本发明专利技术涉及一种气化炉的废热回收装置，其包括反应室和位于所述反应室下方的激冷室，所述反应室与所述激冷室通过灰渣入口连通，所述反应室的顶部设有使来自气化炉气化室的合成气流入所述废热回收装置的气体入口，所述气体入口下方设有燃料喷嘴，所述反应室的直径大于所述气化炉气化室的直径。本发明专利技术还涉及一种气化炉的废热回收方法。本发明专利技术能够以低成本提高含碳燃料气化的冷煤气效率，把含碳燃料中蕴藏的化学能更多地转化为合成气的化学能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及废热回收领域，尤其涉及。
技术介绍
将固体含碳燃料(例如煤、石油焦)气化是利用其来生产化学产品的重要方式。其中，气流床气化工艺是一种典型的大规模气化技术。但是，为了达到顺利排出燃料灰渣的目的，要求离开气化炉和气流床的合成气的温度高于灰渣的熔点(例如约1300°C )。而且，燃料灰渣的熔点(以下简称灰熔点)越高，要求合成气的温度也越高，这意味着燃料的化学能更多地转化成不希望的物理显热，而不是有利地转化成合成气的化学能，从而会最终降低燃料气化的经济性。换句话说，气化生成的合成气的化学能与气化消耗的燃料的化学能之比，即冷煤气效率，较低。因此，如何安全快速地将高温合成气冷却，并合理地利用合成气及其所夹带的灰渣的热量就成为气化炉设计中的重要问题。目前，荷兰壳牌(Shell)公司的气化炉利用辐射式换热器和对流式换热器来回收高温气体的余热。为了避免约1400°C的高温合成气腐蚀传热壁，同时将熔融的灰渣固化,壳牌气化炉将相当于热合成气量80%~?20%的冷合成气与高温合成气混合，从而使低温合成气吸收高温合成气携带的热量，将高温合成气的温度降至低于900°C。然而，该方法有两个缺陷。首先，由于引入的冷合成气的量非常大，这导致混合引起较大的能量损失并降低了热能的品质；其次，在与高温合成气混合之前，需要将冷合成气压缩，这需要耗费大量的压缩功，增加了操作成本并且降低了系统的可靠性；第三，燃料的灰熔点越高，需要达到的气化温度也越高，导致激冷需要的冷合成气越多。在有些情况中，冷合成气与高温合成气的混合比会超过100%，甚至达到120%，这造成原料成本和工艺成本的上升。美国德士古(Texaco)公司的气化炉的一种设计是采用辐射式换热器，将合成气从约1400°C冷却至约800°C，再通过对流换热器进一步冷却。然而，在这种辐射式换热器内，用于吸收合成气热量的水和蒸汽的温度低于400°C，因此，这样的设计同样会引起能量的损失。另一种解决方式是直接用水激冷，在这种设计下，将合成气从约1400°C直接激冷到约300°C，这会引起比上述的壳牌气化炉更大的能量损失。中国专利申请CN200710017906.4公开了一种利用两段式喷煤法的气流床气化装置，其中将气化炉分为两段，在第一反应室和第二反应室分别喷入85-95%的煤和5-15%的煤进行气化，得到的粗煤气经急冷水管道进行急冷后，粗煤气中的灰渣以固态形式排出，但是其设计存在一些问题。首先，该气化炉的第二反应室比较小，这会导致气流的流速过高，反应时间不充分，进而影响碳的转化率。其次，第二反应室的下端为直口设计，直口直径过大，导致该第二反应室内热量通过该直口迅速流失，这会进一步降低反应活性和碳的转化率。第三，如同该现有技术的说明书和权利要求书所述，其喷射的燃料仅限于干煤粉，而不适用于其它碳氢化合物。因此，有必要开发一种气化炉的废热回收装置以及废热回收方法，以低成本提高含碳燃料气化的冷煤气效率，把含碳燃料中蕴藏的化学能更多地转化为合成气的化学能。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的一个实施例提供一种气化炉的废热回收装置，其包括反应室和位于所述反应室下方的激冷室，所述反应室与所述激冷室通过灰渣入口连通，所述反应室的顶部设有使来自气化炉的气化室的合成气流入所述废热回收装置的气体入口，所述气体入口下方设有燃料喷嘴7，所述反应室的直径大于所述气化炉气化室的直径。这里，“来自气化炉气化室的合成气”可以是从气化炉的气化室直接流出的，也可以是从气化室流出再流经其它装置之后但是合成气的温度仍然比较高的合成气。同时这里还需要说明的是，合成气即指来自气化炉的高温待处理气体。合成气的反应量取决于反应速度和在反应室内的停留时间。反应速度取决于浓度、浓度分布、反应室内的温度和压力等。气体的平均停留时间则仅仅和体积流量以及反应室体积有关系。以平推流反应器为例，停留时间=反应室体积/体积流量。(在总体积不变的前提下，当横截面积增大，则流速变慢，但流过的长度缩短，总的停留时间不变。当流道长度增加也会相应导致流速增加而总停留时间不变)。为了增大反应室的体积,如果要增加废热回收装置的长度，则要相应地增加用于固定废热回收装置的整个框架(对于直径3米的反应室，框架大约会达到20米*30米)的高度，这样废热回收装置的总体造价就会大大增加。