CN104357094A - 一种高效激冷装置 - Google Patents

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Abstract

一种高效激冷装置，克服现有激冷装置存在的合成气出激冷室带水、合成气灰含量高、合成气的水气比不合格、激冷室内部液位保持不住、下降管烧穿等问题。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括壳体、激冷环、下降管，高效激冷装置自上而下依次为激冷环、下降管、下降管保护器、双程溢流旋液分离器和百褶板，激冷环与渣口连接，下降管上部与渣口连通，下降管保护器安装在下降管外壁上，双程溢流旋液分离器和百褶板自上而下连接在壳体内壁和下降管外壁之间。本发明有效保护了较易被冲刷的下降管中上部，保证了激冷装置的高效激冷效果和下降管的使用寿命，同时，增加了激冷室的除沫面积，合成气中夹带的细小泡沫的破裂和气液分离，降低合成气带灰带水的几率，增加了合成气的除尘效果，确保了气化装置长周期稳定运行。

Description

一种高效激冷装置
技术领域
本发明涉及一种单喷嘴或多喷嘴浆态/干煤粉进料的气化装置上使用的高效激冷装置。
背景技术
自20世纪70年代中期出现世界性石油危机后，洁净煤技术研究、开发和应用成为了各国政府可持续发展战略和能源安全的战略研究重点。煤气化技术是清洁利用煤炭资源的重要途径和手段。煤炭气化，即在一定温度、压力条件下利用气化剂（O2、H2O或CO2）与煤炭反应生成洁净合成气（CO、H2的混合物），是对煤炭进行化学加工的一个重要方法，是实现煤炭洁净利用的关键技术。洁净合成气可以作为城市煤气、发电用燃料气，也可以用来生产化工产品(如合成氨、甲醇等)和清洁发动机用燃料(如氢、汽油、柴油、醚、醇燃料等)。
气流床气化技术是现在最高效、清洁的煤利用技术之一，代表着煤气化技术的发展趋势，气流床气化技术根据进料状态的不同分为水煤浆和粉煤两种方式，水煤浆进料以德士古气化炉为代表，干煤粉进料以Shell气化炉为代表。气化炉的激冷室是气化炉的重要组成部分，气化炉激冷室内部的传热传质过程复杂迅速，是气化工艺操作过程中的关键环节之一，控制不好会出现合成气带水、合成气灰含量高、合成气的水气比不合格、激冷室内部液位保持不住、下降管烧穿等问题。德士古气化炉激冷室由激冷环、下降管和上升管组成，燃烧室与激冷室之间通道是渣口，渣口的下面是激冷环，激冷环下面连接着下降管，下降管的下端深入到激冷室的正常液位以下。下降管的外面是上升管，上升管与下降管同轴，上升管的上部有一个起折流作用的折流板，折流板为斜向下的伞形挡板，固定在燃烧室的锥底上。合成气在离开激冷室的液面后首先沿上升管上升，在上升到上升管的顶部后，合成气会受到折流板的作用改变方向，先向下折流，再向上升，从激冷室的合成气出口离开激冷室。由于合成气的气泡具有比较大的能量，所以在合成气的气泡逸出激冷室的水面时会夹带大量液体，造成合成气的水气比不合格、激冷室内部液位保持不住的问题。有资料表明激冷室内黑水的循环量高达2050m3/h，这大约相当于进入激冷室补充水的2O倍，最终被带出激冷室的黑水量也高达40m3/h。合成气带液的同时，水中微米级的细灰也被带离激冷室，造成合成气中灰含量高的问题。
从气化炉渣口出来的1300℃的高温合成气在沿下降管下降的过程中，高温的合成气、飞灰、熔融灰渣和下降管内壁上覆盖着的激冷水膜之间发生着迅速复杂的传热传质过程。高温合成气、飞灰、熔融灰渣的温度迅速降低，激冷水膜的温度迅速升高，并有部分激冷水在高温热辐射下迅速地被蒸发并进入到合成气中。下降管内气、固、液三相间的传热传质和流动过程非常的复杂且迅速，根据多维模拟的研究结果表明，高温的合成气在离开渣口后向下0.8m的范围内合成气温度下降的变化梯度最大，合成气与激冷水之间的热交换负荷量最大，该区域下降管所承受的热应力也最大，因而在这一区段比较容易发生下降管裂纹、鼓包、变形甚至烧穿孔。同时事实也证明在燃烧室渣口以下0.4～0.8m区段发生问题的几率比较高，原因是一方面这一区段下降管所承受的热应力比较大，另一方面激冷水的蒸发量比较大，下降管内壁的保护液膜相对比较薄，温度也比较高，所以比较容易出问题。
