CN208898819U - 一种气体显热回收器及煤气化装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种气体显热回收器及煤气化装置，涉及化工设备技术领域，为了提高气体的换热效率、充分利用显热而设计。所述气体显热回收器包括：壳体，壳体内具有依次设置的进料区、换热区和回收区，回收区包括相隔离的气体回收区和产品回收区；换热管，所述换热管设置在所述换热区内，换热区中所述换热管内部为管程，换热区中所述换热管外部为壳程，进料区和所述气体回收区均与管程连通，产品回收区与壳程连通；其中，换热区外壁设置有水冷壁结构。本实用新型气体显热回收器及煤气化装置用于提高气体的换热效率。

Description

一种气体显热回收器及煤气化装置

技术领域

本实用新型涉及化工设备技术领域，尤其涉及一种气体显热回收器及煤气化装置。

背景技术

中国煤炭资源丰富，煤炭在我国的能源消费中保持最高比例。煤气化技术是在一次能源日益紧张而新型能源总量不足、环境问题日趋严峻的情况下应用而生的一项具有利用率高、环境友好和综合效益高等诸多优点的优良技术。利用丰富的煤炭资源，通过气化将之转化为清洁的合成气，合成气后续可以合成化学品、天然气、清洁油品等多种产品。

通常煤的气化在相对较高的气化温度下进行，气化炉出口得到的粗煤气温度较高，一般在700℃以上，甚至达到1000℃以上。粗煤气中含有的显热需要进行回收利用，进而提高煤气化系统的热效率。

现有技术中，采用粗煤气余热回收锅炉、辐射式废热锅炉或对流式废热回收锅炉回收粗煤气中的显热，以降低粗煤气温度，同时副产低压饱和蒸汽，存在的技术问题是：换热效率较低；未实现通过吸收粗煤气显热得到具有不同热量的产品，导致得到的产品单一，用途受限；另外，设备本体体积大、占地面积大造价高，且设备本体散热严重，对外壁材质要求高，且设备本体因热应力问题容易造成设备本体损坏。

实用新型内容

本实用新型的实施例提供一种气体显热回收器及煤气化装置，主要目的是提高了气体的换热效率、充分利用显热。

为达到上述目的，本实用新型的实施例采用如下技术方案：

一种气体显热回收器，包括：

壳体，所述壳体内具有依次设置的进料区、换热区和回收区，所述回收区包括相隔离的气体回收区和产品回收区；

换热管，所述换热管设置在所述换热区内，所述换热区中所述换热管内部为管程，所述换热区中所述换热管外部为壳程，所述进料区和所述气体回收区均与所述管程连通，所述产品回收区与所述壳程连通；其中，所述换热区外壁设置有水冷壁结构。

本实用新型实施例提供的气体显热回收器，该气体显热回收器采用水冷壁结构实现辐射换热、以及采用换热管实现对流换热，通过辐射换热和对流换热相结合，有效提高气体的换热效率，充分利用气体的显热，同时，设置在换热区外壁的水冷壁结构能够防止气体显热回收器本体对热量的扩散，这样就可降低气体显热回收器外壁的材质要求，进而降低气体显热回收器的制造成本。

可选的，所述换热区至少包括两个相隔离的换热区，所述产品回收区至少包括两个相隔离的产品回收区，其中，任一所述产品回收区与相对应的所述换热区的壳程连通。

进一步的，所述换热区中的部分换热区内具有通向所述换热区底部的引流通道，所述引流通道配置为将液相换热介质引流至所述换热区底部。

可选的，所述换热区中的部分换热区沿着所述换热区的延伸方向呈多层设置，以形成多个子换热区，相邻两个所述子换热区的管程相连通，壳程相连通。

可选的，任一所述换热区内的所述换热管为多个，多个所述换热管均匀布设，其中，任一所述换热区内的相邻两个所述换热管的间距与其余所述换热区内的相邻两个所述换热管的间距不同。

可选的，所述回收区内设置有收集器，其中，所述收集器内为所述气体回收区，所述收集器外为所述产品回收区。

进一步的，所述收集器呈锥形结构。

可选的，所述换热区内设置有多个沿所述换热区延伸方向交错布设的折流挡板。

可选的，所述进料区包括相连通的直管部和变径部，所述直管部与所述换热区的管程连通，所述变径部底端具有排出口。

进一步的，所述变径部的侧面设置有备用排出口。

本实用新型另一方面还提供了一种煤气化装置，该煤气化装置包括：气化炉；上述所述的气体显热回收器，其中，所述水冷壁结构的出口端与所述气化炉的进煤吹送气管线的入口端连通，所述进料区与所述气化炉的粗煤气出口连通。

