專利名稱：固體燃料氣化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種固體燃料與氣化劑反應(yīng)生成合成氣的裝置，尤其涉及煤的氣化裝置。
背景技術(shù)：
固體燃料(主要是煤)氣化是燃料利用技術(shù)的一個方向，它的任務(wù)是把固體可燃物轉(zhuǎn) 化為便于燃燒的可燃?xì)怏w或化工原料——主要成分為一氧化碳和氫氣的混合氣。
按燃料在氣化床層中的流動方式可分為固定床、流化床和氣流床三種。氣流床氣化方 式具有單臺爐處理能力強(qiáng)、煤種適應(yīng)性廣、碳轉(zhuǎn)化率高和負(fù)荷調(diào)節(jié)性好等優(yōu)點(diǎn)，代表了今
后氣化技術(shù)的發(fā)展方向。
氣流床進(jìn)料有濕法和干法兩種形式。水煤漿是濕法進(jìn)料的主要形式，由于水煤漿反應(yīng) 時首先需要將煤漿中的水全部氣化，因此熱效率不高，而且反應(yīng)溫度較低，氧耗高。干法 進(jìn)料通過高壓氣體輸送干煤粉，與純氧或者富氧氣體發(fā)生反應(yīng)，主要特點(diǎn)是原料適應(yīng)性廣、 冷煤氣效率高、碳轉(zhuǎn)化率高。
氣流床氣化區(qū)主要有耐火磚和水冷壁形式。例如，中國專利公開號CN1775920A和中國 專利授權(quán)公告號CN201065399Y都公開了一種采用耐火材料例如耐火磚的煤氣化反應(yīng)裝置。 然而，耐火磚結(jié)構(gòu)高溫極易損壞，即便正常情況也要一年左右更換一次，更換價格高且影 響正常生產(chǎn)；而采用水冷壁形式，如果結(jié)構(gòu)布置合理，可以承受較高的反應(yīng)溫度，使用壽 命長，同時副產(chǎn)中高壓蒸汽，這種結(jié)構(gòu)可參見中國專利授權(quán)公告號CN2700718Y。
反應(yīng)生成的高溫混合物后續(xù)處理主要有激冷流程和廢鍋流程。前述CN1775920A和 CN201065399Y都采用了激冷流程，激冷流程需要消耗大量的水，另外也損失了大量的熱量， 一般只適合于化工原料氣的生產(chǎn)。而CN2700718Y則釆用了廢鍋流程，廢鍋流程可以回收煤
氣中的余熱，但是需要設(shè)置單獨(dú)的廢熱鍋爐，而且熱煤氣中攜帶了大量的飛灰給廢熱鍋爐 連續(xù)運(yùn)行帶來隱患。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種新型的固體燃料氣化裝置。該裝置不僅碳轉(zhuǎn)化率高，而 且余能余熱回收效果好、水耗低、無污染。該目的是通過這樣一種固體燃料氣化裝置，該裝置氣化室和冷卻凈化室，在所述冷卻 凈化室入口附近設(shè)置有第一冷卻介質(zhì)分布器，其用于沿圓周方向向來自氣化室的高溫合成 合氣注入低溫冷卻介質(zhì)。沿圓周方向注入的低溫合成氣與來自氣化室的高溫氣固混合物混 合后在冷卻凈化室內(nèi)部產(chǎn)生圓周方向的旋轉(zhuǎn)。 一方面依靠強(qiáng)對流使所述高溫合成氣中夾雜 的液渣迅速降溫變?yōu)楣淘フ承?，另一方面使得氣固混合物中的固體顆粒在離心力的作 用下甩向冷卻凈化室的內(nèi)壁面，并在重力作用下落到渣水池中。
優(yōu)選地，所述氣化室的內(nèi)壁采用盤管式水冷壁結(jié)構(gòu)，其中的盤管結(jié)構(gòu)包括主體盤管和 出渣盤管。由于采用了分體式水冷內(nèi)襯結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)運(yùn)行的實(shí)際情況進(jìn)行流量等調(diào)節(jié)， 有效保護(hù)水冷內(nèi)襯，因此可以承受較高的氣化反應(yīng)溫度，有效提高了氣化反應(yīng)效率，同時 增加了氣化反應(yīng)的時間，提高碳的轉(zhuǎn)化率。同時，由于主要冷卻環(huán)節(jié)用水均為閉環(huán)循環(huán)利 用，同時避免采用水激冷方式，因此大幅減少了水的消耗量。
