CN111423908A - 一种包含合成气激冷装置的气化炉及其使用方法 - Google Patents
一种包含合成气激冷装置的气化炉及其使用方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111423908A CN111423908A CN202010399824.6A CN202010399824A CN111423908A CN 111423908 A CN111423908 A CN 111423908A CN 202010399824 A CN202010399824 A CN 202010399824A CN 111423908 A CN111423908 A CN 111423908A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- liquid
- gas
- outlet
- chilling device
- chilling
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000002309 gasification Methods 0.000 title claims abstract description 54
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 242
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 96
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 20
- 238000010791 quenching Methods 0.000 claims abstract description 18
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 63
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims description 63
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 19
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 17
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 15
- 239000010866 blackwater Substances 0.000 claims description 14
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 13
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 10
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 10
- 235000017166 Bambusa arundinacea Nutrition 0.000 claims description 4
- 235000017491 Bambusa tulda Nutrition 0.000 claims description 4
- 241001330002 Bambuseae Species 0.000 claims description 4
- 235000015334 Phyllostachys viridis Nutrition 0.000 claims description 4
- 239000011425 bamboo Substances 0.000 claims description 4
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 abstract description 5
- 235000010891 Ptelea trifoliata Nutrition 0.000 abstract description 2
- 241000537371 Fraxinus caroliniana Species 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 134
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 7
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 6
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 6
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 5
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 5
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 5
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 2
- 230000001174 ascending effect Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 2
