CN102051235B - 一种多级旋转式激冷强化装置及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种激冷强化装置及其应用，其中激冷强化装置包括：至少一个激冷水供水管，其包括灰水入口和灰水出口；布水环管，其包括与至少一个激冷水供水管的灰水出口相对应的布水环管入口与多个通水孔；激冷环，与布水环管连接有多个通水孔的一端部在其上下两端分别与激冷环的内壁和外壁密封连接，且激冷环被构造成为下端向外侧以与垂线成γ角张开的截锥形夹套，截锥形夹套在下端封闭；激冷环进一步包括：在激冷环的内壁上设置有多排激冷水喷孔。本发明提供的新的多级旋转式激冷强化装置可以省掉下降管和中心管，根本上改变了原激冷室的结构，既节约了投资，同时也便于检修和维护。

Description

一种多级旋转式激冷强化装置及其应用

技术领域

本发明总体涉及属于煤气化技术领域，具体而言涉及用于煤气化的气化炉出口的合成气冷却设备及其应用。

背景技术

煤气化技术的开发和应用是实现我国能源发展战略和石油替代战略的重要途径之一，对保证国家能源安全具有重要的战略意义，目前在我国已有工业装置的应用。其中，气流床煤气化炉是煤气化技术领域中的关键设备。

在煤气化炉中，通常煤在缺氧条件下燃烧而产生高温粗合成气及熔融态灰渣，然后生成的高温粗合成气及熔融态灰渣进入激冷室进行冷却以及进行合成气与残渣的分离。

现有技术的激冷室主要由激冷环、下降管和上升管构成，激冷环位于下降管上方，冷却水通过激冷环沿下降管内壁自上而下流动，在下降管内壁形成水膜，其目的是为了对合成气进行激冷并保护下降管不被高温气体烧坏。

激冷室的目的是为了对合成气进行快速冷却，而冷却过程的传热强度与合成气与冷却水的接触面积以及合成气在下降管内的停留时间有密切关系，目前下降管内的合成气均为由上向下，呈直线流动，与冷却水相接触的机会主要是通过与下降管内壁的水膜相接触。

为了增大合成气与冷却水的接触面积，也有采用在激冷环上开有喷水孔，将水由激冷环垂直或倾斜喷向合成气，以达到强化冷却的目的；有的则通过改变激冷环的内部水通道结构，以减少灰水对激冷环的磨损，从而提高激冷环的使用寿命；还有的在原有下降管中间，增加中间激冷管，以增加激冷水与合成气的换热面积，从而提高激冷效率。

例如，中国实用新型专利ZL200620072850.3公开了一种煤气化炉激冷环旋转强化冷却装置，该装置包括激冷环(1)，入水管(2)、倾斜喷水孔(3)、环形槽缝(4)、下降管(5)；其中，激冷环(1)为环形管状并在其内圆侧均匀开有倾斜喷水孔(3)，以使由斜孔喷出的冷却水与下降管中垂直向下流动的合成气产生沿螺旋方向的向下流动，但其强化传热的效果并不够理想，而且仍保留了下降管和上升管。

以上现有技术针对激冷室所进行的改进，均保留了下降管和上升管，对于激冷室的结构并没有根本性的改动。

现有的气流床煤气化技术的激冷系统仍存在结构复杂、使用寿命较短、激冷效率不高等问题，主要表现在：激冷系统包括激冷环、下降管以及上升管，其结构较为复杂；激冷环使用一定时间后会产生变形，堵塞激冷水出口，导致激冷水分布不均，从而不能有效地冷却气化炉中形成的高温、具有粘结性的残渣，严重的会导致下降管变形、烧穿，从而造成合成气短路，对整个激冷室造成损坏，并严重影响下游操作；激冷环形成的膜状液流距离下降管中心部分的合成气较远，辐射降温的冷却效果较差，操作不当会引起严重的带灰、带水，影响下游操作。

发明内容

针对上述问题，本发明的一个方面提供了一种新的多级旋转式激冷强化装置，包括：

至少一个激冷水供水管，进一步包括灰水入口和灰水出口；

布水环管，进一步包括与至少一个激冷水供水管的灰水出口相对应的布水环管入口与多个通水孔；

激冷环，与布水环管连接有多个通水孔的一端部在其上下两端分别与激冷环的内壁和外壁密封连接，且激冷环被构造成为下端向外侧以与垂线成γ角张开的截锥形夹套，截锥形夹套在下端封闭；

