本发明涉及一种用于含碳物质的气化装置，尤其涉及用于气化反应活性差的含碳燃料(焦炭、石油焦等)在高温高压条件下进行气化的装置。
背景技术：
煤、焦炭、石油焦甚至固体垃圾等含碳物质的加压气化是固体能源洁净利用的一个重要方向，目前市场上已经开发了多种煤气化技术，其共同的特点就是在高温高压环境下与氧气发生不完全反应，生成以氢气和一氧化碳为主要成分的高温粗合成气，然后经过冷却过程将合成气送往后续工艺。但一次气化技术对于气化反应活性较差的燃料(部分焦炭和石油焦等)难以获得令人满意的效果，普遍存在碳转化率低，灰渣量大的情况。为解决该问题，目前有一些干粉气化技术采用了煤灰二次循环的方案，但有的返灰方案需对细灰进行烘干处理，还有的方案为保证入炉煤质的均匀和稳定性不得不将高压细灰进行泄压和重新冲压流化处理，这些方式能耗都很高，不是细灰返回的最佳方案。
技术实现要素：
本发明提供了一种气化装置。使用本发明实施例中的气化装置能够解决目前部分含碳物质在气化过程中碳转化率低，返灰过程能耗高的问题。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了如下的技术方案：
一种气化装置，用于含碳物质的气化，所述气化装置包括：
气化炉，所述气化炉的顶部设有顶置燃烧器，侧部设有侧喷燃烧器；
显热回收装置，所述显热回收装置的进口与所述气化炉的出料口连通，以使经所述气化炉处理后得到的合成气及固态物质进入所述显热回收装置进行显热回收，且显热回收后的部分固态物质随合成气从所述显热回收装置的出气口排出，其余固态物质从所述显热回收装置的出渣口排出；
过滤器，所述过滤器的进口与所述显热回收装置的出气口连通，以使经所述显热回收装置的出气口排出的固态物质和合成气进入所述过滤器进行分离，分离出的合成气经所述过滤器的合成气出口排出，分离出的固态物质经所述过滤器的固体出口排出；
返料装置，所述返料装置的进口与所述过滤器的固体出口连通，用于使经所述过滤器分离出来的固态物质送入所述返料装置，所述返料装置对进入其内的固态物质加压后经所述顶置燃烧器和/或侧喷燃烧器输送至所述气化炉再次气化。
作为优选，所述显热回收装置包括相连通的辐射废锅和对流废锅，所述显热回收装置的所述进口和所述出渣口均设于所述辐射废锅上；
所述显热回收装置的出气口设于所述对流废锅上。
作为优选，所述气化装置还包括竖直设置的管壳，所述管壳的上部形成所述气化炉，所述辐射废锅设于所述管壳的下部内；所述辐射废锅的上端形成所述显热回收装置的进口，所述辐射废锅的下端形成所述显热回收装置的出渣口；所述对流废锅竖直设置或水平设置，所述对流废锅的一端与所述辐射废锅的靠近下端的侧壁连接，所述对流废锅的另一端形成所述显热回收装置的出气口。
作为优选，所述气化炉的顶部设有一个顶置燃烧器，侧部设有四个侧喷燃烧器，且所述四个侧喷燃烧器以所述气化炉的中轴线为中心均布于所述气化炉的侧部。
作为优选，所述气化装置还包括固体燃料制粉和给粉装置，所述固体燃料制粉和给粉装置用于向所述顶置燃烧器和/或侧喷燃烧器输送含碳物质。
作为优选，所述返料装置用于向所述顶置燃烧器输送加压后的固态物质，所述固体燃料制粉和给粉装置用于向所述侧喷燃烧器输送含碳物质。
作为优选，所述气化装置还可包括冷却器，所述冷却器设于所述过滤器和所述返料装置之间，以使固态物质经冷却器冷却后进入所述返料装置。
作为优选，所述气化装置还包括洗涤或除尘装置，所述洗涤或除尘装置的进口与所述过滤器的合成气出口连通，以使经所述过滤器过滤得到的合成气进一步除尘或洗涤。