本发明的目的在于克服现有技术的不足，解决合成气出激冷室带水、合成气灰含量高、合成气的水气比不合格、激冷室内部液位保持不住、下降管烧穿等问题，保证高温粗合成气和熔渣的洗涤效果，延长激冷装置下降管的使用寿命，实现气化装置的稳定运行，发明一种高效激冷装置代替现有激冷装置。
发明内容
为了克服现有激冷装置存在的合成气出激冷室带水、合成气灰含量高、合成气的水/气不合格、激冷室内部液位保持不住、下降管烧穿等问题，本发明提供一种单喷嘴或多喷嘴浆态/干煤粉进料的气化装置所使用的高效激冷装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种高效激冷装置，包括壳体、激冷环、下降管，高效激冷装置自上而下依次为激冷环、下降管、下降管保护器、双程溢流旋液分离器、百褶板，激冷环与渣口连接，下降管上部与渣口连通，下降管保护器安装在下降管外壁上，双程溢流旋液分离器、百褶板自上而下连接在壳体内壁和下降管外壁之间。
根据所述的高效激冷装置，所述的下降管保护器为中空结构，内部设置导流板，导流板围绕下降管呈蛇形盘旋而上，高度为1m，固定在距离渣口0.3~0.7m下降管的外壁上，下降管保护器的入水口与外部供水设备连接，下降管保护器出水口与激冷环的冷却液输送管连接。
根据所述的高效激冷装置，所述的双程溢流旋液分离器由内程旋液板、外程旋液板和溢流锥组成，旋液板叶片与水平方向之间的夹角为20~50°，外程旋液板叶片数是内程旋液板的2倍，外程旋液板直径是内程旋液板的1.36倍，外程旋液板高度是内程旋液板的0.5倍，溢流锥叶片数与内程旋液板相同，叶片导向角30~60°，溢流圆锥角2θ=50~70°。
根据所述的高效激冷装置，所述的百褶板包括外圆板、内圆板、覆压板和中间层，外圆板、内圆板之间连接有多个覆压板，相邻的覆压板之间连接有相互平行的中间层，百褶板固定在下降管外壁和壳体之间。
根据所述的高效激冷装置，所述的下降管材质选用耐热、抗氧化和耐腐蚀的奥氏体铬镍不锈钢310s材质。
根据所述的高效激冷装置的应用，所述的高效激冷装置为单喷嘴或多喷嘴浆态/干煤粉进料的气化装置的一部分。
本发明的优点效果是：本发明可以有效延长激冷液在下降管内壁上的换热作用时间，并对抑制下降管内壁水膜的断裂产生作用，延长了激冷液在下降管内壁上的换热作用时间使传热得到强化，同时下降管材质选用奥氏体铬镍不锈钢310s材质，降低了激冷装置的成本；下降管保护器的使用保护了较易被冲刷的下降管中上部，保证了激冷装置的高效的激冷效果和下降管的使用寿命，确保了气化装置长周期稳定运行；百褶板采用百褶的结构增加了实际除沫面积，节省了安装空间，降低了整个装置造价；通过百褶板的合成气进入两层双程溢流旋液分离器，双程溢流旋液分离器分内程旋液板和外程旋液板，外程叶片数比内程增加一倍，间距缩小，开孔均匀度提高，利于合成气中夹带的细小泡沫的破裂和气液分离，降低合成气带灰带水的几率，增加合成气的除尘效果。
附图说明
图1是本发明的高效激冷装置结构图。
图2是激冷环结构示意图。
图3是激冷环俯视图。
图4是下降管保护器结构示意图。
图5是双程溢流旋液分离器俯视图。
图6是双程溢流旋液分离器局部剖视放大图。
图7是百褶板俯视图。
图中：1.壳体；2.激冷环；201.挡渣钉；202.外唇环；203.内唇环；204.激冷液分布室；205.疏通丝孔；206.冷却液输送管；207.激冷液环隙；208.激冷液喷淋口；209.挡渣环；210.激冷液通过孔；3.下降管； 4.百褶板；401.外圆板；402.内圆板；403.覆压板；404.中间层；5.渣口；6.双程溢流旋液分离器；601.内程旋液板；602.外程旋液板；603.溢流锥；7.下降管保护器；701. 导流板；702.下降管保护器入水口；703.下降管保护器出水口。
