一种气化炉汽水系统的制作方法

1.本发明属于煤气化技术领域，特别涉及一种气化炉汽水系统。


背景技术：

2.通常，煤气化是指在高温高压(1200～1600℃、4.0～6.5mpa)环境下，煤、石油焦或其他含碳物质与气化剂(氧气、水蒸气等)在气化炉内发生燃烧反应，以将煤、石油焦或其他含碳物质中的有机质转化为粗合成气(主要成分为一氧化碳和氢气)。
3.由于气化炉内部一直处于高温环境，为保护气化炉壳体不超温，一般采用水冷壁的方式达到降温目的，水冷壁换热管内充有流动的冷却水，与高温粗合成气进行间接换热，回收高温气体余热。
4.在目前煤气化技术中，对于高温粗合成气的热量回收方式主要是通过激冷流程和废锅流程。其中，激冷流程是指出气化室的高温粗合成气直接进入激冷室水浴，高温气体显热直接转移至水相中。废锅流程是指出气化室的高温粗合成气先后经过两级废锅，高温气体显热与锅炉水进行间接换热，副产所需规格的蒸汽。
5.然而，在激冷流程中，由于高温粗合成气显热被大量浪费，回收率较低，副产的饱和蒸汽量少且品质不高，基本只能用于蒸汽伴热。
6.在高温气化产物余热回收过程中，如果出气化炉的高温气体直接进入废热锅炉蒸发器段，还会导致合成气中的飞灰粘结在换热管壁上，造成废锅积灰。
7.另外，在全热回收煤气化过程中，如果出辐射废锅的高温合成气先进入高温过滤器进行气固分离，随后，分离后的粗合成气再送去对流废锅换热，此时的出辐射废锅的粗合成气温度约800℃左右送去高温过滤器，高温过滤器需要耐受较高的温度，对其材质必然要求较高，设备投资较大，使得企业被迫增加费用支出，由此，提高企业的经营成本。


技术实现要素：

8.鉴于现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种安全可靠、操作性强、回收效率高、符合环保要求的气化炉汽水系统，用于解决现有技术中显热被大量浪费，回收率较低等技术问题。
9.为实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案是：
10.一种气化炉汽水系统，其包括：顺序连通的至少一个汽包、气化炉、输气管和对流废锅；其中，所述气化炉包括：从上至下顺序连通的气化室、辐射废锅、渣池室；所述对流废锅包括：从上至下顺序连通的转向室、一段过热器、二段过热器和蒸发器，以使粗合成气顺序通过，并流出所述对流废锅；所述辐射废锅通过所述输气管与所述转向室连通；所述汽包分别与所述气化室、所述辐射废锅、所述输气管和所述转向室连通；在换热状态下，所述汽包内的饱和水分别流入所述气化室的水冷壁、所述辐射废锅的水冷壁、所述输气管的水冷壁、所述转向室的水冷壁和所述蒸发器的水冷壁，并再次循环流入所述汽包；所述汽包内的饱和蒸汽分别进入所述一段过热器的换热管和所述二段过热器的换热管，随后输送入动力
管网。
11.在本公开的一些实施例中，所述气化炉汽水系统还包括循环泵；所述汽包通过所述循环泵分别与所述气化室的水冷壁、所述输气管的水冷壁、所述转向室的水冷壁和所述蒸发器的水冷壁连通；在换热的状态下，所述汽包内的饱和水通过所述循环泵维持增压循环。
12.在本公开的一些实施例中，所述气化室的水冷壁、所述输气管的水冷壁和所述转向室的水冷壁构造为盘管式水冷壁结构。
13.在本公开的一些实施例中，所述辐射废锅的水冷壁包括沿靠近所述气化炉的内壁的方向顺次设置的内层水冷壁、水冷屏和外层水冷壁；在换热的状态下，所述汽包内的饱和水分别进入所述内层水冷壁、所述水冷屏和所述外层水冷壁。
