一种带辐射废锅的气化炉
技术领域
本申请涉及干煤粉气化技术领域，特别涉及一种带辐射废锅的气化炉。
背景技术
现有绝大多数干煤粉气流床气化技术(如航天炉、GSP、东方炉、神宁炉等)均采用直接激冷，即生产的高温粗煤气从燃烧室出来后直接被水激冷，而无废锅回收显热。直接激冷工艺中，气化炉的高温粗煤气与激冷水直接接触冷却，其热量只用于将激冷水加热变为水蒸气，高温粗煤气的显热利用很不充分，结果是大部分热量被浪费，总能效较低。
现有带废锅的干煤粉多烧嘴气流床煤气化技术以壳牌炉为代表。壳牌炉工艺是将气化炉产生的高温粗煤气先与下游返回的冷粗煤气混合激冷降温，然后再利用对流废锅、洗涤塔将粗煤气进一步降温。干煤粉的优势在于煤种适应性广；多烧嘴的优势在于形成涡旋流场提高碳转化率，且易于工业放大；对流废锅的优势在于可以回收粗煤气显热提高能效利用率。但壳牌炉技术的主要缺陷在于投资高、工艺流程复杂。
壳牌炉技术虽然采用了废锅回收显热，但是热粗煤气必须先与下游返回的冷粗煤气混合降温，激冷后的粗煤气从大约850℃降温至320℃，该温度区间热品位低，但设备投资昂贵，流程复杂。此外，壳牌炉技术中的对流废锅运行中易受煤质波动或操作波动的影响，飞灰在对流废锅入口可能未完全固化，因此很容易发生堵塞。
现有的激冷流程虽然工艺路线短、结构简单，但同时存在热效率低、资源浪费严重、能源利用不合理等缺陷；而全废锅流程由辐射废锅和对流废锅构成，也存在设备复杂、操作难度大、投资大等缺陷。因此，缺少一种兼具激冷流程和废锅流程的优势，合理回收气化高温显热，且操作简单、维护方便的部分激冷气化炉。
实用新型内容
本申请的目的在于提供一种带辐射废锅的气化炉，以解决缺少一种兼具激冷流程和废锅流程的优势，合理回收气化高温显热，且操作简单、维护方便的部分激冷气化炉的问题。
根据本申请的实施例，提供了一种带辐射废锅的气化炉，包括承压外壳，燃烧室，辐射废锅和激冷室；
所述燃烧室，所述辐射废锅和所述激冷室设于所述承压外壳内；
所述燃烧室通过渣口与所述辐射废锅连通；
所述燃烧室的顶部设有顶置燃烧器，所述燃烧室的侧壁水平均匀设置有数个侧置气化烧嘴，所述燃烧室的侧壁还设有燃烧室水冷壁盘管；
所述辐射废锅包括周向水冷壁管和径向水冷壁管，所述周向水冷壁管由数个列管组成筒形结构，所述径向水冷壁管包括大翅片和小翅片；所述大翅片和所述小翅片间隔设置在所述周向水冷壁管内，所述大翅片的列管数量大于所述小翅片的列管数量；
所述激冷室与所述辐射废锅连通，所述激冷室包括空间激冷室，激冷室下降管和水浴激冷室，所述空间激冷室通过所述激冷室下降管与所述水浴激冷室连通；
所述空间激冷室的上缘设置有激冷环，所述空间激冷室的侧壁设有激冷水喷头。
进一步地，所述燃烧室，所述辐射废锅和所述激冷室为一体结构。
进一步地，所述侧置气化烧嘴的数量为2-6个，所述侧置气化烧嘴均同向偏离所述燃烧室径向0-6°。
进一步地，所述顶置燃烧器煤粉处理能力和所述侧置气化烧嘴的煤粉总处理能力的比值为1-4。
进一步地，所述顶置燃烧器煤粉处理能力和所述侧置气化烧嘴的煤粉总处理能力的比值为3:2或2:1。
进一步地，所述水浴激冷室包括渣池和与设于所述渣池上方的激冷室上升管；
所述激冷室下降管套设于所述激冷室上升管内；所述水浴激冷室的侧壁设有粗煤气出口；
所述渣池的底部设有排渣口。
