一种流化床气化炉用氧化剂环状多点进气装置的制作方法

本实用新型属于粉煤气化技术领域，尤其涉及一种流化床气化炉用氧化剂环状多点进气装置。

背景技术：

我国的自然资源中，基本特点是富煤、贫油、少气，这就决定了煤炭在我国一次能源中的重要地位。为提高煤炭利用效率、降低环境污染，煤气化一直是煤炭清洁高效利用的核心技术。当前对于劣质煤的气化，流化床技术仍具有较大的优势，如U-Gas、灰熔聚为代表的流化床气化炉。流化床气化炉是以粉煤为原料，以空气、富氧或氧气为氧化剂，水蒸气或二氧化碳为气化剂，在适当的气速下，床层中粉煤逐步流化，气固两相充分混合，在高温下进行煤的气化。

U-Gas及灰熔聚气化炉一般多采用“中心射流、环管排渣”的结构，即中心管插设在排渣管内部中心位置，这种结构存在以下问题：(1)煤渣从环管排出时高温气流夹带着煤渣会冲刷中心管外壁，导致中心管磨破或腐蚀；(2)中心管和排渣管之间的环隙较小，若生成稍大渣块很容易堵住环管，引起气化炉排渣不畅，严重时会进一步形成更大的渣球，导致气化炉无法操作；(3)因中心管较长，为避免中心管振动，通常在环管内增加支撑件固定中心管，但支撑件在高温、腐蚀及磨损的环境下并非可靠，引起中心管振动甚至导致其断裂。这些故障在实际工业产生中时有发生，严重影响了气化炉稳定运行；例如中国专利CN201010291577.4、CN201410436134.8、CN201610585668.6均存在上述问题。

而中国专利CN201210346022.4避免了上述专利中涉及的三个主要缺点，但其所述的分布式喷射管仍然存在以下不足之处：(1)分布式喷射管与锥形分布板和气化炉壳体采用直接连接方式，由于高速气体射流叠加高温煤粉冲刷，喷射管与分布板连接部位存在非常严重的磨损与高温腐蚀，该分布式喷射管没有考虑磨损问题，分布式喷射管的寿命难以维持长周期运行；更严重的问题是当分布式喷射管需要更换的时候，只能采用等离子切割喷射管的不锈钢管道材料，检修及维护十分不便；(2)分布式喷射管与锥形分布板和气化炉壳体采用直接连接方式，在高温环境下未考虑任何热膨胀问题，实际应用中冷态与运行时的高温热态的膨胀量是不容忽视的，导致运行时分布式喷射管与锥形分布板容易因热膨胀问题而脱落，此时大量氧气将会从分布板下部空间通过分布板喷嘴进入分布板上方，极易造成整个分布板面迅速“结疤”而堵塞，严重危及气化炉的安全生产；(3)分布式喷射管数量至少为3个，每一支喷射管需安装氧气阀门和氧气流量计，由于氧气的调节阀和流量计价格昂贵，不但增加气化炉制造成本同时也增加了气化炉的操作难度。(4)分布式喷射管内部流动的气体介质为氧化剂，即氧气和过热水蒸气，在工况条件下温度较低的氧气与过热水蒸气混合后会将水冷凝出来，这些液态水滴如果从喷射管喷入分布板上部，极易造成气化炉粉煤“结疤”，严重时气化炉将无法运行，因此分布式喷射管因没有对氧气与过热水蒸气预热的功能会存在较大的隐患。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供一种流化床气化炉用氧化剂环状多点进气装置。

本实用新型所采用的技术手段是：一种流化床气化炉用氧化剂环状多点进气装置，主要包括总进气口、环状管、进气支管组件、加热及保温层、固定支架、气化炉；所述总进气口与所述环状管相贯并位于所述环状管的对称轴线位置；所述环状管通过所述固定支架固定在所述气化炉外壁上；所述进气支管组件与所述环状管底部联通，若干套所述进气支管组件呈圆周均布并关于所述环状管的对称轴线镜像对称；所述进气支管组件包括直角弯管、排凝口、穿壁接管、膨胀节、斜弯管、高温喷嘴，所述高温喷嘴包括耐高温短管、高温耐磨衬里，所述高温喷嘴搭接在分布板上，与所述气化炉的中心轴线呈一定的夹角，全部所述高温喷嘴的中心轴线在所述气化炉的中心轴线上交汇于同一点。

