一种带部分余热回收装置的气化反应器及其气化方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种带部分余热回收装置的气化反应器及其气化方法，属于能源清洁 利用技术领域。
【背景技术】
[0002] 气化过程是固体化石燃料转化为气态可燃物的必经之路。气化过程根据不同的气 化溫度可划分为高溫气化、中高溫气化W及中低溫热解气化等过程。高溫气化因其反应速 度快、效率高W及环境友好等特征被广泛应用。高溫气化的主流技术为气流床气化技术。在 近20年里，气流床气化技术得到了大规模推广应用，随着各种气流床气化技术的不断升级 和工业示范应用，技术成熟度已经被市场所认可。但是，随着全球范围的节能降耗和环保大 趋势下，高水耗、高能耗的化工过程备受垢病，包括碳排放、水污染、大气污染等问题日渐显 现。
[0003] 现有气流床气化技术主要有干法进料和湿法进料两种，干法进料的主要特点是相 比于湿法进料能量利用效率高，合成气中有效气含量高，合成气中一氧化碳体积浓度约为 氨气的3倍。湿法进料的主要特点是系统投资低于干法进料，系统效率低于干法进料约10个 百分点，合成气中氨气体积浓度提高。由于气流床气化过程操作溫度达到1300°CW上，气化 产物含有大量的高位显热，具有较高的回收价值，该部分显热的回收可使系统效率提高4-5 个百分点。但是由于气化产物中含有液态烙渣和烙融态飞灰，显热回收过程存在大规模结 渣的技术风险，因此气化产物的显热回收很少在气流床气化过程中得到推广应用。尤其是 针对下行式气流床气化炉，所有气化后炉渣伴随合成气并流进入下游冷却系统，烙融态灰 渣具有较强的粘结性，很容易直接在水冷壁上形成沾污粘结，甚至结渣堵渣，现有技术还未 对下行式气流床气化过程的余热回收系统实现有效突破，国内已运行装置也发生过严重的 结渣堵渣事故。且干法气化后的也与C0体积比仅为0.3左右，远远低于湿法进料0.8左右的 比值，因此干法进料气化技术虽然能源利用效率高、系统维护成本低，但是在技术上还无法 完全替代相对高能耗的湿法进料气化技术。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是解决下行式干法进料气化反应器气化产物的也/C0调整和高溫显 热回收问题。
[0005] 为了达到上述目的，本发明的一个技术方案是提供了一种带部分余热回收装置的 气化反应器，其特征在于，包括相连通的气化炉和对流废锅，其中：
[0006] 气化炉包括承压壳体一，承压壳体一内由上至下依次设置有同轴布置的气化反应 室、激冷变换室和冷却除渣室；
[0007] 气化反应室包括炉内胆水冷壁，炉内胆水冷壁的顶部设有同轴的顶部烧嘴室，在 炉内胆水冷壁的中上部沿轴向设有至少一层侧面烧嘴室，每层侧面烧嘴室包括沿周向布置 的至少两个侧面烧嘴室，炉内胆水冷壁底部为与激冷变换室相通的下渣口；
[000引带有激冷装置的激冷变换室的出口与冷却除渣室相通，冷却除渣室的出口与对流 废锅的进口相通。
[0009] 优选地，所述激冷变换室包括与所述下渣口相通的导引管，在导引管的外侧设有 至少一圈激冷环，每圈激冷环上设有沿周向布置的激冷喷头，激冷环的下方设有沿轴向设 有至少一层二次激冷喷枪，每层二次激冷喷枪包括至少两个沿周向布置的二次激冷喷枪， 二次激冷喷枪下方设有锥形底部，锥形底部与所述冷却除渣室相通。
[0010] 优选地，每圈所述激冷环上的所述激冷喷头的数量为16~200个。
[0011] 优选地，所述冷却除渣室包括与所述锥形底部相通的圆筒形水冷壁，圆筒形水冷 壁与所述承压壳体一的内壁之间形成环形通道，环形通道下方设有渣池，渣池底部设有排 渣口，环形通道的出口与所述对流废锅的进口相通。
[0012] 优选地，所述内壁采用隔热耐火材料。
[0013] 优选地，所述气化炉经由导管段与所述对流废锅相通，所述对流废锅包括承压壳 体二，在承压壳体二内由上至下依次设置有返向室、过热器、对流换热器和合成气出口。
