本發(fā)明屬于煤化工領域，涉及一種攜帶流氣化爐。

背景技術：

目前，煤氣化技術是煤炭清凈轉化利用的關鍵技術。大型氣流床氣化技術由于高溫高壓高有效合成氣含量而被廣泛應用于大型煤基烯烴、煤基甲醇、煤制氣、煤制油以及煤氣化聯(lián)產(chǎn)等方面。煤氣化技術根據(jù)所進物料狀不同，可分為水煤漿加壓氣化技術、碎煤加壓氣化技術和干煤粉加壓氣化技術；根據(jù)氣化后熱能的回收分為激冷流程氣流床加壓氣化技術和廢鍋流程氣流床加壓氣化技術。

現(xiàn)常用的國外成熟的大型煤氣化技術主要有德士古水煤漿加壓氣化技術、shell干煤粉氣化技術和gsp干煤粉加壓氣化技術；國內(nèi)大型煤氣化技術主要有“神寧爐”干煤粉加壓氣化技術、多噴嘴對置式水煤漿加壓氣化技術、航天干煤粉加壓氣化技術。除德士古和shell爐為廢鍋流程氣流床加壓氣化技術外，其它均采用激冷流程氣化技術。相對于廢鍋流程而言，激冷流程氣化技術熱能利用低、水資源浪費嚴重。相對而言，廢鍋流程氣化熱能利用率高，可產(chǎn)生中、高壓蒸汽用于先進的煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)。

現(xiàn)工業(yè)應用的shell氣化爐為渣、氣分流的廢鍋流程氣流床氣化爐，合成氣從氣化室頂部導出后，先采用后序洗滌冷卻后的部分合成氣，將其由1400-1600℃激冷至900℃左右，再進入廢鍋回收熱量；而氣化后溫度在1400-1600℃高溫渣則由氣化室底部直接導入渣浴池激冷。此技術設備結構復雜，投資費用高而且由于渣氣分流，大量的高品位熱能回收率差。德士古水煤漿加壓氣化技術采用全廢鍋流程加壓氣化技術，熱能利用率高，但由于輻射廢鍋后接的對流廢鍋，其進口溫度相對較高、合成氣含灰量較高，細灰粘附換熱管造成對流廢鍋換熱效果差，設備腐蝕速率加快，同時德士古氣化爐投煤量較低，無法適應大型的氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于：提供一種熱能回收率高、節(jié)能環(huán)保、大型化的高效熱能回收攜帶流氣化爐，以解決廢鍋流程出現(xiàn)的上述問題。

本發(fā)明的高效熱能回收攜帶流氣化爐包括從上至下依次連接的立式反應器、渣氣并流導向管、熱能回收室和渣氣分離冷卻室，其中，

所述立式反應器包括外殼、冷卻罩和高溫渣氣出口；所述立式反應器的頂部或中上部通過法蘭與燃燒器連接，所述冷卻罩設置在外殼內(nèi)側，外殼與冷卻罩之間形成環(huán)隙腔體，冷卻罩內(nèi)側形成燃燒室，冷卻罩下端為高溫渣氣出口，與渣氣并流導向管連接；

所述渣氣并流導向管包括外殼和內(nèi)管，所述外殼與立式反應器外殼連接，所述內(nèi)管由多個單管環(huán)繞而成的圓形筒體通過錯落焊接形成，內(nèi)管上端連接立式反應器高溫渣氣出口，下端連通熱能回收室；

所述熱能回收室包括外殼、第一水冷壁、第二水冷壁和應急水霧噴頭，所述外殼與渣氣并流導向管的外殼連接，所述第一水冷壁設置在外殼內(nèi)，為由多個冷卻水管組成的筒狀水冷壁，所述筒狀水冷壁與外殼同軸；第二水冷壁是由多個列管組成的屏式水冷壁，多個列管從第一水冷壁向軸心排列，多個第二水冷壁均勻分布于第一水冷壁中間；第一水冷壁和第二水冷壁之間形成渣氣通道；所述第一水冷壁下端設有下錐體，下錐體末端形成渣氣出口；應急水霧噴頭設置在外殼內(nèi)部、第一水冷壁和第二水冷壁的下方，穿過第一水冷壁下錐體伸入熱能回收室內(nèi)，應急水霧噴頭與水平成0～15°夾角；