具体实施方式
实施例
一种高效激冷装置，高效激冷装置内部结构布置自上而下依次为激冷环2、下降管3、下降管保护器7、双程溢流旋液分离器6、百褶板4。激冷室2的入口位置为渣口5，激冷环2与渣口5连接，下降管3上部与渣口5连通；下降管保护器7安装在下降管壁外侧；双程溢流旋液分离器6、百褶板4分别自上而下以机械方式固定在下降管3外壁和壳体1之间。
所述的激冷环2采用中国专利CN200920025468中提供的“气化炉激冷环”。
所述的下降管保护器7为中空结构，内部设置导流板701，导流板701围绕下降管呈蛇形盘旋而上，高度为1m，固定在距离渣口0.3~0.7m的下降管3外壁上，下降管保护器入水口702与外部供水设备连接，下降管保护器出水口703与激冷环2的冷却液输送管206连接。来自外部供水设备的脱氧水分为两路，第一路直接通过冷却液输送管206进入激冷环2，第二路先进入下降管保护器7自下而上流动，然后进入冷却液输送管206与第一路汇合后，进入激冷环2中完成喷淋和形成下降管水膜。
双程溢流旋液分离器6在该装置中设置数目为两个，双程溢流旋液分离器6由内程旋液板601、外程旋液板602和溢流锥603组成，旋液板叶片与水平方向之间的夹角为20~50°，外程旋液板602叶片数是内程旋液板601的2倍，直径是内程旋液板601的1.36倍，外程旋液板602高度是内程旋液板601的0.5倍。所述的溢流锥603叶片数与内程旋液板相同，叶片导向角30~60°，溢流圆锥角2θ=50~70°。外程旋液板602叶片数比内程旋液板601增加了一倍，同时间距也缩小了，开孔均匀度大大提高，提高气液的分离效率。溢流锥603采用螺旋叶片结构，相比溢流管，回流效率高，同时提高了激冷室的空间利用率。合成气夹带少量液体穿过内程旋液板601和外程旋液板602，因为离心力作用，气体上行，液体下流，通过溢流锥603滴落，相比溢流管，液体流下的阻力减小，不会存在积液现象。
所述的百褶板4包括外圆板401、内圆板402、覆压板403和中间层404，呈百褶结构，通过机械方式固定在下降管3外壁和壳体1之间。合成气夹带大量液体和泡沫经过百褶板4，百褶板4呈百褶结构，与平面结构相比，与气液的接触面积增加了一倍，增加了百褶板4的除沫效果。百褶板4的上下两层覆压板403上设置有钢刺，钢刺作用在泡沫表面的压力大于泡沫的表面张力时，泡沫破灭。
下面具体实施方式对本发明为实现合成气出激冷室带水、合成气灰含量高、合成气的水气比不合格、激冷室内部液位保持不住、下降管烧穿等技术问题所采取的技术方案的优选方式做进一步说明。
如图1所示，一种高效激冷装置，包括壳体1、激冷环2、下降管3、下降管保护器7、百褶板4、双程溢流旋液分离器6，自上而下依次为激冷环2、下降管3、下降管保护器7、双程溢流旋液分离器6、百褶板4。激冷环2与渣口5连接，下降管3上部与渣口5连通；下降管保护器7安装在下降管3外壁上；设置有两个双程溢流旋液分离器6，双程溢流旋液分离器6和百褶板4分别以机械方式固定在下降管3外壁和壳体1之间。
如图2和图3所示为中国专利CN200920025468中提供的“气化炉激冷环”的结构。激冷环2的冷却液输送管206在激冷装置外部与供水设备连接，下降管保护器出水口703与冷却液输送管206相连接。
如图4所示，下降管保护器7为中空结构，内部设置导流板701，导流板围绕下降管呈蛇形盘旋而上，高度为1m，固定在距离渣口0.3~0.7m的下降管外壁上，下降管保护器入水口702与外部供水设备连接，下降管保护器出水口703与激冷环2的冷却液输送管206连接。
