一種高效激冷裝置制造方法
【專利摘要】一種高效激冷裝置，克服現(xiàn)有激冷裝置存在的合成氣出激冷室?guī)?、合成氣灰含量高、合成氣的水氣比不合格、激冷室?nèi)部液位保持不住、下降管燒穿等問題。本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：包括殼體、激冷環(huán)、下降管，高效激冷裝置自上而下依次為激冷環(huán)、下降管、下降管保護(hù)器、雙程溢流旋液分離器和百褶板，激冷環(huán)與渣口連接，下降管上部與渣口連通，下降管保護(hù)器安裝在下降管外壁上，雙程溢流旋液分離器和百褶板自上而下連接在殼體內(nèi)壁和下降管外壁之間。本實用新型有效保護(hù)了較易被沖刷的下降管中上部，保證了激冷裝置的高效激冷效果和下降管的使用壽命，同時，增加了激冷室的除沫面積，合成氣中夾帶的細(xì)小泡沫的破裂和氣液分離，降低合成氣帶灰?guī)膸茁?，增加了合成氣的除塵效果，確保了氣化裝置長周期穩(wěn)定運(yùn)行。
【專利說明】一種高效激冷裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種單噴嘴或多噴嘴漿態(tài)/干煤粉進(jìn)料的氣化裝置上使用的高效激冷裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]自20世紀(jì)70年代中期出現(xiàn)世界性石油危機(jī)后，潔凈煤技術(shù)研宄、開發(fā)和應(yīng)用成為了各國政府可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略和能源安全的戰(zhàn)略研宄重點(diǎn)。煤氣化技術(shù)是清潔利用煤炭資源的重要途徑和手段。煤炭氣化，即在一定溫度、壓力條件下利用氣化劑(o2、h2o或CO2)與煤炭反應(yīng)生成潔凈合成氣(CO、4的混合物)，是對煤炭進(jìn)行化學(xué)加工的一個重要方法，是實現(xiàn)煤炭潔凈利用的關(guān)鍵技術(shù)。潔凈合成氣可以作為城市煤氣、發(fā)電用燃料氣，也可以用來生產(chǎn)化工產(chǎn)品(如合成氨、甲醇等)和清潔發(fā)動機(jī)用燃料(如氫、汽油、柴油、醚、醇燃料等)。
[0003]氣流床氣化技術(shù)是現(xiàn)在最高效、清潔的煤利用技術(shù)之一，代表著煤氣化技術(shù)的發(fā)展趨勢，氣流床氣化技術(shù)根據(jù)進(jìn)料狀態(tài)的不同分為水煤漿和粉煤兩種方式，水煤漿進(jìn)料以德士古氣化爐為代表，干煤粉進(jìn)料以Shell氣化爐為代表。氣化爐的激冷室是氣化爐的重要組成部分，氣化爐激冷室內(nèi)部的傳熱傳質(zhì)過程復(fù)雜迅速，是氣化工藝操作過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，控制不好會出現(xiàn)合成氣帶水、合成氣灰含量高、合成氣的水氣比不合格、激冷室內(nèi)部液位保持不住、下降管燒穿等問題。德士古氣化爐激冷室由激冷環(huán)、下降管和上升管組成，燃燒室與激冷室之間通道是渣口，渣口的下面是激冷環(huán)，激冷環(huán)下面連接著下降管，下降管的下端深入到激冷室的正常液位以下。下降管的外面是上升管，上升管與下降管同軸，上升管的上部有一個起折流作用的折流板，折流板為斜向下的傘形擋板，固定在燃燒室的錐底上。合成氣在離開激冷室的液面后首先沿上升管上升，在上升到上升管的頂部后，合成氣會受到折流板的作用改變方向，先向下折流，再向上升，從激冷室的合成氣出口離開激冷室。由于合成氣的氣泡具有比較大的能量，所以在合成氣的氣泡逸出激冷室的水面時會夾帶大量液體，造成合成氣的水氣比不合格、激冷室內(nèi)部液位保持不住的問題。有資料表明激冷室內(nèi)黑水的循環(huán)量高達(dá)2050m3/h，這大約相當(dāng)于進(jìn)入激冷室補(bǔ)充水的20倍，最終被帶出激冷室的黑水量也高達(dá)40m3/h ο合成氣帶液的同時，水中微米級的細(xì)灰也被帶離激冷室，造成合成氣中灰含量高的問題。
