CN117821123A - 用于提升激冷气与合成气混合效果的激冷装置、混合方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于气体混合技术领域，具体涉及一种用于提升激冷气与合成气混合效果的激冷装置、混合方法。激冷装置包括用于安装在干煤粉气化炉本体上的多个激冷气口，以及用于安装在激冷气口中的导向轮；干煤粉气化炉本体的横截面为第一假想圆，多个激冷气口沿着第一假想圆的圆周布置；激冷气口的数量为正偶数，每两个激冷气口组成一个旋转对冲组；同一旋转对冲组的两个激冷气口设置在同一个第一假想圆的圆周上，并以第一假想圆的圆心为中心对称设置；导向轮用于对激冷气进行导向；其中，至少有一个旋转对冲组安装有导向轮。本方案在激冷气口中安装有导向轮，导向轮能够对激冷气进行导向，提升了激冷气与合成气的混合效果。

Description

用于提升激冷气与合成气混合效果的激冷装置、混合方法

技术领域

本发明属于气体混合技术领域，具体涉及一种用于提升激冷气与合成气混合效果的激冷装置、混合方法。

背景技术

煤气化技术是现代煤化工先导技术之一，干煤粉气化具有气化参数高、气化容量大、性能指标高、环保性能好、煤种适应性广等特点，其目前已应用于现在煤化工项目及整体煤气化联合循环（Integrated Gasification Combined Cycle ，IGCC）发电项目中。

现有技术中，存在干煤粉气化炉的激冷气与合成气撞击流场漏流、混合不均匀的问题，导致合成气与激冷气的换热不充分。同时，高温煤灰及未完全反应的煤粉颗粒在炉膛中停留时间短，其随合成气气流旋转、流动，造成煤灰、煤粉颗粒附着在相关通道，引起相关通道堵塞现象；造成气化炉积灰、废热锅炉换热差，影响气化炉安全稳定运行，同时造成一定的碳损失，降低气化炉的碳转化率。因积灰造成气化炉停机更是气化炉非正常停运的主要因素，以2000 t干煤粉气化炉为例，每次停运直接经济损失达200多万元，经济损失巨大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于提升激冷气与合成气混合效果的激冷装置、混合方法，以解决现有技术中，干煤粉气化炉的激冷气与合成气撞击流场漏流、混合不均匀的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明第一方面，提供了一种用于提升激冷气与合成气混合效果的激冷装置，包括用于安装在干煤粉气化炉本体上的多个激冷气口，以及用于安装在所述激冷气口中的导向轮；

所述干煤粉气化炉本体的横截面为第一假想圆，多个所述激冷气口沿着第一假想圆的圆周布置；所述激冷气口的数量为正偶数，每两个激冷气口组成一个旋转对冲组；同一旋转对冲组的两个激冷气口设置在同一第一假想圆的圆周上，并以第一假想圆的圆心为中心对称设置；

所述导向轮用于对激冷气进行导向；其中，至少有一个旋转对冲组安装有所述导向轮。

进一步的，所述导向轮包括导向叶片套、导向叶片和叶片轴；

所述导向叶片套用于安装在激冷气口之内，与所述激冷气口连接；

所述导向叶片和叶片轴设置于所述导向叶片套之内，所述导向叶片固定连接叶片轴和导向叶片套。

进一步的，所述导向叶片的第一端连接所述叶片轴，所述导向叶片的第二端连接所述导向叶片套的内壁；

所述导向叶片从第一端向第二端扭曲。

进一步的，所述叶片轴位于导向轮进气侧的一端设置有入口导锥。

进一步的，所述激冷气口朝向所述第一假想圆的圆心设置；或者，所述激冷气口朝向的延长线与第二假想圆相切，所述第二假想圆为第一假想圆的同心圆，并且所述第二假想圆的直径小于所述第一假想圆的直径。