作为优选，所述气化炉的炉壁为夹层结构，所述炉壁上设有用于向夹层内通入换热介质的介质入口，和用于排出介质的介质出口。
作为优选，所述辐射废锅和/或对流废锅上开设有冷却介质入口。
基于上述实施例的公开可以获知，本发明实施例具备如下的有益效果：
1、对比目前的主流气化技术，本发明通过将未完全燃烧/气化的含碳物质重新返回气化炉进行二次气化，确保低反应活性的含碳物质的高碳转化率，大大扩宽了气化炉的燃料适应性，并减少了气化系统的外排灰渣；
2、通过在气化装置中设置返料装置和顶置燃烧器，使经过气化炉处理后得到的固态物质经过返料装置加压后重新回到气化炉中进行二次气化，示例性地，经过加压的固态物质可以经过顶置燃烧器进入气化炉中，从而不会破坏气化炉内的流场对称性。
3、本发明实施例中的显热回收装置采用全废锅流程，其出气口排出的合成气和随合成气排出的固态物质较为干燥，无需再进行干燥处理。且该流程显热回收利用充分，所有显热都用于产生高/中压蒸汽，蒸汽发电量较多。
4、与传统的固态物质返回方式相比，本发明实施例中的气化装置在固态物质返回过程中无需对固态物质进行泄压和烘干等处理，因此大大降低了返料的能耗。
5、本发明实施例中的气化炉采用干粉进料，且将炉壁设置成水冷壁形式，气化炉操作温度可以高达1500～1700℃，广泛适用于各种含碳物质，系统整体供电效率也更高。
附图说明
图1是本发明实施例的一种气化装置的示意图；
图2是本发明实施例的气化炉结构示意图；
图3是本发明实施例的气化装置的一种应用方式的流程示意图。
附图标记列表如下：
1-气化炉，2-顶置燃烧器，3-气化炉水冷壁，4-气化炉炉壳，5-侧喷燃烧器，6-气化炉的出料口，7-固体燃料制粉和给粉装置，8-显热回收装置，9-过滤器，10-冷却器，11-返料装置，12-辐射废锅，13-对流废锅，14-连接段，15-冷却介质入口，16-排渣装置，17-洗涤或除尘装置。
具体实施方式
下面，结合附图对本发明的具体实施例进行详细的描述，但不作为本发明的限定。
应理解的是，可以对此处公开的实施例做出各种修改。因此，上述说明书不应该视为限制，而仅是作为实施例的范例。本领域的技术人员将想到在本公开的范围和精神内的其他修改。
包含在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本公开的实施例，并且与上面给出的对本公开的大致描述以及下面给出的对实施例的详细描述一起用于解释本公开的原理。
通过下面参照附图对给定为非限制性实例的实施例的优选形式的描述，本发明的这些和其它特性将会变得显而易见。
还应当理解，尽管已经参照一些具体实例对本发明进行了描述，但本领域技术人员能够确定地实现本发明的很多其它等效形式，它们具有如权利要求所述的特征并因此都位于借此所限定的保护范围内。
当结合附图时，鉴于以下详细说明，本公开的上述和其他方面、特征和优势将变得更为显而易见。
此后参照附图描述本公开的具体实施例；然而，应当理解，所公开的实施例仅仅是本公开的实例，其可采用多种方式实施。熟知和/或重复的功能和结构并未详细描述以避免不必要或多余的细节使得本公开模糊不清。因此，本文所公开的具体的结构性和功能性细节并非意在限定，而是仅仅作为权利要求的基础和代表性基础用于教导本领域技术人员以实质上任意合适的详细结构多样地使用本公开。
本说明书可使用词组“在一种实施例中”、“在另一个实施例中”、“在又一实施例中”或“在其他实施例中”，其均可指代根据本公开的相同或不同实施例中的一个或多个。
下面，结合附图详细的说明本发明实施例。
