CN112902211A - 一种高温高腐蚀烟气激冷装置及包括该装置的熔融气化系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高温高腐蚀烟气激冷装置及包括该装置的熔融气化系统。本装置采用纯石墨化材料和不透性石墨材料两种材料做内筒，通入雾化冷却水快速冷却高温烟气最大程度减少二噁英的生成，抵抗高温高腐蚀烟气和激冷引起的热冲击。本发明结构简单，使用寿命长，成本低，激冷效率高。

Description

一种高温高腐蚀烟气激冷装置及包括该装置的熔融气化系统

技术领域

本发明属于化工及环保领域，特别涉及一种高温高腐蚀烟气激冷装置及包括该装置的熔融气化系统。

背景技术

在垃圾和危废焚烧、熔融及气化等过程中，焚烧炉或熔融气化炉等装置会产生高温且富含氯化物，氟化物，硫化物等高腐蚀的烟气。在对高温高腐蚀烟气进行净化处理之前，需要对高温高腐蚀的烟气进行冷却。为避免二噁英的生成，需对高温高腐蚀烟气进行激冷处理。

常见的高温高腐蚀烟气激冷装置采用的是碳钢堆焊镍基合金，对于高温高腐蚀烟气，烟气的急速冷却，碳钢与镍基合金的热膨胀不一致，在长期热冲击下会出现堆焊层剥离的现象，且镍基合金的材料成本高，制造复杂，不适用于大规模的应用。

高温烟气激冷还存在一个问题，激冷水与烟气发生反应，生成大量水蒸气，水蒸气与上部的高温烟气结合的地方，往往是温度急剧变化的位置，这个位置若位于耐火材料上，则耐火材料容易开裂损坏。

目前采用石墨作为激冷塔一般是在塔顶布置一台雾化装置，这种结构下喷枪形成的喷射的冷却水容易喷射到耐火材料上面，导致耐火材料损坏，且该结构设计复杂，有多根进出冷却水管道，管道布置复杂。

发明内容

本发明目的在于针对现有技术的缺陷，提供一种高温高腐蚀烟气激冷装置及包括该装置的熔融气化系统。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种高温高腐蚀烟气激冷装置，包括：

水冷夹套、激冷喷淋装置和冷却水总管；

其中所述水冷夹套包括外部钢壳、内筒和连接管，所述外部钢壳和内筒之间形成夹层；

所述激冷喷淋装置包括激冷喷头和冷水管，所述激冷喷头从外部伸入内筒中，所述冷却水总管分别通过连接管和冷水管连接密封夹层和激冷喷头，为两者提供冷却水。

进一步的，水冷夹套还包括上部法兰和下部法兰，所述上部法兰设置在内筒顶部外侧用于固定外部钢壳的上端，下部法兰设置在外部钢壳与内筒的底部，使夹层在顶部和底部密封。

进一步的，激冷喷头向下倾斜插入水冷夹套，激冷喷头与水冷夹套外壁的夹角α为45°～60°；所述内筒在内壁呈发散锥形槽，锥形槽的锥角β为60°或90°，锥形槽下方侧边与内筒内壁夹角λ＝β/2-α。

进一步的，激冷喷淋装置的数量为4～8个，均匀分布在水冷夹套的横截面上。

进一步的，激冷喷头顶端为60°或90°实锥形喷头，采用镍基合金制成。喷头根据锥形槽的锥角β角度选择，两者角度一致。

进一步的，内筒采用纯石墨化材料制成。

进一步的，内筒采用浸渍法生产的不透性石墨材料制成，可承受最高温度为400℃，可承受最高压力为2.4MPa。

进一步的，内筒顶部设置有一圈凹槽，并设置有数条连通凹槽与夹层的连接孔，所述水冷夹套内筒的顶部还设置有垫环，所述垫环和内筒的顶部形成夹缝，冷却水从夹层通过连接孔进入凹槽，并溢入内筒内侧表面。

进一步的，内筒顶部内壁呈向内的倾角。

一种高温熔融气化系统，用于对生物质、垃圾、污泥、危废进行高温熔融处理，包括上述一所述的高温高腐蚀烟气激冷装置。

本申请的高温高腐蚀烟气激冷装置，用于高温熔融气化系统的高温烟气激冷，高温熔融气化系统对生物质、垃圾、污泥、危废等进行高温熔融处理，产生的高温腐蚀烟气从水冷夹套上方进入，在夹层的冷却和激冷喷头的喷淋作用下得到冷却。

本发明的有益效果如下：

(1)激冷装置内筒采用两种材料，适用于不同工况，对于冷却水与烟气压差较小时可采用纯石墨化材料内筒，冷却水通过纯石墨化材料间的空隙润湿内筒内壁。对于冷却水与烟气压差较大的情况，石墨内筒采用不透性石墨材料，并在内筒顶部设置有一圈凹槽，冷却水从石墨内筒小孔和开槽溢流而出，在石墨内筒内壁形成液膜，保护石墨内筒，提高石墨内筒寿命。

