一种多烧嘴上行辐射废锅干煤粉气流床结构的制作方法

本申请涉及煤气化生产设备技术领域，尤其涉及一种多烧嘴上行辐射废锅干煤粉气流床结构。

背景技术：

虽然我国正在逐步开展能源结构调整优化，但是中国煤炭产量仍然连续多年位居世界第一，煤炭在中国一次性能源结构中仍处于主导地位，一次能源消费比例仍然接近60％。为了响应国家经济发展和环境保护协同推动的要求，高效、清洁的煤气化技术是目前实现可持续发展的必然选择。

气流床气化技术是发展洁净煤气化技术的重要途径，相应地，气流床结构也是实现气流床气化技术的基础，目前气流床煤气化技术主要分为干煤粉进料和水煤浆进料两种方式。干煤粉加压气流床气化技术因煤种适用性广，气化效率高是目前煤气化技术中的主要选择，代表性技术包括shell气化炉、航天炉、神宁炉、东方炉、两段炉等。与水煤浆进料方式相比，干煤粉气化技术具有煤种适应性广、原料更易获得等优势，因此，干煤粉气流床气化技术也逐渐成为主流发展方向。

干煤粉气流床气化技术中，目前以激冷流程为主，高温合成气经水激冷，逐步输送至下游。激冷流程具有投资低、操作维护简单的优势，但是激冷流程煤气化技术存在能源利用率低、水耗高的缺点，尤其在某些地区受环境保护的限制，工厂不可新增小型锅炉，蒸汽必须依赖外购，对化工生产带来较大困难。因此，能够副产蒸汽的气化炉倍受欢迎。现有带废锅能副产蒸汽的干煤粉多烧嘴气流床煤气化技术以壳牌炉为代表，但是该技术的主要缺陷在于投资高、总体在线率较低。该技术虽然采用了废锅回收显热，但是仅仅采用了对流废锅，热合成气必须先与冷合成气混合降温，激冷后的粗合成气经过对流废锅换热，从大约850℃降温至340℃，该温度区间热品位低，设备投资昂贵，投入产出比较低。

技术实现要素：

本申请提供了一种多烧嘴上行辐射废锅干煤粉气流床结构，以解决现有煤气化生产能源利用率低、水耗高、设备在线率低等问题。本结构中包括了辐射废锅与对流废锅，首先利用辐射废锅吸收高温合成气的显热，将合成气温度降低至700℃以下，再经对流废锅进一步降温至350℃。由于采用了辐射废锅技术，省去了类似工艺流程(如壳牌炉)中的激冷气压缩机和大量配套管线，显著提高了能源利用率，且可以副产更多的蒸汽。

