復合爐襯和氣流床氣化爐的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及煤化工領域，具體地，涉及一種復合爐襯和氣流床氣化爐。
【背景技術】
[0002]煤氣化技術是發展煤基化學品、液體燃料、IGCC發電、制氫等過程的基礎，是煤化工產業的龍頭技術。由于合成氨、甲醇、二甲醚、煤制油、煤制烯烴等產業的快速發展，中國的煤炭氣化工藝正由老式的UGI爐塊煤間歇氣化迅速向先進的粉煤氣化工藝過渡，呈現出對各類粉煤氣化技術裝備的強勁需求。與固定床和流化床煤氣化技術相比，氣流床煤氣化技術具有生產能力大、碳轉化率高、合成氣中有效氣體(CO和H2)成分高、煤種適應廣、污染小等優點，是大規模煤氣化技術的發展趨勢。
[0003]目前大多數氣流床氣化爐的爐體內側壁上設置水冷壁層。水冷壁層外表面附著一層耐火材料，內置金屬銷釘。氣化過程中，高溫熔融下的流態熔渣沿著水冷壁層在重力作用下向下流動。當渣層較薄時，由于耐火材料和金屬銷釘具有很好的熱傳導作用，因此渣層的外表層能夠冷卻至灰熔點并且固化附著。當渣層增厚到一定程度時，熱阻增大，傳熱減慢，因此渣層的外表層溫度會升高到灰熔點以上，使得熔渣流淌，渣層減薄。當渣層減薄到一定厚度時，熱阻減小，傳熱量增大，因此渣層的外表層溫度會降低到灰熔點以下，使得熔渣聚積增厚。這樣，不斷地進行動態平衡，實現了水冷壁層“以渣抗渣”的功能。在物料的氧碳比不出現大的波動的情況下，渣層厚度在動態中相對穩定，爐內溫度就不會出現大幅度波動，從而有效保護水冷壁層不受反應腐蝕、不受高溫燒蝕、不受熔渣磨蝕，以保證氣流床氣化爐的使用壽命。
[0004]然而，在氣流床氣化爐的運行過程中，氧碳比并不容易控制。因為氧碳比的配置除了對煤粉粒徑有一定的要求外，還需關注入爐煤粉的灰熔點和粘溫特性。一般對于灰熔點較高的原煤，在制粉前應添加一定比例的助熔劑來降低灰熔點，才能實現合適的氧碳比并實現滿意的熔渣流動，以及獲得良好的水冷壁層掛渣和氣化爐下部渣池順利排渣。如果其中某一環節控制不當，就會使氣化爐內的溫度出現較大波動。一旦氣化溫度與粉煤灰熔點之間溫差過大時，就會損壞水冷壁層上的保護渣層。當保護渣層減薄到一定程度時，將失去對水冷壁層的保護而出現燒穿現象，進而會傷害到設備本體，使氣化爐反應熱平衡失衡。
[0005]根據上述，現有技術中的水冷壁層僅在氧碳比不出現大的波動、從而爐內溫度保持比較穩定的情況下才能正常工作。但實際中的工況是氧碳比不易控制，爐內的溫度可能出現大幅度波動，因此導致現有技術中的水冷壁層結構經常會因無法抵御爐內溫度的波動而發生嚴重故障。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是提供一種復合爐襯和氣流床氣化爐，用以提高水冷壁層抵御爐內溫度波動的能力，并且提高氣化反應的碳轉化率。
[0007]為了實現上述目的，本發明提供一種復合爐襯，該復合爐襯包括水冷壁層和敷設在水冷壁層的內壁面上的中間層，中間層的內壁面上敷設有向火層，并且向火層的材質的最高使用溫度高于中間層的材質的最高使用溫度。
[0008]優選地，向火層的材質包括灰渣、灰渣提煉物、碳-碳化硅、碳-陶和碳化硼中的一種或者多種。
[0009]優選地，向火層的材質為灰渣、灰渣提煉物、碳-碳化硅、碳-陶和碳化硼中的一種或者多種與高溫耐火可塑料相混合后形成的混合物。
