一種水冷壁與耐火磚壁面組合布置的氣化爐裝置的制造方法
【專利摘要】一種水冷壁與耐火磚壁面組合布置的氣化爐裝置，它涉及一種氣化爐。本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中氣化爐耐火磚壁面易燒損，水冷壁壁面散熱損失大、易堵渣的問題。本發(fā)明的煤粉燒嘴安裝在氣化爐的頂部，水冷壁安裝在氣化爐內(nèi)，合成氣通道安裝在氣化爐的下部，渣池安裝在氣化爐的底部；彎管段安裝在第一豎直段的上端，水平段的一端向氣化爐外側(cè)方向安裝在第一豎直段的下端，水平段的另一端與第二豎直段連接，且第二豎直段位于水平段的下端，傾斜段的一端與第二豎直段的下端連接，傾斜段的一端向氣化爐內(nèi)側(cè)方向傾斜設(shè)置，耐火磚內(nèi)壁貼附在水冷壁的水平段、第二豎直段和傾斜段上。本發(fā)明用于煤氣化領(lǐng)域。
【專利說明】
一種水冷壁與耐火磚壁面組合布置的氣化爐裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種氣化爐裝置，具體涉及一種水冷壁與耐火磚壁面組合布置的氣化爐裝置?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]煤氣化技術(shù)是高效清潔的潔凈煤技術(shù)。當(dāng)前的煤氣化技術(shù)主要分為移動床氣化、 流化床氣化、氣流床氣化和熔融床氣化四類。其中，氣流床氣化技術(shù)因其氣化強度高、生產(chǎn)能力大、碳轉(zhuǎn)化率高等優(yōu)點已成為現(xiàn)在煤氣化技術(shù)的主要發(fā)展方向。現(xiàn)有技術(shù)中氣流床氣化爐爐壁主要分為兩種形式，一種為耐火磚，另外一種為水冷壁。對于耐火磚壁面來說，在實際運行過程中，氣化產(chǎn)生的熔渣對耐火磚產(chǎn)生持續(xù)的浸蝕，使用壽命短，需要定期更換。 這一方面需要增加備用氣化爐，另一方面也增加了操作費用，據(jù)了解一臺直徑3200毫米的氣化爐更換一爐耐火磚需要約500?1000萬元。此外耐火磚的高溫壽命短也要求原料煤的灰熔點一般不超過1350 °C，氣化爐的最高操作溫度一般不超過1400°C。水冷壁氣化爐能夠承受較高的爐內(nèi)溫度，但是存在著散熱量大，能量轉(zhuǎn)化率低，液態(tài)渣極易激冷固化，爐內(nèi)產(chǎn)生掛渣和堵渣等問題，導(dǎo)致氣化爐經(jīng)常停車，而氣化爐作為化工企業(yè)的生產(chǎn)源頭，一旦停車，導(dǎo)致整個生產(chǎn)線全部停運，整個生產(chǎn)線停運一次給企業(yè)造成巨額經(jīng)濟損失。例如:一套造氣量80000Nm3/h的煤氣化生產(chǎn)線停運一次經(jīng)濟損失達(dá)4000萬元以上。
[0003]目前已經(jīng)有一批科技工作者對上述問題進(jìn)行了研究，如專利03218866.8提到的半水冷壁多元料漿氣化爐，在保溫層與耐火磚之間增加了水冷盤管，但是爐體上部向火面的耐火磚還要承受1400°C以上高溫熔渣的浸蝕，并沒有從根本上解決向火面耐火磚壽命短的問題。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中氣化爐耐火磚壁面易燒損，水冷壁壁面散熱損失大、易堵渣的問題。進(jìn)而提供一種水冷壁與耐火磚壁面組合布置的氣化爐裝置。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種水冷壁與耐火磚壁面組合布置的氣化爐裝置包括煤粉燒嘴、氣化爐、水冷壁、合成氣通道和渣池，煤粉燒嘴安裝在氣化爐的頂部，水冷壁安裝在氣化爐內(nèi)，合成氣通道安裝在氣化爐的下部，渣池安裝在氣化爐的底部；它還包括耐火磚內(nèi)壁，水冷壁包括彎管段、第一豎直段、水平段、第二豎直段和傾斜段，彎管段安裝在第一豎直段的上端，水平段的一端向氣化爐外側(cè)方向安裝在第一豎直段的下端，水平段的另一端與第二豎直段連接，且第二豎直段位于水平段的下端，傾斜段的一端與第二豎直段的下端連接，傾斜段的一端向氣化爐內(nèi)側(cè)方向傾斜設(shè)置，耐火磚內(nèi)壁貼附在水冷壁的水平段、第二豎直段和傾斜段上。
[0006]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下效果:
