流化床气化炉排渣装置

1027 编辑：中冶有色技术网来源：中国科学院工程热物理研究所

2024-03-11 15:01:06

权利要求书： 1.一种流化床气化炉排渣装置，包括气化炉，其特征在于，还包括：气化反应区，定义所述气化炉内一区域为气化反应区，用于进行气化反应；

灰渣冷却区，与所述气化反应区相连通；所述灰渣冷却区内通入冷却气体；

排渣机，设置于所述灰渣冷却区，用于对所述气化反应产生的灰渣进行定量排出。

2.如权利要求1所述的流化床气化炉排渣装置，其特征在于，所述排渣机包括布风盘，所述布风盘包括集气腔，所述布风盘上设置与集气腔相连通的布风孔；用于输送所述冷却气体的冷却风管与所述布风盘的集气腔相连；其中，输送至所述集气腔内的冷却气体通过所述布风孔导入到所述灰渣冷却区；

所述布风盘通过传动轴与驱动装置连接，驱动装置用于带动布风盘转动。

3.如权利要求2所述的流化床气化炉排渣装置，其特征在于，所述布风盘上设置刮刀；

所述布风盘上布风孔的开孔率为5％～8％；

所述布风盘上多个布风孔呈阵列设置；

所述布风盘上布风孔的孔径为3mm～5mm；

所述布风盘与所述灰渣冷却区的内壁留有10mm～30mm的间隙；

所述布风盘上布风孔的出口气体速度为20m/s～50m/s。

4.如权利要求1所述的流化床气化炉排渣装置，其特征在于，所述流化床气化炉排渣装置还包括渣斗，所述渣斗包括渣斗进口与渣斗出口，所述渣斗进口与所述灰渣冷却区相连；

所述渣斗进口与所述渣斗出口上分别设置控制阀。

5.如权利要求1所述的流化床气化炉排渣装置，其特征在于，所述流化床气化炉排渣装置还包括换热管，所述换热管设置于所述灰渣冷却区内，用于与所述冷却气体配合对所述灰渣进行冷却。

6.如权利要求1所述的流化床气化炉排渣装置，其特征在于，所述气化炉内部设置布风装置，定义气化炉内布风装置上部空间为气化反应区，气化炉内布风装置下部空间为灰渣冷却区；

所述灰渣冷却区的高度设置为3m～5m。

7.如权利要求6所述的流化床气化炉排渣装置，其特征在于，所述气化炉为缩径结构，所述灰渣冷却区的直径为所述气化反应区的直径的1/3～1/2；所述灰渣冷却区与所述气化反应区之间设置锥形过渡段，所述锥形过渡段的母线与所述气化炉轴线的夹角为7°～15°。

8.如权利要求7所述的流化床气化炉排渣装置，其特征在于，所述灰渣冷却区内设置有多个测温点，多个测温点分别沿不同高度设置。

9.如权利要求1所述的流化床气化炉排渣装置，其特征在于，所述气化炉内部空间定义为气化反应区，还包括若干台渣冷却器，所述若干台渣冷却器的内部空间均定义为灰渣冷却区，每一台渣冷却器内均设置排渣机；所述气化炉与所述渣冷却器通过排渣管连通。

10.如权利要求1所述的流化床气化炉排渣装置，其特征在于，在灰渣冷却区通入的冷却气体包括水蒸汽、合成气、氮气或二氧化碳。

说明书：流化床气化炉排渣装置技术领域[0001] 本实用新型涉及煤气化技术领域，尤其涉及一种流化床气化炉排渣装置。背景技术[0002] 流化床气化技术作为一种清洁的煤炭转化技术，逐步向高压及大型化方向发展，运行压力的升高带来了高温灰渣排渣困难的技术难题。目前流化床气化技术采用的排渣方

法主要有两种：

[0003] 一种是采用机械方式冷却，一般采用滚筒冷渣机，热灰渣和循环冷却水在冷渣机内通过间接换热的形式完成换热，实现热灰渣的冷却，排渣量通过冷渣机转动速度控制。这