[0014] 优选地，所述导管段内侧采用隔热耐火材料设计，所述导管段与所述承压壳体一 间形成角度为30°~60°的夹角。
[0015] 优选地，所述过热器、所述对流换热器采用火管式设计或采用水管式设计。
[0016] 优选地，所述侧面烧嘴室的中屯、轴线与所述气化炉径向形成的0~30°夹角。
[0017] 本发明的另一个技术方案是提供了一种带部分余热回收装置的气化反应器的气 化方法，其特征在于，包括W下步骤：
[0018] 第一步、气化燃料和气化剂通过侧面烧嘴室及顶部烧嘴室喷入气化炉，在气化反 应室内发生高溫、高压复杂气化反应，侧面烧嘴室将在气化反应室内形成撞击流或旋流，将 使烙融态灰渣颗粒在惯性力的作用下甩向炉内胆水冷壁，形成稳定的液态渣膜，气化后的 产物经下渣口进入激冷变换室；
[0019] 第二步、高溫高压合成气夹带着气化过程中产生的液态灰渣通过导引管进入激冷 变换室，在导引管的导引下，气渣混合物在激冷环上激冷喷头的喷淋水雾/蒸汽作用下，合 成气迅速降溫，烙融态灰渣迅速凝固，固化后向下汇聚流动，并在二次激冷喷枪作用下进一 步降溫固化，合成气物流在多重喷淋作用下，合成气夹带灰渣流向中屯、聚集，最终流向冷却 除渣室；
[0020] 第Ξ步、初步降溫后的合成气夹带已固化灰渣颗粒进入冷却除渣室的圆筒形水冷 壁，合成气热量通过圆筒形水冷壁回收，溫度进一步下降，灰渣颗粒在重力和惯性力的作用 下落入底部渣池，合成气折返进入环形通道，在环形通道内合成气溫度继续下降，进入导管 段；
[0021] 第四步、合成气经由导管段进入对流废锅的返向室，折返向下进入过热器，在过热 器内产生将5M化等级的饱和蒸汽过热，再进入对流换热器，合成气溫度降至250°C~350°C， 同时产生5MPa等级饱和蒸汽，合成气从合成气出口流出。
[0022] 在上述方法中：
[0023] 1)煤等含碳固体燃料经气化室高溫气化后形成140(TC左右气化产物，气化产物主 要为含H2、C0的合成气和烙融态灰渣；
[0024] 2)高溫气化产物经气化室出口进入激冷变换室，在激冷环170°C雾化激冷水激冷 和侧面激冷喷枪的激冷下，烙融态灰渣瞬间固化，合成气中水蒸汽含量骤升，发生如下变换 反应：
[0025] 出0(g)+C0 一 C〇2+出
[0026] 经过变换反应调整后，合成气中肥/C0值由0.3升高至0.8。
[0027] 3)经过激冷变换后气化产物溫度由1400°C将至900°C W下，进入冷却除渣室，在重 力作用下，灰渣颗粒惯性下落，大部分直接进入渣池，合成气在圆筒形水冷壁作用下继续降 溫至750°C进入导管段；
[00%] 4)合成气经由导管段进入对流废锅返向室，返向进入过热器，在过热器内继续降 溫至500°C，继续进入对流换热器，最终降溫至200°C~350°C，从对流废锅底部或侧面出口 流出；
[0029] 5)气化炉水冷壁、圆筒形水冷壁和对流换热器产生饱和蒸汽，所产生的饱和蒸汽 到对流废锅内进行过热，产生过热蒸汽，该过热蒸汽的小部分作为气化剂喷入气化炉，大部 分用于其他。
[0030] 相比现有技术，本发明置具有如下有益效果：
[0031] (1)采用激冷变换室、冷却除渣室和对流废锅组合形式进行，大大提高了气化产物 显热利用和回收效率，并可使设备运行稳定性和可靠性大大提高，既解决了合成气出口带 灰问题，也解决了福射废锅结渣堵渣等问题，还可极大程度上调整合成气中出/〇)比率；
[0032] (2)采用π型结构气化炉布置，结构紧凑，相比塔式布置可有效降低框架高度节省 投资，另外，气化室水冷壁、圆筒形水冷壁和对流换热段产生的饱和水蒸汽在内部过热，系 统效率大大提高；
[0033] (3)气化室出口激冷至900°C W下可有效避免圆筒形水冷壁内的结渣，并通过对流 传热和福射传热可在圆筒形水冷壁内进行一步降溫至750°CW下，可大大降低灰颗粒的粘 结性，避免在对流废锅内形成积灰。
【附图说明】