一种热能回收气化冶金一体装置
阅读说明：本技术 一种热能回收气化冶金一体装置 (Heat energy recovery gasification and metallurgy integrated device ) 是由 薛以诺 薛磊 李长安 于 2021-10-18 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种热能回收气化冶金一体装置,涉及气化和冶金工艺装置技术领域。包括气化炉和废锅,废锅设置于气化炉外部,气化炉和废锅通过第一耐高温管道连通,气化炉包括壳体和炉腔,壳体顶部设置粉煤烧嘴,壳体中上部设置配料烧嘴,气化炉用于气化生产时,配料烧嘴即为料浆烧嘴,气化炉用于炼铁生产时,配料烧嘴则调整为铁矿粉喷嘴,炉腔上部设置反应室,炉腔下部设置激冷室。本发明提供的气化装置,结合了干法和湿法两种气化工艺的优势,具有氧耗低、H-(2)比例高、有效气体含量高以及环保等优点,用于冶金生产时,此装置将铁矿粉在炉内直接还原,完全去掉了传统炼铁必须的铁矿粉球团和焦炭的生产环节,大幅降低了能耗和污染。(The invention discloses a heat energy recovery, gasification and metallurgy integrated device, and relates to the technical field of gasification and metallurgy process devices. Including gasifier and waste pot, the waste pot sets up in the gasifier outside, and gasifier and waste pot are through first high temperature resistant pipeline intercommunication, and the gasifier includes casing and furnace chamber, and the casing top sets up the fine coal nozzle, and upper portion sets up the batching nozzle in the casing, and the gasifier is used for when the gasification production, and the batching nozzle is the ground paste nozzle promptly, and when the gasifier is used for ironmaking production, the batching nozzle then adjusts to the iron ore powder nozzle, and furnace chamber upper portion sets up the reacting chamber, and the furnace chamber lower part sets up the quench chamber. The gasification device provided by the invention combines the advantages of the dry method and the wet method, and has the advantages of low oxygen consumption and H 2 High in proportion, haveThe device has the advantages of high effective gas content, environmental protection and the like, when the device is used for metallurgical production, the iron ore powder is directly reduced in the furnace, the production links of iron ore powder pellets and coke required by the traditional iron making are completely removed, and the energy consumption and pollution are greatly reduced.)