優(yōu)選地，所述冷卻凈化室中包括多個水冷壁，并且所述多個水冷壁形成迷宮狀的用于 冷卻除塵的流體通道。流體通道的這種迷宮形狀，能夠延長合成氣的流動路徑，充分回收 了合成氣及灰渣中的余熱，實(shí)現(xiàn)了能量的梯級利用，不僅節(jié)能而且減少了高品質(zhì)能量損失。 優(yōu)選地，所述流體通道中還設(shè)置有第二冷卻介質(zhì)分布器，其用于向來自氣化室的高溫 合成氣沿圓周方向注入低溫冷卻介質(zhì)。這種設(shè)置有利于進(jìn)一步使高溫合成氣降溫，并清除 其中夾雜的較小固體雜質(zhì)。
優(yōu)選地，所述流體通道的橫截面積沿合成氣的流動方向逐漸增大。通過這樣的設(shè)置， 可以使合成氣在冷卻凈化室中流動的過程中流速不斷地降低，由于流速降低，合成氣中夾 雜的雜質(zhì)、飛灰更傾向于在重力的作用下逐漸下落到渣水池中，因此更有利于從所述合成 氣中清除雜質(zhì)和飛灰。以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型的裝置進(jìn)一步說明。 圖l (a)是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖l (b)是沿圖l (a)中的線A-A的看去的氣體分布器的布置示意圖； 圖2 (a)是本實(shí)用新型的另一種結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2(b)是沿圖2 (a)中的線A-A的看去的氣體分布器的布置示意圖； '附圖標(biāo)記列表
l.殼體；2.主體盤管；3.出渣盤管；4.錐盤法蘭；5.第一冷卻介質(zhì)分布器；6.大法蘭； 7.第二冷卻介質(zhì)分布器；8.合成氣出口； 9.第一水冷壁；10.第二水冷壁；ll.第三水冷壁；12.渣水池；13.冷卻凈化室；14.高溫合成氣、飛灰、固渣；15.高溫合成氣、飛灰、
液渣；16.氣化室。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)在將結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的原理和本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例加以詳細(xì)地描述。 本實(shí)用新型的基本原理為將可燃物(例如煤粉)與氣化劑(例如空氣、氧氣等氧化 劑)通過燃燒器噴入氣化區(qū)，通過控制可燃物和氣化劑的比例，使得兩者在氣化區(qū)內(nèi)的高 溫高壓條件下(溫度1200。C 200(TC，壓力2Mpa 10Mpa)發(fā)生快速不完全反應(yīng)，反應(yīng)生 成的高溫合成氣(主要成分為一氧化碳和氫氣)、液渣和飛灰(主要成分為無機(jī)鹽)通過 出渣口向下流動。
煤粉和氣化劑通過殼體l上部的氣化室入口進(jìn)入氣化室，其中所述氣化室的內(nèi)襯采用 盤管式水冷壁結(jié)構(gòu)，其中的盤管結(jié)構(gòu)分為主體盤管2和出渣盤管3兩個部分。將水冷內(nèi)襯分 為兩部分可以根據(jù)運(yùn)行的實(shí)際情況進(jìn)行流量等調(diào)節(jié)，有效減少盤管內(nèi)的流動阻力同時保護(hù) 水冷內(nèi)襯。
為了有效地降低高溫合成氣的溫度并取出其中夾雜的固體顆粒雜質(zhì)，本實(shí)用新型采用 了沿圓周方向向所述高溫合成氣注入低溫合成氣，以凈化所述高溫合成氣并使其降溫的方 法。上述實(shí)用新型思想可在本實(shí)用新型的固體燃料氣化裝置中得以具體的體現(xiàn)，參見圖 l(a)。
