一种气化炉的制作方法

1.本实用新型涉及煤气化技术领域，具体而言，涉及一种气化炉。


背景技术：

2.煤气化技术是洁净高效利用煤的一种重要方式。我国煤炭资源丰富，油气资源相对匮乏，将丰富的煤炭转化成清洁的气体和油，近年来受到众多关注及应用。流化床气化炉因炉内温度均匀，气固混合均匀、接触佳，气化效率高等原因广泛应用于煤气化工艺。但是流化床气化炉整体床层温度梯度小，原料煤入炉后直接与高温烟气或高温床料混合，热解析出的焦油在较高温度下裂解损失，导致气化炉出口粗煤气中焦油含量大大降低；且气化炉出口粗煤气温度较高，为后续废热锅炉设计、选型，后续冷却降温系统带来较多问题，粗煤气温度高、后续系统换热负荷大、设备投资高，且冷介质如水用量大，造成较高量的废水排放。


技术实现要素：

3.鉴于此，本实用新型提出了一种气化炉，旨在解决现有气化炉中入炉煤粉热解反应不充分及气化炉出口粗煤气温度较高的问题。
4.本实用新型提出了一种气化炉，包括：自上而下依次连通的换热区、气化反应区和排渣区；其中，所述气化反应区的顶部与所述换热区连通，用以将所述气化反应区产生的高温粗煤气输送至所述换热区；所述换热区中设置有第一管壳式换热组件，所述换热区中与所述第一管壳式换热组件对应的区域为第一换热段；所述第一换热段的侧壁上开设有原料煤进口，以使所述原料煤沿着所述第一管壳式换热组件的管程下落；所述第一管壳式换热组件的管程与所述气化反应区相通，用以使进入管程的原料煤在含氢粗煤气气氛下进行热解反应；
5.所述第一管壳式换热组件的下部管板上开设有若干第一通气孔，以使所述气化反应区产生的高温粗煤气进入第一管壳式换热组件的壳程，并与所述第一管壳式换热组件的管程中的原料煤及热解产物进行换热；所述第一换热段的侧壁上还开设有一次换热粗煤气出口，用以将经过一次换热降温后的高温粗煤气与所述热解反应产生的含焦油热解气排出所述换热区。
6.进一步地，上述气化炉中，所述第一管壳式换热组件的管程的侧壁上沿轴向间隔设置有若干倾斜挡板，用以增加所述原料煤的停留时间。
7.进一步地，上述气化炉中，相邻两个所述倾斜挡板的倾斜方向相反。
8.进一步地，上述气化炉中，所述第一管壳式换热组件的壳程中设置有若干组冷却水换热管。
9.进一步地，上述气化炉中，每组所述冷却水换热管中的冷却水换热管为多个，各所述冷却水换热管沿着所述第一管壳式换热组件上对应的第一通气孔的周向分布。
10.进一步地，上述气化炉中，所述换热区中还设置有第二管壳式换热组件，所述换热
区与所述第二管壳式换热组件对应的区域为第二换热段，所述第二换热段位于所述第一换热段的上方，且所述第二换热段与所述第一换热段之间设置有隔板，用以将所述第一换热段与所述第二换热段分隔为两个独立的腔室。
11.进一步地，上述气化炉中，所述第二换热段的下方的侧壁上开设有二次换热粗煤气进口，用以将一次换热后的粗煤气输送至所述第二管壳式换热组件的管程中，且所述二次换热粗煤气进口位于所述隔板上方。
12.进一步地，上述气化炉中，所述第二换热段的侧壁下部开设有冷却水进口，用以将冷却水输送至所述第二管壳式换热组件的壳程中；所述第二换热段的侧壁的上部开设有饱和蒸汽出口，用以将粗煤气进行二次换热产生的饱和蒸汽输送至蒸汽管网。
13.进一步地，上述气化炉中，所述第二换热段的顶部开设有二次换热粗煤气出口，用以将经过二次换热后的粗煤气排出气化炉。
14.进一步地，上述气化炉中，所述气化反应区包括：自上而下依次连通的第一密相床层缩径段、第一密相床层直筒段、第二密相床层缩径段和第二密相床层直筒段；其中，所述第一密相床层缩径段口径较大的一端与所述换热区连通，所述第二密相床层直筒段的下端与所述排渣区连通。
15.本实用新型提供的气化炉，通过在气化反应区上部设置换热区，使得入炉原料煤能够与气化反应区产生的高温粗煤气发生充分热解，充分释放挥发分，获取更多高附加值热解产物，同时，对气化反应区产生的高温粗煤气进行回收、降温，降低了粗煤气出口温度，有利于降低后续处理系统的负荷及设备投资、减少废水产量、提高工艺整体的技术经济性。
附图说明
16.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
17.图1为本实用新型实施例提供的气化炉的一种结构示意图；
18.图2为本实用新型实施例提供的气化炉的另一种结构示意图。
具体实施方式
19.下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