激冷环进一步包括：

在激冷环的内壁上设置有多排激冷水喷孔。

优选地，在激冷环的内部设置有多排持液槽，多排持液槽的每一排分别位于多排激冷水喷孔的下方，且呈“L”字型。

优选地，在激冷环的内壁与外壁之间设置有多个定位块。

优选地，在激冷环的外壁与布水环管的下壁之间设置有多个激冷环定位支架。

优选地，γ角为5～45°之间。

更优选地，γ角为15～35°之间。

优选地，通水孔在其出口端的下侧呈“P”字形突缘。

优选地，多排激冷水喷孔的每一排中各个喷孔沿激冷环的内圆周均匀分布，各个激冷水喷孔垂直穿透激冷环的内圆周或斜向穿透激冷环的内圆周。

优选地，至少一个激冷水供水管在其灰水入口一端向斜上方延伸，而灰水出口一端水平延伸。

更优选地，多排激冷水喷孔的每一排中各个激冷水喷孔呈水平方向穿透激冷环的内圆周。

更优选地，多个定位块分别设置在多排持液槽相邻的两排之间。

本发明的另一方面提供了新的多级旋转式激冷强化装置在煤气化高温合成气的激冷方面的应用。

本发明提供的新的多级旋转式激冷强化装置，其采用旋转式多组激冷喷孔喷水结构以及激冷装置的扩口结构等设计，可以有效地提高激冷水和高温合成气的热质传递效率，进而提高冷却效果，同时避免了合成气带水、带灰；而且，本发明提供的新的多级旋转式激冷强化装置可以省掉下降管和中心管，根本上改变了原激冷室的结构，既节约了投资，同时也便于检修和维护。

附图说明

图1为现有技术的煤气化炉激冷环旋转强化冷却装置的结构示意图；

图2为图1中激冷环1的剖视结构示意图；

图3为本发明的新型多级旋转式激冷强化装置的结构示意图，其中激冷水喷孔为水平射流式；

图4为本发明的新型多级旋转式激冷强化装置的结构示意图，其中激冷水喷孔为偏转射流式；

图5为本发明的新型多级旋转式激冷强化装置的结构示意图，其中激冷环与布水环管之间安装有定位支架；

图6为本发明的新型多级旋转式激冷强化装置的通水孔的结构简图。

图7a和7b为本发明的新型多级旋转式激冷强化装置的激冷水喷孔的结构简图。

图3～图7b中各标号的含义：

100      激冷强化装置，                         10      激冷水供水管，

102      灰水入口，                             105      灰水出口，

20       布水环管或环形水室，                   202      布水环管入口，

30       通水孔，                               302      “P”字形突缘，

40       激冷环，                               401      激冷环内壁，

402      激冷环外壁，                           405      激冷水喷孔，

406      持液槽，                               408      定位块，

415      激冷环定位支架，                       425      定位支架固定物，

θ1-θ4  激冷水喷孔与水平方向夹角，             θ5      定位支架与水平方向夹角，

θ6      通水孔与垂直壁之间夹角，               θ7-θ8  激冷水喷孔与垂直壁间夹角，

γ       激冷环内壁与垂线之间夹角。

具体实施方式

以下提供了本发明的具体实施方式。本领域技术人员应该理解其中实施例仅是为了说明的目的，不应被视为以任何方式限制由权利要求所限定的本发明的范围。

本发明的一种具体实施方式是在现有技术的基础上，提供一种新的激冷强化装置及其应用。本发明的新的激冷强化装置采用旋转式多组激冷喷孔喷水结构以及激冷装置的扩口结构等设计，可以有效地提高激冷水和高温合成气的热质传递效率，进而提高冷却效果，同时避免了合成气带水、带灰；而且，本发明提供的新的多级旋转式激冷强化装置可以省掉下降管和中心管，根本上改变了原激冷室的结构，既节约了投资，同时也便于检修和维护。

本发明提供的新的多级旋转式激冷强化装置为多级旋转式，其中激冷环内圆侧开有2-6(或更多)排激冷水喷孔，喷水孔沿激冷环内圆周向均匀分布，喷水孔的作用是使由喷孔所喷出的激冷水与从渣口垂直向下流动的合成气产生沿螺旋方向的向下流动。其能够克服现有技术所带来的问题。

