CN206843387U - 一种热能回收冷却装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于煤化工领域，提供了一种热能回收冷却装置，包括：壳体、喉管、废锅室和激冷室，其中，喉管、废锅室和激冷室均设置在壳体内，喉管设置在最上方，其顶端为高温介质入口；喉管的出口与废锅室入口相通，废锅室出口与激冷室入口相通。本实用新型的热能回收冷却装置能够有效回收高温介质的显热，减少激冷介质的用量并降低系统的能耗；设备结构简单，日常检查维护和检修难度低，运行的稳定性高，能够保证整个气化系统的长周期高效运行。

Description

一种热能回收冷却装置

技术领域

本实用新型属于煤化工领域，涉及高温介质的热能回收和冷却。

背景技术

煤炭气化过程是将难以加工处理、难以脱除无用组分的煤炭，转化为易于净化、易于应用的气体的过程。已工业化的煤气化技术主要有固定床、流化床和气流床。大型气流床气化技术由于高温、高压、高有效气含量而被广泛应用于大型煤基烯烃、煤基甲醇、煤制气、煤制油以及煤气化联产等。

气流床气化过程中燃烧室的出口温度一般在1200℃以上，合理回收合成气高温显热是一个十分重要的工程问题。目前常用的热量回收工艺流程有激冷流程和废锅流程。

废锅流程中，Texaco气化技术采用全废锅(辐射废锅和对流废锅组合)技术，通过辐射废锅和对流废锅将气化过程产生的高温煤气、熔渣等的热量回收，可回收相当于原料煤低位发热量15～18％的能量，副产饱和蒸汽，实现热量回收利用。从能量利用效率角度而言，全废锅流程是所有气化装置热量回收中能效最高的工艺。但是全废锅流程的设备结构和工艺技术都比较复杂，尤其是对辐射废锅双通道结构的运行维护和检修难度都较大，对流废锅也容易出现积灰和磨损的情况，且检修工期和难度都比较大。

激冷流程分为水激冷和气激冷两种方式，目前较为常见的是采用水激冷的方式，比如德国西门子的GSP干煤粉气化就是水激冷方式，燃烧室产生的高温煤气和熔渣进入激冷室内与水直接接触，煤气降温进入变换系统、熔渣固化后进入水浴和后续的排渣系统。该工艺过程中热量主要进入水循环系统，热损失较大。激冷流程的工艺、设备及操作均较简单。但从能量利用角度出发，激冷式气化炉主要存在热效率低、水资源浪费大、能源利用不合理等缺点。与废锅流程相比，热煤气效率下降5～8％。因此，气化产物的显热能否充分回收利用，对整个系统的能源利用效率具有较大影响。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种新的热能回收冷却装置，以解决现有技术中存在的热回收效率低的问题。

本实用新型的热能回收冷却装置包括：壳体、喉管、废锅室和激冷室，其中，喉管、废锅室和激冷室均设置在壳体内，喉管设置在最上方，其顶端为高温介质入口；喉管的出口与废锅室入口相通，废锅室出口与激冷室入口相通；其中，

所述废锅室包括水冷壁和水平墙，水平墙设置在水冷壁上方，与喉管下端连接；水冷壁包括膜式水冷壁和屏式水冷壁，膜式水冷壁为多根冷却水管以圆柱形或多边柱形的形式设置在废锅室的壳体内部，多个屏式水冷壁以径向垂直于膜式水冷壁的形式均匀设置在膜式水冷壁的内侧，膜式水冷壁和屏式水冷壁形成高温辐射通道；

所述激冷室包括激冷喷头和水浴室，所述激冷喷头设置在激冷室的上部、中上部或中部；所述水浴室设置在激冷室的下方，底部设置出口；激冷室侧壁上还设置有高温介质出口，位于激冷喷头和水浴室液面之间。

优选地，所述水冷壁的上方设置有上部水箱，水冷壁的下方设置有下部水箱。

优选地，所述水平墙下方设置有保护屏，位于屏式水冷壁的轴心侧。

优选地，所述激冷室中设置有内筒，内筒下端与壳体之间密封，内筒上端与壳体之间开放。所述激冷喷头延伸至内筒的内侧。

优选地，所述高温介质出口的上方设置有挡板。

优选地，所述激冷喷头在激冷室内的水平或垂直方位上均匀或错位布局。

优选地，所述激冷喷头的个数为2～10个。

优选地，所述激冷喷头的喷入方向与垂直面的角度θ为锐角，优选θ为0°～60°。

优选地，所述膜式水冷壁由50～200根冷却水管组成；所述多个屏式水冷壁为4～24个，每个屏式水冷壁由2～12根水管组成。

优选地，所述水冷壁的进水口设置在水冷壁下方，出水口设置在水冷壁的上方。

本实用新型的热能回收冷却装置在废锅流程和激冷流程的基础上，对二者分别进行了改进，克服现有装置工艺流程长或热回收效率低的缺陷，有效回收了高温介质的显热，减少激冷介质的用量并降低系统的能耗；且设备结构简单，日常检查维护和检修难度低，运行的稳定性高，能够保证整个气化系统的长周期高效运行。