本申请提供了一种多烧嘴上行辐射废锅干煤粉气流床结构，包括：压力壳体、排渣装置、燃烧室、粗合成气出口、辐射废锅、输气导管、对流废锅、连接装置和除灰装置；

所述排渣装置、所述燃烧室、所述粗合成气出口、所述辐射废锅、所述输气导管和所述对流废锅均依次设置于所述压力壳体的内部；

所述燃烧室设置于所述排渣装置的上方；

所述燃烧室内壁的中下方，沿周向均匀设置若干烧嘴；

所述辐射废锅的下端与所述燃烧室由所述粗合成气出口连接；

所述辐射废锅的上端与所述对流废锅由所述输气导管相连接；

所述对流废锅与所述输气导管的连接点低于所述辐射废锅与所述输气导管的连接点；

所述压力壳体分别与所述燃烧室、所述辐射废锅、所述输气导管和所述对流废锅的侧壁外部之间均设有若干连接装置。

可选地，所述烧嘴与所述燃烧室的径向呈0°-6°的夹角；

所述烧嘴的数量为3-6个。

可选地，所述输气导管由所述辐射废锅向所述对流废锅斜向下设置，且所述输气导管的轴线与所述辐射废锅的轴线呈角度γ，所述角度γ为45°；

所述辐射废锅的轴线与所述对流废锅的轴线相平行，且所述辐射废锅与所述对流废锅的轴间距为8m-15m。

可选地，所述辐射废锅、所述粗合成气出口、所述燃烧室与所述排渣装置沿同一轴线设置。

可选地，所述燃烧室的底端还设有排渣口；

所述燃烧室内径尺寸与所述排渣口内径尺寸的比例为3-5:1；

所述燃烧室内径尺寸与所述粗合成气出口直段内径尺寸的比例为3-4:1；

所述燃烧室的高度尺寸与所述燃烧室内径尺寸的比例为3:1。

可选地，所述燃烧室的顶部呈锥形，且所述顶部与水平方向呈夹角α，所述夹角α为30°；

所述粗合成气出口的上段呈倒锥形，且所述上段与竖直方向呈夹角β，所述夹角β为10°-20°；

所述粗合成气出口的直段高度尺寸与所述粗合成气出口直段内径尺寸的比例为2:1。

可选地，所述辐射废锅包括：第一筒形膜式水冷壁和若干翅片组水冷壁；

所述第一筒形膜式水冷壁设置于所述辐射废锅内；

所述第一筒形膜式水冷壁的高度尺寸与所述第一筒形膜式水冷壁内径尺寸的比例为5-10:1；

各所述翅片组水冷壁设置于所述第一筒形膜式水冷壁内，沿所述辐射废锅的径向设置，且所述翅片组水冷壁沿所述辐射废锅的周向均匀分布；

所述翅片组水冷壁的组数为8-24组。

可选地，所述对流废锅包括：第二筒形膜式水冷壁和若干螺旋盘管水冷壁；

所述第二筒形膜式水冷壁设置于所述对流废锅内；

各所述螺旋盘管水冷壁依次由上至下设置于所述第二筒形膜式水冷壁内；

所述螺旋盘管水冷壁的数量为3-5组；

每组所述螺旋盘管水冷壁设置4-7圈水冷壁。

可选地，各所述除灰装置分别设置于所述对流废锅螺旋盘管水冷壁的顶部、所述第一筒形膜式水冷壁和所述第二筒形膜式水冷壁的外部。

由以上技术可知，本申请提供了一种多烧嘴上行辐射废锅干煤粉气流床结构，包括：压力壳体、排渣装置、燃烧室、粗合成气出口、辐射废锅、输气导管、对流废锅、连接装置和除灰装置；所述排渣装置、所述燃烧室、所述粗合成气出口、所述辐射废锅、所述输气导管和所述对流废锅均依次设置于所述压力壳体的内部；所述燃烧室设置于所述排渣装置的上方；所述燃烧室内壁的中下方，沿周向均匀设置若干烧嘴；所述辐射废锅的下端与所述燃烧室由所述粗合成气出口连接；所述辐射废锅的上端与所述对流废锅由所述输气导管相连接；所述对流废锅与所述输气导管的连接点低于所述辐射废锅与所述输气导管的连接点；所述压力壳体分别与所述燃烧室、所述辐射废锅、所述输气导管和所述对流废锅的侧壁外部之间均设有若干连接装置。本申请所提供的多烧嘴上行辐射废锅干煤粉气流床结构能够显著提高能效和煤炭利用率，且能够有效降低成本，提高运行可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种多烧嘴上行辐射废锅干煤粉气流床结构的示意图；

图2为本申请实施例提供的一种烧嘴分布示意图；

图3为本申请实施例提供的另一种烧嘴分布结构示意图；

图4为本申请实施例提供的一种翅片组水冷壁分布结构示意图。

图示说明：

其中，1-压力壳体，2-排渣装置，3-燃烧室，31-烧嘴，32-排渣口，4-粗合成气出口，5-辐射废锅，51-第一筒形膜式水冷壁，52-翅片组水冷壁，6-输气导管，7-对流废锅，71-第二筒形膜式水冷壁，72-螺旋盘管水冷壁，8-连接装置，9-除灰装置。

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、完整的描述，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1和图2，为本申请实施例提供的一种多烧嘴上行辐射废锅干煤粉气流床结构的示意图，以及烧嘴分布示意图。

本申请实施例提供的一种多烧嘴上行辐射废锅干煤粉气流床结构包括：压力壳体1、排渣装置2、燃烧室3、粗合成气出口4、辐射废锅5、输气导管6、对流废锅7、连接装置8和除灰装置9；

所述排渣装置2、所述燃烧室3、所述粗合成气出口4、所述辐射废锅5、所述输气导管6和所述对流废锅7均依次设置于所述压力壳体1的内部；

所述燃烧室3设置于所述排渣装置2的上方；

所述燃烧室3内壁的中下方，沿周向均匀设置若干烧嘴31；

所述辐射废锅5的下端与所述燃烧室3由所述粗合成气出口4连接；

所述辐射废锅5的上端与所述对流废锅7由所述输气导管6相连接；

所述对流废锅7与所述输气导管6的连接点低于所述辐射废锅5与所述输气导管6的连接点；

所述压力壳体1分别与所述燃烧室3、所述辐射废锅5、所述输气导管6和所述对流废锅7的侧壁外部之间均设有若干连接装置8。

本申请实施例由于采用上行辐射废锅设计，煤粉经燃烧室3燃烧后所产生的熔渣直接从排渣装置2排出，而高温粗合成气经粗合成气出口4上升至辐射废锅5进行换热处理，避免了大量的熔渣通过辐射废锅段导致可能发生结垢和堵塞。通过辐射废锅的成分现在仅为高温合成气以及部分飞灰，显著减轻了辐射废锅的堵塞风险，提高了运行的可靠性。

