CN112797820A - 一种高温气体冷却装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高温气体冷却装置，包括壳体、容纳于其中的洗涤组件、以及气液出口，所述壳体的顶部设有气体入口而底部为液池，所述洗涤组件包括由内至外同心布置的冷却管和至少两个管，以利用所述冷却管的内腔和相邻管之间的环隙空腔形成上下翻折的蛇形传输通道，且所述蛇形传输通道的两端分别与所述气体入口和所述气液出口连通，通过本发明实施例的高温气体冷却装置，在充分利用高温气体冷却装置的内部空间的情况下，实现在高温气体冷却降温过程中的自调节高温气体冷却装置的液位，特别是在无人工干预的情况下，保持液位的稳定及保证壳体温度稳定不超温，进而确保装置的长周期稳定运行。

Description

一种高温气体冷却装置

技术领域

本发明属于化工技术领域，特别涉及一种高温气体冷却装置。

背景技术

随着环保意识的不断增强，清洁能源越来越受到关注，而含碳物质气化技术是一种资源清洁转化的关键技术，经过含碳物质经过气化反应得到高温粗合成气，然后对高温粗合成气进行降温冷却处理，最终获得可作为化工产品原料气的工艺气体。

目前，激冷技术是应用最为广泛和成熟的用于处理高温粗合成气的技术之一，其中，冷却装置作为实施激冷技术的核心装置，主要由激冷环、下降管、液池等组成。

为了稳定冷却装置的液位，主要通过如下两种结构实现：

1.在下降管与壳体之间布置若干层破泡板；

2.在下降管与壳体之间布置上升管。

然而，上述两种结构均存在冷却装置粗合成气带液现象，并导致液位难以控制，及高负荷运行困难等技术问题，在工业生产过程中，对气化设备正常运行产生较大影响。

为了精准监测液位，冷却装置还需要额外设有液位监测系统，但液位监测系统通常结构复杂，成本较高，且需要人工操作。

发明内容

鉴于现有技术中存在的上述问题，提出本发明，需要一种结构合理、便于操作且装置内部空间利用效率较高的高温气体冷却装置，在高温气体冷却降温的同时，实现高温气体冷却装置的液位自我调节，无需人工干预，且能够确保装置在运行过程中安全稳定。

为实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案是：

提供一种高温气体冷却装置，包括壳体、容纳于其中的洗涤组件、以及气液出口，所述壳体的顶部设有气体入口而底部为液池，

所述洗涤组件包括由内至外同心布置的冷却管和至少两个管，以利用所述冷却管的内腔和相邻管之间的环隙空腔形成上下翻折的蛇形传输通道，且所述蛇形传输通道的两端分别与所述气体入口和所述气液出口连通。

在一些实施例中，所述至少两个管包括第一管和第二管，所述冷却管的下缘低于所述第一管的上缘且两者之间的环隙空腔构成洗涤通道，所述冷却管与所述第二管的顶部封闭以形成第一封闭面，并经由所述第一封闭面形成折流腔；所述第二管的下缘低于所述第一管的上缘且两者之间的环隙空腔构成出口通道，所述第一管与所述第二管的底部封闭以形成第二封闭面。

在一些实施例中，其中，在靠近所述第二封闭面的所述第二管的管壁设有开口，所述出口通道通过所述开口与所述气液出口连通。

在一些实施例中，所述第一封闭面与竖直轴线的夹角为10°至80°；所述第二封闭面与竖直轴线的夹角为30°至80°。

在一些实施例中，所述蛇形传输通道的下端和所述气液出口均位于所述液池的液位线下方。

在一些实施例中，所述第一管的上缘高于所述气液出口的上缘。

在一些实施例中，在所述高温气体冷却装置运行之前，所述冷却管的下缘比所述液池的液位低至少100mm。

在一些实施例中，所述第一管的上缘比所述冷却管的下缘高至少500mm。

在一些实施例中，所述气液出口设置于所述壳体的下部侧壁，且沿周向布置。

在一些实施例中，高温气体冷却装置还包括容纳于所述壳体中的激冷组件，所述激冷组件包括第一进液管、第二进液管、外环管、内环管、外旋流通道、喷射通道、内旋流通道；其中，