技术领域
本发明涉及气化和冶金工艺装置技术领域，具体涉及一种热能回收气化冶金一体装置。
背景技术
当前最先进的气化技术是气流床气化，分干法和湿法两种，分别叫干粉煤气化技术和水煤浆气化技术。
干粉煤气化是将煤等原料研磨成极细小的粉末，然后以一定的压力通过烧嘴喷入气化炉内部，在1200℃以上的高温下，与同步送入气化炉的氧气和水蒸汽迅速反应，生成了CO和H2等粗煤气，水煤浆气化是将煤等原料研磨成粉末，与水配备制成水煤浆，然后以一定的压力通过烧嘴喷入气化炉内部，在1200℃以上的高温下，与同步送入气化炉的氧气迅速反应，生成了CO和H2等粗煤气。粗煤气下行进入水浴完全激冷并除灰，冷却到约260℃后送出气化炉并进行洗涤。此过程中，粗煤气温度由1300℃迅速降温到260℃，不仅消耗了大量的冷却水，形成气化黑水，需要后续水处理工段进行净化，更重要的是损失了大量的气化热量，造成了浪费，使得气化成本过高。
近年有新的工艺提出，在气化炉内，先将高温粗煤气下行通过辐射废锅，副产高压蒸汽，回收一部分热能，然后再下行进入水浴，完成激冷和除灰。这种工艺虽然在热利用效率上有所提高，但是由于辐射废锅尺寸和自重都很大，并在气化炉内部，大幅增加了气化炉的制造成本和建设安装成本，同时由于粗煤气粉尘量巨大，极易造成辐射废锅的磨损，使得辐射废锅需要经常停车检修，造成了整体气化装置开工率大幅降低，影响了生产，其综合效益与传统激冷流程相差无几。
在钢铁冶金领域，传统的炼铁方式是将铁矿石破碎成粉后再烧结成球团，还需要将焦煤等高品质原煤炼成焦炭，再共同投入炼铁高炉里面，通过高温氧化还原反应得到金属生铁的过程。此过程中，除了由于炼铁高炉内反应缓慢且不充分，造成的生产铁水效率低下以及污染严重，前端无论是铁矿粉的烧结过程，还是焦炭的炼焦过程，都消耗了大量的能源，并造成了严重的污染。这些都成为了业内，甚至是全社会公认的难题，都必须尽快得到解决。
发明内容
本发明主要目的在提供一种热能回收气化冶金一体装置，以解决现有技术存在的问题。
为解决上述技术问题，本发明采取了如下技术方案：
一种热能回收气化冶金一体装置，包括气化炉和废锅，所述废锅设置于所述气化炉外部，所述气化炉和废锅通过第一耐高温管道连通，
所述气化炉包括壳体和炉腔，所述壳体顶部设置粉煤烧嘴，所述壳体中上部设置配料烧嘴，气化炉用于化工生产时，配料烧嘴即为料浆烧嘴，气化炉用于炼铁生产时，配料烧嘴则调整为铁矿粉喷嘴，所述炉腔上部设置反应室，所述炉腔下部设置激冷室，所述反应室和激冷室通过下料管连通，所述激冷室底部设置第一排渣口，所述激冷室侧壁设置第一出气口，所述第一出气口与所述第一耐高温管道的一端连通，
所述废锅顶端设置进气口，所述进气口与所述第一耐高温管道的另一端连通，所述废锅底端设置第二排渣口，所述废锅侧壁设置第二出气口，所述废锅内部设置冷却管路。
进一步的，所述壳体包括外壁和水冷壁，所述水冷壁设置于所述外壁内侧。
进一步的，所述废锅包括一级废锅和二级中压废锅，所述一级废锅和二级中压废锅通过第二耐高温管道连通，所述一级废锅的另一端与所述第一耐高温管道连通。
进一步的，所述粉煤烧嘴数量为4个，均分设置于所述壳体顶部，所述粉煤烧嘴包括开工烧嘴和工艺烧嘴，所述开工烧嘴数量为一个，设置于中间位置，所述开工烧嘴在气化炉开工点火时投用，用于喷入干煤粉，所述工艺烧嘴数量为三个，位于所述开工烧嘴外围，所述工艺烧嘴在气化炉点火成功后投用，用于喷入干煤粉，位于中间的开工烧嘴在气化炉点火成功后，退出工作或继续向气化炉内喷入干煤粉或料浆。
进一步的，所述配料烧嘴为环形烧嘴，数量为偶数个，两两对称设置于所述壳体中上部侧壁。
进一步的，所述第一出气口处设置合成气旁路，所述合成气旁路与所述第一耐高温管道连通，所述合成气旁路与所述第一耐高温管道连通处设置盲板。
进一步的，所述冷却管路包括进口端和出口端，所述进口端和出口端均设置于所述废锅外部。
进一步的，当装置用于炼铁生产时，所述激冷室取消激冷水，所述激冷室作为铁水和熔渣的外排通道，使得铁水和熔渣以熔融态从第一排渣口直接排出，并在之后进行分级除渣。
与现有技术相比，本发明提供的一种热能回收气化冶金一体装置具有以下有益效果：
