CN103113926B - 一种高温合成气分级激冷装置及方法 - Google Patents

一种高温合成气分级激冷装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种高温合成气分级激冷装置，包括壳体，壳体内壁设有由壳体、上支撑板、下支撑板上部和分隔板围成的一级激冷室腔室，一级激冷室腔室下方设有由壳体、下支撑板下部和分隔板围成的二级激冷室腔室；上支撑板和气化室相连接，壳体内部中心形成高温合成气流通通道。本发明还提供了一种高温合成气分级激冷装置的使用方法，部分激冷气由一级激冷气进气口进入一级激冷室腔室，剩余激冷气由二级激冷气进气口进入二级激冷室腔室，然后分别由一级喷嘴和二级喷嘴喷出并和高温合成气混合。本发明提供的装置通过分级激冷，能够快速、均匀、高效地将高温合成气降低到工艺所需的温度范围，具有结构简单、维护方便且运行成本低的特点。

Description

一种高温合成气分级激冷装置及方法
技术领域
本发明涉及一种用于冷却气化炉合成气到一定温度区间的分级激冷装置及其使用方法，属于工业激冷装置技术领域。
背景技术
整体煤气化联合循环(Integrated Coal Gasification Combined Cycle，以下简称IGCC)是当今全球清洁能源利用的前沿技术之一，其与普通燃煤发电技术相比，优势在于可以更高效地利用煤炭资源，并大大减少燃烧污染物的排放。高温烟气的后处理可以分为废热锅炉和激冷两种流程。根据后续工艺和产品的不同，采用不同的处理流程。其中，激冷流程中使用的激冷装置是连接气化室的核心设备。
现在工业上应用的激冷装置主要为水激冷，采用圆筒结构，由内到外依次为下降管、上升管、激冷室外壁的同心圆结构，外加激冷环、折流板等主要结构。引导合成气和灰渣进入下部激冷水，对其进行初步洗涤和降温。这种传统的水激冷方法会导致合成气带水、含灰量高、激冷水液位不稳定、下降管易烧穿等问题。针对IGCC来说，使用水激冷会降低气体有效成分。Shell气化炉的气体激冷装置所需的激冷气量大，合成气循环压缩机的功耗大，激冷效果不好。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能够快速、均匀、高效地将高温合成气降低到工艺所需的温度范围的气体激冷装置及其使用方法。
为了解决上述第一个技术问题，本发明的技术方案是提供一种高温合成气分级激冷装置，其特征在于：包括壳体，壳体内壁设有由壳体、上支撑板、下支撑板上部和分隔板围成的一级激冷室腔室，一级激冷室腔室下方设有由壳体、下支撑板下部和分隔板围成的二级激冷室腔室；上支撑板和气化室相连接，壳体内部中心形成高温合成气通道；
一级激冷室腔室的壳体周向上均匀设有一级激冷气进气口，下支撑板上部周向上均匀设有一级喷嘴；二级激冷室腔室的壳体周向上均匀设有二级激冷气进气口，下支撑板下部周向上均匀设有二级喷嘴。
优选地，所述一级激冷气进气口、二级激冷气进气口均为不少于2的偶数个，所述一级喷嘴为不少于4的偶数个。
优选地，所述一级喷嘴轴向和所述下支撑板法线方向的夹角为0～±30°。
优选地，所述一级喷嘴在所述一级激冷室腔室上沿轴线方向分层布置，层与层间的所述一级喷嘴为同角度布置或差角度布置。
优选地，所述一级喷嘴与所述二级喷嘴沿轴线方向为同角度布置或差角度布置。
优选地，所述一级激冷室腔室的壳体与所述上支撑板之间设有一级加强筋；所述二级激冷室腔室的壳体与所述分隔板之间设有二级加强筋，所述二级激冷室腔室的壳体与所述下支撑板下部之间设有拉钩；所述上支撑板和所述下支撑板连接的渣口处设有金属板；所述上支撑板上板面、所述下支撑板向火面及金属板外侧均设有耐火涂层。
