煤气化系统的联合除渣装置及其应用方法
阅读说明：本技术 煤气化系统的联合除渣装置及其应用方法 (Combined deslagging device of coal gasification system and application method thereof ) 是由 曾令艳 郑智巍 陈智超 李争起 于 2020-07-27 设计创作，主要内容包括：煤气化系统的联合除渣装置及其应用方法,本发明要解决现有气流床气化炉运行温度低时,在余热锅炉内灰渣流动性变差,造成灰渣的沉积而使U形气化炉水平烟道堵塞影响连续运行的问题。本发明煤气化系统的联合除渣装置中余热锅炉下渣口位于余热锅炉底部,气化炉下渣口位于气化炉的底部,竖直下降管的一端与气化炉下渣口相通,竖直下降管的另一端与联合集渣系统中的渣池相连通,倾斜下降管的一端与余热锅炉下渣口相通,倾斜下降管的另一端与竖直下降管相连通。本发明在余热锅炉的底部设有排渣口,使余热锅炉中的渣直接落下,避免了气化设备因工况变化而出现水平烟道堵塞等情况导致被迫停车,增强了运行的稳定性,并能提高气化效率和合成气品质。(The invention discloses a combined deslagging device of a coal gasification system and an application method thereof, and aims to solve the problem that when the operation temperature of the existing entrained flow gasifier is low, the fluidity of ash in a waste heat boiler is poor, so that the ash is deposited, and the continuous operation is influenced because a horizontal flue of a U-shaped gasifier is blocked. The slag discharging port of the waste heat boiler in the combined slag removing device of the coal gasification system is positioned at the bottom of the waste heat boiler, the slag discharging port of the gasification furnace is positioned at the bottom of the gasification furnace, one end of a vertical downcomer is communicated with the slag discharging port of the gasification furnace, the other end of the vertical downcomer is communicated with a slag pool in the combined slag collecting system, one end of an inclined downcomer is communicated with the slag discharging port of the waste heat boiler, and the other end of the inclined downcomer is communicated with the vertical downcomer. The bottom of the waste heat boiler is provided with the slag discharge port, so that slag in the waste heat boiler directly falls down, forced shutdown of gasification equipment due to the conditions of horizontal flue blockage and the like caused by working condition change is avoided, the running stability is enhanced, and the gasification efficiency and the quality of synthesis gas can be improved.)