[0004]從氣化爐渣口出來的1300°C的高溫合成氣在沿下降管下降的過程中，高溫的合成氣、飛灰、熔融灰渣和下降管內(nèi)壁上覆蓋著的激冷水膜之間發(fā)生著迅速復(fù)雜的傳熱傳質(zhì)過程。高溫合成氣、飛灰、熔融灰渣的溫度迅速降低，激冷水膜的溫度迅速升高，并有部分激冷水在高溫?zé)彷椛湎卵杆俚乇徽舭l(fā)并進(jìn)入到合成氣中。下降管內(nèi)氣、固、液三相間的傳熱傳質(zhì)和流動過程非常的復(fù)雜且迅速，根據(jù)多維模擬的研宄結(jié)果表明，高溫的合成氣在離開渣口后向下0.8m的范圍內(nèi)合成氣溫度下降的變化梯度最大，合成氣與激冷水之間的熱交換負(fù)荷量最大，該區(qū)域下降管所承受的熱應(yīng)力也最大，因而在這一區(qū)段比較容易發(fā)生下降管裂紋、鼓包、變形甚至燒穿孔。同時事實也證明在燃燒室渣口以下0.4?0.Sm區(qū)段發(fā)生問題的幾率比較高，原因是一方面這一區(qū)段下降管所承受的熱應(yīng)力比較大，另一方面激冷水的蒸發(fā)量比較大，下降管內(nèi)壁的保護(hù)液膜相對比較薄，溫度也比較高，所以比較容易出問題。
[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，解決合成氣出激冷室?guī)?、合成氣灰含量高、合成氣的水氣比不合格、激冷室?nèi)部液位保持不住、下降管燒穿等問題，保證高溫粗合成氣和熔渣的洗滌效果，延長激冷裝置下降管的使用壽命，實現(xiàn)氣化裝置的穩(wěn)定運(yùn)行，發(fā)明一種高效激冷裝置代替現(xiàn)有激冷裝置。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服現(xiàn)有激冷裝置存在的合成氣出激冷室?guī)?、合成氣灰含量高、合成氣的?氣不合格、激冷室內(nèi)部液位保持不住、下降管燒穿等問題，本發(fā)明提供一種單噴嘴或多噴嘴漿態(tài)/干煤粉進(jìn)料的氣化裝置所使用的高效激冷裝置。
[0007]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0008]一種高效激冷裝置，包括殼體、激冷環(huán)、下降管，高效激冷裝置自上而下依次為激冷環(huán)、下降管、下降管保護(hù)器、雙程溢流旋液分離器、百褶板，激冷環(huán)與渣口連接，下降管上部與渣口連通，下降管保護(hù)器安裝在下降管外壁上，雙程溢流旋液分離器、百褶板自上而下連接在殼體內(nèi)壁和下降管外壁之間。
[0009]根據(jù)所述的高效激冷裝置，所述的下降管保護(hù)器為中空結(jié)構(gòu)，內(nèi)部設(shè)置導(dǎo)流板，導(dǎo)流板圍繞下降管呈蛇形盤旋而上，高度為lm，固定在距離渣口 0.3-0.7m下降管的外壁上，下降管保護(hù)器的入水口與外部供水設(shè)備連接，下降管保護(hù)器出水口與激冷環(huán)的冷卻液輸送管連接。
[0010]根據(jù)所述的高效激冷裝置，所述的雙程溢流旋液分離器由內(nèi)程旋液板、外程旋液板和溢流錐組成，旋液板葉片與水平方向之間的夾角為20~50°，外程旋液板葉片數(shù)是內(nèi)程旋液板的2倍，外程旋液板直徑是內(nèi)程旋液板的1.36倍，外程旋液板高度是內(nèi)程旋液板的0.5倍，溢流錐葉片數(shù)與內(nèi)程旋液板相同，葉片導(dǎo)向角30~60°，溢流圓錐角2 Θ =50~70°。
[0011]根據(jù)所述的高效激冷裝置，所述的百褶板包括外圓板、內(nèi)圓板、覆壓板和中間層，外圓板、內(nèi)圓板之間連接有多個覆壓板，相鄰的覆壓板之間連接有相互平行的中間層，百褶板固定在下降管外壁和殼體之間。
[0012]根據(jù)所述的高效激冷裝置，所述的下降管材質(zhì)選用耐熱、抗氧化和耐腐蝕的奧氏體鉻鎳不銹鋼310s材質(zhì)。