优选地，所述上支撑板和/或所述下支撑板的激冷气面设有翅片。
优选地，所述高温合成气通道位于下支撑板下方的部分为渐扩的锥形结构。
为了解决上述第二个技术问题，本发明的技术方案是提供一种高温合成气分级激冷装置的使用方法，其特征在于：部分激冷气由一级激冷气进气口进入一级激冷室腔室，剩余激冷气由二级激冷气进气口进入二级激冷室腔室，通过激冷气的流动冷却上支撑板和下支撑板，一级激冷室腔室和二级激冷室腔室中的激冷气分别由一级喷嘴和二级喷嘴喷出并和高温合成气通道中的高温合成气混合。
优选地，主要通过调整所述一级激冷腔室和二级激冷腔室的激冷气量分配比率调节流场，通过调整所述一级喷嘴及二级喷嘴的轴向与所述下支撑板法线方向的夹角微调流场。
本发明提供的一种高温合成气分级激冷装置的激冷气根据工艺和负荷的不同而按不同的比率分配到一级激冷腔室和二级激冷腔室内，一级激冷腔室的气体主要完成对高温气体的降温，该部分分层布置主要防止死滞区的生成，二级激冷腔室的主要作用为调节流场，防止回流区的产生。通过调整一、二级喷嘴轴向和下支撑板法线方向的夹角可以微调流场，但主要的调整是由一级激冷腔室和二级激冷腔室的激冷气量分配比率来完成的。
相比现有技术，本发明提供的一种高温合成气分级激冷装置具有如下有益效果：
(1)采用分级激冷，可以调节激冷气的分配比率，调节下端的流场分布，不会出现因激冷气速度过快在混合区产生死滞区和回流区，使流场更均匀；
(2)二级激冷腔室可以有效地消除回流区，保护下端向火面，防止高温气体在向火面上的液态渣贴壁或结渣；
(3)二级激冷腔室对一级激冷腔室和主气流的混合气体有引流的作用，使流场更均匀；
(4)由于流场均匀，混合度较高，效率高，所需激冷气的用量少，较目前工业运行的气体激冷方式的运行成本低。
(5)结构简单，维护方便，不会出现因喷嘴烧坏而停止运行的事故。
本发明提供的装置克服了现有技术的不足，通过分级气体激冷，能够快速、均匀、高效地将高温合成气降低到工艺所需的温度范围，具有结构简单、维护方便且运行成本低的特点。
附图说明
图1为本发明提供的一种高温合成气分级激冷装置总体结构示意图；
图2为一级喷嘴和二级喷嘴分布示意图；
图3为一级喷嘴和下支撑板安装示意图；
附图标记说明
1-壳体；2-上支撑板；3-一级激冷室腔室；4-二级加强筋；5-二级激冷室腔室；6-一级激冷气进气口；7-二级激冷气进气口；8-一级喷嘴；9-二级喷嘴；10-下支撑板；11-一级加强筋；12-分隔板；13-耐火涂层；14-气化室；15-高温合成气通道；16-拉钩；17-金属板。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以两个优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
以下实施例1及实施例2皆采用了如图1所示的一种高温合成气分级激冷装置，所述的一种高温合成气分级激冷装置包括壳体1，壳体1内壁布置有由壳体1、上支撑板2、下支撑板10上部和分隔板12围成的一级激冷室腔室3，一级激冷室腔室3下方布置有由壳体1、下支撑板10下部和分隔板12围成的二级激冷室腔室5。壳体1内部中心形成高温合成气通道15，高温合成气通道15位于下支撑板下方的部分为渐扩的锥形结构，为气体混合提供空间。上支撑板2和气化室14相连接，起到支撑气化室耐火材料或者固定水冷壁的作用。
一级激冷室腔室3的壳体1上开有一级激冷气进气口6，下支撑板10上部装有一级喷嘴8。二级激冷室腔室5的壳体1上开有二级激冷气进气口7，下支撑板10下部装有二级喷嘴9。
