CN203653506U

CN203653506U - 气体冷却洗涤装置

Info

Publication number: CN203653506U
Application number: CN201320774474.2U
Authority: CN
Inventors: 王亦飞; 陈雪莉; 龚欣; 梁钦锋; 郭晓镭; 代正华; 于广锁; 王辅臣; 刘海峰; 周志杰; 许建良; 郭庆华; 李伟锋; 王兴军; 颜留成
Original assignee: SHANGHAI YINENG GAS TECHNOLOGY Co Ltd; East China University of Science and Technology
Current assignee: SHANGHAI YINENG GAS TECHNOLOGY Co Ltd; East China University of Science and Technology
Priority date: 2013-11-28
Filing date: 2013-11-28
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2023-11-28

Abstract

本实用新型公开了一种气体冷却洗涤装置，包括一壳体、一导气管和一设于所述壳体下部的鼓泡液池，所述壳体的上部设有一气体入口和一气体出口，所述导气管与所述气体入口连通并延伸至所述鼓泡液池内，所述导气管的上端设有一个一级冷却洗涤部件，所述气体冷却洗涤装置还包括一用于冷却洗涤气体中夹带的细灰的二级冷却洗涤部件，所述二级冷却洗涤部件设于所述壳体与所述导气管之间的环隙空间内，且位于所述鼓泡液池的液面以上、所述气体出口以下。本实用新型的气体冷却洗涤装置采用双喷淋的方式，能分离大于300μm的夹带在粗合成煤气的气相中的细灰，提高热质传递效果，减轻后续设备的处理负荷。

Description

气体冷却洗涤装置

技术领域

本实用新型涉及一种气体冷却洗涤装置，特别适用于洗涤粗合成煤气。

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，其气化操作的一般压力为0.2MPa～12MPa，温度为1000℃～1800℃。气流床气化技术是煤基洁净、高效利用、大型化的龙头技术和核心技术。

气化炉生产的煤气中含有灰渣，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，须先对其冷却和洗涤，去除其中夹带的灰渣和飞灰。

根据合成气冷却方式不同，气化技术可分为激冷流程和废锅流程，其中采用激冷流程的气流床煤气化技术由于其技术成熟性已在工业上得到广泛应用。激冷流程的气流床气化炉中气化室下部连接冷却洗涤室（也称激冷室），在冷却洗涤室内通过向冷却洗涤管中通入一定流量的激冷水（系统循环黑水），完成出气化室高温粗合成气的洗涤、降温、增湿和熔融态灰渣的淬冷、相变固化、沉降分离等过程。

中国专利ZL01112880.1公开了一种高温煤气冷却洗涤设备，该设备采用一级喷淋床与鼓泡床相结合的复合床型，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，来实现冷却洗涤高温煤气的目的。该专利技术克服了引进的煤气化技术所采用的激冷室在运行过程中常出现的，离开气化炉粗合成煤气液体夹带、床层液位不稳定、固相灰渣洗涤效果差等问题。

具体来讲，如图1所示，现有的一种气体冷却洗涤装置，包括壳体1、环形加水器2、静态破渣器3、均布器4、导气管5、气泡分割器6、喷水环7、和除沫器10。喷水环7为一下侧具有环形槽缝的环形圆管，所述环形圆管与设置在壳体1上部的一洗涤水进口8相连通，上部设有气体入口9，用于进行一级冷却洗涤，形成进行热质传递的喷淋撞击床。均布器4连接在导气管5下端，是漏斗形的，用于均布气体。气泡分割器6设置在壳体1与导气管5之间的环隙空间里，用于形成进行热质传递的鼓泡床。静态破渣器3固定在导气管5的下方，用于破碎大体积的灰渣。环形加水器2设于壳体1的下端，用于防止灰渣在壳体1的排渣口处架桥，为静态破渣创造条件。除沫器10固定设置在壳体1内的上部的气体出口11处，用于除去出口气体中的泡沫。

