一种长周期稳定运行的水煤浆水冷壁气化炉

摘要

本发明公开了一种长周期稳定运行的水煤浆水冷壁气化炉，包括位于气化炉串级水冷壁炉膛和膜式激冷器，串级水冷壁炉膛位于膜式激冷器上部；在气化炉炉体顶部，安装有点火投料一体化烧嘴；所述点火投料一体化烧嘴从外到内至少依次设置有：外环氧管、气膜外环氧管、煤浆管和中心氧管，烧嘴的喷嘴处呈收缩状，依次为雾化外环氧通道、气膜外环氧通道、煤浆通道、中心氧和燃气通道，中心氧和燃气通道的轴线上设置有点火杆；所述中心氧管内同时通入中心氧与燃气，或在中心氧管内再设置一同轴的用于通入燃气的燃气管。本发明实施时气化反应碳转化率高，反应产物分布好，气化炉能效水平高，可大幅提高气化炉连续运行时间，提高经济效益。

说明书

技术领域

本发明涉及水煤浆水冷壁设备，尤其是一种长周期稳定运行的水煤浆水冷壁气化炉。

背景技术

现有的水煤浆水冷壁气化炉稳定运行时间受限于气化炉内核心部件使用寿命，如：水煤浆雾化工艺烧嘴平均使用寿命在90~120天，每隔90~120天需要停车检修更换工艺烧嘴；同时气化操作过程激冷器运行不稳定也频繁导致气化炉临时紧急停车。这些问题的存在导致气化装置年均运行时间得不到有效保障，造成经济效益损失。

发明内容

本发明针对以上存在的问题，开发出了一种长周期稳定运行的水煤浆水冷壁气化炉，旨在一定程度上提高水煤浆水冷壁气化炉稳定运行时间，降低气化装置停车检修频次，提高装置年均运行小时数。

本发明的技术方案如下：

一种长周期稳定运行的水煤浆水冷壁气化炉，其特征在于：包括位于气化炉炉体内的串级水冷壁炉膛和膜式激冷器，串级水冷壁炉膛位于膜式激冷器上部；在气化炉炉体顶部，安装有点火投料一体化烧嘴，点火投料一体化烧嘴从外层到内层至少依次设置有：外环氧管、煤浆管和中心氧管，点火投料一体化烧嘴的喷嘴处呈收缩状；外环氧管和煤浆管之间为外环氧通道，气膜外环氧管与煤浆管之间为气膜外环氧通道，煤浆管和中心氧管之间为煤浆通道，中心氧管内为中心氧和燃气通道，中心氧和燃气通道的轴线上设置有点火杆；所述中心氧管内同时通入中心氧与燃气，或者在中心氧管内再设置一同轴的用于通入燃气的燃气管。

所述气膜外环氧管为套管状，完全将煤浆管与外环氧管分隔陈两个通道，位于外层的通道为雾化外环氧通道，位于内层的通道为气膜外环氧通道。

或者，所述气膜外环氧管为收缩状的半截套管，外环氧管和气膜外环氧管之间为雾化外环氧通道，气膜外环氧管和煤浆管之间为气膜外环氧通道。

所述气膜外环氧管将外环氧管内的气体分割成两路，一路作为雾化外环氧气体用于雾化燃气和水煤浆，另一路作为气膜外环氧用于在煤浆与中心氧的原料预混区的外围形成气膜保护区，通过这种结构可以避免烘炉过程烧嘴头部过热烧蚀，同时投料后稳定气膜区的存在可减弱预混区气液固三相物流对烧嘴头部磨蚀，大幅提高工艺烧嘴使用寿命。

所述的点火投料一体化烧嘴集烘炉烧嘴与工艺烧嘴于一体，避免投料前更换烧嘴操作，烘炉燃料气通过中心氧/燃管与来至外环氧管的助燃气可将水冷壁气化炉膛温度迅速提升至800℃以上。