同时，本申请实施例采用辐射废锅+对流废锅设计，真正做到了灰渣分离、干法排灰，能够显著减轻了黑水处理的负担，减少了气化外排水量，达到更好的环保效果；而且，相比半废锅技术(仅有辐射废锅或者仅有对流废锅)能产生更多的蒸汽，显著提高能效和煤炭利用率。

压力壳体1包括：燃烧室球形封头、燃烧室壳体、中间锥体、辐射废锅壳体、辐射废锅球形封头、输气导管壳体、对流废锅壳体和对流废锅锥形封头，压力壳体1的各部分壳体之间采用全焊透焊缝连接。

排渣装置2的内部存在一定液位的冷却水，煤粉燃烧后的灰渣经冷却水水浴后排出气化炉。

燃烧室3、辐射废锅5、输气导管6和对流废锅7的各段水冷壁的进出口集箱通过连接装置8连接至压力壳体1上相应的管接头上，同时，连接装置8能够对各段起到支撑作用。

本申请设置多个烧嘴31，与单烧嘴气化技术相比，多烧嘴可以让煤粉和氧气在气化炉内形成更强的湍流效果，从而提高碳转化率至1-5个百分点，同时，多烧嘴气化炉煤种适应性广，结构易于放大，且不会降低碳转化率。

请参见图3，为本申请实施例提供的另一种烧嘴分布结构示意图。

所述烧嘴31与所述燃烧室3的径向呈0°-6°的夹角；

所述烧嘴31的数量为3-6个。

本申请所提供的烧嘴31通过与燃烧室3的径向存在夹角，从而令煤粉和氧化剂进入燃烧室3后形成一定旋流场，增强反应物料的传热和传质效果。

同时，为了在设备运行过程中保护烧嘴，在烧嘴周围设置环状保护罩，保护罩采用盘管结构，通过循环水作为冷却介质。

请参见图1，可选地，所述输气导管6由所述辐射废锅5向所述对流废锅7斜向下设置，且所述输气导管6的轴线与所述辐射废锅5的轴线呈角度γ，所述角度γ为45°；

所述辐射废锅5的轴线与所述对流废锅7的轴线相平行，且所述辐射废锅5与所述对流废锅7的轴间距为8m-15m。

输气导管6内设有筒形水冷壁，且输气导管6的筒形水冷壁的上、下段进出口均连接至相应的环形集箱，输气导管6的筒形水冷壁的上、下段之间通过膨胀节组件实现柔性连接，以消除热膨胀位移差。

进一步地，所述辐射废锅5、所述粗合成气出口4、所述燃烧室3与所述排渣装置2沿同一轴线设置。

本申请所提供的位置结构，能够保证熔渣顺畅从排渣装置2排出，粗合成气能够顺畅上升至辐射废锅5，减少熔渣和飞灰堆积、结垢的问题。

可选地，所述燃烧室3的底端还设有排渣口32；

所述燃烧室3内径尺寸与所述排渣口32内径尺寸的比例为3-5:1；

所述燃烧室3内径尺寸与所述粗合成气出口4直段内径尺寸的比例为3-4:1；

所述燃烧室3的高度尺寸与所述燃烧室3内径尺寸的比例为3:1。

进一步地，所述燃烧室3的顶部呈锥形，且所述顶部与水平方向呈夹角α，所述夹角α为30°；

所述粗合成气出口4的上段呈倒锥形，且所述上段与竖直方向呈夹角β，所述夹角β为10°-20°；

所述粗合成气出口4的直段高度尺寸与所述粗合成气出口4直段内径尺寸的比例为2:1。

燃烧室3内设有筒形水冷壁，且所述筒形水冷壁的进口和出口均匀布置在燃烧室3所对应的进、出口环形集箱上，燃烧室3下方的排渣口32与排渣口32底端锥形及筒形部分均采用盘管结构，循环介质的循环回路通过盘管与集箱上设置的引入、引出管实现。燃烧室3的顶端与粗合成气出口4均采用盘管结构，循环介质的循环回路通过盘管与集箱上设置的引入、引出管实现。上述进、出口环形集箱通过连接装置8连接至压力壳体1的相应管接头。