所述内环管与所述外环管同轴套设，并在所述内环管和所述外环管之间形成环腔；所述第一进液管和所述第二进液管分别穿设所述壳体；其中，所述第一进液管穿过所述外环管与所述内环管连通，所述第二进液管穿过所述外环管与所述环腔连通；

所述内环管通过所述喷射通道和所述内旋流通道与所述壳体的容置腔室连通；其中，所述内旋流通道贴靠设置于所述冷却管的内壁，以使所述内环管内的冷却介质在所述冷却管的内壁形成旋流液膜；

所述外旋流通道贴靠设置于所述第一封闭面的外表面；所述环腔通过所述外旋流通道与所述壳体的容置腔室连通；所述环腔内的冷却介质通过所述外旋流通道在所述第二管的外壁形成旋流液膜。

在一些实施例中，高温气体冷却装置还包括壳体保护结构，所述壳体保护结构设置在所述壳体的内壁与所述激冷组件之间，且采用如下的至少一种结构：涂覆于壳体的内壁面的耐火料层，溢流夹套结构，膜式水冷壁结构。

在一些实施例中，所述膜式水冷壁结构包括从所述气体入口至所述底部依次连通设有喷嘴的上集箱、与所述壳体的内壁固定连接膜式水冷壁、下集箱和第三进液管，其中，所述第三进液管穿设所述壳体并从上方靠近所述气液出口。

在一些实施例中，所述溢流夹套结构包括溢流夹套、折流板、旋流条和第四进液管，所述溢流夹套的下缘和所述折流板的上缘分别与所述壳体的内壁封闭且固定连接；其中，

所述溢流夹套的上缘伸入所述折流板与所述壳体的内壁之间形成的环隙内；所述旋流条嵌设于所述溢流夹套与所述折流板之间形成的环隙内，所述第四进液管穿设所述壳体并设于所述溢流夹套与所述壳体的内壁之间形成的环隙内。

与现有技术相比较，本发明的有益效果在于：

本发明实施例的高温气体冷却装置，通过利用所述冷却管的内腔和相邻管之间的环隙空腔形成上下翻折的蛇形传输通道，充分且高效地利用高温气体冷却装置的内部空间，在高温气体冷却降温的同时，实现自调节高温气体冷却装置的液位，在无人工干预的情况下，保持液位的稳定，及保证壳体温度稳定不超温，进而确保装置的长周期稳定运行。

附图说明

在不一定按比例绘制的附图中，相同的附图标记可以在不同的视图中描述相似的部件。具有字母后缀或不同字母后缀的相同附图标记可以表示相似部件的不同实例。附图大体上通过举例而不是限制的方式示出各种实施例，并且与说明书以及权利要求书一起用于对所公开的实施例进行说明。在适当的时候，在所有附图中使用相同的附图标记指代同一或相似的部分。这样的实施例是例证性的，而并非旨在作为本装置或方法的穷尽或排他实施例。

图1为本发明实施例的高温气体冷却装置的结构示意图；

图2为图1中I的局部结构示意图；

图3为图2中II的局部放大图；

图4为本发明实施例的高温气体冷却装置的结构示意图；

图5为本发明实施例的高温气体冷却装置的结构示意图；

图6为本发明实施例的高温气体冷却装置的结构示意图；

图7为图6中III的局部放大图。

附图标记说明

1壳体 11气体入口 12液池 13液位线

2激冷组件

21第一进液管 22第二进液管 23外环管 24内环管

201外环腔 202外旋流通道 204喷射通道

205内旋流通道

3洗涤组件

31冷却管 32第一管 33第二管

301洗涤通道 302出口通道 303折流腔 304开口

4壳体保护结构

41上集箱 42膜式水冷壁 43下集箱

44外设供水管道 45溢流夹套 46折流板

47旋流条 48耐火材料层 49第四进液管

5气液出口

6第一封闭面

7第二封闭面

8竖直轴线

具体实施方式

下面，结合附图对本发明的具体实施例进行详细的描述，但不作为本发明的限定。为使本领域技术人员更好的理解本公开的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本公开作详细说明。下面结合附图和具体实施例对本公开的实施例作进一步详细描述，但不作为对本公开的限定。