本实用新型实施例提供的煤气化装置，由于将水冷壁结构与所述气化炉的进煤吹送气管线连通，这样就可利用粗煤气的显热，通过水冷壁结构对进煤吹送气进行升温加热，以降低气化炉的能耗，且采用该气体显热回收器对气化炉生成的粗煤气进行显热回收利用，有效提高粗煤气的换热效率，充分合理利用粗煤气的显热。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种气体显热回收器的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的另一种气体显热回收器的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的另一种气体显热回收器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型实施例气体显热回收器及煤气化装置进行详细描述。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

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。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

本实用新型实施例一方面提供了一种气体显热回收器，参照图1至图3，该气体显热回收器包括：壳体1、换热管5和冷水壁结构10，所述壳体1内具有依次设置的进料区A、换热区B和回收区C，所述回收区C包括相隔离的气体回收区C1和产品回收区C2，所述换热管5设置在所述换热区B内，所述换热区B中所述换热管5内部为管程，所述换热区B中所述换热管5外部为壳程，所述进料区A和所述气体回收区C1均与所述管程连通，所述产品回收区C2与所述壳程连通；所述水冷壁结构10设置在所述换热区B的外壁，所述气体回收区C1是用来回收显热被吸收后的低温气体，产品回收区C2是用来回收吸收显热后的换热介质。

具体的，含有显热的气体通过进料区A进入管程，位于壳程内的换热介质与管程内的气体进行热交换，以吸收气体中的热量，最终降温的低温气体进入与管程连通的气体回收区C1内，吸收热量的换热介质进入与壳程连通的产品回收区C2内。

在热交换过程中，通过两种换热方式的组合实现对气体显热的吸收，其一，管程内的气体和壳程内的换热介质实现对流换热，以将气体中的大部分显热吸收；其二，位于换热区B外壁上的水冷壁结构10内的换热介质与内部管程内的气体实现辐射换热；通过上述两种换热方式的相组合，提高了换热效率，最大限度的回收气体中的显热。除此之外，水冷壁结构10也可避免壳体1自身对能量的扩散，防止热量的流失，这样也了降低对壳体1材质的要求，最终有效降低整个气体显热回收器的制造成本和制造工艺。

示例的，所述进料区A的外壁上开设有进料口101，以将含有显热的气体导入壳体1内，所述气体回收区C1的外壁上开设有气体回收口102，以将热量被吸收后的低温气体导出壳体1，所述产品回收区C2的外壁上开设有产品回收口104(103、112)，以将吸收热量后的换热介质导出壳体1，所述水冷壁结构具有入口端110和出口端111，以实现内部换热介质的热交换，所述换热区B侧壁上开设有换热介质入口端109(113)。

如图1所述，所述壳体1内设置第一管板3和第二管板4，所述换热管5的两端分别与相对应的第一管板3和第二管板4连通，所述第一管板3和第二管板4之间的区域为所述换热区B，所述第一管板3与壳体1顶部的区域为回收区C，述第二管板4与壳体1底部的区域为进料区A。

在一些实施例中，所述气体显热回收器为立式结构。

所述水冷壁结构10包括多个盘管，所述盘管可以沿着换热区的周向方向盘旋设置，也可以沿着换热区的延伸方向竖直设置；示例的，多个所述盘管之间也可以通过肋片连接，形成膜式水冷壁结构，膜式水冷壁结构便于安装，以及换热效果好。

为了得到多种具有不同热量的产品，充分利用气体中的显热，参照图1至图3，所述换热区B至少包括两个相隔离的换热区，所述产品回收区C2至少包括两个相隔离的产品回收区，其中，任一所述产品回收区C2与相对应的所述换热区B的壳程连通。具体的，通过设置的隔离板8形成相隔离的多个换热区，以及通过设置的阻挡版7形成相隔离的多个产品回收区。