所述的点火投料一体化烧嘴煤浆管道物流与烧嘴轴线形成夹角a, 雾化外环氧与烧嘴轴线形成夹角b，气膜氧物流与烧嘴轴线形成夹角c，其中a＞b＞c。这样中心氧与煤浆喷出烧嘴在烧嘴头部形成三相态物流的预混区，气膜外环氧喷出气态物流在预混区外形成稳定的气膜保护层。

所述气膜外环氧与雾化外环氧共用一个通道，在烧嘴头部增设环形气体分割板或者通过在煤浆管的管壁上打孔实现，其中气膜外环氧通道大小由气膜外环氧与预混区气液固三相态物流动量比大小设置，以能在预混区外形成稳定气膜保护区为佳，气膜保护区长度大于气膜外环氧暴露在预混区长度l。

所述的点火投料一体化烧嘴投料运行过程中心氧占气化总氧量的0~20%，外环氧占气化总氧量的80~100%。

所述串级水冷壁炉膛根据气化反应特点将水冷壁设置成两级串级结构，气化原料进入气化炉膛，在上部第一串级区主要发生以放热反应为主的燃烧反应，伴随着水汽蒸发与原料自身加热，第二串级区主要发生以吸热反应为主的还原反应，第一串级区反应容积小于第二串级区，第一串级区反应物料可迅速进入第二串级区，减小高温回流气体对第一串级区反应的影响，保护炉顶水冷壁与工艺烧嘴头部，同时高温物流迅速进入第二反应区有利于第二反应区吸热反应进行。本发明实施例的气化炉气化反应，可以在分子水平上调整气化反应进行，提高气化反应碳转化率与改善气化反应产物分布。

所述串级水冷壁结构的水冷壁设置成膜式水冷壁，或者盘管式水冷壁，或者夹套式水冷壁，或者任意种水冷壁组合方式。

所述第一串级区直径D1小于第二串级区直径D2，第一串级区高度h1小于第二串级区高度h2。

所述膜式激冷器位于串级水冷壁下，通过螺栓固定于气化炉的激冷室的内隔板上，激冷水通过四个激冷水进口充满倒锥型结构的激冷器水箱，激冷水出口位于倒锥末端的环形通道下端，环形通道内设置有旋流板，增强激冷水流紊流，环形通道有末端固定环板，激冷水出口设置成易于加工的半圆或半椭圆型结构增强大颗粒灰渣通过能力，带半圆或半椭圆型结构出水孔的激冷水出口盖板通过小螺栓固定于固定环板上。根据本发明的气化炉，可随时保持激冷器内部清洁，保证激冷水对激冷器下降管保护，设备安全可靠性大幅提高。

所述多个激冷水进口沿激冷器倒锥型箱体均布在锥型外壁上。

本发明的有益效果如下：

本发明设计了点火投料一体化烧嘴安装在炉体顶部，通过在烧嘴头部气液固三相态预混区物料流外边缘的气膜保护层，烧嘴使用寿命大幅提高，气化装置稳定运行时间长，气化装置开停车频次降低；根据气化反应特点气化炉反应室设置成两级串级炉膛，可提高气化反应碳转化率，优化气化反应产物分布；膜式激冷器结构简单，通过设置在激冷水出口处的旋流板，降低激冷器内灰渣堆积，激冷水通过出水孔在下降管上形成均匀的液膜保护层，分割高温气体与下降管接触，激冷器可长周期运行。本发明的气化炉气化反应碳转化率高，反应产物分布好，可解决现有水煤浆水冷壁气化炉由于设备原因频繁停炉检修，大幅提高气化炉连续运行时间，提高经济效益。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的带有气膜保护的点火投料一体化烧嘴头部结构示意图。

图3为本发明的点火投料一体化烧嘴头部气膜保护结构示意图。

图4为本发明膜式激冷器结构示意意图。

图5为本发明膜式激冷器激冷水出口结构示意意图。

其中，附图标记为：1反应室，2激冷室，101串级水冷壁炉膛，102点火投料一体化烧嘴，103膜式激冷器，104炉体，105内隔板，106合成气出口，201点火杆，202中心氧和燃气通道，203煤浆通道，204外环氧通道，2041雾化外环氧通道，2042气膜外环氧通道，301螺栓，302激冷水进口，303激冷器水箱，304环形通道，305旋流板，306激冷水出口，307固定环板，308激冷水出口盖板，309小螺栓。

