CN108636018A - 一种含尘合成气的混合器洗涤装置和混合器洗涤系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种含尘合成气的混合器洗涤装置，包括合成气管和至少一组灰水管路，所述灰水管路包括灰水进口管、灰水管和设于灰水管上的雾化喷嘴；所述灰水进口管开设于所述合成气管的管壁上，所述灰水管与所述灰水进口管连通且沿所述合成气管内壁设置；所述雾化喷嘴的密度为每单位长度合成气管内设有6～60个。还公开了一种含尘合成气的混合器洗涤系统，包括一旋风分离器和一洗涤塔，该混合器洗涤系统还包括所述的含尘合成气的混合器洗涤装置，所述含尘合成气的混合器洗涤装置、所述旋风分离器和所述洗涤塔依次相互连通。本发明混合器洗涤装置提高了净化效率，气体无压力损失，喷嘴雾化所需的液体压降较低，节省投资，设备寿命长易维护。

Description

一种含尘合成气的混合器洗涤装置和混合器洗涤系统
技术领域
本发明涉及一种含尘合成气的混合器洗涤装置和混合器洗涤系统。
背景技术
合成气制备气化过程是含碳物质(包括煤、石油焦、生物质、污泥、垃圾和有机固废等)和气化剂(包括纯氧、富氧、空气和蒸汽等)发生化学反应产生可燃性气体(合成气)的工艺过程。由于气化炉内为复杂多相系统，产物合成气中携带大量的飞灰颗粒，同时还包括未完全反应的煤粉、添加剂颗粒等，性质各异，成分复杂，粒度分布宽，易堵塞管路和喷嘴等。所以，对合成气的净化除尘是其进一步深加工的前提条件。
目前工业上的合成气净化除尘采用以文丘里洗涤器为基础的洗涤系统，如授权公告号为CN200964404Y和CN203593734U的中国专利文献。文丘里管包括收缩段、喉管和扩散段。含尘气体进入收缩段后，流速增大，进入喉管时达到最大值。洗涤液从收缩段或喉管加入，气液两相间相对流速很大，液滴在高速气流下雾化。尘粒与液滴或尘粒之间发生激烈碰撞和凝聚，并在后续水洗塔等设备中除去。
现有装置存在以下主要问题：
文丘里洗涤器需高速气流来雾化液体，一般要将合成气加速至70m/s以上，压降大，压力损失大，且设备模式单一，操作弹性小；
高速颗粒对设备磨蚀严重，对设备要求高；
不适用于高含尘量(高灰分煤气化、粉煤气化)的合成气净化除尘；
文丘里洗涤器放大困难，不适用于大型煤化工；
洗涤系统易大量积液，诱发压差大幅波动，导致气化系统停车。
合成气净化除尘系统通常采用系统灰水作为洗涤用水，系统灰水含有大量颗粒，易堵塞管路和喷嘴等，不利于雾化。同时系统压力高，导致洗涤用水和系统的压差小，也不利于雾化。而后续工艺和设备对合成气要求高，灰含量需要小于1mg/m3，同时要求合成气经过洗涤装置的压降要低。现有文丘里洗涤器已无法满足需求。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的含尘气体洗涤系统存在压降大，压力损失大，且高速颗粒对设备磨蚀严重，导致难以长期高效地净化高灰分煤气的缺陷，提供一种含尘合成气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：
本发明提供了一种含尘合成气的混合器洗涤装置，包括合成气管和至少一组灰水管路，所述灰水管路包括灰水进口管、灰水管和设于灰水管上的雾化喷嘴；
所述灰水进口管开设于所述合成气管的管壁上，所述灰水管与所述灰水进口管连通且沿所述合成气管内壁设置；
所述雾化喷嘴的密度为每米合成气管内设有6～60个。
本发明中，所述合成气管优选为直管。
其中，较佳地，所述合成气管的直径为D，且该合成气管的直径取值范围为大于200mm。进一步地，大于450mm，小于6米。所述合成气管的长度取值范围为大于2D。
本发明中，所述雾化喷嘴的密度优选为每米合成气管内设有20～40个。
本发明中，所述灰水管的布置方式可为本领域常规的布置方式，例如设置为环管、螺旋管和直管中的一种或其组合。本发明优选为直管，进一步优选为沿所述合成气管内管壁轴向布置的直管。
