CN105950224A - 一种高温煤气冷却洗涤装置 - Google Patents

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李平
倪建军
池国镇
程相宣
张翔
陈子珍
马伦
童川
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    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
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    • C10J2300/1603—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant with gas treatment

Abstract

本发明公开了一种高温煤气冷却洗涤装置，包括由内至外依次同轴布置的下降管、上升管及承压壳体，激冷水通过激冷环进入下降管，并在下降管内壁形成水膜，承压壳体内上部为气化室，底部则为渣池，下降管及上升管的底部均浸没在渣池内的水中，渣池与承压壳体上的黑水出口及排渣口相通，在承压壳体上还设有合成气出口，其特征在于，在所述下降管外设有包裹下降管的水冷却结构，水冷却结构的冷却水出口布置在靠近所述激冷环的位置处。本发明可以有效加强激冷水在下降管壁上的换热作用，能克服气体温度过高或激冷环偏流引起的下降管烧毁等问题。同时，有效的保护了激冷环和下降管在超高温工况下的使用，延长其设备使用寿命。

Description

一种高温煤气冷却洗涤装置
技术领域
本发明涉及一种用于高温煤气冷却洗涤的装置。
背景技术
以煤等含碳氢化合物为原料的大型气流床气化装置中的煤气化反应通常在1200-1700℃的高温下进行，反应生成的高温粗合成气需要被冷却洗涤后才能进入后续工艺流程。不同类型的气化炉根据工艺需要，高温粗合成气的冷却方式不同，激冷流程中具有代表性的是德士古水煤浆气化和华东理工大学多喷嘴水煤浆气化，所采用的激冷方法主要是使合成气、灰、渣通过激冷室下部激冷水，从而将气化炉气化室所产生的高温合成气、飞灰、熔融状态的灰渣进行初步洗涤和降温。德士古气化炉的激冷室主要是圆筒形结构，从内到外由下降管、上升管、承压外壳组成同心圆，同时具有激冷环等主要构件，中国专利(申请号为89101054.8，89100533.1)公开了由Destec开发公司提供的骤冷环及其改进型技术，其特征为：骤冷环喷出的水沿着浸入管管壁流下，浸入管分为上升管下降管，采用这样的激冷结构，激冷水量少，能有效引导高温煤气冷却与洗涤，但这样的激冷方法通常带来激冷环堵塞、上升管堵塞、下降管易烧穿等问题。中国专利(申请号为01112880.1，01112702.03)公开了华东理工大学多喷嘴水煤浆气化技术中采用的洗涤冷却设备结构，其特征为：用鼓泡床替代了上升管，起到了明显的破泡效果并且携带的灰重和水份少，能更好完成洗涤降温过程。但是存在洗涤冷却室内液位难以控制的问题，鼓泡区内气液两相存在剧烈的湍动容易对内部构件造成冲击，迫使其产生振动，甚至是脱落。若发生脱落现象，将严重影响气液固三相在洗涤冷却室内的流动和分离，严重时可能会影响整个气化流程的正常运行。
随着气流床气化技术不断向大规模加压气化发展，相对于以前的水煤浆进料气化炉，目前有部分干煤粉气化炉，在气化产物的净化和降温处理中采用的工艺都是激冷流程。激冷工艺大同小异，在产物的处理中主要遇到的问题是由于干煤粉气化的操作温度普遍高于水煤浆气化，激冷室常发生激冷环偏流时或气化温度过高引起的下降管烧坏等情况。针对于更高气化温度下的激冷流程，还有必要对洗涤冷却室结构进行不断改进和创新，以实现该环节在整个气化过程的更好优化，有利于装置的稳定运行。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：现有的煤气冷却洗涤装置用于更高气化温度下煤气冷却洗涤时，下降管易烧穿、洗涤冷却室内部构件易损坏。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了一种高温煤气冷却洗涤装置，包括由内至外依次同轴布置的下降管、上升管及承压壳体，激冷水通过激冷环进入下降管，并在在下降管内壁形成水膜，承压壳体内上部为气化室，底部则为渣池，下降管及上升管的底部均浸没在渣池内的水中，渣池与承压壳体上的黑水出口及排渣口相通，在承压壳体上还设有合成气出口，其特征在于，在所述下降管外设有包裹下降管的水冷却结构，水冷却结构的冷却水出口布置在靠近所述激冷环的位置处。
优选地，所述水冷却结构与所述激冷环相接触。
优选地，所述下降管分为上、下两段，所述水冷却结构仅位于下降管上段，所述上升管位于下段，上升管顶部与水冷却结构底部边缘之间留有间隙。
优选地，所述上升管与所述水冷却结构之间的间隙为300mm～1200mm。
优选地，所述下降管上段的长度≤2/3整个所述下降管的长度。
优选地，冷却水通过冷却水进口进入所述水冷却结构后全部在所述水冷却结构内绕行后仅由所述冷却水出口流出并落入渣池。
优选地，所述上升管的底部为扩口结构。
优选地，所述下降管的底部为锯齿状结构。
优选地，所述合成气出口布置在所述承压壳体顶部一侧上。
优选地，在所述合成气出口内设有合成气出口挡板。