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 2
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 2
- RZVHIXYEVGDQDX-UHFFFAOYSA-N 9,10-anthraquinone Chemical compound C1=CC=C2C(=O)C3=CC=CC=C3C(=O)C2=C1 RZVHIXYEVGDQDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 1
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 244000097592 Ptelea trifoliata Species 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000008258 liquid foam Substances 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 239000002006 petroleum coke Substances 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 description 1
- 238000007619 statistical method Methods 0.000 description 1
- 239000010902 straw Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
- C10J3/72—Other features
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
- C10J3/72—Other features
- C10J3/82—Gas withdrawal means
- C10J3/84—Gas withdrawal means with means for removing dust or tar from the gas
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Industrial Gases (AREA)
Abstract
本发明的目的在于提供一种包含合成气激冷装置的气化炉及其使用方法，减少合成气带水带灰及装置内部积灰问题；为达到上述目的，本发明的解决方法是提供一种包含合成气激冷装置的气化炉，包括：内置于气化炉内的激冷装置；所述气化炉装置包括炉壳和内置于炉壳内的气化室，所述气化室下端的出口处连接有导气管；所述激冷装置位于所述气化室的下方，所述激冷装置包括惯性分离区、液体捕灰区和除液区，所述惯性分离区、液体捕灰区和除液区由下至上依次设置于所述导气管两侧，所述导气管垂直向下延伸进入所述激冷装置中，并伸入设置于所述激冷装置下部的水浴中。
Description
技术领域
本发明涉及气化炉领域，尤其涉及一种应用于气化炉的合成气激冷装置。
背景技术
以煤、石油焦等矿物燃料、植物秸秆等生物质燃料或生活垃圾等含碳物质为原料的气化技术，主要目的是将含碳原料制成以CO和H2为主要成分的合成气，使含碳原料中的化学能部分地转化为合成气的化学能，合成气作为燃料或后续工艺的原料加以利用。如，使含碳燃料与气化剂在高温下发生不完全燃烧反应，燃料中碳、氢元素大部分转化为CO、H2。气化燃料尤其是煤气化产生的合成气温度高、含灰渣量大，因此合成气进一步利用的必要前提就是对其进行降温和除灰。合成气激冷即为一种最为常见且简单易行的合成气降温除灰方法。
CN101935552公开了一种用于气化器的激冷室组件，具体而言，一种气化器包括燃烧室，在其中燃烧可燃烧燃料以产生合成气和颗粒状固体残留物。具有液体冷却剂的激冷室设置在该燃烧室的下游。浸渍管设置成将燃烧室联接到激冷室上。合成气从燃烧室经由浸渍管引向激冷室以接触液体冷却剂并产生冷却的合成气。吸出管环绕浸渍管设置，使得在吸出管和浸渍管之间形成环形通道。非对称或对称的挡板设置成靠近激冷室的出口路径。但是上升管形式激冷装置的容易产生合成气带水、带灰问题，即合成气携带较多的液沫和灰渣，导致下游装置运行失常、合成气管道积灰等。
CN103627440公开了一种旋流干煤粉气化炉，包括旋流煤粉烧嘴、反应室、排渣口、激冷室、外壳和保护环。旋流煤粉烧嘴的冷却循环水通道在向火端螺旋盘绕，冷却效果出色，排渣口的上部与下部分别与反应室的下部和保护环的上部连通，保护环的下部与激冷室的下降管上部连通，排渣口的直径与反应室的直径的比例为1:3～1:4。激冷室包括激冷环、下降管和破泡板，破泡板设置在下降管与外壳之间，反应室及排渣口的外部设有冷却水盘管。但是破泡板形式激冷装置容易产生内部积灰问题，破泡板积灰严重，导致激冷除灰效果下降，甚至引起系统停车。
因此，有针对性的对气化炉领域提供一种包含合成气激冷装置的气化炉及其使用方法，是亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种有效的包含合成气激冷装置的气化炉及其使用方法，减少合成气带水带灰及装置内部积灰问题。
为达到上述目的，本发明的解决方法是提供一种包含合成气激冷装置的气化炉，包括：内置于气化炉内的激冷装置；
所述气化炉装置包括炉壳和内置于炉壳内的气化室，所述气化室下端的出口处连接有导气管；
