專利名稱：一種旋風(fēng)熔渣煤氣爐水冷激增濕煤氣工藝及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種旋風(fēng)熔渣煤氣水冷激分離爐渣、煤氣增濕的工藝方法及設(shè)備。它與本人獲得的專利號為94113129.7《一種旋風(fēng)熔渣煤氣爐制氣方法及設(shè)備》屬一種總構(gòu)想下的另一種發(fā)明。與前者不同的是前者是用氮氣冷激旋風(fēng)熔渣煤氣爐出口的高溫煤氣；而后者是采用水冷激并增濕旋風(fēng)熔渣爐出口的高溫煤氣，使煤氣中水蒸氣含量達(dá)到后續(xù)工序CO變換反應(yīng)的要求；同時，為了提高單爐煤氣產(chǎn)量，后者除采用單個旋流器噴嘴的直立式爐膛熔渣爐爐型外，還增加水平、多噴頭臥式爐膛熔渣爐旋流器噴射粉煤和氣化劑的爐型。立式爐膛還有氣化劑輔助噴嘴。
本發(fā)明的目的在于提供一種投資少，消耗低，氣體成份好，氣量穩(wěn)定，減少環(huán)境污染，適用于中小合成氨廠的制氣裝置。由于采用水冷激旋風(fēng)熔渣爐出口高溫煤氣，既使煤氣中熔渣冷激降溫固化便于分離，又使水受熱蒸發(fā)變成水蒸氣，使煤氣中含有水蒸氣(即增濕)。合成氨原料中的一氧化碳要在加入水蒸氣在催化劑作用下，反應(yīng)生成二氧化碳和氫氣。本方法使煤氣中含有合成氨CO變換所需的水蒸氣，從而使獨立性很強中小合成氨的水煤氣制造系統(tǒng)和一氧化碳變換系統(tǒng)聯(lián)系在一起來了。這樣不僅使中小合成氨廠的成品單位能耗大大降低，而且為中小合成氨廠實現(xiàn)真正意義上的生產(chǎn)自動控制提供了有利條件。
本發(fā)明主要包括旋風(fēng)熔渣煤氣爐，煤氣熔渣冷激分離器，貯渣罐，熱量回收器，蒸氣包等，旋風(fēng)熔渣煤氣爐可有立式或臥式兩種爐型。所述的旋風(fēng)熔渣煤氣爐上封頭頂端安裝有螺旋體噴嘴，下端封頭收縮后與冷激分離器相連，煤氣熔渣冷激分離器下端通過旋塞與貯渣罐相連，煤氣熔渣冷激分離器上部壁上有一煤氣出口，熱量回收器下部有煤氣進(jìn)口，由煤氣管將冷激分離器與熱量回收器連接在一起，熱量回收器下部為蒸氣過熱器，上部為廢熱鍋爐，蒸氣包置于廢熱鍋爐的上方。
本發(fā)明的特征在于在旋風(fēng)熔渣煤氣爐上設(shè)置有旋流噴嘴，煤氣冷激分離器的中心設(shè)有一鋼制圓筒形中心管，中心管上端與熔渣爐出口相連，下端由固定在冷激分離器下端的特制彈簧支撐。在旋風(fēng)熔渣煤氣爐與煤氣冷激分離器連接處設(shè)有冷激水環(huán)形盤管，盤管上均勻分布著以一定傾角對著中心管管壁的噴水管。
本發(fā)明的制氣工藝為以氧氣或富氧空氣和蒸氣或過熱蒸氣為氣化劑，利用旋流器噴嘴將氧氣和蒸氣及其攜帶的粉煤噴入爐內(nèi)，在1300-1500℃的高溫及0.9-1.4MPa壓力下進(jìn)行氣化，熔渣爐內(nèi)產(chǎn)生的高溫煤氣和煤的熔渣通過熔渣爐的出口而進(jìn)入冷激分離器的中心管。由中心管上端附近的環(huán)形盤管中的水向中心管管壁噴射吸收高溫氣體中的熱量，迅速汽化而形成蒸氣，蒸氣由中心管壁反射到煤氣中。這樣，高溫煤氣溫度急劇下降，熔渣凝固。