分开采用自然循环和强制循环的水冷壁气化炉及冷却方法技术

分开采用自然循环和强制循环的水冷壁气化炉及冷却方法，它涉及气化炉设备领域。本发明专利技术解决了现有技术中自然循环水冷壁气化炉的顶部圆台段水冷壁易烧损，且烧损后维护难度高，维护质量不能保证的问题。本发明专利技术的圆台段水冷壁、上联箱、圆柱段水冷壁和下联箱由上至下依次设置，圆台段水冷壁位于气化炉顶部，圆台段水冷壁为独立的盘管式水冷壁，圆柱段水冷壁位于气化炉中下部，圆柱段水冷壁为独立的竖直列管式水冷壁，圆柱段水冷壁的竖直列管的上下两端分别与上联箱进口和下联箱出口连接。本发明专利技术将气化炉顶部圆台段单独采用工质流速更高、对流换热系数更大、换热效果更强的强制循环水冷壁，解决了顶部圆台段水冷壁易烧损的问题。题。题。

【技术实现步骤摘要】
分开采用自然循环和强制循环的水冷壁气化炉及冷却方法


[0001]本专利技术涉及气化炉设备领域，具体涉及一种分开采用自然循环和强制循环的水冷壁气化炉及冷却方法。

技术介绍

[0002]“富煤、贫油、少气”是我国能源结构的基本特征，这一特征决定了我国的煤炭能源将在相当长一段时间占据能源生产和消费的主导地位，如何清洁、高效的利用煤炭资源已成为了实现碳中和目标的一个重要方向。煤炭气化技术就是一种高效清洁的洁净煤技术。当前的煤气化技术主要分为移动床气化、流化床气化、气流床气化和熔融床气化四类。其中，气流床气化技术因其气化强度高、单炉生产能力大、煤种适应范围广、碳转化率高等优点已成为煤炭气化技术的主要发展方向。现有技术中气流床气化炉炉壁主要分为两种形式，一种为耐火砖，另一种为水冷壁。由水冷壁取代耐火砖作为水冷壁气化炉气化室衬里，解决了耐火砖气化炉频繁更换耐火砖的问题，降低了维护成本和维护难度，同时水冷壁中工质回收气化炉内气化反应产生的热量，水冷壁出口的中压蒸汽可用于供热，也可作为气化反应中的气化剂或者后续化工产品生产用汽，因此得到了市场的广泛应用。
[0003]但是现有技术中使用自然循环冷却水冷壁的水冷壁气化炉在使用过程中存在诸多问题。气化炉运行过程中，由于炉内高温合成气携带未燃尽煤粉冲刷撞击顶部水冷壁后，贴近顶部水冷壁壁面折转向下，在气化炉上部形成高温回流区，使气化炉顶部水冷壁承担巨大热负荷，容易过热烧损。而中下部圆柱段水冷壁没有高温合成气携带固体颗粒冲刷撞击后折转的过程，热负荷相对较低，不容易烧损。一旦顶部水冷壁过热烧损，会导致气化炉停车，影响生产，造成巨大经济损失。同时，由于现有技术的自然循环水冷壁气化炉的水冷壁采用一体式构成，施工难度大，维护质量难以保证，一旦烧损泄漏就会产生巨大安全问题和巨额停产损失。
[0004]综上所述，现有技术中自然循环水冷壁气化炉的顶部圆台段水冷壁易烧损，且烧损后维护难度高，维护质量不能保证的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了解决现有技术中自然循环水冷壁气化炉的顶部圆台段水冷壁易烧损，且烧损后维护难度高，维护质量不能保证的问题，进而提供一种分开采用自然循环和强制循环的水冷壁气化炉及冷却方法。
[0006]本专利技术的技术方案是：
[0007]一种分开采用自然循环和强制循环的水冷壁气化炉，所述水冷壁气化炉装置包括气化炉本体，所述气化炉本体包括圆台段水冷壁1、圆柱段水冷壁5、上联箱6和下联箱8，圆台段水冷壁1、上联箱6、圆柱段水冷壁5和下联箱8沿竖直方向由上至下依次同轴设置；
[0008]圆台段水冷壁1位于气化炉顶部，圆台段水冷壁1整体为下端开口的空心圆台形结构，圆台段水冷壁1为独立的盘管式水冷壁，圆柱段水冷壁5位于气化炉中下部，圆柱段水冷
