專利名稱：蓄熱移動床煤氣化爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明應(yīng)屬于煤氣化動力領(lǐng)域，涉及煤氣^ttl爐.叫做無槍投漿的蓄熱移動 床煤氣化爐.
無槍投漿的蓄熱移動床煤氣化爐是一種可燃用高低含硫量的漿狀或粉狀燃 料(通常是水煤漿、也可以是煤粉或水焦?jié){或乳化焦?jié){或油煤漿或油泥或生鉤 質(zhì)燃料)的煤氣化爐。
背景技術(shù)：
本發(fā)明的背景技術(shù)是用噴槍霧化的或其他各式各樣煤氣化爐。這些背景技
術(shù)普遍地存在下列頑固問題
1. 煤氣化行業(yè)技術(shù)人員*知道，現(xiàn)行煤氣化爐運行中普遍出現(xiàn)排渣難、排灰難、 固定碳氣化率低等一系列問題，這些問題最終導(dǎo)致煤氣化爐停爐率高、生產(chǎn) 勞動強度大、固定碳損失造成的能源浪費嚴重、生產(chǎn)成本高、經(jīng)濟效益差。
2. 無本發(fā)明的蓄熱床的捕塵兼凈化作用，需另設(shè)急冷除塵凈化器，能量利用率 低，很不科學(xué)，浪費很大。
附表2的數(shù)據(jù)具體說明了本發(fā)明比現(xiàn)狀的煤氣化爐先進多少。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是要克服現(xiàn)行噴槍霧化的水煤漿煤氣化爐或其他各式各樣煤 氣化爐普遍存在的上列頑固問題，用以高效、環(huán)保地開創(chuàng)一個以煤代替石油和 天然氣的事業(yè)
本發(fā)明是一種使用水煤漿或煤粉的煤氣化爐，此種煤氣化爐的氣化方式叫 做蓄熱移動床(the Storageable Move Bed-—SMB)氣化方式，此種煤氣化爐就 叫做蓄熱移動床(SMB)煤氣化爐；因為這種煤氣化爐使用耐火球作載體， 粘水煤漿或煤粉入爐，而不是用噴霧槍，這是本發(fā)明區(qū)別于以往用噴槍霧化 的煤氣化爐的最鮮明特征。因其使用耐火球作載體，與其他用粒狀煤的煤氣化 爐亦有明確區(qū)分。無槍投漿的蓄熱移動床煤氣化爐(以下稱SMB煤氣化爐)所要解決的問題 和能達到的效果列表如表1和表2:
表l: SMB煤氣化爐所要解決的問題列表
以往的水煤漿煤氣化爐的存在問趙SMB煤氣化爐解決了這些問題
1. 運行中普遍出現(xiàn)排渣難、除灰難、 脫琉難、氣化率低、易結(jié)焦等一 系列問題，生產(chǎn)勞動強度大、固 定碳損失造成的能源浪費嚴重、 生產(chǎn)成本髙、經(jīng)濟效益差， 2. 無本發(fā)明的蓄熱床的捕塵兼凈化 作用，需另設(shè)急冷除塵凈化器， 能量利用率低，很不科學(xué)，浪費 很大。1. 運行時不結(jié)渣、無積灰、不結(jié)焦、氣化率 髙。而且投資少，運行可靠，運行費低。 2. 本發(fā)明中的蓄熱床起蓄熱降溫兼捕塵凈 化煤氣的作用，無需另設(shè)急冷除塵凈， 器，能量利用非?？茖W(xué)，大大降低煤氣生 產(chǎn)費用，
表2: SMB煤氣化爐與噴槍霧化煤氣化爐的運行效果對比:
對比項目SMB煤氣 化爐噴槍霧化煤氣 化爐備注
大修周期8000小時 以上1400小時左右
氣化率> 99%<卯％
兩種煤氣化爐能量轉(zhuǎn)換 效率對比> 92%< 75%
此外，本發(fā)明可產(chǎn)高熱值煤氣，可替代天然氣，適用于大型煤氣
化站，如燃氣管網(wǎng)的坑口氣化站，IGCC電站，合成氨、甲醇等生產(chǎn) 項目。
發(fā)明的詳細描述
5本發(fā)明以本人的蓄熱移動床(發(fā)明專利申請?zhí)?00610123561.6,申請曰 2006年11月9曰)和蓄熱移動床鍋爐(發(fā)明專利申請?zhí)?00810029590.5，申 請曰2008年7月21曰)為基本燃燒方式，經(jīng)過多次改進，不斷完善，使該蓄 熱移動床燃燒裝置能應(yīng)用于煤氣化爐上，這種煤氣化爐是無槍投漿的.