技术领域
本发明涉及一种煤气化的联合除渣装置及利用该装置进行除渣的方法。
背景技术
我国是世界煤炭生产和消费大国，煤炭在我国一次能源消费结构中约占60％，其中大部分的煤炭都是采用直接燃烧的方式加以利用,由此产生的燃煤污染物对生态环境造成了严重的污染。煤气化技术是最重要的洁净煤技术之一，利用煤气化技术可以生产工业燃料气、民用燃料气、化工合成原料气、合成燃料油原料气、氢燃料电池、合成天然气、火箭燃料等。当前主要的煤气化技术有移动床(固定床)气化、流化床气化、气流床气化和熔融床气化，其中，气流床气化技术因其气化强度高、单炉生产能力大、煤种适应范围广、碳转化率高等优点已成为煤炭气化技术的主要发展方向。
U形气化技术是在气化炉膛和余热锅炉这两部分的底部设置水平烟道以连接彼此。气化炉膛、水平烟道和余热锅炉组成一个U形的气化反应区，U形气化可以增大气化反应的空间，延长气化反应时间，能有效提高效率。但是当气化炉负荷降低时，炉内温度降低时，余热锅炉内温度随之降低，余热锅炉内部分灰渣温度降低，流动性变差，从而沉积在余热锅炉底部而难以回流至气化炉，随着灰渣堆积高度的增加，导致水平烟道结渣堵塞，导致气化炉停炉，影响系统运行的稳定性。
另外，在现有的干粉煤气化的技术中，由于不同煤种的成分差异很大，灰熔点等参数也有很大的不同，所以当使用煤种与设计煤种相差较大时，很可能会出现合成气含灰量过多，产生气化炉下渣口排渣不畅及水平烟道结渣堵塞等问题，导致气化炉频繁维护，增大工作量，影响经济效益。
发明内容
本发明是要解决现有气流床气化炉运行温度低时，在余热锅炉内灰渣流动性变差，造成灰渣的沉积而使U形气化炉水平烟道堵塞影响连续运行，甚至造成安全事故的问题。而提供一种煤气化的联合除渣装置及利用该装置进行除渣的方法。
本发明煤气化系统的联合除渣装置包括气化炉、余热锅炉、水平烟道、余热锅炉下渣口、气化炉下渣口、竖直下降管、倾斜下降管和联合集渣系统，气化炉和余热锅炉之间通过水平烟道形成U形气化反应区，余热锅炉下渣口位于余热锅炉底部，气化炉下渣口位于气化炉的底部，竖直下降管的一端与气化炉下渣口相通，竖直下降管的另一端与联合集渣系统中的渣池相连通，倾斜下降管的一端与余热锅炉下渣口相通，倾斜下降管的另一端与竖直下降管相连通，倾斜下降管斜向下设置；
所述的联合集渣系统包括渣池、捞渣机、灰锁斗、循环泵、碎渣机、第一连接管、第二连接管、冲洗水箱和高压氮气源，渣池的出渣口通过第一连接管与灰锁斗的进渣口相连，碎渣机安装在第一连接管上，灰锁斗通过第二连接管与捞渣机相连通，渣池和灰锁斗之间设置有循环管路，在循环管路上设置有循环泵；
所述的冲洗水箱通过冲洗管与灰锁斗相连通，高压氮气源通过气管与灰锁斗相连通。
本发明应用煤气化系统的联合除渣装置进行除渣的方法按照以下步骤实现：
一、在气化炉运行时，煤粉在炉膛内发生气化反应产生合成气和液态熔渣，一部分液态熔渣沉积在气化炉内的水冷壁上，沿着水冷壁落下，通过气化炉下渣口和竖直下降管进入渣池；
剩余液态熔渣和合成气组成混合气流，经过水平烟道进入余热锅炉，通过余热锅炉内水冷壁的吸热，混合气流温度降低，部分混合气流内的液态熔渣沿余热锅炉内水冷壁落向余热锅炉下渣口，沿倾斜下降管进入渣池；
二、联合集渣系统中的渣池和灰锁斗之间设有循环泵辅助渣水循环，渣池出口设有碎渣机以粉碎块状渣，灰渣在重力作用下沉降入渣池，循环泵将灰锁斗上部的水抽出并送入渣池，加快灰锁斗的集渣速度；
三、灰锁斗集渣完成后，关闭落渣阀，打开冲洗阀使灰锁斗向水箱中泄压，泄至常压后打开排渣阀，用冲洗水箱中的水对灰锁斗冲洗，灰渣在冲洗水的作用下落入捞渣机，停止冲洗，关闭排渣阀和冲洗阀，同时对水箱补水，开启冲压阀，利用高压氮气对灰锁斗冲压至与炉膛压力相等；
四、冲压完成后，打开落渣阀和循环泵，重新开始收渣，从而完成煤气化系统的除渣。
本发明煤气化系统的联合除渣装置及其应用方法包括以下有益效果：