本发明的一个具体实施方式，提供了一种新的激冷强化装置100，其特征在于，包括：至少一个激冷水供水管10，进一步包括灰水入口102和灰水出口105；

布水环管20，进一步包括与至少一个激冷水供水管10的灰水出口105相对应的布水环管入口202与多个通水孔30；

激冷环40，与布水环管20连接有多个通水孔30的一端部在其上下两端分别与激冷环40的内壁401和外壁402密封连接，且激冷环40被构造成为下端向外侧以与垂线成γ角张开的截锥形夹套，所述截锥形夹套在下端封闭；

激冷环40进一步包括：

在激冷环40的内壁401上设置有多排激冷水喷孔405。

在一优选实施方式中，在激冷环40的内部设置有多排持液槽406，多排持液槽406的每一排分别位于多排激冷水喷孔405的下方，且呈“L”字型。

在一优选实施方式中，在激冷环40的内壁401与外壁402之间设置有多个定位块408。

在一优选实施方式中，在激冷环40的外壁402与布水环管20的下壁之间设置有多个激冷环定位支架415。

在一优选实施方式中，γ角为5～45°之间。

在一更优选实施方式中，γ角为15～35°之间。

在一优选实施方式中，通水孔30在其出口端的下侧呈“P”字形突缘302。

在一优选实施方式中，多排激冷水喷孔405的每一排中各个喷孔405沿激冷环的内圆周401均匀分布，各个激冷水喷孔405垂直穿透激冷环的内圆周401或斜向穿透激冷环的内圆周401。

在一优选实施方式中，至少一个激冷水供水管10在其灰水入口102一端向斜上方延伸，而灰水出口105一端水平延伸。

在一更优选实施方式中，多排激冷水喷孔405的每一排中各个激冷水喷孔405呈水平方向穿透激冷环的内圆周401。

在一更优选实施方式中，多个定位块408分别设置在多排持液槽406相邻的两排之间。

本发明的另一个具体实施方式，提供了本发明的新型激冷强化装置100在煤气化高温合成气的激冷方面的应用。

以下将参照附图和具体实施例对本发明的新型激冷强化装置进行具体描述，本领域技术人员应该理解以下实施例仅是为了说明的目的，不应被视为以任何方式限制由权利要求所限定的本发明的范围。

实施例1

参见图3，本发明实施例1的激冷强化装置100，包括：

至少一个激冷水供水管10，该激冷水供水管进一步包括灰水入口102和灰水出口105；

布水环管20，进一步包括与至少一个激冷水供水管10的灰水出口105相对应的布水环管入口202与多个通水孔30；

激冷环40，与布水环管20连接有多个通水孔30的一端部在其上下两端分别与激冷环40的内壁401和外壁402密封连接，且激冷环40被构造成为下端向外侧以与垂线成γ角张开的截锥形夹套，截锥形夹套在下端封闭；该γ角可以在5～45°之间，优选在15～35°之间。

激冷环40进一步包括：

在激冷环40的内壁401上还设置有多排激冷水喷孔405。

激冷水喷孔405沿着激冷环40向高温气化煤的渣面自上而下布置2-6组，可以根据实际需要予以增加或减少。

参见图3-4，激冷水喷孔7-10沿着径向可以水平布置(如图3所示)，也可以与水平方向呈一定角度，分别为θ1、θ2、θ3、θ4(如图4所示)。

实施例2

仍参照图3-4，本发明的激冷强化装置100，其中，在激冷环40的内部还设置有多排持液槽406，多排持液槽406的每一排分别位于多排激冷水喷孔405的下方，且呈“L”字型，并且持液槽406设置成在远离激冷水喷孔405的外端呈斜向上的“L”型，用以保证激冷水喷孔405的流量稳定。

