CN103232863B

CN103232863B - 高温气体洗涤冷却装置

Info

Publication number: CN103232863B
Application number: CN201310066387.6A
Authority: CN
Inventors: 王亦飞; 于广锁; 龚欣; 王辅臣; 刘海峰; 周志杰; 代正华; 许建良; 郭庆华; 陈雪莉; 梁钦锋; 李伟锋; 郭晓镭; 王兴军; 郭强强
Original assignee: SHANGHAI YINENG GAS TECHNOLOGY Co Ltd; East China University of Science and Technology
Current assignee: SHANGHAI YINENG GAS TECHNOLOGY Co Ltd; East China University of Science and Technology
Priority date: 2013-03-01
Filing date: 2013-03-01
Publication date: 2014-10-08
Anticipated expiration: 2033-03-01
Also published as: CN103232863A

Abstract

本发明公开了一种高温气体洗涤冷却装置，其包括一壳体，该壳体的顶部设有一用于接纳待洗涤冷却气体的开口，在该壳体的中部设有一导气管，该导气管的入口与该开口对接，并在对接的位置设有一洗涤冷却水分布环，该壳体的下方设有静态破渣器，在该壳体的四周设有若干用于向该壳体内部喷射水雾以降低待洗涤冷却气体温度的压力雾化器，该压力雾化器包括一本体，该本体上设有与洗涤冷却水水源连通的接口；该本体中设有一环形的导流片，该导流片的前端设有一喷头，该喷头指向该导气管的出口。本发明通过垂直降膜的喷淋流动与压力雾化过程相耦合，更有效地提高热质传递效果、减少设备出现堵渣的可能性、提高洗涤冷却室抗堵能力。

Description

高温气体洗涤冷却装置

技术领域

本发明涉及一种高温气体洗涤冷却装置。

背景技术

气化炉多用于加工粗合成煤气，所述粗合成煤气由煤、天然气、页岩气、石油焦、生物质、污泥等碳氢化合物制取，以H₂、CO、CO₂为主体组分，其一般压力为0.2～12MPa，温度为1000～1800℃。煤气中含有灰渣，其干气成分CO+H₂=75～94%，CO₂=2～23%，N₂、Ar、H₂S、COS、NH₃、HCl、CH4、HCN、HCOOH等为3～5%。

为了将合成煤气用于生产合成氨、甲醇、油品、烯烃等化学工业、联合循环发电（IGCC）、冶金工业（直接还原炼铁）等工业领域，须先对其洗涤，去除其中夹带的灰渣和飞灰。

目前在气化领域高温气体处理应用最为广泛、技术最为成熟的为激冷流程，该流程用系统循环黑水来洗涤高温粗合成煤气，能较好地达到降温、除渣的效果，保证后续工段的正常运行，洗涤冷却室（或称激冷室）一般与气化室共同组成气化炉主体。

一些引进的煤气化技术所采用的激冷室在运行过程中，常出现离开气化炉出口的合成煤气液体夹带、床层液位不稳定、固相灰渣洗涤效果差等问题。专利号为01112880.1和01112702.3的中国专利公开了一种新型洗涤冷却室，该结构采用喷淋床与鼓泡床相结合的一种复合床型，利用流体的喷淋流动与鼓泡运动达到气液固三相热质同时传递过程，根据流体流动特点，洗涤冷却室床层可分为气液并流区、鼓泡区、液固分离区和气液分离区等，洗涤冷却室的主要构件有洗涤冷却水分布环、洗涤冷却管和分隔板等。

目前该洗涤冷却室已经成功应用于国内外30余家企业90余台气化炉之上。但是随着气化用煤有朝使用高灰分、高灰熔点或熔渣粘温特性较差的煤的趋势，该类煤在高温下的流动性较差、且受温度变化的影响大，使用现有的下降管或洗涤冷却管结构，在实际操作过程中出现渣口或管内堵渣的概率增加，造成高温气体的偏流而影响装置的长周期运行。