一、本发明能减少气化系统启停的次数，有效提高气化炉运行稳定性；
在现有的U形气化技术中，从气化炉出来的混合气流通过余热锅炉，熔渣在余热锅炉中落下后通过水平烟道回流回气化炉。当降低负荷运行时，炉内温度降低，余热锅炉内温度随之下降，当温度过低时，灰渣流动性变差，难以通过水平烟道回流入气化炉，造成水平烟道堵塞。本发明设有余热锅炉排渣口，使余热锅炉中的渣直接落下，避免了气化设备因工况变化而出现水平烟道堵塞等情况导致被迫停车，增强了运行的稳定性。
二、本发明煤气化系统的联合除渣装置及其应用方法能有效提高经济性；
如国际壳牌研究有限公司公开的专利CN1639306，其利用余热锅炉流程对合成气显热进行回收,长期运行下余热锅炉会积灰结渣，堵塞合成气通道，影响运行稳定性和运行周期。实际使用中可能会采用一用一备等方案以保证设备稳定运行，而且设备需要较为频繁的停炉维护。建设备用设备会大量增加初始资金投入，频繁停车维护也会降低经济效益。本发明中余热锅炉下设有排渣口，增强了捕渣和排渣能力，同时余热锅炉与气化炉共用一套除渣设施，在基础投资变化不大的情况下，可以有效延长设备运行周期，提高经济效益。
三、本发明煤种适应性强；
当采用高灰分，或者是具有短渣性质的煤种时，气化炉和余热锅炉内熔渣的量增加，增大排渣难度；同时熔渣过多导致渣大量聚集，无法均匀受热，流动性变差，很可能会产生下渣不畅，水平烟道堵塞等问题。本发明设置有两个排渣口，降低了单个排渣口的排渣量，减少堵渣的风险。由于采用联合除渣，因此会有效避免水平烟道堵塞的问题，对于高灰分煤以及不利于液态排渣的短渣性质的煤有更好的适应性，煤种适应性强。
四、本发明能提高气化效率和合成气品质；
气化设备实际工作中，受煤种、负荷等影响，灰渣沉积在余热锅炉底部和水平烟道上，余热锅炉灰渣堆积会造成二次气化空间变小，降低气化效率；灰渣在合成气流的冲刷下部分被卷入其中，可能造成最终产出合成气中飞灰含量升高，后处理难度增加。应用本发明煤气化系统的联合除渣装置后，堵渣问题得到解决，因此可以提高气化效率和合成气品质。
附图说明
图1为本发明煤气化系统的联合除渣装置的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式煤气化系统的联合除渣装置包括气化炉2、余热锅炉1、水平烟道3、余热锅炉下渣口5、气化炉下渣口4、竖直下降管6、倾斜下降管7和联合集渣系统8，气化炉2和余热锅炉1之间通过水平烟道3形成U形气化反应区，余热锅炉下渣口5位于余热锅炉1底部，气化炉下渣口4位于气化炉2的底部，竖直下降管6的一端与气化炉下渣口4相通，竖直下降管6的另一端与联合集渣系统8中的渣池9相连通，倾斜下降管7的一端与余热锅炉下渣口5相通，倾斜下降管7的另一端与竖直下降管6相连通，倾斜下降管7斜向下设置；
所述的联合集渣系统8包括渣池9、捞渣机21、灰锁斗18、循环泵13、碎渣机10、第一连接管17、第二连接管22、冲洗水箱14和高压氮气源15，渣池9的出渣口通过第一连接管17与灰锁斗18的进渣口相连，碎渣机10安装在第一连接管17上，灰锁斗18通过第二连接管22与捞渣机21相连通，渣池9和灰锁斗18之间设置有循环管路，在循环管路上设置有循环泵13；
所述的冲洗水箱14通过冲洗管与灰锁斗18相连通，高压氮气源15通过气管与灰锁斗18相连通。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是冲洗水箱14上设置有进水管12。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是倾斜下降管7与水平面夹角为15°～80°。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是在第一连接管17上碎渣机10的下方设置有落渣阀11。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是冲洗水箱14与灰锁斗18之间的冲洗管上设置有冲洗阀16。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是高压氮气源15与灰锁斗18之间的气管上设置有冲压阀19。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是灰锁斗18与捞渣机21之间的第二连接管22上设置有排渣阀20。
