CN102399598B - 用于气化炉激冷室中的旋转破泡装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于气化炉激冷室中的旋转破泡装置，属于气化炉装置领域，包括浸于池水中，套装在下降管上并旋转破碎气泡的破泡装置，所述破泡装置由若干破泡构件固定连接在环形体上，并设置有叶轮驱动装置构成。其旋转区域覆盖下降管鼓泡区域。本发明装置具有良好的破泡效果，可以有效减小气泡尺寸，从而增大合成气与水的接触面积，使传热得到强化并增强激冷水的对流传热能力，提高降温效果，减轻合成气高温对下降管的高温烧损，并减小合成气带水，带灰。

Description

用于气化炉激冷室中的旋转破泡装置

技术领域

本发明属于气化炉装置领域，尤其涉及用于气化炉激冷室的装置。

背景技术

现有技术的激冷室主要由激冷环、下降管、液池等组成。气化室产生的高温合成气主要通过与激冷环和下降管中的激冷水之间强烈的传热与传质来实现激冷降温过程。被激冷降温后的气体在液池内通过下降管从液面下排出。在此过程中，气体与水直接接触发生热量、质量以及动量的交换。通过该过程气体得到了进一步的冷却增湿和净化，从而满足后续工段的需要，并将熔融渣冷却后沉积，实现气渣分离，达到降温、除尘的目的。因此，激冷室是气化炉冷却系统中的重要装置，长期连续运行于高温复杂条件下。

目前，国内投入运行的气化炉中都存在激冷室的下降管（或称为冷却管）被高温烧损而被迫停运、多次对冷却管及其附件进行结构改进都不能从根本上解决其高温烧损的问题。此外，还存在激冷后的合成气温度高、带灰带水严重等问题，给后系统的除尘洗涤带来难度。而且在带灰非常严重时，灰尘很快就会在激冷室上部耐火砖支撑板热电偶测温处结成灰块，以致测温滞后或者假指示等问题，从而严重影响气化炉的正常运行。

产生上述向题的一个主要原因是温度高达900～1400℃的高温合成气没有与水充分接触，从而减小了合成气与水的接触面积而导致传热传质效果不佳所造成的。

为解决上述向题：

北京航天石化技术装备工程公司公布了：《一种气化炉激冷环》的实用新型专利，申请号为200610137885.5，公开日为2007年4月11日。

其结构为：一种气化炉激冷环，包括外环管、内环管、激冷液分配室、下降管和冷却液输送管，外环管和内环管之间为激冷液分配室，冷却液输送管和激冷液分配室连接，内环管固定在下降管上，外环管内表面为内螺纹形式。在外环管下半部的半环面上打有均匀分布的小孔可以使得一部分激冷液直接喷入合成气主流对合成气进行激冷降温，此措施加快了合成气的激冷速度，能够进一步快速降低激冷室入口段的合成气温度。

其缺点是：并不能很好的破除激冷液中的气泡和减小气泡尺寸, 因此, 对合成气的降温效果不好，仍然易对下降管造成髙温损坏, 且合成气带灰、带水仍然很严重。

北京航天石化技术装备工程公司公布了：《一种降低气化炉合成气带水量的装置》的实用新型专利，申请号为200610137887.4，公开日为2007年7月11日。

其结构为：包括下降管和炉壳，还包括支撑板和固定在支撑板上的水分离挡板，支撑板水平放置在下降管与炉壳之间的环形空间内，且支撑板的两侧分别与下降管与炉壳固定。同时在下降管与炉壳之间的环形空间内安装3～6层水分离挡板，合成气在通过水分离挡板时再次降低了合成气的流速，从而进一步降低了合成气中的液体夹带量。

其缺点是：除水分离挡板安装工艺复杂外, 更主要是分离挡板间仍然有较大的固定间隙。因此, 并不能很好的破除激冷液中的气泡和减小气泡尺寸, 对合成气的降温效果不好，仍然易对下降管造成髙温损坏, 且合成气带灰、带水仍然很严重。

东南大学公布了：《煤气化炉激冷环旋转喷水强化冷却装置》的实用新型专利，申请号200620072850.3，于2007年7月18日公开。该装置包括激冷环、入水管、倾斜喷水管、环形槽缝和下降管构成。