如图1所示，本发明实施例提供一种气化装置，用于含碳物质的气化，所述气化装置包括：
气化炉1，所述气化炉1的顶部设有顶置燃烧器2，侧部设有侧喷燃烧器5；
显热回收装置8，所述显热回收装置8的进口与所述气化炉的出料口6连通，以使经所述气化炉1处理后得到的合成气及固态物质进入所述显热回收装置8进行显热回收，且显热回收后的部分固态物质随合成气从所述显热回收装置8的出气口排出，其余固态物质从所述显热回收装置8的出渣口排出；
过滤器9，所述过滤器9的进口与所述显热回收装置8的出气口连通，以使经所述显热回收装置8的出气口排出的固态物质和合成气进入所述过滤器9进行分离，分离出的合成气经所述过滤器9的合成气出口排出，分离出的固态物质经所述过滤器9的固体出口排出；
返料装置11，所述返料装置11的进口与所述过滤器9的固体出口连通，用于使经所述过滤器9分离出来的固态物质送入所述返料装置11，所述返料装置11对进入其内的固态物质加压后经所述顶置燃烧器2和/或侧喷燃烧器5输送至所述气化炉1再次气化。
其中，合成气的定义为，以一氧化碳、氢气等可燃性气体为主要成分的气体，固态物质可以包括固体粗渣和固体颗粒，其中，固体颗粒随合成气从所述显热回收装置的出气口排出，固体粗渣从所述显热回收装置的出渣口排出。
本实施例中通过在气化装置中设置返料装置11和顶置燃烧器2，使由过滤器9分离出的固态物质经过返料装置11加压后重新回到气化炉1中进行二次气化，确保低反应活性的含碳物质的高碳转化率，大大扩宽了气化炉1的燃料适应性，并减少了气化系统的外排灰渣；
示例性地，经过加压的固态物质可以经过顶置燃烧器2进入气化炉1中，从而不会破坏气化炉1内的流场对称性。
或加压的固态物质分为多股分别通过多个侧喷燃烧器5均匀的进入气化炉1中，且保证返料的固态物质不破坏气化炉1内流场的对称性，其中，多个侧喷燃烧器5以气化炉1的中轴线为中心均布于所述气化炉1的侧部，此时，加压后的固态物质等流速的通过每个侧喷燃烧器5进入气化炉1便不会破坏气化炉1内的流场对称性。
或将加压的固态物质分为多股，分别进入顶置燃烧器2和侧喷燃烧器5，其中，侧喷燃烧器5为两个以上，且以所述气化炉1的中轴线为中心均布于所述气化炉1的侧部。同理，进入气化炉1的加压后的固态物质也不会破坏气化炉1内的流场对称性。
如图3所示的实施例，所述显热回收装置8包括相连通的辐射废锅12和对流废锅13，所述显热回收装置8的所述进口和所述出渣口均设于所述辐射废锅12上；所述显热回收装置8的出气口设于所述对流废锅13上。在其他实施例中，辐射废锅12和对流废锅13通过连接段14连通，如图1所示，所述连接段14的形状为弧形。
如图3所示的另一个实施例中，所述气化装置还包括竖直设置的管壳，所述管壳的上部形成所述气化炉1，所述辐射废锅12设于所述管壳的下部内；所述辐射废锅12的上端形成所述显热回收装置8的进口，所述辐射废锅12的下端形成所述显热回收装置8的出渣口；所述对流废锅13竖直设置或水平设置，所述对流废锅13的一端与所述辐射废锅12的靠近下端的侧壁连接，所述对流废锅13的另一端形成所述显热回收装置8的出气口。在一个实施例中，对流废锅13的形状为现有技术中对流废锅的形状，例如，可以为圆筒状，本发明对此不作限定，用户可以根据需要选择设置。
在另一个实施例中，所述辐射废锅12和/或对流废锅13上开设有冷却介质入口15，所述冷却介质入口15可以为一个或多个。从所述冷却介质入口15进入的冷却介质直接与进入显热回收装置8的合成气和固态物质进行换热，其中，冷却介质可以为水、水蒸气、雾化水或惰性气体等。进一步的，出于控制显热回收装置8内温度的原因或者其他的原因，可在显热回收装置8的进口或者冷却介质入口15加入一股或多股冷却介质。