本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指在该词前的要素涵盖在该词后列举的要素，并不排除也涵盖其他要素的可能。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

本公开使用的所有术语(包括技术术语或者科学术语)与本公开所属领域的普通技术人员理解的含义相同，除非另外特别定义。还应当理解，在诸如通用字典中定义的术语应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义，而不应用理想化或极度形式化的意义来解释，除非这里明确地这样定义。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

参见图1，本发明实施例提供一种高温气体冷却装置，包括壳体1、容纳于其中的洗涤组件3、以及气液出口5，壳体1的顶部设有气体入口11而底部为液池12。洗涤组件3包括由内至外同心布置的冷却管31和至少两个管，以利用冷却管31的内腔和相邻管之间的环隙空腔形成上下翻折的蛇形传输通道，且所述蛇形传输通道的两端分别与气体入口11和气液出口5连通。

虽然图1示出了同心套设在冷却管31之外的两个管，但本公开并不限于此，也可以同心套设其他数量的管，以利用冷却管31的内腔和相邻管之间的环隙空腔形成上下翻折的蛇形传输通道，从而交替地形成折流通道(例如但不限于折流腔303)、上行通道(例如但不限于洗涤通道301)和下行通道(包括中间的下行通道和与气液出口5连通的出口通道302)等。这种所述蛇形传输通道充分利用了壳体1的内部空间，通过上下翻折的设计，显著增加了传输通道的长度，从而相较其他的通道设计，显著增强了对高温气体的冷却效果，也使得高温气体冷却装置的尺寸更加紧凑。

为充分理解本发明实施例的工作流程，在此以图1中所示的示例性构造为例进行说明。如图1中所示，在一些实施例中，所述至少两个管包括第一管32和第二管33，冷却管31的下缘低于第一管32的上缘且两者之间的环隙空腔构成洗涤通道301，冷却管31与第二管33的顶部封闭以形成第一封闭面6，并经由第一封闭面6形成折流腔303。第二管33的下缘低于第一管32的上缘且两者之间的环隙空腔构成出口通道302，该出口通道302与气液出口5连通。

第一管32与第二管33的底部封闭以形成第二封闭面7；通过第一封闭面6和第二封闭面7，使得高温气体顺序通过气体入口11、洗涤通道301、折流腔303、出口通道302和气液出口5，从壳体1内排出，使得高温气体在该流动过程中与液池12内的冷却介质、冷却管31的管壁、第一管32及第二管33的管壁充分接触并进行热量交换，最终实现降温效果并达到预设的温度区间。

高温气体由壳体1的顶部的气体入口11进入壳体1的容置腔室后，与液池12内及激冷组件2排出的冷却介质进行热交换实现初步降温。由于气体压力的作用，部分冷却介质在所述冷却管31的下缘与气体一起折流，例如经由折流腔303，进入蛇形传输通道中的上行通道，例如洗涤通道301以便进一步洗涤冷却。最后，高温气体与部分冷却介质到达折流腔303后再次折流共同进入出口通道302，最终由气液出口5排出壳体1，并进入下游工序。尽管所述高温气体冷却装置在壳体底部并未单独设置液体(冷却介质)出口，然而，在高温气体的压力作用下，部分冷却介质在冷却管31下缘与高温气体一起折流进入洗涤通道301，因而壳体1的底部的液池12内的冷却介质的液位始终能够保持稳定，无需人工干预即能实现稳定液位的自调节，适用于激冷流程或废锅结合激冷流程的气化装置。

在一些实施例中，具体可结合图1，在靠近第二封闭面7的第二管33的管壁设有开口304，出口通道302通过开口304与气液出口5连通；在本实施例中，还可将开口304设于与第二封闭面7的最低边缘对齐，以便于出口通道302内的固体杂质顺利通过气液出口5排出，进而有效降低清理出口通道302内杂质的费用。

在一些实施例中，第一封闭面6与竖直轴线8的夹角为10°至80°；第二封闭面7与竖直轴线8的夹角为30°至80°，具体可参见图1，通过所述夹角的角度，使得进入壳体1内高温气体中所包含的杂质在高温气体的冲刷作用下，及自身重力的作用下，顺利流出壳体1，进而避免杂质附着在第一封闭面6和第二封闭面7上，有效降低维护装置的成本。