其目的是增加合成气与水的接触面积，同时增加了合成气在下降管内流程，增长合成气在下降管中的停留时间，并对抑止下降管内壁水膜的断裂产生作用，使传热得到强化。

其缺点是：对强化传热、传质效果的改善和提髙都不大。不能较好的解决激冷室下降管被高温烧损的问题，以及仍然会存在激冷后的合成气温度高、带灰带水严重等问题。通过用传热、传质的数学模型的计算与分析结果也表明：气泡与水接触的降温主要是在初始1秒内气泡降温剧烈。因此，增长气泡（合成气）在液池中的停留时间对气体的冷却效果并不明显。

发明内容

为解决上述现有技术所存在的缺点和不足之处，本发明的目的是：提供一种用于气化炉激冷室中的旋转破泡装置。该装置安装在激冷室的下降管上，并可在激冷池水中浮动旋转而使破泡构件能覆盖在整个鼓泡区域，增大破泡面积，并利用该装置上的破泡构中通过旋转运动的方式而加大破泡效果，减小气泡尺寸而增大合成气与水的接触面积，使传热得到强化并增强激冷水的对流传热能力，提高降温效果，减轻合成气高温对下降管的高温烧损，并减少合成气的带水、带灰。

此外，利用该装置在激冷水池中旋转运动时产生的涡流，使熔渣颗粒不断碰撞，发生聚并，而快速的集中沉积到激冷室下部的黑水区排走，进一步减少合成气带灰，以及强化降温效果。为后置工序的运行提供保障，减少事故的发生，提高气化炉运行效率。

本发明目的通过下述技术方案来实现：

包括：浸于池水中的破泡构件，其特征是破泡构件固定连接在环形体上构成破泡组件，该破泡组件活动的套装在下降管上并可旋转，驱动装置的叶轮固定连接在破泡组件上，喷水管安装在驱动装置的叶轮圆周运动轨迹外的周边上。

作为优选方式，所述环形体是环形的空心壳体构成、或所述环形体由环形圈构成。

作为优选方式，所述环形体由至少两个空心壳体固定连接在环形圈上构成。

作为优选方式，所述空心壳体上设置有排气管。

作为优选方式，所述破泡组件是将若干破泡构件分别固定连接在环形体内孔的环形壁上和外壁上构成。

作为优选方式，所述破泡组件是将若干破泡构件固定连接在环形体内孔的环形壁上构成。

作为优选方式，所述破泡组件是将若干破泡构件固定连接在环形体的外壁上构成。

作为优选方式，所述破泡构件是由带有破泡齿或齿钉的条形破泡板，或者是带孔的环形破泡板，或者是带有破泡齿或齿钉的破泡杆，或者是杆状的破泡杆。或者是板块状的破泡块中的一个或多个组成。

作为优选方式，所述若干破泡构件间通过圆环连接固定，或者各破泡构件互相间固定连接成框架。

作为优选方式，所述驱动装置的叶轮是由数块叶轮片排列组合成一个环形圈构成，喷水管以环形体的轴心线为转轴，呈顺时针方向或逆时针方向倾斜的安装在驱动装置的叶轮圆周轨迹外的液池上。

作为优选方式，所述环形体的下部连接有配重物，用于加强环形体在池水中保持垂直向下的重力，并起到重心稳定作用。同时，通过调节配重物的重量改变环形体在激冷室池水中的浮力，使环形体顶部的径向平面刚好与激冷室中池水的液面接近于同一水平高度。

本发明的有益效果：由于合成气在激冷室中的运行是极其复杂的多相流过程，其中包括冷却水膜、熔融态灰渣、冷却水滴之间的热质传递。但其本质是合成气和熔融态灰渣与冷却水直接接触的传热、传质过程中，气体从下降管流出时在液池内被分裂成许多气泡，形成鼓泡区，并在破泡板破泡的过程中使气泡与水直接接触换热。气泡越小、数量越多则与水接触的表面积就越大，携带的灰量和水分也越少，还可以促使其表面更新，能更好的完成合成气洗涤降温过程。此外，减小气泡体积还有利于降低床层的压力波动及气体的带液量，从而保证运行的稳定性。因此，激冷室中破泡装置性能的优劣是决定激冷效果的关键。

