CN103468324B - 含尘气体的混合器洗涤装置和混合器洗涤系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种含尘气体的混合器洗涤装置和混合器洗涤系统，该含尘气体的混合器洗涤装置包括一个合成气管和一个灰水管，该灰水管的喷水口和该合成气管相互连通，该合成气管内设置有一个套管，该灰水管的喷水口与该套管的进气口相对，该灰水管的近邻该喷水口处设置有一个旋流器。通过在该灰水管的近邻该喷水口处设置一个旋流器，该旋流器能够实现对洗涤水的初次雾化，雾化后的小液滴增大了与灰尘颗粒的接触面积，能够迅速的包裹灰尘颗粒，并将小液滴高速喷出，因此该含尘气体的混合器洗涤装置实现了较好的颗粒分离和气体净化。

Description

含尘气体的混合器洗涤装置和混合器洗涤系统

技术领域

本发明涉及煤化工领域，特别涉及一种含尘气体的混合器洗涤装置和混合器洗涤系统。

背景技术

煤炭气化过程是以氧气（空气、富氧或工业纯氧）、水蒸气作为气化剂，在高温高压下通过化学反应将煤或煤焦中的可燃部分转化为可燃性气体的工艺过程。由于气化反应器内为气液固三相系统，经过激冷或辐射废锅冷却后的合成气中携带大量的飞灰颗粒。对合成气的净化与颗粒分离是合成气进一步深加工的前提条件。

在对合成气的净化与颗粒分离过程中，文丘里洗涤器（又称文丘里除尘器）作为集成雾化、凝聚和除雾等功能的合成气分离装置，在分离煤灰颗粒过程中发挥着重要的作用。授权公告号CN200964404Y的专利公布了一种文丘里式合成气洗涤器1。请结合图1予以理解，该合成气洗涤器包括一动力水喷嘴11、一合成气接受室12、一带锥型收缩段的喂管16、一壳体组件14及其上的耐腐蚀堆焊层13和耳式支座15组成。

现有的文丘里式合成气洗涤器存在以下技术问题：第一、不能够适用于高灰分煤气的除尘，因为在大型化、高灰分煤气的场合，合成气中携带的飞灰的绝对量和相对量都很大，采用现有的文丘里洗涤器难以实现较好的颗粒分离；第二、不能够实现两级雾化和低压降分离。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中的文丘里式含尘气体的混合器洗涤装置难以高效地分离高灰分煤气的缺陷，提供一种能够高效地分离高灰分煤气的含尘气体的混合器洗涤装置和混合器洗涤系统。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种含尘气体的混合器洗涤装置，包括一个合成气管和一个灰水管，该灰水管的喷水口和该合成气管相互连通，其特点在于，该合成气管内设置有一个套管，该灰水管的喷水口与该套管的进气口相对，该灰水管的近邻该喷水口处设置有一个旋流器。

较佳地，该合成气管的直径为D，且该合成气管的直径的取值范围为300毫米至800毫米，该旋流器距离该灰水管的喷水口的距离为H3=0.1D～0.2D。

较佳地，该旋流器距离该灰水管的喷水口的距离为H3=0.15D。

较佳地，该套管沿着气流方向包括依次相连的一个渐缩部、一个喉颈部和一个渐扩部，该渐缩部的口径沿着气流方向逐渐减小，该喉颈部为中空圆柱形，该渐扩部的口径沿着气流方向逐渐增大。

较佳地，该合成气管的直径为D，且该合成气管的直径的取值范围为300毫米至800毫米，该灰水管的喷水口距离该喉颈部的长度为H1=0.1D～0.2D，该喉颈部的长度为H2=0.1D～0.2D，该喉颈部的直径为D1=0.2D～0.5D，该渐扩部的长度为H4=0.5D～4.2D。

较佳地，该灰水管的排气口距离该喉颈部的长度为H1=0.15D，该喉颈部的长度为H2=0.15D，该喉颈部的直径为D1=0.3D，该渐扩部的长度为H4=2.5D。

较佳地，该渐缩部的收缩角α=20°至60°，该渐扩部的扩展角β=5°至30°。

较佳地，该合成气管上设置有压力采集接口，该压力采集接口用于与一压差计相互连通。

一种混合器洗涤系统，包括一个旋风分离器和一个水洗塔，其特点在于，该混合器洗涤系统还包括如上所述的含尘气体的混合器洗涤装置，该含尘气体的混合器洗涤装置、该旋风分离器和该水洗塔依次相互连通。