所述激冷装置位于所述气化室的下方，所述激冷装置包括惯性分离区、液体捕灰区和除液区，所述惯性分离区、液体捕灰区和除液区由下至上依次设置于所述导气管两侧，所述导气管垂直向下延伸进入所述激冷装置中，并伸入设置于所述激冷装置下部的水浴中。
进一步地，所述惯性分离区包括导气喷口和限流筒，所述导气喷口位于所述导气管的末端，导气喷口的入口端与导气管相连，导气喷口的出口为开口形式，所述导气喷口的出口端位于水浴初始液位以下，所述限流筒由一个或多个两端开口的筒形结构组成，筒形结构的等效直径大于导气喷口的等效直径，由支撑结构固定于导气喷口的外围，所述限流筒的下部位于所述水浴初始液位以下，上部位于初始液位以上。
进一步地，导气喷口的出口端采用多边形、花瓣形、圆环结构或多出口结构，导气喷口的出口处气流速度为3～30m/s，优选10～20m/s。
进一步地，所述限流筒设置为单级或多级，当所述限流筒为单级时，所述限流筒仅包括一个筒形结构；当所述限流筒为多级时，所述限流筒包括两个以上的筒形结构，筒形结构按等效直径由小到大，编号依次为一级、二级、三级或以上级别，筒形结构上沿距离所述水浴初始液位的距离以及筒形结构下沿距离所述水浴初始液位的距离均随编号增大而增大。
优选地，导气喷口出口距离水浴初始液位的高度为导气喷口等效直径的0.5～2倍；最高一级筒形结构在水浴初始液位以上的高度为所述导气管与所述导气喷口总高度的30～50％，在水浴初始液位以下的高度为所述导气喷口等效直径的-2-4倍；最低一级筒形结构在水浴初始液位以上的高度为所述导气管与所述导气喷口总高度的10～30％，在水浴初始液位以下的高度为导气喷口等效直径的1～3倍。
进一步地，所述液体捕灰区的主要装置包括飞液挡板，所述飞液挡板为一级或多级，当所述飞液挡板设置为多级时，多级飞液挡板交错设置于导气管和炉壳内壁上，形成曲折的气流行程，提高飞液拦截效果。
进一步地，飞液挡板上设置有液体喷口，向合成气中喷射液体，增加气相空间的液量，提升液体捕灰的效果。
进一步地，所述除液区由布置于所述导气管和所述炉壳内壁之间环形空间的除液器构成，除液器由除液叶片组成，除液叶片在环形通道中呈辐射状排布，所述除液叶片为多折折板形式，折板夹角60°～180°。
优选地，除液叶片为三至六折折板，折板的夹角为90°～120°。
进一步地，所述炉壳在位于所述水浴液面下部设有黑水出口，所述炉壳在位于所述除液区上方设有激冷装置出口、飞液挡板液体入口和激冷水入口，所述黑水出口、飞液挡板液体入口和激冷水入口分别设有阀门。
进一步地，所述炉壳外还设有合成气激冷装置监控系统，包括信号采集层和数据中心，信号采集层含有压力、液位、温度等传感器，数据中心包括历史数据库、实时数据库和运算模块。信号采集层将实时采集数据传送给实时数据库，进行数据预处理后传送至运算模块，同时运算模块也从其它传感器和历史数据库调取数据，运算模块完成数据计算与分析，将计算分析结果传输给DCS系统或根据计算分析结果调节阀门，将分析结果显示于显示器，将实时数据及计算数据存入历史数据库。
优选地，所述其它传感器包括合成气流量传感器、合成气温度传感器和合成气压力传感器。
本发明还提供一种采用前述气化炉进行的合成气激冷方法，包括：
101：气化室产生的合成气从导气喷口喷入水浴；
102：惯性分离过程：合成气通过水浴后进入惯性分离区，当气化室运行时，合成气从导气喷口的出口喷出，在出口下缘及外侧形成气流通道，大颗粒由于惯性作用与气流分离落入水浴中，同时一部分液体被气流带入气相空间；除去颗粒物的合成气继续通过所述限流筒，当气化室运行气量较低时，气流通道主要在一级筒形结构以内，当运行气量增大到一级筒形结构气量上限即设计气量的40～80％以上后，则一部分气体进入一级筒形结构和二级筒形结构中间的环形通道，甚至是更高级别限流筒的中间环形通道内；
103：液体捕灰过程：合成气进入液体捕灰区，合成气与气相空间的液体在飞液挡板所限定的空间中继续作用，合成气携带的小颗粒灰被液体捕集；
104：除液过程：合成气经过除液器，大幅去除合成气中的液滴，减少合成气带水；
105：合成气从激冷装置出口排出，合成气激冷装置监控系统实时采集压差、液位与温度信号，计算合成气带水量，分析激冷室工作状态，并将优化的操作数据传输给DCS系统或根据数据调节阀门。
本发明优点：
1)传统技术上升管结构中上升管出口与激冷装置出口距离近，且上升管与导气管之间的环缝宽度固定，高气量时容易产生合成气带水严重的问题。本专利采用多级限流筒结构，可适应不同的合成气量，高气量时气流同时进入高级限流筒通道，气流通道宽度增加，避免合成气通道内流速过高造成的带水严重问题；另外，飞液挡板和除液器的设置进一步减少了合成气中的带水。
2)传统技术破泡板结构中破泡板设置在气水交互作用较强的区域，合成气中的水量、灰量均较大，易造成积灰；本专利在气水交互作用强的区域即液体捕灰区中结构简单、合成气流通面积大，不易积灰；另外，本专利的捕液区设置于液体捕灰区一定距离以上，合成气中的带水、带灰量低于液体捕灰区，积灰风险下降。
3)传统技术对于导气喷口的出口的结构和气流速度并未提出限定，本专利为了保证惯性除灰的效率，提出了优化的导气喷口结构，并对出口气流速度进行了限定。
4)传统技术对于激冷装置内的工作状态监控不足，本专利提出了基于多区域压差、液位、温度的多维多尺度监控方法，监测点数据采用多数据联合频谱分析，判断激冷室内的动态工作过程，计算合成气带水量，并结合历史运行数据给出优化控制参数，实现激冷装置的精细化控制。
附图说明
图1是本发明提供的一种包含合成气激冷装置的气化炉；
图2A是本发明提供的激冷装置在气化室运行气量较低时的运行情况示意图；
图2B是本发明提供的激冷装置在气化室运行气量较高时的运行情况示意图；