示例的，如图1所示，所述换热区包括相隔离的第一换热区B1和第二换热区B2，所述产品回收区包括第一产品回收区C21和第二产品回收区C22，第一产品回收区C21的外壁上具有产品回收口104，第二产品回收区C22的外壁上具有产品回收口103，其中，第一换热区B1的壳程与所述第一产品回收区C21连通，第二换热区B2的壳程与所述第二产品回收区C22连通，第一换热区B1的管程和第二换热区B2的管程均与所述气体回收区C1连通；这样就可向第一换热区B1或第二换热区B2的壳程内导入不同种类的换热介质，最终通过相对应的产品回收区导出吸收了不同热量的换热介质，增加产品的种类，使不同种类的产品含有不相等的热量；例如，在所述第一换热区B1的壳程内导入热水或低压蒸汽，第一产品回收区C21就可得到高压蒸汽；在所述第二换热区B2的壳程内导入低压锅炉水，第二产品回收区C22就可得到低压蒸汽。

再示例的，如图3所示，所述换热区包括相隔离的第一换热区B1、第二换热区B2和第三换热区B3，所述产品回收区包括第一产品回收区C21、第二产品回收区C22和第三产品回收区C23，第一产品回收区C21的外壁上具有产品回收口104，第二产品回收区C22的外壁上具有产品回收口103，第三产品回收区C23的外壁上具有产品回收口112，其中，第一换热区B1的壳程与所述第一产品回收区C21连通，第二换热区B2的壳程与所述第二产品回收区C22连通，第三换热区B3的壳程与所述第三产品回收区C23连通，第一换热区B1的管程、第二换热区B2的管程和第三换热区B3均与所述气体回收区C1连通；这样就可向第一换热区B1、第二换热区B2或第三换热区B3的壳程内导入不同种类的换热介质，最终通过相对应的产品回收区导出吸收不同热量的换热介质，进一步增加了产品的种类，充分吸收气体的显热，提高换热效率。本公开对换热区的数量和气体回收区的数量不做限定，任何数量均在本公开的保护范围之内。

为了改变换热介质与含有显热气体的冷热流对流方向，使顺向对流变成折向对流，提高对流换热系数，强化换热效果，参照图1至图3，所述换热区内设置有多个沿所述换热区延伸方向交错布设的折流挡板6。

在一些实施例中，参照图1，所述换热区中的部分换热区内具有通向所述换热区底部的引流通道P，所述引流通道P配置为将液相换热介质引流至所述换热区底部。具体的，参照图1，通过液相换热介质入口端105将液相换热介质导入所述换热区的壳程内时，液相换热介质会沿着折流挡板6下落，出现分布不均，以及换热效果差的现象，通过所述引流通道P可将所述液相换热介质导入换热区的底部，随着液相换热介质的不断导入，换热区内液相换热介质的也会不断上升，充分填充在所述换热区内，这样就可保障液相换热介质与换热管的接触面积，以提高换热效果。具体实施时，可在所述换热区内设置引流板9，通过引流板9与壳体1侧壁之间形成所述引流通道P。示例的，可以将引流板9延伸至所述产品回收区内，通过在产品回收区的外壁上开设液相换热介质入口端105，利用重力作用将所述液相换热介质引流至换热区内。

为了提高换热效率，使位于管程内的气体显热最大限度的被换热介质吸收，所述换热区中的部分换热区沿着所述换热区的延伸方向呈多层设置，以形成多个子换热区，相邻两个所述子换热区的管程相连通，壳程相连通。参照图2，示例的，所述第二换热区B2包括子换热区B21和子换热区B22，子换热区B21的管程与子换热区B22的管程相连通，子换热区B21的壳程与子换热区B22的壳程相连通，可以在两个子换热区之间设置管板，通过管板隔离呈两个子换热区；例如，当子换热区B21得到的饱和蒸汽继续进入上方的子换热区B22，最终得到的高压过热蒸汽。

在一些实施例中，任一所述换热区内的所述换热管5为多个，多个所述换热管5均匀布设，也可以不均匀布设，其中，任一所述换热区内的相邻两个所述换热管的间距与其余所述换热区内的相邻两个所述换热管的间距不同。这样设计的目的是：通过在不同的换热区内设置间距不同的换热管，进而设置布设密度不同的换热管束，最终通过换热介质吸收不相等的热量，得到不同种类的产品，其中，所述布设密度为单位体积内设置的换热管的数量。

如图1至图3所示，所述回收区C内设置有收集器2，所述收集器2配置收集显热被吸收后的气体，其中，所述收集器2内为所述气体回收区C1，所述收集器外为所述产品回收区C2。所述气体回收区C1与换热区的管程连通；所述收集器2沿远离所述换热区的方向口径逐渐变小，这样能够及时将显热被吸收的气体及时排除，示例的，所述收集器2呈锥形结构。

