一种顶置烧嘴的煤气化系统和气化工艺技术方案

本发明专利技术公开了一种顶置烧嘴的煤气化系统和气化工艺，所述煤气化系统包括气化炉和与供料系统，所述气化炉包括气化室和设置在所述气化室顶部烧嘴座上的烧嘴，所述气化炉还包括设置气化室下方的辐射废锅和设置辐射废锅下方的冷却室，其中，所述气化室与下方的辐射废锅之间通过下渣口连通，所述下渣口的外侧还套设有补气环，所述补气环的下端设有均匀分布的补气孔，并且所述补气环上还设有延伸至所述气化炉外的补气管，用于将所述补气管导入的气体通过补气孔送入所述辐射废锅；本发明专利技术的煤气化系统热量回收效果好，并且便于提升负荷且运行稳定性高。

【技术实现步骤摘要】
一种顶置烧嘴的煤气化系统和气化工艺
本专利技术属于用于煤气化的气化炉领域，特别涉及一种顶置烧嘴的煤气化系统和气化工艺。
技术介绍
气流床煤气化技术，因为其煤种适应性高，气化效率高，冷煤气效率高等优势，已成为煤气化技术的主要发展方向。随着工业的发展，煤化工装置的规模也越来越大，对于单台气化装置的能力要求也约越来越高。以煤制油为例，生产规模为500万吨/年的生产装置，气化用煤在2200万吨左右，需要投煤量2500/天的气化炉28台左右。另外气化床工艺所生成的合成气温度一般在1400℃以上，在送往下游系统前，需要将这部分温度降至300℃以下，另外根据现有主要煤化工产品路线，对于合成气最后CO和H2的比例要求是不同的，例如：煤制油工艺中，主要反应式为：2CO+H2→(-CH2-)+H2O合成气中H2与CO的比例为0.5。煤制甲醇工艺中，主要反应式为：CO+2H2→CH3OH合成气中H2与CO比例为2。而在煤制合成氨工艺中，主要反应式为：N2+3H2→2NH3，合成气只需要H2。对于干粉气化，一般合成气中H2和CO的比例为0.25。这样就需要针对不同的产品路线对合成气中的H2和CO的进行调节。而比例的调节是通过后续变换反应来进行，其主要反应式为：CO+H2O→CO2+H2。因为在这个反应中需要添加水蒸气参与反应，所以现有的煤气化工艺中，通过向气化炉内添加激冷水来对合成气冷却的同时来生成水蒸气，在这个过程中生产的水蒸气与合成气的比例约为1。这样在对需要大量合成气变换的合成氨工艺是适合，但是对于不需要大量变化的煤制油和煤制甲醇项目是不适宜的，会造成大量合成气中的热量被水带走，而无法有效利用。所以开发一种能够有效回收合成气中显热，并且大型化的气化装置是十分有必要的。CN10954445A涉及多喷嘴干粉气化炉，该专利技术提供了一种多碰嘴的干粉气化技术，但是并没有涉及到气化装置的大型化。CN104403695B涉及多烧嘴气化装置和煤气化工艺，该专利技术提供了一种顶置多烧嘴气化技术，但是烧嘴布置和控制较为复杂，并且也未涉及到气化装置的大型化。CN109181775A涉及一种带显热回收的下行多烧嘴气化炉，该专利技术提供了一种回收合成气显热的对置多烧嘴气化技术，但是未涉及到气化装置的大型化。CN202865188U涉及一种干粉气化装置，该专利技术提供了一种顶置多烧嘴气化技术，专利技术中提到使用多顶置多烧嘴结构来增加气化炉的能力，来满足气化装置的大型化需要，但是并未涉及到能源的高效利用。同时，对于煤气化炉特别是大型煤气化炉，在进行热量回收利用时，比如设置辐射废锅进行热量回收利用时，当高温合成气从气化炉渣口流出进入辐射废锅时，因为气流有一定的动量，会卷吸周围的气体，形成一个负压区使合成气发生偏转回流，合成气中携带的高温灰渣在这个过程中，会被回流的气体带向废锅换热屏，在换热屏上形成粘结形成灰层，随着运行时间的增加，灰层在换热屏上会逐渐加厚逐渐形成堵塞(大型气化炉更为严重)，影响废锅的换热效率，并会造成气化炉出口高温合成气偏流，加快换热屏某一区域的磨蚀，引起泄漏，降低了气化炉的运行周期。越靠近渣口处的换热屏，这个问题就会越严重，最高会造成换热屏换热效率降低60％，造成热量的大量浪费。这个问题在现有废锅气化炉上是始终存在的，也是制约废锅气化炉更进一步推广发展的重要瓶颈。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种顶置烧嘴的煤气化系统和气化工艺，可以有效回收热量，并且确保气化装置能够长周期地安全运行。