一种冷热壁相结合的流化床气化强制循环系统的制作方法

本发明涉及煤、生物质、垃圾等含碳物质的气化。

背景技术：

1、目前在运行的流化床气化产生的高温粗煤气中的粉尘颗粒都是依靠粉尘堆积的高度差产生的料位压差送入气化炉再次进行反应。旋风收集颗粒在返料管中会堆积形成一定的料位高度，当返料管中料位达到一定的高度产生的压力足以克服阻力时，就能达到一种自平衡的循环返料。

2、这种返料方式存在如下缺点：第一，因为飞灰要克服一定的阻力，所以需要足够的料位高度，随着气化压力的增加，所需料位高度也增加，从而增加了气化系统框架构筑物的高度，大大提高了投资。第二，传统的返料采用自重力返料，这种方式容易在返料管形成架桥堵塞，从而影响正常运行。第三，颗粒物的温度高，通常达到700℃～1100℃，无法实现通过气力输送等方式将未反应完成的含碳颗粒物送入气化炉的高温反应区中进行反应，只能送至温度相对较低的气化炉炉壁，由于炉壁处的温度不够高，这种高含碳的细小颗粒进入气化炉还未来得及反应，又再次被气体带出气化炉，造成低效的返料循环。第四，气化炉、高温旋风分离器、返料管及料封阀为刚性连接成一个循环封闭的结构，随着气化压力的升高，金属壁温也需要提高，开停车工况的温差变大，而这种刚性连接成的循环封闭结构抵抗温差变化引起的变形协调能力非常差，从而存在安全隐患。

3、中国专利授权公告号cn 114479948 a，授权公告日2022年5月13日，发明专利的名称为一种用于煤制合成气的射流流化床气化炉中温返粉系统，此专利公开了一种返粉中温系统，将高温旋风分离器分离出的粉尘送至与其依次连通的缓冲冷却罐、锁斗、发送斗以及定量输送器,定量输送器将粉尘直接输送至中心高温射流区内。一是粉尘颗粒的输送方式是通过定量输送器进行输料，而非采用气力输送这种强制方式，没有额外的动力源，输料方式存在不确定的可行性；二是所述缓冲冷却罐内部是采用的立式列管管板式结构或蛇形管式结构，列管式结构是用于气、液的流体类介质的结构，固体颗粒在管内或管排间的狭小空间内易发生搭桥堵料的风险，而蛇管式结构由于相邻管排之间存在间隙，其管排间的管子上表面的一部分物料是几乎不流动的，长时间不流动极易发生物料结块堵塞，传热效率下降。

技术实现思路

1、本发明针对目前技术存在的缺点，通过设置水冷壁、灰冷器等降温措施降低高温旋风捕集的粉尘颗粒的温度，将冷却后的中低温粉尘颗粒同除尘器收集的低温颗粒一同采用气力浓相输送的方法输送至气化炉高温反应区。

2、本发明所采用的技术方案如下：

3、一种冷热壁相结合的流化床气化强制循环系统，包括：半水冷壁气化炉、前段输气管、绝热高温旋风分离器、后段输气管、余热回收锅炉、除尘器、除尘器灰锁、灰冷器、灰冷器锁斗、灰发送斗、返灰管线。所述半水冷壁气化炉产生高温含尘粗煤气经过前段输气管后，通过绝热高温旋风分离器除去大颗粒粉尘后再通过后段输气管进入余热回收锅炉进行进一步热量回收并降温，降温后的含尘粗煤气进入除尘器除去细颗粒后送入下游水洗系统；所述除尘器捕集的细颗粒送入除尘器灰锁存储；所述绝热高温旋风分离器捕集的粉尘颗粒进入灰冷却器降温后送入灰冷器锁斗存储；所述灰发送斗将除尘器灰锁中的细粉颗粒和灰冷器锁斗中的粉尘颗粒由返灰管线通过气力浓相输送至气化炉中继续参与反应。