发明内容

本发明为了克服现有技术中渣口或管内堵渣的概率较高，造成高温气体偏流继而影响装置的长周期运行的缺陷，提供一种高温气体洗涤冷却装置。

本发明通过如下技术方案解决上述技术问题：

一种高温气体洗涤冷却装置，其包括一壳体，该壳体的顶部设有一用于接纳待洗涤冷却气体的开口，在该壳体的中部设有一导气管，该导气管的入口与该开口对接，并在对接的位置设有一洗涤冷却水分布环，该壳体的下方设有静态破渣器，其特点在于，在该壳体的四周设有若干用于向该壳体内部喷射水雾以降低待洗涤冷却气体温度的压力雾化器，该压力雾化器包括一本体，该本体上设有与洗涤冷却水水源连通的接口；该本体中设有一环形的导流片，该导流片的前端设有一喷头，该喷头指向该导气管的出口。洗涤冷却水经压力雾化器雾化后，喷射进入壳体，与从导气管出来的尚处于较高温的粗合成煤气直接接触，进一步发生热质同时传递过程。尤其是，通过该压力雾化器将部分洗涤冷却水形成雾化液滴较为集中地直接喷向导气管的出口处，以对出导气管出口的较高温度的粗合成煤气进一步的冷却和洗涤。

其中，在该环形的导流片上设有若干导流槽，所述导流槽均从该导流片的内圈向外圈延伸，所述导流槽均与该内圈相切且形成同向倾斜分布，该导流槽将该接口与该喷头连通；洗涤冷却水经过该接口、所述导流槽以及喷头后喷射入该壳体中。在这些通向倾斜分布的导流槽的引导下，洗涤冷却水成漩涡状进入喷头，并在流体惯性的作用下更为均有有力地被射入壳体中，有效扩大了冷却范围同时提高了冷却效果。

其中，所述压力雾化器相对该壳体的中轴线成中心对称分布。使得水雾对高温粗合成煤气的作业更为均匀有效。

其中，所述压力雾化器的中轴线与该导气管的出口齐平。

其中，贴着该壳体的内壁设有一溢流水夹套，该溢流水夹套位于该压力雾化器的上方，该溢流水夹套包括与洗涤冷却水的水源连接的一进水口和一出水口，该进水口位于该溢流水夹套的下部，该出水口位于该溢流水夹套的上部。该溢流水夹套防止壳体的内壁可能接触未冷却的粗合成煤气而造成壳体损坏，对壳体内部起到保护作用，延长该装置的使用寿命。该支撑板为气化炉上的常规部件，在此不再赘述。

其中，该壳体的上部还设有一用于清洗该壳体的顶部的支撑板的清洗装置，该清洗装置包括一设置在该壳体上的清洗介质入口，以及若干指向该支撑板的清洗介质出口。

其中，该清洗装置为一环形喷水管，该环形喷水管位于该溢流水夹套的上方。

其中，该导气管的长度为0.5m~4m，该导气管内的气体的流速为2m/s~10m/s；该洗涤冷却水分布环的出口处的水体流速为1.5m/s~5m/s。此时该导气管的出口处的气体温度从原来的1000℃~1800℃被降至400℃~900℃。该技术方案能够完成高温粗合成煤气的洗涤和淬冷，同时最大限度保证导气管运行的稳定性和长周期。

其中，该导气管的长度为0.5m~2m；该导气管内的气体的流速为2m/s~6m/s；该洗涤冷却水分布环的出口处的水体流速为2m/s~3.5m/s，此时该导气管的出口处的气体温度从原来的1000℃~1800℃被降至400℃~600℃。

其中，该静态破渣器的下方设有一液池，该液池包括一用于排渣的排渣出口以及一用于排出黑水的黑水出口。

其中，该洗涤冷却水分布环为一下侧具有环形槽缝的环形圆管，该环形圆管上靠近该环形圆管的中轴线的内壁上还设有若干喷淋孔。洗涤冷却水自该环形槽缝和喷淋孔喷出，分别沿该导气管内壁形成垂直降膜和中心射流流动，对高温气体进行喷淋作用，使气体温度得以骤降，同时喷淋出的洗涤冷却水被汽化产生增湿效果，更为重要的是减轻了洗涤冷却管顶部液膜的热负荷。