附图说明

图1为本实用新型的热能回收冷却装置的结构示意图；

图2为图1的A-A剖面俯视示意图；

图中，1是喉管，2是废锅室，3是激冷室，4是水浴室，5是壳体，6是膜式水冷壁，7是屏式水冷壁，8是下部水箱，9是上部水箱，10是激冷喷头，11是挡板，12是保护屏，13是高温介质，14是水平墙，N1是高温介质入口，N2是水浴底部出口，N3是降温洗涤后的高温介质出口，N4是水冷壁进口，N5是水冷壁出口。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式说明本实用新型，本说明书中公开的所有特征，均可以以任何方式组合，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。

如图1所示，本实用新型的热能回收冷却装置包括壳体5、喉管1、废锅室2和激冷室3，喉管1、废锅室2和激冷室3均设置在壳体5内，喉管1设置在最上方，其顶端为高温介质入口N1；喉管1的出口与废锅室2入口相通，废锅室2出口与激冷室3入口相通；其中，

废锅室2包括水冷壁和水平墙14，水平墙14设置在水冷壁上方，与喉管1下端连接；水冷壁包括膜式水冷壁6和屏式水冷壁7，膜式水冷壁6为多根冷却水管以圆柱形或多边柱形的形式设置在废锅室2的外壳内部，多个屏式水冷壁7以径向垂直于膜式水冷壁6的形式均匀设置在膜式水冷壁6的内侧，膜式水冷壁6和屏式水冷壁7形成高温辐射通道。

膜式水冷壁6可以由50～200根冷却水管组成；屏式水冷壁7的数量可以为4～24个，每个屏式水冷壁可以由2～12根水管组成。组成屏式水冷壁和膜式水冷壁的水管的长度可不同。本领域技术人员可以根据实际需要选择膜式水冷壁的冷却水管的数量和长度、屏式水冷壁的数量、每个屏式水冷壁的水管的数量和长度。

从喉管出来的高温介质温度一般在1200℃以上，而经过废锅室辐射降温后，高温介质的温度应降低至约700℃，高温介质中大部分显热被水冷壁吸收而产生高品位蒸汽，达到热量回收的目的，提高整个装置的热效率。同时，可根据不同的煤种和工艺状况，对膜式水冷壁和屏式水冷壁可设置不同数量和长度的水管，以达到控制高温介质出废锅室的温度的目的。

水平墙14的下方设置有保护屏12，位于屏式水冷壁7的轴心侧。保护屏可以对出喉管的高温介质中的杂质进行阻挡，避免高温熔渣或粗颗粒杂质直接冲刷附着在水冷壁的上部，因此保护屏可设置在水平墙的下方、屏式水冷壁的内侧。在一些实施方式中，也可根据不同的煤种和工艺状况，取消设置保护屏。

图2示出了壳体、屏式水冷壁、膜式水冷壁和保护屏的位置。本领域技术人员根据说明书和附图的内容，可以明白这些部件之间的位置关系。

水冷壁的上方还设置有上部水箱9，水冷壁的下方设置有下部水箱8。水冷壁的上下两端分别与水箱连通，通过水箱与外系统形成冷却循环系统。上、下部水箱均可以统一设置、单独设置或不设置。上部水箱9的位置可设置在水平墙14的下部，或者水冷壁穿过水平墙14而将上部水箱9设置在水平墙14上部。

为使冷却效果充分，水冷壁的进水口N4设置在水冷壁下方，出水口N5设置在水冷壁的上方。水冷壁吸热产生的水蒸汽由出口N5输出。

激冷室3包括激冷喷头10和水浴室4，激冷喷头10可以设置在激冷室3的上部、中上部或中部；如在本实施方式中，设置在激冷室的上部。为使高温介质得到充分冷却降温，激冷喷头可以在激冷室内的水平或垂直方位上均匀或错位布局，数量可以为2～10个。激冷喷头的喷入方向与垂直面的角度θ为锐角，最好为0°～60°。在激冷室3内，高温介质13会受到激冷喷头10喷出的激冷介质的直接冷却，对高温介质13进行快速降温和洗涤，保证高温介质13在出激冷室3时的温度满足下一工序的要求。激冷喷头的激冷介质可以为水、水蒸汽、工艺气(或称合成气或粗煤气)、氮气、二氧化碳中的至少一种或其他低温介质，

水浴室4设置在激冷室3的下方，底部设置出口N2；激冷室侧壁上还设置有高温介质出口N3，位于激冷喷头和水浴室液面之间。激冷室3中可以设置内筒，内筒下端与壳体之间密封，内筒上端与壳体之间开放。内筒与外壳间形成一个环形空间，环形空间下部为冷却水入口，环形空间上部开口敞开，不封闭，冷却水在环形空间内自下而上流动，最后由环形空间上部开口流出，再沿内筒的内壁流至激冷室下部水浴室中，从而降低激冷室外壳的温度，提高设备安全性，降低设备材料设计要求。此时，激冷喷头10延伸至内筒的内侧。

