CN203545958U - 分体组合式高温气体洗涤冷却装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种分体组合式高温气体洗涤冷却装置，其包括一第一壳体和一第二壳体，该第一壳体设有排放口、第一黑水出口，该第二壳体的下部设有气体导入管，该气体导入管与该排放口连接，该气体导入管的上部设有气体分布器，且该气体分布器设置在该第二壳体内部的液池，该第二壳体内还设有组合式气泡分割器，该第二壳体上部设有洗涤水入口，该洗涤水入口的一端与该第一黑水出口连通，该洗涤水入口的另一端与液体水分布槽相连，该第二壳体上部侧面设有气体出口。本实用新型通过垂直降膜的喷淋流动、压力雾化和鼓泡过程相耦合，更有效地提高热质传递效果、提升粗合成气洗涤、冷却效率，减少设备出现堵渣的可能性，降低设备投资费用。

Description

分体组合式高温气体洗涤冷却装置

技术领域

本实用新型特别涉及一种分体组合式高温气体洗涤冷却装置。

背景技术

气化炉多用于加工生产粗合成煤气，所述粗合成煤气由煤、天然气、页岩气、石油焦、生物质、污泥等碳氢化合物制取，以H₂、CO、CO₂为主体组分，其一般压力为0.2～12MPa，温度为1000～1800℃。煤气中含有灰渣，其干气成分CO和H₂为75～94%，CO₂为2～23%，N₂、Ar、H₂S、COS、NH₃、HCl、CH₄、HCN、HCOOH等为3～5%。

为了将合成煤气用于生产合成氨、甲醇、油品、烯烃等化学工业、联合循环发电（IGCC）、冶金工业（直接还原炼铁）等工业领域，须先对其洗涤，去除其中夹带的灰渣和飞灰。

目前在气化领域高温气体处理应用最为广泛、技术最为成熟的为激冷流程，该流程用系统循环黑水来洗涤高温粗合成煤气，能较好地达到降温、洗灰和除渣的效果，保证后续工段的正常运行，洗涤冷却室（或称激冷室）一般与气化室共同组成气化炉主体。

一些引进的煤气化技术所采用的激冷室在运行过程中，常出现离开气化炉出口的合成煤气液体夹带、床层液位不稳定、固相灰渣洗涤效果差等问题。专利号为01112880.1和01112702.3的中国专利公开了一种新型洗涤冷却室，该结构采用喷淋床与鼓泡床相结合的一种复合床型，利用流体的喷淋流动与鼓泡运动达到气液固三相热质同时传递过程，根据流体流动特点，洗涤冷却室床层可分为气液并流区、鼓泡区、液固分离区和气液分离区等，洗涤冷却室的主要构件有洗涤冷却水分布环、洗涤冷却管和分隔板等。

目前该洗涤冷却室已经成功应用于国内外30余家企业90余台气化炉之上。但是随着气化用煤有朝使用高灰分、高灰熔点或熔渣粘温特性较差的煤的趋势，该类煤在高温下的流动性较差、且受温度变化的影响大，使用现有的下降管或洗涤冷却管结构，在实际操作过程中出现渣口或管内堵渣的概率增加，造成高温气体的偏流而影响装置的长周期运行。

此外，对于由一个壳体完成高温气体的洗涤冷却，由于离开壳体的气体要达到气液相平衡状态，且气相中不带固体灰渣，因此要保证高温气体与洗涤冷却水有一相对较长的接触时间，才能实现工艺所要求的洗涤冷却效果，这就势必造成导气管的长度较长。

实用新型内容

本实用新型为了克服现有技术中渣口或管内堵渣的概率较高，造成高温气体偏流继而影响装置的长周期运行，以及设备投资费用高等缺陷，提供一种分体组合式高温气体洗涤冷却装置。

本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种分体组合式高温气体洗涤冷却装置，其特点在于，其包括一第一壳体和一第二壳体，该第一壳体的上部设有一经过洗涤降温后的气体的排放口，该第一壳体的下部设有一用于排出黑水的第一黑水出口，该第二壳体的下部设有一用于接纳该第一壳体导出的气体的气体导入管，该气体导入管与该排放口连接，该气体导入管的上部设有一气体分布器，且该气体分布器深入设置在该第二壳体内部的液池，在该第二壳体内还设有一组合式气泡分割器，该第二壳体上部设有一洗涤水入口，该洗涤水入口一端与该第一黑水出口连通，该洗涤水入口的另一端与一液体水分布槽相连，该第二壳体上部侧面设有一气体出口，用于排出经过冷却和洗涤的粗合成气。