氣化室的下部具有氣化室出口，反應(yīng)后的高溫合成氣以及液渣、飛灰通過該出口進(jìn)入 冷卻凈化室。冷卻凈化室的上端與氣化室出口部設(shè)置有錐盤法蘭4，錐盤法蘭4上設(shè)置有第 一氣體分布器5 (見圖l(b)，其中第一冷卻介質(zhì)分布器5的噴嘴數(shù)目為4個；根據(jù)實(shí)際生產(chǎn) 的需要，所述噴嘴數(shù)目可以相應(yīng)的調(diào)整，例如3-多個)，第一冷卻介質(zhì)分布器5以大致沿圓 周方向的角度和適當(dāng)?shù)乃俣韧ㄟ^噴嘴注入低溫冷卻介質(zhì)，使得注入的低溫合介質(zhì)與來自氣 化室的高溫氣固混合物混合后沿冷卻凈化室中的第一水冷壁9的內(nèi)側(cè)旋轉(zhuǎn)。 一方面依靠強(qiáng) 對流使所述高溫合成氣中夾雜的液渣迅速降溫變?yōu)楣淘フ承裕硪环矫媸沟脷夤袒旌?物中的固體顆粒在離心力的作用下甩向第一水冷壁9的內(nèi)壁面，并在重力作用下落到渣水 池12中，受到渣水池內(nèi)冷水激冷。同時由于第一水冷壁9內(nèi)腔的溫度仍然較高，因此可以
使得少量未反應(yīng)的碳進(jìn)一步與氣化劑發(fā)生反應(yīng)，從而有效提高了碳的轉(zhuǎn)化率。在這個過程 中，第一水冷壁9可以生產(chǎn)出中高壓蒸汽。
為了使經(jīng)第一步冷卻后的合成氣進(jìn)一步冷卻和去除雜質(zhì)，本實(shí)用新型的方法還包括將
5降溫后的合成氣通過由流體冷卻壁構(gòu)成的流體通道，吸收高溫余熱同時使其進(jìn)一步冷卻； 使所述流體通道具有迷宮形狀；優(yōu)選地，該方法還包括在所述流體通道中向所述合成氣中 進(jìn)一步注入低溫冷卻介質(zhì)。
上述實(shí)用新型思想可在本實(shí)用新型的固體燃料氣化裝置中進(jìn)一步得以體現(xiàn)。 參見圖l(a)，經(jīng)過第一水冷壁9的內(nèi)腔后的合成氣溫度有所降低，基本除掉了大的固 渣顆粒。合成氣沿著第一水冷壁9的內(nèi)壁向下流動，在沖擊渣水池12后折返，沿第二水冷 壁10和第一水冷壁9之間圍成的空腔向上流動，在流動過程中溫度繼續(xù)降低，余熱得以回 收。
合成氣沿第二水冷壁10的內(nèi)側(cè)上行，至大法蘭6處折返。大法蘭6與第二水冷壁10之間
具有一定的間隔，合成氣通過該間隔的空間進(jìn)入由第三水冷壁ii和第二水冷壁io在其兩者
之間界定的空間。所述大法蘭6上設(shè)置有第二冷卻介質(zhì)分布器7 (見圖l(b),其中第二冷卻 介質(zhì)分布器5的噴嘴數(shù)目也是4個；根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)的需要，所述噴嘴數(shù)目可以相應(yīng)的調(diào)整， 例如3-多個)，第二冷卻介質(zhì)分布器7以大致沿圓周方向的角度和較快的速度通過噴嘴注入 低溫冷卻介質(zhì)。此時注入低溫冷卻介質(zhì)具有兩個作用，首先進(jìn)一步降低合成氣的溫度，其 次使合成氣在流動過程中沿第三水冷壁ll產(chǎn)生快速的旋轉(zhuǎn)，將較小的灰渣甩到第三水冷壁 ll的壁面，從而這些較小的灰渣在重力作用下落到渣池中，可以除掉較小的飛灰。以上過 程中，第二水冷壁10所吸收的熱量可用于生產(chǎn)中壓蒸汽。
經(jīng)過第二次旋流除塵的合成氣沿第三水冷壁ll向下流動，并在沖擊渣水池的冷水液面 之后折返，沿第三水冷壁ll和和殼體l之間形成的空腔向上流動，最后以適當(dāng)?shù)臏囟葟暮?成氣出口6排出，并通往合成氣后續(xù)處理裝置。以上過程中，第三水冷壁ll所吸收的熱量 可用于生產(chǎn)低壓飽和蒸汽。
為了進(jìn)一步去除合成氣體中的較小的固體雜質(zhì)，本實(shí)用新型的方法還包括使流體通道 中的合成氣的流動速度逐漸降低。
圖2示出了本實(shí)用新型的另一個實(shí)施例，除冷卻凈化室部分的殼體l的直徑更大之外， 該實(shí)施例與


圖1的實(shí)施例基本上相同。