其中，所有所述喷淋孔的中心线与该导气管的中轴线的夹角范围均为10°~80°。在垂直降幕对通过该导气管的气柱外形进行降温的同时，向下导气管的出口侧倾斜的喷淋孔集中对该气柱的中心部分进行降温，使得降温更为均匀，效果更好。

其中，所有所述喷淋孔的中心线与该导气管的中轴线的夹角范围均为20°~60°。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明的积极进步效果在于：本发明的高温气体洗涤冷却装置中含用于形成垂直降膜喷淋和中心射流喷淋的洗涤冷却水分布环和用于形成喷雾撞击的压力雾化器，通过所述喷淋流动与压力雾化过程相耦合，更有效地提高热质传递效果、减少设备出现堵渣的可能性、提高洗涤冷却室抗堵能力，解决了因原料煤灰分高及高温下煤灰渣粘度大等所造成导气管内的堵渣问题，保证装置的长周期运行，延长气化炉内件的使用寿命，避免安全事故的发生。

附图说明

图1为本发明的一较佳实施例中的高温气体洗涤冷却装置的结构示意图。

图2为图1中的压力雾化器的剖视图。

图3为图1中的压力雾化器的侧视图。

图4为图1中的环形喷水管的俯视图。

图5为图4中的A部放大图。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

如图1所示，本实施例中的高温气体洗涤冷却装置包括一壳体1，该壳体1的顶部设有一用于接纳待洗涤冷却气体的开口10，在该壳体1内设有一垂直向下延伸的导气管4，该导气管4上方的入口与开口10对接，并在对接的位置设有一洗涤冷却水分布环6，该壳体1的下部设有静态破渣器2。在壳体1的上方还设置一气体出口11，在气体出口11侧还设有一折流挡板12，从而气体出口侧的气体以折流方式离开壳体，通过此折流流动，出口粗合成煤气中夹带的部分液态水因流动通道的变化实现与气相的分离，降低出口粗合成煤气中的液滴夹带量。

在壳体1的四周设有若干用于向壳体1内部喷射水雾以降低待洗涤冷却气体温度的压力雾化器3。本实施例中包含四个压力雾化器3，且所有压力雾化器3的喷射方向均指向该导气管4的中轴线，并与导气管4的出口齐平。

下面对于上述压力雾化器做进一步说明，为了便于说明以及理解，下文中将沿水雾喷射的方向定为压力雾化器的“前端”。

如图2和3所示，该压力雾化器3分别包括一设置在壳体1侧壁上的本体31，在本体31上设有与洗涤冷却水的水源连通的接口，该接口的内壁设有内螺纹以便于与洗涤冷却水水源的管道（图中未示）旋接。在本体31中设有一环形的导流片32，导流片32的前端设有一喷头33，在安装压力雾化器3的时候，压力雾化器3的喷头33指向该导气管4的出口，且与所述出口齐平。

另外，在导流片32上设有若干导流槽321，所述导流槽321均从该导流片32的内圈向外圈延伸，且所述导流槽321均与该内圈相切，该导流槽321将该接口与喷头33连通；洗涤冷却水经过该接口、所述导流槽321以及喷头33后喷射入该壳体1中。在高压作用下，通过切向的导流槽321的引导，洗涤冷却水成漩涡状地进入喷头33，并在惯性的作用下成漩涡状喷射出去。洗涤冷却水经压力雾化器3雾化后，喷射进入壳体1，与从导气管4出来的尚处于较高温的粗合成煤气直接接触，进一步发生热质同时传递过程。此外，通过该压力雾化器形成的雾化液滴对导气管4出口处的较高温度粗合成煤气进一步的冷却和洗涤。