而现有技术中釆用的破泡装置主要是将若干破泡构件安装固定在液池的鼓泡区域中，因此在破泡构件相互之间存在较大面积的固定间隙，而严重的影响了破泡构件的破泡效果，使高温合成气没有与水充分接触，减小了合成气与水的接触面积而导致传热传质效果不佳，使激冷后的合成气温度仍然很高，合成气带水、带灰严重。并造成激冷室的下降管被高温烧损等问题的发生。

本发明是将若干破泡构件和驱动装置的叶轮固定连接在环形体上构成的旋转破泡装置活动的套装在下降管上，利用从喷水管喷射出的高压水驱动该破泡装置旋转，从而使破泡构件在液池中的旋转运动覆盖整个鼓泡区域，消除破泡构件相互之间存在的较大面积的固定间隙，因此能有效击破在冷却水中上升的合成气泡，从而减小气泡尺寸，使温度高达900～1400℃的高温合成气与水接触的表面积增大而强化传热效果，减少合成气带灰、带水。

此外，旋转破泡装置在池水中的旋转运动会使激冷水形成一个流动切圆，而加强对聚积在下降管壁上气泡的冲刷力，击破沿下降管的气泡，减小气泡尺寸，促进对流换热，对下降管起到良好的降温作用，减轻高温合成气对下降管的高温损坏，从而解决了下降管被高温烧损问题。

同时，激冷水的流动切圆在下降管出口的下方形成旋转涡流，使激冷水中的合成气泡被挤压破裂，并使熔渣颗粒不断碰撞，发生聚并，最终快速的集中沉积到激冷室下部的黑水区排走，进一步的减少合成气带灰。

附图说明

图1是本发明实施例1的结构示意图；

图2是图1的A-A剖视图；

图3是本发明实施例2的结构示意图；

图4是图3的俯视图；

图5是本发明实施例3的结构示意图；

图6是图5的俯视图；

其中1下降管、2叶轮片、3环形体、4带有破泡齿或齿钉的条形破泡板、5倾斜喷水管、6环形体配重板、7 液池、8圆环、9排气管、10环形破泡板、11空心壳体、12连接螺栓、13杆状的破泡杆、14板块状的破泡块。

具体实施方式

下列非限制性实施例用于说明本发明。

实施例一

见图1、图2：安装在气化炉激冷室下降管1上的旋转破泡装置包括，环形体3由圆环形的空心壳体11构成，在该空心壳体11的上部设置有向下弯曲的排气管9，以防止空心壳体11内空气受热膨胀时引起壳体开裂或爆炸。底部上固定连接有配重物，该配重物是由一圈环形配重板6构成，用于增加环形体3浮动在池水中垂直向下时的重力，并起到重心稳定作用。同时通过调节配重板6的重量而改变环形体3在激冷室中池水的浮力，使环形体3顶部刚好与激冷室中池水的液面接近于同一水平高度。在圆环形的空心壳体11上焊接有三层破泡构件，该破泡构件为有破泡齿或齿钉的条形破泡板4。每层破泡构件都是由四块带有破泡齿或齿钉的条形破泡板4均布在空心壳体11内孔的环形壁上和外壁上构成破泡组件。其中，中间一层破泡构件上的条形破泡板4与上下两层破泡构件上的条形破泡板4呈45°交错。所述破泡组件上的三层破泡构件形成的内圆周与外圆周上都分别焊接有圆环8。驱动装置的叶轮是由8块叶轮片2排列组合成一个环形圈构成，并焊接在环形体3上端与破泡构件所构成的圆环形端面上，两根倾斜喷水管5的倾斜方向以环形体的轴心线为转轴，呈顺时针方向或逆时针方向排列在驱动装置的叶轮圆周轨迹外液池7的周边上，而构成了用于气化炉激冷室中的旋转破泡装置。此外，旋转破泡装置还必须达到动平衡的要求。