所述渣氣分離冷卻室包括外壁、渣氣分離管、渣浴室和合成氣出口，所述外壁與熱能回收室的外殼連接；所述渣氣分離管由一個上部帶有冷卻盤管或夾套的中心圓管組成，所述渣氣分離管的入口與熱能回收室的渣氣出口連通，渣氣分離管的出口與渣浴室相接，渣浴室下端設置出渣口；所述外壁和渣氣分離管之間形成導氣腔，合成氣出口設置在外壁上，與導氣腔氣體連通。

優(yōu)選地，所述熱能回收室內(nèi)還設置有吹灰噴頭和振打裝置，所述吹灰噴頭設置在第一水冷壁上近軸心一側，振打裝置設置在第一水冷壁和第二水冷壁上；進一步優(yōu)選地，所述吹灰振打裝置為機械振打裝置、超聲波振打裝置或電磁振打裝置。

優(yōu)選地，所述第二水冷壁的出水總管構成汽水收集器，位于外殼與第一水冷壁之間的密閉空間的上部，第二水冷壁的進水總管構成分水器，位于第二水冷壁的下方。所述第二水冷壁的出水總管和進水總管均與第二水冷壁的各列管分別連接。

優(yōu)選地，所述多個冷卻水管為50～200個；優(yōu)選地，所述多個列管為2～12個；所述多個第二水冷壁為4～24個。

優(yōu)選地，所述立式反應器的冷卻罩由2-7根管道盤旋而成，所述冷卻罩和高溫渣氣出口均為膜式水冷壁結構，表面錯落焊接有多個不銹鋼錨固釘并涂抹搗打料。

優(yōu)選地，所述熱能回收室與立式反應器的燃燒室的直徑比為1～5，優(yōu)選地1～2.5；熱能回收室的高度與直徑比為3～10，優(yōu)選地4～8。

優(yōu)選地，所述渣氣分離管的中上部設置有水霧環(huán)或水霧噴頭。

優(yōu)選地，當所述渣氣分離管伸入渣浴室時，所述導氣腔內(nèi)設置有破泡板或破泡條；當所述渣氣分離管不進入渣浴室時，所述氣化爐還設置有鼓泡塔，鼓泡塔的氣體入口與氣化爐的合成氣出口連接。

優(yōu)選地，所述燃燒器可以為1～5個；進一步優(yōu)選地，所述燃燒器內(nèi)部設置有煤粉導向板和氧氣旋流板。

優(yōu)選地，所述合成氣出口距離渣浴室液位最遠距離。

本發(fā)明的氣化爐通過設置熱能回收室，能夠回用煤氣化過程中粗合成氣和熔融渣中的顯熱和潛熱，產(chǎn)生的中高壓蒸汽能夠進行煤化工聯(lián)產(chǎn)發(fā)電，與傳統(tǒng)火力發(fā)電相比，可提高凈效率5％以上；通過調整燃燒器的設置個數(shù)和確定設備的高度和直徑比、可實現(xiàn)氣化爐規(guī)模的大型化，使氣化爐日投煤大于2000噸；通過在熱能回收室下部設置應急水霧噴頭，可有效實現(xiàn)當熱能回收室由于灰渣覆蓋水冷壁造成換熱效果較差時，可通過調節(jié)應急水霧噴頭水量大小，對出熱能回收室的渣氣進行降溫和洗滌，同時利用氣固分離原理在渣氣分離器中分離渣氣，防止細渣進入合成氣洗滌工序，減少合成氣帶灰量對下工段的磨蝕。

附圖說明

圖1為氣化爐結構示意圖，其中a為渣氣分離管伸入渣浴室時、設置破泡板或破泡條的方案；b為渣氣分離管不伸入渣浴室時、另設置鼓泡塔的方案；

圖2為熱能回收室膜式水冷壁分布圖；

圖中：1-立式反應器，2-熱能回收室，3-渣氣分離冷卻室，4-旋流燃燒器，5-渣氣并流導向管，6-渣浴室，7-鼓泡塔，11-立式反應器外殼，12-冷卻罩，13-燃燒室，14-連接法蘭，15-環(huán)隙腔體，16-高溫渣氣出口，21-熱能回收室外殼，22-第一水冷壁，23-第二水冷壁，24-渣氣通道，26-應急水霧噴頭，31-渣氣分離管，32-導氣腔，33-合成氣出口，34-水霧環(huán)或水霧噴頭。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了相互排斥的特質或/或步驟以外，均可以以任何方式組合，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換，即，除非特別敘述，每個特征之一系列等效或類似特征中的一個實施例而已。