SMB煤氣化爐由耐火球移動床(33)、蓄熱體R(34)、蓄熱體L(35)、升 球機、脫硫塔(39)等組成。見圖l,在實物煤氣化爐中，耐火球移動床(33) 和左右兩邊的蓄熱體(34、 35)是緊靠在一起的一個整體，外包以爐墻，外形 大體上是長方體，爐墻由輕質(zhì)隔熱耐火磚墻(42 )、保溫層(43 )和鋼板爐皮(44) 三層構(gòu)成。圖l中為了容易看明白，把蓄熱體(34、 35)和酎火球移動床(33) 畫成分體的三個部分。
這種煤氣化爐的結(jié)構(gòu)和運作過程詳解于下文A D點 A如何無槍地投漿狀燃料入爐燒起來
參看圖2:耐火球移動床和圖4:升球機布置及其排灰口位置圖。
本發(fā)明用耐火球粘漿入燃燒氣化室(23)，所以不用噴槍。 耐火球是一種用耐髙溫材料制成的球形耐火材料，具有2000K以上的 熔點和較強的耐熱沖擊性。
耐火球(1)被升球機提升到移動床預(yù)熱耐火球入口(4)處，滾過一個 叫做漿硯(2)的低洼處，漿狀燃料就粘附于耐火球的外表面，粘有漿狀燃 料的耐火球叫球形燃料，這種球形燃料再順勢滾到移動床的上段，這一段 叫移動床預(yù)熱段(22)，用以預(yù)熱升溫球形燃料；移動床由預(yù)熱段(22)、燃燒 氣化室(23)、冷卻段(24)三段構(gòu)成，移動床是裝滿耐火球工作的，耐火 球是循環(huán)使用的，它們依次地、緩慢地從上向下移動通過預(yù)熱段(22)、燃 燒氣化室(23)、冷卻段(24)，其間球形燃料完成升溫、著火燃燒、降溫 的過程。
以往的煤氣化爐的排渣難、氣化率低、易結(jié)焦、結(jié)渣問題由于下列三種原因，可以切底解決
1. 在SMB中移動床火室中的燃燒峰值溫度可以且必須控制在燃料的灰熔點以下，因為可以通過氧氣流量計(36)、氧氣調(diào)節(jié)閥(37)調(diào)節(jié)氧氣、水蒸汽與水煤漿的比來調(diào)節(jié)燃燒峰值溫度(水蒸汽在四通換向閥38前的氧氣管注入、其流量是自動調(diào)節(jié)的)，耐火球本身亦可吸熱起緩沖峰溫的作用，從而調(diào)節(jié)了移動床火室中的燃燒峰值溫度，使其一直在灰熔點以下以免把灰燒熔而粘牢在耐火球上。
2. 耐火球的熔點很高，在2000K以上，不易被燒熔而粘上灰渣，3.SMB煤氣化爐能給漿狀燃料足夠長的停留時間，使其氣化率高，
殘?zhí)挤浅Ｉ伲@種燒透了的灰渣是疏松的，這樣，球形燃料燒后剩下的
是一層疏松的灰殼，在經(jīng)升球機向漿硯輸送過程中被磨掉。
進球速度是由落球機(11)的轉(zhuǎn)速控制著的；從落球機(11)落下讎
球柵(12)的耐火球，滾到斜道(17),再由升球機沿升球管(32)提升到
移動床預(yù)熱段的耐火球入口(4)處，完成一個循環(huán)。這樣，耐火球可以不間
斷地把漿狀燃料投入到燃燒氣化室(23)中，水煤漿由進漿管(3)進入，
多余的漿從回漿管(26)溢出返回貯漿罐，水煤漿的加入速度基本上與進
球速度成正比例，可由落球機(11)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，移動床的下移速度決定