[0013]根據(jù)所述的高效激冷裝置的應(yīng)用，所述的高效激冷裝置為單噴嘴或多噴嘴漿態(tài)/干煤粉進(jìn)料的氣化裝置的一部分。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)效果是:本發(fā)明可以有效延長激冷液在下降管內(nèi)壁上的換熱作用時間，并對抑制下降管內(nèi)壁水膜的斷裂產(chǎn)生作用，延長了激冷液在下降管內(nèi)壁上的換熱作用時間使傳熱得到強(qiáng)化，同時下降管材質(zhì)選用奧氏體鉻鎳不銹鋼310s材質(zhì)，降低了激冷裝置的成本；下降管保護(hù)器的使用保護(hù)了較易被沖刷的下降管中上部，保證了激冷裝置的高效的激冷效果和下降管的使用壽命，確保了氣化裝置長周期穩(wěn)定運(yùn)行；百褶板采用百褶的結(jié)構(gòu)增加了實際除沫面積，節(jié)省了安裝空間，降低了整個裝置造價；通過百褶板的合成氣進(jìn)入兩層雙程溢流旋液分離器，雙程溢流旋液分離器分內(nèi)程旋液板和外程旋液板，外程葉片數(shù)比內(nèi)程增加一倍，間距縮小，開孔均勻度提高，利于合成氣中夾帶的細(xì)小泡沫的破裂和氣液分離，降低合成氣帶灰?guī)膸茁?，增加合成氣的除塵效果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明的高效激冷裝置結(jié)構(gòu)圖。
[0016]圖2是激冷環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖3是激冷環(huán)俯視圖。
[0018]圖4是下降管保護(hù)器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖5是雙程溢流旋液分離器俯視圖。
[0020]圖6是雙程溢流旋液分離器局部剖視放大圖。
[0021]圖7是百褶板俯視圖。
[0022]圖中:1.殼體；2.激冷環(huán)；201.擋渣釘；202.外唇環(huán)；203.內(nèi)唇環(huán)；204.激冷液分布室；205.疏通絲孔；206.冷卻液輸送管；207.激冷液環(huán)隙；208.激冷液噴淋口 ；209.擋渣環(huán)；210.激冷液通過孔；3.下降管；4.百褶板；401.外圓板；402.內(nèi)圓板；403.覆壓板；404.中間層；5.渣口 ；6.雙程溢流旋液分離器；601.內(nèi)程旋液板；602.外程旋液板；603.溢流錐；7.下降管保護(hù)器；701.導(dǎo)流板；702.下降管保護(hù)器入水口；703.下降管保護(hù)器出水口。

【具體實施方式】
實施例
[0023]一種高效激冷裝置，高效激冷裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)布置自上而下依次為激冷環(huán)2、下降管
3、下降管保護(hù)器7、雙程溢流旋液分離器6、百褶板4。激冷室2的入口位置為渣口 5，激冷環(huán)2與渣口 5連接，下降管3上部與渣口 5連通；下降管保護(hù)器7安裝在下降管壁外側(cè)；雙程溢流旋液分離器6、百褶板4分別自上而下以機(jī)械方式固定在下降管3外壁和殼體I之間。
[0024]所述的激冷環(huán)2采用中國專利CN200920025468中提供的“氣化爐激冷環(huán)”。
[0025]所述的下降管保護(hù)器7為中空結(jié)構(gòu)，內(nèi)部設(shè)置導(dǎo)流板701，導(dǎo)流板701圍繞下降管呈蛇形盤旋而上，高度為lm，固定在距離渣口 0.3-0.7m的下降管3外壁上，下降管保護(hù)器入水口 702與外部供水設(shè)備連接，下降管保護(hù)器出水口 703與激冷環(huán)2的冷卻液輸送管206連接。來自外部供水設(shè)備的脫氧水分為兩路，第一路直接通過冷卻液輸送管206進(jìn)入激冷環(huán)2，第二路先進(jìn)入下降管保護(hù)器7自下而上流動，然后進(jìn)入冷卻液輸送管206與第一路匯合后，進(jìn)入激冷環(huán)2中完成噴淋和形成下降管水膜。