再如图1所示，本实施例中的洗涤冷却水分布环6为下侧具有一环形槽缝601的环形圆管，在壳体1上设有若干个与洗涤冷却水的水源连接的分布环进口7。在指向该环形圆管的中轴线的内壁上还设有若干喷淋孔602。所述喷淋孔602的中心线与该导气管4的中轴线的夹角范围可以为10°~80°，较佳的可以为20°~60°，本实施例中，选择的夹角角度为30°。洗涤冷却水自该环形槽缝601和喷淋孔602喷出，分别形成沿该导气管4内壁流动的垂直降膜和中心射流流动，同时对进入导气管4的粗合成煤气体的气柱的外围和中心进行喷淋降温，使气体温度得以骤降，同时洗涤冷却水被气化产生增湿效果，更为重要的是减轻了洗涤冷却管顶部液膜的热负荷。

在壳体1内壁的上部还设有一用于保护壳体1内壁的溢流水夹套5，该溢流水夹套5具有一进水口502和一出水口501，该进水口502位于该溢流水夹套的下部，该出水口501位于该溢流水夹套的上部。

在气化炉和壳体交界的部位设有一支撑板，由于高温气体具有向上流动的特性，因此粗合成煤气会带着大量灰尘等接触该支撑板，造成支撑板积灰严重。因此，在壳体1的上部还设有一用于清洗该支撑板的清洗装置，本实施例中该清洗装置为一环形喷水管9，该环形喷水管9包括设置在壳体1上的清洗介质入口8，以及向上指着支撑板的清洗介质出口901。

本实施例中，将导气管4的长度从现有工业装置上普遍采用的5~8m，减小到现在的0.5~4m，结合液相的压力雾化，可保证含渣合成煤气得到急剧冷却的同时大大降低熔渣固化而在导气管内出现堵渣、引起气体偏流、洗涤水膜分布不均，从而降低导气管可能受热烧损的几率，同时还降低了气化炉壳体的制造成本。

本实施例中，壳体1的内径为3400mm，有效高度5000mm；导气管4内径1068mm，高度为2000mm。所述洗涤冷却水分布环6沿内壁的环形槽缝601宽度为8mm，喷淋孔602的直径为8mm，数量100个，出口平均水速为1.5m/s~5m/s，优选的为2.4m/s。

压力雾化器3的喷头33的最大内径为20mm，最小内径为3.8mm。喷头33的出口水速为9.8m/s，四个压力雾化器以90°对称排布，其轴向高度与导气管4出口平齐。

位于支撑板（图中未示）下方的环形喷水管9的喷水孔901直径为5mm，数量为80个，清洗介质入口8的流量为20m³/h，清洗介质出口的水速为3.5m/s。

以日处理1500吨煤气流床气化炉为例，进入洗涤冷却室的粗合成煤气压力为6.5MPa，温度为1300℃，干煤气流量为115000Nm³/h，干煤气中含H₂＝33%，CO＝49%，CO₂＝16%，还有CH₄、N₂、Ar、H₂S、COS、NH₃、HCl、HCN、HCOOH等，约占2%。以干煤气为基准，进入壳体1的粗合成煤气中含灰渣量为75g/Nm³（干气），也即灰渣以8.7吨/小时被携带在粗合成煤气中而进入壳体1。

上述的高温粗合成煤气以4.4m/s的速度进入导气管4，洗涤冷却水的温度为250℃，加入洗涤冷却水分布环的洗涤冷却水流量为310m³/h，即加水量为2.2kg水/Nm³气，洗涤冷却水经洗涤冷却水泵由四个分布环进口7进入洗涤冷却水分布环6，洗涤冷却水自环形槽缝601和喷淋孔602以2.4m/s速度出喷水环，在导气管4内壁形成垂直降膜和中心射流，使导气管4内的煤气急剧降温、增湿，煤气中所携带的熔融态灰渣遇到洗涤冷却水后淬冷凝固、浸润，部分粒度较小的灰渣则被气相携带（飞灰），其余进入水相与水混合。