在一些实施例中，所述蛇形传输通道的下端和气液出口5均位于液池12的液位线13下方，使得蛇形传输通道的下端与液池12的冷却介质充分进行热交换，进而使得通过所述蛇形传输通道内的高温气体降温。

在一些实施例中，第一管32的上缘高于气液出口5的上缘，使得洗涤通道301畅通，继而流经洗涤通道301的高温气体在与液池12内的冷却介质进行热交换后快速进入出口通道302。

在一些实施例中，在所述高温气体冷却装置运行之前，冷却管31的下缘比液池12的液位低至少100mm，由此使得在高温气体首次进入壳体1内时，能够进入液池12的冷却介质内，并在高压作用下，带动部分冷却介质进入所述蛇形传输通道。

在一些实施例中，第一管32的上缘比冷却管31的下缘高至少500mm，由于增加了洗涤通道301的长度，增加了高温气体通过洗涤通道301的时间，进而更加充分进行热交换，从而确保洗涤冷却的效果。

在一些实施例中，气液出口5设置于壳体1的下部侧壁，且沿周向布置，方便高温气体及夹杂在高温气体内的杂质排出，优选地，将气液出口5的下缘对齐或低于出口通道302的下缘，由此方便包含于高温气液中的固体杂质直接排出，避免由于固体杂质占用通道降低气体及杂质通过气液出口5的效率；在一些实施例中，气液出口5数量设置为1～6个，具体设置数量在此不做进一步限定，结合壳体1的容积大小及通过的高温气体的流量进行相应的调整。

在一些实施例中，具体结合图1至图3，所述高温气体冷却装置还包括容纳于壳体1中的激冷组件2，激冷组件2包括第一进液管21、第二进液管22、外环管23、内环管24、外旋流通道202、喷射通道204、内旋流通道205。其中，内环管24与外环管23同轴套设，并在内环管24和外环管23之间形成环腔201；第一进液管21和第二进液管22分别穿设壳体1；其中，第一进液管21穿过外环管23与内环管24连通，第二进液管22穿过外环管23与环腔201连通；内环管24通过喷射通道204和内旋流通道205与壳体1的容置腔室连通；其中，内旋流通道205贴靠设置于冷却管31的内壁；外旋流通道202贴靠设置于第一封闭面6的外表面；环腔201通过外旋流通道202与壳体1的容置腔室连通。

其中，内环管24内的冷却介质由第一进液管21进入，然后分两路排出：一路沿喷射通道204进入冷却管31的管腔，另一路沿内旋流通道205在冷却管31的内壁形成旋流液膜，与冷却管31的内壁直接接触，直接为冷却管31降温。环腔201内的冷却介质由第二进液管22进入，然后由外旋流通道202贴壁形成旋流液膜并排出，由于与第二管33的外壁直接接触，使得第二管33有效降温。

在本实施例中，第一进液管21和第二进液管22的数量均不少于2个，具体数量在此不做限定，可根据壳体1的大小进行相应的设置。

另外，将旋流液膜的流速范围设置为2～5m/s。

通过激冷组件2对洗涤组件3发挥有效冷却作用，使得通过洗涤组件3的高温气体及混合的高温气液被冷却降温，以满足后续工序的需求。

在一些实施例中，结合图4至图7，所述高温气体冷却装置还包括壳体保护结构4，壳体保护结构4设置在壳体1的内壁与激冷组件2之间，且采用如下的至少一种结构：涂覆于壳体1的内壁面的耐火材料层48，溢流夹套结构，膜式水冷壁结构。

在一些实施例中，参见图4，耐火材料层48的厚度优选设置为40～80mm，具体厚度设置可根据壳体1的厚度及进入壳体1的容置腔室内高温气体的温度做相应的调整，只要能够充分起到保护壳体1的作用即可，在此不做进一步限定。