熔渣由運動的慣性及受重力作用而直入冷激分離器下部水中，由間歇開啟的貯渣罐入口旋塞將冷激分離器的水渣排入貯渣罐中，再由間歇開啟的貯渣罐出口旋塞將貯渣罐內(nèi)的水渣排出罐外。初步分離了熔渣和降溫后的煤氣從中心管中部壁上的圓孔中出來而折流到冷激分離器上部煤氣出口。由于折流作用，使煤氣中的爐渣進(jìn)一步分離。分離了熔渣的煤氣，其溫度已降到約600℃，通過冷激分離器的出口煤氣管而進(jìn)入蒸氣過熱器，在蒸氣過熱器內(nèi)，煤氣溫度降至500℃，然后進(jìn)入廢熱鍋爐，煤氣通過廢熱鍋爐，其溫度降至150℃，煤氣中蒸氣的含量為40％～50％(體積比)，符合后工序一氧化碳變換的要求。
本發(fā)明的特點為①投資省，其設(shè)計合理，所需一切裝備全部國產(chǎn)化，而其技術(shù)水平，氣體成份，消耗指標(biāo)均可與國際上現(xiàn)有煤氣化技術(shù)媲美。②適應(yīng)性廣，可適應(yīng)用于中小合成氨廠和工業(yè)、民用煤氣工業(yè)。③消耗低，節(jié)能效果明顯。以湖南省1997年1-6月份中小合成氨兩煤耗為例，比本發(fā)明高出595Kg標(biāo)煤。僅此一項，以湖南省每年生產(chǎn)100萬噸合成氨為例，每年可節(jié)約標(biāo)煤60萬噸。④氣體成份好，本裝置制出的煤氣，含CH4量為0.3％，而湖南以清水煤棒制氣含CH42.5％，CH4是不參與合成氨反應(yīng)的“惰氣”，最終要在氨合成系統(tǒng)中排放，由于本裝置生產(chǎn)的煤氣中CH4含量低，可減少放空量85％，僅此項可使整個合成氨裝置降低消耗10％。⑤精簡工藝流程，現(xiàn)有合成氨廠，煤氣制造和CO變換是兩個獨立的系統(tǒng)，各都有一套龐大的裝置，本發(fā)明由于煤氣中已含有變換反應(yīng)所需的具有一定壓力的濕煤氣，可直接用于CO變換。這樣不僅降低了單位產(chǎn)品的能耗，而且精簡了流程，節(jié)約投資和減少維修費用。⑥氣質(zhì)、氣量穩(wěn)定，裝置均衡生產(chǎn)，可實現(xiàn)生產(chǎn)控制自動化，降低工人勞動強度。⑦減少污染，保護(hù)了環(huán)境。本發(fā)明在合成氨系統(tǒng)省去了鍋爐，煤氣制造系統(tǒng)不向外排放廢氣，由于是高溫制氣，煤中有機物都分解為碳水化合物，因此排放渣水中沒有有機物，廢水加以簡單沉淀處理，即可循環(huán)使用。爐渣為建材的極好原料，這樣將大大改變當(dāng)前中小合成氨廠對環(huán)境的污染。
附

圖1為本發(fā)明立式旋風(fēng)熔渣煤氣爐煤氣水玲激增濕裝置流程圖附圖2為本發(fā)明臥式旋風(fēng)熔渣煤氣爐煤氣水冷激增濕裝置流程圖附圖3為冷激分離器中心管結(jié)構(gòu)示意圖附圖4為分離器中冷激噴水盤管結(jié)構(gòu)示意圖附圖5為旋風(fēng)熔渣爐旋流器噴嘴結(jié)構(gòu)示意圖附圖6為立式旋風(fēng)熔渣爐氣化劑輔助噴嘴結(jié)構(gòu)示意圖下面結(jié)合附圖對本裝置作詳細(xì)說明。
