流化床冷却器、冷却方法及煤加氢气化系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及高温固体颗粒的冷却技术领域，尤其涉及一种流化床冷却器、冷却方法及将该流化床冷却器用在煤加氢气化的气化系统。
【背景技术】
[0002]粉煤加氢气化是指粉煤与高温氢气在高压条件下反应生成甲烷、高附加值油品和固体半焦。该工艺能充分利用我国丰富的低阶煤资源，尤其是针对高挥发份、高活性的次烟煤或褐煤，高效清洁转化制天然气的同时副产高附加值油品，通过梯级利用、全价开发，能够真正实现煤炭资源的清洁、高效和综合利用。
[0003]在粉煤的加氢气化过程中会产生大量固体半焦，其中，固体半焦约为粉煤原料的30-50%，而且温度较高，含有大量显热，因此如何回收该部分高品质热量对提高整个工艺热效率尤为重要。
[0004]为回收上述高品质热量、提高整个工艺的热效率，现有技术中常采用流化床冷却器，使物料呈流态化，增加了固体、气体及换热管间的传热效率，是目前公认的用于固体物料冷却的先进方法。但是，由于该高温半焦颗粒的粒径较小(10-100 μ m)，颗粒多孔吸水，堆密度较小(90-200kg/m3)，属于A类固体颗粒，在普通的流化床冷却器中无法正常流化，且在冷却器中的停留时间极短，所以其换热效果极差。
【发明内容】
[0005]本发明的实施例提供一种流化床冷却器、冷却方法及利用此流化床冷却器的煤加氢气化系统，能够解决高温轻质微细固体颗粒在流化床冷却器中无法正常流化、在冷却器中停留时间短、换热效果差的技术问题。
[0006]为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案:
[0007]—种流化床冷却器，包括密闭的换热室，所述换热室内底部架设分布板，所述分布板下方设有流化气进气口 ；所述分布板上方设有换热管和流化介质；
[0008]所述换热室上部壁面设有流化介质入口、进料口和出气口，所述进料口插装进料管，所述进料管向所述分布板方向延伸但不超过所述分布板；所述进料管内通有待冷却固体颗粒，且其管口处设有流量调节阀；所述流化介质在所述换热室内处于常流化状态。
[0009]为了方便地对换热管进行操作、控制，将所述换热管内流通有冷却剂，并将换热管入口和换热管出口均延伸至换热室的壁面之外。
[0010]此外，为了进一步提高待冷却固体颗粒在换热室内的换热效率，将所述换热管内冷却剂的流向呈自上而下设置，使其流向与待冷却固体颗粒的流向正好相反。
[0011]为了方便地对流量调节阀进行调节，所述流量调节阀设在所述进料管的下端管口处，且所述流量调节阀向下延伸至所述换热室的底部壁面之外。
[0012]为了便于待冷却固体颗粒的正常流化，所述流量调节阀为锥形阀，其尖端指向所述进料管。
[0013]为了降低流化介质及待冷却固体颗粒直接接触进料管所产生的磨损现象，以及减少甚至避免由于高温使进料管强度降低而引起变形现象的发生，将所述进料管的外壁套设冷却夹套层，夹套层入口设在所述进料管上端管口附近，夹套层出口设在所述进料管的下端管口附近，且所述夹套层出口向外延伸至所述换热室的壁面之外，所述冷却夹套层内通有低温气体或低温冷却液。
[0014]为了将气化炉直接排出的流化气体内所包含的固体颗粒分离出来，在所述出气口处通过出气管线连接气固分离器，所述气固分离器连接气体处理系统和固体收集系统。
[0015]为了减轻工作人员的工作量，所述进料管的上端管口连接料仓。进一步的，将所述料仓设有料位计，所述料位计设有料位高报点和料位低报点；所述料位计与所述流量调节阀之间设有料位控制器。
[0016]为了方便控制流量调节阀的工作状态，将所述流量调节阀的开启/闭合由电机控制。
[0017]本发明实施例提供的流化床冷却器，在换热室中充有处于常流化状态的流化介质，通过流量调节阀控制进料管内待冷却固体颗粒流入到换热室内，待冷却固体颗粒在流化气向上吹动作用下与流化介质共同形成稳定的流化层，待冷却固体颗粒在上升过程中是在流化介质内及流化介质与换热管之间的间隙中逐渐缓慢上升的，很明显，待冷却固体颗粒在上升过程中，不仅能够正常流化，还会受到流化介质及换热管的阻挡作用，从而延长待冷却固体颗粒在换热室内的停留时间，并与换热管之间进行充分换热，具有换热效果好的优点。所以，可以采用该流化床冷却器对不易流化的高温轻质微细固体颗粒有效地进行冷却。