在本发明的其他实施例中，所述显热回收装置8内可以不通入任何冷却介质，使经所述气化炉1处理后得到的合成气和固态物质的冷却过程完全依靠与显热回收装置8的换热实现。
如图2所示的实施例，所述气化炉1的顶部设有一个顶置燃烧器2，侧部设有四个侧喷燃烧器5，且所述四个侧喷燃烧器5以所述气化炉1的中轴线为中心均布于所述气化炉1的侧部。优选地，所述顶置燃烧器2的中轴线和气化炉1的中轴线重合。
在本发明的另一个实施例中，所述气化炉1的顶部设有一个顶置燃烧器2，侧部设有四个侧喷燃烧器5，且所述四个侧喷燃烧器5形成第一对侧喷燃烧器5和第二对侧喷燃烧器5，所述第一对侧喷燃烧器5相对设置，所述第二对侧喷燃烧器5位于所述第一对侧喷燃烧器5的正下方。
在本发明的其他实施例中，对顶置燃烧器2和侧喷燃烧器5的数量没有限制，一般顶置燃烧器2的布置数量为1～3台，侧喷燃烧器5的布置数量为4～8台，多台侧喷燃烧器5以所述气化炉1的中轴线为中心均匀布置。
继续结合图1或图3所示，所述气化装置还包括固体燃料制粉和给粉装置7，所述固体燃料制粉和给粉装置7用于向所述顶置燃烧器2和/或侧喷燃烧器5输送含碳物质。
在一个具体实施例中，所述返料装置11用于向所述顶置燃烧器2输送加压后的固态物质，所述固体燃料制粉和给粉装置7用于向所述侧喷燃烧器5输送含碳物质。
在一个实施例中，顶置燃烧器2和侧喷燃烧器5既可采用固体燃料制粉和给粉装置7输送的含碳物质，又可采用返料装置11输送的加压固态物质，或者同时采用固体燃料制粉和给粉装置7输送的含碳物质和返料装置11输送的加压固态物质。
在另一个实施例中，可以将固体燃料制粉和给粉装置7输出的含碳物质和返料装置11输出的加压固态物质两者以预混或非预混的形式通入顶置燃烧器2，且含碳物质和加压固态物质的比例可调节。
继续如图1所示，所述气化装置还包括冷却器10，所述冷却器10设于所述过滤器9和所述返料装置11之间，以使固态物质经冷却器10冷却后进入所述返料装置11。所述冷却器10可以通过输入冷却气体实现返料的降温，可以防止由于工况波动等原因，造成的返料温度较高，对返料装置11造成损坏的情况。
如图1所示，在一个实施例中，所述气化装置还包括洗涤或除尘装置17，所述洗涤或除尘装置17的进口与所述过滤器9的合成气出口连通，以使经所述过滤器9过滤得到的合成气进一步除尘或洗涤，以作他用。
如图2或图3所示的气化炉1，所述气化炉1的炉壁为夹层结构，所述炉壁上设有用于向所述夹层内通入换热介质的介质入口，和用于排出介质的介质出口。例如，向所述介质入口通入水，经换热后，水变成水蒸气从所述介质出口排出。
在其他实施例中，气化炉1还包括燃烧器、氧煤比在线调节装置、炉膛测温设备、直接或间接反应水冷壁蒸汽产量的测量设备等，根据不同固态物质返回情况对气化炉1的工作参数进行在线监控和调整。
为了更好地理解上述气化装置的工作流程，以下示例性地描述所述气化装置的工作流程：
采用石油焦等气化反应活性较差的含碳物质作为气化原料，由固体燃料制粉和给粉装置7制粉后与氧气和水蒸气一同经气化炉1的侧喷燃烧器5进入气化炉1内进行气化反应。经所述气化炉1处理后得到的合成气和固态物质一同进入辐射废锅12进行换热降温，换热后，部分固态物质会随合成气进入对流废锅13进一步进行换热降温，剩余固态物质从所述辐射废锅12的出渣口排出进入排渣装置16。经对流废锅13换热后的固态物质和合成气进入高温高压过滤器9进行分离，分离出的合成气经过滤器9的合成气出口排出，分离出的固态物质经所述过滤器9的固体出口排出；进一步地，排出的合成气进入洗涤或除尘装置17，以使经所述过滤器9过滤得到的合成气进一步除尘或洗涤，以作他用。分离出的固态物质经冷却器10降温后进入返料装置11加压，加压后与氧气和水蒸气一起经所述顶置燃烧器2输送至所述气化炉1再次气化。
