CN202744505U - 一种激冷器以及带有该激冷器的气化炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种激冷器，其中所述激冷器(17)具有环形雾化喷射管(11)，所述的环形雾化喷射管(11)具有激冷水入口(12)，其中，所述的环形雾化喷射管(11)的内环和外环分别设置有至少3个内喷射孔(19)和至少3个外喷射孔(18)，所述内喷射孔(19)所在的平面和外喷射孔(18)所在的平面平行，并且与所述环形喷射管路的横截面垂直；以及公开了一种使用本实用新型的这种激冷器(17)和任选的除尘挡板(10)的气化炉。本实用新型的这种气化炉可以实现双向喷淋降温除尘，使得合成气体在气化炉内筒底端以及内筒和外筒之间实现2次降温和除尘。

Description

一种激冷器以及带有该激冷器的气化炉

技术领域

本实用新型涉及一种激冷器和带有该激冷器的气化炉。

背景技术

粉煤的加氢气化技术是一种将煤清洁利用的技术，是在气化炉中，使煤在热解阶段产生的CH₃自由基瞬时与氢反应生成甲烷，在气化阶段氢气可与碳直接反应生成甲烷，经过气化工艺，能获得富含甲烷和氢气的粗合成气，即，细小的粉煤以及灰分等混合在高温高压的合成气体中，因此，主要成分为甲烷和氢气的高温合成气体中便夹带着大量的固体颗粒粉尘杂质。为得到低温、洁净的合成气体，必须进行合成气降温和除尘处理。同时，为降低后续除尘工艺设备的功率负荷和延长气体通路各管路、阀门、设备等的使用寿命，通常在气化炉的底端采用激冷工艺来实现第一步的除尘和降温。激冷的作用就是将高温合成气与半焦降温并实现气焦分离。

中国科学技术大学的唐志国等人，在2011年授权的专利号为CN101328434B中提出“一种干煤粉气流床气化炉”，采用单向或1次激冷，在激冷室设有激冷水雾化喷嘴，同时，在气化炉底部形成液态渣池。在操作过程中，下段的激冷室为水冷壁结构，在外壁的内部四周布置列管式水冷壁，在激冷室的上部设置呈环向切圆式布置的激冷水雾化喷嘴，喷嘴可以是3个或者4、5、6个。喷出的雾化水形成的切圆半径小于主气化室的底部出口半径。

北京航天石化技术装备工程公司的高瑞恒等人，在2009年，公告号为CN100552006C的专利公开了“一种气化炉激冷环”，其使用激冷水喷淋清洗。气化室排出的高温合成气与熔渣进入激冷室经过激冷环，首先在耐火料表面附着一层渣层，避免合成气与灰渣对激冷环直接冲刷的危害，渣层还起到耐火层的作用，增大合成器与外环管间的热阻，使得激冷环向火面的温度降低，激冷环外环管的内表面做成螺纹形状，加大与激冷水的换热面积，强化了降温效果。激冷液由入口进入激冷液分配室，一部分沿着下降管内表面下降并形成一层水膜，合成气与水膜进行传热传质，对合成气增湿降温，另一部分激冷液直接由激冷液孔排口喷入合成气中对合成气快速降温。

公告号为CN201065399Y的实用新型专利中，提出“一种气流床煤气化反应器”，其合成气体(粗煤气)的炉内降温除尘是通过将粗煤气直接通入水浴中实现的。在操作过程中，急冷区设有导气筒，导气筒下部伸入水浴区，内导气筒由冷却水对粗煤气进行激冷处理，外导气筒上设有条形窗口，条形窗口周向布置在外导气筒的上部将粗煤气排出反应器外。

单向或者1次激冷，激冷水喷淋清洗后，合成气体的温度还比较高，固体杂质含量也较高，为清洁合成气体，后续除尘设备所需的功率负荷较高，同时较高温度和较高固体杂质含量的合成气体在后续工段的管路、阀门、设备中传输时，对相关部件的高温腐蚀和固体的磨蚀作用都较强，会降低相关部件的使用寿命，增加选材难度和要求，生产过程中的故障率高，生产效率降低。

将合成气体直接进入水浴降温除尘，虽然能够将合成气体温度降低并除去较多的混合固体颗粒，解决单向或1次激冷后合成气仍然具有较高温度和较高固体杂质含量的问题，但是合成气体经过水浴饱和，气体中所夹带的水分含量较高，增加了后续干燥设备的功率等负荷。同时，水浴所需要的激冷水量较大，液态排渣，存在渣水处理问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种能够克服气化炉的上述现有技术中的缺陷的带有新型激冷除尘装置的气化炉。