由以上技术方案可知，本申请实施例提供了一种带辐射废锅的气化炉，包括承压外壳，燃烧室，辐射废锅和激冷室；所述燃烧室，所述辐射废锅和所述激冷室设于所述承压外壳内；所述燃烧室通过渣口与所述辐射废锅连通；所述辐射废锅包括周向水冷壁管和径向水冷壁管，所述周向水冷壁管由列管组成筒形结构，所述径向水冷壁管包括大翅片和小翅片；所述大翅片和所述小翅片间隔设置在所述周向水冷壁管内，所述大翅片的列管数量大于所述小翅片的列管数量；所述激冷室与所述辐射废锅连通，所述激冷室包括空间激冷室，激冷室下降管和水浴激冷室，所述空间激冷室通过所述激冷室下降管与所述水浴激冷室连通；所述空间激冷室的上缘设置有激冷环，所述空间激冷室的侧壁设有激冷水喷头。本申请利用嵌入气化炉内部的高温辐射废锅将粗煤气中的气化显热进行回收后，将粗煤气温度降为1000℃以下，而后通过激冷水将粗煤气降温至300℃以下，而后较低温度的粗煤气通过激冷室下降管进行水浴洗涤、除灰和进一步冷却，最后通过激冷室上升管再次进行气、灰、液空间分离后流出气化炉。本申请具有煤种适用性广，气化效率高，煤粉处理能力调节范围大，综合能源利用率高，粗煤气清洁度高，操作简单、维护方便等优点。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为根据本申请实施例示出的一种带辐射废锅的气化炉的结构示意图；
图2为根据本申请实施例示出的一种辐射废锅的结构示意图。
图示说明：
其中，1-承压外壳，2-燃烧室，21-顶置燃烧器，22-侧置气化烧嘴，23-燃烧室水冷壁盘管，3-辐射废锅，31-周向水冷壁管，32-径向水冷壁管，321-大翅片，322-小翅片，4-激冷室，41-空间激冷室，411-激冷环，412-激冷水喷头，42-激冷室下降管，43-水浴激冷室，431-渣池，432-激冷室上升管，433-粗煤气出口，5-渣口，6-环隙空腔，61-环隙吹扫气入口，7-密封板。
具体实施方式
参阅图1，本申请实施例提供一种带辐射废锅的气化炉，包括承压外壳1，燃烧室2，辐射废锅3和激冷室4；
所述燃烧室2，所述辐射废锅3和所述激冷室4设于所述承压外壳1内；
其中，气化炉的任务是将煤粉在高温(约1450-1650℃)和中压(约3.8-4.5MPa)环境下与纯氧及次高压蒸汽在气化炉内发生部分氧化反应，产生富含H2和CO及少量CO2、H2S的高温粗煤气，同时产生液态渣。粗煤气和液态渣经燃烧室2下部的渣口5进入辐射废锅3和激冷室4。
所述燃烧室2通过渣口5与所述辐射废锅3连通；
所述燃烧室2的顶部设有顶置燃烧器21；所述燃烧室2的侧壁水平均匀设置有数个侧置气化烧嘴22；所述燃烧室2的侧壁还设有燃烧室水冷壁盘管23。
其中，顶置燃烧器21具有点火功能，而侧置气化烧嘴22不具有带点火功能，只作为输送氧气和煤粉使用。顶置燃烧器21和侧置气化烧嘴22组合布置的形式可实现气化炉负荷的灵活调整，同时也有助于气化炉煤粉处理量的提升。所述燃烧室2由水冷壁盘管盘绕形成，在气化反应过程中其表面形成一层渣层以保护水冷壁盘管不直接接触高温火焰。侧置气化烧嘴22均位于同一水平面。
通过燃烧室水冷壁盘管23盘绕形成燃烧室2，煤和氧气在燃烧室2内发生部分氧化反应，产生富含H2和CO及少量CO2、H2S的高温粗煤气，同时产生液态渣。燃烧室水冷壁盘管23内通入水冷壁循环水，通过循环水的流动，移走部分热量，使得燃烧室水冷壁盘管23的向火面形成一层固态渣层和液态渣层，通过固态渣层和液态渣层将水冷壁盘管和火焰隔绝开，同时，将气化反应的高温区限制在燃烧室水冷壁盘管23绕而成的空腔内，水冷壁盘管外侧为气化炉承压外壳，经过水冷壁移热以后，能有效地保护承压外壳工作在安全温度以下。