[0010]優選地，向火層的材質為氣化爐的灰渣和/或灰渣的提煉物。
[0011]優選地，中間層的厚度大于向火層的厚度，并且向火層和中間層的總厚度不大于300mmo
[0012]優選地，中間層的材質為剛玉、硅、鎂、鉻、鋯和碳化硅中的一者或者多者任意組合所形成的高溫耐火可塑料。
[0013]另一方面，本發明還提供一種氣流床氣化爐，包括爐體和由爐體包圍形成的爐腔，爐腔的上部形成氣化室，在與氣化室位置對應的爐體的內側壁上，安裝有上述的復合爐襯。
[0014]優選地，爐體的頂部的中心部位設置有噴口朝向氣化室的頂噴嘴。
[0015]優選地，沿著爐體的周向方向設置有噴口朝向氣化室的多個側噴嘴，其中，多個側噴嘴設置于頂噴嘴的火焰尾部。
[0016]優選地，頂噴嘴和側噴嘴噴射氣化原料和氣化劑，其中，頂噴嘴噴射的氣化劑的量大于氣化反應所需的氣化劑的總量的50%，并且側噴嘴噴射的氣化原料和氣化劑的量可調。
[0017]優選地，氣化室由側噴嘴分隔為位于側噴嘴上方的靠近爐體頂部的第一段氣化室和位于側噴嘴下方的靠近爐體底部的第二段氣化室，其中，復合爐襯設置在與第一段氣化室位置對應的爐體的內側壁上。
[0018]優選地，爐腔的下部的中心位置設置有與氣化室相連通的下降管，下降管的內徑小于氣化室的直徑，并且下降管的外側壁與爐體的內側壁相間隔地設置。
[0019]優選地，下降管的外側壁上敷設有冷卻水管，其中，在冷卻水管的靠近爐體底部的一端設置有冷水進口，在冷卻水管的靠近爐體頂部的一端設置有噴口朝向下降管的中心部位的冷卻噴嘴。
[0020]優選地，爐體的底部設置有排渣室，排渣室中注有排渣液，其中，下降管的底端位于排渣液的液面的上方并且與排渣液的液面相間隔。
[0021]通過上述技術方案，本發明提供一種新型的復合爐襯以及安裝有該復合爐襯的氣流床氣化爐。該復合爐襯在水冷壁層的內壁面上敷設中間層，并且在中間層的內壁面上敷設向火層。藉此，氣化反應形成的高溫流態熔渣可以容易地附著在向火層上，并且可以在向火層上形成順暢的流動。由此使得“以渣抗渣”的動態過程更加穩定，從而由向火層和熔渣形成的抗高溫保護層能夠對中間層和水冷壁層形成有效的保護。因此，本發明的復合爐襯能夠有效提高水冷壁層抵御爐內溫度波動的能力。另外，由于本發明設置有側噴嘴結構，因此在頂噴嘴噴射的物料進行氣化反應后，還可以通過側噴嘴噴射的物料進行另一氣化反應。從而，可以有效延長氣化反應的反應時間，提高氣化反應的碳轉化率。
[0022]本發明的其他特征和優點將在隨后的【具體實施方式】部分予以詳細說明。
【附圖說明】
[0023]附圖是用來提供對本發明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與下面的【具體實施方式】一起用于解釋本發明，但并不構成對本發明的限制。在附圖中:
[0024]圖1是根據本發明的氣流床氣化爐的沿縱向方向剖開的剖視圖；
[0025]圖2是根據本發明的氣流床氣化爐的俯視圖，示出側噴嘴的設置方式；
[0026]圖3是根據本發明的氣流床氣化爐的局部剖視圖。
[0027]附圖標記說明
[0028]I爐體2氣化室3水冷壁層
[0029]4中間層5頂噴嘴6側噴嘴
[0030]7下降管
[0031]8冷卻水管81冷卻水進口82冷卻噴嘴
[0032]9排渣室10向火層11保溫層
[0033]12合成氣排出口
【具體實施方式】