由于圖2中的冷卻凈化室外部殼體1的直徑尺寸更大，因此可以在冷卻凈化室中行程橫 截面面積更大的流體通道。其中，第二水冷壁10和第三水冷壁11之間的流體通道的橫截面 面積、以及第三水冷壁ll與殼體l之間的流體通道的橫截面面積都比圖l的實(shí)施例中的相應(yīng) 流體通道的橫截面面積更大。更優(yōu)選地，第三水冷壁ll與殼體l之間的流體通道的橫截面 面積與第二水冷壁10和第三水冷壁11之間的流體通道的橫截面面積都大于第一水冷壁9和第二水冷壁10之間的流體通道的橫截面面積，并且第三水冷壁ll與殼體l之間的流體通道 的橫截面面積大于第二水冷壁10和第三水冷壁11之間的流體通道的橫截面面積。通過這樣
的設(shè)置，可以使合成氣在冷卻凈化室中流動的過程中流速不斷地降低，由于流速降低，合 成氣中夾雜的雜質(zhì)、飛灰更傾向于在重力的作用下逐漸下落到渣水池中，因此更有利于從 所述合成氣中清除雜質(zhì)和飛灰。
通過上面所描述的實(shí)施例可以看出，本實(shí)用新型通過在爐內(nèi)進(jìn)行多次除渣、除灰，有 效減少了合成氣中灰渣的含量，因此能夠減少后續(xù)合成氣處理設(shè)備投資。并且高溫反應(yīng)生 成的灰渣主要成分為無機(jī)鹽，可以作為建筑產(chǎn)品的原料，不產(chǎn)生廢渣污染。
上文已經(jīng)結(jié)合本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例對本實(shí)用新型的固體燃料氣化裝置進(jìn)行了詳 細(xì)的描述。然而，上述優(yōu)選實(shí)施例僅僅是說明性質(zhì)的，而非對本實(shí)用新型的范圍加以限定。 在本實(shí)用新型的教導(dǎo)下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本實(shí)用新型的裝置加以各種顯而易見的 修改和變化。本實(shí)用新型的范圍應(yīng)當(dāng)由獨(dú)立權(quán)利要求確定，本實(shí)用新型的進(jìn)一步優(yōu)選的方 案由從屬權(quán)利要求確定。
權(quán)利要求1、一種固體燃料氣化裝置，其包括氣化室和冷卻凈化室，其特征在于，在所述冷卻凈化室入口附近設(shè)置有第一冷卻介質(zhì)分布器(5)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體燃料氣化裝置，其特征在于，所述氣化室的內(nèi)壁采用 盤管式水冷壁結(jié)構(gòu)，其中的盤管結(jié)構(gòu)包括主體盤管(2)和出渣盤管(3)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的固體燃料氣化裝置，其特征在于，所述冷卻凈化室中 包括多個水冷壁(9， 10， 11)，并且所述多個水冷壁形成迷宮狀的用于冷卻除塵的流體通 道。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的固體燃料氣化裝置，其特征在于，所述流體通道中還設(shè)置 有第二冷卻介質(zhì)分布器(7)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的固體燃料氣化裝置，其特征在于，所述流體通道的橫 截面積沿合成氣的流動方向逐漸增大。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種固體燃料氣化裝置，其包括氣化室和冷卻凈化室，冷卻凈化室入口處設(shè)置有第一冷卻介質(zhì)分布器(5)，其用于沿圓周方向向來自氣化室的高溫合成合氣注入低溫冷卻介質(zhì)，從而使高溫合成氣體降溫并從中去除固體雜質(zhì)。
文檔編號C10J3/20GK201376954SQ20082012459
公開日2010年1月6日 申請日期2008年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月29日
發(fā)明者偉 信, 姜從斌, 燕 張, 禮 張, 李紅海, 王明坤, 高瑞恒 申請人:北京航天萬源煤化工工程技術(shù)有限公司