然而，随着气化用煤有朝使用高灰分、高灰熔点、熔渣粘温特性较差的煤的趋势，该类经过一级冷却和洗涤的煤在高温下的流动性较差、熔渣淬冷固化后形成的细灰较多，因此经过上述一级冷却和洗涤后，粗合成气中含细灰量较大，大大增加后续气体分级净化处理的负担，可能造成气体洗涤设备的积灰甚至堵渣，从而影响气化系统的长周期。因此，这种气体冷却洗涤装置适合于去除煤气中的大颗粒固态渣，但对于夹带在气相中的飞灰几乎无能为力。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是为了克服现有技术的经气体冷却洗涤装置一级冷却过滤后的煤气细灰量大的缺陷，提供一种煤气冷却洗涤装置及其工业应用。解决了因原料煤灰分高及高温下煤灰渣粘度大等所造成冷却洗涤室或后续气体洗涤系统的堵渣、积灰问题，减轻后续洗涤设备的处理负荷。

本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种气体冷却洗涤装置，包括一壳体、一导气管和一设于所述壳体下部的鼓泡液池，所述壳体的上部设有一气体入口和一气体出口，所述导气管与所述气体入口连通并延伸至所述鼓泡液池内，所述导气管的上端设有一个一级冷却洗涤部件，其特点在于，所述气体冷却洗涤装置还包括一用于冷却洗涤气体中夹带的细灰的二级冷却洗涤部件，所述二级冷却洗涤部件设于所述壳体与所述导气管之间的环隙空间内，且位于所述鼓泡液池的液面以上、所述气体出口以下。

较佳地，所述二级冷却洗涤部件包括至少一设于所述壳体侧壁上的二级洗涤水入口、一布置在所述壳体与所述导气管之间的环隙空间内的二级喷淋部件，所述二级洗涤水入口与所述二级喷淋部件连通，用于第二遍冷却洗涤所述壳体内的气体。

较佳地，所述二级喷淋部件包括至少一层与所述二级洗涤水入口连通的环形水管，所述环形水管上沿径向均布有若干喷淋头，所述喷淋头朝向所述鼓泡液池，用于形成向下喷淋的水雾。

较佳地，从所述二级喷淋部件喷淋出的冷却洗涤水的平均水速为2m/s～30m/s，用于达到更好的喷淋洗涤效果。

较佳地，所述喷淋头采用螺旋型实心圆锥形喷嘴，用于达到更好的喷淋洗涤效果。

较佳地，所述喷嘴的数量为2～20个，用于达到更好的喷淋洗涤效果。

较佳地，在所述气体出口处还设有一折流挡板，所述折流挡板固定在所述壳体内侧壁上，且与所述气体出口之间具有一间隙，所述折流挡板的高度高于所述气体出口，用于阻挡所述壳体内的气体中夹带的少量液体。

较佳地，所述一级冷却洗涤部件包括至少一设于所述壳体侧壁上的一级洗涤水入口、一布置在所述导气管内的一级喷淋部件，所述一级洗涤水入口与所述一级喷淋部件连通，用于第一遍冷却洗涤所述壳体内的气体。

较佳地，所述一级喷淋部件包括一与所述一级洗涤水入口连通的冷却洗涤水分布环，所述冷却洗涤水分布环的下侧设有若干环形槽缝，且靠近所述冷却洗涤水分布环的中轴线的内壁上还设有若干中心射流孔，用于在所述导气管内形成垂直降膜和中心射流。

较佳地，从所述二级喷淋部件喷淋出的冷却洗涤水的温度低于或等于从所述一级喷淋部件喷淋出的冷却洗涤水的温度，用于更有效地冷却所述壳体内的气体。

较佳地，在所述壳体与所述导气管之间的环隙空间内还设有3～4层的气泡分割器，所述鼓泡液池的液面高于所述气泡分割器，用于分割鼓泡液池中的气泡，形成进行热质传递的鼓泡床。