种方式在高温高压下运行时，冷渣机各部分连接部位密封处容易发生泄漏，气固颗粒会通

过密封部位进入大气中，造成环境污染及安全隐患，因此该冷却方式不能应用于加压气化

工艺。

[0004] 另一种是采用气体与灰渣直接接触、逆流换热的方式实现灰渣的冷却及定量排出。这种排渣方式设置有渣斗，渣斗通过落渣管与气化炉连接，灰渣通过落渣管从气化炉进

入到渣斗，冷却气体在落渣管内向上流动，与下落的热灰渣逆流换热，将灰渣冷却。这种排

渣方式通过控制冷却气体在落渣管中的流速来控制排渣量，流速增大排渣量降低，流速减

小排渣量增加，实际运行过程中常会因工况波动造成排渣量的波动，进而使得气化炉的床

层高度无法维持恒定，气化炉运行条件的波动影响气化指标。另外，增大排渣量还存在渣斗

超温的风险，增大排渣量需要减小落渣管冷却气体量，使得灰渣未得到充分冷却便落入渣

斗，可能超过渣斗排渣阀门的耐受温度，造成阀门损坏，影响系统稳定运行。

[0005] 因此，现有技术无法实现加压流化床气化炉的安全稳定排渣。实用新型内容

[0006] 有鉴于此，本实用新型的主要目的在于提供一种流化床气化炉排渣装置，以期至少部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。

[0007] 为了实现上述目的，本实用新型的技术方案包括：[0008] 提供一种流化床气化炉排渣装置，包括气化炉，还包括：[0009] 气化反应区，定义所述气化炉内一区域为气化反应区，用于进行气化反应；[0010] 灰渣冷却区，与所述气化反应区相连通；所述灰渣冷却区内通入冷却气体；[0011] 排渣机，设置于所述灰渣冷却区，用于对所述气化反应产生的灰渣进行定量排出。[0012] 基于上述技术方案，本实用新型相较于现有技术，至少具有以下有益效果的其中之一或其中一部分：

[0013] (1)本实用新型通过设置与气化反应区相连通的灰渣冷却区；通过在灰渣冷却区设置排渣机，有效解决了排渣机在高温下密封泄露及运行故障问题，实现了对加压流化床

气化炉产生的灰渣进行冷却定量稳定排渣的效果；

[0014] (2)本实用新型采用先降温后降压的排渣方式，利用渣斗泄压后排出；[0015] (3)本实用新型采用直接冷却与间接冷却相结合的方式，大大提高了灰渣与换热管的换热系数，提高了渣冷却器的冷却效率，同时能够回收灰渣的部分显热，提高了系统能

源利用效率；

[0016] (4)当气化炉工况波动，炉内局部失流化，有少量渣块存在时，通过刮刀的旋转带动渣块与气化炉壁面摩擦，将渣块破碎，不影响气化炉的稳定运行；

[0017] (5)通过在排渣机内通冷却气体，有效保护了排渣机，使其始终处于低温状态，提高了装置运行稳定性；灰渣冷却区通入的冷却气体的量比较小不会造成强烈的扰动，不会

对反应区造成干扰。

附图说明[0018] 图1是本实用新型实施例1的流化床气化炉排渣装置示意图；[0019] 图2是本实用新型实施例2的流化床气化炉排渣装置示意图；[0020] 图3是本实用新型实施例3的流化床气化炉排渣装置示意图；[0021] 图4是本实用新型实施例4的流化床气化炉排渣装置示意图；[0022] 图5是本实用新型实施例1?4的排渣机结构示意图。[0023] 以上附图中，附图标记含义如下：[0024] 1、气化炉；2、布风装置；3、排渣机；4、渣斗；5、主风管；6、冷却风管；7、换热管；8、渣冷却器；9、支撑盘；10、布风盘；11、传动轴；12、驱动装置；13、旋风分离器；14、返料器；A、气

