气化炉的制作方法

本发明涉及一种气化炉，特别涉及一种利用粉煤作为气化原料的气化炉。

背景技术：

目前的气化炉通常采用激冷流程，原料气化生成约1300-1700℃的高温合成气，然后利用激冷水将其冷却至200-300℃，该流程会造成大量高温显热的浪费，而且当操作工况或气化煤种发生变化时，会造成气化炉出口水气比的变化不能匹配后续工艺系统的要求。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供一种气化炉，可以回收合成气的高温显热，同时实现出口合成气水气比的动态调节，在工况变化时能够始终满足下游工艺的需求。

为实现上述目的，本发明的气化炉，包括：外壳、内壳、燃烧器、渣口通道、调节水环和激冷装置，所述外壳包括上外壳和下外壳，所述上外壳和下外壳固定连接，所述上外壳顶部设有上外壳进口，所述下外壳底部设有下外壳出口，所述下外壳的下部设置有合成气出口；所述内壳包括上内壳和下内壳，所述上内壳内形成气化室，所述下内壳内形成热回收室，所述上内壳和下内壳分别设在所述上外壳和下外壳内，所述上内壳的顶部设有上内壳进口并与所述上外壳进口相对应，所述上内壳的底部设有上内壳出口，所述下内壳的顶部设有下内壳进口并与所述上内壳出口相对应，所述下内壳的底部设有下内壳出口；所述燃烧器设在所述上外壳进口，并穿过所述上内壳进口与所述气化室相通；所述渣口通道设在所述上内壳出口和下内壳进口之间，所述渣口通道的顶部与所述上内壳出口连接，所述渣口通道的底部与所述下内壳进口之间形成环隙；所述调节水环置于所述环隙内；所述激冷装置设置在所述下内壳出口的下方。

优选地，所述热回收室内设置有多个径向水冷屏，所述径向水冷屏与所述下内壳固定连接。

优选地，所述多个径向水冷屏沿所述下内壳的周向均匀布置。

优选地，所述下内壳由膜式壁构成。

优选地，所述膜式壁的横截面呈圆形或多边形。

优选地，所述上内壳和渣口通道均由螺旋盘管构成。

优选地，所述上外壳和下外壳通过法兰连接，所述下外壳的内径大于所述上外壳的内径。

优选地，所述调节水环包括环形集水管和多个喷头，所述多个喷头在所述环形集水管上均匀布置。

优选地，所述激冷装置由对称布置的两个激冷件组成，所述激冷件包括同轴布置的激冷内管和激冷外管，所述激冷内管的一端置于所述激冷外管内，另一端与所述合成气出口连通，所述激冷内管和激冷外管固定连接，所述激冷外管设有锥形顶帽。

优选地，所述下外壳下部内壁面设有水冷夹套。

优选地，所述下内壳的外壁面设置有多个振打装置。

优选地，所述上外壳和下外壳上分别设有用于向所述内壳与外壳之间的间隙输入惰性气体的上保护气进口和下保护气进口。

优选地，所述下外壳和下内壳之间设置有多个用于对所述下内壳进行定位的导向定位装置。

本发明的气化炉，可以实现出口合成气水气比的动态调节，同时回收合成气的高温显热，在工况变化时能够始终满足下游工艺的需求，而且提高了能源利用效率。

附图说明

图1为本发明的气化炉的示意图；

图2为图1的气化炉的横截面示意图；

图3为与图2对应的本发明的气化炉另一种实施方式的示意图。

具体实施方式

下面参照附图详细地说明本发明的具体实施方式。

如图1～3所示，本发明实施例的气化炉100，包括：外壳1、内壳2、燃烧器3、渣口通道4、调节水环5和激冷装置6。

所述外壳1分为上外壳11和下外壳12，所述上外壳11和下外壳12固定连接，所述上外壳11顶部设有上外壳进口，所述下外壳12底部设有下外壳出口，所述下外壳12的下部设置有合成气出口125，外壳1可以承受内部压力。

所述上外壳11和下外壳12通过法兰连接，可以方便上内壳21和下内壳22的安装，由于气化炉属于超高设备，不能整体起吊安装，因此本发明将壳体分为上下两段分别起吊安装，然后将上下壳体连接形成完整设备。所述下外壳12的内径大于所述上外壳11的内径，可以降低下外壳12的高度。