[0034]以下結合附圖對本發明的【具體實施方式】進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的【具體實施方式】僅用于說明和解釋本發明，并不用于限制本發明。
[0035]參考圖1，本發明提供一種復合爐襯。該復合爐襯包括位于最外層的水冷壁層3。當復合爐襯安裝在氣化爐中時，水冷壁層3緊貼氣化爐的爐體內壁設置，從而形成爐體內壁的保護層。根據本發明的實施例，水冷壁層3的內壁面上敷設有中間層4，用以對水冷壁層3形成保護，并且在水冷壁層3和熔渣之間進行換熱。根據本發明的實施例，在中間層4的內壁面上敷設有向火層10。向火層10的材質為耐高溫材料，可以采用諸如澆注、粘貼等方式將向火層10敷設并且定型在中間層4上。進一步，根據本發明的實施例，向火層10的材質的最高使用溫度高于中間層4的材質的最高使用溫度。藉此，可以使得向火層10形成對中間層4和水冷壁層3的保護。
[0036]也就是說，根據本發明，在氣化爐投入運行前先在復合爐襯的內壁面上設置向火層10，為熔渣的附著和順暢流動做好準備。這樣，在氣化爐投入運行后，氣化反應形成的高溫熔融下的流態熔渣可以容易地附著在向火層10上。并且，由于向火層10的存在，即使高溫熔融下的流態熔渣的厚度發生一些變化，整個渣層能夠始終保持較為穩定的整體厚度。藉此，不僅可以使水冷壁層3上的“以渣抗渣”的動態過程更加穩定，還可以對中間層4和水冷壁層3形成有效的保護，從而提高水冷壁層3抵御爐內溫度波動的能力。
[0037]根據本發明的實施例，向火層10的材質包括灰渣、灰渣提煉物、碳-碳化硅、碳-陶和碳化硼中的一種或者多種。優選地，向火層10的材質為灰渣、灰渣提煉物、碳-碳化硅、碳-陶和碳化硼中的一種或者多種與高溫耐火可塑料相混合后形成的混合物。高溫耐火可塑料可以是剛玉、硅、鎂、鉻、鋯和碳化硅中的一者或者多者任意組合而形成，而上述的混合物中的高溫耐火可塑料可以是一種高溫耐火可塑料，也可以是多種高溫耐火可塑料的混合物。優選地，向火層10的材質為氣化爐的灰渣或者灰渣的提煉物。灰渣是經過高溫氣化后的殘渣，其所含有的成分(諸如S12, Al2O3, Fe2O3, CaO等)具有很高的熔點，同時又與氣化反應形成的流態熔渣具有相同的成分。因此，用氣化爐的灰渣作為向火層10的材質，在降低熔渣的附著難度和提高向火層10的抗高溫能力方面都具有較好的效果。另外，根據本發明的實施例，還可以進一步優選采用灰渣的提煉物作為向火層10的材質。提煉過程中可以將灰渣中的熔點高的成分優選出來，并且可以在提煉過程中向灰渣中添加其他高熔點的物料以更有效地提高灰渣的抗高溫性能。
[0038]另外，根據本發明的實施例，中間層4的材質可以為剛玉、硅、鎂、鉻、鋯和碳化硅中的一者或者多者任意組合所形成的高溫耐火可塑料。另外，為了充分發揮水冷壁層3的導熱作用，根據本發明的實施例，向火層10和中間層4的總厚度不大于300mm。其中，中間層4的厚度大于向火層10的厚度。這樣，中間層4具有足夠的厚度以在抵御爐內溫度波動時發揮重要作用，而向火層10則具有適當的厚度以與中間層4保持良好的粘附性(確保不會垮塌)并在抵御爐內溫度波動時發揮其抗高溫性能。
[0039]另一方面，參考圖1至圖3，本發明還提供一種氣流床氣化爐。該氣流床氣化爐包括爐體1，以及由爐體I包圍形成的爐腔。根據本發明的實施例，爐腔分為上