经喷淋降温和增湿后的煤气其温度约600℃，携带灰渣水由导气管4的下端出来后与从压力雾化器3喷射出来的雾滴直接接触，实现进一步的降温和增湿，经过如此洗涤过程，高温粗合成煤气中所含的94%灰渣实现了与煤气的分离，煤气基本被水蒸气饱和，洗涤水蒸发量为157t/h，煤气的湿含量为1.64kg水蒸气/Nm³干气，也即干气与蒸汽比例为1:1.64。

洗涤冷却水与大部分粒径>3mm的小粒度灰渣在进入由导气管4和壳体1构成的空间里，粒径大于静态破渣器2的格栅空间的固相被拦截、破碎，之后落入位于壳体1下方的液池13中，其中灰渣在重力作用下沉降并经锁斗定期排出气化炉。95t/h洗涤冷却气体后的水（黑水）自黑水出口14送至下游设备处理，以循环回用和排放。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种高温气体洗涤冷却装置，其包括一壳体，该壳体的顶部设有一用于接纳待洗涤冷却气体的开口，在该壳体的中部设有一导气管，该导气管的入口与该开口对接，并在对接的位置设有一洗涤冷却水分布环，该壳体的下方设有静态破渣器，其特征在于，在该壳体的四周设有若干用于向该壳体内部喷射水雾以降低待洗涤冷却气体温度的压力雾化器，所述压力雾化器的中轴线与该导气管的出口齐平，该压力雾化器包括一本体，该本体上设有与洗涤冷却水的水源连通的接口；该本体中设有一环形的导流片，该导流片的前端设有一喷头，该喷头指向该导气管的出口；该洗涤冷却水分布环为一下侧具有环形槽缝的环形圆管，该环形圆管上靠近的该环形圆管的中轴线的内壁还设有若干喷淋孔；该导气管的长度为0.5m～4m，该导气管内的气体的流速为2m/s～10m/s；该洗涤冷却水分布环的出口处的水体流速为1.5m/s～5m/s。

2.如权利要求1所述的高温气体洗涤冷却装置，其特征在于，在该环形的导流片上设有若干导流槽，所述导流槽均从该导流片的内圈向外圈延伸，所述导流槽均与该内圈相切且形成同向倾斜分布，该导流槽将该接口与该喷头连通；洗涤冷却水经过该接口、所述导流槽以及喷头后喷射入该壳体中。

3.如权利要求2所述的高温气体洗涤冷却装置，其特征在于，所述压力雾化器相对该壳体的中轴线成中心对称分布。

4.如权利要求2所述的高温气体洗涤冷却装置，其特征在于，贴着该壳体的内壁设有一溢流水夹套，该溢流水夹套位于该压力雾化器的上方，该溢流水夹套包括与洗涤冷却水的水源连接的一进水口和一出水口，该进水口位于该溢流水夹套的下部，该出水口位于该溢流水夹套的上部。

5.如权利要求4所述的高温气体洗涤冷却装置，其特征在于，该壳体的上部还设有一用于清洗该壳体的顶部的支撑板的清洗装置，该清洗装置包括一设置在该壳体上的清洗介质入口，以及若干指向该支撑板的清洗介质出口。

6.如权利要求5所述的高温气体洗涤冷却装置，其特征在于，该清洗装置为一环形喷水管，该环形喷水管位于该溢流水夹套的上方。

7.如权利要求1所述的高温气体洗涤冷却装置，其特征在于，该导气管的长度为0.5m～2m；该导气管内的气体的流速为2m/s～6m/s；该洗涤冷却水分布环的出口处的水体流速为2m/s～3.5m/s。

8.如权利要求1～7中任一项所述的高温气体洗涤冷却装置，其特征在于，该静态破渣器的下方设有一液池，该液池包括一用于排渣的排渣出口以及一用于排出黑水的黑水出口。

9.如权利要求8所述的高温气体洗涤冷却装置，其特征在于，所有所述喷淋孔的中心线与该导气管的中轴线的夹角范围均为10°～80°。

10.如权利要求9所述的高温气体洗涤冷却装置，其特征在于，所有所述喷淋孔的中心线与该导气管的中轴线的夹角范围均为20°～60°。