[0018]一种流化床冷却方法，采用上述流化床冷却器对所述待冷却固体颗粒进行冷却，具体包括:
[0019]首先，通入流化气体使所述流化介质在所述换热室内处于流化状态，并将冷却剂通入到所述换热管中；
[0020]然后，打开所述流量调节阀，将所述待冷却固体颗粒通过所述进料管通入到所述换热室内，使所述待冷却固体颗粒与所述流化介质共同流化。
[0021]具体的，所述待冷却固体颗粒为高温轻质微细固体颗粒，其粒径范围为10?100 μ m，堆密度范围为O?1400kg/m3;所述流化介质为易流化的大粒径固体颗粒，其粒径范围为100?600 μ m，堆密度范围为1400?4000kg/m3。
[0022]此外，所述待冷却固体颗粒与所述流化介质共同流化时，所述流化介质处于稳定的常流化状态，所述待冷却固体颗粒处于匀速上升状态。还可以使所述流化介质与所述待冷却固体颗粒在两者共同流化过程中处于均匀混合状态。
[0023]本发明实施例提供的流化床冷却方法，能够使待冷却固体颗粒在换热室内正常流化，尤其是对于那些不易流化的轻质微细固体颗粒，不仅能使其正常流化，还能延长其在换热室内的停留时间，并与换热管充分换热，具有上述流化床冷却器的所有优点，故在此不再赘述。
[0024]—种煤加氢气化系统，包括煤加氢气化炉和上述流化床冷却器，所述气化炉底部与所述进料管上端管口相连通。
[0025]为了时刻监控气化炉内所产生的高温微细固体颗粒(高温固体半焦)的料位高度情况，如上述所述，将所述气化炉内设有料位计，所述料位计与所述流量调节阀之间设有料位控制器，所述流量调节阀的开启/闭合由电机控制，即气化炉炉腔与上述料仓具有相同的功能。
[0026]本发明实施例提供的煤加氢气化系统，所产生的高温固体半焦(相当于上述待冷却固体颗粒)，通过进料管进入到上述流化床冷却器中，能够对固体半焦进行充分的冷却，使固体半焦在换热室内的停留时间延长，提高热利用率。
【附图说明】
[0027]图1为本发明实施例一所述的流化床冷却器的剖面结构示意图；
[0028]图2为本发明实施例三所述的煤加氢气化系统示意图。
[0029]附图标记说明:
[0030]1、换热室，2、换热管，3、进料管，4、流量调节阀，5、流化介质，
[0031 ]6、气固分离器，7、料仓，8、待冷却固体颗粒，
[0032]T、气化炉，V、固体半焦；
[0033]101、进料口，102、壁面，103、流化气进气口，104、出气口，
[0034]105、流化介质入口，106、分布板；
[0035]201、换热管入口，202、换热管出口；
[0036]301、冷却夹套层，302、夹套层入口，303、夹套层出口 ；
[0037]401、电机，402、料位控制器，403、料位计；
[0038]601、气体处理系统，602、固体收集系统；
[0039]701'、氢气入口，702'、粉煤入口，703'、合成气出口。
【具体实施方式】
[0040]本发明的中心思想，是在加热室内设置分布板，在分布板的上方设置换热管和处于常流化状态的流化介质，并设置供待冷却固体颗粒流通到换热室内偏下位置的进料管，从而使待冷却固体颗粒能够在流化介质中及流化介质与换热管之间的间隙中自下而上缓慢向上流动，延长待冷却固体颗粒在换热室内的停留时间，并使其与换热管及流化介质充分接触，使其充分换热。
[0041]本发明中所述的常流化状态是指:流化介质在流化气作用下，在气化炉炉腔内处于稳定的流化状态，此流化介质称为常流化介质。
[0042]此外，本发明实施例中的待冷却固体颗粒一般为高温轻质微细固体颗粒，其粒径范围约为10?100 μ m，堆密度较小，不易流化，例如:A类固体颗粒。流化介质一般为易流化的大粒径固体颗粒，其粒径范围在100?600 μ m，该类粒子易于流化，床层稳定性好