本发明的积极进步效果在于：通过在该灰水管的近邻该喷水口处设置一个旋流器，该旋流器能够实现对洗涤水的初次雾化，雾化后的小液滴增大了与灰尘颗粒的接触面积，能够迅速的包裹灰尘颗粒，并将小液滴高速喷出，因此该含尘气体的混合器洗涤装置实现了较好的颗粒分离和气体净化。

附图说明

图1为现有的合成气洗涤器的剖视图。

图2为本发明较佳实施例的含尘气体的混合器洗涤装置的剖视图。

图3为图2所示的含尘气体的混合器洗涤装置的A部的放大图。

附图标记说明：

现有的文丘里式合成气洗涤器：1

动力水喷嘴：11                    合成气接受室：12

耐腐蚀堆焊层：13                  壳体组件：14

耳式支座：15                      喂管：16

本发明的含尘气体的混合器洗涤装置：2

合成气管：21                      灰水管：22

旋流器：23                        套管：24

压力采集接口：25                  渐缩部：241

喉颈部：242                       渐扩部：243

具体实施方式

下面举个较佳实施例，并结合附图来更清楚完整地说明本发明。

本实施例的含尘气体的混合器洗涤装置的结构如下：

请结合图2-3予以理解，本实施例的含尘气体的混合器洗涤装置2，包括一个合成气管21和一个灰水管22，该灰水管22的喷水口和该合成气管21相互连通，该合成气管21内设置有一个套管24，该灰水管22的喷水口与该套管24的进气口相对，该灰水管22的近邻该喷水口处设置有一个旋流器23。该合成气管21的直径为D，直径为D的尺寸为464毫米，实际制作时，根据气化炉操作负荷的不同，直径为D的尺寸可以在300毫米至800毫米的范围内选择，该旋流器23距离该灰水管22的喷水口的距离为H3=0.15D，实际制作时，H3可以在0.1D至0.2D的范围内选择。

请结合图3予以理解，该套管24沿着气流方向包括依次相连的一个渐缩部241、一个喉颈部242和一个渐扩部243，该渐缩部241的口径沿着气流方向逐渐减小，该喉颈部242为中空圆柱形，该渐扩部243的口径沿着气流方向逐渐增大。该灰水管22的喷水口距离该喉颈部242的长度为H1=0.15D，根据需要，H1可以在0.1D至0.2D的范围内选择，该喉颈部242的长度为H2=0.15D，实际制作时H2可以在0.1D至0.2D的范围内选择，该喉颈部242的直径为D1=0.3D，实际制作时，D1可以在0.2D至0.5D的范围内选择，该渐扩部243的长度为H4=2.5D，根据需要，H4可以在0.5D至4.2D的范围内选择。该渐缩部241的收缩角α=37°，当然α的数值可以在20°至60°的范围内选择，该渐扩部243的扩展角β=10°，根据需要，β的数值可以在5°至30°的范围内选择。该合成气管21上设置有压力采集接口25，该压力采集接口25用于与一压差计相互连通。

本实施例的含尘气体的混合器洗涤装置的工作原理如下：

请结合图2-3予以理解，使用时，该合成气管21通入经过激冷或辐射锅炉冷却后的合成气，该灰水管22通入洗涤水，洗涤水经过该旋流器23旋流雾化转化成小液滴，并经该灰水管22的喷水口高速喷出，喷出后的雾化液滴在渐缩部241被继续撕裂且旋转，以便迅速将合成气中的灰尘颗粒包裹，包裹有灰尘颗粒的液滴经过该喉颈部242汇聚且加速后，经该喉颈部242的出口甩出，甩出的粘稠状的液体沿着该渐扩部243的内壁面成股流下，液滴和混合气则以65米/秒至90米/秒的速度甩出含尘气体的混合器洗涤装置2，经过后续旋风分离器进行惯性分离。依据流体的流动规律，该喉颈部242的直径较小，因此流体的流速湍急，该喉颈部的直径为D1=0.3D，长度H2=0.15D能够实现飞灰颗粒的充分捕获。为了提高飞灰颗粒的捕获率，该灰水的温度低于合成气的温度，通常两者至少需要相差20℃，较佳地，两者相差70℃。灰水进入旋流器23，灰水沿旋流器的通道（该通道与旋流器母线呈38°的角）旋转，其速度约为4.2m/s，湿合成气在灰水管与渐缩部241的环隙内逐渐加速至70m/s，当经过初次雾化后的灰水与高温湿合成气接触后，湿合成气中部分蒸汽被冷却，发生以灰尘颗粒为凝结核的蒸汽冷凝过程，从而实现部分灰尘颗粒由气相转移到液相，实现飞灰颗粒的捕获和分离。