并且，在激冷环40的内壁401与外壁402之间设置有多个定位块408。

多个定位块408分别设置在多排持液槽406相邻的两排之间。其中，激冷环40在下端向外侧与垂线之间的夹角γ角在15～35°之间。

通水孔30在其出口端的下侧设置成呈“P”字形的突缘302。

多排激冷水喷孔405的每一排中各个喷孔405沿激冷环的内圆周401均匀分布，各个激冷水喷孔405垂直穿透激冷环的内圆周401或斜向穿透激冷环的内圆周401。

激冷水供水管10在其灰水入口102一端向斜上方延伸，而灰水出口105一端水平延伸。其中激冷水供水管10根据需要可以设置一根或多根。

其中，灰水通过4-6根激冷水供水管(或灰水供水管)10进入环形水室20，在该腔室20内形成相同的水压，然后通过在圆周均匀排列的多个径向通水孔30进入激冷环40，再通过激冷水喷孔405喷出，对合成气和炉渣进行冷却。激冷水供水管(或灰水供水管)10可以根据需要增加或减少。这里：

环形水室20至激冷环40的通水孔30呈斜向布置(如图6所示)，即通水孔3与法兰内弧面法线成一个角度θ6，其目的是延长灰水水流从通水孔30到激冷环40管壁的运动距离，灰水流出通水孔30后会有更明显的扩散降速效果，从而大幅减缓对激冷环40的冲刷，延长激冷环40的使用寿命；

激冷水喷孔405沿着激冷环40向渣面自上而下布置2-6组，其可以根据实际需要增加或减少；

激冷水喷孔405沿着径向可以水平布置(如图3所示)，也可以与水平方向呈一定角度，分别为θ1、θ2、θ3、θ4(如图4所示)；

激冷水喷孔405与法兰内弧面的法线成一个角度θ7或θ8(如图7所示)；每组激冷水喷孔405之间的偏转方向可以相同或相反交叉布置；

持液槽406位于激冷水喷孔405的下部，和激冷环内壁401焊接，用以保证激冷水喷孔405的流量稳定；

实施例3

参照图5，本发明的激冷强化装置100，其中，激冷环40与环形水室20之间还布置有定位支架415，该定位支架415与环形水室20之间以螺栓连接，以与激冷环40之间保持一定距离，从而抵消激冷环40在热态下的径向膨胀。

或者定位支架415与环形水室20之间以定位支架固定物425固定。本领域技术人员熟知的固定方式都可以用于定位支架415与环形水室20之间的固定。

激冷环40为扩口设计，其中扩口角度＞90°。

通过这样的设计，可以强化激冷水与含渣合成气在由激冷环40构成的激冷室中充分的热质交换，有利于合成气与渣水分离。

本发明的新型激冷强化装置具有多级旋转功能，其中激冷装置由激冷水供水管、布水环管、通水孔、激冷环、激冷环内的定位块、激冷水喷孔、持液槽、激冷环定位支架组成；在激冷环内圆侧开有2-6排或更多排激冷水喷孔，喷水孔沿激冷环内圆周向均匀分布，喷水孔的作用是使由喷孔所喷出的激冷水与从渣口垂直向下流动的合成气产生沿螺旋方向的向下流动。

激冷水喷孔的倾斜方向以激冷环的中轴为转轴，为顺时针方向或逆时针方向交叉排列。从激冷水喷孔喷出的冷却水与垂直向下流动的合成气进行动量交换，使得下降管中的冷却水滴与合成气形成一个交叉、流动切圆，造成合成气沿螺旋方向交叉向下流动。

由于喷入合成气的水滴直径很小，因此具有很大的比表面积，这一方面可以增加合成气与水的接触机会，同时增加了合成气在下降过程中的流程，增长了合成气在激冷室中的停留时间，使传热得到强化；另一方面，通过激冷水与合成气的交叉混合换热，降低了合成气的流速，增长了合成气携带水的分离时间，从而可以降低合成气携带往下游工序的水量，保证了激冷室液位。

本发明的激冷强化装置可以在不增加激冷室高度、且不增加激冷室的制造成本的情况下，大大增加合成气与水的接触面积，增加合成气在激冷室内流程及合成气在激冷室中的停留时间，使传热得到强化。与现有技术相比，本发明的激冷强化装置具有以下优点：

一、使用范围广：可应用于任何带激冷流程的气化工艺，由于配置了多级旋转激冷装置，有助于激冷水和含渣合成气在激冷室中充分地热质交换；在合成气得到有效冷却的同时，抑制了出口合成气中携带水和固体颗粒严重的现象，这种现象在之前的激冷装置中很容易出现。