(2)石墨材料的内筒可有效抵抗高温高腐蚀情况，同时镍基合金激冷喷头，可以有效的抵抗富含氯化物，氟化物，硫化物等高腐蚀的高温烟气，提高整个激冷系统的寿命。

(3)激冷喷头向下倾斜安装，避免冷却水溅射到耐火材料上面，且由若干激冷喷头和小孔组合，实现水平面全覆盖，提高冷却效率。

(4)垫环设置在石墨内筒顶部，既抵挡烟气直接冲刷石墨内筒顶部，又阻挡石墨内筒凹槽的冷却水向上喷出。

(5)激冷装置仅需一个冷却水入口总管，冷却水通过压降分配到激冷喷头、小孔及间隙里面，结构简单。

附图说明

图1是实施例1高温高腐蚀烟气激冷装置的结构示意图。

图2是实施例2高温高腐蚀烟气激冷装置的结构示意图。

图3是图2的A-A向剖视图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

一种高温高腐蚀烟气激冷装置，包括：水冷夹套、激冷喷淋装置和冷却水总管。水冷夹套包括外部钢壳、内筒和连接管，外部钢壳和内筒之间形成夹层。水冷夹套还包括上部法兰和下部法兰，所述上部法兰设置在内筒顶部外侧用于固定外部钢壳的上端，下部法兰设置在外部钢壳与内筒的底部，使夹层在顶部和底部密封。

内筒材料有两种，适用于不同工况，对于冷却水与烟气压差较小时可采用纯石墨化材料内筒，冷却水通过纯石墨化材料间的缝隙润湿内筒内壁。对于冷却水与烟气压差较大的情况，石墨内筒采用不透性石墨材料，并在内筒顶部设置有一圈凹槽，冷却水从石墨内筒小孔和开槽溢流而出，在石墨内筒内壁形成液膜，保护石墨内筒，提高石墨内筒寿命。

激冷喷淋装置包括激冷喷头和冷水管，激冷喷头从外部伸入内筒中，冷却水总管分别通过连接管和冷水管连接夹层和激冷喷头，为两者提供冷却水。

冷却水经过水冷夹套带走石墨内筒的热量。激冷喷淋装置固定在外部钢壳上，若干圆周均布的激冷喷头向下倾斜伸入至石墨内筒的内壁，激冷水喷射覆盖整个水平面，对高温高腐蚀烟气进行激冷。

进一步优选地，激冷装置下部沿圆周均布，设置若干倾斜向下形成夹角α的激冷喷头，45°≤α≤60，激冷喷头为是60°或90°实锥型喷头，冷却水喷射覆盖整个烟气入口水平面。

进一步优选地，所述激冷喷头材料为耐高温，耐腐蚀及磨蚀的镍基合金。

进一步优选地，所述石墨内筒采用纯石墨化材料时，纯石墨化材料未添加粘结剂或浸渍剂，本身能承受1200℃以上的高温，冷却水可从石墨化材料空隙中进入，适用于冷却水压力大于烟气压力，且压差较小的情况。

进一步优选地，所述石墨内筒采用不透性石墨材料时，其特征在于不透性石墨采用浸渍法生产的不透性石墨材料，不透性石墨可承受最高400℃，设计压力可达2.4Mpa，适用于冷却水压力大于烟气压力，压差较大的情况。在石墨内筒上部开设若干小孔伸入凹槽，冷却水从小孔进入凹槽从壁面溢流形成液膜，提高石墨内筒使用寿命。

进一步优选地，垫环设置在石墨内筒顶部，既抵挡烟气直接冲刷石墨内筒顶部，又阻挡石墨内筒凹槽的冷却水向上喷出，垫环材料为耐腐蚀及磨蚀的镍基合金，且由冷却水冷却。

进一步优选地，所述夹套冷却水与激冷喷头冷却水来源相同，来源于冷却水总管。

一种高温熔融气化系统，用于对生物质进行高温熔融处理，包括上面任一所述的高温高腐蚀烟气激冷装置。

实施例1

如图1所示的高温高腐蚀烟气激冷装置，包括：水冷夹套、激冷喷淋装置和冷却水总管1。

其中水冷夹套包括外部钢壳2、内筒3、上部法兰4、下部法兰5和连接管6。

外部钢壳和内筒之间形成夹层7，上部法兰设置在内筒顶部外侧用于固定外部钢壳的上端，下部法兰设置在外部钢壳与内筒的底部，使夹层在顶部和底部密封。

激冷喷淋装置包括激冷喷头8和冷水管9，激冷喷头从外部伸入内筒中。激冷喷淋装置的数量为6个，均匀分布在水冷夹套的横截面上。激冷喷头向下倾斜插入水冷夹套，激冷喷头与水冷夹套外壁的夹角α为45°～60°。内筒在内壁呈发散锥形槽10，锥形槽的锥角β为60°，锥形槽下方侧边与内筒内壁夹角λ＝β/2-α。激冷喷头顶端为60°实锥形喷头，采用镍基合金制成。

冷却水总管分别通过连接管和冷水管连接密封夹层和激冷喷头，为两者提供冷却水。

当冷却水压力大于烟气压力，且压差较小的情况，石墨内筒采用纯石墨化材料，纯石墨化材料未添加粘结剂或浸渍剂，本身能承受1200℃以上的高温，冷却水可从石墨化材料空隙中进入内部辅助激冷喷淋装置冷却从上部进入的高温烟气。