进一步的，所述干煤粉气化炉本体设置有一个横截面，至少一个旋转对冲组设置在所述横截面所对应的第一假想圆的圆周上。

进一步的，所述干煤粉气化炉本体从上至下依次设置有至少两个横截面；每个横截面所对应的第一假想圆的圆周上设置有至少一个旋转对冲组。

进一步的，当同一第一假想圆的圆周上设置有至少两个所述旋转对冲组时，所述激冷气口沿着所述第一假想圆的圆周均匀布置。

进一步的，所述导向叶片和叶片轴均采用8825合金材料制成。

本发明第二方面，提供了一种合成气与激冷气的混合方法，基于上述的用于提升激冷气与合成气混合效果的激冷装置实现，包括如下步骤：

激冷气口中的激冷气在导向叶片的作用下，以叶片轴为旋转轴进行旋转并且激冷气的流速增加，激冷气从激冷气口射出之后，与干煤粉气化炉本体内的合成气进行碰撞、混合。

与现有技术相比较，本发明的有益效果如下：

本方案提供的激冷装置，在激冷气口中安装有导向轮，导向轮能够对激冷气进行导向，并且增加激冷气的流速，提升了激冷气与合成气的混合效果。

本方案中，导向轮包括导向叶片套、导向叶片和叶片轴；导向叶片套用于安装在激冷气口之内，与激冷气口连接；导向叶片和叶片轴设置于导向叶片套之内，导向叶片固定连接叶片轴和导向叶片套，并且导向叶片从第一端向第二端扭曲，在导向叶片的作用下，激冷气以叶片轴为旋转轴进行旋转，并且能够使激冷气的流速增加，激冷气从激冷气口射出之后，与干煤粉气化炉本体内的二段合成气进行碰撞、混合，进一步提升了混合效果。

本方案中，激冷气口朝向第一假想圆的圆心设置；或者，激冷气口朝向的延长线与第二假想圆相切，激冷气射出后，能够沿着逆合成气旋转的方向进行碰撞，也能提升混合效果。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例中干煤粉气化炉的结构简图；

图2为本发明实施例中激冷气口的布置示意图；其中，以一个旋转对冲组的布置方式为例，两个激冷气口相对设置在同一个圆周上；

图3为本发明实施例中导向轮的结构剖面图；

图4为本发明实施例中导向轮的结构简图；

图5为本发明实施例中激冷气口的朝向布置示意图；其中，布置了8个激冷气口；

图6为本发明实施例中一段粉煤烧嘴的朝向示意图；

其中：1、激冷气口；2、导向轮；21、导向叶片套；22、导向叶片；23、叶片轴；3、干煤粉气化炉本体；4、入口导锥；5、第一假想圆；6、第二假想圆；7、一段反应室；8、二段反应室；9、一段粉煤烧嘴；10、排渣口；11、二段粉煤烧嘴；12、合成气出口反向室；13、换热器通道；14、换热器；15、进气管路。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本申请所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

本发明实施例提供了一种用于提升激冷气与合成气混合效果的激冷装置，用于对激冷气进行导向，提升激冷气与合成气的混合效果。

如图1~图5所示，一种用于提升激冷气与合成气混合效果的激冷装置，包括用于安装在干煤粉气化炉本体3上的多个激冷气口1，以及用于安装在激冷气口1中的导向轮2；干煤粉气化炉本体3的横截面为第一假想圆5，多个激冷气口1沿着第一假想圆5的圆周布置；激冷气口1的数量为正偶数，每两个激冷气口1组成一个旋转对冲组；同一旋转对冲组的两个激冷气口1设置在同一第一假想圆5的圆周上，并以第一假想圆5的圆心为中心，对称设置；导向轮2用于对激冷气进行导向，使激冷气自身旋转，并且导向后的激冷气流速增加；其中，至少有一个旋转对冲组安装有导向轮2。

上述实施例提供的激冷装置，用于在干煤粉气化过程中对合成气进行激冷，该装置能够将激冷气自身导向为旋转状态，增加激冷气与合成气的混合强度，将激冷气与合成气混合均匀，加强激冷气与合成气换热强度。同时激冷气产生的旋流可利于灰、煤粉颗粒附着渣壁，利于气化炉渣层捕捉灰和未燃煤粉颗粒气化，增加气化效率的同时降低堵塞相关通道的概率，有利于气化炉安全稳定运行和提高气化炉效率，减少下游通道堵塞，减低气化炉停炉风险。

需要说明的是，第一假想圆5的圆心在干煤粉气化炉本体3的竖向中心轴线上。

如图3和图4所示，可选实施例中，导向轮2包括导向叶片套21、导向叶片22和叶片轴23；导向叶片套21用于与激冷气口1连接；导向叶片22和叶片轴23设置于导向叶片套21之内，导向叶片22固定连接叶片轴23和导向叶片套21。

可选实施例中，导向叶片22的第一端连接叶片轴23，导向叶片22的第二端连接导向叶片套21的内壁；导向叶片22从第一端向第二端扭曲。导向叶片22的数量可以设置为四个、五个、六个以及更多，这些导向叶片22的扭曲方向、角度等全部一致。