[0026]雙程溢流旋液分離器6在該裝置中設(shè)置數(shù)目為兩個，雙程溢流旋液分離器6由內(nèi)程旋液板601、外程旋液板602和溢流錐603組成，旋液板葉片與水平方向之間的夾角為20-50°，外程旋液板602葉片數(shù)是內(nèi)程旋液板601的2倍，直徑是內(nèi)程旋液板601的1.36倍，外程旋液板602高度是內(nèi)程旋液板601的0.5倍。所述的溢流錐603葉片數(shù)與內(nèi)程旋液板相同，葉片導(dǎo)向角30~60°，溢流圓錐角2 Θ =50~70°。外程旋液板602葉片數(shù)比內(nèi)程旋液板601增加了一倍，同時間距也縮小了，開孔均勻度大大提高，提高氣液的分離效率。溢流錐603采用螺旋葉片結(jié)構(gòu)，相比溢流管，回流效率高，同時提高了激冷室的空間利用率。合成氣夾帶少量液體穿過內(nèi)程旋液板601和外程旋液板602，因為離心力作用，氣體上行，液體下流，通過溢流錐603滴落，相比溢流管，液體流下的阻力減小，不會存在積液現(xiàn)象。
[0027]所述的百褶板4包括外圓板401、內(nèi)圓板402、覆壓板403和中間層404，呈百褶結(jié)構(gòu)，通過機(jī)械方式固定在下降管3外壁和殼體I之間。合成氣夾帶大量液體和泡沫經(jīng)過百褶板4，百褶板4呈百褶結(jié)構(gòu)，與平面結(jié)構(gòu)相比，與氣液的接觸面積增加了一倍，增加了百褶板4的除沫效果。百褶板4的上下兩層覆壓板403上設(shè)置有鋼刺，鋼刺作用在泡沫表面的壓力大于泡沫的表面張力時，泡沫破滅。
[0028]下面【具體實施方式】對本發(fā)明為實現(xiàn)合成氣出激冷室?guī)?、合成氣灰含量高、合成氣的水氣比不合格、激冷室?nèi)部液位保持不住、下降管燒穿等技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案的優(yōu)選方式做進(jìn)一步說明。
[0029]如圖1所示，一種高效激冷裝置，包括殼體1、激冷環(huán)2、下降管3、下降管保護(hù)器7、百褶板4、雙程溢流旋液分離器6，自上而下依次為激冷環(huán)2、下降管3、下降管保護(hù)器7、雙程溢流旋液分離器6、百褶板4。激冷環(huán)2與渣口 5連接，下降管3上部與渣口 5連通；下降管保護(hù)器7安裝在下降管3外壁上；設(shè)置有兩個雙程溢流旋液分離器6，雙程溢流旋液分離器6和百褶板4分別以機(jī)械方式固定在下降管3外壁和殼體I之間。
[0030]如圖2和圖3所示為中國專利CN200920025468中提供的“氣化爐激冷環(huán)”的結(jié)構(gòu)。激冷環(huán)2的冷卻液輸送管206在激冷裝置外部與供水設(shè)備連接，下降管保護(hù)器出水口 703與冷卻液輸送管206相連接。
[0031]如圖4所示，下降管保護(hù)器7為中空結(jié)構(gòu)，內(nèi)部設(shè)置導(dǎo)流板701，導(dǎo)流板圍繞下降管呈蛇形盤旋而上，高度為lm，固定在距離渣口 0.3-0.7m的下降管外壁上，下降管保護(hù)器入水口 702與外部供水設(shè)備連接，下降管保護(hù)器出水口 703與激冷環(huán)2的冷卻液輸送管206連接。
[0032]如圖5所示，雙程溢流旋液分離器6分為內(nèi)程旋液板601、外程旋液板602和溢流錐603，外程旋液板602葉片數(shù)是內(nèi)程旋液板601的2倍，葉片仰角20~50°，直徑是內(nèi)程旋液板601的1.36倍，外程旋液板602罩筒高度是內(nèi)程旋液板601的0.5倍。溢流錐603葉片數(shù)與內(nèi)程旋液板601相同，葉片導(dǎo)向角30~60°，溢流圓錐角2Θ=50~70°。
[0033]如圖6所示，所述的百褶板4包括外圓板401、內(nèi)圓板402、覆壓板403和中間層404，外圓板401、內(nèi)圓板402之間連接有多個覆壓板403，相鄰的覆壓板403之間連接有相互平行的中間層404，百褶板4固定在下降管3外壁和殼體I之間。
[0034]一個千噸級氣化裝置，設(shè)置有一個高約8690mm，內(nèi)徑約3000mm的高效激冷裝置，激冷空間約61.4m3。進(jìn)高效激冷裝置的合成氣和灰渣溫度約1500°C左右，速度約3.6m/s’環(huán)形空間氣速約0.3m/s，合成氣和灰渣進(jìn)入水浴洗滌，通過鼓泡的方式鼓出水面，經(jīng)由百褶板4和兩層雙程旋液分離器6進(jìn)行氣泡的脹大和破滅、氣液分離以及除沫除灰的過程，出高效激冷裝置的粗合成氣溫度約200°C左右，灰的洗滌效率在78%以上，處理粗合成氣量8.75萬Nm3/h，進(jìn)后系統(tǒng)的合成氣量為7萬Nm3/h，灰含量小于每立方米2mg以下。