14.在本公开的一些实施例中，所述蒸发器的水冷壁构造为盘管式水冷壁结构或蛇形管式水冷壁结构。
15.在本公开的一些实施例中，所述气化炉汽水系统包括两个汽包；在换热状态下，其中，一所述汽包通过循环泵为所述气化室、所述对流废锅的水冷壁提供饱和水；另一所述汽包通过自然循环为所述辐射废锅的水冷壁提供饱和水。
16.在本公开的一些实施例中，所述气化炉汽水系统包括三个汽包；在换热状态下，其中，一所述汽包通过循环泵为所述气化室的水冷壁提供饱和水；一所述汽包通过自然循环为所述辐射废锅的水冷壁和水冷屏提供饱和水；一所述汽包通过循环泵为所述对流废锅的水冷壁提供饱和水。
17.在本公开的一些实施例中，所述气化室的侧部设有多个粉煤烧嘴，以使粉煤通过所述粉煤烧嘴进入所述气化室。
18.在本公开的一些实施例中，所述气化室的顶部设有飞灰烧嘴，以使飞灰及气化剂通过所述飞灰烧嘴进入所述气化室，并在所述气化室内与粉煤充分混合。
19.在本公开的一些实施例中，所述渣池室内构造为水浴环境，以通过激冷水对液态熔渣进行冷却固化。
20.与现有技术相比较，本发明的有益效果在于：
21.本发明实施例的所述气化炉汽水系统，通过所述气化炉采用所述辐射废锅与所述对流废锅组合的换热方式，并通过设置所述汽包，分别为所述气化室的水冷壁、所述辐射废锅的水冷壁和所述对流废锅水冷壁等组成部分提供饱和冷却水，从而达到有效回收高温气体显热目的。此外，可副产高品质过热蒸汽，并送去动力管网，实现充分节能减排的目的。
22.另外，所述气化室的水冷壁和所述对流废锅的水冷壁通过循环泵维持强制循环的方式，所述辐射废锅的水冷壁采用自然循环方式，最终副产中压过热蒸汽，并具有设备投资少、蒸汽品质高的优点。
附图说明
23.在不一定按比例绘制的附图中，相同的附图标记可以在不同的视图中描述相似的部件。具有字母后缀或不同字母后缀的相同附图标记可以表示相似部件的不同实例。附图大体上通过举例而不是限制的方式示出各种实施例，并且与说明书以及权利要求书一起用于对所公开的实施例进行说明。在适当的时候，在所有附图中使用相同的附图标记指代同
一或相似的部分。这样的实施例是例证性的，而并非旨在作为本装置或方法的穷尽或排他实施例。
24.图1为本发明实施例的一种气化炉汽水系统的结构示意图。
25.附图标记说明
26.1-气化炉；2-对流废锅；3-气化室；4-辐射废锅；5-渣池室；
27.6-输气管；7-转向室；8-一段过热器；9-二段过热器；10-蒸发器；
28.11-汽包；12-循环泵；13-粉煤烧嘴；14-飞灰烧嘴
29.w1-w5：第一股饱和水-第五股饱和水；
30.v1-v2：第一股饱和蒸汽-第二股饱和蒸汽；
31.v3-v4：第一股过热蒸汽-第二股过热蒸汽
具体实施方式
32.下面，结合附图对本发明的具体实施例进行详细的描述，但不作为本发明的限定。下面结合附图和具体实施例对本公开的实施例作进一步详细描述，但不作为对本公开的限定。
33.本公开使用的所有术语(包括技术术语或者科学术语)与本公开所属领域的普通技术人员理解的含义相同，除非另外特别定义。还应当理解，在诸如通用字典中定义的术语应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义，而不应用理想化或极度形式化的意义来解释，除非这里明确地这样定义。
34.对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