具体实施方式

如图1所示，一种长周期稳定运行的水煤浆水冷壁气化炉，包括炉体104、点火投料一体化烧嘴102、串级水冷壁炉膛101与膜式激冷器103，所述的点火投料一体化烧嘴102安装在气化炉炉体104顶部大法兰上，烘炉燃料与气化原料通过点火投料一体化烧嘴102喷入由水冷壁组成的两级串级炉膛，反应后的高温物流进入膜式激冷器103激冷降温，实现水煤浆水冷壁气化炉长周期稳定运行生产合成气需求。

所述气化炉主要包括承压外壳104，承压外壳上从上至下依次安装有点火投料一体化烧嘴102，串级水冷壁炉膛101，膜式激冷器103。点火投料一体化烧嘴102安装在气化炉炉体104顶部大法兰上，串级水冷壁炉膛101位于气化炉炉体内，气化炉的反应室1与激冷室2通过内隔板105隔开，膜式激冷器103通过螺栓301固定于内隔板105上。

点火投料一体化烧嘴102设置有烘炉燃料通道202，气化炉烘炉阶段，通过点火杆201引燃燃料气，与来至外环氧通道204的助燃气将气化炉内温度迅速提升至800℃以上，外环氧通道204头部特殊气体通道结构将外环氧内助燃气分成雾化外环氧通道2041助燃气与气膜外环氧通道2042助燃气，由气膜外环氧通道2042喷出的助燃气可避免烘炉过程烧嘴头部烧蚀。投料过程煤浆由煤浆通道203喷入并被燃料气引燃，烧嘴头部煤浆稳燃后停止燃料气供应，气化剂由中心氧和燃气通道202和外环氧通道204喷入，在串级水冷壁炉膛101内发生气化反应。由气膜外环氧通道2042喷出的气化剂可在中心氧与煤浆通道203的物料在烧嘴头部形成三相态物流的预混区A外围形成稳定的气膜保护层B，大大减弱煤浆对烧嘴头部磨蚀，大幅提高水煤浆烧嘴使用寿命。

由点火投料一体化烧嘴102喷出的煤浆与气化剂在两级串级水冷壁炉膛101的上部第一串级区主要发生以放热反应为主的燃烧反应，由于第一串级区直径D1小于第二串级区直径D2，高度h1小于第二串级区高度h2，反应产物可迅速进入第二串级区，减小高温回流气体对第一串级区反应的影响，保护炉顶水冷壁与工艺烧嘴头部，同时高温物流迅速进入第二反应区有利于第二反应区吸热反应进行，提高气化反应碳转化率与改善气化反应产物分布，实现气化炉生产。气化产生的高温合成气携带液态熔渣出串级水冷壁炉膛101后进入膜式激冷器103，合成气经激冷降温由合成气出口106送出气化炉，大部分液态熔渣固化成颗粒状固体落入气化炉激冷室2底部激冷水中间隔排出。

激冷水通过激冷水进口302送入倒锥型结构的激冷器水箱303，激冷器水箱303下部有激冷水环形通道304，在环形通道304内设置有旋流板305，这样激冷水进入激冷器后可以从上至下形成快速的紊乱态流动，避免小颗粒灰渣在激冷器内堆积，环形通道304有末端固定环板307，带半圆或半椭圆型结构出水孔的激冷水出口盖板308通过小螺栓309固定于固定环板307上。激冷水通过位于激冷水出口盖板308上的半圆或半椭圆型出口306在激冷器下降管上形成均匀液膜，隔离高温合成气和液态熔渣与激冷器下降管接触，激冷器安全可靠性大幅提高。

通过本实施例的气化炉单次投料后气化炉稳定运行时间大于现有水煤浆水冷壁气化炉，可实现气化装置长周期稳定运行。