图3是本发明提供的导气喷口出口形式示意图；
图4是本发明提供的除液器俯视图；
图5是本发明提供的除液器截面图；
图6是本发明提供的合成气激冷装置监控系统示意图；
图7是本发明提供的激冷装置工作状态下控制指标及飞液挡板液体阀门状态初始值参照表。
如图所述，1-炉壳，2-气化室，3-激冷装置，4-导气管，5-导气喷口，6-限流筒，6-1-一级筒形结构，6-2-二级筒形结构，7-飞液挡板，7-1-一级飞液挡板，7-2-二级飞液挡板，8-除液器，9-激冷装置出口，10-黑水出口，11-气流通道，12-水浴，13-水浴初始液位，15a-液位传感器，15b-液体捕灰区温度传感器，15c-液体捕灰区压力传感器，15d-激冷装置出口温度传感器，15e-激冷装置出口压力传感器，15f-气化炉压力传感器，16-惯性分离区，17-液体捕灰区，18-除液区，19-除液叶片，21-激冷水入口，22-激冷水流量调节阀，23-黑水流量调节阀，24-实时数据库，25-运算模块，26-历史数据库，27-其它传感器，28-飞液挡板液体入口，29-液体喷口，30-飞液挡板液体流量调节阀，31-显示器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1所示，一种包含合成气激冷装置的气化炉，包括：内置于气化炉内的激冷装置3；所述气化炉包括炉壳1和内置于炉壳1内的气化室2，所述气化室2下端的出口处连接有导气管4；所述激冷装置3包括惯性分离区16、液体捕灰区17和除液区18，所述惯性分离区16、液体捕灰区17和除液区18由下至上依次设置于所述导气管4两侧，所述导气管4垂直向下延伸进入所述激冷装置3中，并伸入设置于所述激冷装置3下部的水浴12中。
所述惯性分离区16包括导气喷口5和限流筒6，合成气穿越水浴12时形成稳定均匀的气流通道11是保证除灰除液效率及激冷装置3稳定运行的关键环节，本发明提出的导气喷口5和限流筒6结构，则是形成稳定均匀气流通道11的关键结构；
如图1和图3所示，所述导气喷口5位于所述导气管4的末端，导气喷口5的入口端与导气管4相连，导气喷口的出口端为开口形式，所述导气喷口5的出口端位于水浴初始液位13以下，优选地，导气喷口5出口距离水浴初始液位13的高度为导气喷口5等效直径的0.5～2倍，当气化室2运行时，合成气从导气喷口5的出口喷出，在出口下缘及外侧形成气流通道11，大颗粒由于惯性作用与气流分离落入水浴12中，同时一部分液体被气流带入气相空间。为了提高惯性除尘的效率，导气喷口5的出口截面积及周长是重要的结构参数。截面积由气流速度决定，气流速度过低则惯性分离效果差，过高则流阻大，气流速度为3～30m/s，优选10～20m/s；截面积一定的条件下，尽量增加出口的周长，有利于提高惯性分离效率，因此导气喷口5出口端采用多边形、花瓣形、圆环结构或多出口结构。
所述限流筒6的主要作用是将穿出水浴12的一次除尘合成气限制在筒内部，形成稳定且周向均匀的气流通道11，同时将合成气与液体的剧烈作用区域限制在筒内部，减少筒外部的液位振荡，所述限流筒6由两个两端开口的筒形结构组成，筒形结构的等效直径大于导气喷口5的等效直径，由支撑结构固定于导气喷口5的外围，限流筒6的下部位于所述水浴初始液位13以下，上部位于初始液位以上；所述限流筒6包括两个筒形结构，筒形结构按等效直径由小到大，编号依次为一级、二级，筒形结构上沿距离水浴初始液位13的距离以及筒形结构下沿距离所述水浴初始液位13的距离均随编号增大而增大；优选地，二级筒形结构6-2在水浴初始液位13以上的高度为所述导气管4与所述导气喷口5总高度的30～50％，在水浴初始液位13以下的高度为所述导气喷口5等效直径的2～4倍；一级筒形结构6-1在水浴初始液位13以上的高度为所述导气管4与所述导气喷口5总高度的10～30％，在水浴初始液位13以下的高度为导气喷口5等效直径的1～3倍。
如图1所示，所述液体捕灰区17主要作用是将合成气穿越水浴12而激起的大量飞液限定在一定空间内，在该空间内气液交互作用，由散布于气相空间的液体捕集一部分灰颗粒，降低合成气灰含量；所述液体捕灰区17的主要装置包括飞液挡板7，所述飞液挡板7包括一级飞液挡板7-1和二级飞液挡板7-2，所述一级飞液挡板7-1设于导气管4上，所述二级飞液挡板7-2设于炉壳1内壁，形成曲折的气流行程，提高飞液拦截效果；飞液挡板7位于限流筒6的上方，从水浴12穿出的合成气受飞液挡板7阻挡而转向，其中的大团的飞液被拦截而落入水浴12。所述一级飞液挡板7-1上设置有液体喷口29，向合成气中喷射液体，增加气相空间的液量，提升液体捕灰的效果。
如图1、图4和图5所示，所述除液区18由布置于所述导气管4和所述炉壳1内壁之间环形空间的除液器8构成，除液器8的作用为进一步去除合成气中的液滴，减少合成气带水，除液器8由除液叶片19组成，除液叶片19在环形通道中呈辐射状排布，优选地，除液叶片19为三至六折折板，夹角90°～120°。
所述炉壳1在位于所述水浴12液面下部设有黑水出口10，所述炉壳1在位于所述除液区18上方设有激冷装置出口9、飞液挡板液体入口28和激冷水入口21，所述黑水出口10、飞液挡板液体入口28和激冷水入口21分别设有黑水流量调节阀23、飞液挡板液体流量调节阀30和激冷水流量调节阀22。
