一种耐火砖和水冷壁混合璧粉煤气化炉的制作方法

1.本实用新型属于煤化工装备技术领域，涉及一种耐火砖/水冷壁混合璧煤粉气化炉。

背景技术：

2.我国的资源禀赋特点决定了煤炭在相当长一段时期内仍将是我国的主体能源煤炭能源作为我国能源结构的重要组成，对于确保我国能源供应安全具有至关重要的作用，而煤化工产业作为实现煤炭资源高效利用的有力手段，直接关系到国家的能源战略发展规划。煤气化作为一种洁净煤技术，为我国煤化工行业的可持续发展提供了可靠保证，而气化炉作为煤气化的关键设备影响着煤化工的发展。为此人们设计出各种各样的将原煤转化为煤气的气化炉，如固定床气化炉、循环流化床气化炉、气流床气化炉等，但每种气化炉都各有优缺点。气化炉烧嘴一直是制约气化炉长期运行的难题，气化炉烧嘴结构复杂，不易操作，是气化炉长期稳定安全运行的关键；现有气化炉的气化反应室普遍使用耐火砖内衬，耐火砖的冲刷腐蚀和热腐蚀严重影响其使用寿命；另外干煤粉进料需要使用大量的载气 (通常为n2)，载气随煤粉进入气化炉，影响气化炉的热效率和经济性。因此，需要设计一种结构合理，使用寿命长，经济高效的气化设备。