来自燃烧室2的高温粗煤气和液态熔渣，通过喉管后进入到辐射废锅3。通过辐射换热，粗煤气将冷却到1000℃以下后出辐射废锅3，高压锅炉给水进入辐射废锅水3内被加热到314℃左右，成为汽液混合物，再送出气化炉，经过汽液分离后，蒸汽送往界外，液态水重新进入辐射废锅加热。水冷壁式干煤粉气化燃烧室带辐射废锅3的结构设计，实现气化高温显热的回收利用，提高了气化炉整体能效。
所述辐射废锅3包括周向水冷壁管31和径向水冷壁管32，所述周向水冷壁管31由列管组成筒形结构，所述径向水冷壁管32包括大翅片321和小翅片322；所述大翅片321和所述小翅片322间隔设置在所述周向水冷壁管31内，所述大翅片321的列管数量大于所述小翅片322的列管数量；
其中，本申请通过设置周向水冷壁管31和径向水冷壁管32方式，在有效长度内增加换热面积，从而降低设备高度。径向水冷壁管32通过大翅片321和小翅片322间隔布置，既增加了换热面积，又能保证高温粗煤气通过辐射废锅3时的流通截面积，防止出现高温液态灰渣集聚在水冷壁管管上。
所述激冷室4与所述辐射废锅3连通，所述激冷室4包括空间激冷室41，激冷室下降管42和水浴激冷室43，所述空间激冷室41通过所述激冷室下降管42与所述水浴激冷室43连通；
冷却后的高温粗煤气和熔渣出辐射废锅3后进入到激冷室4。其中，空间激冷和水浴结合的洗涤方式，有利于提高粗煤气中带灰的洗涤除尘效率。
所述空间激冷室41的上缘设置有激冷环411，所述空间激冷室41的侧壁设有激冷水喷头412。
其中，激冷水喷头412在空间激冷室41的内壁呈圆周均布。通过激冷水喷头412将高压激冷水喷射进激冷室内，对粗煤气和熔渣进行激冷降温。空间激冷室41的上缘设有激冷环411，通过稳定的激冷水供应在激冷室下降管42表面形成一层液膜，保护激冷室下降管42不被高温粗煤气烧损。
工作时，将煤粉和氧气输送至燃烧室2混合，通过点火后进行部分氧化反应，产生富含H2和CO及少量CO2、H2S的高温粗煤气，同时产生液态渣。粗煤气和液态渣经燃烧室下部的渣口5进入辐射废锅3。通过辐射换热，粗煤气将冷却到1000℃以下以后出辐射废锅3。其中，辐射废锅3内的高压锅炉给水被加热到310℃左右，成为汽液混合物，再送出气化炉，气液混合物经过汽液分离后，回收利用高压蒸汽，分离后的水重新进入辐射废锅3。冷却后的高温粗煤气和熔渣出辐射废锅3后进入到激冷室4。冷却后的高温粗煤气和熔渣先经过激冷水喷头412对粗煤气和熔渣进行激冷降温，后进行水浴鼓泡，冷却洗涤后的粗煤气折流向上，由粗煤气出口433排出气化炉。
本申请利用嵌入气化炉内部的高温辐射废锅装置将粗煤气中的气化显热进行回收后，将粗煤气温度降为1000℃以下，通过激冷水将粗煤气降温至300℃以下，而后较低温度的粗煤气通过激冷室下降管42进行冷却降温、水浴洗涤、除灰，最后再次进行气、灰、液空间分离后流出气化炉。本申请具有煤种适用性广，气化效率高，煤粉处理能力调节范围大，综合能源利用率高，粗煤气清洁度高，操作简单，维护方便等优点。
进一步地，所述燃烧室2，所述辐射废锅3和所述激冷室4为一体结构。本申请采用燃烧室2，辐射废锅3和激冷室4一体化设计，辐射废锅3下游直连激冷室4，有助于减少高温连接管道等气化高温设备，节约成本。
进一步地，所述侧置气化烧嘴22的数量为2-6个。可选地，侧置气化烧嘴22的数量为4个。所述侧置气化烧嘴22均同向偏离所述燃烧室2径向0-6°。侧置气化烧嘴22通过与燃烧室2的径向存在夹角，从而令煤粉和氧气进入燃烧室2后形成旋流场，增强反应物料的传热和传质效果。