因此，为了避免大幅提高造价的同时实现增大反应室的体积，本专利技术的上述实施例使反应室的直径大于气化炉气化室的直径，这样就能够增大反应室的容积，使合成气在反应室中流速较低，停留时间较长，从而和燃料有较长的反应时间，能够确保合成气和燃料充分发生反应，通过反应吸收合成气的显热，提高冷煤气效率。通过采用本专利技术实施例中的气化炉的废热回收装置，燃料可以与来自气化炉的高温合成气全面接触并且充分反应，从而可以提高冷煤气效率，而不会像二次喷煤技术那样造成煤反应不充分而且灰渣含碳等问题。同时，本专利技术的该实施例能够通过燃料和合成气中水蒸气之间的吸热化学反应来吸收合成气的显热，将合成气的显热转化为品质比较高的反应物的化学能。合成气中的灰渣也可以冷却到低于其熔点的温度，从而可进一步提高冷煤气效率。并且，由于从反应室排出的合成气温度在灰渣的熔点温度以下，因此，合成气经过反应室之后灰渣自然就会固化，这大大方便了排渣。[0011 ] 优选地，灰渣入口 4的直径大于所述气体入口 I的直径，更优选灰渣入口 4的直径比气体入口 I的直径大10%~30%。具有该范围直径比的废热回收装置，有利于灰渣顺利降落，并且灰渣不会堵塞灰渣入口。同时，能够使得高温合成气通过灰渣入口 4辐射给激冷室中的水的热量较少。优选地，所述激冷室13的底部设有灰渣出口 6。根据需要，所述气体出口 3可以位于所述反应室2的侧壁或所述激冷室13的侧壁，所述反应室2的侧壁或所述激冷室13的侧壁设有气体出口 3。优选地，所述废热回收装置100的外侧设有耐压外壳9。这主要是考虑到对于相同质量流量的反应气体，其在加压条件下的体积比常压下的体积小得多(例如加压条件下的体积是常压下体积的几十分 之一)，相应地，废热回收装置在加压条件下比常压下的处理能力也大大提高(例如可以提高几十倍)，从而可以扩大生产能力。优选地，所述反应室的顶部8是渐扩形结构，例如倒锥形、半圆形或半椭圆形。反应室顶部的渐扩形结构和燃料喷嘴构成了保持高温的区域，使得高温合成气与燃料可以高反应速率反应。所述反应室的底部12是渐缩形结构,例如锥形结构。优选地，所述燃料喷嘴7至少为一对，他们以相对的方式设置在气体入口 I的下侧。优选地，通过所述燃料喷嘴7为喷射甲烷、甲醇、渣油、或者富含上述物质的气体燃料或液体燃料的喷嘴。这些气体燃料或液体燃料可以与来自气化炉的高温合成气全面接触，充分反应，提高冷煤气效率。所述反应室2的内表面覆盖有水冷壁，或者所述反应室2的内表面由耐火砖17围成。优选地，所述反应室2的内表面被水冷壁覆盖，所述水冷壁优选由平行直管或盘管构成，进一步优选地，所述水冷壁的朝向所述反应室2的表面涂有耐热层。作为可替代的方式，反应室2的内表面优选由耐火砖17围成。耐热涂层用于减小灰渣对水冷壁的磨损，同时避免高温气体和炉渣直接接触水冷壁，从而可以延长水冷壁的寿命。优选地，在反应室或激冷室侧壁靠本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种气化炉的废热回收装置，其包括反应室(2)和位于所述反应室(2)下方的激冷室(13)，所述反应室(2)与所述激冷室(13)通过灰渣入口(4)连通，所述反应室(2)的顶部设有使来自气化炉气化室的合成气流入所述废热回收装置的气体入口(1)，所述气体入口(1)下方设有燃料喷嘴(7)，所述反应室(2)的直径大于所述气化炉气化室的直径。
【技术特征摘要】
1.一种气化炉的废热回收装置，其包括反应室(2)和位于所述反应室(2)下方的激冷室(13)，所述反应室(2)与所述激冷室(13)通过灰渣入口(4)连通，所述反应室(2)的顶部设有使来自气化炉气化室的合成气流入所述废热回收装置的气体入口(I)，所述气体入口(I)下方设有燃料喷嘴(7)，所述反应室(2)的直径大于所述气化炉气化室的直径。2.如权利要求1所述的废热回收装置，其中所述灰渣入口(4)的直径大于所述气体入口(I)的直径。3.如权利要求2所述的废热回收装置，其中所述灰渣入口(4)的直径比所述气体入口(I)的直径大10%~30%。4.如权利要求1所述的废热回收装置，其中所述激冷室(13)的底部设有灰渣出口(6)，所述反应室(2)的侧壁或所述激冷室(13)的侧壁设有气体出口(3)。5.如权利要求1所述的废热回收装置，其中所述废热回收装置设有耐压外壳(9)。6.如权利要求1或2所述的废热回收装置，其中所述反应室(2)的顶部(8)是渐扩形结构，所述反应室(2)的底部(12)是渐缩形结构。7.如权利要求1或2所述的废热回收装置，其中所述燃料喷嘴(7)至少为一对，它们以相对的方式设置在所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：江宁，王德慧，徐四清，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：
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