本发明的设计思路是：从气化室出来的高温煤气携带灰渣，在下降管直立通道引导下排至渣池底部，激冷水通过激冷环进入下降管，在下降管内壁形成水膜并沿着下降管流入渣池；下降管上段外侧布置有水冷却结构，激冷水从水冷却结构底部进入，沿着下降管外壁从下自上到水冷却结构顶部出口流入渣池与渣池中水汇流。增加了水冷却结构的下降管能克服气体温度过高或激冷环偏流引起的下降管烧毁等问题。冷却水从水冷结构顶部管口流出，可以迫使冷却水在水冷结构内部的绕行，加强其与下降管之间的换热，同时冷却水也能够移除激冷环附近部分热量，保护了激冷环的使用。下降管下段外设置有上升管，从内到外由下降管、上升管、承压外壳组成同心圆，粗合成气沿着下降管通道到渣池水中，经过渣池水洗涤后，沿着下降管和上升管之间的环形通道上升，冷却洗涤后的合成气由上升管顶部出口处后最终经过合成气出口进入下一工序。同时，合成气出口设置在洗涤冷却室顶部一侧，最大限度的增加气液分离空间高度，有利于减少出口合成气带水。
本发明具有如下优点：
1、合理设计的分段式下降管，下降管上段设置水冷却结构，可以有效加强激冷水在下降管壁上的换热作用，能克服气体温度过高或激冷环偏流引起的下降管烧毁等问题。同时，从水冷却结构顶部流出的冷却水也能够移除激冷环附近部分热量，有效的保护了激冷环和下降管在超高温工况下的使用，延长其设备使用寿命。
2、水冷却结构只设置在下降管外壁上段，旨在保护最容易被高温烧坏的下降管中上部，节约设备成本。只保留有冷却水入口管和出口管的水冷却结构，迫使冷却水在水冷结构内部绕行后流入渣池，强化了其与下降管之间的换热，也可以避免灰渣落入水冷却结构内引起的堵塞，保证了水冷却结构的长期正常运行。
3、合理设计的分段式下降管，下降管下段外圈设置有上升管，保留了一定长度的上升管结构有利于合成气的洗涤除尘；上升管与下降管上端冷却夹套或盘管下边缘设有高度差，使上升管上端出口不与水冷却结构底部接触，有效避免了从上升管出来的合成气流对水冷却结构的冲刷以及细小灰渣在水冷却结构上的粘结。
4、改进后的洗涤冷却室结构，能满足干煤粉更高温气化粗合成气激冷流程工艺，有利于装置设备的安全稳定运行。
附图说明
图1为本发明提供的一种高温煤气冷却洗涤装置结构示意图；
图2为水夹套式水冷结构俯视图；
图3为盘管式水冷结构图。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
如图1所示，为本发明提供的一种高温煤气冷却洗涤装置，包括承压壳体1、激冷环5、下降管10、上升管9、水冷却结构7和合成气出口3等。
激冷环5与设置在承压壳体1上的激冷水进口6相连接，激冷水通过激冷环5进入下降管10内。下降管10上端固定连接于激冷环5上，下降管10分为上下两段，上段外壁布置有水冷却结构7，下段则设置有上升管9。水冷却结构7布置在下降管10的上段，水冷却结构7顶部可与激冷环5接触但不连通，水冷却结构7底部与设置在承压壳体1上的冷却水入口8相连接，冷却水从冷却水出口14流出后落入渣池11中。布置有水冷却结构7的下降管10上段长度≤2/3整个下降管10长度。上升管9与下降管10上的水冷却结构7的下边缘设有300mm～1200mm高度差，从而使得水冷却结构7底部不与上升管9顶部接触。上升管9设置在下降管10下段外圈，与下降管10呈同心圆结构排列，上升管9与下降管10下段之间形成环形通道。上升管9顶部有出口15，底部为扩口结构。下降管10底部为锯齿状结构。上升管9的底部和下降管10的底部均浸入渣池11内的水中。合成气出口3设置在洗涤冷却室顶部一侧的承压壳体1上，并设置有合成气出口挡板4。渣池11的底部设有排渣口13及黑水出口12。
从气化室2出来的高温煤气携带灰渣，在下降管10直立的通道引导下排至渣池11底部，激冷水通过激冷环5进入下降管10，在下降管10内壁形成水膜并沿着下降管10流入渣池11。下降管10上段布置有水冷却结构7，冷却水从水冷却结构7底部的冷却水进口8进入，沿着下降管10外壁从下自上绕行到水冷却结构7顶部的冷却水出口14流出，最终落入渣池11内。增加了水冷却结构7的下降管10能克服气体温度过高或激冷环5偏流引起的下降管10烧毁等问题。同时，从水冷却结构7顶部流出的冷却水也能够移除激冷环5附近部分热量，有效的保护了激冷环5的使用。下降管10下段外设置有上升管9，从内到外由下降管10、上升管9、承压外壳1组成同心圆，高温粗合成气沿着下降管10通道到渣池11内的水中，经过渣池11水洗涤后，沿着下降管10和上升管9之间的环形通道上升，最终洗涤后的合成气由上升管9顶部出口处15后经过合成气出口进入下一工序。同时，合成气出口3设置在洗涤冷却室顶部一侧，最大限度的增加气液分离空间高度，有利于减少出口合成气带水。
水冷却结构7可以采用如图2所示的水夹套式水冷结构，也可以采用如图3所示的盘管式水冷结构。
以煤为原料的日处理量为1152吨/天的干煤粉气化装置为例，气化压力为4.0MPa，干煤气(CO+H2)产率量为875000N3/h。反应后的高温煤气(1350℃～1400℃)、未反应的碳与熔渣并流向下离开反应室，经过渣口保护罩和渣口热裙后进入激冷室。由于采用干煤粉气流床气化，反应温度很高，渣呈熔融状态排出气化室。在洗涤除渣室内，1350℃左右的合成气与灰渣颗粒被洗涤水激冷至220℃左右，需要激冷水280吨/小时，其中约2吨水经由水冷却结构出口流出，水流速约5m/s。除去大部分灰渣，激冷后的合成气在激冷室上升管上升，出激冷室后去下游气体洗涤工序进一步除尘、除卤化物。灰渣在合成气流向下夹带和重力作用下，经过水洗后90％沉积到底部渣水池中，经过上升管内进一步除尘后，到达合成气出口。由此可见，本发明结构简单，具有较强的洗涤冷却能力，能够满足干煤粉高温气化粗合成气激冷流程工艺，有利于装置设备的安全稳定运行。