一级激冷气进气口6、二级激冷气进气口7在壳体1周向上均匀分布，个数为偶数，不少于2个。
结合图2和图3，一级喷嘴8在下支撑板10上部周向上均匀分布，个数为偶数，不少于4个。一级喷嘴8轴向和下支撑板10法线方向的夹角α为0～±30°。一级喷嘴8在一级激冷室腔室3上沿轴线方向可以分层布置，层与层间的一级喷嘴8可以同角度布置，也可以差角度布置。
一级喷嘴8与二级喷嘴9沿轴线方向可以同角度布置，也可以差角度布置。
一级激冷室腔室3的壳体1与上支撑板2之间装有一级加强筋11；二级激冷室腔室5的壳体1与分隔板12之间装有二级加强筋4，二级激冷室腔室5的壳体1与下支撑板10下部之间装有拉钩16，以强化下支撑板10的受压能力。上支撑板2和下支撑板10连接的渣口处装有金属板17。
上支撑板2上板面布置有耐火涂层13，以降低上支撑板的温度。下支撑板10向火面上也布置有耐火涂层13，由销钉等固定件来固定，下支撑板10起到支撑整个激冷装置的作用。上支撑板2和下支撑板10连接的渣口处的金属板17外侧也布置有耐火涂层13，由金属板17上的销钉固定。
部分激冷气由一级激冷气进气口6进入一级激冷室腔室3，部分激冷气由二级激冷气进气口7进入二级激冷室腔室5，通过激冷气的流动冷却上、下支撑板，然后，激冷气由一级喷嘴8和二级喷嘴9喷出，和高温合成气混合。在上、下支撑板的激冷气面可以选择性地布置翅片，强化换热能力。
激冷气根据工艺和负荷的不同而按不同的比率分配到一级激冷腔室3和二级激冷腔室5内，一级激冷腔室3的气体主要完成对高温气体的降温，该部分分层布置主要防止死滞区的生成，二级激冷腔室5的主要作用为调节流场，防止回流区的产生。通过调整一级喷嘴8轴向和下支撑板10法线方向的夹角α、二级喷嘴9轴向和下支撑板10法线方向的夹角β可以微调流场，但主要的调整是由一级激冷腔室3和二级激冷腔室5的激冷气量分配比率来完成的。
实施例1
一个日处理能力为3000吨煤的干粉气化炉，气化压力为4.0MPa，气化合成气后集渣室入口温度为1300℃，出气化室气体总流量为26706Nm3/h。激冷气总量为31513Nm3/h，一级和二级激冷腔室的激冷气分配比率为0.85∶0.15，一级激冷腔室布置两层一级喷嘴，每层64个一级喷嘴，上层一级喷嘴轴向和下支撑板法线方向的夹角α＝0°，下层一级喷嘴轴向和下支撑板法线方向的夹角α＝3°，二级激冷腔室布置一层二级喷嘴，二级喷嘴数为16，二级喷嘴轴向和下支撑板法线方向的夹角β＝5°。经高温合成气分级激冷装置冷却后气体温度为730℃。其煤质分析如表1所示：
表1所用煤的煤质分析
名称 单位 数值
低位发热量 MJ/kg 22.76
收到基灰分 ％ 11
Car ％ 60.33
Har ％ 3.62
Oar ％ 9.95
Nar ％ 0.69
Sar ％ 0.41
SiO2 ％ 36.71
Al2O3 ％ 13.99
Fe2O3 ％ 13.85
CaO ％ 22.92
K2O ％ 0.72
Na2O ％ 1.23
DT ℃ 1130
ST ℃ 1160
FT ℃ 1210
实施例2
一个日处理能力为3000吨煤的干粉气化炉，气化压力为4.0MPa，气化合成气后集渣室入口温度为1100℃，气化合成气总量为27402Nm3/h。激冷气总量为28700Nm3/h，一级和二级激冷腔室的分配比率为0.8∶0.2，一级激冷腔室布置两层一级喷嘴，每层48个一级喷嘴，上层一级喷嘴轴向和下支撑板法线方向的夹角α＝0°，下层一级喷嘴轴向和下支撑板法线方向的夹角α＝3°，二级激冷腔室布置一层二级喷嘴，二级喷嘴数为16，二级喷嘴轴向和下支撑板法线方向的夹角β＝5°。经高温合成气分级激冷装置冷却后气体温度为900℃。