[0007]—、本發(fā)明能夠延長耐火磚壁面使用壽命。氣化爐正常運行時，煤粉經(jīng)由燒嘴送入氣化爐后，立即與氣化劑(約90%為氧氣)發(fā)生強烈的燃燒反應(yīng)，尤其是燒嘴附近處于極高的溫度環(huán)境中，數(shù)值計算模擬顯示爐體上部區(qū)域燒嘴出口處溫度最高達(dá)3000°C ;而在爐體下部，由于送入爐內(nèi)的氧氣已經(jīng)在上部消耗完成，下部爐體主要發(fā)生碳與二氧化碳及水蒸氣的還原吸熱反應(yīng)，溫度降低。因此氣化爐內(nèi)溫度分布不均，上部為高溫區(qū)，下部為低溫區(qū)。 處于上部區(qū)域附近的耐火磚壁面，一方面要受到火焰強烈的高溫輻射作用，長期處于極高的使用溫度中(約1500?1600°C)，其機械強度降低較為迅速;另一方面煤粉強烈燃燒反應(yīng)后剩余的灰分在高溫作用下熔化形成液態(tài)渣，液態(tài)渣在擴散氣流的作用下，粘附在耐火磚壁面形成貼壁的液態(tài)熔渣層，渣層受重力作用向下流動，在流動的過程中對耐火磚壁面產(chǎn)生嚴(yán)重的侵蝕和沖刷。以上原因造成了現(xiàn)有技術(shù)中耐火磚壁面使用壽命短，需要經(jīng)常更換， 為企業(yè)造成較大的經(jīng)濟損失。本發(fā)明中上部爐體采用水冷壁形式，水冷壁采用自我修復(fù)式的“以渣抗渣”思想來延長使用壽命。氣化爐運行時，高溫熔融下的流態(tài)熔渣順?biāo)浔谥亓Ψ较蛳铝鳎?dāng)渣層較薄時，由于水冷壁上附有的金屬銷釘具有很好的熱傳導(dǎo)作用，渣外表層冷卻至灰熔點固化附著；當(dāng)渣層增厚到一定程度時，熱阻增大，傳熱減慢，外表渣層溫度升高到灰熔點以上時，熔渣流淌減??；當(dāng)渣層減薄到一定厚度時，熱阻減小，傳熱量增大，渣層溫度降低到灰熔點以下時熔渣聚積增厚，這樣不斷的進(jìn)行動態(tài)平衡，渣層厚度在動態(tài)平衡中始終是相對穩(wěn)定的。穩(wěn)定的渣層對水冷壁起到了良好的保護作用，水冷壁使用壽命大大延長。氣化爐內(nèi)下部布置耐火磚襯里，由于該區(qū)域溫度低(約1200?1300 °C )，處于耐火磚材料的正常工作溫度范圍內(nèi)，耐火磚使用壽命大大延長?？梢姳景l(fā)明能夠有效延長耐火磚使用壽命，減少企業(yè)由于更換耐火磚而停爐造成的經(jīng)濟損失，增強企業(yè)效益。
[0008]二、本發(fā)明能夠減少水冷壁壁面熱量損失，提高了氣化爐能量轉(zhuǎn)換效率，并提高渣口溫度，便于排渣。氣化爐水冷壁依靠水冷壁管內(nèi)的循環(huán)水吸熱降溫，以保持內(nèi)壁面的正常運行溫度。但是由于循環(huán)水不斷吸熱，氣化爐不斷的向循環(huán)水傳遞能量，這就增加了氣化爐的能量損失，降低了其能量轉(zhuǎn)化效率。此外，由于水冷壁面的吸熱，渣層沿壁面向下流動過程中不斷降溫，渣的流動性變差，在錐形下渣口處就會越積越多，導(dǎo)致下渣口有效流通面積減小，對氣化爐排渣造成不利影響，一旦發(fā)生堵渣，則必須停車處理，給企業(yè)造成極大的損失。本發(fā)明中，爐體下部低溫區(qū)布置有耐火磚，耐火磚的導(dǎo)熱系數(shù)低(約為15?28W/mK )，而金屬材料水冷壁管的導(dǎo)熱系數(shù)則約為80W/mK。較低的導(dǎo)熱系數(shù)，較厚的厚度，能夠使耐火磚大大減少氣化爐底部的散熱量，提高了氣化爐的能量轉(zhuǎn)化率，并提高渣口溫度，利于排渣。
[0009]三、本發(fā)明的煤種適用性強。熔渣氣化爐想要液態(tài)排渣，則必須保證底部渣口附近處于較高的溫度范圍內(nèi)?，F(xiàn)有水冷壁氣化爐技術(shù)中，想要利用高灰熔點的煤種，則必須通過提高氧氣消耗量，使?fàn)t內(nèi)處于較高的溫度環(huán)境中。但是這樣做一方面會增加氧氣消耗量，增加生產(chǎn)成本，另一方面容易使?fàn)t體上部高溫區(qū)超溫，燒損水冷壁，給企業(yè)造成極大損失。因此，現(xiàn)有技術(shù)中一般對煤質(zhì)的灰熔點有嚴(yán)格要求，一般不超過1250°c。本發(fā)明中，氣化爐底部由耐火磚層進(jìn)行保護，灰渣的散熱小，溫度高，對煤灰的粘溫特性不敏感，因此本發(fā)明煤種適用性極強。在市場煤價波動的時期，氣化爐對煤種的“不挑剔性”，能夠為生產(chǎn)企業(yè)提供多重選擇，大大提高企業(yè)的盈利能力。