其中，燃烧室3的筒形水冷壁和各盘管(包括粗合成气出口4)向火侧(即接触高温合成气侧)均浇筑耐火材料。

请参阅图4，为本申请实施例提供的一种翅片组水冷壁分布结构示意图。

可选地，所述辐射废锅5包括：第一筒形膜式水冷壁51和若干翅片组水冷壁52；

所述第一筒形膜式水冷壁51设置于所述辐射废锅5内；

所述第一筒形膜式水冷壁51的高度尺寸与所述第一筒形膜式水冷壁51内径尺寸的比例为5-10:1；

各所述翅片组水冷壁52设置于所述第一筒形膜式水冷壁51内，沿所述辐射废锅5的径向设置，且所述翅片组水冷壁52沿所述辐射废锅5的周向均匀分布；

所述翅片组水冷壁52的组数为8-24组。

第一筒形膜式水冷壁51与翅片组水冷壁52内均通以循环锅炉水作为冷却介质，吸收合成气的显热并产生高压饱和蒸汽。

具体地，所述翅片组水冷壁52采用大翅片管组与小翅片管组交叉均布的结构，大翅片管组与小翅片管组分别为4-12组，大翅片管组单组布置7-11根管子，小翅片管组单组布置4-6根管子。翅片组水冷壁52为双面水冷屏，且水冷屏的长度尺寸与第一筒形膜式水冷壁51的长度尺寸相接近。翅片组水冷壁52与第一筒形膜式水冷壁51共同吸收高温合成气的辐射热量。

可选地，所述对流废锅7包括：第二筒形膜式水冷壁71和若干螺旋盘管水冷壁72；

所述第二筒形膜式水冷壁71设置于所述对流废锅7内；

各所述螺旋盘管水冷壁72依次由上至下设置于所述第二筒形膜式水冷壁71内；

所述螺旋盘管水冷壁72的数量为3-5组；

每组所述螺旋盘管水冷壁72设置4-7圈水冷壁。

对流废锅7设置于辐射废锅5之后，合成气经过辐射废锅5初步降温后，能够冷却至700℃，经斜向下的输气导管6，进入对流废锅7，经过对流废锅7内的第二筒形膜式水冷壁71和螺旋盘管水冷壁72的循环水强制水冷换热，产生饱和蒸汽或过热蒸汽。

其中，各组螺旋盘管水冷壁72的各圈盘管均同轴布置，且螺旋起点保证在同一水平面上，各圈之间保证一定距离，从而令合成气中的飞灰能够顺利通过，避免搭桥积灰。

第二筒形膜式水冷壁71的进、出口分别连接至相应的环形集箱上，各组螺旋盘管水冷壁72的引入管和引出管分别连接在相应回路的进口直集箱和出口直集箱上，各进、出口集箱通过连接装置8连接至压力壳体1相应的管接头上。

可选地，各所述除灰装置9分别设置于所述螺旋盘管水冷壁72的顶部、所述第一筒形膜式水冷壁51和所述第二筒形膜式水冷壁71的外部。

具体地，除灰装置9包括吹扫除灰装置和振打除灰装置。吹扫除灰装置通常设置在对流废锅7的螺旋盘管水冷壁72的顶部，通入吹扫气以消除螺旋盘管水冷壁72顶部的积灰。振打除灰装置设置于辐射废锅5和对流废锅7的外部，通过周期性振打，以击落附着在管子上的积灰。

压力壳体1与各段进出口集箱之间设置导向装置，用以限制集箱的水平偏转和径向位移，保证设备运行过程中结构只能够沿轴向自由移动。

压力壳体1和燃烧室3筒形水冷壁进口环形集箱之间设置有密封环板，以隔离汽水空间，避免排渣装置2中水汽窜入燃烧室3与压力壳体1之间的环形空间中造成水冷壁或壳体的腐蚀。密封环板上设置充气环管线，向环形空间中充入co2或n2以平衡炉膛和环形空间之间的压差。

由以上技术方案可知，本申请提供了一种多烧嘴上行辐射废锅干煤粉气流床结构包括：压力壳体1、排渣装置2、燃烧室3、粗合成气出口4、辐射废锅5、输气导管6、对流废锅7、连接装置8和除灰装置9；所述排渣装置2、所述燃烧室3、所述粗合成气出口4、所述辐射废锅5、所述输气导管6和所述对流废锅7均依次设置于所述压力壳体1的内部；所述燃烧室3设置于所述排渣装置2的上方；所述燃烧室3内壁的中下方，沿周向均匀设置若干烧嘴31；所述辐射废锅5的下端与所述燃烧室3由所述粗合成气出口4连接；所述辐射废锅5的上端与所述对流废锅7由所述输气导管6相连接；所述对流废锅7与所述输气导管6的连接点低于所述辐射废锅5与所述输气导管6的连接点；所述压力壳体1分别与所述燃烧室3、所述辐射废锅5、所述输气导管6和对流废锅7的侧壁外部之间均设有若干连接装置8。能够通过多个烧嘴31结构、辐射废锅5与对流废锅7协同作用的结构，有效减轻积灰堵塞风险，产生更多蒸汽，显著提高能效和煤炭利用率。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。