化反应区；B、灰渣冷却区。

具体实施方式[0025] 为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型作进一步的详细说明。

[0026] 作为本实用新型的一个方面，提供一种流化床气化炉排渣装置，包括气化炉，还包括：

[0027] 气化反应区，定义气化炉内一区域为气化反应区，用于进行气化反应；[0028] 灰渣冷却区，与气化反应区相连通；灰渣冷却区内通入冷却气体；[0029] 排渣机，设置于灰渣冷却区，用于对气化反应产生的灰渣进行定量排出。[0030] 在本实用新型的实施例中，气化炉运行过程中，灰渣冷却区全部充满灰渣，气化反应区的颗粒处于流化状态(上下运动)，灰渣冷却区的颗粒为移动床运动状态，随着排渣机

的运行，灰渣层缓慢下移，气化反应区的颗粒进入灰渣冷却区。

[0031] 在本实用新型的实施例中，排渣机包括布风盘，布风盘包括集气腔，布风盘上设置与集气腔相连通的布风孔；用于输送冷却气体的冷却风管与布风盘的集气腔相连；其中，输

送至集气腔内的冷却气体通过布风孔导入到灰渣冷却区；

[0032] 布风盘通过传动轴与驱动装置连接，驱动装置用于带动布风盘转动。[0033] 更为具体的，传动轴与气化炉外壁设置有密封环，以密封气化炉内的高压气固物料。

[0034] 在本实用新型的实施例中，布风盘与灰渣冷却区的内壁留有10mm～30mm的间隙；在本实用新型的实施例中，布风盘上设置刮刀。更为具体的，气化炉排渣时，在驱动装置的

驱动下，布风盘带动刮刀匀速旋转，搅动灰渣通过间隙落入渣斗中。当灰渣中有渣块存在

时，通过刮刀的旋转带动渣块与灰渣冷却区的内壁摩擦，将渣块破碎。当气化炉出现短暂工

况波动，造成炉内流场结构不稳定，出现结渣工况时，利用刮刀的碎渣功能不影响气化炉的

稳定运行。

[0035] 在本实用新型的实施例中，布风盘上布风孔的开孔率为5％～8％。[0036] 在本实用新型的实施例中，布风盘上多个布风孔呈阵列设置；布风盘上布风孔之间可以但并不局限于呈正三角形布置。

[0037] 在本实用新型的实施例中，布风盘上布风孔的孔径为3mm～5mm。[0038] 布风盘上布风孔的出口气体速度为20m/s～50m/s。[0039] 在本实用新型的优选实施例中，为确保冷却风在灰渣冷却区均匀分布，排渣机布风盘表面均匀设置有孔径为3mm～5mm的布风孔，布风孔数量与布风盘的面积相关，一般设

计开孔率(布风孔总面积与布风盘面积之比)为5％～8％。更为优选的，为使冷却气体能够

提供足够的动力，且能够兼顾不会对气化反应区造成强烈的扰动，要求布风盘的阻力占整

个灰渣冷却区床层阻力的15％～30％，布风孔出口气体速度维持在20m/s～50m/s，从降低

布风盘阻力及延长布风盘寿命的角度考虑气体速度最好在25m/s～35m/s。

[0040] 在本实用新型的实施例中，流化床气化炉排渣装置还包括渣斗，渣斗包括渣斗进口与渣斗出口，渣斗进口与灰渣冷却区相连；

[0041] 渣斗进口与渣斗出口上分别设置控制阀。[0042] 在本实用新型的实施例中，流化床气化炉排渣装置还包括换热管，换热管设置于灰渣冷却区内，用于与冷却气体配合对灰渣进行冷却。更为具体的，在本实用新型的实施例

中，通过直接和间接换热相结合的方式，提高了灰渣冷却效率，降低了设备和阀门材质等

级，有利于气化炉的稳定运行。

[0043] 在本实用新型的实施例中，气化炉内部设置布风装置，定义气化炉内布风装置上部空间为气化反应区，气化炉内布风装置下部空间为灰渣冷却区。

[0044] 在本实用新型的实施例中，气化炉为缩径结构，灰渣冷却区的直径为气化反应区的直径的1/3～1/2；灰渣冷却区与气化反应区之间设置锥形过渡段，锥形过渡段的母线与

气化炉轴线的夹角为7°～15°。

[0045] 更为具体的，灰渣冷却区的结构尺寸及操作参数对气化炉的稳定运行产生重要影响，灰渣冷却区的结构设置要保证灰渣能够顺利下落的同时，实现热灰渣与冷却气体均匀