壁5整体为两端开口的空心圆柱形结构，圆柱段水冷壁5为独立的竖直列管式水冷壁，上联箱6和下联箱8均为圆环形管状结构，圆柱段水冷壁5的竖直列管顶端与上联箱6进口连接，圆柱段水冷壁5的竖直列管底端与下联箱8出口连接；
[0009]所述水冷壁气化炉装置还包括汽包2、强制循环下降管3、循环水泵4、自然循环下降管7和多个煤粉烧嘴9；圆台段水冷壁1的顶端设为圆台段水冷壁回水口b，所述圆台段水冷壁回水口b通过强制循环下降管3与汽包2下部连通，汽包2上部设有汽包给水管a，圆台段水冷壁1的底端设有圆台段水冷壁进水口c，所述圆台段水冷壁进水口c通过强制循环下降管3与循环水泵4出水口连接，循环水泵4进水口通过强制循环下降管3与汽包2下部连通；上联箱6出口通过自然循环下降管7与汽包2连通，下联箱8进口与汽包2下部连通；多个煤粉烧嘴9沿圆周方向均匀布置安装在圆柱段水冷壁5中上部。
[0010]进一步地，圆台段水冷壁1高为h1，圆柱段水冷壁5高度h2，满足h2>h1，且h2＝(5～20)h1。
[0011]进一步地，圆台段水冷壁1的母线长L，满足L＝(1.15～3)h1。
[0012]进一步地，汽包2的数量为一个或者两个，当汽包2的数量为一个时，圆柱段水冷壁5和圆台段水冷壁1连接同一个汽包2；当汽包2的数量为两个时，圆柱段水冷壁5和圆台段水冷壁1分别连接对应的独立的汽包2。
[0013]进一步地，圆台段水冷壁1由单管、双管或者多管绕成。
[0014]进一步地，煤粉烧嘴9的数量为四个，所述四个煤粉烧嘴9沿圆周方向均匀布置安装在圆柱段水冷壁5中上部，且四个煤粉烧嘴9的轴线位于同一水平面上。
[0015]一种基于具体实施方式一至六任意一项实施方式所述分开采用自然循环和强制循环的水冷壁气化炉的冷却方法，所述分开采用自然循环和强制循环的水冷壁气化炉方法是通过一下步骤实现的，
[0016]步骤一、圆台段水冷壁1的强制循环过程：
[0017]汽包2内的冷却水在循环水泵4的作用下由强制循环下降管3通入圆台段水冷壁1的圆台段水冷壁进水口c，经由圆台段水冷壁1吸热后从圆台段水冷壁回水口b由强制循环下降管3进入汽包2；
[0018]步骤二、圆柱段水冷壁5的自然循环过程：
[0019]汽包2内的冷却水由自然循环下降管7通入下联箱8，进入下联箱8内的冷却水再由下联箱8出口通入，经由圆柱段水冷壁5吸热后进入上联箱6，进入上联箱6内的冷却水由上联箱6出口通入，经由自然循环下降管7进入汽包2；
[0020]步骤三、高温合成气的生成过程：
[0021]煤粉与气化剂从位于气化炉上部的四个煤粉烧嘴9喷出后，在气化炉炉膛内剧烈混合，发生强烈的燃烧及气化反应，生成高温合成气，四股高温合成气流在气化炉炉膛中心区域对撞后，其中一部分气流偏转并冲向气化炉顶部，高温合成气流中携有未燃尽的煤粉，冲击气化炉顶部后贴近顶部圆台段水冷壁1壁面折转向下，另外一部分高温合成气偏转向下进入炉膛中下部。
[0022]进一步地，步骤一和步骤二中所述的圆台段水冷壁1和圆柱段水冷壁5通入的冷却水温为120～140℃，圆柱段水冷壁5内工质流速为0.1～0.3m/s，圆台段水冷壁内工质流速为0.5～2m/s。
[0023]进一步地，步骤一中采用强制循环的圆台段水冷壁1的进回水工质温升控制在8～12℃，当圆台段水冷壁1进回水工质温升低于8℃时，降低循环水泵4出力，降低强制循环工质流速；当圆台段水冷壁1进回水工质温升高于12℃，提高循环水泵4出力，提高强制循环工质流速。