实施例2

如图2所示的高温高腐蚀烟气激冷装置，包括：水冷夹套、激冷喷淋装置和冷却水总管1。

其中水冷夹套包括外部钢壳2、内筒3、上部法兰4、下部法兰5、垫环11和连接管。

外部钢壳和内筒之间形成夹层7，上部法兰设置在内筒顶部外侧用于固定外部钢壳的上端，下部法兰设置在外部钢壳与内筒的底部，使夹层在顶部和底部密封。内筒顶部设置有一圈凹槽12，并设置有数条连通凹槽与密封夹层的连接孔13，水冷夹套内筒的顶部还设置有垫环，垫环和内筒的顶部形成夹缝，内筒顶部内壁呈向内的倾角14，冷却水从夹层通过连接孔进入凹槽，并溢入内筒内侧表面。

激冷喷淋装置包括激冷喷头8和冷水管9，激冷喷头从外部伸入内筒中。激冷喷淋装置的数量为6个，均匀分布在水冷夹套的横截面上。激冷喷头向下倾斜插入水冷夹套内筒内部，激冷喷头与水冷夹套外壁的夹角为45°～60°。内筒在内壁呈发散锥形槽10，锥形槽的锥角β为60°，锥形槽下方侧边与内筒内壁夹角λ＝β/2-α。激冷喷头顶端为60°实锥形喷头，采用镍基合金制成。

冷却水总管分别通过连接管和冷水管连接密封夹层和激冷喷头，为两者提供冷却水。

当冷却水压力大于烟气压力，且压差较大的情况，石墨内筒采用不透性石墨材料时，不透性石墨采用浸渍法生产的不透性石墨材料，不透性石墨可承受最高400℃，设计压力可达2.4MPa，冷却水从连接孔进入凹槽从石墨内筒内壁溢流形成液膜，保护石墨内筒的内壁，提高石墨内筒使用寿命。

垫环设置在石墨内筒顶部，既抵挡烟气直接冲刷石墨内筒顶部，又阻挡石墨内筒凹槽的冷却水向上喷出。

使用本装置对高温(1200℃)高腐蚀烟气进行激冷处理，可将温度降至90℃。

实施例3

一种高温熔融气化系统，用于对生物质进行高温熔融处理，包括实施例1或2所述的高温高腐蚀烟气激冷装置。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高温高腐蚀烟气激冷装置，其特征在于包括：水冷夹套、激冷喷淋装置和冷却水总管；其中所述水冷夹套包括外部钢壳、内筒和连接管，所述外部钢壳和内筒之间形成夹层；

所述激冷喷淋装置包括激冷喷头和冷水管，所述激冷喷头从外部伸入内筒中，所述冷却水总管分别通过连接管和冷水管连接夹层和激冷喷头，为两者提供冷却水。

2.根据权利要求1所述的高温高腐蚀烟气激冷装置，其特征在于：所述水冷夹套还包括上部法兰和下部法兰，所述上部法兰设置在内筒顶部外侧用于固定外部钢壳的上端，下部法兰设置在外部钢壳与内筒的底部，使夹层在顶部和底部密封。

3.根据权利要求1所述的高温高腐蚀烟气激冷装置，其特征在于：所述激冷喷头向下倾斜插入水冷夹套，激冷喷头与水冷夹套外壁的夹角α为45°～60°；所述内筒在内壁呈发散锥形槽，锥形槽的锥角β为60°或90°，锥形槽下方侧边与内筒内壁夹角λ＝β/2-α。

4.根据权利要求1所述的高温高腐蚀烟气激冷装置，其特征在于：所述激冷喷淋装置的数量为4～8个，均匀分布在水冷夹套的横截面上。

5.根据权利要求1所述的高温高腐蚀烟气激冷装置，其特征在于：所述激冷喷头顶端为60°或90°实锥形喷头，采用镍基合金制成。

6.根据权利要求1所述的高温高腐蚀烟气激冷装置，其特征在于：所述内筒采用纯石墨化材料制成。

7.根据权利要求1所述的高温高腐蚀烟气激冷装置，其特征在于：所述内筒采用浸渍法生产的不透性石墨材料制成，可承受最高温度为400℃，可承受最高压力为2.4MPa。

8.根据权利要求7所述的高温高腐蚀烟气激冷装置，其特征在于：所述内筒顶部设置有一圈凹槽，并设置有数条连通凹槽与夹层的连接孔，所述水冷夹套内筒的顶部还设置有垫环，所述垫环和内筒的顶部形成夹缝，冷却水从夹层通过连接孔进入凹槽，并溢入内筒内侧表面。

9.根据权利要求8所述的高温高腐蚀烟气激冷装置，其特征在于：所述内筒顶部内壁呈向内的倾角。

10.一种高温熔融气化系统，用于对生物质、垃圾、污泥、危废进行高温熔融处理，其特征在于：包括权利要求1至9任一所述的高温高腐蚀烟气激冷装置。

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