接触，达到高效换热的目的。根据排渣量的大小，灰渣冷却区与气化反应区可以为等径结

构，但并不局限于此，还可以为缩径结构。当设置成缩径结构时，灰渣冷却区与气化反应区

的直径之比1/3～1/2，为保证物料顺利下落，在缩径过程中要缓慢过渡，设置锥形过渡段，

锥形过渡段与气化炉轴向的夹角在7°～15°之间。为保证灰渣冷却区内气固物料运动状态

对气化反应区不产生影响，运行过程中气体表观速度维持在0.1m/s～0.2m/s之间。根据气

化工艺条件不同，灰渣冷却区的高度也有所变化，通常设计在3m～5m之间，一方面能够保证

气固有充分的接触时间，使灰渣得到充分冷却，另一方面相对较高的冷灰渣层能够很好的

保护排渣机始终处于低温区，保障排渣机安全稳定运行。为了精准控制排渣温度，在灰渣冷

却区的不同高度设置有测温点，测温点与冷却气体流量设置联锁，实现温度的自动控制。

[0046] 在本实用新型的其他实施例中，气化炉内部空间定义为气化反应区，还包括若干台渣冷却器，若干台渣冷却器的内部空间均定义为灰渣冷却区，每一台渣冷却器内均设置

排渣机；气化炉与渣冷却器通过排渣管连通。

[0047] 在本实用新型的实施例中，一台气化炉可以设置一台或多台渣冷却器；在本实用新型的优选实施例中，从节约投资及优化运行的角度优选一台气化炉设置两台渣冷却器，

互为备用，大大提高了装置运行稳定性。

[0048] 在本实用新型的实施例中，流化床气化炉排渣装置还包括旋风分离器和返料器；[0049] 旋风分离器，包括旋风分离器进口和旋风分离器固体出口，旋风分离器进口与气化炉的煤气出口相连；用于进行气固分离；

[0050] 返料器，包括返料器进口和返料器出口；返料器进口与旋风分离器固体出口相连，返料器出口与气化炉的气化反应区下部相连。

[0051] 作为本实用新型的另一个方面，还提供一种流化床气化炉排渣方法，包括如下步骤：

[0052] 在气化反应区进行气化反应；[0053] 在灰渣冷却区通入冷却气体，并运行排渣机，将气化反应产生的灰渣进行冷却、定量排出。

[0054] 在本实用新型的实施例中，在灰渣冷却区通入的冷却气体包括水蒸汽、合成气、氮气或二氧化碳中的一种或多种。

[0055] 更为具体的，灰渣冷却区通入的冷却气体可以为水蒸气、合成气、二氧化碳及氮气等气体，从利于气化反应的角度考虑，优选水蒸气。这是因为低温水蒸气吸收灰渣的显热后

温度升高，进入到气化反应区参与气化反应生成煤气，充分利用了灰渣的显热，提高了系统

能效。

[0056] 下面结合具体实施例对本实用新型的技术方案作进一步说明，但需要注意的是，下述的实施例仅用于说明本实用新型的技术方案，但本实用新型并不限于此。

[0057] 实施例1[0058] 在本实用新型实施例1中，提供一种流化床气化炉排渣装置，如图1所示，所采用的装置包括气化炉1、渣斗4和位于气化炉1内下部的气化剂布风装置2，气化炉1和渣斗4通过

排渣管相连通，还包括：设置在布风装置2下部的灰渣冷却区B，设置在灰渣冷却区B内的排

渣机3，排渣机3设置有布风盘10，用于通入冷却气体。气化反应所需的气化剂通过主风管5

导入到布风装置2通入气化炉1内。冷却气体通过冷却风管6通入排渣机3，从排渣机3的布风

盘10进入灰渣冷却区B。

[0059] 排渣机3的结构如图5所示，其功能是实现冷却气体的均匀分布与灰渣的定量排出，包括支撑盘9、位于支撑盘上部的布风盘10、传动轴11及驱动装置12。布风盘10为转动部