[0010]四、本發(fā)明提高氣化爐的碳轉(zhuǎn)化率。氣化過程中，碳最終轉(zhuǎn)化為一氧化碳。碳與氧氣反應(yīng)生成一氧化碳放熱112.lkj/mol，碳與氧氣反應(yīng)生成二氧化碳放熱395kJ/mol，顯然碳與氧氣反應(yīng)生成二氧化碳放熱是生成一氧化碳放出的熱量的3.52倍。煤粉氣化需要在較高溫度(1250?1600°C)下才能迅速反應(yīng)，雖然期望得到的煤氣化產(chǎn)物是一氧化碳，但為了維持較高爐內(nèi)溫度，必須通入過量的氧氣生成二氧化碳來提高溫度。現(xiàn)有技術(shù)中壁面熱損失較大，實際運行時調(diào)整氧原子與碳原子的當(dāng)量比為1.05?1.1時，也就是說多通入5 %? 10 %的氧氣生成二氧化碳維持爐溫，也就是說，本來應(yīng)該轉(zhuǎn)化為一氧化碳的一部分碳轉(zhuǎn)化為了二氧化碳，降低了碳轉(zhuǎn)化率。本發(fā)明中在氣化爐爐體下部布置耐火磚層，增加了壁面熱阻，減小了爐內(nèi)高溫氣體向水冷壁面的傳熱，因而減小了壁面熱損失，調(diào)整氧原子與碳原子的當(dāng)量比為1.02?1.4即可保持爐內(nèi)的氣化反應(yīng)溫度，因此本發(fā)明提高了碳轉(zhuǎn)化率。【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)主視圖，圖2是圖1沿A-A處的剖面圖?！揪唧w實施方式】
[0012]【具體實施方式】一:結(jié)合圖1和圖2說明本實施方式，本實施方式的一種水冷壁與耐火磚壁面組合布置的氣化爐裝置，它包括煤粉燒嘴1、氣化爐2、水冷壁3、合成氣通道5和渣池6,煤粉燒嘴1安裝在氣化爐2的頂部，水冷壁3安裝在氣化爐2內(nèi)，合成氣通道5安裝在氣化爐2的下部，渣池6安裝在氣化爐2的底部;其特征在于:它還包括耐火磚內(nèi)壁4，水冷壁3包括彎管段3-1、第一豎直段3-2、水平段3-3、第二豎直段3-4和傾斜段3-5,彎管段3-1安裝在第一豎直段3-2的上端，水平段3-3的一端向氣化爐2外側(cè)方向安裝在第一豎直段3-2的下端， 水平段3-3的另一端與第二豎直段3-4連接，且第二豎直段3-4位于水平段3-3的下端，傾斜段3-5的一端與第二豎直段3-4的下端連接，傾斜段3-5的一端向氣化爐2內(nèi)側(cè)方向傾斜設(shè)置，耐火磚內(nèi)壁4貼附在水冷壁3的水平段3-3、第二豎直段3-4和傾斜段3-5上。
[0013]【具體實施方式】二:結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式的氣化爐2包括半球體2-1、圓柱體2-2和錐體2-3，半球體2-1、圓柱體2-2和錐體2-3由上至下依次連接。其它組成和連接關(guān)系與【具體實施方式】一相同。
[0014]【具體實施方式】三:結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式的煤粉燒嘴1為圓柱體燒嘴，煤粉燒嘴1的軸線與氣化爐2的圓柱體2-2的軸線重合。如此設(shè)置，便于經(jīng)燒嘴噴入爐內(nèi)的煤粉與氣化劑均勻在爐內(nèi)空間分布，使?fàn)t內(nèi)空間熱負(fù)荷均勻。其它組成和連接關(guān)系與【具體實施方式】一或二相同。
[0015]【具體實施方式】四:結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式的水冷壁3由多根圓管順次環(huán)形排列組成。如此設(shè)置，便于形成煤粉燃燒氣化反應(yīng)的爐內(nèi)空間其它組成和連接關(guān)系與【具體實施方式】一、二或三相同。
[0016]【具體實施方式】五:結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式的耐火磚內(nèi)壁4在氣化爐2 的圓柱體2-2內(nèi)的豎直高度H為0.1-0.5L，L為氣化爐2的燃燒室高度。如此設(shè)置使氣化爐燃燒室底部形成了耐火磚壁面，并限制其高度，防止其被氣化爐上部的高溫熔渣侵蝕。其它組成和連接關(guān)系與【具體實施方式】一、二、三或四相同。
