多燒嘴冷壁式水煤漿氣化爐及氣化工藝制造技術

本發明專利技術公開了一種頂部設置多個燒嘴的冷壁式水煤漿氣化爐，包括一個承壓爐體，爐體頂部設置法蘭連接的頂蓋，設置在頂蓋中心的一個點火燒嘴和周邊三個煤燒嘴的安裝口，爐體內部用水冷壁隔離出來一個反應器，設置在反應器底部渣口下面的激冷水噴淋環，安裝有下降管和上升套管的激冷室。本發明專利技術還涉及使用該氣化爐的氣化工藝。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種用于煤化工領域的煤氣化設備和氣化方法，特別涉及一種使用水冷壁反應器的多燒嘴頂噴式水煤漿氣化爐及氣化方法。
技術介紹
煤氣化技術廣泛應用于煤制氫氣或是煤制合成氨、合成甲醇、合成油和天然氣，以及煤氣化聯合循環發電等生產過程。煤氣化爐是煤化工裝置的核心設備，目前存在多種技術，固定床、流化床、氣流床煤氣化技術已經實現工業化。氣流床氣化爐的氣化溫度和氣化壓力高、單爐負荷大、煤種適應范圍廣，隨著環保要求的不斷提高，采用液態排渣的氣流床煤氣化技術越來越顯示出其優秀的環保性能，成為煤氣化技術發展的主流方向。國外已工業化的氣流床煤氣化技術主要有以水煤漿為原料的GE公司的Texaco氣化技術，以干粉煤為原料的Shell公司的SCGP氣化技術、西門子公司的GSP技術等。我國也先后開發出了多噴嘴對置式水煤漿氣化爐、灰熔聚流化床氣化爐、兩段式氣化爐、航天爐、清華爐、東方爐、五環爐等煤氣化技術。水煤漿氣化技術操作參數控制容易，易于做到穩定運行，但受制于耐火磚的溫度適用性約束，不能氣化灰熔點高于1400℃的原料煤。而采用水冷壁形式的干粉煤氣化技術由于其氣化反應溫度高，對煤種適應性強，氣化反應徹底，副反應少，但是干粉煤氣化技術由于其復雜的煤粉制備流程增加了設備投資，煤粉干燥過程中需要向大氣排放尾氣，操作中存在安全風險，而在氣化過程中由于粉煤流量測量和控制比較困難，容易造成爐內反應溫度的波動，損傷設備引發停車，較難做到連續穩定操作。當前，在煤制天然氣工藝里采用最多的是魯奇固定床氣化技術，生成的粗煤氣中含有約5％的甲烷，可減小后續裝置的負荷，但該氣化技術的煤種適應性差，只能使用塊煤，不能使用粉煤，且不能使用灰熔點低于1200℃的煤種，還存在污染嚴重、大量含酚廢水無法處理的難題。如果在煤制天然氣工廠設置一臺水煤漿氣化爐，使用魯奇爐產生的含酚廢水參與原料煤制漿，可以有效減少煤制天然氣工廠的廢水排放。
技術實現思路
針對耐火磚形式水煤漿氣化爐不能氣化高灰熔點煤的問題，本專利技術提供了一種采用水冷壁反應器的多燒嘴頂噴式水煤漿氣化設備及氣化工藝。具備煤種適應性廣、碳轉化率高、單爐能力大、負荷調節彈性大、生產運行穩定、設備投資節省、維護檢修簡單、環保性能好等特點。為達到以上目的，本專利技術采取的技術方案如下：一種多燒嘴冷壁式水煤漿氣化爐，包括一個承壓爐體，設置于爐體頂部的端頭頂蓋，頂蓋上設有點火燒嘴和周邊多個煤燒嘴的安裝口，爐體內部用水冷壁隔離出的反應器，設置在反應器底部渣口下面的激冷水噴淋環，和安裝有下降管和上升套管的激冷室。該冷壁式水煤漿氣化爐反應器以整體方式置于承壓外殼中，殼體上封頭與殼體采用法蘭連接，殼體上封頭中央位置設置以法蘭形式連接的端頭頂蓋，端頭頂蓋上設置一個點火燒嘴和三個煤燒嘴的法蘭式安裝口。