[发明专利]复合炉衬和气流床气化炉

说明书

本发明公开了一种复合炉衬，该复合炉衬包括水冷壁层（3）和敷设在水冷壁层的内壁面上的中间层（4），中间层的内壁面上敷设有向火层（10），并且向火层的材质的最高使用温度高于中间层的材质的最高使用温度。本发明还公开了一种气流床气化炉，包括炉体（1）和由炉体（1）包围形成的炉腔，炉腔的上部形成气化室（2），在与气化室位置对应的炉体的内侧壁上，安装有上述的复合炉衬。本发明的复合炉衬可以实现气化反应形成的高温流态熔渣容易地附着在向火层上并且在向火层上形成顺畅的流动。由此使得“以渣抗渣”的动态过程更加稳定，从而由向火层和熔渣形成的抗高温保护层能够对中间层和水冷壁层形成有效的保护。

技术领域

本发明涉及煤化工领域，具体地，涉及一种复合炉衬和气流床气化炉。

背景技术

煤气化技术是发展煤基化学品、液体燃料、IGCC发电、制氢等过程的基础，是煤化工产业的龙头技术。由于合成氨、甲醇、二甲醚、煤制油、煤制烯烃等产业的快速发展，中国的煤炭气化工艺正由老式的UGI炉块煤间歇气化迅速向先进的粉煤气化工艺过渡，呈现出对各类粉煤气化技术装备的强劲需求。与固定床和流化床煤气化技术相比，气流床煤气化技术具有生产能力大、碳转化率高、合成气中有效气体（CO和H2）成分高、煤种适应广、污染小等优点，是大规模煤气化技术的发展趋势。

目前大多数气流床气化炉的炉体内侧壁上设置水冷壁层。水冷壁层外表面附着一层耐火材料，内置金属销钉。气化过程中，高温熔融下的流态熔渣沿着水冷壁层在重力作用下向下流动。当渣层较薄时，由于耐火材料和金属销钉具有很好的热传导作用，因此渣层的外表层能够冷却至灰熔点并且固化附着。当渣层增厚到一定程度时，热阻增大，传热减慢，因此渣层的外表层温度会升高到灰熔点以上，使得熔渣流淌，渣层减薄。当渣层减薄到一定厚度时，热阻减小，传热量增大，因此渣层的外表层温度会降低到灰熔点以下，使得熔渣聚积增厚。这样，不断地进行动态平衡，实现了水冷壁层“以渣抗渣”的功能。在物料的氧碳比不出现大的波动的情况下，渣层厚度在动态中相对稳定，炉内温度就不会出现大幅度波动，从而有效保护水冷壁层不受反应腐蚀、不受高温烧蚀、不受熔渣磨蚀，以保证气流床气化炉的使用寿命。

然而，在气流床气化炉的运行过程中，氧碳比并不容易控制。因为氧碳 比的配置除了对煤粉粒径有一定的要求外，还需关注入炉煤粉的灰熔点和粘温特性。一般对于灰熔点较高的原煤，在制粉前应添加一定比例的助熔剂来降低灰熔点，才能实现合适的氧碳比并实现满意的熔渣流动，以及获得良好的水冷壁层挂渣和气化炉下部渣池顺利排渣。如果其中某一环节控制不当，就会使气化炉内的温度出现较大波动。一旦气化温度与粉煤灰熔点之间温差过大时，就会损坏水冷壁层上的保护渣层。当保护渣层减薄到一定程度时，将失去对水冷壁层的保护而出现烧穿现象，进而会伤害到设备本体，使气化炉反应热平衡失衡。

根据上述，现有技术中的水冷壁层仅在氧碳比不出现大的波动、从而炉内温度保持比较稳定的情况下才能正常工作。但实际中的工况是氧碳比不易控制，炉内的温度可能出现大幅度波动，因此导致现有技术中的水冷壁层结构经常会因无法抵御炉内温度的波动而发生严重故障。

发明内容

本发明的目的是提供一种复合炉衬和气流床气化炉，用以提高水冷壁层抵御炉内温度波动的能力，并且提高气化反应的碳转化率。

为了实现上述目的，本发明提供一种复合炉衬，该复合炉衬包括水冷壁层和敷设在水冷壁层的内壁面上的中间层，中间层的内壁面上敷设有向火层，并且向火层的材质的最高使用温度高于中间层的材质的最高使用温度。

优选地，向火层的材质包括灰渣、灰渣提炼物、碳-碳化硅、碳-陶和碳化硼中的一种或者多种。

优选地，向火层的材质为灰渣、灰渣提炼物、碳-碳化硅、碳-陶和碳化硼中的一种或者多种与高温耐火可塑料相混合后形成的混合物。

优选地，向火层的材质为气化炉的灰渣和/或灰渣的提炼物。