爐的產(chǎn)率，負荷調(diào)節(jié)范圍可以很寬，省下大型氣柜的投資。
在同一臺煤氣化爐中，落球機(ll)、升球機所組成的運球機構(gòu)可以因煤氣化爐處理量的大小有一套或多套，單套的投煤量可達10喊/時。
上述投料入爐過程是不用噴槍的，因此，本發(fā)明的投料方法稱為無
槍投料法，這種煤氣化爐又叫無槍煤氣化爐，這是本發(fā)明區(qū)別于以往用噴
槍霧化的煤氣化爐的最鮮明特征。落球機(11)的具體構(gòu)造本申請不作公開。升球機的具體構(gòu)造本申請不作公開。
為使耐火球無障礙地通過移動床，特意把移動床的各段做成向下漸擴
狀，燃燒氣化室(23)的向下漸擴狀最明顯，安裝在燃燒氣化室(23)內(nèi)的左、右側(cè)蒸發(fā)管排(19、 8)和中部蒸發(fā)管排(9)之間的耐火球下移通道也被做成這種向下漸擴狀，移動床的橫截面是矩形的，但其外殼的橫截面完全可以設(shè)計成圃形，以實現(xiàn)加壓氣化，提高產(chǎn)能，就象加壓循環(huán)流化床(PCFB) —樣。
在移動床冷卻段(24)設(shè)有爐門和點火系統(tǒng)(18)，破損的球從篩球柵(12)掉落格柵(14)，定期從破球出口 (13)清除出去。
在這里，耐火球不單指某個耐火球，而是包括移動床內(nèi)所有參與循環(huán)的耐火球。
B蓄熱移動床氣化裝置的運作過程
參看圖l:蓄熱移動床煤氣化爐工作流程圖、圖2:耐火球移動床和圖3:蓄熱體L。
蓄熱體有左右兩坐，分置于燃燒氣化室(23)兩側(cè)，分別叫蓄熱體R(34)和蓄熱體L (35 )，蓄熱體中裝備有瓷質(zhì)蓄熱單元(29)并有除灰功能，蓄熱體設(shè)置有蓄熱體集灰口 (27)用以收集除下的灰，回收利用。蓄熱體的自除灰設(shè)置是本發(fā)明得以實現(xiàn)的關(guān)鍵之一。蓄熱體的具體構(gòu)造本申請不作公開。
蓄熱體起蓄放熱的作用，蓄的是從燃燒氣化室(23)出來的未被燃燒氣化室(23)兩側(cè)的管排(8或19)吸收的煤氣余熱，該蓄熱體升溫后接著釋放熱量預(yù)熱流經(jīng)蓄熱體的助燃氧氣和水蒸汽，助燃氧氣和水蒸汽參與燃燒氣化室(23)中球形燃料的燃燒氣化。
移動床的下移速度是由落球機(11)控制的，球形燃料移到移動床冷卻段(24)就成了熾熱的包有一層灰渣的耐火球，需要冷卻回收熱能才排出移動床，所以床底安排了一股冷卻氧氣從耐火球冷卻氧氣入口 (25)吹入，上升到燃燒氣化室(23)參與燃燒，該路氧氣從氧氣總管上分配得來。在程控器控制下，四通換向閥(38)周期性地改變煤氣和氧氣的流向，使一個蓄熱體由蓄熱轉(zhuǎn)放熱，另一個則由放熱轉(zhuǎn)蓄熱。這些過程是在程控器控制下周而復(fù)始、循環(huán)不息地進行著。
值得一提的是，這里的蓄熱移動床煤氣化爐處理的是煤這種含有較髙灰份的燃料，這類燃料含有比石油產(chǎn)品或天然氣所含的髙得多的灰份，而以往的氣化煤等含有較髙灰份的燃料的裝置中，象本說明這種用耐火球作載體的蓄熱式氣化裝置未見公開。
而且，SMB煤氣化爐運行非?？煽?，因為它從根本上解決了結(jié)焦停爐