因此，本实用新型将提供如下方面：

本实用新型的第一方面是提供一种激冷器，其中所述激冷器具有环形雾化喷射管，所述的环形雾化喷射管具有至少2个激冷水入口，其中，所述的环形雾化喷射管的内环和外环分别设置有至少3个内喷射孔和至少3个外喷射孔，所述内喷射孔所在的平面和外喷射孔所在的平面平行，并且与所述环形喷射管路的横截面垂直。

在本实用新型的关于激冷器的一个实施方案中，所述喷射管路呈环形并由上到下分层排布，层数为1～6，每层管路相同，管的外直径5～20mm，管壁厚度0.25～1mm。

在本实用新型的关于激冷器的一个实施方案中，其中所述激冷水入口与环形雾化喷射管在同一水平面上，位于各层喷射管路的左右两端，每层喷射管路设有2个激冷水入口，相对平行放置，激冷水入口管与环形雾化喷射管之间的相互切向夹角为5～45°。

在本实用新型的关于激冷器的一个实施方案中，所述环形雾化喷射管呈螺旋状，盘旋层数为1～6层，并且在所述环形雾化喷射管的第一层和最后一层各设置1个激冷水入口。其中，优选每层喷射管是围绕相同的中轴线盘旋的，并且每层盘旋的喷射管的管道长度相同；更优选每层喷射管是围绕相同的中轴线盘旋的，并且盘旋的喷射管的各层管道长度在沿中轴线的一端到另一端的方向上依次增加。

在本实用新型的关于激冷器的一个实施方案中，其中内喷射孔和外喷射孔的孔直径为0.20～1mm，内喷射孔的孔间距为0.25～1mm，外喷射孔的孔间距为0.25～1mm。

在本实用新型的关于激冷器的一个实施方案中，所述激冷水入口的管的外直径和壁厚与环形雾化喷射管相同，其中管的外直径为5～20mm，管壁厚度0.25～1mm。

本实用新型的另一个方面是提供一种气化炉，其包括：加氢气化炉喷嘴3、预热后的氢气出口4、气化炉内筒5、盘管式换热器6、气化炉外筒7、原料氢气入口8、合成气出口9、列管式水冷壁10、渣斗16，以及本实用新型的激冷器17，

其中加氢气化炉喷嘴3具有氢气入口1和氢气输送的粉煤入口2，并且位于所述气化炉的顶部，氢气入口1和氢气输送的粉煤入口2经过气化炉喷嘴3通入到气化炉内筒5内，盘管式换热器6位于气化炉内筒5和气化炉外筒7之间，原料氢气入口8和预热后的氢气出口4分别位于气化炉的左右两侧，且原料氢气入口8在气化炉外筒上的位置低于预热后的氢气出口4的位置，合成气出口9在原料氢气入口8的相对侧，所述列管式水冷壁14设置在激冷器的下方和渣斗16的内部，并且具有冷却水入口13和冷却水出口15，所述激冷器17具有环形雾化喷射管11和激冷水入口12，所述激冷器17位于所述气化炉内筒5和气化炉外筒7的底端并且在列管式水冷壁14和渣斗16的上方。

在本实用新型的关于气化炉的一个实施方案中，所述气化炉还包括除尘挡板10，所述除尘挡板10设置在激冷器17的上方且在合成气出口9的下方。

在本实用新型的关于气化炉的一个实施方案中，所述除尘挡板10呈环形分布，为单层或多层。

在本实用新型的关于气化炉的一个实施方案中，其中所述多层为2～6层。

在本实用新型的关于气化炉的一个实施方案中，所述除尘挡板在单层挡板的情况下，被焊接在气化炉外筒的内壁上，底部位于激冷器平面上方10～100mm处，与气化炉外筒的夹角为10～80°，顶部与相近的气化炉内筒外壁相距5～20mm。

在本实用新型的关于气化炉的一个实施方案中，所述除尘挡板在多层挡板的情况下，第1层挡板与单层挡板相同，第2层挡板焊接在气化炉内筒的外壁上，底部位于激冷器平面上方20～200mm处，与气化炉内筒的夹角为10～80°，与相邻的第一层挡板的顶端相距10～20mm，第3层挡板与第1层挡板平行，底部位于第1层挡板的上方50～100mm处，第4层挡板与第2层挡板平行，底部位于第2层挡板的上方50～100mm处，依次类推，直到第n层挡板，其中n为小于等于6的整数。

