煤灰冷却水喷管9的上方。相较于现有的煤气化炉中将空气喷嘴安装在炉壁上的方式，本实施例中，由于煤灰在炉内已经得到冷却，因此富氧喷嘴可深入至炉体7内腔中，即上述的富氧喷管8安装在炉壁上且向炉体7内腔中延伸，从而使得富氧气体在炉体7内的布气更为均匀，可以有效防止偏烧的现象，进而单台的煤气化炉的直径可以增大，提高产气量。另外，采用富氧气体可以降低气体压缩量，减少后处理(比如甲烷化)气体量，降低电耗，同时方便提高炉温，有利于炉温控制，可以进一步提高产气量。上述的富氧喷管8上设有多个富氧喷嘴，为达到富氧气体在炉体7内的布气均匀性，上述的富氧喷嘴在炉体7的同一水平截面上均匀布置；相应地，上述富氧喷管8可以为多个同心圆管体相互连接的结构，也可以采用自炉体7中轴线处沿炉体7径向方向向炉壁侧辐射延伸的多个管体的结构。

本实施例提供的煤气化炉由于可以有效地防止煤气从加煤口和出灰口泄漏，因此，可以提高煤气化炉的炉内压力，由于炉内反应速度正比于压力，因此可有效提高煤气化炉的产气量，而且炉内高压环境有利于富氧气体对煤块内部的渗透，降低煤灰中的残碳。高压气体热焓大，有利于提高炉内中上部炉温，增大反应区域，增大煤气中甲烷含量，增加煤气热值；煤气冷却后的绝对湿度可以降低90％，而其中的水蒸气的汽化潜热可以在后续的换热器中得到有效回收。本实施例提供的煤气化炉的热效率可达到90％以上。

实施例二

本发明实施例涉及一种煤气化的方法，该方法包括：将煤原料加入至煤气化炉中，该煤气化炉优选为选用上述实施例一所提供的煤气化炉；该煤气化炉的具体结构此处不再赘述。生产过程中，采用各加煤罐3切换加煤的方式进行加煤操作，具体地，先打开待投入加煤的加煤罐3所在的加煤管路上的各个切换控制阀2，当待投入加煤的加煤罐3中的煤原料运行进入至加煤口中后，再关闭待停止加煤的加煤罐3所在的加煤管路上的各个切换控制阀2；采用各出灰罐12切换出灰的方式进行出灰操作，具体地，先打开待投入出灰的出灰罐12所在的出灰管路上的各个切换控制阀2，当煤灰进入待投入出灰的出灰罐12中后，再关闭待停止出灰的出灰罐12所在的出灰管路上的各个切换控制阀2。

进一步优化上述方法，运行过程中，所述炉体7内的绝对压力控制在0.4mpa以上，由于炉内反应速度正比于压力，因此可有效提高煤气化炉的产气量，而且炉内高压环境有利于富氧气体对煤块内部的渗透，降低煤灰中的残碳。高压气体热焓大，有利于提高炉内中上部炉温，增大反应区域，增大煤气中甲烷含量，增加煤气热值；煤气冷却后的绝对湿度可以降低90％，而其中的水蒸气的汽化潜热可以得到有效回收。

进一步优化上述方法，在所述炉体7内上部喷水，喷水量为0.2～0.7kg/nm³，对炉内上升的煤气进行洗涤。本实施例中，基于上述煤气化炉的结构，由于可以提高煤气化炉的炉内压力，而不采用负压环境，因此炉温容易控制，因而在炉体7内可以直接喷撒合适量的水以洗涤煤气，使得煤气中的污染物可绝大部分留在炉内，特别是焦油，从而可省去部分煤气净化设备，降低设备投资和生产成本。而且，通过炉体7内上部喷水，可以增加煤原料中的含水量，从而可增加煤气中甲烷的含量。本实施例中，优选地，上述煤气洗涤的喷水量在0.5kg/nm³左右，可获得较佳的煤气洗涤效果。

进一步优化上述方法，在炉体7内腔下部设置煤灰冷却水喷管9以冷却煤灰。一方面，可以回收煤灰所携带的热量，在煤灰冷却过程中煤灰冷却水形成蒸汽，并在炉体7内上升，可用于煤气化，可有效节约资源；另一方面，湿煤灰对环境有利，减轻或消除煤灰对环境的影响。

进一步优化上述方法，在所述煤灰冷却水喷管9上方的炉体7内腔中布置多个富氧喷嘴，喷吹的富氧气体中氧气的体积含量在70～85％范围内。本实施例中，由于煤灰在炉内已经得到冷却，因此富氧喷嘴可深入至炉体7内腔中，即上述的富氧喷管8安装在炉壁上且向炉体7内腔中延伸，从而使得富氧气体在炉体7内的布气更为均匀，可以有效防止偏烧的现象，进而单台的煤气化炉的直径可以增大，提高产气量。另外，采用富氧气体可以降低气体压缩量，减少后处理(比如甲烷化)气体量，降低电耗，同时方便提高炉温，有利于炉温控制，可以进一步提高产气量。上述富氧喷嘴的布置方式可参照上述实施例一中富氧喷嘴的布置方式，此处不再赘述。本实施例中，上述富氧气体可通过制氧机生产，当然，也可采用其他方式(如购置)获得的富氧气体；选择富氧气体中氧气的体积含量控制在70～85％范围，可获得较好的煤气化效果以及炉温控制效果，同时，制氧机的节电效果也较好，可降低生产能耗；其中，以富氧气体中氧气的体积含量在80％左右时的制氧机节电效果最佳。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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。