为实现上述专利技术目的的一个方面，本专利技术采用以下技术方案：一种顶置烧嘴的煤气化系统，所述气化系统包括气化炉和与所述气化炉配套设置的用于向所述气化炉的烧嘴提供气化所需原料的供料系统，所述气化炉包括气化室和设置在所述气化室顶部烧嘴座上的烧嘴，其特征在于，所述气化炉还包括设置气化室下方的辐射废锅和设置辐射废锅下方的冷却室，其中，所述气化室与下方的辐射废锅之间通过下渣口连通，所述下渣口用于将来自所述气化室的合成气和灰渣送入辐射废锅以回收热量；所述下渣口的外侧还套设有补气环，所述补气环的下端设有均匀分布的补气孔，并且所述补气环上还设有延伸至所述气化炉外的补气管，用于将所述补气管导入的气体通过补气孔送入所述辐射废锅；所述冷却室用于对来自所述辐射废锅的合成气和灰渣进一步冷却降温。根据本专利技术的煤气化系统，优选地，所述气化室顶部的烧嘴包括位于中心处的复合烧嘴和围绕所述复合烧嘴设置的多个煤粉烧嘴，所述煤粉烧嘴由内至外设有煤粉烧嘴氧气通道、煤粉烧嘴煤粉通道和煤粉烧嘴冷却水夹套，所述复合烧嘴由内至外设有第一氧气通道、点火燃料气通道、煤粉通道、第二氧气通道和烧嘴冷却水通道，其中所述第一氧气通道的顶部设有火焰检测器，所述点火装置在所述第一氧气通道内延伸至所述复合烧嘴头部，用于利用来自所述第一氧气通道的氧气和点火燃料气通道的燃料气进行点火。根据本专利技术的煤气化系统，优选地，所述辐射废锅包括第一组水冷壁换热屏和第二组水冷壁换热屏，所述第一组水冷壁换热屏呈环形，并且所述第二组水冷壁换热屏设置在所述第一组水冷壁换热屏所围成的通道内，并且包括沿所述通道的径向呈发散状布置的多个平板状水冷壁换热屏。根据本专利技术的煤气化系统，优选地，所述第一组水冷壁换热屏的上端与所述补气环之间密封连接，并且所述补气环与所述下渣口之间密封连接。根据本专利技术的煤气化系统，优选地，所述第二组水冷壁换热屏的径向内侧一端与所述气化炉中轴线之间的距离D1大于所述所述补气环的补气孔与中轴线之间的距离D2。根据本专利技术的煤气化系统，优选地，所述第二组水冷壁换热屏的径向内侧一端与所述气化炉中轴线之间的距离D1为所述所述补气环的补气孔与中轴线之间的距离D2的1.2-1.5倍，并且所述第一水冷壁换热屏的内直径为D2的2-2.5倍。根据本专利技术的煤气化系统，优选地，所述补气孔的直径为10-15mm，所述补气环上补气孔的总孔面积为所述下渣口面积的60％-80％。根据本专利技术的煤气化系统，优选地，所述冷却室内设有用于将来自所述辐射废锅的合成气和灰渣导向冷却室下部水浴的下降管和设置在所述下降管上用于对下降管内的物流进行喷水冷却的冷却水喷环。根据本专利技术的煤气化系统，优选地，所述下降管的上端呈喇叭形，并且所述喇叭形的直径较大的一端与所述第一组水冷壁换热屏之间密封连接。为实现上述专利技术目的的另一方面，本专利技术还提供了利用上述煤气化系统进行煤粉气化的气化工艺，优选地，所述补气环的补气量为来自所述下渣口合成气量的3％-5％，补气压力高于辐射废锅压力的0.5-1.0MPa；进一步优选地，所述补气环的补偿气为离开所述冷却室的合成气进一步洗涤除尘后所得的除尘合成气。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1.设置复合烧嘴，在不增加烧嘴的数量下，就可以提高气化炉头投煤量，在不进行任何设计改动的情况下，可将气化炉负荷提高。同时复合烧嘴可保持气化炉始终处于热备状态，可有效的缩短气化炉再次开车的时间，减少或不设置气化炉备炉，减少装置投资。2.通过设置渣口补偿气本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种顶置烧嘴的煤气化系统，所述煤气化系统包括气化炉和与所述气化炉配套设置的用于向所述气化炉的烧嘴提供气化所需原料的供料系统，所述气化炉包括气化室和设置在所述气化室顶部烧嘴座上的烧嘴，其特征在于，/n所述气化炉还包括设置气化室下方的辐射废锅和设置辐射废锅下方的冷却室，其中，所述气化室与下方的辐射废锅之间通过下渣口连通，所述下渣口用于将来自所述气化室的合成气和灰渣送入辐射废锅以回收热量；所述下渣口的外侧还套设有补气环，所述补气环的下端设有均匀分布的补气孔，并且所述补气环上还设有延伸至所述气化炉外的补气管，用于将所述补气管导入的气体通过补气孔送入所述辐射废锅；/n所述冷却室用于对来自所述辐射废锅的合成气和灰渣进一步冷却降温。/n

