干煤粉分级加压气化反应装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种干煤粉分级加压气化反应装置，其顶部设一内设一顶置工艺烧嘴的第一烧嘴室，上部侧面沿圆周方向设一层内置一侧面工艺烧嘴的第二烧嘴室，在其底部还设一下渣口；该合成气冷却室的上端部设若干个激冷气入口，且还设一内筒膜式水冷壁，一外筒膜式水冷壁及一屏式水冷壁。本实用新型专利技术延长了炉体内衬的使用寿命，增强了实际操作弹性。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种气化反应装置，特别是涉及一种干煤粉分级加压气化反应装置。
技术介绍
煤气化技术是发展煤基化学品、煤基液态燃料、联合循环发电、制氢等过程工业的基础，是这些行业的关键技术和龙头技术。现有的可将煤、焦等含碳燃料气化，在采用气流床进行气化的技术中，有代表性的干煤粉气化技术主要有我国华东理工大学等单位开发的多烧嘴对置式干煤粉气化炉、谢尔气化炉，以及GSP气化炉和国家电力公司热工研究院的两段式干煤粉气化炉。现有技术中的单烧嘴顶置式干煤粉气化炉的单炉处理能力较小，如GSP气化炉。由于顶部射流的湍流强度较高，存在部分物料短路和形成较大射流回流区的现象，且采用顶部入料方式，燃烧、气化反应集中在气化反应室的顶部区域。通常该区域温度较高，炉内顶部炉壁材料由于承受高温下回流物料的冲刷，其使用寿命较短，影响长周期运行。然而，华东理工大学的多烧嘴对置式干煤粉气化炉由于采用撞击式进料，撞击产生的向上撞击火焰仍对气化炉的顶部炉壁材料存在较大威胁。谢尔气化炉和两段式干煤粉气化炉均采用煤气与熔融态渣呈逆向流动，其主要问题是熔融态渣在气流的逆向托力作用下靠重力向下排出气化炉，极易凝固堵塞渣口。目前干煤粉气化炉运行存在两个主要问题一是气化炉内温度控制问题；二是气化产物的冷却和高温净化过程。由于无法人为控制气化炉内的反应状态，使得炉内的温度分布和气流状态不尽合理。而在节能环保的时代背景下，采用水洗涤冷却工艺处理具有高位显热的气化产物，存在能源利用效率低下的问题。因此，国内外诸多研究人员尝试开发适用于煤气化过程产生的合成气余热回收技术，如美国专利US20080041572采用辐射废锅加底部水激冷的工艺，能回收部分气化产物显热，但辐射废锅内辐射段直接采用屏式水冷壁，极易出现屏式水冷壁结渣堵渣，影响其长周期运行，伴随底部水激冷，工艺复杂，黑水处理量也较大。谢尔气化的典型工艺流程采用在气化炉顶部出口处低温合成气激冷，再经过膜式水冷壁传热冷却后，进入合成气导管流入对流废锅进行进一步冷却处理。由于合成气夹带大量飞灰进入合成气冷却器，容易在其水冷壁上形成积灰，影响传热效果，且其采用了两个换热设备，合成气冷却器结构庞大、制造成本高，制造周期长，安装与维护难度较大，且存在占地面积大等问题。因此，开发一种炉内温度可灵活调控、气化产物显热得到有效利用的大规模高效气化技术，是提高我国煤炭气化技术可靠性的关键技术途径之一。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是为了克服 现有技术中气化炉内温度无法灵活调控，并且气化产物显热未得到有效利用的缺陷，提供一种干煤粉分级加压气化反应装置。本技术是通过下述技术方案来解决上述技术问题的一种干煤粉分级加压气化反应装置，其包括一炉壳，在所述炉壳内由上至下同轴布置有一气化反应室、一合成气冷却室及一底部渣池，其特点在于所述气化反应室的顶部设有一内置有一顶置工艺烧嘴的第一烧嘴室，所述气化反应室的上部侧面沿圆周方向设有一层第二烧嘴室，并在每个所述第二烧嘴室内布置一侧面工艺烧嘴，在所述气化反应室的底部还设有一下渣口，通过所述下渣口与所述合成气冷却室连通，所述气化反应室的内壁采用膜式水冷壁。