相对于现有技术中的单向或者1次激冷，本实用新型的这种气化炉的优点在于：可以实现双向喷淋降温除尘，使得合成气体在气化炉内筒底端以及内筒和外筒之间实现2次降温和除尘，气化炉出口合成气体更加洁净，温度更低，降低后续除尘设备的功率负荷。

附图说明

图1是本实用新型的带有新型激冷器和除尘挡板的气化炉的纵向剖面示意图；

图2是本实用新型的激冷器的俯视图；

图3是本实用新型的激冷器的纵向剖面图。

具体实施方式

本实用新型通过提供一种新型激冷器以及带有该激冷器和任选的除尘挡板的气化炉而实现了：(1)合成气体进一步降温和除尘；(2)减少合成气中的固体杂质含量，降低后续除尘设备的功率负荷；(3)减少高温腐蚀和固体杂质的磨蚀，延长后续工段的管路、阀门、设备等的使用寿命，同时便于选材，降低生产过程中的故障率，提高生产效率；(4)控制激冷水用量，降低合成气体中水含量，减少后续干燥设备负荷，松散的固态排渣，避免液态排渣产生的渣水处理问题。

在本实用新型中，所述内环和外环对应于通常意义上的环形管的内环和外环，即所述环形雾化喷射管靠近环心的一侧为内环，远离环心的一侧为外环。

本实用新型的带有新型激冷除尘装置的气化炉的纵向剖面示意图如图1所示，其中：1、氢气入口；2、氢气输送的粉煤入口；3、加氢气化炉喷嘴；4、预热后的氢气出口；5、气化炉内筒；6、盘管式换热器；7、气化炉外筒；8、常温原料氢气入口；9、合成气出口；10、除尘挡板；11、激冷器的环形雾化喷射管；12、激冷器的激冷水入口；13、冷却水入口；14、列管式水冷壁；15、冷却水出口；16、渣斗；17、激冷器。其中，图中所示虚线框部分为激冷器17，由环形雾化喷射管11和激冷水入口12构成。激冷器17和除尘挡板10构成激冷除尘装置。

图2是本实用新型的激冷器的俯视图，其中：12、激冷器的激冷水入口；18、激冷器的环形雾化喷射管的外喷射孔；19、激冷器的环形雾化喷射管的内喷射孔；11、激冷器的环形雾化喷射管。

图3是本实用新型的激冷器的纵向剖面图，其中：19、激冷器的环形雾化喷射管的内喷射孔；11、激冷器的环形雾化喷射管；20、激冷器的第1层激冷水入口；18、激冷器的环形雾化喷射管的外喷射孔；21、激冷器的第2层激冷水入口；22、激冷器的第6层激冷水入口。

在本实用新型中，激冷器的环形雾化喷射管包括喷射管路、管路上的内喷射孔和外喷射孔，以及至少具有2个激冷水入口。喷射管路呈环形并由上到下分层排布，层数为1～10，每层管路相同，管的外直径5～20mm，管壁厚度0.25～1mm，在此情况下，激冷水入口与环形喷射管在同一水平面上，位于各层喷射管路的左右两端，每层喷射管路设有2个激冷水入口，相对平行放置。激冷水入口管与环形喷射管之间的相互切向夹角为5～45°。这种喷射管路布置如图3所示。

此外，喷射管路可以成螺旋形，盘旋层数为1～6层。优选在所述环形雾化喷射管的第一层和最后一层各设置1个激冷水入口。其中，优选每层喷射管是围绕相同的中轴线盘旋的，并且每层盘旋的喷射管的管道长度相同；更优选每层喷射管是围绕相同的中轴线盘旋的，并且盘旋的喷射管的各层管道长度在沿中轴线的一端到另一端的方向上依次增加。

所述的环形雾化喷射管的内环和外环分别设置有至少3个内喷射孔和至少3个外喷射孔。管路上的各个内喷射孔和外喷射孔在环形喷射管路上的位置与喷射管的平面平行，分别分布优选对称分布在喷射管的内环和外环，孔的直径0.20～1mm。即，所述内喷射孔所在的平面和外喷射孔所在的平面平行，并且与所述环形喷射管路的横截面垂直。所述环形喷射管路的横截面是指沿环形管的直径方向截取的面。内喷射孔的孔间距为0.25～1mm。外喷射孔的孔间距为0.25～1mm。激冷水入口的管外径和壁厚同环形雾化喷射管，管的外直径为5～20mm，管壁厚度0.25～1mm。