作为示例，导向叶片22扭曲的形状类似于涡轮叶片等，用于改变激冷气的流向。

通过上述方案，由于导向叶片22扭曲，因此通过导向叶片22的激冷气方向也改变，经过导向叶片22的激冷气绕叶片轴23进行旋转。

作为示例，导向叶片22可以采用焊接的方式与叶片轴23以及导向叶片套21连接。

可选实施例中，叶片轴23位于导向轮2进气侧的一端设置有入口导锥4。具体来说，入口导锥4的形状为一圆锥，圆锥的尖部朝向进气的方向，圆锥的底部与叶片轴23一体连接，叶片轴23与入口导锥4同轴。

作为示例，导向叶片22和叶片轴23均采用8825合金材料制成；导向叶片22可以是8mm厚的合金板材扭转成型，或采用浇筑、3D打印、数控加工等方法制作而成，本方案不做具体限定。

可选实施例中，激冷气口1朝向第一假想圆5的圆心设置；或者，激冷气口1朝向的延长线与第二假想圆6相切，第二假想圆6为第一假想圆5的同心圆，并且第二假想圆6的直径小于第一假想圆5的直径。本实施例中，激冷气沿着合成气的逆方向射出，使激冷气在炉膛内充满度增加，进一步的提升混合效果。

如图5所示，图5中布置了八个激冷气口1，图5中激冷气口1的朝向与合成气旋转方向相逆。

可选实施例中，干煤粉气化炉本体3设置有一个横截面，对应一个第一假想圆5，至少一个旋转对冲组设置在第一假想圆5的圆周上。

如图2所示，作为示例，第一假想圆5上设置了一个旋转对冲组，即设置有两个激冷气口1，进气管路15连接至激冷气口1，用于供给激冷气。

可选实施例中，干煤粉气化炉本体3从上至下依次设置有至少两个横截面；每个横截面设置有至少一个旋转对冲组。具体来说，沿着干煤粉气化炉本体3从上至下可以设置多层相互平行的第一假想圆5，每层第一假想圆5的圆周上都可以设置激冷气口1。

可选实施例中，当同一横截面上设置有至少两个旋转对冲组时，激冷气口1沿着第一假想圆5的圆周均匀布置。具体来说，将第一假想圆5的圆周按照激冷气口1的数量进行等分，每个等分点上布置一个激冷气口1。

作为一种示例，当旋转对冲组为两个时，共计有四个激冷气口1，则在布置时，将第一假想圆5的圆周进行四等分，每个等分点上设置一个激冷气口1。当旋转对冲组为3个、4个以及更多时，也是按照激冷气口1的数量对第一假想圆5的圆周进行等分，按照等分点对激冷气口1进行布置。

作为一种示例，激冷气口1在未安装导向轮2的时候，其形状为管状口，允许激冷气直接通过管状口吹进气化炉之内。

实施例2

一种干煤粉气化炉，包括实施例1的激冷装置。

如图1所示，本方案中涉及的干煤粉气化炉可以是两段式气化炉。

干煤粉气化炉包括：一段反应室7和二段反应室8，一段反应室7设置于二段反应室8下方，并且一段反应室7和二段反应室8连通；一段反应室7下部设有一段粉煤烧嘴9，下部设置有排渣口10；二段反应室8下部设置有二段粉煤烧嘴11，中部设置有激冷装置。

具体的，如图6所示，一段粉煤烧嘴9在布置时偏转一定角度，与激冷气口1的偏转角度相逆。需要说明的是，本方案中所指的相逆，包括朝向相对或者存在夹角；如一段粉煤烧嘴9的朝向可以与激冷气口1的朝向在俯视角度观察时存在一定角度的夹角。

进一步具体来说，在两段式气化炉的二段反应室8上方环形布置激冷气口1，激冷气口1沿着两段式气化炉的周向插入干煤粉气化炉本体3内；激冷装置上方设有合成气出口反向室12；合成气出口反向室12的出口连通有换热器通道13，换热器通道13中设置有换热器14，换热器14用于对合成气出口反向室12输出的二段合成气进一步降温处理。