进一步的，所述环状管呈两端封闭的“C”型或“O”型结构；所述环状管与所述总进气口内径之比为2.5-6.0。

进一步的，所述进气支管组件的数量为3-8套；所述环状管与所述进气支管组件内径之比为5.0-15.0。

进一步的，所述直角弯管、穿壁接管、斜弯管、高温喷嘴、环状管之间用可拆卸的法兰连接；所述排凝口位于所述气化炉外及所述进气支管组件的位置最低处，所述排凝口的末端设置有蒸气疏水阀；所述膨胀节位于所述气化炉内及所述斜弯管的前端。

进一步的，所述耐高温短管内表面及伸入分布板的顶部均敷设有所述高温耐磨衬里，所述高温耐磨衬里为刚玉龟甲网衬里或耐高温钴基焊条堆焊衬里，所述高温耐磨衬里厚度为5-25mm。

进一步的，所述高温喷嘴与所述气化炉中心轴线的夹角为β，β＝15-45°。

进一步的，所述加热及保温层采用夹套或盘管加热方式，用于加热所述环状管内部的气体介质，所述气体介质为氧化剂。

进一步的，所述分布板包括分布板钢板和分布板衬里。

与现有技术相比，本实用新型产生的有益效果是：

(1)高温喷嘴内表面敷设有高温耐磨衬里，由于高速气体射流叠加高温煤粉冲刷，高温喷嘴与分布板连接部位存在非常严重的磨损与高温腐蚀，仅凭耐高温金属无法解决该恶劣工况下易损部件的长周期运行问题，高温喷嘴内表面采用高温耐磨衬里解决了此问题。

(2)进气支管组件中部件连接采用可拆卸的法兰方式，容易对管道内部进行及时清理，如开停车时内部残留的煤粉，极大方便了检修及维护。

(3)进气支管组件中包含有膨胀节，实际生产中冷态与运行时的高温热态的膨胀量是不容忽视的，由于设置了膨胀节，进气支管组件与分布板不会因热膨胀问题而脱落，确保了气化炉的安全生产。

(4)若干套进气支管组件通过环状管汇总成一个总进气口，结构极为简单，无需每条分支管都安装氧气阀门和氧气流量计，只需总进气口设置一套即可，考虑到氧气的调节阀和流量计价格昂贵，该设计不但降低气化炉制造成本同时也简化了气化炉的操作。

(5)加热及保温层采用夹套或盘管加热方式，因此环状管具备了对氧化剂的“预热”功能。通常在工况条件下温度较低的氧气与过热水蒸气混合后会将水冷凝出来，液态水滴如果从喷射管喷入分布板上部，极易造成气化炉粉煤“结疤”，严重时气化炉将无法运行，由于环状管“预热”了氧气与过热水蒸气，即可靠地消除了气化炉粉煤“结疤”隐患。

(6)进气支管组件中位置最低处设置了一个排凝口，末端可设置蒸气疏水阀，方便将管道中可能会产生的冷凝水及时排出，进一步消除“结疤”隐患。

此外，本实用新型将传统流化床煤气化炉(如U-GAS气化炉)的“中心射流、环管排渣”的传统结构，改为“多点射流、中心排渣”的新式结构，不但彻底避免了中心管(即氧化剂与水蒸气等进口)易磨损、易腐蚀、易断裂的问题，而且气化炉的中心高温区分布更加均匀，非常有利于煤粉在气化炉内的中心高温区直接参与反应，大幅提高了气化炉的产气量，同时确保了气化炉长周期稳定运行。

附图说明

图1为流化床气化炉用氧化剂环状多点进气装置结构图。

图2为流化床气化炉用氧化剂环状多点进气装置的进气支管组件结构图。

图3为流化床气化炉用氧化剂环状多点进气装置的高温喷嘴结构放大图。

图4为设有三套进气支管组件的流化床气化炉用氧化剂环状多点进气装置俯视图。

图5为设有四套进气支管组件的流化床气化炉用氧化剂环状多点进气装置俯视图。

图6为设有五套进气支管组件的流化床气化炉用氧化剂环状多点进气装置俯视图。

图7为设有六套进气支管组件的流化床气化炉用氧化剂环状多点进气装置俯视图。

其中：1、气化炉；2、进气支管组件；2-1、斜弯管；2-2、膨胀节；2-3、穿壁接管；2-4、排凝口；2-5、直角弯管；2-6、高温喷嘴；2-6-1、法兰；2-6-2、耐高温短管；2-6-3、高温耐磨衬里；2-6-4、分布板钢板；2-6-5、分布板衬里；3、环状管；4、总进气口；5、加热及保温层；6、固定支架。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明：

实施例1

如附图1-4所示，设有三套进气支管组件的流化床气化炉用氧化剂环状多点进气装置，主要包括总进气口4、环状管3、进气支管组件2、加热及保温层5、固定支架6、气化炉1；进气支管组件2包括直角弯管2-5、排凝口2-4、穿壁接管2-3、膨胀节2-2、斜弯管2-1、高温喷嘴2-6。