爐體內上半部分由水冷壁盤管圍出反應器腔體，腔體上方開口為燒嘴噴射入口，腔體下方開口為渣口，水冷壁盤管在反應器內側表面均勻布置長度為10-20毫米的銷釘，以銷釘為附著物在水冷壁內側敷設一層碳化硅耐火材料，水冷壁盤管與爐體承壓外殼之間留有隔熱環隙，環隙內設置惰性氣體吹掃接口。爐體內位于反應器下方的空間形成激冷室，激冷室底部開口為渣水出口，激冷室上部側面開口為合成氣出口，激冷室下部側面開口為黑水出口，激冷室內設置下降管和上升套管，激冷水噴淋環管位于渣口與下降管之間，噴淋環向下降管內壁沿切線方向噴入激冷水。本專利技術還提供所述多燒嘴冷壁式水煤漿氣化爐的氣化工藝，包括：(1)點火燒嘴使用預熱并加壓后的燃氣作為燃料，混配惰性氣體的氧氣作為助燃劑；(2)點火燒嘴從氣化爐頂端中心部位向下將噴入火焰對爐膛進行預熱；(3)煤燒嘴使用水煤漿作為燃料，氧氣作為氣化劑；(4)水煤漿通過三條管線分別進入三個煤燒嘴噴入氣化爐；(5)三個煤燒嘴全部由氣化爐頂端將水煤漿和氧氣向下方噴射入爐發生氣化反應；(6)合成氣和液態渣由反應器下部渣口進入激冷室下降管；(7)渣口和下降管之間切向噴水到金屬材質的下降管內側形成均勻水膜，將合成氣和液態渣降溫；(8)固體渣從激冷室底部的渣水出口離開氣化爐；(9)合成氣從下降管下端口齒狀開口進入上升管，與激冷水分離后從位于激冷室上部的合成氣出口離開氣化爐。所述氣化工藝，水煤漿通過三條通道分別進入三個煤燒嘴，氧氣通過三條管線分別進入三個煤燒嘴，經過煤燒嘴將水煤漿與氧氣混合并霧化后噴射入氣化爐。所述氣化工藝，水煤漿濃度為55％到65％，點火燒嘴對爐膛預熱溫度設定為800℃到900℃，反應器內部氣化溫度為1500℃到1700℃。所述氣化工藝，煤燒嘴投用后點火燒嘴作為長明燈繼續燃燒。與現有技術相比，本專利技術的優點是：1、將水冷壁反應器和水煤漿氣化工藝結合在一起，克服了傳統水煤漿氣化爐需要頻繁修補耐火磚的缺點。2、拓寬了氣化溫度的選擇窗口，可以根據原料煤的灰熔點性質選取合適的氣化溫度，可以使用各種原料煤種進行氣化生產。3、在點火燒嘴燃燒的同時投用煤燒嘴，降低了水煤漿燒嘴的點火難度，消除了水煤漿燒嘴點火期間發生燃爆的現象，減低了氣化爐發生設備故障的頻率。4、將多燒嘴設計應用在頂噴型氣化爐，改善了氣化爐調節負荷的靈活性，便于開車期間煤氣化工段和后續工段的銜接操作，減少了開車期間合成氣向火炬的排放量，改善了開車期間裝置運行的經濟性。合理的煤燒嘴噴射角度設計允許單臺燒嘴運行，可以實現煤氣化裝置在從20％到120％范圍的任意負荷下長期穩定生產，很好地適應下游裝置的負荷波動工況。附圖說明圖1所示為多燒嘴冷壁式水煤漿氣化爐設備結構示意圖。圖2所示為多燒嘴冷壁式水煤漿氣化技術工藝流程圖。具體實施方式下文將結合附圖對本專利技術進行示例說明。圖1示出了本專利技術的冷壁式水煤漿氣化爐的一種典型結構。如圖2所示，粒徑不大于50毫米的原料煤送入棒磨機加水研磨成水煤漿，水煤漿進入緩沖罐儲存，緩沖罐內設置攪拌設施保持水煤漿組成均勻。根據氣化工況的需求，水煤漿經漿料泵加壓后通過煤燒嘴與氧氣混合并霧化，在氣化爐內發生燃燒和氣化反應，生成合成氣。