旋流喷射水煤浆气化装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种旋流喷射水煤浆气化装置，它包括水煤浆制备机构、气化机构、废热回收机构和洗涤机构；气化机构包括气化炉，气化炉顶部的煤气出口依次连接激冷机构和热煤气管；气化炉内设置有由其顶部延伸至下部绝热壁，绝热壁的下部形成锥形下渣口；气化炉的中部径向设置有若干个贯穿气化炉和绝热壁的烧嘴；气化炉的底部为渣池，渣池的底部依次安装有破渣机和锁斗；废热回收机构包括与热煤气管连接的旋风分离器，以及与旋风分离器连接的对流废锅；洗涤机构包括通过洗涤器与对流废锅连通的洗涤塔，洗涤塔的出水口通过洗涤泵连通洗涤器。本实用新型解决了现有技术中制浆浓度低、烧蚀拱顶砖、流场差、碳转化率低、煤浆雾化效果不好、系统消耗水量大、废热得不到回收等问题。
【专利说明】旋流喷射水煤浆气化装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种水煤浆气化装置，具体涉及一种具有旋流喷射水煤浆以及废热回收功能的高效能水煤浆制气的气化装置。
【背景技术】
[0002]目前，煤炭气化技术按照气化炉的形式来划分，主要有三大类:固定床、流化床和气流床。固定床气化存在对原料要求高，生产压力低，环境污染大的问题；流化床气化虽然存在数量较多，但是工程上也存在一定问题，且环境污染较大；气流床气化目前主要应用于煤化工板块，气流床主要特点是原料易得，采用烟煤末，原料价格低廉，最重要的是其生产压力较大，生产强度高，一台炉子可以相当于几十台常压炉，加之纯氧气化，气化效率较高，气流床反应温度高，环保性强，属于煤炭清洁利用技术。
[0003]气流床气化按照进料分为水煤浆气流床气化和粉煤气流床气化。目前，水煤浆气化存在的问题是制浆浓度低，煤浆中含水量高，消耗系统部分热量致使有效气产出不高；其次，水煤浆气化绝大部分采用激冷流程，炙热煤气直接用水冷却到250度左右，导致部分的热量没有回收，直接产生低规格的含有酸性气体的无用蒸汽，而蒸汽最终都放入大气中导致环境污染；还有，在水煤浆气流床气化过程中，烧嘴和气化炉流场配合十分重要，在气化炉内反应介质实际停留时间和烧嘴雾化效果直接影响到有效气成分和炭的转化率，目前水煤浆气流床气化流场和烧嘴雾化效果差，影响到进一步提高有效气含量；最后，现有的水煤浆气化装置都存在系统消耗水量大，外排废水多的问题。
【发明内容】
[0004]针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种旋流喷射水煤浆气化装置，以解决现有技术中制浆浓度低、烧蚀拱顶砖、流场差、碳转化率低、煤浆雾化效果不好、系统消耗水量大、废热得不到回收等问题。
[0005]为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案:一种旋流喷射水煤浆气化装置，其特征在于，该气化装置包括:一水煤浆制备机构，一与所述水煤浆制备机构的出浆口连通的气化机构，一与所述气化机构的出气口连通的废热回收机构，以及一与所述废热回收机构的排气口连通的洗涤机构；其中，所述气化机构包括一气化炉，所述气化炉的顶部具有倒锥形的煤气出口，所述煤气出口依次连接一激冷机构和一热煤气管；所述气化炉内按照其形状设置有一用于阻绝热量传递的绝热壁，所述绝热壁由所述气化炉的顶部延伸至所述气化炉的下部，且所述绝热壁的下部形成一用于熔渣下流的锥形下渣口 ；所述气化炉的中部径向设置有若干个贯穿所述气化炉和绝热壁的烧嘴，每一所述烧嘴均与所述水煤浆制备机构连通；所述气化炉的底部为渣池，所述渣池内存在一定液位的激冷水，所述渣池的底部依次安装有一破渣机和一锁斗；所述废热回收机构包括旋风分离器和对流废锅；其中，所述旋风分离器的中部侧面设置有与所述热煤气管连接的煤气进口，所述旋风分离器的顶部通过管道与所述对流废锅的顶部连接；所述对流废锅内设置有换热管，所述对流废锅的下部侧面设置有排气口 ；所述洗涤机构包括洗涤器、洗涤塔和洗涤泵；所述洗涤器的进口与所述对流废锅的排气口连通，所述洗涤器的出口与所述洗涤塔连通；所述洗涤塔的出水口分成两路，一路为外排水，另一路与所述洗涤泵的进口连通；所述洗涤泵的出口与所述洗涤器连通。