所述合成气冷却室的上端部设有若干个激冷气入口，所述合成气冷却室内设有一内筒膜式水冷壁，在所述合成气冷却室和所述炉壳之间还设置一外筒膜式水冷壁，且在所述内筒膜式水冷壁和所述外筒膜式水冷壁之间设置一屏式水冷壁。所述膜式水冷壁、所述内筒模式水冷壁、所述外筒模式水冷壁及所述屏式水冷壁上均设有相应的水冷壁集箱。其中，膜式水冷壁的使用寿命长，运行可靠性高。所述第一烧嘴室内设置部分冷却盘管，可以起到保护顶置工艺烧嘴的作用。较佳地，所述下渣口采用盘管式水冷壁和列管式水冷壁相结合的水冷壁形式，所述气化反应室上的所述第一烧嘴室开口和直段部分采用列管式水冷壁。此处，气化反应室上部的所述第一烧嘴室开口和直段部分采用列管式水冷壁冷却有利于保护气化炉顶部炉壁材料，下渣口采用盘管式和列管式水冷壁组合利于加工和实现液态排渣，而两者的中间段也采用列管式水冷壁，其有利于熔渣向下流动。另外，若干个激冷气入口的设置可以有效地使熔渣在合成气冷却室头部入口区域即被激冷凝固。较佳地，所述盘管式水冷壁、所述列管式水冷壁及所述膜式水冷壁为悬臂式或侧面支撑式安装在所述气化反应装置内。较佳地，所述第一烧嘴室、所述气化反应室及所述合成气冷却室为同轴设置，所述第二烧嘴室与所述第一烧嘴室下缘的垂直距离为所述气化反应室的直段部分高度的10%-30%。该结构可以有效地满足炉内温度分布的需要，太靠上将使炉顶超温，太靠下将使物料在炉内的停留时间太短。较佳地，所述侧面工艺烧嘴沿径向偏斜，且径向偏斜方向和偏斜角度一致，所述偏斜角度为4° -6°。所述工艺烧嘴采用同水平面均匀布置，径向具有相同的偏角，利用径向切圆布置可避免撞击产生的向上和向下撞击流股，实现合理的流场。由切圆射流形成的漩涡可有效地将顶部区域物料卷吸，从而发生二次气化反应，而且使物料在炉内的停留时间得到较大的提高。这样使气化反应室内温度分布更加合理的同时也提高了碳转化率和冷煤气效率。较佳地，所述第一烧嘴室的至少一部分设有冷却盘管和一耐火填充层。较佳地，所述第一烧嘴室的开口为圆台形或圆拱形。较佳地，所述工艺烧嘴采用机械方式安装于所述第二烧嘴室内，且所述工艺烧嘴所在平面与所述气化反应室的壁面垂直。较佳地，所述机械方式为焊接或法兰连接。其中，所述气化反应室和所述合成气冷却室自上而下竖直并同轴连接在炉壳中，此处为了便于制造和安装，所述气化反应室和所述合成气冷却室在炉壳内可以分成两个部分，安装时中间可以通过法兰连接，该法兰连接方式更加便于组装和拆卸。较佳地，所述气化反应室的直段部分的高度与直径比为3 1-8 I。该结构可以保证合理的流场效果，同时有助于保持粗煤气在气化反应室中的表观速度为O. 5m/s-2. 5m/S。所谓表观速度就是体积与截面积的比值，通过控制表观速度可以使物料在炉内保持合理的停留时间。较佳地，所述气化反应室内的所述膜式水冷壁表面铺设有一高温耐火层。较佳地，所述高温耐火层的材料包含SiC和/或Al2O3，所述高温耐火层的厚度为 2mm-30mmo此外，所述高温耐火材料还可选用SiC和/或Al2O3等的复合材料，从而起到保护水冷壁管壁材料的作用。较佳地，所述合成气冷却室的底部设有一与所述底部渣池连通的排渣口，位于所述合成气冷却室外侧的所述炉壳的侧面设有一合成气出口。所述合成气出口可以用于排出合成气，其直径取值应当使合成气的表观流速保持在 15m/s_30m/s。较佳地，所述屏式水冷壁的个数为4-40个，且沿着所述合成气冷却室的中心轴线同轴均匀布置。