[0035]下降管保護(hù)器7為水夾套結(jié)構(gòu)，固定在離渣口距離0.3-0.7m的下降管3外壁上。在本實施例中，進(jìn)入激冷室冷卻液輸送管206的水流量約為170m3，進(jìn)入下降管保護(hù)器7進(jìn)水口的水流量約為30m3，激冷環(huán)2和下降管保護(hù)器7的冷卻水雙效保護(hù)下降管，相對于只設(shè)置激冷環(huán)，冷卻水流量200 m3的激冷裝置，激冷效果良好，下降管壽命延長。
【權(quán)利要求】
1.一種高效激冷裝置，包括殼體(I)、激冷環(huán)(2)、下降管(3)，其特征在于:高效激冷裝置自上而下依次為激冷環(huán)(2)、下降管(3)、下降管保護(hù)器(7)、雙程溢流旋液分離器(6)、百褶板(4)，激冷環(huán)(2)與渣口( 5)連接，下降管(3)上部與渣口( 5)連通，下降管保護(hù)器(7)安裝在下降管(3 )外壁上，雙程溢流旋液分離器(6 )、百褶板(4 )自上而下連接在殼體(I)內(nèi)壁和下降管(3)外壁之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效激冷裝置，其特征在于:所述的下降管保護(hù)器(7)為中空結(jié)構(gòu)，內(nèi)部設(shè)置導(dǎo)流板(701)，導(dǎo)流板(701)圍繞下降管呈蛇形盤旋而上，高度為lm，固定在距離渣口(5)0.3-0.7m下降管(3)的外壁上，下降管保護(hù)器(7)的入水口(702)與外部供水設(shè)備連接，下降管保護(hù)器出水口(703)與激冷環(huán)(2)的冷卻液輸送管(206)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效激冷裝置，其特征在于:所述的雙程溢流旋液分離器(6)由內(nèi)程旋液板(601)、外程旋液板(602)和溢流錐(603)組成，旋液板葉片與水平方向之間的夾角為20~50°，外程旋液板(602)葉片數(shù)是內(nèi)程旋液板(601)的2倍，外程旋液板(602)直徑是內(nèi)程旋液板(601)的1.36倍，外程旋液板(602)高度是內(nèi)程旋液板(601)的0.5倍，溢流錐(603)葉片數(shù)與內(nèi)程旋液板(601)相同，葉片導(dǎo)向角30~60°，溢流圓錐角2 Θ =50-70°。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效激冷裝置，其特征在于:所述的百褶板(4)包括外圓板(401)、內(nèi)圓板(402)、覆壓板(403)和中間層(404)，外圓板(401)、內(nèi)圓板(402)之間連接有多個覆壓板(403 )，相鄰的覆壓板(403 )之間連接有相互平行的中間層(404)，百褶板(4)固定在下降管(3)外壁和殼體(I)之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效激冷裝置，其特征在于:所述的下降管(3)材質(zhì)選用耐熱、抗氧化和耐腐蝕的奧氏體鉻鎳不銹鋼310s材質(zhì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效激冷裝置的應(yīng)用，其特征在于:所述的高效激冷裝置為單噴嘴或多噴嘴漿態(tài)/干煤粉進(jìn)料的氣化裝置的一部分。
【文檔編號】C10J3/84GK204251570SQ201420697310
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月20日
【發(fā)明者】韓梅, 路文學(xué), 金剛, 李磊, 李海鳴, 傅進(jìn)軍, 趙梅梅, 李彩艷, 宋甜甜, 荊波, 尹立志 申請人:水煤漿氣化及煤化工國家工程研究中心