如附圖1所示，立式旋風(fēng)熔渣煤氣爐2，它與本人獲得專利的《一種旋風(fēng)熔渣煤氣爐制氣方法及設(shè)備》中的爐體完全一樣，是一鋼制受壓圓形容器，內(nèi)襯高溫耐火材料。所不同的是在旋風(fēng)熔渣煤氣爐的上端爐壁上設(shè)有氣化劑輔助噴嘴44。圖中17為蒸氣過熱器，18為廢熱鍋爐，19為熱回收器煤氣出口，20為蒸氣包，21～27為水管，28為排污閥。
如附圖2所示，臥式旋風(fēng)熔渣爐3，氣化劑、粉煤在爐內(nèi)反應(yīng)機理同立式旋風(fēng)熔渣煤氣爐完全一樣，但爐體結(jié)構(gòu)為臥式，由平臥的兩臺(或多臺)帶封頭的圓臺與處于爐體中心的圓柱相貫組成的受壓容器。其爐外殼為水夾套29，爐內(nèi)側(cè)水冷壁上分布有一層高溫耐火保溫磚30，并由螺釘固定在水冷壁上，這種結(jié)構(gòu)為能保證熔渣流動。爐中心圓柱的下方，開一圓形出渣口，與其下方的冷激分離器5相連。每個平臥圓臺封頭上都裝有旋流器噴嘴1。圖中31、32為水管。
如附圖1或附圖2中序號5為冷激分離器，它是一種用水冷激煤氣，使熔渣與煤氣分離，并使水蒸發(fā)，蒸氣進(jìn)入煤氣使煤氣增濕的一種裝置。其外殼為一鋼制圓筒形受壓容器，其上端封頭收縮后與熔渣爐出口相連，上部內(nèi)壁襯有高溫耐火材料，中部為受壓的水夾套鍋爐7，下部筒體無內(nèi)襯，為盛水渣之用，并設(shè)有液位計8，以控制筒體下部水液位高度，筒體的下部壁上設(shè)有一清水加入伐13，為冷激分離器加入清水之用。冷激分離器下部封頭收縮后通過旋塞9與水渣貯罐10相連。水渣貯罐上設(shè)有氣平衡閥12，下端連接螺旋塞11。冷激分離器上部有一煤氣出口14，由煤氣管與熱回收器6的入口管15相連。中心管內(nèi)側(cè)上方設(shè)有冷激水環(huán)形盤管4。
如附圖3為冷激分離器中心管6的結(jié)構(gòu)示意圖。中心管6為一鋼制圓筒形管，其上端與冷激分離器5上封頭相連。中部同一水平面圓周徑向開有一排煤出口孔，中心管下部浸在水中，下端設(shè)有中心管支撐環(huán)板33，其由三根特制的彈簧34支撐，彈簧下端固定在支撐環(huán)36上，而支撐環(huán)35又固定在冷激分離器下部壁上，設(shè)置此彈簧是為了消除中心管熱脹冷縮作用的影響。
如附圖4是安裝在中心管6內(nèi)側(cè)上端保溫材料中冷激水環(huán)形盤管4，環(huán)形管下半環(huán)外沿周邊開有一排出水孔，每孔由噴水支管36接出耐火材料外，噴水支管以30～60°俯角對著中心管內(nèi)壁，其支管與中心管壁保持適當(dāng)距離，環(huán)形盤管中壓力水由爐外壓力水管25供給。本環(huán)形水管的作用是向中心管壁上噴水，水汽化后的蒸氣反射進(jìn)入煤氣中，使高溫煤氣降溫，固化熔渣，并使煤氣增濕。同時，噴水汽化過程對防止中心管上端不致由于高溫而過度軟化起一定作用。
如附圖5是旋流器噴嘴1示意圖，噴嘴中心位置為粉煤噴嘴，氣化劑帶著粉煤以一定的速度通過中心管噴嘴38噴入爐內(nèi)，在中心噴嘴外有一環(huán)形“一次氣化劑”噴嘴39，此噴嘴后端設(shè)有一次氣化劑螺旋體40，一次氣化劑噴嘴噴出的氣化劑呈旋流狀，將中心管噴出的粉煤分散并與其反應(yīng)生成煤氣。為提高單爐制氣產(chǎn)量，在一次氣化劑外部還設(shè)有“二次氣化劑”噴嘴37，此噴嘴后端有螺旋體41。二次氣化劑噴嘴的作用與一次氣化劑噴嘴作用相同。在“二次氣化劑”噴嘴外部設(shè)有水夾套42，水夾套有進(jìn)水管43。水夾套的作用是保護(hù)整個噴嘴免受高溫影響。