[0017]【具體實施方式】六:結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式的耐火磚內(nèi)壁4在氣化爐2 的圓柱體2-2內(nèi)的豎直高度H為0.3L。其它組成和連接關(guān)系與【具體實施方式】一、二、三、四或五相同。
[0018]【具體實施方式】七:結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式的耐火磚內(nèi)壁4包括豎直段墻體和傾斜段墻體，豎直段墻體和傾斜段墻體順次連接并與水平段3-3、第二豎直段3-4和傾斜段3-5的尺寸相匹配，豎直段墻體和傾斜段墻體的墻體厚度為300_。如此設(shè)置，以減少氣化爐底部的散熱損失。其它組成和連接關(guān)系與【具體實施方式】一、二、三、四、五或六相同。
[0019]實施例:一臺應(yīng)用本發(fā)明的80000Nm3/h造氣量的氣化爐，預(yù)計運行4年水冷壁不發(fā)生燒損，未發(fā)生堵渣事故，可保證持續(xù)運營2年不停車，相比其它技術(shù)，減少經(jīng)濟損失1.6億元。數(shù)值計算驗證得知:與現(xiàn)有技術(shù)保持相同爐內(nèi)溫度時，耗氧量降低3%，并且可以長期使用高灰熔點煤種。
【主權(quán)項】
1.一種水冷壁與耐火磚壁面組合布置的氣化爐裝置，它包括煤粉燒嘴(1)、氣化爐(2)、 水冷壁(3)、合成氣通道(5)和渣池(6)，煤粉燒嘴(1)安裝在氣化爐(2)的頂部，水冷壁(3)安 裝在氣化爐(2)內(nèi)，合成氣通道(5)安裝在氣化爐(2)的下部，渣池(6)安裝在氣化爐(2)的底 部;其特征在于:它還包括耐火磚內(nèi)壁(4)，水冷壁(3)包括彎管段(3-1 )、第一豎直段(3-2)、 水平段(3-3)、第二豎直段(3-4)和傾斜段(3-5)，彎管段(3-1)安裝在第一豎直段(3-2)的上 端，水平段(3-3)的一端向氣化爐(2)外側(cè)方向安裝在第一豎直段(3-2)的下端，水平段(3-3)的另一端與第二豎直段(3-4)連接，且第二豎直段(3-4)位于水平段(3-3)的下端，傾斜段 (3-5)的一端與第二豎直段(3-4)的下端連接，傾斜段(3-5)的一端向氣化爐(2)內(nèi)側(cè)方向傾 斜設(shè)置，耐火磚內(nèi)壁(4)貼附在水冷壁(3)的水平段(3-3 )、第二豎直段(3-4)和傾斜段(3-5) 上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水冷壁與耐火磚壁面組合布置的氣化爐裝置，其特征在 于:氣化爐(2)包括半球體(2-1)、圓柱體(2-2)和錐體(2-3)，半球體(2-1)、圓柱體(2-2)和 錐體(2-3)由上至下依次連接。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種水冷壁與耐火磚壁面組合布置的氣化爐裝置，其特征在 于:煤粉燒嘴(1)為圓柱體燒嘴，煤粉燒嘴(1)的軸線與氣化爐(2)的圓柱體(2-2)的軸線重合。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種水冷壁與耐火磚壁面組合布置的氣化爐裝置，其特征在 于:水冷壁(3)由多根圓管順次環(huán)形排列組成。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種水冷壁與耐火磚壁面組合布置的氣化爐裝置，其特征在 于:耐火磚內(nèi)壁(4)在氣化爐(2)的圓柱體(2-2)內(nèi)的豎直高度(H)為0.1-0.5L，L為氣化爐 (2)的燃燒室高度。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種水冷壁與耐火磚壁面組合布置的氣化爐裝置，其特征在 于:耐火磚內(nèi)壁(4)在氣化爐(2)的圓柱體(2-2)內(nèi)的豎直高度(H)為0.3L。
【文檔編號】C10J3/76GK106047418SQ201610388806
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月2日
【發(fā)明人】陳智超, 王浩鵬, 喬大成, 何額爾敦木圖, 曾令艷, 李爭起
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)