较佳地，该第一壳体的顶部设有一用于接纳待洗涤冷却的高温气体的开口，在该第一壳体的中部设有一导气管，该导气管的入口与该开口对接，并在对接的位置设有一洗涤冷却水分布环，该第一壳体的下方设有一静态破渣器，在该第一壳体的四周设有若干用于向该第一壳体内部喷射水雾以降低待洗涤冷却气体温度的压力雾化器，该压力雾化器包括一本体，该本体上设有与洗涤冷却水的水源连通的接口，该本体中设有一环形的导流片，该环形的导流片的前端设有一喷头，该喷头指向该导气管的出口。

较佳地，该组合式气泡分割器水平设置，该组合式气泡分割器的下端与气泡接触的部位呈锯齿状或格栅状。

较佳地，该第二壳体的直径为D，该第二壳体内液池上方的高度为H，H/D的值为0.5～3。

较佳地，该第二壳体的下部设有一第二黑水出口，用于排出黑水。

较佳地，该导气管的长度为0.2m～2m。

其中，该气体导入管内气体的流速为5m/s～30m/s。

该第二壳体内气体的空塔流速为0.1～5m/s，气体在该第二壳体内的停留时间为10～60s。

该第二壳体内气体的空塔流速为0.1～2m/s，气体在该第二壳体内的停留时间为20～40s。

该导气管内的气体的流速为2m/s～10m/s；该洗涤冷却水分布环的出口处的液体流速为0.5m/s～5m/s。

该第一壳体由11/4Cr-1/2Mo(SA387Gr11Cl2)堆焊AISI316L(相当于国内CoCr17Ni13Mo2)或复合316L，该洗涤水分布环、导气管采用Incoloy825；第二壳体采用碳钢(16MnR)复合316L材质，该组合式气泡分割器采用不锈钢材质。

在该环形的导流片上设有若干导流槽，所述导流槽均从该环形的导流片的内圈向外圈延伸，所述导流槽均与该内圈相切且形成同向倾斜分布，该导流槽将该接口与该喷头连通，洗涤冷却水经过该接口、所述导流槽以及喷头后喷射入该第一壳体中。

该压力雾化器相对该第一壳体的中轴线成中心对称分布。

该压力雾化器的中轴线与该导气管的出口齐平。

贴着该第一壳体的内壁设有一溢流水夹套，该溢流水夹套位于该压力雾化器的上方，该溢流水夹套包括与洗涤冷却水的水源连接的一进水口和一出水口，该进水口位于该溢流水夹套的下部，该出水口位于该溢流水夹套的上部。

该第一壳体的上部还设有一用于清洗该第一壳体的顶部的支撑板的清洗装置，该清洗装置包括一设置在该第一壳体上的清洗介质入口，以及若干指向该支撑板的清洗介质出口。

该清洗装置为一环形喷水管，该环形喷水管位于该溢流水夹套的上方。

该导气管的长度为0.2m～2m，该导气管内的气体的流速为2m/s～6m/s；该洗涤冷却水分布环的出口处的液体流速为1.5m/s～3.5m/s。

该静态破渣器的下方设有一液池，该液池包括一用于排渣的排渣出口。

该洗涤冷却水分布环为一下侧具有环形槽缝的环形圆管，该环形圆管上靠近的该环形圆管的中轴线的内壁还设有若干喷淋孔。

所有所述喷淋孔的中心线与该导气管的中轴线的夹角范围均为10°～80°。

所有所述喷淋孔的中心线与该导气管的中轴线的夹角范围均为20°～60°。

本实用新型的积极进步效果在于：本实用新型的分体组合式高温气体洗涤冷却装置中，含用于形成垂直降膜喷淋和中心射流喷淋的洗涤冷却水分布环，用于形成喷雾撞击的压力雾化器和用于形成均匀鼓泡的气体分布器。通过所述喷淋流动、压力雾化和鼓泡过程的耦合，更有效地提高热质传递效果、减少设备出现堵渣的可能性、提高洗涤冷却室抗堵能力，强化粗合成煤气的洗涤效率，解决了因原料煤灰分高及高温下煤灰渣粘度大等所造成导气管内的堵渣问题，保证装置的长周期运行，延长气化炉内件的使用寿命，降低设备投资，避免安全事故的发生。

