一種高溫氣體與液渣顆粒的混合物排出口的製作方法

2023-12-06 12:11:21

專利名稱：一種高溫氣體與液渣顆粒的混合物排出口的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種混合物排出口，特別是用於以煤粉為燃料，排出生成產物的高溫合成氣和液態渣顆粒的混合物排出口。
背景技術：
現有的煤氣化技術中，以Texaco與Shell的工藝比較成熟，在國內很多廠家得到應用，兩者在出料口設計方面各有特色。其中Texaco氣化爐合成氣與渣都從氣化室底部出料口排出，氣化室與出料口均以耐火磚為襯裡，來承受氣化室內的高溫。這種結構為Texaco氣化爐帶來局限耐火磚在高溫條件下很容易被參與氣化反應的多相物質流衝蝕，每隔兩年需花40天左右時間更換一套價值數十萬美元的耐火磚，並烘爐20天左右，代價很大。為了延長耐火磚使用壽命，必須控制Texaco氣化爐內溫度較低，從而造成C轉化率相對較低，冷煤氣效率較低；必須選用灰熔點低和灰粘度適宜的煤種，原料煤選擇範圍相對較窄。
Shell氣化爐合成氣從爐體上部排出到輸氣管，進而排入合成氣冷卻器。渣以液渣的形式從爐體下部出料口排出，經激冷水噴淋後落入渣池。出料口結構非常複雜，其上半部分為列管式倒錐形水冷壁，下半部分為盤管式熱裙。氣渣分離排出方式是由Shell氣化爐特殊的爐體結構決定的，其氣化過程是由布置在爐體中下部的4～8個燒嘴在爐內形成對衝火焰完成的，產物合成氣利用自身浮力從上部排出，液渣利用重力從下部排出，這種方式並不適合一切爐型，尤其不適合燒嘴頂置，合成氣與液渣混合排出的爐型。

發明內容
本發明的技術解決問題是克服現有技術的不足，提供一種耐高溫，使用壽命長，堵塞機率低，結構簡單緊湊，適用範圍廣泛的高溫氣體和液態渣顆粒混合物排出口。
本發明的技術方案一種高溫氣體和液態渣顆粒混合物排出口，其特徵在於排出口最外層為螺旋盤管水冷壁，螺旋盤管內通冷卻介質，冷卻介質從盤管的一端進入，另一端流出；水冷壁內側均勻塗抹一層耐火澆注料；工作狀態下部分液渣顆粒在耐火澆注料內層形成固態渣層和液態渣層，排出口中心通過高溫氣體和其餘液渣顆粒。
本發明的原理以燒嘴頂置，合成氣與液渣顆粒混合排出的氣化爐為例。當氣化爐啟動後，煤粉顆粒與氧氣發生劇烈氣化反應，當溫度約1500℃的氣化產物—合成氣與液渣顆粒的混合物通過排出口時，部分液渣沉降在收口處，碰到由內通冷卻介質的水冷壁保護的，溫度較低的耐火澆注料層，固化形成固態渣層，不斷增加的固態渣層增大了熱阻，導致固態渣層表面溫度上升，最終超過渣的相變溫度，進而形成了液態渣層，達到平衡後，形成固液兩層渣，其餘液渣隨高溫合成氣從排出口中心排出。收口壁面的液渣層均勻穩定的流過排出口的喉口後，部分繼續貼壁面布滿擴口內壁，部分從喉口脫落。本發明充分發揮了「以渣抗渣」的功能，利用布滿排出口內壁的固渣層和液渣層來抵抗高溫氣體和熔渣對耐火材料的腐蝕，大大延長了排出口的使用壽命。水冷壁是形成固、液兩層渣的關鍵，同時也保護外圍爐殼不超溫。
本發明與現有技術相比的優點在於(1)「以渣抗渣」，利用爐子自身產生的渣形成渣層，抵抗高溫氣體和熔渣對耐火材料的腐蝕；(2)設置有剖面為「X」型的水冷壁結構，保證渣顆粒落在排出口處能形成渣層並順利排出，保證外圍爐殼不超溫，大大延長了排出口的使用壽命；(3)水冷壁內側均勻塗抹一層耐火材料，耐火澆注料要耐衝刷，相變溫度要高於渣的相變溫度，保證渣能在澆注料層內側形成固渣層和液渣層，從而保護水冷壁不直接承受高溫氣體和液渣顆粒衝刷產生的應力和腐蝕，緩解了水冷壁的壓力，同樣延長了排出口的使用壽命；
(4)該排出口適宜的爐型廣泛，凡生成產物為高溫氣體和液渣顆粒，並混合後一起通過排出口的爐型皆可使用該排出口；