湿合成气与灰水的高度湍流混合过程能实现以下两个方面的效果：一方面促使液体包裹合成气中的细小灰粒，并在相互碰撞中发生凝并；另一方面，含湿合成气的冷凝实际上是其中细灰颗粒表面的蒸汽凝结，也即以细小颗粒为凝结核的核化凝结过程。该过程的发生，更促使湿合成气中的细灰颗粒捕获，含灰液滴凝并后尺寸逐渐长大，以便易于分离。

本实施例的含尘气体的混合器洗涤装置的具有以下技术效果：

第一、两级雾化分离，该旋流器23能够实现对洗涤水的初次雾化，雾化后的小液滴增大了与灰尘颗粒的接触面积，该渐缩部241和该喉颈部242能够实现二次雾化，喷出后的雾化液滴在渐缩部241被继续撕裂且旋转，以便迅速将合成气中的灰尘颗粒包裹，包裹有灰尘颗粒的液滴经过该喉颈部242汇聚且加速后，经该喉颈部242的出口甩出。

第二、低压降高效分离，经该喉颈部242的出口甩出的混合气中包含三种成份、粘稠的液体、液滴和合成煤气，粘稠的液体被甩向该渐扩部243的内壁面且成股流下，液滴和合成煤气在该渐扩部243形成速度差，实现了低压降高效分离。

为了测试含尘气体的混合器洗涤装置2的性能，实际设计了几款不同尺寸的含尘气体的混合器洗涤装置2，现对其中一款含尘气体的混合器洗涤装置2的性能予以分析。表1给出了含尘气体的混合器洗涤装置2对不同粒径的灰尘颗粒捕获效率，其中该合成气管21的直径为D=464毫米，该灰水管22的喷水口距离该喉颈部242的长度H1=50毫米，该喉颈部242的长度为H2=60毫米，该喉颈部242的直径D1=200毫米，该渐扩部243的长度为H4=750毫米。该渐缩部241的收缩角α=37°，该渐扩部243的扩展角β=10°。

表1、灰尘颗粒捕获效率

粒径<um	分离效率%
		1.66	37.75
3.802	82.37
		5.754	92.19
10	97.88
		22.909	99.35
30.2	99.63
		39.811	100
79.433	100

本实施例的混合器洗涤系统的结构如下：

本实施例还提供一种混合器洗涤系统，包括一个旋风分离器和一个水洗塔，该混合器洗涤系统还包括如上所述的含尘气体的混合器洗涤装置，该含尘气体的混合器洗涤装置、该旋风分离器和该水洗塔依次相互连通。具体上，该旋风分离器和该水洗塔可为专利申请号ZL01112700.7公开的旋风分离器和水洗塔。

液滴和混合气以65米/秒至90米/秒的速度甩出含尘气体的混合器洗涤装置2后，再经过旋风分离器和水洗塔的分离和净化，就可以得到高纯的合成煤气。

为了揭示本发明的实施效果，采用了表2所示的含尘气体的混合器洗涤装置，进行测试：

表2、含尘气体的混合器洗涤装置的关键参数的尺寸表

参数	数值
		旋流器距离洗涤水管出口长度	50mm
二级气流雾化喉管段的最小喉颈长度	60mm
		二级气流雾化喉管段的最小喉颈直径	200mm
最小喉颈距离洗涤水管出口长度	50mm