[0006]在一个优选的实施例中，所述水煤浆制备机构包括一粗磨机、一细磨机和一煤浆泵；所述粗磨机的出料口分成两路，一路与所述细磨机的进料口连通，另一路与所述煤浆泵连通，所述细磨机的出料口与所述粗磨机的进料口连通；所述水煤浆制备机构采用低阶煤制备高浓度水煤浆的方法制取高浓度水煤浆。
[0007]在一个优选的实施例中，在所述绝热壁下方的所述气化炉内设置有一环形的水夹套，所述水夹套的下端封闭，上端敞开；所述水夹套与所述洗涤泵的出连通。
[0008]在一个优选的实施例中，所述气化炉与所述绝热壁之间设置有一能充入惰性气体的保护夹套，所述保护夹套为所述气化炉内壁与所述绝热壁之间形成的环形封闭套腔。
[0009]在一个优选的实施例中，所述烧嘴沿所述气化炉的周向呈偶数对称分布，且每个所述烧嘴与通过该烧嘴的所述气化炉直径水平夹角成O?60°角度。
[0010]在一个优选的实施例中，所述气化炉、绝热壁、下渣口、渣池、破渣机和锁斗所处位置为同一条轴线，且呈由高到低垂直布置。
[0011 ] 在一个优选的实施例中，所述绝热壁为水冷壁结构或由耐高温材料构成的绝热层。
[0012]在一个优选的实施例中，所述激冷机构为激冷环或夹套管，所述激冷环或夹套管的口径与所述气化炉的煤气出口 口径接近，所述激冷环或夹套管能顺气流方向沿所述热煤气管旋转喷射激冷水。
[0013]在一个优选的实施例中，所述热煤气管在不同高度上安装有若干个激冷水喷头。
[0014]在一个优选的实施例中，所述对流废锅内安装有一吹灰机构，所述洗涤器内设置
有一文丘里管。
[0015]本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点:1、本实用新型采用由粗磨机、细磨机和煤浆泵组成的水煤浆制备机构，并采用低阶煤制备高浓度水煤浆的方法制取高浓度水煤浆，可在现有的制浆基础上再提高水煤浆浓度3?5%，从而减少了系统无用水的加入，系统更加节能，有效气出产率提高2?3%。2、本实用新型在气化炉的中部周向均匀布置多个烧嘴，每一烧嘴与通过其气化炉直径水平形成一定的夹角，多个不同方位的烧嘴以一定角度进料的方式对水煤浆进行雾化后发生旋转碰撞，从而使得水煤浆雾化效果更加均匀，不仅可以提高缺氧燃烧反应效率，系统残炭率更低。同时，由于水煤浆旋流碰撞后离心力作用将熔渣“甩”向四周的水冷壁表面层，形成固定的渣层，从而实现“以渣抗渣”效果更好。3、本实用新型在气化机构之后设置了旋风分离器和对流废锅组成的废热回收机构。在进入旋风分离器之前，也就是离开气化炉的热煤气首先经过激冷环喷水降温，在热煤气管道上还安装有数个激冷水喷头，用于补充降温，从而保证熔渣在安全凝结温度以下进入废热回收机构；废热回收机构的采用进一步回收了热煤气中的显热产生蒸汽，从而系统更加节能。4、本实用新型在气化炉内壁与水冷壁之间设置有保护夹套，在工作时可以向保护夹套内不停加入一定量的惰性气体，泄露的惰性气体进入辐射废锅内部与煤气混合，通过惰性气体隔绝水冷壁和气化炉筒体之间传热，从而使气化炉筒体免受高温辐射。5、本实用新型在洗涤器内安装有一个文丘里管，洗涤水和煤气在文丘里管内充分混合洗涤，以初步除去大颗粒灰渣。7、本实用新型的洗涤塔内安装有多层塔盘，煤气由下而上，穿过塔盘空隙，与自上而下的加入水进行充分的热量和质量交换，并且能够将较细的灰分彻底洗涤干净。8、本实用新型将洗涤塔排出的废水分成三部分，第一部分经洗涤泵去洗涤器作为洗涤水洗涤煤气，第二部分经洗涤泵去气化炉的水夹套作为冷却水和补水分别保护气化炉下部筒体免受高温辐射和保持渣池水位稳定，第三部分作为外排水保持洗涤塔水位稳定，系统废水排放仅是传统工艺的20?30%，处理废水的费用达到大幅度降低，实现了节能减排。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]以下结合附图来对本实用新型进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本实用新型，它们不应该理解成对本实用新型的限制。
