CN105219446A - 全方位水/气混合式激冷喷射装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全方位水/气混合式激冷喷射装置，解决了现有激冷喷射装置存在的温度分布不均匀，灰渣含量较多，激冷效果欠佳的问题。技术方案包括至少三层激冷环，各层激冷环具有独立的激冷介质入口，所述激冷环内环壁面上均匀开有多个小孔，其中，最上层激冷环与最下层激冷环为可通入气体的气体激冷环，中间层激冷环中至少一层为可通入激冷水的水激冷环。本发明结构极为简单、激冷效果好、能够快速、均匀、全方位地将高温合成气冷却至工艺所需温度。

Description

全方位水/气混合式激冷喷射装置

技术领域

本发明涉及一种激冷装置，具体的说是一种水/气混合式激冷喷射装置。

背景技术

随着人口自然增长和经济持续发展的刺激，我国将面临长期而巨大的能源需求和供应压力，面对全球一体化的大趋势，我国高能耗、低能效的发展模式将面临严峻的考验。在能源的转化与利用过程中，将可燃物所含的化学能通过气化的方式转化为蒸汽、燃气、电能等能源，是能源利用的一种主要形式。

气化炉反应室的气化反应需要在1200-1700℃的高温下进行，反应生成的高温合成气需要被冷却到特定的工艺温度，才能进入后续工序进行除尘、热回收、洗涤等工序。同时，高温的合成气携带了大量的灰渣和残炭，如不及时将高温合成气中的灰渣与残炭进行分离，将导致设备堵塞，整体转化效率低，系统难以长周期运行。

中国专利CN102952588A公开了一种气化炉高温合成气激冷装置，该激冷装置激冷室的周界上布置多层喷头单元，每一层喷头单元包括多个沿着周向切圆布置的喷头，喷头喷入冷却介质对合成气进行冷却。该技术方案，直接采用喷头将激冷介质喷入合成气中进行冷却，这种喷头设计会使激冷介质喷射过程中存在死角，导致高温合成气与激冷介质无法进行充分的混合，合成气冷却后温度分布不均匀，灰渣含量较多，激冷效果欠佳。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种结构极为简单、激冷效果好、能够快速、均匀、全方位地将高温合成气冷却至工艺所需温度的全方位水/气混合式激冷喷射装置。

技术方案包括至少三层激冷环，各层激冷环具有独立的激冷介质入口，所述激冷环内环壁面上均匀开有多个小孔，其中，最上层激冷环与最下层激冷环为可通入气体的气体激冷环，中间层激冷环中至少一层为可通入激冷水的水激冷环。

所述小孔的分布区域的边界与激冷环截面中心线的角度为15°～75°或-15°～-75°。

小孔的直径在0.8～3.5mm之间，相邻两个小孔之间的间距为孔径的1.5～6.8倍。

所述小孔的中心线与其在激冷环壁上的孔道间具有5°～55°的锥角。

相邻两个所述激冷环之间的间距为0～240mm。

本发明对现有的气化炉系统的激冷装置进行了深入研究，发现现有激冷装置多为环形设置的多个喷头，喷头中喷出的水/气混合物对合成气进行降温，除存在背景技术中的问题外，还需要同时将气体和液体预先混入进入喷头前的管道中，操作复杂、控制不便；对此，发明人采用了多层激冷环的结构，各层激冷环的介质入口独立，互不相通，这样可以向不同的激冷环中通入不同的气体或液体，使气和液(激冷水)分别在喷出后再混合，形成气液混合物，同样具有优异的激冷效果，最上层激冷环与最下层激冷环为可通入气体的气体激冷环，中间层激冷环中至少一层为可通入激冷水的水激冷环。中间层或有两层或两层以上时，则可采用气体激冷环与水激冷环交替布置的形式；进一步的，发明人还发现，由于气液在喷出后混合形成气液混合物，而气液混合再和高温合成气混合激冷，因此激冷效果与激冷装置中喷射小孔的设计有密切关系。所述小孔沿激冷环内侧均匀分布，其分布区域的边界与激冷环截面中心线的角度为15°～75°或-15°～-75°，使喷出的冷却介质以一个合适的角度喷出，气液迅速混合，随后与合成气逆向接触，当该角度大于75°时，由于冷却介质(气液混合物)速度的减小，导致冷却介质与合成气的混合过程的碰撞减弱，从而影响冷却介质的雾化效果。当该角度小于15°时，对向喷出的冷却介质的动量相互抵消过多，不利于冷却介质与合成气的充分混合。小孔的直径为0.8～3.5mm之间，小孔之间的间距为孔径的1.5～6.8倍。小孔直径过大使得冷却介质出口速度减小，与合成气的碰撞减弱，雾化效果变差。当直径过小，冷却介质喷出速度大，但能量损失过大，不利于激冷装置的经济性。小孔的中心线与其在激冷环壁上的孔道存在一个锥角θ，θ的值为5°～55°。该锥角的存在使激冷介质单孔喷射的范围变大，利于冷却介质的分散，形成更大的雾化角度，不仅气液混合效果佳，也增大与高温合成气的接触面积，实现更好的激冷效果。

进一步的，激冷环数量优选为3～15层，相邻两个激冷环之间的间距为0～240mm。通入的气体可以为合成气、蒸汽、二氧化碳、氮气中的至少一种，当高压的激冷水从小孔中喷出时，可形成120～350μm的液滴，最上层和最下两层喷射出的气体对雾化液滴有着良好的引导作用，从而形成稳定的流场，使激冷介质与合成气的充分混合冷却，合成气冷却后温度分布均匀，灰渣含量少，激冷效果好。