的問題，并簡化了供漿系統(tǒng)
SMB煤氣化爐不用空壓機和槍前的漿泵、燃料集成箱、日用漿缸、過
濾器等一系列設(shè)備，供漿系統(tǒng)大大簡化，降低發(fā)生故障的機率。
含氧蒸氣或煤氣管口 (28)是含氧蒸氣進口或煤氣出口，蓄熱體蓄熱
時是煤氣出口，放熱時成了含氧蒸氣進口。
C燃燒氣化室(23)設(shè)置中部管排的必要性
參看圖2:耐火球移動床和圖6:燃燒溫度在燃燒氣化室中沿火焰流動
方向的曲線圖。
蓄熱移動床煤氣化爐的撤熱鍋爐本體由左右汽包。1、 5)，上升總管(6)，下降總管(7)，上聯(lián)箱(20),下聯(lián)箱(IO)，蒸發(fā)管排(8、 9、 W)組成。上聯(lián)箱(20)，下聯(lián)箱(10)，蒸發(fā)管排(8、 9、 19)安裝在燃燒氣化室(23)內(nèi)，全部是輻射傳熱面，
經(jīng)左或右蓄熱體預(yù)熱的髙溫含氧蒸汽從燃燒氣化室(23)的左或右邊橫向吹過燃料層(見圖1)，使燃料層在髙溫(一般有923K)進氣的助燃下燃燒氣化，而灰熔點一般是1573K,若不設(shè)置中部管排(9)，則需要過量的蒸氣，才能把燃燒峰值溫度控制在灰熔點(1573K)以下，這樣，蒸汽將帶走很多顯熱，并產(chǎn)生不必要的污水。設(shè)計本發(fā)明的煤氣化爐時，在燃燒氣化室(23)設(shè)置若干組中部管排(9)，使即將達到灰熔點溫度的火焰及時得到中部管排的冷卻，燃燒溫度在燃燒氣化室(23)中沿火焰流動的方向的曲線圖如圖6 —樣，此圖是在燃燒氣化室(23)設(shè)置了兩組中部管排的例子，可以看到溫度曲線呈梯級形，且每一個燃燒峰值溫度都處在火焰到達管排邊上處，且都低于灰熔點。D耐火球(1)載體的冷卻磨灰
參看圖2:耐火球移動床、圖4:升球機布置及其排灰口位置圖和圖5:升球機及其排灰口位置示意圖。
這里的耐火球只是一種載體， 一種在燃燒氣化室(23)和漿硯(2)間循環(huán)不息地運載漿狀燃料的載體，從燃燒氣化室(23)下來的耐火球帶有的熱量要回收，表面的燃料燃盡后的灰殼要除去，所以從落球機(11)下方鼓入耐火球冷卻氧氣(25)用以冷卻下移的耐火球，耐火球上的灰殼則在經(jīng)螵旋送球機(31)向漿硯(2)輸送過程中被磨掉，磨下的灰從螺旋排灰機(16)下的出灰口 (15)排出集中利用，從而避免灰的累積使燃燒氣化室(23)里球間過流間隙被堵塞。從落球機(11)掉落的灰則經(jīng)螺旋排灰機(16)從出灰口 (15)排出集中利用。
因水煤漿的水份蒸發(fā)時會在預(yù)熱段(22)的頂部產(chǎn)生蒸汽，這里用下述方法回收水煤漿的水份蒸發(fā)熱。
10為了回收水煤漿的水份蒸發(fā)熱，耐火球冷卻氧氣先經(jīng)翅片式換熱器
(45)預(yù)熱后，再從移動床下部的耐火球冷卻氧氣入口 (25)吹入。這樣，預(yù)熱段(22)頂部的水蒸汽就可以在翅片換熱器(45)管內(nèi)則得到冷凝。
脫硫塔(39)，堿液循環(huán)泵(40)是為了脫除煤氣中的硫而設(shè)置的，煤氣壓縮機(41)則為遠程輸送加壓。


見說明書附圖1、 2、 3、 4、 5、 6、 7。