[0017]图1为本实用新型的整体结构示意图；
[0018]图2为本实用新型辅助烧嘴的平面布置示意图。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细的描述。
[0020]如图1所示，本实用新型包括水煤浆制备机构100、气化机构200、废热回收机构300和洗涤机构400。
[0021]水煤浆制备机构100包括一粗磨机1、一细磨机2和一煤浆泵3。粗磨机I的出料口分为两路，一路与细磨机2的进料口连通，另一路与煤浆泵3连通，而细磨机2的出料口则与粗磨机I的进料口连通。在本实施例中，水煤浆制备机构100采用低阶煤制备高浓度水煤浆的方法可以制取得到煤粒质量占水煤浆总质量55%以上的高浓度水煤浆，即通过粗磨机I和细磨机2分别研磨不同粒径的煤粒，形成一定的级配关系，从而达到更高的填充率，制取的高浓度水煤浆最终由煤浆泵3加压输送到气化机构200。需要说明的是，上述利用低阶煤制备高浓度水煤浆的方法已经在专利号为:ZL200710188396.7的发明专利中公开，故不再赘述。
[0022]气化机构200包括一气化炉5，气化炉5的顶部具有倒锥形的煤气出口，该煤气出口依次连接一激冷环21和一热煤气管9。气化炉5内按照其形状设置有一水冷壁6，该水冷壁6由气化炉5的顶部延伸至气化炉5的下部，且水冷壁6下部形成一用于熔渣下流的锥形下渣口 17。气化炉5的中部径向设置有若干个贯穿气化炉5和水冷壁6的烧嘴4，每一烧嘴4均与水煤浆制备机构100的煤浆泵3连通。气化炉5的底部为渣池19，渣池19内存在一定液位的激冷水，渣池19的底部依次安装有一破渣机13和一锁斗14。
[0023]在一个优选的实施例中，烧嘴沿气化炉5的周向呈偶数对称分布，且每个烧嘴与通过该烧嘴的气化炉直径水平夹角β成O?60°角度(如图2所示)。
[0024]在一个优选的实施例中，在气化炉5与水冷壁6之间设置有一保护夹套16，该保护夹套16为气化炉5内壁与水冷壁6之间形成的环形封闭套腔。在工作时，可以向保护夹套16内不停加入一定量的惰性气体，泄露的惰性气体进入气化炉5内部与炙热煤气混合，通过惰性气体隔绝水冷壁6和气化炉5筒体之间传热，从而使气化炉5筒体免受高温辐射。
[0025]在一个优选的实施例中，在水冷壁6下方的气化炉5内设置有一环形的水夹套18，水夹套18的下端封闭，但上端敞开。在工作时，通过进水口向水夹套18加入冷却水以保护气化炉5下部筒体免受高温辐射，同时冷却水由水夹套18的上端溢流进入渣池19以保证液位稳定。
[0026]在一个优选的实施例中，激冷环21、气化炉5、水冷壁6、下渣口 17、渣池19、破渣机
7和锁斗8所处位置为同一条轴线，且呈由高到低垂直布置。
[0027]在一个优选的实施例中，起到隔热作用的水冷壁6也可以采用其他方案代替，例如在气化炉5的内壁上覆盖一层由耐高温材料构成的绝热层，用于阻绝热量传递，以保护气化炉5筒体免受高温辐射。
[0028]在一个优选的实施例中，激冷环21为具有喷射激冷水功能的喷水装置，其口径与气化炉5的煤气出口 口径接近。在工作时，激冷环21可以顺气流方向沿热煤气管9旋转喷射激冷水，目的在于在热煤气管9内表面形成一定厚度的水膜，用于蒸发水分降低煤气温度，同时也可以起到保护热煤气管9的作用。此外，激冷环21可以由其他形式的喷水装置替代，例如也可以采用夹套管，夹套腔内充激冷水，夹套管的内管表面均匀开设朝向气流方向的小孔，在工作时夹套管内表面就形成一层均匀水膜。