所述进料区包括相连通的直管部和变径部，所述直管部与所述换热区的管程连通，上述直管部上开设有进料口101，所述变径部底端具有排出口106，为了将气体换热过程中沉积的灰水或其他杂质及时排除，所述变径部沿远离所述直管部的方向口径逐渐变小，示例的，所述变径部呈锥形结构。

示例的，为了防止通入的气体被沉积的灰水淹没，所述变径部的侧面设置有备用排出口107，为了避免沉积的灰渣堵塞备用排出口107，在所述备用排出口107的管线上开设有冲洗口108，以防止灰水或其他杂质排泄不畅，进料区的液位升高淹没所述进料口101。

利用该气体显热回收器可以对粗煤气显热进行回收，将含有显热的粗煤气通过进料101导入管程内，将换热介质导入壳程内，通过换热介质与含有显热的粗煤气的热交换，对粗煤气进行降温，同时得到吸收有热量的换热介质。

本实用新型实施例还提供了一种煤气化装置，所述煤气化装置包括：气化炉和上述所述的气体显热回收器，其中，所述水冷壁结构的出口端与所述气化炉的进煤吹送气管线的入口端连通，所述进料区与所述气化炉的粗煤气出口连通。

具体的，将需要通过气化炉的进煤吹送气，例如合成气或其他吹送介质气体导入水冷壁结构内，利用水冷壁结构的辐射热量对进煤吹送气升温，再将升温的进煤吹送气导入气化炉内，有效降低气化炉的热量消耗；将气化炉的粗煤气出口与进料区连通，将煤气化生成的高温粗煤气导入该气体显热回收器，以对高温粗煤气进行显热回收。

在本说明书的描述中，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。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种气体显热回收器，其特征在于，包括：

壳体，所述壳体内具有依次设置的进料区、换热区和回收区，所述回收区包括相隔离的气体回收区和产品回收区；

换热管，所述换热管设置在所述换热区内，所述换热区中所述换热管内部为管程，所述换热区中所述换热管外部为壳程，所述进料区和所述气体回收区均与所述管程连通，所述产品回收区与所述壳程连通；其中，所述换热区外壁设置有水冷壁结构。

2.根据权利要求1所述的气体显热回收器，其特征在于，所述换热区至少包括两个相隔离的换热区，所述产品回收区至少包括两个相隔离的产品回收区，其中，任一所述产品回收区与相对应的所述换热区的壳程连通。

3.根据权利要求2所述的气体显热回收器，其特征在于，所述换热区中的部分换热区内具有通向所述换热区底部的引流通道，所述引流通道配置为将液相换热介质引流至所述换热区底部。

4.根据权利要求2所述的气体显热回收器，其特征在于，所述换热区中的部分换热区沿着所述换热区的延伸方向呈多层设置，以形成多个子换热区，相邻两个所述子换热区的管程相连通，壳程相连通。

5.根据权利要求2所述的气体显热回收器，其特征在于，任一所述换热区内的所述换热管为多个，多个所述换热管均匀布设，其中，任一所述换热区内的相邻两个所述换热管的间距与其余所述换热区内的相邻两个所述换热管的间距不同。

6.根据权利要求1所述的气体显热回收器，其特征在于，所述回收区内设置有收集器，其中，所述收集器内为所述气体回收区，所述收集器外为所述产品回收区。

7.根据权利要求6所述的气体显热回收器，其特征在于，所述收集器呈锥形结构。

8.根据权利要求1所述的气体显热回收器，其特征在于，所述换热区内设置有多个沿所述换热区延伸方向交错布设的折流挡板。

9.根据权利要求1所述的气体显热回收器，其特征在于，所述进料区包括相连通的直管部和变径部，所述直管部与所述换热区的管程连通，所述变径部底端具有排出口。

10.根据权利要求9所述的气体显热回收器，其特征在于，所述变径部的侧面设置有备用排出口。

11.一种煤气化装置，其特征在于，包括：

气化炉；

如权利要求1～10任一项所述的气体显热回收器，其中，所述水冷壁结构的出口端与所述气化炉的进煤吹送气管线的入口端连通，所述进料区与所述气化炉的粗煤气出口连通。