本发明提供的一种高温合成气分级激冷装置使用低温合成气将高温合成气快速、均匀、高效地降低到工艺所需要的温度范围，对提高IGCC系统稳定性及煤种适用性具有十分重要的现实意义和工业应用价值，进一步推动了IGCC、煤化工等行业在我国的大面积应用。

Claims (10)

1.一种高温合成气分级激冷装置，其特征在于：包括壳体（1），壳体（1）内壁设有由壳体（1）、上支撑板（2）、下支撑板（10）上部和分隔板（12）围成的一级激冷室腔室（3），一级激冷室腔室（3）下方设有由壳体（1）、下支撑板（10）下部和分隔板（12）围成的二级激冷室腔室（5）；上支撑板（2）和气化室（14）相连接，壳体（1）内部中心形成高温合成气通道（15）；
一级激冷室腔室（3）的壳体（1）周向上均匀设有一级激冷气进气口（6），下支撑板（10）上部周向上均匀设有一级喷嘴（8）；二级激冷室腔室（5）的壳体（1）周向上均匀设有二级激冷气进气口（7），下支撑板（10）下部周向上均匀设有二级喷嘴（9）。
2.如权利要求1所述的一种高温合成气分级激冷装置，其特征在于：所述一级激冷气进气口（6）、二级激冷气进气口（7）均为不少于2的偶数个，所述一级喷嘴（8）为不少于4的偶数个。
3.如权利要求1所述的一种高温合成气分级激冷装置，其特征在于：所述一级喷嘴（8）轴向和所述下支撑板（10）法线方向的夹角（α）为0～±30°。
4.如权利要求1所述的一种高温合成气分级激冷装置，其特征在于：所述一级喷嘴（8）在所述一级激冷室腔室（3）上沿轴线方向分层布置，层与层间的所述一级喷嘴（8）为同角度布置或差角度布置。
5.如权利要求1所述的一种高温合成气分级激冷装置，其特征在于：所述一级喷嘴（8）与所述二级喷嘴（9）沿轴线方向为同角度布置或差角度布置。
6.如权利要求1所述的一种高温合成气分级激冷装置，其特征在于：所述一级激冷室腔室（3）的壳体（1）与所述上支撑板（2）之间设有一级加强筋（11）；所述二级激冷室腔室（5）的壳体（1）与所述分隔板（12）之间设有二级加强筋（4），所述二级激冷室腔室（5）的壳体（1）与所述下支撑板（10）下部之间设有拉钩（16）；所述上支撑板（2）和所述下支撑板（10）连接的渣口处设有金属板（17）；所述上支撑板（2）上板面、所述下支撑板（10）向火面及金属板（17）外侧均设有耐火涂层（13）。
7.如权利要求1所述的一种高温合成气分级激冷装置，其特征在于：所述上支撑板（2）和/或所述下支撑板（10）的激冷气面设有翅片。
8.如权利要求1所述的一种高温合成气分级激冷装置，其特征在于：所述高温合成气通道（15）位于下支撑板（10）下方的部分为渐扩的锥形结构。
9.一种如权利要求1所述的高温合成气分级激冷装置的使用方法，其特征在于：部分激冷气由一级激冷气进气口（6）进入一级激冷室腔室（3），剩余激冷气由二级激冷气进气口（7）进入二级激冷室腔室（5），通过激冷气的流动冷却上支撑板（2）和下支撑板（10），一级激冷室腔室（3）和二级激冷室腔室（5）中的激冷气分别由一级喷嘴（8）和二级喷嘴（9）喷出并和高温合成气通道（15）中的高温合成气混合。
10.如权利要求9所述的一种高温合成气分级激冷装置的使用方法，其特征在于：主要通过调整所述一级激冷腔室（3）和二级激冷腔室（5）的激冷气量分配比率调节流场，通过调整所述一级喷嘴（8）及二级喷嘴（9）的轴向与所述下支撑板（10）法线方向的夹角微调流场。
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