较佳地，所述导气管的下端为开口式，并且在所述导气管的下部管壁上还环设有一气体分布器，用于使所述导气管内的气体至少部分的从所述气体分布器中流出。

较佳地，所述气体分布器包括至少两个支管，各所述支管与所述导气管连通。

本实用新型中，上述优选条件在符合本领域常识的基础上可任意组合，即得本实用新型的各较佳实施例。

本实用新型的积极进步效果在于：本实用新型的气体冷却洗涤装置采用双喷淋的结构，来进一步分离气体中所夹带的细灰，尤其适用于高灰分煤种为原料的气流床气化过程。粗合成煤气经过本实用新型的气体冷却洗涤装置的二级喷淋洗涤，能分离大于300μm的夹带在粗合成煤气的气相中的细灰，提高热质传递效果、提高气体冷却洗涤装置抗堵能力，降低出口粗合成气中的飞灰含量，解决了因原料煤灰分高及高温下煤灰渣粘度大等所造成气体冷却洗涤装置或后续气体洗涤系统的堵渣、积灰问题，减轻后续设备处理负荷，保证煤气生产系统的长周期、稳定运行。

附图说明

图1为现有技术的高温煤气冷却洗涤装置的结构示意图。

图2为本实用新型一较佳实施例中的气体冷却洗涤装置的结构示意图。

图3为本实用新型一较佳实施例中的二级冷却洗涤部件的结构示意图。

图4为本实用新型一较佳实施例中的气体冷却洗涤过程的示意图。

具体实施方式

下面举出较佳实施例，并结合附图来更清楚完整地说明本实用新型。

如图2所示，一种气体冷却洗涤装置，包括一壳体1、一导气管5和一设于壳体1下部的鼓泡液池，壳体1的上部设有一气体入口9和一气体出口11，导气管5与气体入口9连通并延伸至所述鼓泡液池内，导气管5的上端设有一个一级冷却洗涤部件，所述气体冷却洗涤装置还包括一用于冷却洗涤气体中夹带的细灰的二级冷却洗涤部件，所述二级冷却洗涤部件设于壳体1与导气管5之间的环隙空间内，且位于所述鼓泡液池的液面以上、气体出口11以下。在气体出口11处还设有一折流挡板20，折流挡板20固定在壳体1的内侧壁上，且与气体出口11之间具有一间隙，折流挡板20的高度高于气体出口11，用于阻挡气体中夹带的少量液体。在壳体1与导气管5之间的环隙空间内还设有四层组合式的气泡分割器16，所述鼓泡液池的液面高于气泡分割器16，用于分割鼓泡液池中的气泡，形成进行热质传递的鼓泡床。导气管5的下端为开口式，并且在导气管5的下部管壁上环设有一气体分布器14，用于使导气管5内的气体至少部分的从气体分布器14中流出。气体分布器14包括两个支管，或者还可以包括多于两个的支管，各所述支管与导气管5连通。壳体1底部设有静态破渣器3，用于破碎大体积的灰渣。

所述一级冷却洗涤部件包括四个设于壳体1侧壁上的一级洗涤水入口18、一布置在导气管5内的一级喷淋部件17，一级洗涤水入口18与一级喷淋部件17连通，用于第一遍冷却洗涤壳体1内的气体。一级喷淋部件17包括一与一级洗涤水入口18连通的冷却洗涤水分布环，所述冷却洗涤水分布环的下侧设有若干环形槽缝，且靠近所述冷却洗涤水分布环的中轴线的内壁上还设有若干中心射流孔，用于在所述导气管5内形成垂直降膜和中心射流。