α	37°
		β	10°

为了揭示本发明的实施效果，分别对旋风分离器底部黑水固体流量、水洗塔的黑水固体流量和变换触媒压降进行数据采集与对比，测试结果如表3和表4所示。

表3、工业分析表

参数	数值
		空干基水分Mar	2.5%(wt)
干燥基固定碳Mar	47.88%(wt)
		干燥基挥发分Var	24.45%(wt)
干燥基灰分Aar	27.67%(wt)

表4、热值和灰熔点表

参数	数值
		干燥基低位发热量Qgr,d	25.15kJ/kg
流动温度FT	1480℃

通过对旋风分离器底部黑水固体流量、水洗塔黑水固体流量进行采集分析，计算得到相应的各个区域的分离效率，其中混合器的分离后的颗粒及液滴进入到旋风分离器进行分离，因此可以通过对旋风分离器的分离效率来表征混合器分离效率。

工业实施结果表明，采用该新型混合器洗涤装置，粒径大于30um的颗粒分离率几乎达到100%，粒径大于10um的颗粒分离率达到98%，整体颗粒分离效率达到86%。

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 (8)

1.一种含尘气体的混合器洗涤装置，包括一个合成气管和一个灰水管，该灰水管的喷水口和该合成气管相互连通，其特征在于，该合成气管内设置有一个套管，该灰水管的喷水口与该套管的进气口相对，该灰水管的近邻该喷水口处设置有一个旋流器，该旋流器能够用于实现对洗涤水的初次雾化，且雾化后的小液滴增大了与灰尘颗粒的接触面积；

该套管沿着气流方向包括依次相连的一个渐缩部、一个喉颈部和一个渐扩部，该渐缩部的口径沿着气流方向逐渐减小，该喉颈部为中空圆柱形，该渐扩部的口径沿着气流方向逐渐增大，该渐缩部和该喉颈部能够用于实现二次雾化，喷出后的雾化液滴在该渐缩部被继续撕裂且旋转，以便用于迅速将合成气中的灰尘颗粒包裹，包裹有灰尘颗粒的液滴经过该喉颈部汇聚且加速后，经该喉颈部的出口甩出；

灰水进入旋流器，灰水沿旋流器的通道旋转，湿合成气在灰水管与渐缩部的环隙内逐渐加速，当经过初次雾化后的灰水与高温湿合成气接触后，湿合成气中部分蒸汽被冷却，发生以灰尘颗粒为凝结核的蒸汽冷凝过程，从而实现部分灰尘颗粒由气相转移到液相，实现飞灰颗粒的捕获和分离。

2.如权利要求1所述的含尘气体的混合器洗涤装置，其特征在于，该合成气管的直径为D，且该合成气管的直径的取值范围为300毫米至800毫米，该旋流器距离该灰水管的喷水口的距离为H3＝0.1D～0.2D。

3.如权利要求2所述的含尘气体的混合器洗涤装置，其特征在于，该旋流器距离该灰水管的喷水口的距离为H3＝0.15D。

4.如权利要求1所述的含尘气体的混合器洗涤装置，其特征在于，该合成气管的直径为D，且该合成气管的直径的取值范围为300毫米至800毫米，该灰水管的喷水口距离该喉颈部的长度为H1＝0.1D～0.2D，该喉颈部的长度为H2＝0.1D～0.2D，该喉颈部的直径为D1＝0.2D～0.5D，该渐扩部的长度为H4＝0.5D～4.2D。

5.如权利要求4所述的含尘气体的混合器洗涤装置，其特征在于，该灰水管的喷水口距离该喉颈部的长度为H1＝0.15D，该喉颈部的长度为H2＝0.15D，该喉颈部的直径为D1＝0.3D，该渐扩部的长度为H4＝2.5D。

6.如权利要求1所述的含尘气体的混合器洗涤装置，其特征在于，该渐缩部的收缩角α＝20°至60°，该渐扩部的扩展角β＝5°至30°。

7.如权利要求1-6中任意一项所述的含尘气体的混合器洗涤装置，其特征在于，该合成气管上设置有压力采集接口，该压力采集接口用于与一压差计相互连通。

8.一种混合器洗涤系统，包括一个旋风分离器和一个水洗塔，其特征在于，该混合器洗涤系统还包括权利要求1-7中任意一项所述的含尘气体的混合器洗涤装置，该含尘气体的混合器洗涤装置、该旋风分离器和该水洗塔依次相互连通。