件，布风盘10为带有刮刀的伞状结构，表面设置有布风孔，与传动轴11相连，传动轴11通过

电动方式驱动。传动轴11与位于气化炉1外的驱动装置12相连，冷却气体通过冷却风管6进

入布风盘10内，经过布风盘10的布风孔均匀分布后向上进入灰渣冷却区B，实现灰渣的高效

冷却。

[0060] 在本实用新型实施例1中，还提供一种流化床气化炉排渣方法，采用先降温后降压的方式实现灰渣的定量排出，具体为：气化炉1内布风装置2以上为流化床，是煤与气化剂发

生反应的主要区域(气化反应区A)，该区域内温度900℃～1100℃，压力0MPa～4.0MPa，气固

流动速度2.5m/s～4m/s，合格粒度的煤粉通过给煤机由设置在布风装置2以上的燃料入口

送入气化炉，气化剂(蒸汽、氧气/空气)通过布风装置2进入气化炉1，煤与气化剂在气化炉1

中接触气化，反应后的高温灰渣通过布风装置2间隙进入到下部灰渣冷却区B。灰渣冷却区B

底部设置排渣机3，排渣机3为带有均匀布风功能的变频旋转设备，排渣过程中，通过冷却风

管6向排渣机3内通入冷却气体，冷却气体通过排渣机3均匀分布后与热灰渣逆流换热将灰

渣冷却，冷却后的灰渣通过排渣机3的转动定量排入渣斗4内，灰渣通过渣斗4泄压后排出。

冷却气体通过排渣机3的布风盘10均匀分布后向上进入灰渣层，与热灰渣逆流换热将灰渣

冷却、吸收灰渣显热，形成高温气体，高温气体经布风装置2间隙进入气化反应区A参与气化

反应，产生的煤气由气化炉1顶部排出。

[0061] 实施例2[0062] 如图2所示，本实用新型实施例2提供的流化床气化炉排渣装置与实施例1的结构相同，其不同点在于，为了更好的实现灰渣冷却，在灰渣冷却区B布置换热管7，换热管7形式

可以为列管也可以为蛇形管，从利于物料下落及抗磨损的角度考虑，优选带翅片的蛇形换

热管。换热管7沿圆周方向分多组布置，为防止渣块在换热管7上架桥，相邻两组换热管7之

间的间距为80mm～150mm。为防止蒸汽在换热管7壁冷凝，换热管7内的冷却气体优选合成

气，从减小换热管7磨损的角度考虑，合成气的表观速度优选在0.05m/s～0.1m/s之间。

[0063] 实施例3[0064] 如图3所示，本实用新型实施例3提供的流化床气化炉排渣装置与实施例1的结构相同，其不同点在于，灰渣通过渣冷却器8进行冷却，渣冷却器8内部布置有蛇形换热管，底

部设置排渣机3，渣冷却器8与气化炉1通过排渣管连接，气化产生的热灰渣通过排渣管进入

渣冷却器8，与来自排渣机3的冷却气体逆流接触，在冷却气体的扰动下迅速与换热管进行

热交换得到冷却(工艺流程与实施例2相同)。

[0065] 实施例4[0066] 如图4所示，本实用新型实施例4提供的流化床气化炉排渣装置与实施例1的结构相同，其不同点在于，当采用循环流化床气化工艺时还包括旋风分离器13和返料器14，气化

产生的高温灰渣通过布风装置2间隙进入到灰渣冷却区B，灰渣在灰渣冷却区B内以移动床

的形式向下移动，冷却气体通过排渣机3上部的布风盘10均匀分布后进入到灰渣冷却区B，

灰渣与冷却气体逆流接触换热冷却降温后，随着排渣机3的转动均匀落入渣斗4中，通过渣

斗4泄压后排出。冷却气体吸收灰渣的显热后，经布风装置2间隙进入气化反应区A参与气化

反应，产生的含尘煤气由气化炉1顶部排出进入到旋风分离器13进行气固分离，分离后的固

体物料通过返料器14返回到气化炉1的布风装置2上部，气体由旋风分离器13上部排出。

[0067] 以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实

用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含

在本实用新型的保护范围之内。