技术实现要素：

3.本实用新型的目的是提供一种耐火砖/水冷壁混合璧粉煤气化设备，用于生产洁净合成气的设备。
4.本实用新型的目的可以通过以下技术方案实现：
5.一种耐火砖和水冷壁混合璧煤粉气化炉，该气化炉从上到下依次设有一级反应室、二级反应室和激冷室，所述的一级反应室的顶部设有煤进料管口，上部设有开工燃料气进料管口以及至少两个一次氧气进料管口，所述的二级反应室的上部设有至少两个二次氧气进料管口，所述的激冷室上部设有至少两个激冷水分布器与进水管道相连，所述的进水管道伸入上升管的内腔中，所述气化炉的底端设有粗渣出料管口。
6.本实用新型技术方案中：一级反应室内衬耐火砖。
7.本实用新型技术方案中：二级反应室的内壁设有膜式水冷壁，所述的模式水冷壁的顶部设有锅炉水出料管口，底部设有锅炉水进料管口。
8.本实用新型技术方案中：进水管道上设有若干激冷水喷嘴。
9.本实用新型技术方案中：所述激冷室的上部设有粗合成气出料管口。
10.本实用新型技术提供了一种粉煤气化设备，一种无烧嘴的多段式粉煤密相输送气化炉，气化压力100bar，包括上段混合璧反应室和下段激冷室。上段反应室分为两部分，上部为一级反应室，反应室内衬耐火砖，一级反应室顶部中央设置一个干煤粉入口，靠近干煤粉入口延圆周均匀布置四个气化剂一级进料口；下部为二级反应室，采用膜式水冷壁，在二级反应室侧壁对称布置两个二级气化剂进料管口。下段激冷室。
11.激冷室设有激冷水分布器、下降管、上升管、激冷水喷嘴、排渣口和粗合成气出口，底部带排渣系统。
12.在开工时设置开工烧嘴来给气化炉预热和升压。干煤粉经密相输送系统由顶部管口进入上部一级气化反应室，与少量一次氧气充分混合、干燥，在500-600℃温度下发生热解反应，释放出挥发气体，操作温度低于灰熔点温度。部分转化的干煤粉通过连通口向下流入内径更大的二级气化反应室，少量煤粉与氧气发生氧化反应使气化区温度达到 1000℃以上，大部分煤粉与二次氧气进一步反应完全转化生成可燃气体，操作温度高于灰渣液化温度约50-100℃。自气化区向上流动的高温气体为热解区提供煤粉热解所需的热量，维持热解区温度在500-600℃。反应后剩余炉渣被粗合成气带入激冷室中，粗合成气在激冷室依次经历激冷水分布器冷却、下降管喷淋、水浴洗涤等过程，完成降温、增湿、除尘及洗涤过程，夹带少量细灰的粗合成气以饱和状态最终离开气化炉，粗渣则迅速固化随后落入排渣口被排出气化炉。
13.本实用新型的有益效果：
14.本实用新型气化炉无需烧嘴，有效避免了传统的烧嘴气化炉定期更换和维修带来的投资和停车。其次本实用新型气化炉采用两级气化反应室，二级气化反应室操作温度高于灰熔点温度，熔融态的炉渣碰到温度较低的膜式水冷壁发生沉淀并固化，随着渣层厚度的增加，固态渣层热阻增大，导致固态渣表面温度上升，固态渣层与夹套冷却水的温差加大，使渣层表面的固化和熔化形成动态平衡，达到“以渣抗渣”的目的。在炉壁上形成的渣层可有效保护水夹套不受高温的侵蚀，优于耐火砖型，有效解决了此类气化炉存在的结构复杂、经常更换衬里、运行成本较高和维修难度较大等难题。第三，采用激冷水分布器作为主要冷却方式、下降管喷淋作为辅助冷却的方式，在对合成气进行冷却、除尘的同时，可以有效保护保护下降管。第四，常规煤粉密相输送时输送载气和煤粉一起进入气化炉，一方面会导致燃烧空间的氧气含量降低，气化过程比氧耗升高，经济性降低；另一方面吸附在煤粉颗粒外表面和气孔的载气来不及脱附，影响气化炉的热效率，同时，常规粉煤密相输送压力目前最大只能达到40bar，本实用新型采用重力粉煤进料，所需载气量少，有效提高气化炉的热效率和经济性。
附图说明
15.图1是本实用新型结构示意图；
16.图中，1.煤进料管口，2.一次氧气进料管口，3.开工燃料气进料管口，4.二次氧气进料管口，5.激冷水进料管口，6.粗合成气出料管口，7.粗渣出料管口，8.锅炉水进料管口， 9.锅炉水出料管口，10.激冷水喷嘴1进水管口，11.激冷水喷嘴2进水管口，12.耐火壁， 13.膜式水冷壁，14.激冷水分布器，15.下降管，16.上升管，17.混合璧气化炉。
具体实施方式
17.下面结合实施例对本实用新型做进一步说明，但本实用新型的保护范围不限于此：
18.如图1.一种耐火砖和水冷壁混合璧煤粉气化炉，该气化炉从上到下依次设有一级反应室、二级反应室和激冷室，所述的一级反应室的顶部设有煤进料管口1，上部设有开工
燃料气进料管口3以及至少两个一次氧气进料管口2，所述的二级反应室的上部设有至少两个二次氧气进料管口4，所述的激冷室上部设有至少两个激冷水分布器14与进水管道相连，所述的进水管道伸入上升管16的内腔中，所述气化炉的底端设有粗渣出料管口7。一级反应室内衬耐火砖。二级反应室的内壁设有膜式水冷壁，所述的模式水冷壁的顶部设有锅炉水出料管口9，底部设有锅炉水进料管口8。进水管道上设有若干激冷水喷嘴。所述激冷室的上部设有粗合成气出料管口6。
19.具体工作工程如下：
20.开工燃料气经顶部侧管口3进入气化炉进行开工升温及加压，气化炉升温至800℃以上时再进行投料；干煤粉经烘干、破碎、筛分利用粉煤输送系统由气化炉顶部中央管口 1进入气化炉一级气化反应室，约20％-50％的一次氧气经顶部对称设置的管口2(2个) 进入一级气化反应室；二次氧气经二级气化反应室对称布置的管口4(2个)进入气化炉。通过调节氧气流量，控制二级气化反应温度1200～1500℃(高于煤灰熔点50-100℃)，反应压力40-100bar。干煤粉与约20-50％的一次氧气在500-600℃下发生热解反应，一级气化反应停留时间约1s，煤粉转化率中部分未转化的干煤粉及热解产物以1m/s的流速向下进入二级反应室与大量氧气完全反应，生成粗合成气，二级气化反应室直径是一级气化室直径的1.2-1.5倍，二级气化室停留时间约2s，在二级气化室，粉煤几乎完全转化，转化率大于99％。二级气化室设置膜式水冷壁，锅炉水从锅炉水进料口8进入水冷壁，吸收气化反应热后从锅炉水出料口9流出，吸热后的锅炉水用来生产高压蒸汽。经过二级反应室后，大量产生的高温合成气通过由激冷水分布器14喷出的激冷水进行冷却，激冷水经激冷室侧管口5(2个)进入激冷室内激冷水分布器14，通过激冷水分布器14分散后对合成气进行激冷，同时，为防止合成气温度过高，保护下降管，在下降管圆周设置二次冷却系统，冷却水通过若干组喷嘴10及喷嘴11(沿下降管管圆周布置若干个)进入下降管，在下降管内壁上形成一层水膜进行保护冷却，粗合成气体经过激冷水分布器、下降管及水浴冷却至约250℃后再经上升管16及管口6离开气化炉，粗渣被冷却下来与粗合成气分离并由底部排渣口7排出。
21.本实用新型的技术方案采用分段式气化反应室，干煤粉进料系统，无烧嘴，一级气化反应室采用耐火砖，二级反应室采用膜式水冷壁，提高了气化炉运行的可靠性及长周期生产，降低设备成本，可用于煤气化发电、化工合成等系统。