【技术特征摘要】
1.一种顶置烧嘴的煤气化系统，所述煤气化系统包括气化炉和与所述气化炉配套设置的用于向所述气化炉的烧嘴提供气化所需原料的供料系统，所述气化炉包括气化室和设置在所述气化室顶部烧嘴座上的烧嘴，其特征在于，
所述气化炉还包括设置气化室下方的辐射废锅和设置辐射废锅下方的冷却室，其中，所述气化室与下方的辐射废锅之间通过下渣口连通，所述下渣口用于将来自所述气化室的合成气和灰渣送入辐射废锅以回收热量；所述下渣口的外侧还套设有补气环，所述补气环的下端设有均匀分布的补气孔，并且所述补气环上还设有延伸至所述气化炉外的补气管，用于将所述补气管导入的气体通过补气孔送入所述辐射废锅；
所述冷却室用于对来自所述辐射废锅的合成气和灰渣进一步冷却降温。


2.根据权利要求1所述的煤气化系统，其特征在于，所述气化室顶部的烧嘴包括位于中心处的复合烧嘴和围绕所述复合烧嘴设置的多个煤粉烧嘴，所述煤粉烧嘴由内至外设有煤粉烧嘴氧气通道、煤粉烧嘴煤粉通道和煤粉烧嘴冷却水夹套，所述复合烧嘴由内至外设有第一氧气通道、点火燃料气通道、煤粉通道、第二氧气通道和烧嘴冷却水通道，其中所述第一氧气通道的顶部设有火焰检测器，所述点火装置在所述第一氧气通道内延伸至所述复合烧嘴头部，用于利用来自所述第一氧气通道的氧气和点火燃料气通道的燃料气进行点火。


3.根据权利要求1或2所述的煤气化系统，其特征在于，所述辐射废锅包括第一组水冷壁换热屏和第二组水冷壁换热屏，所述第一组水冷壁换热屏呈环形，并且所述第二组水冷壁换热屏设置在所述第一组水冷壁换热屏所围成的通道内，并且包括沿所述通道的径向呈发散状布置的多个平板状水冷壁换热屏。


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【专利技术属性】
技术研发人员：单育兵，陈峰，徐江，
申请(专利权)人：科林未来能源技术北京有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11