4、进一步改进为，所述的半水冷壁气化炉，包括：密相绝热反应段、稀相辐射热回收段、汽室。所述密相绝热反应段由承压钢壳内设耐火材料衬里组成，反应物料堆积一定高度后在此段内进行反应；所述稀相辐射热回收段由承压钢壳圆筒和钢管围成的水冷壁筒体同心安装组成，密相绝热反应段产生高温含尘粗煤气将在此段内进行初步的热量回收和粉尘沉降分离；所述汽室位于气化炉最底部，提供反应所需的气化剂。

5、进一步改进为，所述的密相绝热反应段，包括：热壁筒体、反应物料的进料口。所述热壁筒体由承压钢壳内设耐火材料衬里组成；所述进料口轴线与水平面呈35°～75°夹角，且位于密相绝热反应段中下部靠近底部。

6、进一步改进为，所述的稀相辐射热回收段，包括：位于过渡段水冷壁上部的扩大段水冷壁、将过渡段水冷壁与扩大段水冷壁连接并密封的膨胀节、用于支撑扩大段水冷壁的固定支座、沿不同高度且周向均匀布置的位移导向架、设置于水冷壁与承压钢壳环腔内的保护气环管、用于隔绝高温粗煤气进入环腔且支撑过渡段水冷壁的密封环、沿不同高度且周向均匀布置的水冷壁除灰振打器。

7、进一步改进为，所述的过渡段水冷壁由1～8组钢管螺旋盘绕而成，也可由钢管并列弯曲通过扁钢连接而成，或者两者相结合而成；过渡段水冷壁围成的大端筒体直径是小端筒体直径的1.2至1.6倍，锥形夹角30°～60°。

8、进一步改进为，所述的扩大段水冷壁由1～8组钢管螺旋盘绕而成，也可由钢管并列弯曲通过扁钢连接而成，或者两者相结合而成；上部呈现锥形或圆形收口，下部水冷壁围成筒体直径可大于、小于或者等于过渡段水冷壁围成的大端筒体直径；高温含尘粗煤气出口可设置于水冷壁顶部中心，也可设置于水冷壁筒体侧部靠上位置，粗煤气出口设置的位置需根据绝热高温旋风分离器、灰冷器、灰冷器锁斗及灰发送斗各设备的高度综合设计确定。

9、进一步改进为，所述的保护气环管由半圆形环形钢管与承压钢壳筒体连接，环管沿周向等距开设保护气分配孔，环管位置靠近隔绝高温粗煤气进入环腔的密封环；环腔保护气为惰性气体，也可为经过净化后的合成气体，保护气体的压力略高于稀相辐射热回收段内部压力，实现正压密封目的。

10、进一步改进为，所述的汽室，包括：用于支撑反应物料的气体分布板、位于分布板上的返灰口，返灰口数量可设置为1～6个、气化剂入口、由提供氧气通道的中心管和排渣管同心安装形成的落渣环腔。

11、进一步改进为，所述的气体分布板由钢板卷制形成的锥壳的气体分布板，其锥角在60°～120°范围内，分布板等距开设通入气化剂的小孔，小孔轴线与分布板锥体轴线的夹角在30°～60°范围内；分布板与反应物料接触侧表面可敷设一层20mm～100mm的高温耐磨绝热层。

12、进一步改进为，所述的前段输气管由承压钢壳圆筒和钢管围成的水冷壁筒体同心安装组成，前段输气管根据高温含尘粗煤气的出口位置连接于半水冷壁气化炉顶部或者侧部靠上。包括：连接于半水冷壁气化炉顶部时，竖直输气管水冷壁底端内插于气化炉扩大段水冷壁上部的锥形或圆形收口内，通过控制两者形成的间隙环大小来调整通过的保护气量的大小，保持环腔与水冷壁围成内腔的压差的稳定；连接于半水冷壁气化炉侧部靠上时，水平输气管水冷壁的前端内插于气化炉扩大段水冷壁侧部的圆形开孔内，并用膨胀节将两者进行连接密封；用于限制水冷壁位移方向的位移导向架；用于隔绝高温粗煤气进入环腔，同时具有位移补偿作用的密封膨胀节；用于吹扫水平输气管水冷壁下部积灰的吹灰器；在靠近密封膨胀节处设置环腔的保护气入口。