较佳地，所述屏式水冷壁的个数为10-20个，所述屏式水冷壁的高度为所述合成气出口的中心线至所述内筒膜式水冷壁的底部的垂直距离的50%-100%。此处，布置屏式水冷壁将增加水冷壁换热面积，高度设置可根据实际冷却需求进行设计。屏式水冷壁宽度根据合成气冷却室的内外同间环隙空间设计，其个数可根据冷却工艺要求控制。较佳地，所述合成气冷却室的上缩口处采用盘管式水冷壁或列管式水冷壁。较佳地，所述气化反应室的下渣口的倾斜角度为25° -60°。此处所述气化反应室采用的是液态排渣方式，所述下渣本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种干煤粉分级加压气化反应装置，其包括一炉壳，在所述炉壳内由上至下同轴布置有一气化反应室、一合成气冷却室及一底部渣池，其特征在于：所述气化反应室的顶部设有一内置有一顶置工艺烧嘴的第一烧嘴室，所述气化反应室的上部侧面沿圆周方向设有一层第二烧嘴室，并在每个所述第二烧嘴室内布置一侧面工艺烧嘴，在所述气化反应室的底部还设有一下渣口，通过所述下渣口与所述合成气冷却室连通，所述气化反应室的内壁采用膜式水冷壁；所述合成气冷却室的上端部设有若干个激冷气入口，所述合成气冷却室内设有一内筒膜式水冷壁，在所述合成气冷却室和所述炉壳之间还设置一外筒膜式水冷壁，且在所述内筒膜式水冷壁和所述外筒膜式水冷壁之间设置一屏式水冷壁；所述膜式水冷壁、所述内筒模式水冷壁、所述外筒模式水冷壁及所述屏式水冷壁上均设有相应的水冷壁集箱。

【技术特征摘要】
1.一种干煤粉分级加压气化反应装置,其包括一炉壳,在所述炉壳内由上至下同轴布置有一气化反应室、一合成气冷却室及一底部渣池，其特征在于 所述气化反应室的顶部设有一内置有一顶置工艺烧嘴的第一烧嘴室，所述气化反应室的上部侧面沿圆周方向设有一层第二烧嘴室，并在每个所述第二烧嘴室内布置一侧面工艺烧嘴，在所述气化反应室的底部还设有一下渣口，通过所述下渣口与所述合成气冷却室连通，所述气化反应室的内壁采用膜式水冷壁； 所述合成气冷却室的上端部设有若干个激冷气入口，所述合成气冷却室内设有一内筒膜式水冷壁，在所述合成气冷却室和所述炉壳之间还设置一外筒膜式水冷壁，且在所述内筒膜式水冷壁和所述外筒膜式水冷壁之间设置一屏式水冷壁； 所述膜式水冷壁、所述内筒模式水冷壁、所述外筒模式水冷壁及所述屏式水冷壁上均设有相应的水冷壁集箱。2.如权利要求1所述的干煤粉分级加压气化反应装置，其特征在于，所述下渣口采用盘管式水冷壁和列管式水冷壁相结合的水冷壁形式，所述气化反应室上的所述第一烧嘴室开口和直段部分采用列管式水冷壁。3.如权利要求2所述的干煤粉分级加压气化反应装置，其特征在于，所述盘管式水冷壁、所述列管式水冷壁及所述膜式水冷壁为悬臂式或侧面支撑式安装在所述气化反应装置内。4.如权利要求1所述的干煤粉分级加压气化反应装置，其特征在于，所述第一烧嘴室、所述气化反应室及所述合成气冷却室为同轴设置，所述第二烧嘴室与所述第一烧嘴室下缘的垂直距离为所述气化反应室的直段部分高度的10%-30%。5.如权利要求1所述的干煤粉分级加压气化反应装置，其特征在于，所述侧面工艺烧嘴沿径向偏斜，且径向偏斜方向和偏斜角度一致，所述偏斜角度为4° -6°。6.如权利要求1所述的干煤粉分级加压气化反应装置，其特征在于，所述第一烧嘴室的至少一部分设有冷却盘管和一耐火填充层。7.如权利要求6所述的干煤粉分级加压气化反应装置，其特征在于，所述第一烧嘴...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪建军，乌晓江，张翔，张建文，
申请(专利权)人：上海锅炉厂有限公司，
类型：实用新型
国别省市：