如图5所示，双程溢流旋液分离器6分为内程旋液板601、外程旋液板602和溢流锥603，外程旋液板602叶片数是内程旋液板601的2倍，叶片仰角20~50°，直径是内程旋液板601的1.36倍，外程旋液板602罩筒高度是内程旋液板601的0.5倍。溢流锥603叶片数与内程旋液板601相同，叶片导向角30~60°，溢流圆锥角2θ=50~70°。
如图6所示，所述的百褶板4包括外圆板401、内圆板402、覆压板403和中间层404，外圆板401、内圆板402之间连接有多个覆压板403，相邻的覆压板403之间连接有相互平行的中间层404，百褶板4固定在下降管3外壁和壳体1之间。
一个千吨级气化装置，设置有一个高约8690mm，内径约3000mm的高效激冷装置，激冷空间约61.4m3。进高效激冷装置的合成气和灰渣温度约1500℃左右,速度约3.6m/s,环形空间气速约0.3m/s,合成气和灰渣进入水浴洗涤，通过鼓泡的方式鼓出水面，经由百褶板4和两层双程旋液分离器6进行气泡的胀大和破灭、气液分离以及除沫除灰的过程，出高效激冷装置的粗合成气温度约200℃左右，灰的洗涤效率在78%以上，处理粗合成气量 8.75万Nm3/h，进后系统的合成气量为7万Nm3/h，灰含量小于每立方米2mg以下。
下降管保护器7为水夹套结构，固定在离渣口距离0.3~0.7m的下降管3外壁上。在本实施例中，进入激冷室冷却液输送管206的水流量约为170m3，进入下降管保护器7进水口的水流量约为30m3，激冷环2和下降管保护器7的冷却水双效保护下降管，相对于只设置激冷环,冷却水流量200 m3的激冷装置，激冷效果良好，下降管寿命延长。

Claims (6)

1.一种高效激冷装置，包括壳体（1）、激冷环（2）、下降管（3），其特征在于：高效激冷装置自上而下依次为激冷环（2）、下降管（3）、下降管保护器（7）、双程溢流旋液分离器（6）、百褶板（4），激冷环（2）与渣口（5）连接，下降管（3）上部与渣口（5）连通，下降管保护器（7）安装在下降管（3）外壁上，双程溢流旋液分离器（6）、百褶板（4）自上而下连接在壳体（1）内壁和下降管（3）外壁之间。
2.根据权利要求1所述的高效激冷装置，其特征在于：所述的下降管保护器（7）为中空结构，内部设置导流板（701），导流板（701）围绕下降管呈蛇形盘旋而上，高度为1m，固定在距离渣口（5）0.3~0.7m下降管（3）的外壁上，下降管保护器（7）的入水口（702）与外部供水设备连接，下降管保护器出水口（703）与激冷环（2）的冷却液输送管（206）连接。
3.根据权利要求1所述的高效激冷装置，其特征在于：所述的双程溢流旋液分离器（6）由内程旋液板（601）、外程旋液板（602）和溢流锥（603）组成，旋液板叶片与水平方向之间的夹角为20~50°，外程旋液板(602)叶片数是内程旋液板(601)的2倍，外程旋液板(602)直径是内程旋液板(601)的1.36倍，外程旋液板（602）高度是内程旋液板（601）的0.5倍，溢流锥（603）叶片数与内程旋液板（601）相同，叶片导向角30~60°，溢流圆锥角2θ=50~70°。
4.根据权利要求1所述的高效激冷装置，其特征在于：所述的百褶板（4）包括外圆板（401）、内圆板（402）、覆压板（403）和中间层（404），外圆板（401）、内圆板（402）之间连接有多个覆压板（403），相邻的覆压板（403）之间连接有相互平行的中间层（404），百褶板（4）固定在下降管（3）外壁和壳体（1）之间。
5.根据权利要求1所述的高效激冷装置，其特征在于：所述的下降管（3）材质选用耐热、抗氧化和耐腐蚀的奥氏体铬镍不锈钢310s材质。
6.根据权利要求1所述的高效激冷装置的应用，其特征在于：所述的高效激冷装置为单喷嘴或多喷嘴浆态/干煤粉进料的气化装置的一部分。
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