13、进一步改进为，所述的水冷壁由1～6组钢管螺旋盘绕而成，也可由钢管并列弯曲通过扁钢连接而成，或者上述两者结合而成，水冷壁与高温含尘粗煤气接触侧敷设一层10～50mm耐高温、高导热系数的耐磨层。

14、进一步改进为，所述的绝热高温旋风分离器由承压钢壳内设高温耐磨衬里和水冷壁中心筒组成，所述水冷壁中心筒由1～4组钢管螺旋盘绕而成，也可由钢管并列弯曲通过扁钢连接而成，与含尘粗煤气接触侧表面均涂覆一层10～50mm耐高温、高导热系数的耐磨层，水冷壁中心筒底端低于旋风分离器气体入口下沿50～150mm。

15、进一步改进为，所述的后段输气管由承压钢壳圆筒和钢管围成的水冷壁筒体同心安装组成，包括：上行竖直输气管水冷壁、通过膨胀节连接的水平前段输气管水冷壁和水平后段输气管水冷壁、下行竖直输气管水冷壁及保护气入口；所述上行竖直输气管水冷壁可与水冷壁中心筒为一体，也可进行分段通过膨胀节连接；所述上行竖直输气管水冷壁底端，设置具有位移补偿(是指用于吸收结构产生的热膨胀量)作用的密封膨胀节，实现隔绝高温粗煤气进入环腔内的作用；所述水平段输气管底部设置用于吹扫水平段水冷壁下部积灰的吹灰器；所述保护气入口设置于靠近密封膨胀节处。

16、进一步改进为，所述的水冷壁，由1～6组钢管螺旋盘绕而成，也可由钢管并列弯曲通过扁钢连接而成，或者上述两者结合而成，水冷壁与高温含尘粗煤气接触侧敷设一层10～50mm耐高温、高导热系数的耐磨层。

17、若余热锅炉内部发生浇注料脱落，脱落下来的异物将会掉落至锥体底部，此时如果将煤气出口设置于锥体底部，容易造成煤气出口堵塞，造成系统发生憋压的安全风险。因此，进一步改进为，所述的余热回收锅炉的粗煤气出口设置于余热回收锅炉下部锥体侧部靠上，锥体底部设置排灰口。

18、进一步改进为，所述的除尘器，可为依靠惯性或离心力的机械式除尘器，也可为用金属或非金属的滤筒作为颗粒物拦截形式的过滤式除尘器，也可以为机械式与过滤式相组合的除尘器。

19、进一步改进为，所述的灰冷器为水冷夹套结构，内部设置2～8圈同心安装的冷却盘管，在粉尘颗粒出口与螺旋盘管之间设置锥形出料挡板控制落料速度并实现混合作用。

20、进一步改进为，所述的灰冷器锁斗为水冷夹套结构，通过冲、卸压来实现物料连续输送，实现压力隔离的同时，维持系统各部分的压力稳定。

21、进一步改进为，所述灰发送斗粉尘颗粒通过给料器计量输送至返灰管线中。

22、进一步改进为，所述返灰管线尾端为输送气入口，出口端连接气化炉的返灰口，输送气从返灰管线尾端的输送气入口进入，将返灰管线中的颗粒物料从气化炉返灰口高速喷入高温反应区。

23、本发明的有益效果是：

24、冷热壁相结合的流化床气化强制循环系统，提高入炉颗粒物反应效率、降低框架高度从而降低投资、降低返灰堵塞引起的停产损失、提高系统的安全可靠性，提供了一种更加高效、更低投资、更加安全可靠的流化床气化技术。