如图2和图3所示，所述二级冷却洗涤部件包括一设于所述壳体侧壁上的二级洗涤水入口28、一布置在壳体1与导气管5之间的环隙空间内的二级喷淋部件27，二级洗涤水入口28与二级喷淋部件27连通，用于第二遍冷却洗涤壳体1内的气体。二级喷淋部件27包括一层与二级洗涤水入口28连通的环形水管271，环形水管271上沿径向均布有若干喷淋头272，喷淋头272朝向所述鼓泡液池，用于形成向下喷淋的水雾。在本较佳实施例中，喷淋头272采用螺旋型实心圆锥形喷嘴，也可以是自行设计的类似喷嘴结构，该喷嘴通过内螺纹固定在环形水管271上。所述喷嘴的数量为6个，其个数还可以是2～20中的任意数。从二级喷淋部件27喷淋出的冷却洗涤水的平均水速约为18m/s，其平均水速还可以是2m/s～30m/s中的任意数，用于达到更好的喷淋洗涤效果。从二级喷淋部件27喷淋出的冷却洗涤水的温度低于或等于从一级喷淋部件17喷淋出的冷却洗涤水的温度，用于更有效地冷却壳体1内的气体。

双喷淋分离气相中的飞灰，其基本原理是利用上升飞灰被下行喷淋水润湿后，飞灰颗粒团聚成较大尺度固相后，再在重力作用下，实现与气相的分离。经过二级喷淋洗涤，本装置能分离粗合成煤气中大于300μm的夹带在气相中的细灰。

如图2和图4所示，进一步来讲，壳体1的内径为3000mm，有效高度8000mm；导气管5内径980mm，高度为6000mm。所述冷却洗涤水分布环沿内壁的环形槽缝宽度为6mm，中心射流孔直径为8mm，数量100个，出口平均水速为1.5m/s～5m/s，优选的为2.4m/s。

环形水管271直径为50mm，沿径向均布6个标准螺旋型实心圆锥形喷嘴，喷嘴上喷孔直径为12mm，自由通畅直径为6mm。进入环形水管271内的冷凝水流量为50m³/h，喷淋液气约5L/m³(气)，所述喷嘴的出口水速约18m/s。

以日处理1000吨煤干煤粉气流床气化炉为例，进入本实用新型的气体冷却洗涤装置的粗合成煤气（在图4中用箭头表示气体的运动方向）压力为4.0MPa，温度为1550℃，干煤气流量为85000Nm³/h，干煤气中含H₂＝24％，CO＝64%，CO₂＝4%，N₂=6%还有CH₄、Ar、H₂S、COS、NH₃、HCl、HCN、HCOOH等，约占2%。以干煤气为基准，进入壳体1的粗合成煤气中含灰渣量为160g/Nm³（干气），也即灰渣以12.8吨/小时被携带在粗合成煤气中而进入壳体1。

上述的高温粗合成煤气以5.2m/s的速度进入导气管5，一级冷却洗涤水的温度为220℃，加入冷却洗涤水分布环的一级冷却洗涤水流量为230m³/h，即加水量为2.4kg水/Nm³气，一级冷却洗涤水经冷却洗涤水泵由四个一级洗涤水入口18进入所述冷却洗涤水分布环，一级冷却洗涤水自所述环形槽缝和中心射流孔以平均2.7m/s速度喷出冷却洗涤水分布环，在导气管5内壁形成垂直降膜和中心射流，形成第一级喷淋，从而使导气管5内的煤气急剧降温、增湿，煤气中所携带的熔融态灰渣遇到一级冷却洗涤水后淬冷凝固、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400℃，携带灰、渣和一级洗涤水一起由导气管5的下端出来进入所述鼓泡液池中，在组合式的气泡分割器16的作用下，粗合成气和所述鼓泡液池内的水进行充分的鼓泡接触，离开鼓泡液池自由界面的上升气体温度约为220℃。进入环形水管271的二级冷却洗涤水温度约为140℃，流量为50m³/h，经其上的喷淋头272作用，形成二级喷淋，与上升的温度约为220℃的饱和粗合成气逆流接触，进行热质传递。粗合成气中的部分饱和水以其中夹带的细灰为核心发生冷凝，夹带的飞灰再次被140℃的液滴群所润湿而发生团聚，在重力作用下实现与气体的分离。经过二次喷淋洗涤，高温粗合成气中所含的60～70%灰渣实现了与合成气的初步分离，粗合成气基本被水蒸气饱和，洗涤水蒸发量为105t/h，粗合成气的湿含量为28.4kg水蒸气/Nm³干气，也即干气与蒸汽比例为1:1.58。

