可防堵渣的带热回收装置的气化设备的制作方法

本公开涉及能源利用领域，尤其涉及一种可防堵渣的带热回收装置的气化设备。

背景技术：

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、共性技术和先导技术。目前国内外的煤气化技术很多，应用较为广泛的是壳牌shell煤气化技术，西门子GSP煤气化技术，GE水煤浆气化技术，航天炉等技术。

在高温高压下煤的气化效率较高，此时炉膛内的反应温度多会在1200℃～1600℃以上，而煤的灰渣在此高温下都呈液态形式存在，其对气化及热回收设备的长周期运行存在很多的不利因素。

Shell气化采用对流废锅流程回收显热，其先通过将冷却洗涤后的部分合成气经激冷压缩机打入气化炉，将1200～1600℃的高温合成气快速冷却到900℃以下，使合成气中的灰渣快速凝固，然后进入对流废锅回收热量，合成气在350℃左右排出气化装置，该设备不但激冷气压缩机大量耗能，同时对高品位的热能没有充分利用，激冷气压缩机长周期运行存在考验。而GSP，GE激冷炉型，航天炉等技术均为合成气与灰渣并行向下，出炉膛后在下降管内采用水激冷将1200～1600℃的高温合成气直接冷却到200℃左右，造成了高品位热能的大量损失，严重影响了装置的经济性。

GE废锅流程的气化炉采用双层水冷壁结构形式辐射废锅，先将合成气冷却到1000℃以下，再输送到对流废锅进一步进行热量回收。然而，通过相关装置的运行经验以及相关报道表明，双层水冷壁结构较复杂，运行可靠性降低，双层水冷壁的环隙空间和对流废锅区域易出现积灰、堵渣和腐蚀，严重影响设备的长周期运行。

技术实现要素：

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种提高含碳物料气化后显热回收，并且防堵渣的带热回收装置的气化设备。

为了实现上述目的，本实用新型采取的技术方案是：

一种可防堵渣的带热回收装置的气化设备，包括壳体，所述壳体内依次设有气化反应室、气渣导流设备、蒸汽发生器和合成气净化除尘系统，所述合成气净化除尘系的底部与所述壳体相连通，所述壳体的底部设有灰渣排出口，所述壳体的一侧设有合成气出气口；所述气化反应室的壳体上设有供含碳物料和气化剂进入气化反应室的烧嘴。

所述气化反应室的侧部上方均匀设有4～6个烧嘴，所述烧嘴水平布置，所述烧嘴与所述壳体断面中心线的夹角为4°～6°；所述气化反应室的长径比为2～3：1，所述烧嘴的平面距离气化反应室顶部的距离为气化反应室高度的1/4-1/3。

所述气渣导流设备包括向火面设置的耐火衬里，所述耐火衬里内设有水冷壁，所述气渣导流设备上端与气化炉气渣出口相连，所述气化炉气渣出口相对于所述气化反应室为一缩口，所述气渣导流设备的底部设置防灰渣散射单元，所述防灰渣散射单元为带水冷的盘管结构，外衬耐火衬里，所述防灰渣散射单元沿气体流道方向延伸后位于所述蒸汽发生器内。

所述蒸汽发生器包括圆筒式膜式水冷壁和屏式翅片水冷壁，所述圆筒式膜式水冷壁的内侧设有屏式翅片水冷壁，所述圆筒式膜式水冷壁的外侧设置若干层对置的气动振打装置，所述圆筒式膜式水冷壁上还设置若干组高压气体吹灰装置，用于对屏式翅片水冷壁进行吹扫除灰。

所述屏式翅片水冷壁为多个，沿着所述圆筒式膜式水冷壁的径向设置成一组，多组所述圆筒式膜式水冷壁沿着所述圆筒式膜式水冷壁的圆周布置为上密下疏的形式。

所述圆筒式膜式水冷壁上部的流道外侧设有出口汽水收集器，所述圆筒式膜式水冷壁下部的流道外侧设有进口给水分布器。

所述蒸汽发生器和所述合成气净化除尘系统之间设有过渡段，所述过渡段的中心线与所述过渡段的外壳夹角小于30°。

所述合成气净化除尘系统包括喷水激冷环和输气通道；所述输气通道的外壳上设有若干个激冷喷嘴；所述过渡段与所述输气通道之间的外围设有密封板，所述密封板一端固定连接壳体，所述密封板另一端连接喷水激冷环，所述喷水激冷环用于给输气通道内喷水；所述输气通道的外壳与所述壳体的夹层之间设有除沫装置，所述除沫装置与所述密封板之间的壳体上设有所述合成气出气口。

所述激冷喷嘴为多组，每组的激冷喷嘴沿着所述输气通道的圆周均匀布置，多组所述激冷喷嘴沿着所述输气通道的输气方向分层布置。

所述合成气出气口设有折流装置。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

采用本实用新型的气化设备，能够提高含碳物料气化后显热回收，并且防堵渣，通过分级布置蒸汽发生器，有效的回收原料气化后合成气的显热，约占低位发热量的8-12％，省去激冷用压缩机，降低设备投资，并为防堵渣和积灰提出技术解决方案，降低了整个设备的故障点，保证了长周期运行。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本实用新型实施例提供的可防堵渣的带热回收装置的气化设备的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的气化反应室烧嘴布置的结构示意图；