在本实用新型的气化炉中，除尘挡板焊接在气化炉外筒内壁或/和内筒外壁，呈环形分布，可以为单层或2～6层。采用单层挡板除尘时，挡板焊接在气化炉外筒的内壁上，底部位于激冷器平面上方10～100mm处，与气化炉外筒的夹角为10～80°，顶部与相近的气化炉内筒外壁相距5～20mm。采用2～6层挡板除尘时，第1层挡板与单层挡板相同，第2层挡板焊接在气化炉内筒的外壁上，底部位于激冷器平面上方20～200mm处，与气化炉内筒的夹角为10～80°，与相邻的第一层挡板的顶端相距10～20mm。第3层挡板与第1层挡板平行，底部位于第1层挡板的上方50～100mm处。第4层挡板与第2层挡板平行，底部位于第2层挡板的上方50～100mm处。依次类推，直到第6层挡板。

本实用新型的带有激冷除尘装置的气化炉的工作过程如下：

参见图1、2和3，高压的常温氢气经过原料氢气入口8进入盘管式换热器6，与气化炉内筒5换热后，经由预热后的氢气出口4排出，减少后期氢气加热成本，而后借助一定的加热方法(例如，可以采用天燃气燃烧加热或者氢气低温催化燃烧的方法等)将氢气加热到需要的温度后，高温高压的氢气和以氢气为输送介质的粉煤分别经过加氢气化炉喷嘴3的氢气入口1和粉煤入口2进入气化炉，在气化炉内筒5内发生气化反应，生成的合成气以及大量粉尘从气化炉内筒底端逸出。激冷器17中的激冷水分别从气化炉内筒的底端两侧喷入，水量控制在进入气化炉内筒和外筒后，接触并吸收合成气、半焦和粉尘所携带的热量后，全部呈现雾化蒸汽状态，不以液态水存在，保持半焦呈松散粉状。激冷水经过入口12进入后，通过位于紧邻气化炉内筒底端的带有众多孔洞即内喷射孔和外喷射孔的环形雾化喷射管11将水向环形管中心和与中心相对的外围喷射，在气化炉内筒底部环形管内以及相邻的内、外筒之间形成一个完整的水幕层，带有大量粉尘的合成气以及半焦，首先向下通过气化炉内筒底端中心的水幕层，进行第一次的降温除尘，而后，半焦落在渣斗16中，通过列管式水冷壁14冷却后由炉的底部排出。带有一定粉尘的合成气则向气化炉内筒的边缘扩散，并向上通过内、外筒之间的环形管外围的水幕层进行第二次除尘降温，合成气再向上经过除尘挡板10，借助于粉尘颗粒与挡板的撞击作用，将部分粉尘颗粒与合成气再一次分离，合成气进一步得以净化，最后合成气经由出口9进入后续的净化工艺。

从上述的工作过程描述可知，本实用新型的这种激冷除尘装置可以实现双向喷淋降温除尘，使得合成气体在气化炉内筒底端以及内筒和外筒之间实现2次降温和除尘，气化炉出口合成气体更加洁净，温度更低，降低后续除尘设备的功率负荷。

而且，在将合成气激冷降温的同时，由于本实用新型的装置中增加了气体挡板除尘，可以使得气体中混杂的较大固体颗粒在与挡板的撞击过程中实现气固的分离，较大固体颗粒就可以从气体中脱离出来，降低合成气中的固体杂质含量。

此外，在本实用新型中，合成气体以低的固体杂质含量并在低温下传输，减少了高温腐蚀和固体杂质的磨蚀，延长了后续工段的管路、阀门、设备等的使用寿命，同时便于选材，降低生产过程中的故障率，提高生产效率。

本实用新型还能够控制激冷水用量，降低合成气体中水含量，减少后续干燥设备负荷，松散的固态排渣，避免液态排渣产生的渣水处理问题。

相对于现有技术中的单向或者1次激冷，本实用新型能克服：合成气体的温度和固体杂质含量较高、后续除尘设备所需的功率负荷较高、气体传输时对相关部件产生的较强高温腐蚀和固体磨蚀作用、选材难、生产过程中的高故障率、生产效率低的问题。