所述高温介质出口的上方设置有挡板，主要是避免气流短路形式从激冷室出口直接排出，防止气流中夹带过多的大颗粒灰尘进入下一工序。

使用本实用新型的热能冷却回收装置时，高温介质从喉管的N1口进入，首先进入废锅室，废锅室内的膜式水冷壁和屏式水冷壁对高温介质进行辐射降温，同时水冷壁吸收高温介质的辐射热产生高品位蒸汽，达到热量回收的目的。蒸汽从上部水箱和出口N5排出。经过废锅室初步降温后的高温介质继续下行进入激冷室，激冷喷头喷射出激冷介质，对高温介质进一步降温。高温介质中被降温和洗涤下来的粗渣、细灰等杂质进入水浴室，由水浴室底部出口N2排出，降温冷却后的介质由出口N3排出。在整个过程中，高温介质的辐射降温由废锅室内的水冷壁完成，水冷壁内为吸收热量的循环水，水冷壁的上下两端分别与水箱连通，通过水箱与外系统形成冷却循环系统，激冷降温由激冷室内的激冷介质完成，激冷介质在对高温介质降温和洗涤后进入相关后处理系统进行再处理，经过再处理后的激冷介质又可以重新进入激冷室进行激冷。

实施例：

某气流床气化装置，喉管的上方连接干煤粉气化炉，气化炉日投煤量2000t/d，进喉管入口的高温煤气量为130000Nm³/h，温度为1450℃，压力4.5Mpa。干煤粉与氧气一起进入气化炉内进行部分氧化后生成高温粗煤气和熔渣，温度约为1450℃，经喉管进入废锅室，首先受到水冷壁的辐射换热，高温煤气和熔渣的的热量被水冷壁内部的循环水吸收，水冷壁与高温煤气和熔渣的辐射换热可副产10MPa蒸汽约120t/h，可用于发电约32250KWh，与传统火力发电相比则每年可节约标煤约9万吨。冷却后的粗煤气和熔渣离开废锅室进入激冷室，在激冷室被激冷喷头喷出的激冷介质直接冷却，激冷介质为灰水，最后将粗煤气及熔渣的温度直接激冷至200℃左右，此时熔渣已完全固化，固化后的熔渣和粗煤气中大颗粒进入水浴室由出口排出处理，而降温和洗涤后的粗煤气由激冷室高温介质出口进入下一工序。

该热能回收冷却装置可用于IGCC装置及现代大型煤化工装置中煤等含碳固体燃料气化生成产物的高温介质的冷却及热量回收。

Claims (10)

1.一种热能回收冷却装置，其特征在于，包括：壳体、喉管、废锅室和激冷室，其中，喉管、废锅室和激冷室均设置在壳体内，喉管设置在最上方，其顶端为高温介质入口；喉管的出口与废锅室入口相通，废锅室出口与激冷室入口相通；其中，

所述废锅室包括水冷壁和水平墙，水平墙设置在水冷壁上方，与喉管下端连接；水冷壁包括膜式水冷壁和屏式水冷壁，膜式水冷壁为多根冷却水管以圆柱形或多边柱形的形式设置在废锅室的壳体内部，多个屏式水冷壁以径向垂直于膜式水冷壁的形式均匀设置在膜式水冷壁的内侧，膜式水冷壁和屏式水冷壁形成高温辐射通道；

所述激冷室包括激冷喷头和水浴室，所述激冷喷头设置在激冷室的上部、中上部或中部；所述水浴室设置在激冷室的下方，底部设置出口；激冷室侧壁上还设置有高温介质出口，位于激冷喷头和水浴室液面之间。

2.根据权利要求1所述的热能回收冷却装置，其特征在于，所述水冷壁的上方设置有上部水箱，水冷壁的下方设置有下部水箱。

3.根据权利要求2所述的热能回收冷却装置，其特征在于，所述水平墙下方设置有保护屏，位于屏式水冷壁的轴心侧。

4.根据权利要求3所述的热能回收冷却装置，其特征在于，所述激冷室中设置有内筒，内筒下端与壳体之间密封，内筒上端与壳体之间开放。

5.根据权利要求4所述的热能回收冷却装置，其特征在于，所述高温介质出口的上方设置有挡板。

6.根据权利要求5所述的热能回收冷却装置，其特征在于，所述激冷喷头在激冷室内的水平或垂直方位上均匀或错位布局。

7.根据权利要求6所述的热能回收冷却装置，其特征在于，所述激冷喷头的个数为2～10个。

8.根据权利要求7所述的热能回收冷却装置，其特征在于，所述激冷喷头的喷入方向与垂直面的角度θ为锐角。

9.根据权利要求8所述的热能回收冷却装置，其特征在于，θ为0°～60°。

10.根据权利要求1～9任一项所述的热能回收冷却装置，其特征在于，所述膜式水冷壁由50～200根冷却水管组成；所述多个屏式水冷壁为4～24个，每个屏式水冷壁由2～12根水管组成。