图3为图1中的A处放大图；

图4为本实用新型实施例提供的蒸汽发生器传热面的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关实用新型，而非对该实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与实用新型相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

参见图1，一种可防堵渣的带热回收装置的气化设备，包括壳体20，壳体20内自上向下依次设有气化反应室1、气渣导流设备2、蒸汽发生器3和合成气净化除尘系统17，合成气净化除尘系17的底部与壳体20相连通，壳体20的底部设有灰渣排出口13，壳体20的一侧设有合成气出气口10；气化反应室1的壳体上设有供含碳物料和气化剂进入气化反应室1的烧嘴5。

本实用新型的气化反应室可采用耐火浇铸料或水冷壁结构，气渣导流设备置于气化炉合成气和灰渣出口部分同轴布置，可由水管膜式壁组成，内表面敷设耐热浇筑料。含碳物料(干煤粉或水煤浆)与气化剂(氧气，水蒸汽)一起由气化反应室1上的烧嘴5进入气化反应室1，在气化反应室内剧烈反应产生高温高压的合成气，主要为一氧化碳和氢气的混合气，温度约为1200-1600℃。产生的合成气在气化反应室1中产生旋流，可使反应室内火焰的充满度较好，温度场也较为均匀。煤粉中的灰在高温环境中主要以熔融渣的形态靠惯性作用被气化反应室炉壁捕捉下来，再沿气化反应室1壁面流淌汇集到炉膛底部的气渣导流设备2，其余的飞灰被合成气夹带也从气渣导流设备2排出。

参见图1和图2，本实施例在上述实施例的基础上，气化反应室1的侧部上方均匀设有4～6个烧嘴5，烧嘴5水平布置，烧嘴5与壳体1断面中心线的夹角a为4°～6°；气化反应室1的长径比为2～3：1，烧嘴5的平面距离气化反应室顶部的距离为气化反应室高度的1/4-1/3。本实施例烧嘴的合理设置和布置，能够将原料中大部分的灰以液态渣的形式捕捉下来，提高捕渣率，保证后续设备正常运行。当然本实用新型也可以采用顶置烧嘴，通过改进烧嘴的结构实现上述功能。

本实用新型烧嘴的平面垂直于壳体的中心线，烧嘴的平面距离气化反应室顶部的距离为气化反应室高度的1/4-1/3，这样布置烧嘴，主要为了提高炉膛的捕渣率，太靠气化反应室顶部容易将气化反应室顶部烧坏，在此位置能有效提高合成气在气化反应室的紊流程度，有利于提高物料的气化效率，并将灰渣甩向壁面，液态的灰渣在流向气渣出口时，会聚成团，有利于其沿蒸汽发生器的中心线方向运动，不容易粘结到受热面表面，从而降低堵渣的风险。

参见图1和图3，本实施例在上述实施例的基础上，气渣导流设备2包括向火面设置的耐火衬里，所述耐火衬里内设有水冷壁，气渣导流设备2上端与气化炉气渣出口14相连，气化炉气渣出口14相对于气化反应室1为一缩口，气渣导流设备2的底部设置防灰渣散射单元21，防灰渣散射单元21为带水冷的盘管，外衬耐火衬里，防灰渣散射单元21沿气体流道方向延伸后位于蒸汽发生器3内。

本实用新型合成气气渣导流设备位于气化反应室底部出口，其主要作用是将反应室内产生的高温合成气以及熔渣加速导入输送到其下部的合成气显热高品位能量回收的蒸汽发生器中。本实用新型的防灰渣散射单元的作用是防液态渣出气渣导流设备时，由于流道面积突扩引起的飞溅，导致液态灰渣飞溅并堆积在出口附近的蒸汽发生器的受热面上。合成气通过气渣导流设备的“整流”作用，通过防灰渣散射单元后的合成气会呈现一定角度的射流形式进入其下游的蒸汽发生器，由于惯性的作用，会使液态灰渣被“束缚”在一定的喷射角范围内，有利于减轻其对蒸汽发生器受热面的堵渣积灰现象。

参见图1和图4，本实施例在上述实施例的基础上，蒸汽发生器3包括圆筒式膜式水冷壁30和屏式翅片水冷壁31，圆筒式膜式水冷壁30的内侧设有屏式翅片水冷壁31，圆筒式膜式水冷壁30的外侧设置若干层对置的气动振打装置15，圆筒式膜式水冷壁30上还设置若干组高压气体吹灰装置16，用于对屏式翅片水冷壁31进行吹扫除灰。

优选地，屏式翅片水冷壁31为多个，沿着圆筒式膜式水冷壁30的径向设置成一组，多组屏式翅片水冷壁31沿着圆筒式膜式水冷壁30的圆周布置多组屏式翅片水冷壁布置为上密下疏的形式。