上述旋转破泡装置通过间隙配合方式活动的套装在下降管1的外圆柱面上，并可旋转。该旋转破泡装置浸于液池7的激冷水中，驱动装置的叶轮2应高出液池水面。由于旋转破泡装置上的环形体为圆环形空心壳体11，因而在激冷水池具有浮力，当倾斜喷水管5的高压激冷水喷射到破泡组件上的驱动装置的叶轮片2时，便推动旋转破泡装置在激冷水池中旋转，转速控制在每分钟5～10转，从而使旋转破泡装置上的破泡构件随旋转运动而覆盖整个鼓泡区域，并利用破泡构件上的破泡齿或齿钉击破冷却水中上升的合成气泡，而减小气泡尺寸，增大合成气与水接触的表面积而强化传热效果，减少合成气带灰、带水。此外，旋转破泡装置在池水中的旋转运动会使激冷水形成一个流动切圆而加强对下降管1的冲刷力，击破包覆在下降管1壁上的大气泡而减小气泡尺寸、强化传热效果，并促进对流换热，对下降管1起到良好的降温作用，从而减轻高温合成气对下降管1高温损坏。同时，激冷水的流动切圆在下降管1出口的下方形成旋转涡流，而使激冷水中的合成气泡被挤压破裂和变小，并使熔渣颗粒不断碰撞，发生聚并，而快速的集中沉积到激冷室下部的黑水区排走，进一步减少合成气带灰、带水。

实施例二

见图3、见图4：环形体由环形圈构成。所述环形圈为四个圆环8。在圆环8内孔的环形壁的上端焊接有带破泡孔的环形破泡板10，下端焊接有由四块均布的条形破泡板4。用4根杆状的破泡杆13将上端、下端的圆环8固定连接成框架。其余与实施例一相同。

实施例三

见图5、图6：所述环形体由四个空心壳体11固定连接在由四个圆环8构成环形圈的内圈8上。环形体的上端和下端都分别焊接有四块均布的板块状的破泡块14，且在上端的板块状的破泡块14与下端板块状的破泡块14之间连接有杆状的破泡杆13。上、下端各自四块板块状破泡板14之间也焊接有将其互相连接的杆状的破泡杆13。其余与实施例一相同。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.用于气化炉激冷室中的旋转破泡装置，包括：浸于池水中的破泡组件，驱动装置的叶轮固定连接在破泡组件上，喷水管安装在驱动装置的叶轮圆周运动轨迹外的周边上，其特征是破泡构件固定连接在环形体上构成破泡组件，且破泡组件活动的套装在下降管上并可旋转。

2.根据权利要求1所述的用于气化炉激冷室中的旋转破泡装置，其特征是所述环形体是环形的空心壳体构成、或所述环形体由环形圈构成。

3.根据权利要求1所述的用于气化炉激冷室中的旋转破泡装置，其特征是所述环形体由至少两个空心壳体固定连接在环形圈上构成。

4.根据权利要求2或3所述的用于气化炉激冷室中的旋转破泡装置，其特征是所述空心壳体上设置有排气管。

5.根据权利要求1所述的用于气化炉激冷室中的旋转破泡装置，其特征是：所述破泡组件是将若干破泡构件分别固定连接在环形体内孔的环形壁上和外壁上构成。

6.根据权利要求1所述的用于气化炉激冷室中的旋转破泡装置，其特征是：所述破泡组件是将若干破泡构件固定连接在环形体内孔的环形壁上构成。

7.根据权利要求1所述的用于气化炉激冷室中的旋转破泡装置，其特征是：所述破泡组件是将若干破泡构件固定连接在环形体的外壁上构成。

8.根据权利要求1、5、6或7所述的用于气化炉激冷室中的旋转破泡装置，其特征是所述破泡构件是由带有破泡齿或齿钉的条形破泡板，或者是带孔的环形破泡板，或者是带有破泡齿或齿钉的破泡杆，或者是杆状的破泡杆，或者是板块状的破泡块中的一个或多个组成。

9.根据权利要求1、5、6或7所述的用于气化炉激冷室中的旋转破泡装置，其特征是所述若干破泡构件间通过圆环连接固定，或者各破泡构件互相间固定连接成框架。

10.根据权利要求1所述的用于气化炉激冷室中的旋转破泡装置，其特征是所述驱动装置的叶轮是由数块叶轮片排列组合成一个环形圈构成，喷水管以环形体的轴心线为转轴，呈顺时针方向或逆时针方向倾斜的安装在驱动装置的叶轮圆周轨迹外的液池上。

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