圖1為蓄熱移動床煤氣化爐工作流程圖，圖2為耐火球移動床(圖1中的33)，圖3為蓄熱體L(圖1中的34)，圖4為升球機布置及其排灰口位置圖(圖l的l一一l剖面左視圖)，圖5為升球機及其排灰口位置示意圖(圖1是正立面此圖是背立面)，圖6為燃燒溫度在燃燒氣化室中沿火焰流動方向的曲線圖，圖7為蓄熱移動床煤氣化爐外形圖。
上述各圖中，l是耐火球，2是漿硯，3是進漿管，4是耐火球入口， 5
是右汽包，6是上升管，7是下降管，8是右側(cè)蒸發(fā)管排，9是中部蒸發(fā)管排，IO是下聯(lián)箱，ll是落球機，12是篩球柵，13是破球出口， 14是格柵，15是出灰口， 16是螺旋排灰機，17是斜道，18是爐門和點火系統(tǒng)，19是左側(cè)蒸發(fā)管排，20是上聯(lián)箱，21是左汽包，22是預(yù)熱段，23是燃燒氣化室，24是冷卻段，25是耐火球冷卻氧氣入口， 26是回漿管，27是蓄熱體集灰口， 28是氧氣或煤氣管口， 29是瓷質(zhì)蓄熱單元，30是升球機出灰口，31是螵旋送球機，32是升球管，33是耐火球移動床，34是蓄熱體L, 35是蓄熱體R， 36是氧氣流量計，37是氧氣調(diào)節(jié)閥，38是四通換向閥，39是脫硫塔，40是堿液循環(huán)泵，41是煤氣壓縮機，42是輕質(zhì)隔熱耐火磚墻，43是保溫層，44是鋼板爐皮，45是翅片式換熱器。
權(quán)利要求
1.蓄熱移動床煤氣化爐，由耐火球移動床(33)、蓄熱體L(34)、蓄熱體R(35)、落球機(11)、升球機等組成。這樣的煤氣化爐不需要使用噴槍就可氣化高低含硫量和高低含灰量的漿狀或粉狀燃料，它以耐火球粘漿入爐，耐火球是重復(fù)使用的，其循環(huán)路徑是耐火球(1)被升球機提升到移動床預(yù)熱段入口(4)處，經(jīng)過漿硯(2)，移動床預(yù)熱段(22)，燃燒氣化室(23)、冷卻段(24)，其間球形燃料完成升溫、著火、氣化完全、降溫的過程；再從落球機(11)落下篩球柵(12)，滾到斜道(17)，再由螺旋送球機(31)送到升球機，沿升球管(32)提升到移動床預(yù)熱段入口(4)處，完成一個循環(huán)。
2. 權(quán)力要求l所述的蓄熱移動床煤氣化爐中，其特征之一是 這種煤氣化爐使用耐火球作載體，粘水煤漿或煤粉入爐， 而不是用噴霧槍，這是本發(fā)明區(qū)別于以往用噴槍霧化的煤 氣化爐的最鮮明特征。耐火球是重復(fù)使用的，并且是充滿 移動床的預(yù)熱段(22)，燃燒氣化室(23)、冷卻段(24)從 上向下有序地緩慢移動的，其循環(huán)路徑詳情請看說明書第 3 4頁。
3. 權(quán)力要求l所述的蓄熱移動床煤氣化爐中，其特征之二是-. 在同一臺煤氣化爐中，落球機(ll)、升球機所組成的運球 機構(gòu)可以因煤氣化爐處理量的大小有一套或多套。
4. 權(quán)力要求l所述的蓄熱移動床煤氣化爐中，其特征之三是 蓄熱體L(34)、蓄熱體R(35)底下必須有一個類似蓄熱 體集灰口 (27)的集灰用的管或口，工作時，必有煤灰從 此處排出。這是本發(fā)明得以實現(xiàn)的關(guān)鍵之一。