如附圖6是立式爐膛的輔助噴嘴44示意圖。安裝在爐體上部，水平安裝，其噴嘴噴出的氣化劑是沿爐體水平截面上假想的同心圓的切線方向入爐，其作用是增加爐內(nèi)氣化劑的旋轉(zhuǎn)撓動，加速氣化反應(yīng)。輔助噴嘴外裝有水夾套保護(hù)。
權(quán)利要求
1.一種采用水冷激分離熔渣并增濕煤氣的旋風(fēng)熔渣煤氣爐，主要包括旋風(fēng)熔渣煤氣爐、煤氣熔渣冷激分離器，貯渣罐，熱量回收器，蒸氣包等，旋風(fēng)熔渣煤氣爐上封頭頂端安裝有螺旋體噴嘴，下端封頭收縮后與冷激分離器相連，煤氣熔渣冷激分離器下端通過旋塞與貯渣罐相連，煤氣熔渣冷激分離器上部壁上有一煤氣出口，熱量回收器下部有煤氣進(jìn)口，由煤氣管將冷激分離器與熱量回收器連接在一起，熱量回收器下部為蒸氣過熱器，上部為廢熱鍋爐，蒸氣包置于廢熱鍋爐的上方，其特征在于在旋風(fēng)熔渣煤氣爐上設(shè)置有旋流器噴嘴，煤氣冷激分離器的中心設(shè)有一鋼制圓筒形中心管，中心管上端與熔渣爐出口相連，下端由固定在冷激分離器下端的特制彈簧支撐。在旋風(fēng)熔渣煤氣爐與煤氣冷激分離器連接處設(shè)有冷激水環(huán)形盤管，盤管上均勻分布著以一定傾角對著中心管管壁的噴水管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋風(fēng)熔渣煤氣爐，其特征在于其旋風(fēng)熔渣煤氣爐為立式，在其爐壁的上端設(shè)有氣化劑輔助噴嘴。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋風(fēng)熔渣煤氣爐，其特征在于其旋風(fēng)熔渣煤氣爐為臥式，其爐外殼為水夾套，爐內(nèi)側(cè)水冷壁上分布有一層高溫耐火磚，并由金屬螺栓固定在內(nèi)水冷壁上；爐中心圓柱的下方開有一出渣口，與它下方的冷激分離器相連；每個平臥圓臺封頭上都裝有旋流器噴嘴。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的旋風(fēng)熔渣煤氣爐，其特征在于煤氣冷激分離器是一鋼制圓筒形受壓容器，其上部為高溫耐火材料襯里，中部為水夾套，下部無襯里，中心設(shè)有一直立的圓筒形中心管，中心管上端內(nèi)側(cè)上方設(shè)有冷激水環(huán)形盤管。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的旋風(fēng)熔渣煤氣爐，其特征在于煤氣玲激分離器中的中心管的上端與冷激分離器封頭相連，中部的管壁上同一水平面上沿徑向開有一排多個煤氣出口；下端固定在一環(huán)形鋼板上，環(huán)形鋼板由三支特制的彈簧支撐著，彈簧下端由固定在冷激分離器下端壁上的環(huán)形鋼板支撐。