啟動氣化爐時首先點燃點火燒嘴將爐膛升溫到900℃，然后逐個投用煤燒嘴，水煤漿與純氧發生不完全燃燒生成粗合成氣，調節氧氣與水煤漿的流量比例，升溫到1500℃，爐膛溫度采用水冷壁產生蒸汽流量計算得到。氣化過程中未發生反應的灰組分，高溫狀態下熔化成液滴狀態，在重力作用下隨氣流或者沿水冷壁表面流到反應器底部，經渣口落入激冷水池形成顆粒狀渣，使用渣鎖斗間歇排出，從渣中分離出來的灰水返回制漿系統循環使用。高溫合成氣經過位于反應器下方的水激冷區域降溫和除塵，從水激冷區域上部引出產品合成氣。煤氣化產生的合成氣溫度和組成適合于直接進入下游一氧化碳變換反應器發生中溫耐硫變換反應，通過對變換深度的控制可以調節產品合成氣中的氫氣和一氧化碳比例，經過低溫甲醇洗工段將合成氣中的二氧化碳分離脫除后，合成氣進入相應的合成反應器以生產各種下游產品。實施例：某煤氣化制合成氨尿素項目某日產1000噸合成氨中間產品及1740噸尿素項目，需要煤氣化每小時產生8.8萬標方有效合成氣(CO+H2)。原料煤使用國內某大宗商品煤種，收到基水分含量14％，干基灰分含量7％，無水無灰基元素分析含碳80.72％、氫4.83％、氮1.03％、硫0.45％，收到基低位熱值25MJ/kg。設置2臺日投煤量7本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種多燒嘴冷壁式水煤漿氣化爐，包括一個承壓爐體，設置于爐體頂部的端頭頂蓋，頂蓋上設有點火燒嘴和周邊多個煤燒嘴的安裝口，爐體內部用水冷壁隔離出的反應器，設置在反應器底部渣口下面的激冷水噴淋環，和安裝有下降管和上升套管的激冷室。

【技術特征摘要】
1.一種多燒嘴冷壁式水煤漿氣化爐，包括一個承壓爐體，設置于爐體頂部的端頭頂蓋，頂蓋上設有點火燒嘴和周邊多個煤燒嘴的安裝口，爐體內部用水冷壁隔離出的反應器，設置在反應器底部渣口下面的激冷水噴淋環，和安裝有下降管和上升套管的激冷室。2.根據權利要求1所述的冷壁式水煤漿氣化爐，其特征在于，該冷壁式水煤漿氣化爐反應器以整體方式置于承壓外殼中，殼體上封頭與殼體采用法蘭連接，殼體上封頭中央位置設置以法蘭形式連接的端頭頂蓋，端頭頂蓋上設置一個點火燒嘴和三個煤燒嘴的法蘭式安裝口，點火燒嘴噴射方向為豎直向下，煤燒嘴的噴射方向為自上而下，煤燒嘴軸線延長線經過反應器腔體中心點。3.根據權利要求1所述的冷壁式水煤漿氣化爐，其特征在于，爐體內上半部分由水冷壁盤管圍出反應器腔體，腔體上方開口為燒嘴噴射入口，腔體下方開口為渣口，水冷壁盤管在反應器內側表面均勻布置長度為10-20毫米的銷釘，以銷釘為附著物在水冷壁內側敷設一層碳化硅耐火材料，水冷壁盤管與爐體承壓外殼之間留有隔熱環隙，環隙內設置惰性氣體吹掃接口。4.根據權利要求1-3任一項所述的冷壁式水煤漿氣化爐，其特征在于，爐體內位于反應器下方的空間形成激冷室，激冷室底部開口為渣水出口，激冷室上部側面開口為合成氣出口，激冷室下部側面開口為黑水出口，激冷室內設置下降管和上升套管，激冷水噴淋環管位于...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王濤，
申請(專利權)人：北京瑞達科博技術有限公司，
類型：發明
國別省市：北京;11