技术特征：

1.一种耐火砖和水冷壁混合璧粉煤气化炉，其特征在于：该气化炉从上到下依次设有一级反应室、二级反应室和激冷室，所述的一级反应室的顶部设有煤进料管口(1)，上部设有开工燃料气进料管口(3)以及至少两个一次氧气进料管口(2)，所述的二级反应室的上部设有至少两个二次氧气进料管口(4)，所述的激冷室上部设有至少两个激冷水分布器(14)与进水管道相连，所述的进水管道伸入上升管(16)的内腔中，所述气化炉的底端设有粗渣出料管口(7)。2.根据权利要求1所述的耐火砖和水冷壁混合璧粉煤气化炉，其特征在于：一级反应室内衬耐火砖。3.根据权利要求1所述的耐火砖和水冷壁混合璧粉煤气化炉，其特征在于：二级反应室的内壁设有膜式水冷壁，模式水冷壁的顶部设有锅炉水出料管口(9)，底部设有锅炉水进料管口(8)。4.根据权利要求1所述的耐火砖和水冷壁混合璧粉煤气化炉，其特征在于：进水管道上设有若干激冷水喷嘴。5.根据权利要求1所述的耐火砖和水冷壁混合璧粉煤气化炉，其特征在于：所述激冷室的上部设有粗合成气出料管口(6)。

技术总结

本实用新型公开了一种耐火砖和水冷壁混合璧粉煤气化炉，属于煤化工装备技术领域。该气化炉从上到下依次设有一级反应室、二级反应室和激冷室，所述的一级反应室的顶部设有煤进料管口，上部设有开工燃料气进料管口以及至少两个一次氧气进料管口，所述的二级反应室的上部设有至少两个二次氧气进料管口，所述的激冷室上部设有至少两个激冷水分布器与进水管道相连，所述的进水管道伸入上升管的内腔中，所述气化炉的底端设有粗渣出料管口。本实用新型气化炉无需烧嘴，有效避免了传统的烧嘴气化炉定期更换和维修带来的投资和停车。定期更换和维修带来的投资和停车。定期更换和维修带来的投资和停车。