如图1和图6所示，本专利提出的合成气激冷方法和装置还包括其监控系统；激冷装置3内的运行过程是气液交互作用的动态过程，运行状态对于除灰、除液效率至关重要，因此需进行实时监测并实现运行参数的精细化控制。本专利提出的合成气激冷装置3监控系统，包括信号采集层和数据中心，信号采集层含有压力、液位、温度等传感器，包括设于激冷装置出口9的激冷装置出口压力传感器15e和激冷装置出口温度传感器15d，设于液体捕灰区17的液体捕灰区温度传感器15b和液体捕灰区压力传感器15c，设于水浴初始液位13的液位传感器15a，设于气化室2内的气化炉压力传感器15f，数据中心包括历史数据库26、实时数据库24和运算模块25。信号采集层将实时采集数据传送给实时数据库24，包括激冷装置3工作液位、液体捕灰区17温度、液体捕灰区17压力、激冷装置出口9温度和压力，进行数据预处理后传送至运算模块25，包括异常点处理、噪声消除，同时运算模块25也从其它传感器27和历史数据库26调取数据，运算模块25完成数据计算与分析，根据计算分析结果调节阀门，包括激冷水流量调节阀22、黑水流量调节阀23、飞液挡板液体流量调节阀30，将分析结果显示于显示器31，将实时数据及计算数据存入历史数据库26。
所述其它传感器包括合成气流量传感器、合成气温度传感器和合成气压力传感器。运算模块25完成的主要计算包括气流通道11压差计算、除液器8压差计算、合成气带水量计算，气流通道11振动特性计算、激冷装置3工作状态分析。
气流通道11压差计算：dP1＝P1-P2，其中dP1为气流通道11压差，P1为气化室压力，P2为液体捕灰区17压力；
除液器8压差计算：dP2＝P2-P3其中dP2为除液器8压差，P3为激冷装置出口9压力；
合成气带水量计算：
其中Vjd为合成气夹带水量，Vjl为激冷水流量，Vhs为黑水流量，Vg为合成气干基流量，Pw为根据激冷装置出口9温度T3计算的该温度下的饱和水分压，可根据水和水蒸气物性查表或计算得到。
气流通道11振动特性计算：取一段时间(优选，5s-20s)内的气流通道11压差数据，进行傅里叶变换频谱分析，获得主要振动频率集{fi}及对应的振幅集{Ai(fi)}。
激冷装置3工作状态分析：将气流通道11振动特性及历史数据对比分析结果，对气流通道11工作状态进行判断。示例：
低频振动状态：fi(Amax)≤fL
过渡状态：fL＜fi(Amax)≤fH
高频振动状态：fi(Amax)＞fH
其中Amax为振幅最大值，fL为频率低限，fH为频率高限，频率限值由历史运行值设定，初始值推荐fL＝5Hz，fH＝50Hz
合成气激冷装置3监控系统的特点在于：
1)分段采集压差信号，监测惯性捕灰区压差体现气流通道11的工作状态，除液区18压差体现除液器8的工作状态，现有技术只有一个总的压差监测。
2)根据气流通道11压差动态变化，包括其频谱信息等，对激冷装置3工作状态进行判断，是激冷装置3精细控制的重要基础。
3)液体捕灰区17温度监测，对于气量偏高、液位偏低等原因造成的合成气洗涤不充分而温度偏高，作为系统超温报警或停车的依据。
4)除液区18压差及其历史变化趋势，作为除液器8堵灰预警或警报的依据。
5)除对每个监测信号的实时数据进行单独分析外，还对多个信号进行多维多尺度的运算分析：
a)惯性捕灰区压差、液位、液体捕灰区17温度信号进行波形对照、傅里叶变换，根据不同信号振动频率、强度数据的对比，分析气流通道11的运行状态，如显示低频高幅振荡，说明气流通道11处于间歇性拥塞状态，需对液位进行调整，如显示高频低幅振荡，说明气流通道11处于稳定工作状态；
b)根据激冷装置出口9合成气温度、压力，结合来自DCS系统的合成气流量、激冷水流量、黑水流量，计算合成气中的带水量，对液位和气化参数控制提出建议；
c)对历史数据进行不同时间尺度的统计分析，归纳典型工况的运行特征数据，自动将实时运行数据与典型工况进行比较，给出实时运行状态的判断，并给出优化控制建议。
如图2所示，本发明还提供一种采用前述气化炉进行的合成气激冷方法，包括：
101：气化室2产生的合成气从导气喷口5喷入水浴12；
102：惯性分离过程：合成气通过水浴12后进入惯性分离区16，当气化室2运行时，合成气从导气喷口5的出口喷出，在出口下缘及外侧形成气流通道11，大颗粒由于惯性作用与气流分离落入水浴12中，同时一部分液体被气流带入气相空间；除去大颗粒物的合成气继续通过所述限流筒6，当气化室2运行气量较低时，气流通道11主要在一级筒形结构6-1以内，当运行气量增大到一级筒形结构6-1气量上限即设计气量的40～80％以上后，则一部分气体进入一级筒形结构6-1和二级筒形结构6-2中间的环形通道，甚至是更高级别限流筒6的中间环形通道内；
103：液体捕灰过程：合成气进入液体捕灰区17，在该空间内气液交互作用，由散布于气相空间的液体捕集一部分灰颗粒，降低合成气灰含量，从水浴12穿出的合成气受飞液挡板7阻挡而转向，其中的飞液被拦截而大部分脱除。
104：除液过程：合成气经过除液器8，大幅去除合成气中的液滴，减少合成气带水；
105：合成气从激冷装置出口9排出，合成气激冷装置3监控系统实时采集压差、液位与温度信号，计算合成气带水量、分析激冷装置工作状态，并将数据传输给DCS系统或根据数据调节阀门；
以气流通道11压差时均值、工作液位和合成气带水量作为主要控制指标，控制范围如下：
气流通道11压差时均值：
其中
为气流通道11压差时均值(优选5-10s内dP1的平均值)，dP1L为气流通道11压差低限，dP1H为气流通道11压差高限，均根据历史运行数据设置，初始推荐值见下表。气流通道11压差时均值偏低时，升高液位，并开启飞液挡板7液体阀门或增加流量；气流通道11压差时均值偏高时，降低液位，并减小飞液挡板7液体流量或关闭阀门。
工作液位：hL＜h-h0＜hH，其中h为激冷装置3工作液位，h0为水浴初始液位13距离导气喷口5下沿的距离，hL为工作液位低限，hH为工作液位高限，均根据历史运行数据设置，初始推荐值见下表。工作液位偏低时减小黑水流量或增加激冷水流量，工作液位偏高时增加黑水流量或降低激冷水流量。