1.本发明了将干法和湿法气化技术有机结合，充分发挥了两种气化工艺的优势，既发挥了干粉煤气化工艺氧耗低，效率高，有效气含量高的优点，又吸收了水煤浆气化工艺H2比例高，能够处理高浓度有机废液的优点，使得气化装置的应用范围大幅扩大。
2.通过在顶部设置多个粉煤烧嘴向炉内喷入煤粉，使得气化炉内煤粉雾化效果更好，流场分布更加均匀，气化反应更加充分，气化效果更好，同时对比同规格其它干粉煤气化装置，单个粉煤烧嘴负荷更少，使用寿命更长，并可以完成更大的投煤量。
3.气化炉上部采用水冷壁结构，下部采用半激冷方式，仅用少量激冷水对粗煤气进行部分洗涤降温，可以去除粗煤气中含有的大量灰渣颗粒，避免了粗煤气对后面废锅的直接冲刷，大幅延长了废锅的使用寿命，同时使得粗煤气温度仅降低到1000℃以下，能够通过耐高温管道将高温煤气送至气化炉外部的废锅。
4.将废锅移到了气化炉外部，相比较于辐射废锅安装在气化炉内部的结构方式，使得气化炉和废锅的制造和安装都大幅简化，尤其是安装制造成本大幅降低，更加有利于废锅的日常维护。
5.通过一级废锅串联二级中压废锅的方式回收粗煤气显热，最大限度的回收了气化热能使得气化运行效益达到最高，废锅所产蒸汽可以根据生产企业实际情况来设定压力。
6.在气化炉第一出气口连接废锅的耐高温管道处设置合成气旁路，直接连通二级中压废锅后续的煤气除尘工段，并设置盲板隔离，废锅正常使用时，此旁路关闭，如需对一级废锅或者二级中压废锅进行检修时，打开合成气旁路，将气化炉下部激冷水加大，在气化炉内以全激冷方式将粗煤气降温到280℃，然后将粗煤气通过合成气旁路直接送入后续煤气除尘工段，通过这种方式，在废锅的检修时不影响气化炉的正常开车，极大提高了气化炉的开工率。
7.本发明创造性的实现了铁矿石粉在气化炉内与气化所得的还原气体CO和H2直接反应，从而得到高质量的铁水，完全取消了传统炼铁工艺前期所必须的铁矿石粉烧结成球团，以及焦煤炼烧成焦炭的环节，使得炼铁生产可以直接采用量大而价低的普通煤粉为原料，避免了传统炼铁生产只能使用高品质焦煤为原料的窘境，从而大幅简化了传统的炼铁工艺路线，更直接节约了大量的资源和消耗，并完全实现了炼铁生产的无污染排放。
附图说明
图1为本发明整体结构图。
其中，10-壳体，11-反应室，12-激冷室，13-外壁，14-水冷壁，20-配料烧嘴，30-粉煤烧嘴，31-冷却管路，50-下料管，133-第一排渣口，134-第一出气口，200-一级废锅，300-二级中压废锅，301-进气口，302-第二出气口，303-第二排渣口。
具体实施方式
以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
结合图1，本发明提供一种热能回收气化冶金一体装置，包括气化炉和废锅，所述废锅设置于所述气化炉外部，所述气化炉和废锅通过第一耐高温管道连通，所述气化炉包括壳体10和炉腔，所述壳体10顶部设置粉煤烧嘴30，所述壳体10中上部设置配料烧嘴20，所述炉腔上部设置反应室11，所述炉腔下部设置激冷室12，所述反应室11和激冷室12通过下料管50连通，所述激冷室12底部设置第一排渣口133，所述激冷室12侧壁设置第一出气口134，所述第一出气口134与所述第一耐高温管道的一端连通，所述废锅顶端设置进气口301，所述进气口301与所述第一耐高温管道的另一端连通，所述废锅底端设置第二排渣口303，所述废锅侧壁设置第二出气口302，所述废锅内部设置冷却管路31。
进一步的，所述粉煤烧嘴30数量为4个，均分设置于所述壳体10顶部，设置四个粉煤烧嘴30向炉内喷入煤粉，使得气化炉内煤粉雾化效果更好，流场分布更加均匀，气化反应更加充分，气化效果更好，单个粉煤烧嘴30负荷更少，使用寿命更长。所述配料烧嘴20为环形烧嘴，数量为偶数个，两两对称设置于所述壳体10中上部侧壁。如果化工生产企业有高浓度有机废液需要处理，气化炉中上部的配料烧嘴20就需设置为料浆烧嘴投用；如果化工生产企业没有高浓度有机废液需要处理，气化炉中上部的料浆烧嘴20就不需要投用，则整个气化炉就可以作为传统干粉煤气化炉使用即可。如果用于炼铁生产企业，气化炉中上部的料浆烧嘴20就需设置为铁矿粉喷嘴投用。本实施例中环形烧嘴20的数量为四个。