其中，所述灰水管的数量本领域技术人员知晓可根据需要采用本领域常规手段设置，本发明优选为2至8根，进一步优选为4至8根。
其中，单根所述灰水管上所述雾化喷嘴的取值范围优选为大于3个。
其中，所述灰水管的长度本领域技术人员知晓可根据需要采用本领域常规手段设置，一般来说，灰水管的长度小于合成气管的长度，例如可为合成气管长度的60％～90％。
本发明中，所述灰水管路还可包括第一灰水环管，所述第一灰水环管与所述灰水进口管连通且沿所述合成气管内壁周向设置，所述第一灰水环管周向连通有若干灰水管，所述灰水管沿所述合成气管内壁轴向设置。
本发明中，当灰水易结垢时，所述灰水管路还可包括灰水出口管，所述灰水出口管开设于所述合成气管的管壁上，与所述灰水管连通；由此实现灰水在管道内不断流通避免结垢。
其中，较佳地，所述灰水管路还可包括第二灰水环管，所述第二灰水环管与所述灰水出口管连通且沿所述合成气管内壁周向设置，所述灰水管的一端与第一灰水环管连通，另一端与第二灰水环管连通。
其中，所述灰水进口管、第一灰水环管、灰水管、第二灰水环管和灰水出口管的管径本领域技术人员知晓可根据需要采用本领域常规手段设置，以保证灰水速度的取值范围为0.2～20m/s。一般来说，所述第二灰水环管的直径小于第一灰水环管的直径；所述灰水出口管的直径小于所述灰水进口管的直径。
本发明中，所述雾化喷嘴的轴线与所述合成气管径向之间的夹角α优选为0～70°。
其中，夹角α可根据合成气管中合成气流速的不同进行具体设置，较佳地，所述夹角α的角度随着合成气管中合成气流速的增加而增加，当合成气流速大于55m/s时，α＝70°。
其中，当所述雾化喷嘴的径向与所述灰水管的轴向之间的夹角β为0时，所述雾化喷嘴直接设于所述灰水管的管壁上，当β大于0°时，所述雾化喷嘴通过导筒与所述灰水管连接。
本发明中，所述雾化喷嘴可包括连通的喷嘴入口、喷腔以及喷嘴出口；其中，所述喷嘴入口包括轴向入口与切向入口；自喷嘴入口至喷嘴出口方向上所述喷腔设置为渐缩腔体；所述轴向入口和所述喷嘴出口均与所述渐缩腔体同轴；所述切向入口与所述渐缩腔体的轴线垂直。
其中，所述渐缩腔体的收缩角γ较佳地为65～120°。
其中，所述渐缩腔体的长度较佳地为5～50mm。
其中，所述切向入口直径取值范围较佳地为2～10mm。
其中，所述轴向入口直径取值范围较佳地为0～10mm。
其中，所述喷嘴出口直径取值范围较佳地为3～10mm。在该设置下，所述雾化喷嘴的雾化效果较佳，液滴大小适中。
其中，较佳地，所述喷嘴出口还设有弧形凸起，该设置可以使雾化喷嘴的雾化效果更佳，液滴分布更均匀。
本发明还提供了一种含尘合成气的混合器洗涤系统，包括一旋风分离器和一洗涤塔，该混合器洗涤系统还包括如上所述的含尘合成气的混合器洗涤装置，所述含尘合成气的混合器洗涤装置、所述旋风分离器和所述洗涤塔依次相互连通。
所述旋风分离器可为本领域常规的旋风分离器。
所述洗涤塔可为本领域常规的洗涤塔。
灰水经所述混合器洗涤装置与含尘合成气混合，经旋风分离器和洗涤塔后得到洁净合成气，所得灰水返回至所述混合器洗涤装置。
本发明的积极进步效果在于：
(1)本发明的混合器洗涤装置采用多级组合式的雾化喷嘴，依据处理原料和规模的不同可灵活调整设计，极大的增加了雾化液滴与灰尘的接触面积，提高了净化效率，并非常适合于大型化和高含尘量合成气净化。
(2)本发明的混合器洗涤装置在使用时液体完全由雾化喷嘴来实现雾化，不需要合成气产生的高速气流来雾化液体，因此气体无压力损失，也没有高速颗粒的磨蚀问题。喷嘴雾化所需的液体压降较低，节省投资，设备寿命长易维护。液体出口分散，不会产生大量积液，有利于气化系统长周期安全稳定运行。本发明的混合器洗涤装置的合成气管路优选为直管时，无积灰问题。
(3)本发明的混合器洗涤装置在使用时当操作负荷(原料处理量)波动很大时，通过设置多组灰水管路可保持高效、稳定和安全的净化除尘效果。当负荷较低时，关闭部分灰水管路；负荷较高时，启用全部灰水管路。
附图说明
图1为本发明实施例1的含尘气体的混合器洗涤装置的剖视图。
图2为图1中A-A截面的示意图。