本發(fā)明的高效熱能回收攜帶流氣化爐，主要以干煤粉為原料，應用于大型煤化工、煤制油領域或igcc發(fā)電系統(tǒng)。本發(fā)明的工藝流程為氣化-熱能回收-渣氣分離冷卻-洗滌，以高效回收熱能。

本發(fā)明的具體設置如下：

如圖1和2所示，高效熱能回收攜帶流氣化爐，包括設置從上至下依次連接的立式反應器1、渣氣并流導向管5、熱能回收室2和渣氣冷卻室3。

立式反應器1包括外殼11、冷卻罩12和高溫渣氣出口16，頂部通過法蘭14與燃燒器4連接。在其它方式中，立式反應器的中上部可以通過法蘭與燃燒器連接。外殼11為承壓殼，冷卻罩12設置在外殼11內(nèi)側，冷卻罩12與外殼11之間形成環(huán)隙腔體15。冷卻罩12內(nèi)側形成圓柱腔體的燃燒室13，冷卻罩12下端為高溫渣氣出口16。

冷卻罩12由6根管道盤旋而成；在其它方式中，可以由2～7根管道盤旋而成，這可以根據(jù)具體需要進行調整。冷卻罩12與高溫渣氣出口16均采用膜式水冷壁結構，表面錯落焊接有多個不銹鋼錨固釘并涂抹搗打料；環(huán)隙腔體15與燃燒室13在氣化爐上部通過一定間隙相聯(lián)通。運行時，承壓殼與水冷罩之間的環(huán)隙腔體內(nèi)充滿高壓n2或高壓燃氣，其壓力高于反應器燃燒室內(nèi)操作壓力，以防止合成氣、煤灰進入該環(huán)隙空間造成該空間超溫和腐蝕。承壓殼設置有人孔，以用于檢修和清除運行一段時間后環(huán)隙間的飛灰。

燃燒器4內(nèi)部設置有煤粉導向板及氧氣旋流板，從而加大煤粉的輸送量和煤粉與氧氣在燃燒室內(nèi)的湍流強度，延長了煤粉在氣化爐內(nèi)的停留時間，提高了碳的轉化率。

渣氣并流導向管5包括外殼和內(nèi)管，外殼與立式反應器的外殼11連接，內(nèi)管由多個單管環(huán)繞而成的圓形筒體通過錯落焊接形成。內(nèi)管上端連接立式反應器高溫渣氣出口，下端連通熱能回收室。

熱能回收室包括外殼21、第一水冷壁22、第二水冷壁23和應急水霧噴頭26。外殼21與渣氣并流導向管的外殼連接。如圖2所示，第一水冷壁22設置在外殼21內(nèi)，是由多個冷卻水管組成的筒狀水冷壁，與外殼同軸；在本實施方案中，冷卻水管數(shù)量為88，在其它實施方式中，冷卻水管數(shù)量可以為50～200的任意值。第二水冷壁23是由5個列管組成的屏式水冷壁，5個列管從第一水冷壁向軸心排列，12個第二水冷壁均勻分布于第一水冷壁中間。在其它實施方式中，每個第二水冷壁可以由2～12個列管組成，第二水冷壁的個數(shù)可以是4～24。第一水冷壁和第二水冷壁組成的渣氣通道24。應急水霧噴頭設置在外殼21內(nèi)部、第一水冷壁22和第二水冷壁23的下方。第一水冷壁和第二水冷壁管內(nèi)通入中高壓熱水。高溫熔渣和粗合成氣進入熱能回收室后，與第一水冷壁和第二水冷壁進行換熱產(chǎn)生高壓蒸汽。

熱能回收室第一水冷壁22下端設有下錐體，下錐體末端形成渣氣出口，渣氣出口與渣氣分離冷卻室的進口端相連。應急水霧噴頭26穿過第一水冷壁下錐體伸入熱能回收室2內(nèi)，與水平成0～15°夾角。應急水霧噴頭水量大小可根據(jù)工況進行相應的調整，從而有效實現(xiàn)當熱能回收室由于灰渣覆蓋水冷壁造成換熱效果較差時對流出熱能回收室的渣氣進行降溫和洗滌，同時應急水霧噴頭位于第二水冷壁下方，可有效減緩灰渣對噴頭的沖蝕和堵塞。

