[实用新型]一种多段水冷壁高效激冷气化装置

说明书

技术领域

本发明属于新能源技术领域，涉及一种多段水冷壁高效激冷气化装置。

背景技术

自20世纪70年代中期出现世界性石油危机后，洁净煤技术研究、开发和应用成为了各国政府可持续发展战略和能源安全的战略研究重点。煤气化技术是清洁利用煤炭资源的重要途径和手段。煤气化是煤经过不完全燃烧转化为合成气、燃料气的技术。气化炉内，煤与水、蒸汽或CO作用转化为合成气、燃料气。煤中所含矿物质(灰)转化成灰渣，硫转化为硫化氢，经净化脱除生成硫或进一步转化成硫酸，氮(包括氯)转化为NOx、NH₃，可经净化脱除。清洁气体可以作为城市煤气、发电用燃料气，也可以用来生产化工产品(如合成氨、甲醇等)和清洁发动机用燃料(如氢、汽油、柴油、醚、醇燃料等)。

气流床气化技术是现在最高效、清洁的煤利用技术之一，代表着煤气化技术的发展趋势，气流床气化技术根据进料状态的不同分为水煤浆和粉煤两种方式，气化炉从原料状态分为水煤浆和干煤粉两类，水煤浆进料以德士古气化炉为代表，干煤粉进料以Shell气化炉为代表。德士古气化炉为单喷嘴结构，喷嘴轴线与气化炉渣口轴线重合，在气化炉主体轴线上，物料在气化炉中的停留平均时间为5s，有55%的物料在小于5s的时间逸出炉外使得碳转化率不够高；耐火砖衬里的使用寿命不高使得气化炉换砖的周期很长，更换费用和停工损失大大增加。目前运行的气化炉燃烧室广泛采用“以渣抗渣”的原理使用水冷壁衬里，分为盘管式和列管式，choren气化炉在燃烧室和激冷室之间的通道渣口段设置水冷壁，流量在20～30m³之间,在实际运行中发现,渣口段水冷壁起到了反作用,因为它的存在,使得气化炉熔渣经过渣口时温度骤然降低,渣的流动阻力增加,在渣口处出现渣堵现象,在生产上采取的处理措施是提高气化炉温度,提高渣的流动性,使渣顺利排出。当水冷壁出现泄漏时，检测泄漏点成为实际生产的难点，泄漏点在停车检修时才能被找到和修补。水冷壁采取的冷却方式一般为下部进水、上部出水，与气流方向逆向冷却，这样，水冷壁下部水温的温度梯度变化较大，上部的温度梯度变化较小，而水冷壁的上部区域离喷嘴较近，经受着高温高压和高热辐射的恶劣环境，发生水冷壁泄漏的几率更大。喷嘴也是气化炉的重要组成部分，根据功能不同一般分为点火喷嘴和工艺喷嘴，点火喷嘴主要用于点火使用，工艺喷嘴用于投料和运行使用。传统的德士古气化工艺先用点火喷嘴烘炉再更换工艺喷嘴，整个开车过程需要7～8天的时间且开车成本高，不利于在越来越激烈的气化市场的竞争。

气化炉的激冷室是气化炉的重要组成部分，气化炉激冷室内部的传热传质过程复杂迅速，是气化工艺操作过程中的关键环节之一，控制不好会出现合成气带水、合成气灰含量高、合成气的水/气不合格、激冷室内部液位保持不住、下降管烧坏等问题。德士古气化炉激冷室由激冷环、下降管和上升管组成，燃烧室与激冷室之间通道是渣口，渣口的下面是激冷环，激冷环下面连接着下降管，下降管的下端深入到激冷室的正常液位以下。下降管的外面是上升管，上升管与下降管同轴，上升管的上部有一个起折流作用的折流板，折流板为斜向下的伞形挡板，固定在燃烧室的锥底上。合成气在离开激冷室的液面后首先沿上升管上升，在上升到上升管的顶部后，合成气会受到折流板的作用改变方向，先向下折流，再向上升，从激冷室的合成气出口离开激冷室。由于合成气的气泡具有比较大的能量，所以在合成气的气泡逸出激冷室的水面时会夹带大量液体，造成合成气的水/气不合格、激冷室内部液位保持不住的问题。有资料表明激冷室内黑水的循环量高达2050m³/h，这大约相当于进入激冷室补充水的2O倍，最终被带出激冷室的黑水量也高达40m³/h。合成气带液的同时，水中微米级的细灰也被带离激冷室，造成合成气中灰含量高的问题。