附图说明

图1为本实用新型的一较佳实施例中的分体组合式高温气体洗涤冷却装置的结构示意图。

图2为图1中的压力雾化器的剖视图。

图3为图1中的压力雾化器的侧视图。

图4为图1中的环形喷水管的俯视图。

图5为图4中的A部放大图。

图6为本实用新型的一较佳实施例中的一种气泡分割器的结构示意图。

图7为本实用新型的一较佳实施例中的另一种气泡分割器的结构示意图。

附图标记说明：

第一壳体1       静态破渣器2

压力雾化器3     本体31

导流片32        导流槽321

喷头33          导气管4

溢流水夹套5     出水口501

进水口502       洗涤冷却水分布环6

环形槽缝601     喷淋孔602

分布环进口7     清洗介质入口8

环形喷水管9     清洗介质出口901

开口10          气体出口11

折流挡板12      液池13

洗涤水出口14    洗涤水管线15

气体输运管线16  第二壳体17

洗涤水入口18    水分布槽19

气液分离空间20  组合式气泡分割器21

液池22          气体导入管23

气体分布器24    黑水出口25

出口26          折流挡板27

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本实用新型，但并不因此将本实用新型限制在所述的实施例范围之中。

如图1所示，本实施例中的高温气体洗涤冷却装置包括一第一壳体1和一第二壳体17，该第一壳体1的顶部设有一用于接纳待洗涤冷却气体的开口10，在该第一壳体1内设有一垂直向下延伸的导气管4，该导气管4上方的入口与开口10对接，并在对接的位置设有一洗涤冷却水分布环6，该第一壳体1的下部设有静态破渣器2。在第一壳体1的上方还设置一气体出口11，在气体出口11侧还设有一折流挡板12，从而气体出口侧的气体以折流方式离开第一壳体，通过此折流流动，出口粗合成煤气中夹带的部分液态水因流动通道的变化实现与气相的分离，降低出口粗合成煤气中的液滴夹带量。该第二壳体17的下部设有一用于接纳从第一壳体1出来的较高温度粗合成气的开口，该开口向上接有一气体导入管23，导入管末端有一气体分布器24，可以是锥型升气帽或其他形式气体分布器，第二壳体17的上部一侧有一引出洗涤后的气体的出口26，气体通过该出口进入后一工序进行深度的洗涤和净化，同前，在出口26前也设置了一折流挡板27。第二壳体17上部另一侧有一接纳引自第一壳体1的洗涤水入口18，该入口与一水分布槽19相连，第二壳体的下部设有一黑水出口25，容纳了来自气相中的灰渣的含渣黑水从该出口离开洗涤冷却系统，进入渣水处理系统进行水的回用处理。为防止和降低气体通过存在于第二壳体内的液池22时出现腾涌、气泡聚并等现象，设置了若干层组合式气泡分割器21，同时气泡分割器的存在还稳定了床层内液相主体的流动。

在第一壳体1的四周设有若干用于向第一壳体1内部喷射水雾以降低待洗涤冷却气体温度的压力雾化器3。本实施例中包含四个压力雾化器3，且所有压力雾化器3的喷射方向均指向该导气管4的中轴线，并与导气管4的出口齐平。

下面对于上述压力雾化器做进一步说明，为了便于说明以及理解，下文中将沿水雾喷射的方向定为压力雾化器的“前端”。

如图2和3所示，该压力雾化器3分别包括一设置在第一壳体1侧壁上的本体31，在本体31上设有与洗涤冷却水的水源连通的接口，该接口的内壁设有内螺纹以便于与洗涤冷却水水源的管道（图中未示）旋接。在本体31中设有一环形的导流片32，导流片32的前端设有一喷头33，在安装压力雾化器3的时候，压力雾化器3的喷头33指向该导气管4的出口，且与所述出口齐平。

另外，在导流片32上设有若干导流槽321，所述导流槽321均从该导流片32的内圈向外圈延伸，且所述导流槽321均与该内圈相切，该导流槽321将该接口与喷头33连通；洗涤冷却水经过该接口、所述导流槽321以及喷头33后喷射入该第一壳体1中。在高压作用下，通过切向的导流槽321的引导，洗涤冷却水成漩涡状地进入喷头33，并在惯性的作用下成漩涡状喷射出去。洗涤冷却水经压力雾化器3雾化后，喷射进入第一壳体1，与从导气管4出来的尚处于较高温的粗合成煤气直接接触，进一步发生热质同时传递过程。此外，通过该压力雾化器形成的雾化液滴对导气管4出口处的较高温度粗合成煤气进一步的冷却和洗涤。