二、安全可靠：本发明中的多级旋转激冷装置，配置了定位块和持液槽，保证激冷环长时间使用后不变形，同时能够保证激冷水水量的稳定。

同时避免了激冷环的环行通道长时间使用后发生变形，进而造成激冷水分布不均的可能性，最终导致下降管鼓泡甚至烧坏；

本发明采用多级旋转激冷装置，省掉了以前装置中所配置的下降管和上升管，减少了因下降管烧穿而导致的合成气短路，从而保证气化炉气化室支撑板温度处于安全范围以内。

本发明采用多级旋转激冷装置，可以对残渣形成旋转剪切作用，避免形成大的渣块；

本发明的多级旋转激冷装置采用扩口的设计，避免了残渣在下降管中堆积甚至堵渣，同时可以降低合成气流速，增加在激冷室中的停留时间。

三、检修方便：本发明由于省掉了下降管和上升管，增大了激冷室的检修和维修空间，方便检修。

四、节约投资：本发明由于省掉了下降管和上升管以及相关配件，节约了设备投资。

尽管本发明的各种实施方式已经通过具体实施方式在上下文中进行了描述，但是本发明并不仅限于此。因此，以上的描述不应该当作是本发明范围的限制，本发明的范围由所附的权利要求进行限定。本领域技术人员应当理解，在不背离本发明的精神的情况下可以对本发明作出各种改变和变更，其都将落入在本发明的保护范围内。

Claims (12)

1.一种激冷强化装置（100），其特征在于，包括：

4～6根激冷水供水管（10），进一步包括灰水入口（102）和灰水出口（105）；

布水环管（20），进一步包括与所述4～6根激冷水供水管（10）的灰水出口（105）相对应的布水环管入口（202）与多个通水孔（30）；

激冷环（40），与所述布水环管（20）连接有多个通水孔（30）的一端部在其上下两端分别与所述激冷环（40）的内壁（401）和外壁（402）密封连接，且所述激冷环（40）被构造成为下端向外侧以与垂线成γ角张开的截锥形夹套，所述截锥形夹套在下端封闭；

所述激冷环（40）进一步包括：

在所述激冷环（40）的内壁（401）上设置有多排激冷水喷孔（405）。

2.根据权利要求1所述的激冷强化装置（100），其特征在于，在所述激冷环（40）的内部设置有多排持液槽（406），所述多排持液槽（406）的每一排分别位于所述多排激冷水喷孔（405）的下方，且呈“L”字型。

3.根据权利要求1所述的激冷强化装置（100），其特征在于，在所述激冷环（40）的内壁（401）与外壁（402）之间设置有多个定位块（408）。

4.根据权利要求1所述的激冷强化装置（100），其特征在于，在所述激冷环（40）的外壁（402）与所述布水环管（20）的下壁之间设置有多个激冷环定位支架（415）。

5.根据权利要求1～4任一项所述的激冷强化装置（100），其特征在于，所述γ角为5～45°之间。

6.根据权利要求5所述的激冷强化装置（100），其特征在于，所述γ角为15～35°之间。

7.根据权利要求1～4任一项所述的激冷强化装置（100），其特征在于，所述通水孔（30）在其出口端的下侧呈“P”字形突缘（302）。

8.根据权利要求1～4任一项所述的激冷强化装置（100），其特征在于，所述多排激冷水喷孔（405）的每一排中各个喷孔（405）沿所述激冷环的内壁（401）均匀分布，所述各个激冷水喷孔（405）垂直穿透所述激冷环的内壁（401）或斜向穿透所述激冷环的内壁（401）。

9.根据权利要求1～4任一项所述的激冷强化装置（100），其特征在于，所述4～6根激冷水供水管（10）在其灰水入口（102）一端向斜上方延伸，而所述灰水出口（105）一端水平延伸。

10.根据权利要求8所述的激冷强化装置（100），其特征在于，所述多排激冷水喷孔（405）的每一排中各个激冷水喷孔（405）呈水平方向穿透所述激冷环的内壁（401）。

11.根据权利要求3所述的激冷强化装置（100），其特征在于，在所述激冷环（40）的内部设置有多排持液槽（406），所述多排持液槽（406）的每一排分别位于所述多排激冷水喷孔（405）的下方，且呈“L”字型，所述多个定位块（408）分别设置在所述多排持液槽（406）相邻的两排之间。

12.根据权利要求1～11任一项所述的激冷强化装置（100）在煤气化高温合成气的激冷方面的应用。

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