进一步地，所述顶置燃烧器21煤粉处理能力和所述侧置气化烧嘴22的煤粉总处理能力的比值为1-4。通过煤粉管线上的流量控制阀控制输送煤粉量实现对上述比值的控制，该比值能确保顶喷燃烧器为气化炉的主燃烧器，在气化炉运行过程中不会出现因侧置气化烧嘴的扰动导致的主烧嘴运行紊乱。
进一步地，所述顶置燃烧器21煤粉处理能力和所述侧置气化烧嘴22的煤粉总处理能力的比值为3:2或2:1。该比值能确保顶喷燃烧器为气化炉的主燃烧器，在气化炉运行过程中不会出现因侧置气化烧嘴的扰动导致的主烧嘴运行紊乱。
优选地，所述侧置气化烧嘴的数量为2个，所述侧置气化烧嘴与所述燃烧室的径向呈4°的夹角，所述顶置燃烧器和侧置气化烧嘴煤粉处理能力比值为2:1。通过顶置燃烧器和侧置气化烧嘴的配备，可实现气化炉处理能力的灵活调整以及负荷提升。
进一步地，所述水浴激冷室43包括渣池431和与设于所述渣池431上方的激冷室上升管432；
所述激冷室下降管42套设于所述激冷室上升管432内；所述水浴激冷室43的侧壁设有粗煤气出口433；
所述渣池431的底部设有排渣口4311。
激冷后的粗煤气和固态渣通过激冷室下降管42引入到水浴激冷室43的渣池431进行水浴鼓泡，冷却洗涤后的粗煤气折流向上，经激冷室上升管432环隙顶部折流后由粗煤气出口433排出气化炉。固态渣在重力作用下沉降在渣池431底部，通过排渣口4311排出后减压处理。
进一步地，燃烧室2和辐射废锅3与承压外壳1之间具有环隙空腔6，环隙空腔6通过密封板7与激冷室4分隔。环隙空腔6是气化炉承压外壳1和受热面之间的空腔，通过环隙空腔6可降低承压外壳1受热，减少热应力；辐射废锅3还设有环隙吹扫气入口61，吹扫气的目的是使气化炉环隙空腔6的压力始终略高于燃烧室2和辐射废锅3的压力，进而使得高温的粗煤气和煤灰不能通过环隙与气化炉的平衡孔进入到环隙空腔6，导致承压外壳1受热和积灰。
由以上技术方案可知，本申请实施例提供一种带辐射废锅的气化炉，包括承压外壳1，燃烧室2，辐射废锅3和激冷室4；所述燃烧室2，所述辐射废锅3和所述激冷室4设于所述承压外壳内；所述燃烧室2通过渣口5与所述辐射废锅3连通；所述辐射废锅3包括周向水冷壁管31和径向水冷壁管32，所述周向水冷壁管31由数个列管组成筒形结构，所述径向水冷壁管32包括大翅片321和小翅片322；所述大翅片321和所述小翅片322间隔设置在所述周向水冷壁管31内，所述大翅片321的列管数量大于所述小翅片322的列管数量；所述激冷室4与所述辐射废锅3连通，所述激冷室4包括空间激冷室41，激冷室下降管42和水浴激冷室43，所述空间激冷室41通过所述激冷室下降管42与所述水浴激冷室43连通；所述空间激冷室41的上缘设置有激冷环411，所述空间激冷室41的侧壁设有激冷水喷头412。本申请利用嵌入气化炉内部的高温辐射废锅将粗煤气中的气化显热进行回收后，将粗煤气温度降为1000℃以下，而后通过激冷水将粗煤气降温至300℃以下，而后较低温度的粗煤气通过激冷室下降管进行水浴洗涤、除灰和进一步冷却，最后通过激冷室上升管再次进行气、灰、液空间分离后流出气化炉。本申请具有煤种适用性广，气化效率高，煤粉处理能力调节范围大，综合能源利用率高，粗煤气清洁度高，操作简单，维护方便等优点。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的申请后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。