再如图1所示，本实施例中的洗涤冷却水分布环6为下侧具有一环形槽缝601的环形圆管，在第一壳体1上设有若干个与洗涤冷却水的水源连接的分布环进口7。在指向该环形圆管的中轴线的内壁上还设有若干喷淋孔602。所述喷淋孔602的中心线与该导气管4的中轴线的夹角范围可以为10°～80°，较佳的可以为20°～60°，本实施例中，选择的夹角角度为30°。洗涤冷却水自该环形槽缝601和喷淋孔602喷出，分别形成沿该导气管4内壁流动的垂直降膜和中心射流流动，同时对进入导气管4的粗合成煤气体的气柱的外围和中心进行喷淋降温，使气体温度得以骤降，同时洗涤冷却水被气化产生增湿效果，更为重要的是减轻了洗涤冷却管顶部液膜的热负荷。

在第一壳体1内壁的上部还设有一用于保护第一壳体1内壁的溢流水夹套5，该溢流水夹套5具有一进水口502和一出水口501，该进水口502位于该溢流水夹套的下部，该出水口501位于该溢流水夹套的上部。

在气化炉和第一壳体交界的部位设有一支撑板，由于高温气体具有向上流动的特性，因此粗合成煤气会带着大量灰尘等接触该支撑板，造成支撑板积灰严重。因此，在第一壳体1的上部还设有一用于清洗该支撑板的清洗装置，本实施例中该清洗装置为一环形喷水管9，该环形喷水管9包括设置在第一壳体1上的清洗介质入口8，以及向上指着支撑板的清洗介质出口901。

再如图1所示，本实施例中组合式气泡分割器21下端与上行气泡接触的部位呈锯齿状或格栅型，其组合形式可以多变，整体以水平格形式放置，为方便检修，还可以呈组合模块形式，如图6和7所示。

本实施例中，由于第一壳体的主要作用是实现淬冷，洗涤主要在第二壳体完成，因此可以将导气管长度大大缩短，只要气相降其高温段焓值即可。将导气管4的长度从现有工业装置上普遍采用的5～8m，减小到现在的0.5～2m，结合液相的压力雾化，可保证含渣合成煤气得到急剧冷却的同时大大降低熔渣固化而在导气管内出现堵渣、引起气体偏流、洗涤水膜分布不均，从而降低导气管可能受热烧损的几率，降低第一壳体的设备总体高度，而本实施例中设置的第二壳体，其金属壳体可采用碳钢(16MnR)复合316L材质，而工业上洗涤冷却室整个壳体全部是由11/4Cr-1/2Mo(SA387Gr11Cl2)堆焊AISI316L(相当于国内CoCr17Ni13Mo2)或复合316L；5～8m的洗涤冷却管（或称下降管）采用Incoloy825，而本实例中需用Incoloy825材质的导气管长度减至0.2～2m。故而此分体式高温气体洗涤冷却装置在进一步提升粗合成气洗涤、冷却效率的同时，大大降低了高温洗涤初步洗涤和冷却的装置的制造成本。

本实施例中，第一壳体1的内径为3400mm，有效高度3000mm；导气管4内径1068mm，高度为1000mm。所述洗涤冷却水分布环6沿内壁的环形槽缝601宽度为8mm，喷淋孔602的直径为8mm，数量100个，出口平均水速为1.5m/s～5m/s，优选的为2.4m/s。

压力雾化器3的喷头33的最大内径为20mm，最小内径为3.8mm。喷头33的出口水速为9.8m/s，四个压力雾化器以90°对称排布，其轴向高度与导气管4出口平齐。

位于支撑板（图中未示）下方的环形喷水管9的喷水孔901直径为5mm，数量为80个，清洗介质入口8的流量为20m³/h，清洗介质出口的水速为3.5m/s。

第二壳体的内径为3000mm，有效高度5000mm；气体导入管内径464mm。气体在第二壳体内的空塔表观气速为1.5m/s～5m/s，在导入管内的气速为5-30m/s，优选的为10-20m/s。

以日处理1500吨煤气流床气化炉为例，进入洗涤冷却室的粗合成煤气压力为6.5MPa，温度为1300℃，干煤气流量为115000Nm³/h，干煤气中含H₂约33%，CO约49%，CO₂约16%，还有CH₄、N₂、Ar、H₂S、COS、NH₃、HCl、HCN、HCOOH等，约占2%。以干煤气为基准，进入第一壳体1的粗合成煤气中含灰渣量为75g/Nm³（干气），也即灰渣以8.7吨/小时被携带在粗合成煤气中而进入第一壳体1。