5. 權(quán)力要求l所述的蓄熱移動床煤氣化爐中，其特征之四是 耐火球上的灰殼在經(jīng)螺旋送球機(31)向漿硯(2)輸送過 程中被磨掉，磨下的灰從螺旋送球機(31 )下的出灰口 ( 15)排出集中利用，從而避免灰的累積使燃燒氣化室(23)里球間過流間隙被堵塞。這個特征歸結(jié)為螺旋送球機(31)底下必須有一個類似出灰口 (15)的集灰用的管或口，工作時，必有水煤漿的灰從此處排出。這是本發(fā)明得以實現(xiàn) 的關(guān)鍵之二。
6. 權(quán)力要求l所述的蓄熱移動床煤氣化爐中，其特征之五是 助燃氧氣中應(yīng)有一路用作耐火球冷卻氧氣，從移動床下部 的耐火球冷卻氧氣入口 (25)吹入。
7. 權(quán)力要求l所述的蓄熱移動床煤氣化爐中，其特征之六是 在燃燒氣化室(23)設(shè)置若干組中部管排(9)，使即將達 到灰熔點溫度的火焰及時得到中部管排的冷卻。
8. 權(quán)力要求l所述的蓄熱移動床煤氣化爐中，其特征之七是 為使耐火球無障礙地通過移動床，特意把移動床的各段做 成向下漸擴狀，燃燒氣化室(23)的向下漸擴狀最明顯， 安裝在燃燒氣化室(23)內(nèi)的蒸發(fā)管排(8、 9、 19)之間 的耐火球下移通道也被做成這種向下漸擴狀，移動床的橫 截面是矩形的，但其外殼的橫截面完全可以設(shè)計成圓形， 以實現(xiàn)加壓氣化，提高產(chǎn)能，就象加壓循環(huán)流化床(PCFB)一樣。
9. 權(quán)力要求l所述的蓄熱移動床煤氣化爐中，為了回收水煤 漿的水份蒸發(fā)熱，耐火球冷卻氧氣先經(jīng)翅片式換熱器(45) 預(yù)熱后，再從移動床下部的耐火球冷卻氧氣入口 (25)吹 入。
10. 權(quán)力要求1所述的蓄熱移動床煤氣化爐，稍加改動可以 用作熱風(fēng)爐、有機載熱體爐、蒸汽鍋爐。
全文摘要
蓄熱移動床煤氣化爐屬煤氣化動力領(lǐng)域，是為提高現(xiàn)有煤氣化爐的可靠性和能量轉(zhuǎn)化效率而開發(fā)的。其由耐火球移動床(33)、蓄熱體(34、35)、落球機構(gòu)(11)等組成。耐火球(1)為載漿體，是循環(huán)使用的，球的移動由落球機構(gòu)(11)和升球機實現(xiàn)，球于床頂滾過漿硯(2)，粘上漿狀燃料，在落球機構(gòu)的控制下，緩慢地從上向下通過移動床，其間球形燃料完成升溫、著火燃燒氣化、降溫的過程；蓄熱床起蓄放熱兼凈化的作用。在程控器控制下，四通換向閥(38)周期性地改變煤氣和含氧蒸汽的流向，使兩蓄熱體交替蓄放熱，蓄熱體放熱為預(yù)熱流過的含氧蒸汽。本發(fā)明可產(chǎn)高熱值煤氣，適用于大型煤氣化站，如煤氣管網(wǎng)的坑口氣化站，IGCC電站，合成氨、甲醇等生產(chǎn)項目。
文檔編號C10J3/50GK101633854SQ20091012981
公開日2010年1月27日 申請日期2009年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月21日
發(fā)明者梁兆志 申請人:梁兆志