总进气口4与环状管3相贯并位于环状管3的对称轴线位置；环状管3为两端封闭的“C”型结构，两封闭端均采用椭圆封头结构；环状管3通过固定支架6固定在气化炉1外壁上；环状管3与总进气口4内径之比为2.5，即环状管3内径500mm和总进气口4内径200mm。考虑到气体介质为氧化剂及较高的工作温度，总进气口4及环状管3均为耐高温不锈钢材料，选用S30408材料制造。

进气支管组件2与环状管3底部联通，三套进气支管组件2呈圆周均布并关于环状管3的对称轴线镜像对称，环状管3与进气支管组件2内径之比为5.0，即环状管3内径500mm和进气支管组件2内径100mm。考虑到气体介质为氧化剂及较高的工作温度，进气支管组件2均为耐高温不锈钢材料，选用S30408材料制造。

进气支管组件2包括直角弯管2-5、排凝口2-4、穿壁接管2-3、膨胀节2-2、斜弯管2-1、高温喷嘴2-6，排凝口2-4位于气化炉1外及进气支管组件2位置最低处，末端可设置蒸气疏水阀，膨胀节2-2位于气化炉1内及斜弯管2-1的前端。

高温喷嘴2-6包括耐高温短管2-6-2、高温耐磨衬里2-6-3，耐高温短管2-6-2内表面及伸入分布板的顶部都敷设有高温耐磨衬里2-6-3，高温耐磨衬里2-6-3采用刚玉龟甲网衬里，衬里厚度25mm。高温喷嘴2-6搭接在分布板上，与气化炉1中心轴线呈一定的夹角β，β＝15°，全部高温喷嘴2-6中心轴线在气化炉1中心轴线上交汇于同一点。直角弯管2-5、穿壁接管2-3、斜弯管2-1、高温喷嘴2-6、环状管3之间采用可拆卸的法兰2-6-1连接。加热及保温层5采用盘管加热方式，用于加热环状管3内部的气体介质，气体介质为氧化剂。

实施例2

如附图1-3、5所示，设有四套进气支管组件的流化床气化炉用氧化剂环状多点进气装置，包括总进气口4、环状管3、进气支管组件2、加热及保温层5、固定支架6、气化炉1；进气支管组件2包括直角弯管2-5、排凝口2-4、穿壁接管2-3、膨胀节2-2、斜弯管2-1、高温喷嘴2-6。

总进气口4与环状管3相贯并位于环状管3的对称轴线位置；环状管3为两端封闭的“C”型结构，两封闭端均采用椭圆封头结构；环状管3通过固定支架6固定在气化炉1外壁上；环状管3与总进气口4内径之比为6.0，即环状管3内径900mm和总进气口4内径150mm。考虑到气体介质为氧化剂及较高的工作温度，总进气口4及环状管3均为耐高温不锈钢材料，选用S31008材料制造。

进气支管组件2与环状管3底部联通，四套进气支管组件2呈圆周均布并关于环状管3的对称轴线镜像对称，环状管3与进气支管组件2内径之比为15.0，即环状管3内径900mm和进气支管组件2内径60mm。考虑到气体介质为氧化剂及较高的工作温度，进气支管组件2均为耐高温不锈钢材料，选用S31008材料制造。

进气支管组件2包括直角弯管2-5、排凝口2-4、穿壁接管2-3、膨胀节2-2、斜弯管2-1、高温喷嘴2-6，排凝口2-4位于气化炉1外及进气支管组件2位置最低处，末端可设置蒸气疏水阀。膨胀节2-2位于气化炉1内及斜弯管2-1的前端。

高温喷嘴2-6包括耐高温短管2-6-2、高温耐磨衬里2-6-3，耐高温短管2-6-2内表面及伸入分布板的顶部都敷设有高温耐磨衬里2-6-3，高温耐磨衬里2-6-3采用耐高温钴基焊条堆焊衬里方式，衬里厚度5mm。高温喷嘴2-6搭接在分布板上，与气化炉1中心轴线呈一定的夹角β，β＝45°，全部高温喷嘴2-6中心轴线在气化炉1中心轴线上交汇于同一点。直角弯管2-5、穿壁接管2-3、斜弯管2-1、高温喷嘴2-6、环状管3之间采用可拆卸的法兰2-6-1连接。加热及保温层5采用盘管加热方式，用于加热环状管3内部的气体介质，气体介质为氧化剂。