上述的高温粗合成煤气以4.4m/s的速度进入导气管4，洗涤冷却水的温度为250℃，加入洗涤冷却水分布环的洗涤冷却水流量为310m³/h，即加水量为2.2kg水/Nm³气，洗涤冷却水经洗涤冷却水泵由四个分布环进口7进入洗涤冷却水分布环6，洗涤冷却水自环形槽缝601和喷淋孔602以2.4m/s速度出喷水环，在导气管4内壁形成垂直降膜和中心射流，使导气管4内的煤气急剧降温、增湿，煤气中所携带的熔融态灰渣遇到洗涤冷却水后淬冷凝固、浸润，部分粒度较小的灰渣则被气相携带（飞灰），其余进入水相与水混合。

经喷淋降温和增湿后的煤气其温度约900℃，携带灰渣水由导气管4的下端出来后与从压力雾化器3喷射出来的雾滴直接接触，实现进一步的降温和增湿，经过如此初步冷却和洗涤过程后，粗煤气温度约为500℃，从第一壳体上部离开经气体输运管线16入第二壳体，经气体分布器24均布后气体以鼓泡的形式进入水浴液相床层，与来自第一壳体的洗涤水再次鼓泡接触，保证含灰气体得以充分的洗涤和进一步冷却，之后，流经第二壳体上部的气液分离空间20后，由出口26离开本实例的组合式洗涤冷却装置。此时高温粗合成煤气中所含的94%灰渣实现了与煤气的分离，煤气基本被水蒸气饱和，洗涤水总蒸发量为162t/h，煤气的湿含量为1.71kg水蒸气/Nm³干气，也即干气与蒸汽比例为1:1.71。

洗涤冷却水与大部分粒径>3mm的小粒度灰渣在进入由导气管4和第一壳体1构成的空间里，粒径大于静态破渣器2的格栅空间的固相被拦截、破碎，之后落入位于第一壳体1下方的液池13中，其中灰渣在重力作用下沉降并经锁斗定期排出气化炉。一部分洗涤冷却水蒸发进入气相，一部分和灰渣一起进入锁斗，大部分洗涤水经第一壳体下部的洗涤水出口14，由洗涤水管线15进入第二壳体上部的洗涤水入口18，经水分布槽19分布后，喷洒入第二壳体内进入存在于第二壳体内的液池22，最后92t/h洗涤冷却气体后的水自第二壳体下部黑水出口25送至下游渣水处理系统处理，以循环回用和排放。

虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本实用新型的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本实用新型的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种分体组合式高温气体洗涤冷却装置，其特征在于，其包括一第一壳体和一第二壳体，该第一壳体的上部设有一经过洗涤降温后的气体的排放口，该第一壳体的下部设有一用于排出黑水的第一黑水出口，该第二壳体的下部设有一用于接纳该第一壳体导出的气体的气体导入管，该气体导入管与该排放口连接，该气体导入管的上部设有一气体分布器，且该气体分布器深入设置在该第二壳体内部的液池，在该第二壳体内还设有一组合式气泡分割器，该第二壳体上部设有一洗涤水入口，该洗涤水入口一端与该第一黑水出口连通，该洗涤水入口的另一端与一液体水分布槽相连，该第二壳体上部侧面设有一气体出口，用于排出经过冷却和洗涤的粗合成气。

2.如权利要求1所述的分体组合式高温气体洗涤冷却装置，其特征在于，该第一壳体的顶部设有一用于接纳待洗涤冷却的高温气体的开口，在该第一壳体的中部设有一导气管，该导气管的入口与该开口对接，并在对接的位置设有一洗涤冷却水分布环，该第一壳体的下方设有一静态破渣器，在该第一壳体的四周设有若干用于向该第一壳体内部喷射水雾以降低待洗涤冷却气体温度的压力雾化器，该压力雾化器包括一本体，该本体上设有与洗涤冷却水的水源连通的接口，该本体中设有一环形的导流片，该环形的导流片的前端设有一喷头，该喷头指向该导气管的出口。

3.如权利要求1所述的分体组合式高温气体洗涤冷却装置，其特征在于，该组合式气泡分割器水平设置，该组合式气泡分割器的下端与气泡接触的部位呈锯齿状或格栅状。

4.如权利要求1所述的分体组合式高温气体洗涤冷却装置，其特征在于，该第二壳体的直径为D，该第二壳体内液池上方的高度为H，H/D的值为0.5～3。

5.如权利要求1所述的分体组合式高温气体洗涤冷却装置，其特征在于，该第二壳体的下部设有一第二黑水出口，用于排出黑水。

6.如权利要求2所述的分体组合式高温气体洗涤冷却装置，其特征在于，该导气管的长度为0.2m～2m。

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