所述内壳2分为上内壳21和下内壳22，上内壳21和下内壳22分别设在所述上外壳11和下外壳12内，所述外壳1和内壳2同轴布置，且相互间存在间隙。作为所述外壳1和内壳2进行固定的一种实施方式，所述上内壳21的底部与上外壳11固定，上内壳21的顶部向上自由膨胀，下内壳22的顶部与下外壳12固定，下内壳21的底部向下自由膨胀。所述下外壳12和下内壳22之间设置有多个导向定位装置8，所述导向定位装置8在所述下外壳12的不同的高度上沿周向均匀布置多个，导向装置8可以使下内壳22在竖直方向上自由膨胀。同样地，所述所述上外壳11和上内壳21之间也可以设置导向定位装置。

所述上内壳21内形成气化室，所述下内壳22内形成热回收室，所述上内壳21顶部设有上内壳进口并与所述上外壳进口相对应，所述上内壳21底部设有上内壳出口，所述下内壳22顶部设有下内壳进口并与所述上内壳出口相对应，所述下内壳22底部设有下内壳出口。

所述燃烧器3设在所述上外壳进口，并穿过所述上内壳进口与所述气化室相通。

所述渣口通道4设在所述上内壳出口和下内壳进口之间，所述渣口通道4的顶部与所述上内壳出口连接，底部与所述下内壳进口之间形成环隙。

所述调节水环5置于所述环隙内，所述调节水环5包括环形集水管51和多个喷头52，所述多个喷头52在所述环形集水管51上均匀布置。喷头52通过喷入雾化水，可以高效快捷的调节热回收室进口的合成气温度，优选地，环形集水管51上均匀布置8-64个喷头52。环形集水管51通过进水管与外部水源连通。调节水环5通过向下内壳22内部喷水可以控制热回收室进口的合成气温度，有效调节气化炉出口合成气水气比。

所述激冷装置6设置在所述下内壳出口的下方，位于所述下内壳出口与所述下外壳出口之间，用于对合成气的进一步冷却。所述激冷装置6由对称布置的两个激冷件61组成，所述激冷件61包括同轴布置的激冷内管612和激冷外管611，所述激冷内管612的一端置于所述激冷外管611内，另一端与所述合成气出口125连通，所述合成气出口125为两个，每个激冷件61对应一个合成气出口125，相对于单个出口可以使附近的流场更加均匀。所述激冷内管612和激冷外管611固定连接，其固定连接方式可以采用周向支撑机构设置在所述激冷内管612和激冷外管611之间进行固定，也可以是所述激冷内管612和激冷外管611分别与所述下壳体22固定连接来实现固定。所述激冷外管611的内径大于所述激冷内管612的外径，使所述激冷内管612和激冷外管611之间保持间隙，所述激冷外管611设有锥形顶帽613，双套管的结构可以增加合成气的行程，降低激冷装置6的高度，确保合成气的冷却效果，同时两次折转也实现了灰渣的有效分离，锥形顶帽613可以避免灰渣进入激冷外管611，同时合理的锥顶角也避免了灰渣在锥形顶帽613上堆积。优选地，锥形顶帽613的锥顶角为30-120°。所述激冷件61还包括激冷水进水口126。激冷水会在所述下壳体22的底部形成液池，所述液池的液位如图中虚线所示，所述液池的液位会始终保持在激冷外管611底部，多余的激冷水会随合成气一起从合成气出口125排出。正常运行时，激冷室液位如图中虚线所示，位于激冷外管611下沿，激冷水进入后，液位会有所上升，此时合成气会将激冷水压入激冷外管611内部，合成气夹带激冷水一同流入激冷件61，在激冷件61内部的流动和掺混过程中，合成气被冷却降温，最后合成气与部分激冷水一起排出气化炉100，同时，液池的液位还是保持在激冷外管611下沿。

合成气将激冷水压入激冷外管611内部，合成气夹带激冷水一同流入激冷件61，在激冷外管611和激冷内管612的间隙向上流动，到达顶部后折转进入激冷内管612向下流动，最后通过合成气出口125排出气化炉100，在此过程中，合成气与激冷水不断掺混和换热，合成气的温度不断降低，到达出口时就能够达到设计的温度。

所述下内壳22的外壁面设置有多个振打装置7，所述振打装置7在下内壳22外壁面的不同高度上沿周向均匀布置，振打装置7可以在线清除下内壳22内侧的积灰。

所述下外壳12下部内壁面设有水冷夹套124，由于液位位于下内壳22的底部，水冷夹套124可以避免下外壳12被烧损。

在本发明的实施方式中，所述上内壳21由螺旋盘管构成，所述渣口通道4由螺旋盘管构成。所述下内壳22由膜式壁221构成，所述膜式壁221由多根列管组成，列管之间设有鳍片，可以有效提高换热效率。所述膜式壁221的横截面为圆形，如图2所示。所述膜式壁221的横截面也可以为多边形，如图3所示，优选地，膜式壁221的横截面为8-16边形。