本实用新型蒸汽发生器是依靠高温合成气的热辐射和对流传热的换热设备，屏式翅片水冷壁靠近圆筒形膜式壁设置，保证圆筒式膜式水冷壁轴向有足够大的净流通空间，这样的受热面布置型式与空间能减轻蒸汽发生器的结渣，有效解决合成气灰渣粘结的问题。

本实用新型采用分级布置的蒸汽发生器3，由于刚进入蒸汽发生器3，灰渣被“束缚”在一定的喷射角范围内，并且含灰渣的合成气温度高、辐射能力强，因此采用较为密集且内伸长度比较长的屏式翅片水冷壁31，屏式翅片水冷壁内伸的距离以其内伸边缘最近距离不小于300-500mm为宜，使得在流通道的方向受热面形成上密下疏的布置方式，将高温合成气在较短距离内从1400℃以上冷却到900℃以下，主要是受热面32的作用。

本实用新型合成气喷射气流经过一段距离后，喷射动能减弱，对灰渣的“束缚”作用减弱，灰渣势必会向周围散射，此时布置较为稀疏且内伸长度比较短的屏式翅片水冷壁31，有利于合成气的顺利流动，将合成气从900℃冷却到550-750℃，是换热面33的作用。此时合成气中的废锅基本为固态状，可能会附着在换热面上33，因此为防止在下游冷却器水冷壁管束区域积灰，在圆周形水冷壁上布置若干层对置的气动振打装置15，同时布置了若干组高压气体吹灰装置16对屏式翅片水冷壁31进行吹扫除灰。间歇的振打除灰和高压吹灰有效的保证了蒸气发生器的高效运行，防止受热面积灰结渣，确保了设备的长周期运转。

参见图1，本实施例在上述实施例的基础上，圆筒式膜式水冷壁20上部的流道外侧设有出口汽水收集器18，所述圆筒式膜式水冷壁20下部的流道外侧设有进口给水分布器22。

为了防止合成气流道突变引起的积灰和堵渣，将所有受热面的进出口汽水分布器布置在流道外侧，这样既有利于防止流道积灰，又可以避免汽水分布器不受高温气流的直接冲刷，防止设备的超温损坏。

本实施例在上述实施例的基础上，蒸汽发生器3和合成气净化除尘系统17之间设有过渡段4，过渡段4的中心线与过渡段4的外壳夹角小于30°。

本实用新型分级布置的蒸汽发生器3将合成气从1200～1600℃降温到550～750℃，之后进入合成气净化除尘系统。二者的过渡段4采用全角小于30°的过渡角进行过渡，以避免积灰。

本实施例在上述实施例的基础上，合成气净化除尘系统17包括喷水激冷环6和输气通道7；输气通道7的外壳上设有若干个激冷喷嘴8；过渡段4与输气通道7之间的外围设有密封板12，密封板12一端固定连接壳体20，密封板12另一端连接喷水激冷环6，喷水激冷环6用于给输气通道7内喷水；输气通道7的外壳与壳体20的夹层之间设有除沫装置9，除沫装置9与密封板12之间的壳体上设有合成气出气口10。密封板12设置在壳体的空腔间，防止气流串通。

优选地，激冷喷嘴8为多组，每组的激冷喷嘴8沿着输气通道7的圆周均匀布置，多组激冷喷嘴8沿着输气通道7的输气方向分层布置。

本实用新型合成气净化除尘系统采用大直径输气通道，并在激冷环下部区域设置了若干组激冷喷嘴，从而达到有限空间内的合成气的快速除尘和冷却效果。合成气经过水浴除尘冷却后，经除沫装置通过合成气出气口排出气化装置的壳体。

采用喷射除尘与水浴除尘冷却装置，可大大减少出气化炉时合成气的带灰量，同时可有效控制合成气携带的灰渣颗粒的粒径。有利于防止后续设备灰渣堵塞和磨损的出现。水浴后合成气通过除泡装置以便破除合成气携带的液滴和气泡。本实用新型的这种设计不仅大大地强化了激冷效果，还降低了激冷室高度。

本实施例在上述实施例的基础上，合成气出气口10设有折流装置11。

合成气出气口旁边设置了一折流装置，折流装置可以是一折流板，用以分离合成气中的大颗粒水滴，最后经冷却除尘后的合成气从位于压力壳体的下部偏上的合成气出气口排出气化设备。灰水经过灰渣排出口排出气化设备。

本实用新型的壳体可由一个或多个直径不同的本体组成，壳体与合成气通道之间可为耐火浇铸料或者水冷壁结构。

本实用新型为了克服现有气化技术中回收显热的设备容易积灰堵渣，通过合理的流程和结构布置，并采用炉膛高捕渣率，含防灰渣散射单元的气渣导流设备捕集约束飞溅熔渣，上密下疏分级布置蒸汽发生器以及防止积灰的机械振打和高压吹灰装置，同时采用喷射除尘与水浴除尘冷却装置，可大大减少出气化炉时合成气的带灰量，同时可有效控制合成气携带的灰渣颗粒的粒径，有效防止合成气中携带的液态渣粘结在蒸汽发生器受热面上。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的实用新型范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述实用新型构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。