本发明的优点是：

1.本发明中，通过对激冷环中小孔位置的设计，使激冷介质沿高温合成气周围均匀喷射，能够快速、全方位、高效地冷却高温合成气；

2.本发明中，使用多层激冷环，通过设计通入不同介质的激冷环可同时使最上层和最下层的激冷环喷出的气体与中层间喷出的激冷水配合，水滴在气化过程中吸收大量的热，冷却负荷大，冷却气体用量少；

3.本发明在不同的气化工艺中都有良好的适用性，适用于合成气下行或下行工艺，以逆着合成气的运动方向喷射均匀，能够实现激冷介质与高温合成气的充分接触和混合，提高激冷装置的激冷效率，由于其角度并非正面逆流接触，也能避免动量的过度消耗；

4.本发明结构简单，制造、安装和维修方便，投资成本低，经济性好。

附图说明

图1为本发明实施例1结构示意图；

图2为激冷环截面开孔示意图；

图3为本发明实施例2的结构示意图；

图4为本发明使用状态的喷射效果图；

图5为现有喷头使用状态的喷射效果图。

图中：1-激冷喷射装置，1.1、1.3、1.5-气体激冷环,1.2、1.4-水激冷环，2-激冷介质入口，3-小孔，4-喷头、5-筒体。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，解释说明如下：

实施例1

本发明激冷喷射装置1包括三层激冷环，每层激冷环各自设有独立的激冷介质入口2，三层激冷环互不相通，其中，最上层的激冷环和最下层激冷环为气体激冷环1.1和1.3，通入的激冷介质为气体，中间层激冷环为水激冷环1.2，通入的激冷介质为液体，相邻两层激冷环之间的距离为0～240mm，所述激冷环内环壁面上均匀开有多个小孔3，小孔3的直径为0.8～3.5mm，，相邻两个小孔3之间的间距为孔径的1.5～6.8倍。小孔3在激冷环上的分布区域的边界与激冷环横截面中心线的角度a为15°～75°或-15°～-75°，小孔3的中心线与其在激冷环壁上的孔道的锥角θ的值为5°～55°的锥角。

当温度为1200～1700℃的高温合成气自下而上从激冷喷射装置1中通过时，水激冷环1.2中的高压激冷水和上、下两层气体激冷环中的水蒸气逆着合成气的运动方向从各自的小孔3中高速喷出，喷射速度为25m/s，高速喷出的激冷水形成120～550μm的液滴，气体激冷环1.1与1.3喷出的水蒸汽在液滴两侧，对细小的液滴起到引流的作用，使激冷介质形成更稳定的流场，与高温合成气充分混合，通过调节进入激冷装置1的水和气的流量从而实现对合成气温度进行降温除尘的目的。

实施例2，

参见图3，本实施例中，激冷喷射装置1包括5层激冷环，其中，由上至下，第一、三、五层均为气体激冷环1.1、1.3、1.5，第二、四层为水激冷环1.2、1.4，其余同实施例1。

激冷效果对比

将本发明实施例1所述的激冷装置安装在气化炉的筒体5上，局部剖图见图4，由于激冷环的小孔数量多且均匀分布，每一个小孔都可以起到小型喷头的效果，激冷介质能够从激冷环内侧各个角度对粗合成气进行全方位冷却，相比于普通的使用喷头的激冷装置，激冷介质喷射更均匀，激冷效果更好。激冷介质的喷射效果见图4。

现有激冷装置为喷头直接安装在气化炉的筒体5上，参见图5，激冷介质的喷射效果见图5，生产过程中，激冷介质喷射不均匀，导致激冷效果欠佳，合成气中的灰渣无法及时冷却，可能导致未被冷却的灰渣粘附在设备内壁，造成堵塞，气化炉阻力降升高，最终停车检修，造成经济损失。本发明装置喷射均匀，激冷效果好，可较好地避免此情况的发生。同等条件下，装置稳定运行时，使用普通喷射激冷装置，喷射装置运行时间仅在120小时左右，装置阻力降上升到100KPa，上升通道直径从1000mm缩小的150mm(最终未缩小至0mm，为保护装置安全强制停车)。当使用本发明装置时，喷射装置最终运行时间可达180天左右(因气化装置检修停车，喷射装置最长运行时间可进一步延长)，装置最终气化炉阻力降为0～0.5KPa，上升通道直径从1000mm缩小至约450mm。通过比较可以发现，使用本发明装置，阻力降减小，上升通道直径变大，装置运行时间延长，意味着更多的灰渣被激冷介质冷却，气化炉内灰渣粘附情况已经得到改善，激冷效率得到提高。

Claims (5)

1.一种全方位水/气混合式激冷喷射装置，其特征在于，包括至少三层激冷环，各层激冷环具有独立的激冷介质入口，所述激冷环内环壁面上均匀开有多个小孔，其中，最上层激冷环与最下层激冷环为可通入气体的气体激冷环，中间层激冷环中至少一层为可通入激冷水的水激冷环。

2.如权利要求1所述的全方位水/气混合式激冷喷射装置，其特征在于，所述小孔的分布区域的边界与激冷环截面中心线的角度为15°～75°或-15°～-75°。

3.如权利要求1或2所述的全方位水/气混合式激冷喷射装置，其特征在于，小孔的直径在0.8～3.5mm之间，相邻两个小孔之间的间距为孔径的1.5～6.8倍。

4.如权利要求1或2所述的全方位水/气混合式激冷喷射装置，其特征在于，所述小孔的中心线与其在激冷环壁上的孔道间具有5°～55°的锥角。

5.如权利要求1或2所述的全方位水/气混合式激冷喷射装置，其特征在于，相邻两个所述激冷环之间的间距为0～240mm。