具体实施方式八：本实施方式应用煤气化系统的联合除渣装置进行除渣的方法按照以下步骤实现：
一、在气化炉2运行时，煤粉在炉膛内发生气化反应产生合成气和液态熔渣，一部分液态熔渣沉积在气化炉2内的水冷壁上，沿着水冷壁落下，通过气化炉下渣口4和竖直下降管6进入渣池9；
剩余液态熔渣和合成气组成混合气流，经过水平烟道3进入余热锅炉1，通过余热锅炉1内水冷壁的吸热，混合气流温度降低，部分混合气流内的液态熔渣沿余热锅炉1内水冷壁落向余热锅炉下渣口5，沿倾斜下降管7进入渣池9；
二、联合集渣系统8中的渣池9和灰锁斗18之间设有循环泵13辅助渣水循环，渣池9出口设有碎渣机10以粉碎块状渣，灰渣在重力作用下沉降入渣池9，循环泵13将灰锁斗18上部的水抽出并送入渣池9，加快灰锁斗18的集渣速度；
三、灰锁斗18集渣完成后，关闭落渣阀11，打开冲洗阀16使灰锁斗18向水箱14中泄压，泄至常压后打开排渣阀20，用冲洗水箱14中的水对灰锁斗18冲洗，灰渣在冲洗水的作用下落入捞渣机21，停止冲洗，关闭排渣阀20和冲洗阀16，同时对水箱14补水，开启冲压阀19，利用高压氮气15对灰锁斗18冲压至与炉膛压力相等；
四、冲压完成后，打开落渣阀11和循环泵13，重新开始收渣，从而完成煤气化系统的除渣。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式八不同的是气化炉2运行时所用的煤粉为高灰分煤种。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式八或九不同的是所述气化炉所用气化剂为氧气或者氧气与水蒸气组成的混合气体。
实施例：本实施例应用煤气化系统的联合除渣装置进行除渣的方法按照以下步骤实现：
一、在气化炉2运行时，煤粉在炉膛内发生气化反应产生合成气和液态熔渣，一部分液态熔渣沉积在气化炉2内的水冷壁上，沿着水冷壁落下，通过气化炉下渣口4和竖直下降管6进入渣池9；
剩余液态熔渣和合成气组成混合气流，经过水平烟道3进入余热锅炉1，通过余热锅炉1内水冷壁的吸热，混合气流温度降低，部分混合气流内的液态熔渣沿余热锅炉1内水冷壁落向余热锅炉下渣口5，沿倾斜下降管7进入渣池9；
二、联合集渣系统8中的渣池9和灰锁斗18之间设有循环泵13辅助渣水循环，渣池9出口设有碎渣机10以粉碎块状渣，灰渣在重力作用下沉降入渣池9，循环泵13将灰锁斗18上部的水抽出并送入渣池9，加快灰锁斗18的集渣速度；
三、灰锁斗18集渣完成后，关闭落渣阀11，打开冲洗阀16使灰锁斗18向水箱14中泄压，泄至常压后打开排渣阀20，用冲洗水箱14中的水对灰锁斗18冲洗，灰渣在冲洗水的作用下落入捞渣机21，停止冲洗，关闭排渣阀20和冲洗阀16，同时对水箱14补水，开启冲压阀19，利用高压氮气15对灰锁斗18冲压至与炉膛压力相等；
四、冲压完成后，打开落渣阀11和循环泵13，重新开始收渣，从而完成煤气化系统的除渣。
本实施例煤气化系统的联合除渣装置的工作过程如下：
在气化设备运行时，碎渣机10和落渣阀11开启，伴随着气化反应的进行,气化炉2内煤粉颗粒内的灰分在高温状态下迅速熔融,形成液态熔渣,一部分液态渣沉积在气化炉的内壁面,并沿气化炉的内壁面落下，通过气化炉下渣口流出气化炉，沿着竖直下降管进入联合集渣系统8，剩余液态熔渣与气体组成混合气通过水平烟道3流进入余热锅炉1，其中液态熔渣沿着余热锅炉1内壁面流下，进入余热锅炉下渣口5，液态熔渣和已经固化落下的灰渣通过余热锅炉下渣口5落入联合集渣系统8。在联合集渣系统8中，渣池9和灰锁斗18之间依靠重力和循环泵13进行渣水循环；
当灰锁斗18集渣完成后，关闭落渣阀11，开启冲洗阀16，利用冲洗水箱14对灰锁斗18泄压，泄压完成后开启排渣阀20，灰渣被送入捞渣机21，等待后续处理。排渣完成关闭冲洗阀16和排渣阀20，由进水管12对冲洗水箱14补水，同时开启冲压阀19，利用高压氮气源15对灰锁斗18冲压至与炉膛压力相当。冲压后开启落渣阀11，重新开始新一轮收渣过程。
本实施例煤气化系统的联合除渣装置及其应用方法能减少气化系统启停的次数，适用于高灰分煤种，解决了气化炉的堵渣问题，从而提高气化效率和合成气品质。