20.参阅图1和图2，本实用新型实施例的气化炉包括：自上而下依次连通的换热区1、气化反应区2和排渣区3；其中，所述气化反应区2的顶部与所述换热区1连通，用以将所述气化反应区2产生的高温粗煤气输送至所述换热区1；所述换热区1中设置有第一管壳式换热组件，所述换热区1中与所述第一管壳式换热组件对应的区域为第一换热段；所述第一换热段的侧壁上开设有原料煤进口10，以使所述原料煤沿着所述第一管壳式换热组件的管程11
下落；所述第一管壳式换热组件的管程11与所述气化反应区2相通，用以使进入管程的原料煤在含氢粗煤气气氛下进行热解反应；所述第一管壳式换热组件的下部管板111上开设有若干第一通气孔1111，以使所述气化反应区2产生的高温粗煤气进入所述第一管壳式换热组件的壳程12，并与所述管程中的原料煤及热解产物进行换热；所述第一换热段的侧壁上还开设有一次换热粗煤气出口，用以将经过一次换热降温后的高温粗煤气与所述热解反应产生的含焦油热解气排出所述换热区1。
21.具体而言，换热区1可以由椭圆封头100和筒体段组成，筒体段可以为直筒结构，该直筒结构的直径较大，以便于增加换热面积。筒体段中可以设置一个换热段或两个换热段。换热区1通过气化反应区2的第一密相床层缩径段21与气化反应区2连通，以保持连接处顺畅过渡、炉内的物料无流动死区。
22.换热区1的筒体部分中设置有第一换热段，第一换热段中设置有第一管壳式换热组件，第一管壳式换热组件的上部和下部分别设置有安装换热管的管板，上部管板和下部管板111可以均为圆形板，其中，下部管板111上开设有多个第一通气孔1111，以使经气化反应区2产生的高温粗煤气进入第一管壳式换热组件的壳程12中，以与进入管程的低温原料煤进行换热。
23.第一换热段的侧壁上开设有原料煤进口10，原料煤输送管道倾斜设置在第一换热段的侧壁上，并与该原料煤进口10连通，以将原料煤顺利输送至第一换热段。
24.第一换热段侧壁上还开设有一次换热粗煤气出口13，一次换热粗煤气出口13与原料煤进口10可以相对设置。
25.第一管壳式换热组件的管程11与所述气化反应区相通，即第一管壳式换热组件中的各个换热管两端开口，上端管口与换热区1顶部连通，下端管口与气化反应区2连通，保持换热管中的原料煤处于粗煤气气氛中，在含氢粗煤气气氛下进行热解反应，得到热解气及高附加值轻质焦油，汇同反应产生的热解半焦下行，同时进行气固分离，含焦油热解气同下部气化反应区产生的粗煤气混合，与第一管壳式换热组件的壳程12换热降温后，经一次换热粗煤气出口13排出第一换热段。
26.气化反应区2可以为直筒结构或变径筒状结构，本实施例中，气化反应区2包括：自上而下依次连通的第一密相床层缩径段21、第一密相床层直筒段22、第二密相床层缩径段23和第二密相床层直筒段24；其中，第一密相床层缩径段21口径较大的一端与所述换热区11连通，第二密相床层直筒段24的下端与排渣区3连通。
27.较具体的，第一密相床层直筒段22的直径大于第二密相床层直筒段24的直径。第二密相床层直筒段24与排渣区3的锥形气体分布板连通，且二者的连接处保持圆滑过渡，第二密相床层直筒段24的直径与锥形气体分布板上端的直径相同。第一密相床层缩径段21和第二密相床层缩径段23可以均为圆台状结构，并且，该圆台状结构的直径较大的一端朝上设置。本实施例中，气化反应区2的各段密相床层可以由外侧金属壁面和内部耐火材料衬里构成。
28.排渣区3包括：锥形气体分布板31、中心射流管32和排渣管路33；其中，所述锥形气体分布板31的口径较小的一端朝向排渣口设置，排渣管路33与锥形气体分布板31口径较小的一端连通，中心射流管32沿套设于排渣管路33内部。
29.具体而言，锥形气体分布板31的锥顶端（口径较小的一端）靠近排渣管路33设置，
锥形气体分布板31的锥底端（口径较大的一端）靠近密相区设置。锥形气体分布板31的锥面上沿周向开设有多组进气孔，气化剂经气体分布板上的进气孔分布后进入气化反应区2中。
30.锥形气体分布板31可以通过排渣管路33与后续的排渣系统相连通。中心射流管32位于排渣管路33内部，且与排渣管路33同轴设置。中心射流管32与排渣管路33之间形成环隙的排渣通道。
31.中心射流管32的顶部位于锥形分布板上靠近锥顶端的一圈进气孔的下方，中心射流管32的底部延伸出至排渣管路33的排渣口下方。
32.上述显然可以得出，本实施例中提供的气化炉，通过在气化反应区上部设置换热区，使得入炉原料煤能够与气化反应区产生的高温粗煤气发生充分热解，充分释放挥发分，获取更多高附加值热解产物，同时，对气化反应区产生的高温粗煤气进行回收、降温，降低了粗煤气出口温度，有利于降低后续处理系统的负荷及设备投资、减少废水产量、提高工艺整体的技术经济性。