图3为本发明灰水管上雾化喷嘴位置的示意图。
图4为图3中B-B截面的示意图。
图5为本发明雾化喷嘴的结构示意图。
图6为图5所示的雾化喷嘴的C部的放大图。
图7为本发明实施例1的含尘合成气的混合器洗涤系统的示意图。
图8为本发明实施例2的含尘气体的混合器洗涤装置的剖视图。
图9为本发明实施例3的含尘气体的混合器洗涤装置的剖视图。
附图标记说明：
1-合成气管，21-灰水进口管，22-第一灰水环管，23-灰水管，24-雾化喷嘴，25-第二灰水环管，26-灰水出口管，27-导筒，241-雾化喷嘴轴向入口，242-雾化喷嘴切向入口，243-雾化喷嘴出口，244-雾化喷嘴喷腔，245-雾化喷嘴出口弧形凸起。
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。
实施例1
如图1～6所示，本实施例含尘合成气的混合器洗涤装置，包括合成气管1和一组灰水管路，该灰水管路包括灰水进口管21、第一灰水环管22、灰水管23和雾化喷嘴24；
该灰水进口管21开设于该合成气管1的管壁上，该第一灰水环管22与该灰水进口管21连通且沿该合成气管1内壁周向设置，该第一灰水环管22在沿其周向连通有若干灰水管23，该灰水管23沿该合成气管1内壁轴向设置，沿该灰水管23设有若干雾化喷嘴24；雾化喷嘴24的密度为每米合成气管内设有30个。
该合成气管1为直管，直径为D，直径为D的尺寸为500mm，合成气管1的长度为1200mm，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200mm至6000mm的范围内选择，长度的取值范围为大于2D。
该灰水进口管21的直径为90mm。
该第一灰水环管22的直径为65mm。
该灰水管23的直径为45mm。
该灰水管23的长度为1000mm。
本实施例灰水管23的数量为4根，且每根灰水管23的设置相同，实际制作时，灰水管23的数量可以在2至8根的范围内选择，且各灰水管的设置可以相同或不同。
本实施例单根灰水管23上雾化喷嘴24的数量为9个，雾化喷嘴24均匀分布在灰水管23上。实际制作时，雾化喷嘴24的数量的取值范围为大于3个。
本实施例雾化喷嘴24通过导筒27与灰水管23连接，该雾化喷嘴24的轴线与合成气管1径向之间的夹角α为30°，雾化喷嘴24的径向与灰水管23的轴向之间的夹角β为30°。实际制作时，夹角α可以在0～70°的范围内选择。当雾化喷嘴24的径向与灰水管23的轴向之间的夹角β为0时，雾化喷嘴24直接设于灰水管23的管壁上，当β大于0°时，雾化喷嘴24通过导筒27与灰水管23连接。
雾化喷嘴24包括连通的喷嘴入口、喷腔244以及喷嘴出口243；其中，该喷嘴入口包括轴向入口241与切向入口242；自喷嘴入口至喷嘴出口方向上喷腔244设置为渐缩腔体；轴向入口241和喷嘴出口243均与该渐缩腔体同轴；切向入口242与该渐缩腔体的轴线垂直。
该渐缩腔体的收缩角γ为100°，实际制作时，收缩角γ可以在65～120°的范围内选择。该渐缩腔体的长度为15mm，实际制作时，该渐缩腔体的长度可以在5～50mm的范围内选择。
本实施例雾化喷嘴24的切向入口242直径为5mm，轴向入口241直径为3mm，出口243直径为6mm。实际制作时，雾化喷嘴24的切向入口242的直径可以在2～10mm的范围内选择，轴向入口241的直径可以在0～10mm的范围内选择，出口243的直径可以在3～10mm的范围内选择。
本实施例雾化喷嘴24的出口243处设有弧形凸起245。
本实施例的含尘合成气的混合器洗涤装置的工作原理如下：灰水流经各级灰水管路分配后，进入多个喷嘴雾化，形成多层次密集分布的水雾区。同时，高速液滴之间相互作用之后还会形成大量的二次雾化小液滴，进一步优化液滴的粒径分布和空间分布情况。含尘气体进入混合器洗涤装置后，经过多级水雾的连续洗涤净化，尘粒与高速液滴之间发生激烈碰撞和凝聚，并在后续设备中除去。