[0024]进一步地，步骤三中所述高温合成气中的成分包括CO、H2和CO2，步骤三中所述高温合成气中40％的气流偏转并冲向气化炉顶部，所述高温合成气中60％的高温合成气偏转向下进入炉膛中下部。
[0025]本专利技术与现有技术相比具有以下效果：
[0026]1、本专利技术将气化炉顶部圆台段单独采用工质流速更高、对流换热系数更大、换热效果更强的强制循环水冷壁，解决了现有技术中自然循环水冷壁气化炉的顶部圆台段水冷壁易烧损的问题。
[0027]高温合成气掠过水冷壁面换热和水冷壁内工质流动与水冷壁管换热都是对流换热本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种分开采用自然循环和强制循环的水冷壁气化炉，所述水冷壁气化炉装置包括气化炉本体，所述气化炉本体包括圆台段水冷壁(1)、圆柱段水冷壁(5)、上联箱(6)和下联箱(8)，圆台段水冷壁(1)、上联箱(6)、圆柱段水冷壁(5)和下联箱(8)沿竖直方向由上至下依次同轴设置；其特征在于：圆台段水冷壁(1)位于气化炉顶部，圆台段水冷壁(1)整体为下端开口的空心圆台形结构，圆台段水冷壁(1)为独立的盘管式水冷壁，圆柱段水冷壁(5)位于气化炉中下部，圆柱段水冷壁(5)整体为两端开口的空心圆柱形结构，圆柱段水冷壁(5)为独立的竖直列管式水冷壁，上联箱(6)和下联箱(8)均为圆环形管状结构，圆柱段水冷壁(5)的竖直列管顶端与上联箱(6)进口连接，圆柱段水冷壁(5)的竖直列管底端与下联箱(8)出口连接；所述水冷壁气化炉装置还包括汽包(2)、强制循环下降管(3)、循环水泵(4)、自然循环下降管(7)和多个煤粉烧嘴(9)；圆台段水冷壁(1)的顶端设为圆台段水冷壁回水口(b)，所述圆台段水冷壁回水口(b)通过强制循环下降管(3)与汽包(2)下部连通，汽包(2)上部设有汽包给水管(a)，圆台段水冷壁(1)的底端设有圆台段水冷壁进水口(c)，所述圆台段水冷壁进水口(c)通过强制循环下降管(3)与循环水泵(4)出水口连接，循环水泵(4)进水口通过强制循环下降管(3)与汽包(2)下部连通；上联箱(6)出口通过自然循环下降管(7)与汽包(2)连通，下联箱(8)进口与汽包(2)下部连通；多个煤粉烧嘴(9)沿圆周方向均匀布置安装在圆柱段水冷壁(5)中上部。2.根据权利要求1所述的一种分开采用自然循环和强制循环的水冷壁气化炉，其特征在于：圆台段水冷壁(1)高为h1，圆柱段水冷壁(5)高度h2，满足h2>h1，且h2＝(5～20)h1。3.根据权利要求2所述的一种分开采用自然循环和强制循环的水冷壁气化炉，其特征在于：圆台段水冷壁(1)的母线长L，满足L＝(1.15～3)h1。4.根据权利要求3所述的一种分开采用自然循环和强制循环的水冷壁气化炉，其特征在于：汽包(2)的数量为一个或者两个，当汽包(2)的数量为一个时，圆柱段水冷壁(5)和圆台段水冷壁(1)连接同一个汽包(2)；当汽包(2)的数量为两个时，圆柱段水冷壁(5)和圆台段水冷壁(1)分别连接对应的独立的汽包(2)。5.根据权利要求4所述的一种分开采用自然循环和强制循环的水冷壁气化炉，其特征在于：圆台段水冷壁(1)由单管、双管或者多管绕成。6.根据权利要求5所述的一种分开采用自然循环和强制循环的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李争起，路跃，刘政，姜广飞，陈智超，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：