进一步的，所述壳体10包括外壁13和水冷壁14，所述水冷壁14设置于所述外壁13内侧。气化炉上部采用水冷壁14结构，下部采用设置激冷室12。装置用于化工生产时，仅用少量激冷水对粗合成气进行部分洗涤降温，可以去除粗合成气中含有的大量灰渣颗粒，避免了粗合成气对后面废锅的直接冲刷，大幅延长了废锅的使用寿命；装置用于炼铁生产时，须取消激冷水，使得生铁水和熔渣以熔融态从第一出渣口133直接排出，并在之后进行分级除渣。此情况下激冷室12仅作为生铁水和熔渣的外排通道。
进一步的，所述废锅包括一级废锅200和二级中压废锅300，所述一级废锅200和二级中压废锅300通过第二耐高温管道连通，所述一级废锅200的另一端与所述第一耐高温管道连通。通过一级废锅200串联二级中压废锅300的方式回收粗煤气显热，最大限度的回收了气化热能使得气化运行效益达到最高。
进一步的，所述第一出气口134处设置合成气旁路，所述合成气旁路与所述第一耐高温管道连通，所述合成气旁路与所述第一耐高温管道连通处设置盲板。废锅正常使用时，此旁路关闭，如需对一级废锅或者二级中压废锅进行检修时，移开盲板，打开合成气旁路，将粗煤气通过合成气旁路直接送入后续煤气除尘工段。
进一步的，所述冷却管路31包括进口端和出口端，所述进口端和出口端均设置于所述废锅外部。冷却管路31内部可以充入冷却水或者冷却气体，冷却水或者冷却气体从冷却管路31的进口端进入对煤气进行降温，从出口端排出，副产高压蒸汽或中压蒸汽，回收一部分热能。
化工生产工作原理：将煤炭等原料研磨成极细小的粉末，在合适的压力下(压力范围在0.1MPa到10.0MPa之间)由气化炉顶部通过四个粉煤烧嘴30送入气化炉内的反应室11。位于中间的开工烧嘴在气化炉开工点火时投用，喷入干煤粉；位于外围的三个工艺烧嘴在气化炉点火成功后投用，喷入干煤粉。位于中间的开工烧嘴在气化炉点火成功后，退出工作或继续向气化炉内喷入干煤粉或料浆。在1200℃以上的高温下，与同步送入气化炉内的水蒸汽和氧气迅速反应，生成了CO和H2等粗合成气；气化炉中上部设置环形对称配料烧嘴20，向气化炉内反应室11喷入较难处理的高浓度有机废液，高浓度有机废液在高温下迅速蒸发气化，生成水蒸汽和CO以及H2，较好的利用了部分粗合成气热量，同时大幅降低了处理高浓度有机废液的成本，并进一步提高了有效气产量，以及H2比例；随后粗合成气下行进入气化炉下部激冷室12，经少量激冷水进行部分洗涤冷却，粗合成气温度降低到1000℃以下，同时去除粗合成气中的较大粉尘颗粒，颗粒从第一排渣口133排出。降温后的粗合成气经第一出气口134送出，通过第一耐高温管道直接送入一级废锅200，经过冷却管路31降温，并生成9.8MPa高压蒸汽或者5.0MPa中压蒸汽，然后粗合成气继续送入二级中压废锅300，同样经过冷却管路31降温，副产5.0MPa中压蒸汽，换热后的粗合成气降温到约270℃，从第二出气口302排出，剩余灰渣从第二排渣口303排出，最终粗合成气离开气化工段，送入后续合成气洗涤工段。
炼铁生产工作原理：将煤炭等原料研磨成极细小的粉末，在合适的压力下(压力范围在0.1MPa到10.0MPa之间)由气化炉顶部通过四个粉煤烧嘴30送入气化炉内的反应室11。位于中间的开工烧嘴在气化炉开工点火时投用，喷入干煤粉；位于外围的三个工艺烧嘴在气化炉点火成功后投用，喷入干煤粉。位于中间的开工烧嘴在气化炉点火成功后，退出工作或继续向气化炉内喷入干煤粉或料浆。在1500℃以上的高温下，与同步送入气化炉内的水蒸汽和氧气迅速反应，生成了CO和H2等粗合成气；气化炉中上部设置环形对称配料烧嘴20，向气化炉内反应室11喷入配比好的铁矿石粉和熔剂粉混合物，利用粗合成气以及所产热量，将铁矿石粉还原，生成生铁水和熔渣通过第一排渣口133送出。反应完成的粗合成气经第一出气口134送出，通过第一耐高温管道直接送入一级废锅200，经过冷却管路31降温，并生成9.8MPa高压蒸汽或者5.0MPa中压蒸汽，然后粗合成气继续送入二级中压废锅300，同样经过冷却管路31降温，副产5.0MPa中压蒸汽，换热后的粗合成气降温到约270℃，从第二出气口302排出，剩余灰渣从第二排渣口303排出，最终粗合成气离开气化工段，送入后续合成气洗涤工段。
以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
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