一种气化炉激冷环的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种气化炉组件，尤其是涉及一种气化炉激冷环，带有蜗壳式导流结 构，尤其适合我国高灰(25~27 % )、高灰熔点(FT> 1400°C) "双高"煤种的两段供氧干排渣加 压气流床气化炉中使用。
【背景技术】
[0002] 煤炭气化技术是大规模加压气流床煤气化技术是我国洁净煤技术的重要组成部 分，是高效、洁净利用煤炭的主要途径之一。气化炉是大规模加压气流床煤气化技术的关键 设备，而激冷环则是决定气化炉运行性能和寿命的核心部件。气化炉激冷环的作用在于将 激冷水均匀分布在下降管的内表面上，并形成一层水薄膜与合成气并流而下，隔绝高温合 成气与下降管直接接触，保护下降管免受高温而变形。
[0003] 现有加压气流床气化技术大部分采用液态排渣方式，对入炉煤的灰熔融温度有严 格的要求。液态排渣工艺要求参与反应的煤具有的较高化学活性(用C02还原率表示），一般 要求煤灰熔融温度FT低于1400°C以下，通常只有高活性的褐煤才能适用。而我国动力用煤 具有高灰（平均灰含量达25~27%)、高灰熔点的"双高"特点，无法满足现有以Shell和 Texaco为代表的液态排渣型加压气流床气化技术的排渣工艺要求。因此，有必要开发针对 我国高灰熔点煤的气流床气化气化炉固态排渣激冷技术。
[0004] 因液态排渣工艺还会造成的激冷环壁面侵蚀，下降管壁面结渣等问题，液态排渣 激冷技术在运行过程存在激冷水量下降，激冷环泄漏挂渣等失效状况，对气化炉系统的激 冷性能及使用寿命产生极大的影响。采用固态排渣技术能够有效避免这样一些问题，但国 内外的气化炉激冷环工艺中，针对固态排渣技术的激冷环工艺的非常匮乏，需要针对气化 炉固态排渣技术的激冷环装置进行针对性设计。
[0005] 由于固态排渣过程会对激冷环和下降管产生物理冲击，对下降管中水膜的稳定性 的要求更高。而传统的气化炉激冷环装置的设计思路局大都限于等截面结构，只是对等截 面结构内部进行小幅的修改，并未从根本上把握住激冷水在导流机构中因等截面流场布置 而产生的失效机理，使得激冷环出水在下降管成膜的效果不佳。而且等截面面积流场不仅 很难保证激冷水出口水流量均匀形成水膜对下降管进行保护，对激冷环自身也会因环内流 场的空化空蚀，冲刷腐蚀等现象造成失效，减少激冷环使用寿命。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种适合我国高灰 (25~27% )、高灰熔点(FT>1400°C) "双高"煤种的两段供氧干排渣加压气流床气化炉的激 冷环。
[0007] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0008] -种气化炉激冷环，包括焊接连接的下降管、导流外环及导流内环，
[0009] 所述的导流内环内设有蜗壳导流室，在导流内环的底部设置激冷水进口，导流内 环外侧设置安装法兰与气化炉体固定，
[0010] 所述的下降管与导流外环形成激冷水出口，蜗壳导流室与激冷水出口通过环间导 流孔相连，
[0011] 激冷水通过激冷水进口进入蜗壳导流室，经蜗壳导流室导流均匀地从激冷水出口 流出进入下降管。
[0012] 所述的蜗壳导流室为内径由内向外逐渐增大的螺旋状蜗壳结构，蜗壳的包角为 270。-360。。
[0013] 所述的下降管的内壁焊有出口导流槽。
[0014] 所述的出口导流槽为锯齿形结构，与竖直方向上的偏角为20°-70°。
[0015] 所述的导流外环外壁焊有挡渣环。
[0016] 所述的挡渣环设有3-30排，每排可以设置20-50个，均匀布置在导流外环的侧壁 上。
[0017] 所述的挡渣环内置有耐火材料。
[0018] 所述的该环间导流孔与蜗壳导流室径向之间的偏角为20°-70°。
[0019] 所述的激冷水进口焊接连接在导流内环的底部。
[0020] 所述的激冷水进口处连接有进口管道，该管道倾斜段与垂直方向的夹角为20°_ 70。。
[0021 ]与现有技术相比，本发明具有以下优点：
[0022] (1)由于在导流外环外壁布置有挡渣环槽，可有效防止从排渣口掉落的固态灰渣 对激冷环造成直接冲击力，降低激冷环因壁面变形、龟裂产生失效的可能性。且挡渣环内嵌 有耐火材料，可有效降低因激冷环内外壁面温差而产生的热应力。挡渣环起到对高温腐蚀 的缓冲作用，形成的缓冲带可避免燃烧产生的硫化物与壁面直接接触，还可以大大减小气 化炉开路停车时附着在激冷环表面的硫化物与空气和水产生的多硫酸腐蚀。