在一些实施例中，参见图5，所述膜式水冷壁结构包括从气体入口11至所述底部依次连通设置的设有喷嘴(图中未示出)的上集箱41、与壳体1的内壁固定连接膜式水冷壁42、下集箱43和第三进液管44，其中，第三进液管44穿设壳体1并从上方靠近气液出口5；冷却介质顺序通过第三进液管44、下集箱43、膜式水冷壁42及上集箱41的喷嘴进入壳体1的容置腔室。

特别地，在本实施例中，膜式水冷壁42内流过的冷却介质通常为洁净液体，例如脱盐水，有利于膜式水冷壁42免受腐蚀，延长膜式水冷壁42的使用寿命。另外，优选地，上集箱41布置有10～50个喷嘴，经过第三进液管44进入膜式水冷壁42内的冷却介质通过上集箱41的喷嘴雾化排出并进入壳体1的容置腔室，进而与高温气体进行热交换，充分发挥有效的冷却作用，同时通过膜式水冷壁42将壳体1的内壁与高温气体有效地隔离。

在本实施例中，优选地，第三进液管44的数量不少于4个，具体可根据壳体1的容置腔室的容积及进入容置腔室的高温气体的流量进行相应的调整，在此不做具体限定。

在一些实施例中，参见图6和图7，所述溢流夹套结构包括溢流夹套45、折流板46、旋流条47和第四进液管49，溢流夹套45的下缘和折流板46的上缘分别与壳体1的内壁封闭且固定连接；其中，溢流夹套45的上缘伸入折流板46与壳体1的内壁之间形成的环隙内；旋流条47嵌设于溢流夹套45与折流板46之间形成的环隙内，第四进液管49穿设壳体1并设于溢流夹套45与壳体1的内壁之间形成的环隙内。冷却介质由第四进液管49进入溢流夹套45与壳体1的内壁之间形成的环隙内，充满后溢流，在溢流夹套45的外壁面形成贴壁旋流液膜，由此对壳体1起到降温保护作用，优选地，液膜流速范围设置为1～3m/s。通过设置折流板46，并罩盖在溢流夹套45上方，由此有效防止壳体1的置腔室内杂质等进入溢流夹套45与壳体1的内壁之间形成的环隙内，避免由于杂质的堆积影响对壳体1的降温保护作用。特别地，溢流夹套45与壳体1的内壁之间形成的环隙内的冷却介质通常为洁净的冷却介质，优选地，洁净的冷却介质为脱盐水，有利于壳体1的内壁免受腐蚀，延长壳体的使用寿命。

本发明实施例的高温气体冷却装置，通过利用冷却管31的内腔和相邻管之间的环隙空腔形成上下翻折的蛇形传输通道，充分且高效地利用高温气体冷却装置的内部空间，在高温气体冷却降温的同时，实现自调节高温气体冷却装置的液位，在无人工干预的情况下，保持液位的稳定，及保证壳体1温度稳定不超温，进而确保装置的长周期稳定运行。

此外，尽管在此描述了说明性实施例，但是范围包括具有基于本公开的等效要素、修改、省略、组合(例如，跨各种实施例的方案的组合)、调整或变更的任何和所有实施例。权利要求中的要素将基于权利要求中使用的语言进行宽泛地解释，而不限于本说明书中或在本申请的存续期间描述的示例。此外，所公开的方法的步骤可以以任何方式进行修改，包括通过重新排序步骤或插入或删除步骤。因此，意图仅仅将描述视为例子，真正的范围由以下权利要求及其全部等同范围表示。

以上描述旨在是说明性的而非限制性的。例如，上述示例(或其一个或多个方面)可以彼此组合使用。在阅读以上描述之后，例如本领域普通技术人员可以使用其他实施例。而且，在以上详细描述中，可以将各种特征组合在一起以简化本公开。这不应被解释为意图未请求保护的公开特征对于任何权利要求是必不可少的。因此，以下权利要求作为示例或实施例结合到具体实施方式中，其中每个权利要求自身作为单独的实施例，并且可以预期这些实施例可以以各种组合或置换彼此组合。应参考所附权利要求以及这些权利要求所赋予的等同物的全部范围来确定本发明的范围。

Claims (13)