二级冷却洗涤水与大部分粒径大于1mm的小粒度灰渣在进入由导气管5和壳体1构成的环隙空间里，粒径大于静态破渣器3的格栅空间的固相被拦截、破碎，之后落入位于壳体1下方的液固沉降区中，其中灰渣在重力作用下沉降并经接锁斗开口进入位于气化炉下方的锁斗内，定期排出气化炉。130t/h冷却洗涤气体后的水（黑水）自黑水出口送至下游设备处理，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

1.一种气体冷却洗涤装置，包括一壳体、一导气管和一设于所述壳体下部的鼓泡液池，所述壳体的上部设有一气体入口和一气体出口，所述导气管与所述气体入口连通并延伸至所述鼓泡液池内，所述导气管的上端设有一个一级冷却洗涤部件，其特征在于，所述气体冷却洗涤装置还包括一用于冷却洗涤气体中夹带的细灰的二级冷却洗涤部件，所述二级冷却洗涤部件设于所述壳体与所述导气管之间的环隙空间内，且位于所述鼓泡液池的液面以上、所述气体出口以下。

2.如权利要求1所述的气体冷却洗涤装置，其特征在于，所述二级冷却洗涤部件包括至少一设于所述壳体的侧壁上的二级洗涤水入口、一布置在所述壳体与所述导气管之间的环隙空间内的二级喷淋部件，所述二级洗涤水入口与所述二级喷淋部件连通。

3.如权利要求2所述的气体冷却洗涤装置，其特征在于，所述二级喷淋部件包括至少一层与所述二级洗涤水入口连通的环形水管，所述环形水管上沿径向均布有若干喷淋头，所述喷淋头朝向所述鼓泡液池。

4.如权利要求3所述的气体冷却洗涤装置，其特征在于，从所述二级喷淋部件喷淋出的冷却洗涤水的平均水速为2m/s～30m/s。

5.如权利要求3所述的气体冷却洗涤装置，其特征在于，所述喷淋头采用螺旋型实心圆锥形的喷嘴。

6.如权利要求5所述的气体冷却洗涤装置，其特征在于，所述喷嘴的数量为2～20个。

7.如权利要求2所述的气体冷却洗涤装置，其特征在于，在所述气体出口处还设有一折流挡板，所述折流挡板固定在所述壳体的内侧壁上，且与所述气体出口之间具有一间隙，所述折流挡板的高度高于所述气体出口，用于阻挡所述壳体内的气体中夹带的少量液体。

8.如权利要求2～7中任一项所述的气体冷却洗涤装置，其特征在于，所述一级冷却洗涤部件包括至少一设于所述壳体的侧壁上的一级洗涤水入口、一布置在所述导气管内的一级喷淋部件，所述一级洗涤水入口与所述一级喷淋部件连通。

9.如权利要求8所述的气体冷却洗涤装置，其特征在于，所述一级喷淋部件包括一与所述一级洗涤水入口连通的冷却洗涤水分布环，所述冷却洗涤水分布环的下侧设有若干环形槽缝，且靠近所述冷却洗涤水分布环的中轴线的内壁上还设有若干中心射流孔。

10.如权利要求9所述的气体冷却洗涤装置，其特征在于，在所述壳体与所述导气管之间的环隙空间内还设有3～4层的气泡分割器，所述鼓泡液池的液面高于所述气泡分割器。

11.如权利要求10所述的气体冷却洗涤装置，其特征在于，所述导气管的下端为开口式，并且在所述导气管的下部管壁上还环设有一气体分布器，用于使所述导气管内的气体至少部分地从所述气体分布器中流出。

12.如权利要求11所述的气体冷却洗涤装置，其特征在于，所述气体分布器包括至少两个支管，各所述支管与所述导气管连通。