35.目前，在煤气化技术中，由于高温粗合成气的热量回收方式主要是通过激冷流程和废锅流程。而在激冷流程中，高温粗合成气显热被大量浪费，回收率较低，副产的饱和蒸汽量少且品质不高，基本只能用于蒸汽伴热，出现严重浪费的情况，同时，无法满足环境保护及节能减排的需求。为此，本发明提供如下设计方案。
36.一种气化炉汽水系统，参见图1，其包括：顺序连通的至少一个汽包11、气化炉1、输气管6和对流废锅2；其中，气化炉1包括：从上至下顺序连通的气化室3、辐射废锅4、渣池室5；对流废锅2包括：从上至下顺序连通的转向室7、一段过热器8、二段过热器9和蒸发器10，以使粗合成气顺序通过，并流出所述对流废锅；辐射废锅4通过输气管6与转向室7连通；汽包11分别与气化室3、辐射废锅4、输气管6和转向室7连通；在换热状态下，汽包11内的饱和水分别流入气化室3的水冷壁、辐射废锅4的水冷壁、输气管6的水冷壁、转向室7的水冷壁和蒸发器10的水冷壁，并再次循环流入汽包11。在本实施例中，通过辐射废锅4与对流废锅2协同作用，及通过汽包11提供饱和冷却水，从而达到有效回收高温气体显热目的。关于换热过程的详细介绍，将在后面通过区分不同股饱和水、饱和蒸汽的方式进行描述，以说明本气化炉汽水系统的优势。
37.在上述实施例中，在换热的状态下，汽包11内的饱和蒸汽分别进入一段过热器8的换热管(图中未示出)和二段过热器9的换热管(图中未示出)，随后输送入动力管网。通过设置一段过热器8的换热管和二段过热器9的换热管，将饱和蒸汽加热，以产生高品质蒸汽。
38.另外，根据需求可以对一段过热器8的换热管和二段过热器9的换热管的布置方式
及长度做适应性调整。例如，通过多根换热管以串联或并联的方式，调整饱和蒸汽经过一段过热器8的换热管和二段过热器9的换热管的时间长度，进而可获得满足不同需求的高品质过热蒸汽。
39.在一实施例中，参见图1，所述气化炉汽水系统还包括循环泵12；汽包11通过循环泵12分别与气化室3的水冷壁、输气管6的水冷壁、转向室7的水冷壁和蒸发器10的水冷壁连通；在换热的状态下，汽包11内的饱和水通过循环泵12维持增压循环，由此提供满足不同需求的饱和蒸汽及汽水两相。在本实施例中，还可以设置多个循环泵12，用于满足多股不同饱和水所需不同的压力要求，具体设置方式，在此不做进一步限定。
40.在一实施例中，气化室3的水冷壁、输气管6的水冷壁和转向室7的水冷壁构造为盘管式水冷壁结构。在本实施例中，根据实际的应用场景及需求，水冷壁还可以采用其他形式的水冷壁结构。另外，不同工序上的反应设备之间可以采用相同或不同的水冷壁结构，在此不做进一步限定。
41.在一实施例中，辐射废锅4的水冷壁包括沿靠近气化炉1的内壁的方向顺次设置的内层水冷壁、水冷屏和外层水冷壁(图中未示出)；在换热的状态下，汽包11内的饱和水分别进入所述内层水冷壁、所述水冷屏和所述外层水冷壁。在本实施例中，可根据煤气化反应的实际情况，针对水冷壁的具体组成做相应的调整，包括水冷壁在气化炉1的位置等。
42.在一实施例中，所述蒸发器的水冷壁构造为盘管式水冷壁结构或蛇形管式水冷壁结构。在本实施例中，可根据实际需求选择具体的结构形式。
43.在一实施例中，所述气化炉汽水系统包括两个汽包11；在换热状态下，其中，一汽包11通过循环泵12为气化室3、对流废锅2的水冷壁提供饱和水；另一汽包11通过自然循环为辐射废锅4的水冷壁提供饱和水。在本实施例中，通过设置两个汽包11可以副产不同规格蒸汽，当然，还可以副产相同规格蒸汽。