1.一种高温气体冷却装置，包括壳体、容纳于其中的洗涤组件、以及气液出口，所述壳体的顶部设有气体入口而底部为液池，其特征在于，

所述洗涤组件包括由内至外同心布置的冷却管和至少两个管，以利用所述冷却管的内腔和相邻管之间的环隙空腔形成上下翻折的蛇形传输通道，且所述蛇形传输通道的两端分别与所述气体入口和所述气液出口连通。

2.根据权利要求1所述的高温气体冷却装置，其特征在于，所述至少两个管包括第一管和第二管，所述冷却管的下缘低于所述第一管的上缘且两者之间的环隙空腔构成洗涤通道，所述冷却管与所述第二管的顶部封闭以形成第一封闭面，并经由所述第一封闭面形成折流腔；所述第二管的下缘低于所述第一管的上缘且两者之间的环隙空腔构成出口通道，所述第一管与所述第二管的底部封闭以形成第二封闭面。

3.根据权利要求2所述的高温气体冷却装置，其特征在于，其中，在靠近所述第二封闭面的所述第二管的管壁设有开口，所述出口通道通过所述开口与所述气液出口连通。

4.根据权利要求3所述的高温气体冷却装置，其特征在于，所述第一封闭面与竖直轴线的夹角为10°至80°；所述第二封闭面与竖直轴线的夹角为30°至80°。

5.根据权利要求1所述的高温气体冷却装置，其特征在于，所述蛇形传输通道的下端和所述气液出口均位于所述液池的液位线下方。

6.根据权利要求3所述的高温气体冷却装置，其特征在于，所述第一管的上缘高于所述气液出口的上缘。

7.根据权利要求1所述的高温气体冷却装置，其特征在于，在所述高温气体冷却装置运行之前，所述冷却管的下缘比所述液池的液位低至少100mm。

8.根据权利要求2所述的高温气体冷却装置，其特征在于，所述第一管的上缘比所述冷却管的下缘高至少500mm。

9.根据权利要求1所述的高温气体冷却装置，其特征在于，所述气液出口设置于所述壳体的下部侧壁，且沿周向布置。

10.根据权利要求2所述的高温气体冷却装置，其特征在于，还包括容纳于所述壳体中的激冷组件，所述激冷组件包括第一进液管、第二进液管、外环管、内环管、外旋流通道、喷射通道、内旋流通道；其中，

所述内环管与所述外环管同轴套设，并在所述内环管和所述外环管之间形成环腔；所述第一进液管和所述第二进液管分别穿设所述壳体；其中，所述第一进液管穿过所述外环管与所述内环管连通，所述第二进液管穿过所述外环管与所述环腔连通；

所述内环管通过所述喷射通道和所述内旋流通道与所述壳体的容置腔室连通；其中，所述内旋流通道贴靠设置于所述冷却管的内壁；

所述外旋流通道贴靠设置于所述第一封闭面的外表面；所述环腔通过所述外旋流通道与所述壳体的容置腔室连通。

11.根据权利要求10所述的高温气体冷却装置，其特征在于，还包括壳体保护结构，所述壳体保护结构设置在所述壳体的内壁与所述激冷组件之间，且采用如下的至少一种结构：涂覆于壳体的内壁面的耐火料层，溢流夹套结构，膜式水冷壁结构。

12.根据权利要求11所述的高温气体冷却装置，其特征在于，所述膜式水冷壁结构包括从所述气体入口至所述底部依次连通的设有喷嘴的上集箱、与所述壳体的内壁固定连接膜式水冷壁、下集箱和第三进液管，其中，所述第三进液管穿设所述壳体并从上方靠近所述气液出口。

13.根据权利要求11所述的自调节液位高温气体冷却装置，其特征在于，所述溢流夹套结构包括溢流夹套、折流板、旋流条和第四进液管，其中，所述折流板设于所述溢流夹套上方；所述溢流夹套的下缘和所述折流板的上缘分别与所述壳体的内壁封闭且固定连接；其中，

所述溢流夹套的上缘伸入所述折流板与所述壳体的内壁之间形成的环隙内；所述旋流条嵌设于所述溢流夹套与所述折流板之间形成的环隙内，所述第四进液管穿设所述壳体并设于所述溢流夹套与所述壳体的内壁之间形成的环隙内。

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