所述膜式壁221顶端与膜式壁上集箱224相连，膜式壁221底端与膜式壁下集箱223相连。

所述热回收室内内设置有多个径向水冷屏222，也就是所述下内壳22内设置有多个径向水冷屏222，所述径向水冷屏222由多根列管组成，列管之间设有鳍片，所述多个径向水冷屏222在所述下内壳22内沿周向均匀布置。径向水冷屏222可以大大增加热回收室的换热面积，减小热回收室的整体尺寸。多个径向水冷屏222的径向宽度相同，也可以不相同。优选地，径向水冷屏222的数量为8-16个。

所述径向水冷屏222向上延伸至所述下内壳22的顶端，与径向水冷屏上集箱226相连，径向水冷屏222向下延伸至所述下内壳22的底端，与径向水冷屏下集箱225相连。

所述膜式壁上集箱224、膜式壁下集箱223、径向水冷屏上集箱226和径向水冷屏下集箱225用于冷却水的分布和汇集，由于膜式壁221和径向水冷屏22都是由多根水冷管组成，冷却水的进出口分别与所述膜式壁上集箱224、膜式壁下集箱223、径向水冷屏上集箱226和径向水冷屏下集箱225连接，冷却水可以均匀分布，冷却水从膜式壁下集箱223和径向水冷屏下集箱225均匀进入到所述膜式壁221和径向水冷屏22中，冷却水向上流动过程中不断吸收热量，而后进入膜式壁上集箱224和径向水冷屏上集箱226汇集，最后通过冷却水出口排出气化炉100，进入到热水和蒸汽回收器，实现热量的回收。

由于膜式壁221与径向水冷屏222的热负荷不同，膜式壁221与径向水冷屏222分别设置单独的集箱，分成不同的循环回路，可以使水循环更加安全可靠。

所述上外壳11设有上内壳冷却水进口111和上内壳水汽出口112，上内壳冷却水进入到上内壳21的水冷管内部，流动过程中不断吸收气化室传导给上内壳21的热量，流动至上内壳21上部时部分冷却水汽化形成蒸汽，最后冷却水和蒸汽从上内壳水汽出口112流出。同样地，所述下外壳12设有下内壳冷却水进口121和下内壳水汽出口122，下内壳冷却水从下内壳22底部进入下内壳的水冷管，从下向上流动，流动过程中不断吸收热回收室传导给下内壳22的热量，流动至下内壳22上部时部分冷却水汽化形成蒸汽，最后冷却水和蒸汽从下内壳水汽出口122流出。

所述上外壳11设有上保护气进口113，所述下外壳12设有下保护气进口123，用于向所述内壳2与外壳1之间的间隙输入惰性气体，用于平衡所述所述内壳2与外壳1之间的压力，可以使高温气体不会进入所述内壳2与外壳1之间的间隙。

本发明的气化炉100，气化原料粉煤通过燃烧器3进入气化室，粉煤通过燃烧和气化生成1300-1700℃的高温高压合成气。高温合成气随后通过渣口通道4进入热回收室。在热回收室内，高温合成气与下内壳21充分换热降至一定温度后进入激冷装置6，与此同时下内壳21吸收热量后可以生产高温高压蒸汽。进入激冷装置6后，合成气将液位压至激冷外管611底部，经过折转合成气与激冷水并流进入激冷外管611内，上升至激冷内管612顶端，并从激冷内管612内部向下流动，在这两个行程中合成气被进一步冷却至200-300℃，同时一部分激冷水吸热蒸发进入合成气，使合成气中的水气比达到一定比例，最后合成气与过量的激冷水一起从合成气出口125排出，灰渣则从下外壳出口排出，下外壳出口设置在下外壳的最下部，灰渣会沉降到液池的底部，通过底部连接的锁斗装置排出气化炉100。当操作工况或气化煤种改变时，气化室生成的合成气成分以及温度会发生变化，由于热回收室换热面积固定不变，造成回收的合成气显热发生变化，进而导致合成气出口125合成气的水气比发生变化，与后续工艺系统的需求不相匹配，此时可以通过控制调节水环5的喷水量，调节进入热回收室的合成气温度，使回收的热量满足设计要求，从而在进一步激冷后，合成气出口125出口合成气的水气比满足后续工艺系统的需求，达到了既能调节水气比又能回收热量提高效率的目的。

如上所述，参照附图对本发明的示例性具体实施方式进行了详细的说明。应当了解，本发明并非意在使这些具体细节来构成对本发明保护范围的限制。在不背离根据本发明的精神和范围的情况下，可对示例性具体实施方式的结构和特征进行等同或类似的改变，这些改变将也落在本发明所附的权利要求书所确定的保护范围内。