[0029]在一个优选的实施例中，热煤气管9在不同高度上安装有若干个激冷水喷头20，用于补充喷射激冷水，以保障炙热煤气在进入废热回收机构300前的温度达到安全温度。
[0030]在一个优选的实施例中，也可以采用内衬绝热材料或水夹套保护热煤气管9。
[0031]在工作时，由水煤浆制备机构100制备的高浓度水煤浆通过煤浆泵3加压后分别送入烧嘴4,在气化炉5内由不同方向的烧嘴4对水煤衆进行雾化后发生旋转碰撞,并与氧气混合在气化炉5内进行缺氧燃烧反应，生成炙热的煤气；同时通过给氧量控制反应温度在煤的灰熔点之上，保证水煤浆中灰分熔化并沿水冷壁6 (或其他绝热层)内壁流下，并从下渣口 17流下掉入渣池19，掉入渣池19中的熔渣在渣池19中与水冷脆，最后经破渣机7破碎后间歇式排入锁斗8，碎渣和水一起从锁斗8中不定期排出。
[0032]在气化炉5反应后生成的炙热煤气由气化炉5顶部的煤气出口通过激冷环21进入热煤气管9，激冷环21喷射的激冷水在热煤气管9内壁上形成一定厚度的水膜，炙热煤气通过热煤气管9时水分得到蒸发，煤气温度快速下降，并在达到安全温度前由安装在热煤气管9上的激冷喷头20喷射激冷水进行控制温度，使炙热煤气在进入废热回收机构300前温度达到安全温度。
[0033]如图1所示，废热回收机构300包括一旋风分离器10和一对流废锅11。其中，旋风分离器10的中部侧面设置有与热煤气管9连接的煤气进口，且旋风分离器10的煤气进口以切线形式进入。旋风分离器10的顶部通过管道与对流废锅11的顶部连接，对流废锅11内设置有一用来与热煤气进行换热的蛇形换热管12，对流废锅11的下部侧面设置有排气口。
[0034]在工作时，经激冷环21和热煤气管9降温后的热煤气从旋风分离器10的煤气进口沿切线进入旋风分离器10，热煤气中的灰渣由于离心力作用被分离从旋风分离器10的底部排出，热煤气则由旋风分离器10的顶部出去进入对流废锅11，热煤气在对流废锅11中与蛇形换热管12进行换热，热量得到回收，换热后的煤气则从对流废锅11下部侧面的排气口进入洗涤机构400。
[0035]在一个优选的实施例中，还可以在对流废锅11内安装一吹灰机构(图中未示出)，以保持蛇形换热管12表面不存在积灰。
[0036]在一个优选的实施例中，废热回收机构300中的对流废锅11也可以根据后续工艺(变换工段的水汽比)要求进行取舍或增减。
[0037]洗漆机构400包括一洗漆器13、一洗漆塔14和一洗漆泵15。其中，洗漆器13的进口与对流废锅11的煤气出口连通，洗涤器13的出口与洗涤塔14连通。洗涤塔14的顶部侧面设置有加入水的进水口，顶部设置有输出产品气的排气口，底部设置有排出废水的出水口。洗涤塔14的出水口分成两路，一路为外排水，另一路与洗涤泵15的进口连通。洗涤泵15的出口也分成两路，一路与洗涤器13连通，另一路与气化炉5下部的水夹套18连通。
[0038]在一个优选的实施例中，可以在洗涤器18内设置一文丘里管(图中未示出)，以使洗涤水和冷煤气在文丘里管充分混合洗涤，初步除去大颗粒灰渣。
[0039]在工作时，热煤气经过对流废锅11换热后进入洗涤机构400，首先在洗涤器13中进行初步粗洗，在洗涤器13中从洗涤泵15来的洗涤水与煤气在洗涤器13中混合洗涤后进入洗涤塔14。从洗涤器13出来的汽水混合物在洗涤塔14中分离，大颗粒的积灰和水滴落入洗涤塔14底部，冷煤气分离后从下而上穿过洗涤塔14的塔盘，在洗涤塔14中煤气和从洗涤塔14顶部而下的加入水进行更精细的洗涤，以去除冷煤气中的细灰。最后洗涤干净的冷煤气从洗涤塔14顶部的排气口排出进入下游工序。从洗涤塔14底部排出的废水有三个作用:第一部分经洗涤泵15去洗涤器13作为洗涤水洗涤热煤气，第二部分经洗涤泵15去水夹套18作为冷却水和补水分别保护气化炉5下部筒体免受高温辐射和保持渣池19水位稳定，第三部分作为外排水保持洗涤塔14水位稳定。