实施例3

如附图1-3、6所示，设有五套进气支管组件的流化床气化炉用氧化剂环状多点进气装置流化床气化炉1用氧化剂环状多点进气装置，包括总进气口4、环状管3、进气支管组件2、加热及保温层5、固定支架6、气化炉1；进气支管组件2包括直角弯管2-5、排凝口2-4、穿壁接管2-3、膨胀节2-2、斜弯管2-1、高温喷嘴2-6。

总进气口4与环状管3相贯并位于环状管3的对称轴线的位置；环状管3为“O”型结构；环状管3通过固定支架6固定在气化炉1外壁上；环状管3与总进气口4内径之比为3.0，即环状管3内径750mm和总进气口4内径250mm。考虑到气体介质为氧化剂及较高的工作温度，总进气口4及环状管3均为耐高温不锈钢材料，选用INCLCOY 800H材料制造。

进气支管组件2与环状管3底部联通，五套进气支管组件2呈圆周均布并关于环状管3的对称轴线镜像对称，环状管3与进气支管组件2内径之比为6.0，即环状管3内径750mm和进气支管组件2内径125mm。考虑到气体介质为氧化剂及较高的工作温度，进气支管组件2均为耐高温不锈钢材料，选用INCLCOY 800H材料制造。

进气支管组件2包括直角弯管2-5、排凝口2-4、穿壁接管2-3、膨胀节2-2、斜弯管2-1、高温喷嘴2-6，排凝口2-4位于气化炉1外及进气支管组件2位置最低处，末端可设置蒸气疏水阀。膨胀节2-2位于气化炉1内及斜弯管2-1的前端。

高温喷嘴2-6包括耐高温短管2-6-2、高温耐磨衬里2-6-3，耐高温短管2-6-2内表面及伸入分布板的顶部都敷设有高温耐磨衬里2-6-3，高温耐磨衬里2-6-3采用耐高温钴基焊条堆焊衬里方式，衬里厚度10mm。高温喷嘴2-6搭接在分布板上，与气化炉1中心轴线呈一定的夹角β，β＝30°，全部高温喷嘴2-6中心轴线在气化炉1中心轴线上交汇于同一点。直角弯管2-5、穿壁接管2-3、斜弯管2-1、高温喷嘴2-6、环状管3之间采用可拆卸的法兰2-6-1连接。加热及保温层5采用盘管加热方式，用于加热环状管3内部的气体介质，气体介质为氧化剂。

实施例4

如附图1-3、7所示，设有六套进气支管组件的流化床气化炉用氧化剂环状多点进气装置，包括总进气口4、环状管3、进气支管组件2、加热及保温层5、固定支架6、气化炉1；进气支管组件2包括直角弯管2-5、排凝口2-4、穿壁接管2-3、膨胀节2-2、斜弯管2-1、高温喷嘴2-6。

总进气口4与环状管3相贯并位于环状管3的对称轴线位置；环状管3为“O”型结构；环状管3通过固定支架6固定在气化炉1外壁上；环状管3与总进气口4内径之比为3.0，即环状管3内径600mm和总进气口4内径200mm。考虑到气体介质为氧化剂及较高的工作温度，总进气口4及环状管3均为耐高温不锈钢材料，选用S31603材料制造。

进气支管组件2与环状管3底部联通，六套进气支管组件2呈圆周均布并关于环状管3的对称轴线镜像对称，环状管3与进气支管组件2内径之比为10.0，即环状管3内径600mm和进气支管组件2内径60mm。考虑到气体介质为氧化剂及较高的工作温度，进气支管组件2均为耐高温不锈钢材料，选用S31603材料制造。

进气支管组件2包括直角弯管2-5、排凝口2-4、穿壁接管2-3、膨胀节2-2、斜弯管2-1、高温喷嘴2-6，排凝口2-4位于气化炉1外及进气支管组件2位置最低处，末端可设置蒸气疏水阀。膨胀节2-2位于气化炉1内及斜弯管2-1的前端。

高温喷嘴2-6包括耐高温短管2-6-2、高温耐磨衬里2-6-3，耐高温短管2-6-2内表面及伸入分布板的顶部都敷设有高温耐磨衬里2-6-3，高温耐磨衬里2-6-3采用刚玉龟甲网衬里方式，衬里厚度20mm。高温喷嘴2-6搭接在分布板上，与气化炉1中心轴线呈一定的夹角β，β＝20°，全部高温喷嘴2-6中心轴线在气化炉1中心轴线上交汇于同一点。直角弯管2-5、穿壁接管2-3、斜弯管2-1、高温喷嘴2-6、环状管3之间采用可拆卸的法兰2-6-1连接。加热及保温层5采用盘管加热方式，用于加热环状管3内部的气体介质，气体介质为氧化剂。

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。