熱能回收室2內(nèi)還設置有吹灰噴頭和振打裝置，對第一水冷壁22及第二水冷壁23上的覆灰進行吹掃和振打，保證水冷壁換熱效果；所述吹灰噴頭設置在第一水冷壁22上近軸心一側，振打裝置設置在第一水冷壁和第二水冷壁上，振打裝置為機械振打裝置、超聲波振打裝置或電磁振打裝置。

第二水冷壁23的各列管的上下分別與出水總管和進水總管分別連接，用于將冷卻水輸出和輸入第二水冷壁的各列管中。其中，第二水冷壁的出水總管構成汽水收集器，位于外殼與第一水冷壁之間的密閉空間的上方，以防止融熔灰渣附著在氣水收集器上造成廢鍋內(nèi)結渣架橋。第二水冷壁的進水總管構成分水器，位于第二水冷壁的下方，用于熱能回收室進水的分配和受熱后水汽的收集和輸送。

渣氣分離冷卻室3包括外壁、渣氣分離管31、渣浴室6和合成氣出口33。外壁與熱能回收室2的外殼21連接。渣氣分離管31由一個上部帶有冷卻盤管中或夾套的中心圓管組成，與熱能回收室2的渣氣出口相連。渣氣分離管31的出口與渣浴室6相接，渣浴室6下端設置出渣口。外壁與渣氣分離管31之間形成導氣腔32。合成氣出口33設置在外壁上，與導氣腔32氣體連通，合成氣出口33距離渣浴室6液位距離最遠處。以防止氣體夾帶細顆粒渣進入合成氣洗滌工藝，對合成氣洗滌設備及管道造成嚴重磨蝕。

渣氣分離管31的中上部設置有水霧環(huán)或水霧噴頭34，對熱能回收室2來的渣氣進行初步洗滌后，渣和粗合成氣在渣氣分離管31中通過重力分離，渣進入氣化爐的渣浴室6，然后從出渣口進入后續(xù)的渣水系統(tǒng)，合成氣從渣氣分離管31下部進入導氣腔32從合成氣出口33出去，進入下段工序。

渣氣分離管31的出口與渣浴室6相接，可以伸入或不伸入渣浴室中。如圖1a所示，當渣氣分離管31的出口伸入渣浴室時，導氣腔32內(nèi)設置有破泡板或破泡條。如圖1b所示，當渣氣分離管31不伸入渣浴室6時，該氣化爐還設置有鼓泡塔7，鼓泡塔7的氣體入口與氣化爐的合成氣出口33連接。

可實現(xiàn)氣化爐規(guī)模的大型化，可設置燃燒器個數(shù)和設備的高度和直徑比。燃燒器的個數(shù)可以為1～5個，在本實施方案中，燃燒器為3個。熱能回收室與立式反應器的燃燒室的直徑比為1～5，最好為1～2.5，在本實施方案中為2；熱能回收室的高度和直徑比為3～10，最好為4～8，在本實施方案中為6。本領域技術人員根據(jù)實際需要，可以選擇合適的燃燒器個數(shù)和設備的高度和直徑比。

在實際操作中，經(jīng)磨制干燥后的原料煤通過煤粉密相輸送系統(tǒng)被送入氣化爐立式反應器，與氧氣、水蒸汽進行燃燒氣化反應后，高溫合成氣及熔融灰渣并流進入熱能回收室，與第一水冷壁、第二水冷壁管內(nèi)的高壓鍋爐水進行換熱后，高壓鍋爐水轉變?yōu)楦邏赫羝?，進入發(fā)電系統(tǒng)進行發(fā)電，降溫后的熔融灰渣變?yōu)楣腆w灰渣與合成氣一起依靠重力進入渣氣分離冷卻室，固體渣經(jīng)重力分離從渣浴室的排渣口排出氣化爐，合成氣通過渣浴室洗滌后從導氣腔上部的合成氣出口進入合成氣洗滌系統(tǒng)。

實施例：

以單臺日投煤量2000噸的高效熱能回收攜帶流氣化爐為例生產(chǎn)甲醇和發(fā)電，采用干煤粉為原料時，本氣化爐的碳轉化率達到98.5％，可產(chǎn)有效合成氣13.0萬nm³/h左右，合成氣中灰渣含量低，產(chǎn)甲醇量57噸/小時；可副產(chǎn)10mpa蒸汽120噸/小時，發(fā)電量約32250kwh；與火力發(fā)電相比則每年可節(jié)約標煤約9萬噸，減少二氧化碳排放約23.55萬噸、二氧化硫排放量約2170噸、氮氧化物約633噸；同時每年可回收硫磺3000噸左右。