具体的，一段反应室7和二段反应室8均由水冷壁围成。

实施例3

一种激冷气与合成气的混合方法，包括如下步骤：

煤和氧气在一段反应室7内进行反应，得到一段合成气；一段合成气进入二段反应室8，在二段反应室8中进一步投入煤粉，与一段合成气反应，得到二段合成气；

从激冷气口1吹入冷却后的合成气，作为激冷气，激冷气在激冷气口1内导向轮2的作用下，以入口导锥4为轴进行旋转；具体来说，激冷气口1中的激冷气在导向叶片22的作用下，以叶片轴23（叶片轴23与入口导锥4同轴）为旋转轴进行旋转，并且激冷气的流速增加；同时，由于激冷气口1朝向的延长线与第二假想圆6相切，此时，以入口导锥4为轴进行旋转的激冷气射出的方向与二段合成气的方向相逆，激冷气从激冷气口1射出之后，激冷气自身旋转，并且激冷气与二段合成气方向相逆，激冷气与干煤粉气化炉本体3内的二段合成气进行碰撞、混合，使激冷气和二段合成气充分混合，并进行热交换。同时，旋转的激冷气气流将增加二段合成气中携带的灰颗粒、煤粉颗粒反应时间，使其气化充分，并将未充分反应的灰颗粒、煤颗粒“甩”到水冷壁上，便于水冷壁渣层捕捉，减少下游合成气灰含量，降低下游换热器通道13的堵塞风险。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (10)

1.一种用于提升激冷气与合成气混合效果的激冷装置，其特征在于，包括安装在干煤粉气化炉本体（3）上的多个激冷气口（1），以及安装在所述激冷气口（1）中的导向轮（2）；

所述干煤粉气化炉本体（3）的横截面为第一假想圆（5），多个所述激冷气口（1）沿着第一假想圆（5）的圆周布置；所述激冷气口（1）的数量为正偶数，每两个激冷气口（1）组成一个旋转对冲组；同一旋转对冲组的两个激冷气口（1）设置在同一个第一假想圆（5）的圆周上，并以第一假想圆（5）的圆心为中心对称设置；

所述导向轮（2）用于对激冷气进行导向；其中，至少有一个旋转对冲组安装有所述导向轮（2）。

2.根据权利要求1所述的用于提升激冷气与合成气混合效果的激冷装置，其特征在于，所述导向轮（2）包括导向叶片套（21）、导向叶片（22）和叶片轴（23）；

所述导向叶片套（21）用于安装在激冷气口（1）之内，与所述激冷气口（1）连接；

所述导向叶片（22）和叶片轴（23）设置于所述导向叶片套（21）之内，所述导向叶片（22）固定连接叶片轴（23）和导向叶片套（21）。

3.根据权利要求2所述的用于提升激冷气与合成气混合效果的激冷装置，其特征在于，所述导向叶片（22）的第一端连接所述叶片轴（23），所述导向叶片（22）的第二端连接所述导向叶片套（21）的内壁。

4.根据权利要求2所述的用于提升激冷气与合成气混合效果的激冷装置，其特征在于，所述叶片轴（23）位于导向轮（2）进气侧的一端设置有入口导锥（4）。

5.根据权利要求1所述的用于提升激冷气与合成气混合效果的激冷装置，其特征在于，所述激冷气口（1）朝向所述第一假想圆（5）的圆心设置；或者，所述激冷气口（1）朝向的延长线与第二假想圆（6）相切，所述第二假想圆（6）为第一假想圆（5）的同心圆，并且所述第二假想圆（6）的直径小于所述第一假想圆（5）的直径。

6.根据权利要求1所述的用于提升激冷气与合成气混合效果的激冷装置，其特征在于，所述干煤粉气化炉本体（3）设置有一个横截面，至少一个旋转对冲组设置在所述横截面所对应的第一假想圆（5）的圆周上。

7.根据权利要求1所述的用于提升激冷气与合成气混合效果的激冷装置，其特征在于，所述干煤粉气化炉本体（3）从上至下依次设置有至少两个横截面；每个横截面所对应的第一假想圆（5）的圆周上设置有至少一个旋转对冲组。

8.根据权利要求1所述的用于提升激冷气与合成气混合效果的激冷装置，其特征在于，当同一第一假想圆（5）的圆周上设置有至少两个所述旋转对冲组时，所述激冷气口（1）沿着所述第一假想圆（5）的圆周均匀布置。

9.根据权利要求2所述的用于提升激冷气与合成气混合效果的激冷装置，其特征在于，所述导向叶片（22）和叶片轴（23）均采用8825合金材料制成。

10.一种合成气与激冷气的混合方法，其特征在于，基于权利要求2~9任一项所述的用于提升激冷气与合成气混合效果的激冷装置实现，包括如下步骤：

激冷气口（1）中的激冷气在导向叶片（22）的作用下，以叶片轴（23）为旋转轴进行旋转并且激冷气的流速增加，激冷气从激冷气口（1）射出之后，与干煤粉气化炉本体（3）内的二段合成气进行碰撞、混合。