Claims (10)

1.一种高温煤气冷却洗涤装置，包括由内至外依次同轴布置的下降管(10)、上升管(9)及承压壳体(1)，激冷水通过激冷环(5)进入下降管(10)，并在在下降管(10)内壁形成水膜，承压壳体(1)内上部为气化室(2)，底部则为渣池(11)，下降管(10)及上升管(9)的底部均浸没在渣池(11)内的水中，渣池(11)与承压壳体(1)上的黑水出口(12)及排渣口(13)相通，在承压壳体(1)上还设有合成气出口(3)，其特征在于，在所述下降管(10)外设有包裹下降管(10)的水冷却结构(7)，水冷却结构(7)的冷却水出口(14)布置在靠近所述激冷环(5)的位置处，在所述下降管(10)外下段设有上升管(9)。
2.如权利要求1所述的一种高温煤气冷却洗涤装置，其特征在于，所述水冷却结构(7)与所述激冷环(5)相接触但不连通。
3.如权利要求2所述的一种高温煤气冷却洗涤装置，其特征在于，所述下降管(10)分为上、下两段，所述水冷却结构(7)仅位于上段，所述上升管(9)位于下段，上升管(9)顶部与水冷却结构(7)底部边缘之间留有间隙。
4.如权利要求3所述的一种高温煤气冷却洗涤装置，其特征在于，所述上升管(9)与所述水冷却结构(7)之间的间隙为300mm～1200mm。
5.如权利要求4所述的一种高温煤气冷却洗涤装置，其特征在于，所述下降管(10)上段的长度≤2/3整个所述下降管(10)的长度。
6.如权利要求5所述的一种高温煤气冷却洗涤装置，其特征在于，冷却水通过冷却水进口进入所述水冷却结构(7)后全部在所述水冷却结构(7)内绕行后仅由所述冷却水出口(14)流出并落入渣池(11)。
7.如权利要求1所述的一种高温煤气冷却洗涤装置，其特征在于，所述上升管(9)的底部为扩口结构。
8.如权利要求1所述的一种高温煤气冷却洗涤装置，其特征在于，所述下降管(10)的底部为锯齿状结构。
9.如权利要求1所述的一种高温煤气冷却洗涤装置，其特征在于，所述合成气出口(3)布置在所述承压壳体(1)顶部一侧上。
10.如权利要求1所述的一种高温煤气冷却洗涤装置，其特征在于，在所述合成气出口(3)内设有合成气出口挡板(4)。
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