[0040]上述各实施例仅用于说明本实用新型，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本实用新型技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本实用新型的保护范围之外。
【权利要求】
1.一种旋流喷射水煤浆气化装置，其特征在于，该气化装置包括:一水煤浆制备机构，一与所述水煤浆制备机构的出浆口连通的气化机构，一与所述气化机构的出气口连通的废热回收机构，以及一与所述废热回收机构的排气口连通的洗涤机构；其中，所述气化机构包括一气化炉，所述气化炉的顶部具有倒锥形的煤气出口，所述煤气出口依次连接一激冷机构和一热煤气管；所述气化炉内按照其形状设置有一用于阻绝热量传递的绝热壁，所述绝热壁由所述气化炉的顶部延伸至所述气化炉的下部，且所述绝热壁的下部形成一用于熔渣下流的锥形下渣口 ；所述气化炉的中部径向设置有若干个贯穿所述气化炉和绝热壁的烧嘴，每一所述烧嘴均与所述水煤浆制备机构连通；所述气化炉的底部为渣池，所述渣池内存在一定液位的激冷水，所述渣池的底部依次安装有一破渣机和一锁斗；所述废热回收机构包括旋风分离器和对流废锅；其中，所述旋风分离器的中部侧面设置有与所述热煤气管连接的煤气进口，所述旋风分离器的顶部通过管道与所述对流废锅的顶部连接；所述对流废锅内设置有换热管，所述对流废锅的下部侧面设置有排气口 ；所述洗涤机构包括洗涤器、洗涤塔和洗涤泵；所述洗涤器的进口与所述对流废锅的排气口连通，所述洗涤器的出口与所述洗涤塔连通；所述洗涤塔的出水口分成两路，一路为外排水，另一路与所述洗涤泵的进口连通；所述洗涤泵的出口与所述洗涤器连通。
2.如权利要求1所述的旋流喷射水煤浆气化装置，其特征在于，所述水煤浆制备机构包括一粗磨机、一细磨机和一煤浆泵；所述粗磨机的出料口分成两路，一路与所述细磨机的进料口连通，另一路与所述煤浆泵连通，所述细磨机的出料口与所述粗磨机的进料口连通；所述水煤浆制备机构采用低阶煤制备高浓度水煤浆的方法制取高浓度水煤浆。
3.如权利要求1或2所述的旋流喷射水煤浆气化装置，其特征在于，在所述绝热壁下方的所述气化炉内设置有一环形的水夹套，所述水夹套的下端封闭，上端敞开；所述水夹套亦与所述洗涤泵的出连通。
4.如权利要求1或2所述的旋流喷射水煤浆气化装置，其特征在于，所述气化炉与所述绝热壁之间设置有一能充入惰性气体的保护夹套，所述保护夹套为所述气化炉内壁与所述绝热壁之间形成的环形封闭套腔。
5.如权利要求1或2所述的旋流喷射水煤浆气化装置，其特征在于，所述烧嘴沿所述气化炉的周向呈偶数对称分布，且每个所述烧嘴与通过该烧嘴的所述气化炉直径水平夹角成O~60°角度。
6.如权利要求1或2所述的旋流喷射水煤浆气化装置，其特征在于，所述气化炉、绝热壁、下渣口、渣池、破渣机和锁斗所处位置为同一条轴线，且呈由高到低垂直布置。
7.如权利要求1或2所述的旋流喷射水煤浆气化装置，其特征在于，所述绝热壁为水冷壁结构或由耐高温材料构成的绝热层。
8.如权利要求1或2所述的旋流喷射水煤浆气化装置，其特征在于，所述激冷机构为激冷环或夹套管，所述激冷环或夹套管的口径与所述气化炉的煤气出口口径接近，所述激冷环或夹套管能顺气流方向沿所述热煤气管旋转喷射激冷水。
9.如权利要求1或2所述的旋流喷射水煤浆气化装置，其特征在于，所述热煤气管在不同高度上安装有若干个激冷水喷头。
10.如权利要求1或2所述的旋流喷射水煤浆气化装置，其特征在于，所述对流废锅内安装有一吹灰机构，所述洗涤器内设置有一文丘里管。
【文档编号】C10J3/50GK203440323SQ201320547881
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年9月4日 优先权日:2013年9月4日
【发明者】何国锋, 李发林, 尚庆雨, 王乃继, 段清兵, 莫日根, 郭志新, 王国房, 赵立明, 梁兴 申请人:煤炭科学研究总院