33.继续参见图1和图2，在本实施例中，所述第一管壳式换热组件的管程11的侧壁上沿轴向间隔设置有若干倾斜挡板6，用以增加所述原料煤的停留时间。
34.具体而言，第一管壳式换热组件的换热管中设置多个倾斜挡板6，以增加原料煤下落的阻力，进而延长原料煤在管道中的停留时间，使得热解反应能够充分进行。
35.优选的，相邻两个所述倾斜挡板6的倾斜方向相反，以进一步延长原料煤粉颗粒的下落时间，保持其在管道中保持足够长的停留时间，使得热解反应进行的更充分。
36.上述实施例中，所述第一管壳式换热组件的壳程12中设置有若干组冷却水换热管4。
37.具体而言，第一管壳式换热组件的壳程12中设置多组冷却水换热管4，以对进入第一管壳式换热组件的壳程12中的高温粗煤气进行降温。冷却水换热管4可以为锅炉水管。
38.进一步的，每组所述冷却水换热管4中的冷却水换热管4为多个，各所述冷却水换热管沿着所述第一管壳式换热组件上对应的第一通气孔1111的周向分布。
39.具体而言，可以在每个第一通气孔1111的周围设置一组或多组冷却水换热管，每组冷却水换热管呈环形分布在第一通气孔1111的周围，且任意相邻的两个冷却水换热管之间保持预设间距，以提供换热空间。
40.每组冷却水换热管对应设置在第一通气孔1111的周围，以对进入第一管壳式换热组件的壳程12中的高温粗煤气进行一次换热降温，换热后高温煤气经各冷却水管道间的间隙排出至第一管壳式换热组件的壳程12中，与第一管壳式换热组件的管程11内的固体物料间接接触、再次换热降温，同时为固相物料的热解反应提供热量。
41.上述实施例中，所述换热区1中还设置有第二管壳式换热组件，所述换热区1与所述第二管壳式换热组件对应的区域为第二换热段，所述第二换热段位于所述第一换热段的上方，且所述第二换热段与所述第一换热段之间设置有隔板5，用以将所述第一换热段与所述第二换热段分隔为两个独立的腔室。
42.具体而言，第二管壳式换热组件的结构与第一管壳式换热组件的结构可以相同，第二管壳式换热组件的换热管的内径小于第一管壳式换热组件的换热管的内径。隔板5可以为圆形板，将第一换热段和第二换热段隔开，原料煤进口10位于隔板5的下方。
43.第二换热段的下方的侧壁上开设有二次换热粗煤气进口14，用以将一次换热后的
粗煤气输送至所述第二管壳式换热组件的管程中，且所述二次换热粗煤气进口14位于所述隔板5上方。
44.第二管壳式换热组件的换热管与二次换热粗煤气进口14连通，以使经过第一换热段换热的粗煤气进入第二管壳式换热组件的管程15中，与第二管壳式换热组件的壳程16进行二次换热。
45.继续参阅图1，所述第二换热段的侧壁下部开设有冷却水进口18，用以将冷却水输送至所述第二管壳式换热组件的壳程16中；所述第二换热段的侧壁的上部开设有饱和蒸汽出口17，用以将粗煤气进行二次换热产生的饱和蒸汽输送至蒸汽管网。所述第二换热段的顶部开设有二次换热粗煤气出口，用以将经过二次换热后的粗煤气排出气化炉。
46.具体而言，第二管壳式换热组件的上部管板和下部管板可以为不开孔的圆形板，第二换热段上的冷却水进口18与第二管壳式换热组件的壳程16连通，二次粗煤气进口与第二管壳式换热组件的管程15连通，进而实现一次换热后的粗煤气与冷却水的间接换热。换热区1的顶部中心设置有二次换热粗煤气出口19，即整个气化炉的封头顶部设置有二次换热粗煤气出口，以将二次换热后的粗煤气排出至后续系统，以降低后续系统的处理负荷。
47.可以看出，本实施例中提供的气化炉，通过在气化反应区上部设置两段换热段，使得入炉原料煤能够与气化反应区产生的高温粗煤气发生充分热解，充分释放挥发分，获取更多高附加值热解产物，同时，对经过第一换热管换热后的一次降温粗煤气（包含热解气）进行二次换热，进一步降低了粗煤气的出口温度同时也回收了二次换热过程中产生的能量。
48.综上，本实用新型提供的气化炉，通过在气化反应区上部设置换热区，使得入炉原料煤能够与气化反应区产生的高温粗煤气发生充分热解，充分释放挥发分，获取更多高附加值热解产物，同时，对气化反应区产生的高温粗煤气进行回收、降温，降低了粗煤气出口温度，有利于降低后续处理系统的负荷及设备投资、减少废水产量、提高工艺整体的技术经济性
49.显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。