以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。
1.一种气化装置，用于含碳物质的气化，其特征在于，所述气化装置包括：
气化炉，所述气化炉的顶部设有顶置燃烧器，侧部设有侧喷燃烧器；
显热回收装置，所述显热回收装置的进口与所述气化炉的出料口连通，以使经所述气化炉处理后得到的合成气及固态物质进入所述显热回收装置进行显热回收，且显热回收后的部分固态物质随合成气从所述显热回收装置的出气口排出，其余固态物质从所述显热回收装置的出渣口排出；
过滤器，所述过滤器的进口与所述显热回收装置的出气口连通，以使经所述显热回收装置的出气口排出的固态物质和合成气进入所述过滤器进行分离，分离出的合成气经所述过滤器的合成气出口排出，分离出的固态物质经所述过滤器的固体出口排出；
返料装置，所述返料装置的进口与所述过滤器的固体出口连通，用于使经所述过滤器分离出来的固态物质送入所述返料装置，所述返料装置对进入其内的固态物质加压后经所述顶置燃烧器和/或侧喷燃烧器输送至所述气化炉再次气化。
2.根据权利要求1所述的气化装置，其特征在于，所述显热回收装置包括相连通的辐射废锅和对流废锅，所述显热回收装置的所述进口和所述出渣口均设于所述辐射废锅上；
所述显热回收装置的出气口设于所述对流废锅上。
3.根据权利要求2所述的气化装置，其特征在于，所述气化装置还包括竖直设置的管壳，所述管壳的上部形成所述气化炉，所述辐射废锅设于所述管壳的下部内；所述辐射废锅的上端形成所述显热回收装置的进口，所述辐射废锅的下端形成所述显热回收装置的出渣口；所述对流废锅竖直设置或水平设置，所述对流废锅的一端与所述辐射废锅的靠近下端的侧壁连接，所述对流废锅的另一端形成所述显热回收装置的出气口。
4.根据权利要求1所述的气化装置，其特征在于，所述气化炉的顶部设有一个所述顶置燃烧器，侧部设有四个所述侧喷燃烧器，且所述四个侧喷燃烧器以所述气化炉的中轴线为中心均布于所述气化炉的侧部。
5.根据权利要求1所述的气化装置，其特征在于，所述气化装置还包括固体燃料制粉和给粉装置，所述固体燃料制粉和给粉装置用于向所述顶置燃烧器和/或侧喷燃烧器输送含碳物质。
6.根据权利要求5所述的气化装置，其特征在于，所述返料装置用于向所述顶置燃烧器输送加压后的固态物质，所述固体燃料制粉和给粉装置用于向所述侧喷燃烧器输送含碳物质。
7.根据权利要求1所述的气化装置，其特征在于，所述气化装置还包括冷却器，所述冷却器设于所述过滤器和所述返料装置之间，以使固态物质经冷却器冷却后进入所述返料装置。
8.根据权利要求1所述的气化装置，其特征在于，所述气化装置还包括洗涤或除尘装置，所述洗涤或除尘装置的进口与所述过滤器的合成气出口连通，以使经所述过滤器过滤得到的合成气进一步除尘或洗涤。
9.根据权利要求1所述的气化装置，其特征在于，所述气化炉的炉壁为夹层结构，所述炉壁上设有用于向夹层内通入换热介质的介质入口，和用于排出介质的介质出口。
10.根据权利要求2所述的气化装置，其特征在于，所述辐射废锅和/或对流废锅上开设有冷却介质入口。
技术总结