圖1為本發明的結構示意圖；圖2為圖1中螺旋盤管水冷壁示意圖。
圖中，1.螺旋盤管水冷壁出口，2.螺旋盤管水冷壁，3.冷卻介質，4.耐火澆注料，5.固態渣層，6.液態渣層，7.液態渣顆粒，8.高溫氣體，9.螺旋盤管水冷壁進口，10.外圍爐殼具體實施方式
如圖1所示，本發明排出口外面為外圍爐殼10，排出口最外層為螺旋盤管水冷壁2，冷卻介質3從螺旋盤管水冷壁進口9進入，流過螺旋盤管水冷壁2後從螺旋盤管水冷壁出口1流出；螺旋盤管水冷壁2內層均勻塗抹一層耐火澆注料4；工作狀態時，部分液渣顆粒7沉降在螺旋盤管水冷壁2的收口處，遇到溫度較低的耐火澆注料層4後固化形成固態渣層5，不斷增加的固態渣層增大了熱阻，導致固態渣層表面溫度上升，最終超過渣的相變溫度，進而形成液態渣層6，剩餘液渣顆粒7隨著高溫氣體8一起從排出口中心通過。
本發明排出口的出口通道截面應該與爐殼形狀保持一致，氣化爐多為圓形反應爐，因此排出口的通道截面也多為圓形。排出口為保證渣能均勻的沿水冷壁內側聚集和流出，將出口剖面設計為「X」型結構，其中收攏角度α為80°～120°，擴口角度β為30°～60°。收攏段與擴口段的銜接區也可增加一小段直過渡段。耐火澆注料4由於耐高溫和耐衝刷的原因，選擇其主要成分為SiC，冷卻介質3通常為冷卻水。
權利要求
1.一種高溫氣體與液態渣顆粒混合物排出口，其特徵在於排出口最外層為螺旋盤管水冷壁，螺旋盤管內通冷卻介質，冷卻介質從螺旋盤管一端進入，另一端流出；螺旋盤管水冷壁內側均勻塗抹一層耐火澆注料。
2.根據權利要求1所述的混合物排出口，其特徵在於所述的冷卻介質從螺旋盤管下方進入，上方流出。
3.根據權利要求1所述的混合物排出口，其特徵在於所述的耐火澆注料主要成分為SiC，其厚度為5～20mm。
4.根據權利要求1所述的混合物排出口，其特徵在於所述的排出口出口通道截面均為圓形，其剖面為「X」型結構，其中收攏角度α為80°～120°，擴口角度β為30°～60°。
全文摘要
一種高溫氣體與液渣顆粒的混合物排出口，其排出口最外層為螺旋盤管水冷壁，螺旋盤管內通冷卻介質，冷卻介質從盤管下方進入，上方流出；水冷壁內側均勻塗抹一層耐火澆注料；工作狀態下部分液渣顆粒在耐火澆注料內側形成固態渣層和液態渣層，排出口中心通過高溫氣體和其餘液渣顆粒；排出口的出口通道截面均為圓形，排出口剖面為「X」型結構，其中收攏角度α為80°～120°，擴口角度β為30°～60°。本發明具有耐高溫，使用壽命長，堵塞機率低，結構簡單緊湊，適用範圍廣泛的優點。
文檔編號C10J3/46GK1958743SQ20061013788
公開日2007年5月9日 申請日期2006年11月9日 優先權日2006年11月9日
發明者郭進軍, 郭強, 宋曉峰, 安兵濤, 高瑞恆 申請人:北京航天石化技術裝備工程公司