合成气带水量：Vjd＜VjdH，其中VjdH为合成气带水量高限，根据历史运行数据设置，初始推荐值见下表。合成气带水量超过高限时，降低工作液位，减小飞液挡板7液体流量或关闭阀门。
如图7所示，激冷装置3工作状态下控制指标及飞液挡板7液体阀门状态初始值参照表；根据气流通道11压差特征，对历史运行工况按照“激冷室工作状态”进行归类，更新各工作状态的气流通道11压差时均值、工作液位的低限与高限值；定期采集典型运行工况，将其运行参数包括气流通道11压差特征、工作液位、合成气带水量、液体捕灰区17温度、除液区18压差等，并对运行工况的性能进行评分，形成典型工况数据库，将实时运行数据与典型工况数据对比，给出性能预测及优化方案。
本发明的创新点：
1)导气喷口5合理分配气流，提高惯性除灰效率；导气喷口5位于导气管4出口，导气喷口5的出口形状为多边形、花瓣形、环形或多个出口形式；导气喷口5出口的合成气流速气流速度3～30m/s，优选10～20m/s。
2)限流筒6使合成气穿越水浴12形成的气流通道11均匀稳定，是激冷设备高效、稳定工作的关键；限流筒6位于导气喷口5的外侧，与导气喷口5同心安装。
3)多级限流筒6可适应不同气量，低气量时避免喷口间歇性拥塞导致的除尘效率下降，高气量时避免外部液位大幅振荡以及合成气通道内流速过高造成的带水严重。多级限流筒6为同心安装的筒形结构，其直径、高度、位置根据合成气气量运行范围进行设计，本专利提出一定限定范围。
4)采用飞液挡板7结构形成气液交互作用区，进一步捕集气流中的灰颗粒，降低合成气灰含量；飞液挡板7上设置的喷淋器，增加气相空间的液滴数量，增加捕尘。
5)除液器8减少合成气中夹带的液滴，减少合成气带水；对其形式和安装位置提出限定范围。
6)激冷装置3监控系统通过多维多尺度的数据采集与分析，判断激冷装置3的工作状态，尤其是合成气穿越水浴12的气流通道11的运行状态，并结合历史运行数据给出优化控制参数，实现激冷装置3的精细化控制。
显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
Claims (10)
1.一种包含合成气激冷装置的气化炉，其特征在于，包括：内置于气化炉内的激冷装置(3)；
所述气化炉装置包括炉壳(1)和内置于炉壳(1)内的气化室(2)，所述气化室(2)下端的出口处连接有导气管(4)；
所述激冷装置(3)位于所述气化室(2)的下方，所述激冷装置(3)包括惯性分离区(16)、液体捕灰区(17)和除液区(18)，所述惯性分离区(16)、液体捕灰区(17)和除液区(18)由下至上依次设置于所述导气管(4)两侧，所述导气管(4)垂直向下延伸进入所述激冷装置(3)中，并伸入设置于所述激冷装置(3)下部的水浴(12)中。
2.根据权利要求1所述的一种包含合成气激冷装置的气化炉，其特征在于，所述惯性分离区(16)包括导气喷口(5)和限流筒(6)，所述导气喷口(5)位于所述导气管(4)的末端，导气喷口(5)的入口端与导气管(4)相连，导气喷口(5)的出口为开口形式，所述导气喷口(5)的出口端位于水浴初始液位(13)以下，所述限流筒(6)由一个或多个两端开口的筒形结构组成，筒形结构的等效直径大于导气喷口(5)的等效直径，由支撑结构固定于导气喷口(5)的外围，所述限流筒(6)的下部位于所述水浴初始液位(13)以下，上部位于水浴初始液位(13)以上。
3.根据权利要求2所述的一种包含合成气激冷装置的气化炉，其特征在于，导气喷口(5)的出口端采用多边形、花瓣形、圆环结构或多出口结构，导气喷口(5)的出口处气流速度为3～30m/s。
4.根据权利要求2所述的一种包含合成气激冷装置的气化炉，其特征在于，所述限流筒(6)设置为单级或多级，当所述限流筒(6)为单级时，所述限流筒(6)仅包括一个筒形结构；当所述限流筒(6)为多级时，所述限流筒(6)包括两个以上的筒形结构，筒形结构按等效直径由小到大，编号依次为一级、二级、三级或以上级别，筒形结构上沿距离所述水浴初始液位(13)的距离以及筒形结构下沿距离所述水浴初始液位(13)的距离均随编号增大而增大。
5.根据权利要求1所述的一种包含合成气激冷装置的气化炉，其特征在于，所述液体捕灰区(17)的主要装置包括飞液挡板(7)，所述飞液挡板(7)为一级或多级，当所述飞液挡板(7)设置为多级时，多级飞液挡板(7)交错设置于导气管(4)和炉壳(1)内壁上，形成曲折的气流行程，提高飞液拦截效果。
6.根据权利要求5所述的一种包含合成气激冷装置的气化炉，其特征在于，飞液挡板(7)上设置有液体喷口(29)，向合成气中喷射液体，增加气相空间的液量，提升液体捕灰的效果。
7.根据权利要求1所述的一种包含合成气激冷装置的气化炉，其特征在于，所述除液区(18)由布置于所述导气管(4)和所述炉壳(1)内壁之间环形空间的除液器(8)构成，除液器(8)由除液叶片(19)组成，除液叶片(19)在环形通道中呈辐射状排布，所述除液叶片(19)为多折折板形式，折板夹角60°～180°。
8.根据权利要求1所述的一种包含合成气激冷装置的气化炉，其特征在于，所述炉壳(1)在位于所述水浴(12)液面下部设有黑水出口(10)，所述炉壳(1)在位于所述除液区(18)上方设有激冷装置出口(9)、飞液挡板液体入口(28)和激冷水入口(21)，所述黑水出口(10)、飞液挡板液体入口(28)和激冷水入口(21)分别设有阀门。