相对于现有技术中的水浴降温除尘，本实用新型能克服：气体中夹带高水分含量、后续干燥设备的高功率负荷、激冷水量较大、液态排渣造成的渣水处理等问题。

Claims (12)

1.一种激冷器，所述激冷器(17)具有环形雾化喷射管(11)，所述的环形雾化喷射管(11)具有至少2个激冷水入口(12)，其中，所述的环形雾化喷射管(11)的内环和外环分别设置有至少3个内喷射孔(19)和至少3个外喷射孔(18)，所述内喷射孔(19)所在的平面和外喷射孔(18)所在的平面平行，并且与所述环形喷射管路的横截面垂直。

2.权利要求1所述的激冷器，其中所述喷射管路(11)呈环形并由上到下分层排布，层数为1～6，每层管路相同，管的外直径5～20mm，管壁厚度0.25～1mm。

3.权利要求2所述的激冷器，其中所述激冷水入口(12)与环形雾化喷射管(11)在同一水平面上，位于各层喷射管路(11)的左右两端，每层喷射管路(11)设有2个激冷水入口(12)，相对平行放置，激冷水入口管(12)与环形雾化喷射管(11)之间的相互切向夹角为5～45°。

4.权利要求1所述的激冷器，其中所述环形雾化喷射管(11)呈螺旋状，盘旋层数为1～6层，并且在所述环形雾化喷射管(11)的第一层和最后一层各设置1个激冷水入口(12)。

5.权利要求1-4中任意一项所述的激冷器，其中内喷射孔(19)和外喷射孔(18)的孔直径均为0.20～1mm，内喷射孔(19)的孔间距为0.25～1mm，外喷射孔(18)的孔间距为0.25～1mm。

6.权利要求1-4中任意一项所述的激冷器，所述内喷射孔(19)和外喷射孔(18)分别对称分布在喷射管(11)的内环和外环。

7.一种气化炉，包括：权利要求1至6中任一项所述的激冷器(17)，以及加氢气化炉喷嘴(3)、预热后的氢气出口(4)、气化炉内筒(5)、盘管式换热器(6)、气化炉外筒(7)、原料氢气入口(8)、合成气出口(9)、列管式水冷壁(14)、渣斗(16)，

其中加氢气化炉喷嘴(3)具有氢气入口(1)和氢气输送的粉煤入口(2)，并且位于所述气化炉的顶部，氢气入口(1)和氢气输送的粉煤入口(2)经过气化炉喷嘴(3)通入到气化炉内筒(5)内，盘管式换热器(6)位于气化炉内筒(5)和气化炉外筒(7)之间，原料氢气入口(8)和预热后的氢气出口(4)分别位于气化炉的左右两侧，且原料氢气入口(8)在气化炉外筒上的位置低于预热后的氢气出口(4)的位置，合成气出口(9)在原料氢气入口(8)的相对侧，所述列管式水冷壁(14)设置在激冷器的下方和渣斗(16)的内部，并且具有冷却水入口(13)和冷却水出口(15)，所述激冷器(17)具有环形雾化喷射管(11)和激冷水入口(12)，位于所述气化炉内筒(5)和气化炉外筒(7)的底端并且在列管式水冷壁(14)和渣斗(16)的上方。

8.权利要求7所述的气化炉，还包括除尘挡板(10)，所述除尘挡板(10)设置在激冷器(17)的上方且在合成气出口(9)的下方。

9.权利要求8所述的气化炉，所述除尘挡板呈环形分布，为单层或多层。

10.权利要求9所述的气化炉，其中所述多层为2～6层。

11.权利要求9所述的气化炉，所述除尘挡板在单层挡板的情况下，被焊接在气化炉外筒的内壁上，底部位于激冷器平面上方10～100mm处，与气化炉外筒的夹角为10～80°，顶部与相近的气化炉内筒外壁相距5～20mm。

12.权利要求9或10所述的气化炉，所述除尘挡板在多层挡板的情况下，第1层挡板与单层挡板相同，第2层挡板焊接在气化炉内筒的外壁上，底部位于激冷器平面上方20～200mm处，与气化炉内筒的夹角为10～80°，与相邻的第一层挡板的顶端相距10～20mm，第3层挡板与第1层挡板平行，底部位于第1层挡板的上方50～100mm处，第4层挡板与第2层挡板平行，底部位于第2层挡板的上方50～100mm处，依次类推，直到第n层挡板，其中n为小于等于6的整数。

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