如图7所示，本实施例的含尘合成气的混合器洗涤系统的结构如下：包括一个旋风分离器和一个洗涤塔，该混合器洗涤系统还包括如上所述的含尘合成气的混合器洗涤装置，该含尘合成气的混合器洗涤装置、该旋风分离器和该洗涤塔依次相互连通。具体上，该旋风分离器和该洗涤塔可为专利申请号ZL01112700.7具体实施方式中公开的旋风分离器和水洗塔。
灰水液滴经该混合器洗涤装置与含尘合成气混合后，再经过旋风分离器和洗涤塔的分离和净化，就可以得到高纯的合成煤气，所得灰水返回至该混合器洗涤装置。
为了测试含尘合成气的混合器洗涤装置的性能，实际设计了几款不同尺寸的含尘合成气的混合器洗涤装置，现对其中一款含尘合成气的混合器洗涤装置性能予以分析：
大型气流床煤气化装置，合成气量：7324.57m3/h，密度：21.77kg/m3；灰水量：55m3/h，密度：916.73kg/m3。
采用本实施例含尘合成气的混合器洗涤装置，合成气管直径500mm，合成气管长度1200mm。灰水管数量4个，单根灰水管上雾化喷嘴9个，雾化喷嘴24的轴线与合成气管1径向之间的夹角α为30°。雾化喷嘴切向入口5mm，雾化喷嘴轴向入口3mm，雾化喷嘴出口6mm。与专利授权公告号CN203593734U公开的技术相比，雾化粒径减小45％，合成气压力损失减小85％，颗粒分离效率提高50％，主要设备无磨蚀和积灰情况，洗涤系统合成气管路的压力无明显波动情况。
含尘合成气的混合器洗涤装置的关键参数的尺寸如表1所示，灰尘颗粒捕获效率具体如表2所示。
表1
表2
粒径(<um) 分离效率％
1.660 69.8
3.802 91.5
5.754 98.4
10.000 99.1
22.909 99.7
大于30.200 100
改变含尘合成气的混合器洗涤装置的尺寸，对含尘合成气的混合器洗涤装置性能予以分析：
大型气流床煤气化装置，合成气量：7324.57m3/h，密度：21.77kg/m3；灰水量：55m3/h，密度：916.73kg/m3。
含尘合成气的混合器洗涤装置的关键参数的尺寸如表3所示，灰尘颗粒捕获效率具体如表4所示。与专利授权公告号CN203593734U公开的技术相比，雾化粒径减小47％，合成气压力损失减小88％，颗粒分离效率提高53％，主要设备无磨蚀和积灰情况，洗涤系统合成气管路的压力无明显波动情况。
表3
表4
粒径(<um) 分离效率％
1.660 71.8
3.802 93.2
5.754 98.9
10.000 99.3
22.909 99.8
大于30.200 100
改变含尘合成气的混合器洗涤装置的尺寸，对含尘合成气的混合器洗涤装置性能予以分析：
大型气流床煤气化装置，合成气量：7324.57m3/h，密度：21.77kg/m3；灰水量：55m3/h，密度：916.73kg/m3。
含尘合成气的混合器洗涤装置的关键参数的尺寸如表5所示，灰尘颗粒捕获效率具体如表6所示。与专利授权公告号CN203593734U公开的技术相比，雾化粒径减小18％，合成气压力损失减小31％，颗粒分离效率提高15％，主要设备无磨蚀和积灰情况，洗涤系统合成气管路的压力无明显波动情况。
表5
参数 数值
合成气管直径 500mm
合成气管长度 1200mm
灰水进口管直径 90mm
第一灰水环管直径 65mm
灰水管直径 45mm
灰水管数量 2根
雾化喷嘴密度 每米合成气管内设有12个
α 0°
β 0°
γ 60°
雾化喷嘴渐缩腔体的长度 5mm
雾化喷嘴切向入口直径 10mm
雾化喷嘴轴向入口直径 0mm
雾化喷嘴出口直径 10mm
表6
粒径(＜um) 分离效率％
1.660 49.8
3.802 87.9
5.754 93.8
10.000 98.1
22.909 99.4
30.200 99.7
大于39.8 100
实施例2
如图8所示，本实施例含尘合成气的混合器洗涤装置包括3组灰水管路，实际制作时，根据气化炉操作负荷的不同灵活设置。
该灰水管路与实施例1相同，本实施例含尘合成气的混合器洗涤装置的其他部分与实施例1相同。
实施例3