[0023] (2)采用的蜗壳式导流机构，蜗壳的断面逐渐减小，可以保证向激冷水出口均匀供 水。蜗壳式导流机构能够减少激冷环导流装置因水量分布不均造成的负压区面积，规避传 统激冷环工艺中因断面不变而产生的空化空蚀现象。蜗壳式导流结构可以在环间导流孔前 形成一个必要的环量，避免激冷水直接冲击激冷环壁面，减小因金属表面与腐蚀流体之间 的冲刷腐蚀。
[0024] (3)激冷环采用单个入口设计方案，相较传统的气化炉激冷环多个入口的结构而 言，单个入口的设计不仅方便激冷水系统的布置，节约气化炉空间，而且大大降低了激冷环 因入口处因局部堵塞和高速水流冲蚀而失效的概率，从而节约了安装及检修成本，延长了 激冷环的使用寿命。而单入口节约出的空间也为将来炉内设备的添加和改造留下余地。
[0025] (4)激冷水出口的锯齿形出口导流槽设计对下降管水膜分布具有积极作用。传统 激冷环失效的一个重大原因在于下降管水膜分布不均匀，从而导致下降管出现局部过热的 情况，形成热应力导致下降管失效。而经过出口导流槽形成的均匀水膜还可以有效地将炉 内酸性气体与下降管隔离，避免因酸性气体与水分结合生成的酸对下降管造成腐蚀的激冷 环失效情况。
【附图说明】
[0026] 图1为加压气流床气化炉的结构示意图；
[0027] 图2为本发明的纵切剖视结构示意图；
[0028] 图3为本发明的横切俯视结构示意图；
[0029]图4为本发明的俯视结构示意图；
[0030] 图5为激冷水进口处的剖视结构示意图；
[0031] 图6为挡渣环的结构示意图；
[0032]图7为出口导流槽的示意图。
[0033]图中，1-1气化炉给煤入口，1-2气化反应室，1-3排渣口，1-4激冷环，1-5激冷室，1-6锁渣罐，1下降管，2出口导流槽，3激冷水出口，4导流外环，5环间导流孔，6蜗壳导流室，7挡 渣环，8导流内环，9安装法兰，10激冷水进口，11进口法兰。
【具体实施方式】
[0034]下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
[0035] 实施例1
[0036] 加压气流床气化炉的结构如图1所示，主要部件包含原料进口 1-1、反应室1-2、排 渣口 1-3、激冷环1-4、激冷水室1-5、排渣口 1-6等。针对我国煤具有高灰(平均灰含量达25~ 27%)、高灰熔点的"双高"的特点，进行固态排渣技术的设计。其中参与反应的煤粉或煤浆 从顶部原料进口 1-1给入进入反应室1-2,在反应室1-2中含碳物质发生部分氧化作用，生成 有效产物合成气通过下降管进入激冷水室1-5,而反应过程中生成的灰渣则通过排渣口 1-3，从激冷环进入激冷水室，最终从排渣口排出。激冷环在此过程中为下降管提供激冷水，在 降低下降管温度的同时为其表面提供稳定的水膜，保证其物理化学性质的平稳。
[0037] 本实施例公开的就是气化炉使用的激冷环1-4,其主要结构如图2所示，其结构主 要为中空环体结构，采用气化炉整体相同的中轴线，通过法兰连接与气化炉体固定。其中下 降管1、导流外环4、内导流环8、激冷水进口 10通过焊接连接，导流内环8外侧设置安装法兰9 与气化炉体固定。导流内环8包含蜗壳导流室6,在导流内环8底部设置激冷水进口，下降管1 与导流外环4形成激冷水出口 3,蜗壳导流室6与激冷水出口 3通过激冷水环间导流孔5相连。 激冷水通过激冷水进口进入蜗壳导流室6,经蜗壳导流室6蜗壳结构的导流作用均匀地从激 冷水出口流出进入下降管。激冷水在环内的流速为0.5m/ s-50m/s。
[0038] 为保证激冷水对下降管形成均匀水膜，采用的蜗壳导流室6的包角β变化范围为 270°-360°，作为优选的技术方案，本实施例中该角度为320°，如图4所示。为配合蜗壳导流 装置对激冷水形成的环量作用，实现蜗壳导水室6与激冷水出口 3的均匀导水过程，在蜗壳 导流室6与激冷水出口 3之间设置环间导流孔5,如图3所示，环间导流孔5与蜗壳径向之间偏 角γ为20°-70°，作为优选的技术方案，本实施例中该角度为30°。
[0039] 本装置采用单个入口设计工艺，激冷水进口 10通过焊接连接在导流内环8底部