9.根据权利要求1所述的一种包含合成气激冷装置的气化炉，其特征在于，所述炉壳(1)外还设有合成气激冷装置监控系统，包括信号采集层和数据中心，信号采集层含有压力、液位、温度等传感器，数据中心包括历史数据库(26)、实时数据库(24)和运算模块(25)。信号采集层将实时采集数据传送给实时数据库(24)，进行数据预处理后传送至运算模块(25)，同时运算模块(25)也从其它传感器(27)和历史数据库(26)调取数据，运算模块(25)完成数据计算与分析，将计算分析结果传输给DCS系统或根据计算分析结果调节阀门，将分析结果显示于显示器(31)，将实时数据及计算数据存入历史数据库(26)。
10.一种根据权利要求1-9任意一项所述的包含合成气激冷装置(3)的气化炉的使用方法，包括：
101：气化室(2)产生的合成气从导气喷口(5)喷入水浴(12)；
102：惯性分离过程：合成气通过水浴(12)后进入惯性分离区(16)，当气化室(2)运行时，合成气从导气喷口(5)的出口喷出，在出口下缘及外侧形成气流通道(11)，大颗粒由于惯性作用与气流分离落入水浴(12)中，同时一部分液体被气流带入气相空间；除去颗粒物的合成气继续通过所述限流筒(6)，当气化室(2)运行气量较低时，气流通道(11)主要在一级筒形结构(6-1)以内，当运行气量增大到一级筒形结构(6-1)气量上限即设计气量的40～80％以上后，则一部分气体进入一级筒形结构(6-1)和二级筒形结构(6-2)中间的环形通道，甚至是更高级别限流筒(6)的中间环形通道内；
103：液体捕灰过程：合成气进入液体捕灰区(17)，合成气与气相空间的液体在飞液挡板(7)所限定的空间中继续作用，合成气携带的小颗粒灰被液体捕集；
104：除液过程：合成气经过除液器(8)，大幅去除合成气中的液滴，减少合成气带水；
105：合成气从激冷装置(3)出口排出，合成气激冷装置(3)监控系统实时采集压差、液位与温度信号，计算合成气带水量，分析激冷室工作状态，并将优化的操作数据传输给DCS系统或根据数据调节阀门。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010399824.6A CN111423908A (zh) | 2020-05-13 | 2020-05-13 | 一种包含合成气激冷装置的气化炉及其使用方法 |
| PCT/CN2020/114943 WO2021227318A1 (zh) | 2020-05-13 | 2020-09-14 | 一种包含合成气激冷装置的气化炉及其使用方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010399824.6A CN111423908A (zh) | 2020-05-13 | 2020-05-13 | 一种包含合成气激冷装置的气化炉及其使用方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111423908A true CN111423908A (zh) | 2020-07-17 |
Family
ID=71558890
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010399824.6A Pending CN111423908A (zh) | 2020-05-13 | 2020-05-13 | 一种包含合成气激冷装置的气化炉及其使用方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111423908A (zh) |
| WO (1) | WO2021227318A1 (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021227318A1 (zh) * | 2020-05-13 | 2021-11-18 | 北京航天迈未科技有限公司 | 一种包含合成气激冷装置的气化炉及其使用方法 |
| EP4155369A1 (de) * | 2021-09-23 | 2023-03-29 | L'Air Liquide Société Anonyme pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude | Reaktor und verfahren zur erzeugung eines produktgases durch vergasung eines kohlenwasserstoffhaltigen brennstoffs |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114806645B (zh) * | 2021-12-29 | 2024-09-20 | 华东理工大学 | 一种气化装置烧嘴保护装置及其方法和应用 |
| CN115253921A (zh) * | 2022-05-25 | 2022-11-01 | 中国神华煤制油化工有限公司 | 一种保护高温管道激冷洗固的循环系统 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN201254564Y (zh) * | 2008-05-30 | 2009-06-10 | 五环科技股份有限公司 | 高温含尘合成气的水浴式激冷器 |
| CN110846083A (zh) * | 2019-12-12 | 2020-02-28 | 中国科学院过程工程研究所 | 一种含导流筒的气化炉激冷室及其使用方法 |