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的旋風(fēng)熔渣煤氣爐，其特征在于冷激水環(huán)形盤管固定在煤氣冷激分離器上端封頭上并埋入其耐火保溫層中，在環(huán)形管下半環(huán)上外側(cè)沿環(huán)形管開有一排孔，其孔由金屬短管接出耐火保溫材料之外，其孔中心軸線與中心管管壁交角成30～60°，噴出短管與中心管管壁保持適當(dāng)距離。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的旋風(fēng)熔渣煤氣爐，其特征在于旋流器噴嘴的中心噴嘴外圍設(shè)有帶螺旋體的一次氣化劑噴嘴和二次氣化劑噴嘴；在二次氣化劑噴嘴的外圍設(shè)有水夾套。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的旋風(fēng)熔渣煤氣爐，其特征在于氣化劑輔助噴嘴水平安裝在立式爐膛上部爐壁上，噴嘴中心線對著爐膛水平截平面上的某一假想的同心圓的切線。
9.一種利用權(quán)利要求1所述的設(shè)備制造并使其含CO變換氣所需水蒸氣的煤氣的制造工藝，以氧氣或富氧空氣和蒸氣或過熱蒸氣為氣化劑，將氧氣和蒸氣及其攜帶的粉煤從旋風(fēng)熔渣爐的旋流器噴嘴噴入進(jìn)行氣化反應(yīng)，其特征在于氣化反應(yīng)在1300℃-1500℃的高溫及0.9-1.4MPa壓力下進(jìn)行；爐內(nèi)產(chǎn)生的高溫氣體和煤的熔渣從熔渣爐出口進(jìn)入冷激分離器中心管；中心管內(nèi)側(cè)上部耐火保溫層中的環(huán)形水管中的壓力水從一排短管中向中心管管壁噴射，盤管中噴出的水迅速氣化而變成水蒸氣，以一定傾角從中心管壁上反射入煤氣流中，使煤氣迅速冷激降溫，熔渣部分或全部固化，煤氣中煤渣直落入冷激分離器下部水中，冷激后的煤氣則從中心管中部煤氣出口進(jìn)入中心管外側(cè)，并折流到冷激分離器上部的煤氣出口管而進(jìn)入熱量回收器，溫度降到約600℃，再經(jīng)下部蒸氣過熱器，溫度降到約500℃，再入廢熱鍋爐，溫度降到150℃左右，得到含水蒸氣40％～50％(體積比)的水煤氣。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述制氣工藝，其特征在于煤渣靠重力和貫性作用落入冷激分離器下部水中。
全文摘要
一種旋風(fēng)熔渣煤氣爐煤氣水冷激增濕煤氣工藝及設(shè)備。其主要特點是使氣化劑——氧氣和蒸氣將粉煤噴入爐內(nèi),通過旋流器噴嘴的作用,使氣化劑與粉煤充分混合,在高溫下進(jìn)行煤的氣化反應(yīng)。反應(yīng)產(chǎn)品煤氣在冷激分離器內(nèi)用水冷激,降溫,分離爐渣。與此同時,冷激煤氣時其水蒸發(fā)后形成的水蒸氣進(jìn)入煤氣中。通過控制冷激水量及冷激分離器內(nèi)溫度,可使煤氣中的蒸氣含量剛好符合一氧化碳變換反應(yīng)所需要求。
文檔編號C10K1/00GK1233646SQ9811246
公開日1999年11月3日 申請日期1998年4月29日 優(yōu)先權(quán)日1998年4月29日
發(fā)明者程培勝 申請人:程培勝