如图9所示，本实施例含尘合成气的混合器洗涤装置中，灰水管路还包括第二灰水环管25和灰水出口管26，该灰水出口管26开设于合成气管1的管壁上，该第二灰水环管25与该灰水出口管26连通且沿该合成气管内壁周向设置，灰水管23的一端与第一灰水环管22连通，另一端与第二灰水环管25连通。该第二灰水环管25的直径为20mm，该灰水出口管26的直径为45mm。
本实施例含尘合成气的混合器洗涤装置的其他部分与实施例1相同。
本实施例的含尘合成气的混合器洗涤装置的工作原理如下：当灰水含固率很高、灰水中颗粒易沉降、低负荷操作等情况时，采用循环管路可以使灰水在灰水管路内保持一定流速的流动，有效避免灰水管路的结垢堵塞。

Claims (10)

1.一种含尘合成气的混合器洗涤装置，其特征在于，包括合成气管和至少一组灰水管路，所述灰水管路包括灰水进口管、灰水管和设于灰水管上的雾化喷嘴；
所述灰水进口管开设于所述合成气管的管壁上，所述灰水管与所述灰水进口管连通且沿所述合成气管内壁设置；
所述雾化喷嘴的密度为每米合成气管内设有6～60个。
2.根据权利要求1所述的含尘合成气的混合器洗涤装置，其特征在于，所述雾化喷嘴的密度为每米合成气管内设有20～40个。
3.根据权利要求1所述的含尘合成气的混合器洗涤装置，其特征在于，所述灰水管为环管、螺旋管和直管中的一种或其组合；
较佳地，所述灰水管为直管；更佳地，所述灰水管为沿所述合成气管内管壁轴向布置的直管；
较佳地，所述灰水管的数量为2至8根；进一步优选为4至8根。
4.根据权利要求1所述的含尘合成气的混合器洗涤装置，其特征在于，所述合成气管为直管；
较佳地，所述合成气管的直径为D，且该合成气管的直径取值范围为大于200mm；更佳地，所述合成气管的直径大于450mm，小于6米；
较佳地，所述合成气管的长度取值范围为大于2D。
5.根据权利要求1所述的含尘合成气的混合器洗涤装置，其特征在于，所述雾化喷嘴的轴线与所述合成气管径向之间的夹角α为0～70°；
较佳地，当合成气流速大于55m/s时，所述雾化喷嘴的轴线与所述合成气管径向之间的夹角α＝70°。
6.根据权利要求1所述的含尘合成气的混合器洗涤装置，其特征在于，
所述雾化喷嘴包括连通的喷嘴入口、喷腔以及喷嘴出口，其中，所述喷嘴入口包括轴向入口与切向入口；自喷嘴入口至喷嘴出口方向上所述喷腔设置为渐缩腔体；所述轴向入口和所述喷嘴出口均与所述渐缩腔体同轴；所述切向入口与所述渐缩腔体的轴线垂直；
较佳地，所述渐缩腔体的收缩角γ为65～120°；
较佳地，所述渐缩腔体的长度为5～50mm；
较佳地，所述切向入口直径取值范围为2～10mm；
较佳地，所述轴向入口直径取值范围为0～10mm；
较佳地，所述喷嘴出口直径取值范围为3～10mm；
较佳地，所述喷嘴出口还设有弧形凸起。
7.根据权利要求1所述的含尘合成气的混合器洗涤装置，其特征在于，
所述灰水管路还包括第一灰水环管，所述第一灰水环管与所述灰水进口管连通且沿所述合成气管内壁周向设置，所述第一灰水环管周向连通有若干灰水管，所述灰水管沿所述合成气管内壁轴向设置；
较佳地，所述灰水管路还包括灰水出口管，所述灰水出口管开设于所述合成气管的管壁上，与所述灰水管连通。
8.根据权利要求7所述的含尘合成气的混合器洗涤装置，其特征在于，所述灰水管路还包括第二灰水环管，所述第二灰水环管与所述灰水出口管连通且沿所述合成气管内壁周向设置，所述灰水管的一端与第一灰水环管连通，另一端与第二灰水环管连通。
9.一种含尘合成气的混合器洗涤系统，其特征在于，包括一旋风分离器和一洗涤塔，该混合器洗涤系统还包括权利要求1～8任一项所述的含尘合成气的混合器洗涤装置，所述含尘合成气的混合器洗涤装置、所述旋风分离器和所述洗涤塔依次相互连通。
10.根据权利要求9所述的含尘合成气的混合器洗涤系统，其特征在于，灰水经所述混合器洗涤装置与含尘合成气混合，经旋风分离器和洗涤塔后得到洁净合成气，所得灰水返回至所述混合器洗涤装置。
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