[发明专利]一种合成气显热回收装置和回收方法及气化炉

说明书

本发明提供了一种合成气显热回收装置及方法，并提供了包括该显热回收装置的气化炉，所述显热回收装置通过设置多级喷射装置，通过其中的第一喷射装置，从而在辐射换热室的上游形成贴近换热面的低温区和位于低温区中间的核心高温区，核心高温区与换热面之间通过辐射方式换热，有效提高了换热的效率。同时本发明所述显热回收装置通过设置多级喷射装置，从而在气化合成气的流动路径上形成多个区域，实现了分区控制；此外，本发明还设置有导流除灰结构，通过引导流动的方式改善气流中不同粒径灰渣颗粒的运动轨迹，减少大颗粒灰渣向内筒壁面运动的可能，减少小颗粒灰渣在合成气中的夹带量。

技术领域

本发明涉及煤气化技术领域，具体涉及一种合成气显热回收装置及方法，以及一种包括该回收装置的气化炉。

背景技术

以煤、石油焦等矿物燃料、植物秸秆等生物质燃料或生活垃圾等含碳原料的气化技术，主要目的是使含碳原料中的化学能部分地转化为所产生气体(一般称为合成气)的化学能，以作为燃料进行使用；或者将含碳原料制成CO和H₂，作为后续工艺的原料。如，使含碳燃料与气化剂在高温下发生不完全燃烧反应，燃料中碳、氢元素大部分转化为以CO、H₂为主的合成气，在此过程中含碳原料中的化学能约有80％转为了合成气的化学能，约20％转化为了合成气和灰渣的显热。将这约20％的显热进行回收的技术即为气化合成气显热回收技术，一般是采用换热器的方法将其转化为水蒸气的显热或潜热，进一步用于动力发电、介质加热等。

气化产生的合成气具有温度高、含灰渣量大的特点。尤其是随着煤炭资源的广泛使用，对于目前气化技术适合的煤种变得供不应求，具有更高灰熔点的无烟煤与气化活性低的石油焦等高含碳资源的利用迫在眉睫，而这类含碳原料的气化条件更为苛刻，如气化温度更高，因此对显热回收装置提出了更为严苛。以高压干粉煤气流床气化技术为例，气化产生的合成气温度一般为1200-1600℃，含灰渣量为20-200g/Nm³，高温下灰渣为熔融状态，极易粘结在换热壁面从而大幅降低换热效率，因此对气化合成气显热回收装置的最迫切要求体现为减少受热面的积灰结渣和提高换热效率两方面。

比如现有技术中，美国专利文件US4377132(德士古发展公司，《Synthesis gascooler and waste heat boiler》)公开了一种内外双筒型的合成气冷却器，高温气化合成气和灰渣直接进入冷却器内筒，并在内筒下部折返进入内筒与外筒间的环形空间，与水冷壁进行热量交换。但是高温气化合成气直接接触水冷壁会导致灰渣在环形空间的壁面上粘结。

为了缓解灰渣粘结的问题，现有技术中有利用喷水对高温合成气进行降温的方式。如中国专利文献CN1923975B中公开了一种生产合成气的方法，该方法中的合成气与灰渣的混合物先进入骤冷区，在喷嘴喷水的作用下骤冷到700-1100℃，然后再进入余热釜进行换热，从而使得冷却的灰渣不会粘附于换热面。中国专利文献CN101161792A公开的合成气热量回收工艺中，则是在气化区出口喷入一级激冷水，使合成气与熔渣均匀快速地冷却至灰熔点T1以下，然后再进入火管式蒸汽发生器进行热量回收。中国专利文献CN102213409A公开了一种显热的回收，其是在内层水冷壁与外层水冷壁的环隙布置喷水减温装置，当内层水冷壁传热恶化时喷水降低合成气和灰渣温度以减少环隙的积灰。

上述现有技术中的通过对高温合成气进行水冷降温，使得灰渣冷却失去粘性，从而不易粘附在受热面上，有效解决了壁面结渣的问题。但这种方式所带来的问题是，因合成气的温度被降低，因而合成气的辐射换热能力也会随之大幅下降。已知辐射换热的热流密度与气体温度的四次方成正比，那么粗略地估计，气体温度从1500℃降低到1100℃，辐射换热的热流密度会下降为原来的35％。可见，这种方法为了冷却灰渣，在辐射换热室的换热效率方面做出了较大的牺牲。