44.在一实施例中，所述气化炉汽水系统包括三个汽包11；在换热状态下，其中，一汽包11通过循环泵12为气化室3的水冷壁提供饱和水；一汽包11通过自然循环为辐射废锅4的水冷壁和水冷屏提供饱和水；一汽包11通过循环泵12为对流废锅2的水冷壁提供饱和水。在本实施例中，通过设置三个汽包11可以副产不同规格蒸汽。
45.在一实施例中，参见图1，气化室3的侧部设有多个粉煤烧嘴13，以使粉煤通过粉煤烧嘴13进入气化室3。
46.在一实施例中，参见图1，气化室3的顶部设有飞灰烧嘴14，以使飞灰及气化剂通过飞灰烧嘴14进入气化室3，并在气化室3内与粉煤充分混合，以生成高温粗合成气(即，携带飞灰、金属碱物质的合成气)以及液态熔渣。
47.在一实施例中，渣池室5内构造为水浴环境，以通过激冷水对液态熔渣进行冷却固化，并定期排出。
48.下面结合图1，详细介绍一下所述气化炉汽水系统的工作流程：
49.粉煤以及氧化剂(如氧气、蒸汽)经由粉煤烧嘴13进入气化室3，飞灰及气化剂通过飞灰烧嘴14进入气化室3，在气化室3内充分混合后，且在高温高压下进行欠氧燃烧，生成高温粗合成气(即，携带飞灰、金属碱物质的合成气)以及液态熔渣，从辐射废锅4下落的熔渣落入渣池室5中遇冷水后迅速冷却固化，并定期排出。
50.饱和水从汽包11流出后，其中一部分通过循环泵12加压后，维持强制循环，并被分
为四股饱和水，即第一股饱和水w1至第四股饱和水w4，分别对应流入气化室3的水冷壁、转向室7的水冷壁、输气管6的水冷壁及蒸发器10的水冷壁，流入饱和水的水冷壁在与粗合成气进行换热后，水冷壁内的饱和水持续升温，并以饱和汽水两相的形式返回汽包11，结束本次循环及换热过程。另外，粗合成气温度降低，并从对流废锅2流出，进入后面的工序。
51.饱和水从汽包11流出的另一部分作为第五股饱和水w5以自然循环的方式，即无需通过循环泵12强制增压而直接流入辐射废锅4的水冷壁，经过换热后，该第五股饱和水w5返回流入汽包11，结束本次循环及换热过程。
52.以饱和汽水两相的形式返回汽包11的饱和水在汽包11中经过分离后，其中的饱和蒸汽从汽包11中流出，以第一股饱和蒸汽v1、第二股饱和蒸汽v2分别对应进入一段过热器8、二段过热器9的换热管内，在与流经一段过热器8、二段过热器9的粗合成气进行换热后，以第一股过热蒸汽v3、第二股过热蒸汽v4的形式流出一段过热器8、二段过热器9，并进入后序的动力管网。
53.通过上述描述，本发明的所述气化炉汽水系统能够提供满足需求的饱和蒸汽、过热蒸汽等，并且充分有效回收高温气体显热。
54.此外，尽管在此描述了说明性的实施例，但是范围包括具有基于本公开的等效要素、修改、省略、组合(例如，跨各种实施例的方案的组合)、调整或变更的任何和所有实施例。权利要求中的要素将基于权利要求中使用的语言进行宽泛地解释，而不限于本说明书中或在本技术的存续期间描述的示例。此外，所公开的方法的步骤可以以任何方式进行修改，包括通过重新排序步骤或插入或删除步骤。因此，意图仅仅将描述视为例子，真正的范围由以下权利要求及其全部等同范围表示。
55.以上描述旨在是说明性的而非限制性的。例如，上述示例(或其一个或多个方面)可以彼此组合使用。在阅读以上描述之后，例如本领域普通技术人员可以使用其他实施例。而且，在以上详细描述中，可以将各种特征组合在一起以简化本公开。这不应被解释为意图未请求保护的公开特征对于任何权利要求是必不可少的。因此，以下权利要求作为示例或实施例结合到具体实施方式中，其中每个权利要求自身作为单独的实施例，并且可以预期这些实施例可以以各种组合或置换彼此组合。应参考所附权利要求以及这些权利要求所赋予的等同物的全部范围来确定本发明的范围。