| CN212581822U (zh) * | 2020-05-13 | 2021-02-23 | 北京航天迈未科技有限公司 | 一种包含合成气激冷装置的气化炉 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109628161B (zh) * | 2019-02-18 | 2023-11-03 | 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 | 一种带内置旋流器及导气片组的洗涤塔 |
| CN111423908A (zh) * | 2020-05-13 | 2020-07-17 | 北京航天迈未科技有限公司 | 一种包含合成气激冷装置的气化炉及其使用方法 |
-
2020
- 2020-05-13 CN CN202010399824.6A patent/CN111423908A/zh active Pending
- 2020-09-14 WO PCT/CN2020/114943 patent/WO2021227318A1/zh active Application Filing
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN201254564Y (zh) * | 2008-05-30 | 2009-06-10 | 五环科技股份有限公司 | 高温含尘合成气的水浴式激冷器 |
| CN110846083A (zh) * | 2019-12-12 | 2020-02-28 | 中国科学院过程工程研究所 | 一种含导流筒的气化炉激冷室及其使用方法 |
| CN212581822U (zh) * | 2020-05-13 | 2021-02-23 | 北京航天迈未科技有限公司 | 一种包含合成气激冷装置的气化炉 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021227318A1 (zh) * | 2020-05-13 | 2021-11-18 | 北京航天迈未科技有限公司 | 一种包含合成气激冷装置的气化炉及其使用方法 |
| EP4155369A1 (de) * | 2021-09-23 | 2023-03-29 | L'Air Liquide Société Anonyme pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude | Reaktor und verfahren zur erzeugung eines produktgases durch vergasung eines kohlenwasserstoffhaltigen brennstoffs |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2021227318A1 (zh) | 2021-11-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111423908A (zh) | 一种包含合成气激冷装置的气化炉及其使用方法 | |
| US8758458B2 (en) | Quench chamber assembly for a gasifier | |
| CN100482320C (zh) | 一种气体吸收净化装置 | |
| CN105779022B (zh) | 旋风分离器及气液固分离系统 | |
| CN207031371U (zh) | 合成气润湿洗涤系统 | |
| CN212581822U (zh) | 一种包含合成气激冷装置的气化炉 | |
| CN200954466Y (zh) | 带有开缝结构的导叶式旋风管 | |
| CN213101178U (zh) | 一种羽叶式气液分离器 | |
| CN212663910U (zh) | 一体式两级高效旋风分离器 | |
| CN215250666U (zh) | 一种合成气预洗罐 | |
| CN212610479U (zh) | 三相分离装置 | |
| CN107537266A (zh) | 一种高温热解气体的除尘系统及除尘方法 | |
| CN203577547U (zh) | 多相流过滤分离器 | |
| CN113244701A (zh) | 颗粒捕集装置 | |
| CN208553531U (zh) | 一种含尘合成气的混合器洗涤装置和混合器洗涤系统 | |
| CN203411515U (zh) | 一种气化炉激冷室 | |
| US2704154A (en) | Elutriator for use with regenerator vessel of a catalytic cracking apparatus | |
| CN2164912Y (zh) | 斜管式圆筒形多管旋风分离器 | |
| CN112267002A (zh) | 烟气忽米级颗粒分离装置 | |
| CN217909408U (zh) | 一种高温含尘热解气对冲除尘设备 | |
| RU2632695C2 (ru) | Конический мокрый циклон | |
| CN219630945U (zh) | 一种除尘装置 | |
| CN213357474U (zh) | 一种用于高温含尘油气的急冷净化器 | |
| CN221182011U (zh) | 一种氨分缩器冷却退液排气装置 | |
| CN215924866U (zh) | 一种反应分离一体化气化炉 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |