专利名称：新型复合式高温粗煤气冷却洗涤设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种含碳固体原料气化生产煤气时的高温煤气冷却洗涤装置。
背景技术：
气流床气化炉通常在高温、高压条件下运行，气化炉出口的气化产物具有较高的温度(1200 1600°C )。由于气化后产物利用工艺的不同，气化后产物的冷却净化工艺方案也有所不同，通常可分为废锅流程、激冷流程和废锅-激冷流程三种。对于合成氨和制氢等产业多需要采用激冷流程，气化炉产生的高温气化产物进入激冷室，在激冷室中直接与水接触，完成冷却、增湿和初步净化过程。该流程工艺设备和操作过程均较为简单，但从能量利用的角度考虑，激冷流程气化炉主要存在热效率低、资源浪费大、能源利用不合理和污水处理量大等特点。与废锅流程相比，热煤气效率下降5 8%，·因此在其他工艺系统中，比如甲醇生产、IGCC发电等，必须对气化产物的显热进行有效回收，以提高整体能源利用效率。废锅流程主要通过辐射废锅将气化过程产生的高温气化产物的显热吸收转化为高位水蒸汽，该部分水蒸汽可用于后续工艺蒸汽或用于蒸汽轮机发电。可回收相当于原煤低位发热量的10%以上，可使整体热煤气效率达到约95%，比相同气化工艺的激冷流程能源利用效率提高4 5个百分点。进入辐射废锅的大部分灰渣被辐射废锅底部渣池捕集，粗煤气得到初步净化。但是，目前辐射废锅存在的主要问题是造价高、设备复杂、操作稳定性低等问题。尤其是辐射废锅出口粗煤气的带灰问题，严重影响了后续工艺设备(如对流废锅等)的运行稳定性。废锅-激冷流程，即气化炉出口高温气化产物经过辐射废锅后降温到700°C 800°C，再通过水激冷洗涤到所需要的温度，既对产物的高位显热进行了有效回收，也对粗煤气进行了初步净化和增湿处理。但是，还没有设备可以同时实现显热回收和加湿除尘这两种工艺。因此，研制先进的高温粗煤气冷却洗涤设备是提高我国煤炭转化利用效率的关键技术途径之一。一方面为使高温气化产物的显热得到有效回收利用；另一方面要优化设计热回收设备以提高其运行可靠性，降低造价；最后，希望能使气化产物在该工艺设备中得到初步的净化除尘，在满足工艺需求的条件下，基于以上降低设备造价和实现稳定操作的考虑，迫切需要将显热回收和加湿除尘两种工艺需求有机整合，开发复合式高温粗煤气冷却洗涤设备。
实用新型内容本实用新型需要解决的技术问题是提供一种复合式高温粗煤气冷却洗涤设备，以满足现代煤化工生产企业和IGCC发电等对大规模高效气流床气化产物显热回收与加湿除尘技术的需求，提高洁净煤气化技术的整体能源利用效率。本实用新型的构思如下为了实现气流床气化系统的高效、稳定、长周期运行，除了使气化炉稳定运行外，关键之一是确保粗煤气冷却系统的高效稳定运行。如此，必须尽可能的杜绝冷却器内的积灰、结渣甚至堵渣等恶劣工况的出现，并尽可能的达到气化产物充分降温净化效果。为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案为一种新型复合式高温粗煤气冷却洗涤设备，该设备具有承压壳体，承压壳体中的上部为单筒体水冷壁辐射废锅、下部为洗涤冷却室，辐射废锅包括与气化炉的连接法兰、筒体水冷壁、鳍片式水冷壁、辐射废锅出口 ；洗涤冷却室设置在辐射废锅出口下方，包括下降管、上升管、冷却水喷口、底部渣池和粗煤气出口。本实用新型的技术方案，利用辐射废锅对气化产物高位显热进行回收，然后通过低温水喷淋的方式，在洗涤冷却室内将气化产物温度降低到较低温度，并使粗煤气得到初步净化。该设备上部辐射废锅与气化炉采用法兰连接，入 口处采用耐火材料壁面的扩口设计，利于熔渣脱落进入辐射废锅中心流道，可防止熔渣直接碰触水冷壁壁面形成结渣。而且扩口设计还可以削弱入口射流卷吸作用对入口射流回流区的形成。辐射废锅壳体的内径为2. 5 6. 5mm,高径比为3. 5 8。辐射废锅部分采用单筒体水冷壁设计，水冷壁筒体内侧设置了鳍片式水冷壁，该鳍片式水冷壁布置于辐射废锅水冷壁筒体偏下部分。由于气化产物中夹带有大量的熔融态灰渣颗粒，随着辐射废锅运行时间的增加，其内部水冷壁壁面将可能出现积灰或被粘结性灰渣覆盖等现象，传热效果将受到一定影响。因此，鳍片式水冷壁顶部与筒体水冷壁上端设有一定距离h，该距离控制在3 12m，具体数值可根据射流张角边界等参数计算得出。确保灰渣颗粒射流不直接碰触鳍片式水冷壁，以免在鳍片式水冷壁上形成积灰或结渣，降低传热性能。鳍片式水冷壁布置高度可根据工艺需求和渣口气化产物温度进行设计计算，不大于筒体水冷壁高度的2/3，鳍片式水冷壁布置方向与筒体水冷壁平行布置，数量2 40个，沿水冷壁筒体圆周上均匀布置。鳍片式水冷壁不宜过多，过密布置将容易形成积灰堵渣。鳍片水冷壁宽度不大于筒体水冷壁圆周半径的1/2。下降管内径为0. 5 2. 5m,上升管内径I. 8 4. 8m,高度2. 8 6. 2m。本实用新型在辐射废锅下方布置有洗涤冷却室，经过辐射废锅降温处理后的气化产物将直接与喷淋水接触，未固化的熔渣将直接被低温水固化落入底部渣池。冷却水喷口设在下降管内侧，设置I 3层，每层2 40个喷口，喷口沿下降管圆周均匀布置喷口方向与水平面形成夹角《，夹角a范围控制在0 20°。中低温粗煤气沿着下降管向下流动，遇底部渣池液面折返进入上升管，在顶部折返从出口流出，进入后续工艺。粗煤气在洗涤冷却室与喷淋水充分接触后降低到工艺需求温度( 180°C )，而且粗煤气夹带的大部分灰渣颗粒在洗涤降温过程中被除去，得到初步净化效果。设置多层冷却水喷口可提高高温气化产物降温速度和降温效果，使下降管内的热负荷分布更加均匀。若采用冷却水喷入方向向下，可促进灰渣颗粒被气流向下夹带，避免灰渣直接接触下降管壁面，且可防止气化产物的偏流对下降管内壁形成非对称冲刷。本实用新型底部设有收集落渣的渣池,大部分灰渣颗粒依靠重力和气流夹带力直接落入渣池，粒度较小的颗粒经过喷淋作用被洗涤进入渣池。灰渣通过底部渣池进入下部锁斗排出。本实用新型的优点[0016]I)本实用新型提供的新型复合式高温粗煤气冷却洗涤设备可用于IGCC发电系统和现代化工生产系统，辐射废锅回收高温、高压气化产物的显热，以产生高压饱和水蒸汽，提供蒸汽轮机发电或化工生产中所需的工艺蒸汽和辅助蒸汽，可大大提高整体能源利用效率；2)本实用新型提供的新型复合式高温粗煤气冷却洗涤设备的辐射废锅筒体水冷壁内侧下方设有鳍片式水冷壁，在确保无结渣隐患的前提下可有效增加受热面面积，可大大缩减辐射废锅尺寸，降低整体投资；3)本实用新型提供的新型复合式高温粗煤气冷却洗涤设备下方设有洗涤冷却室，经过喷淋洗涤后的气化产物温度迅速降低，达到后续工艺所需温度要求，经过喷淋洗涤的粗煤气含渣量大大降低，达到了初步净化效果，同时也实现了粗煤气的增湿作用，满足了后续化工生产的工艺要求。
图I是新型复合式高温粗煤气冷却洗涤设备结构简图；图2是洗涤冷却室喷淋口截面剖视简图； 图3是图I中的A-A剖视图；图4是图I中的B-B剖视图；图5是图I中的C处局部放大图。附图标记说明1_辐射废锅与气化炉连接法兰，2-辐射废锅入口耐火材料浇铸层，3-筒体水冷壁出口集箱上升管，4-筒体水冷壁出口集箱，5-设备承压外壳，6-辐射废锅筒体水冷壁，7-鳍片式水冷壁出口集箱，8-鳍片式水冷壁管，9-鳍片式水冷壁集箱出口，10-鳍片式水冷壁集箱入口，11-鳍片式水冷壁连接翅片，12-洗涤冷却室喷淋口，13-洗涤冷却室下降管，14-洗涤冷却室上升管，15-洗涤冷却室折流板，16-洗涤冷却室上升区，17-粗煤气出口，18-底部渣池，19-辐射废锅渣口，20-筒体水冷壁与承压外壳间隙，21-底部排渣口，22-筒体水冷壁管间连接翅片，23-洗涤冷却室喷淋水均布器，24-鳍片式水冷壁入口集箱，25-筒体水冷壁入口。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步详细的说明，但本实用新型不局限于以下的实施例。参见图I至图5，本实用新型为用于大型高效气化炉高温产物的显热回收和净化处理设备，主要由辐射废锅和洗涤冷却室两部分构成。设备与气化炉本体通过辐射废锅顶部法兰I连接,辐射废锅主要由承压壳体5、回收产物高温显热的筒体水冷壁6和鳍片式水冷壁8等构成。下部洗涤冷却室主要由承压壳体5、喷淋口 12、喷淋水均布器23、下降管13、上升管14、收集落渣的底部渣池18、排渣口 21以及粗煤气出口 17等构成。水冷壁入口 10、25的分别经过鳍片式水冷壁8和筒体膜式水冷壁6回收高温气化产物的热量，并将水加热转换成高压饱和蒸汽/水，水蒸汽可用于蒸汽轮机发电或预热其他工艺气体。从辐射废锅出口 19流入洗涤冷却室的气化产物在洗涤冷却室入口处被喷淋口 12喷出的低温水迅速激冷，将其携带的高温灰渣颗粒迅速固化后落入渣池18排出，粗煤气经过洗涤冷却室的喷淋洗涤，温度降低到约180°C，并得到初步净化后从出口 17流出进入后续工艺。实施例某气流床水煤浆气化炉日处理煤2000吨(干基)/天，出气化炉进入辐射废锅的高温煤气流量214000Nm3/h，温度1350°C，压力3. 5MPa。辐射废锅外部承压壳体内径4. 85mm，直段高径比4. 6，直段高度22. 3m ;筒体水冷壁中心直径3. 2m，高度19. 6m，筒体内侧向下垂挂20个鳍片式水冷壁，鳍片式水冷壁高度7. 5m，鳍片式水冷壁宽度0. 4m，管子规格采用48 X 6mm，上端与筒体水冷壁顶部距离h为8. 0m，鳍片式水冷壁沿圆周方向均匀布置。进入筒体水冷壁和鳍片式水冷壁的高温水的温度为312°C，压力112MPa，蒸发量为225t/h。以上操作条件可使气化产物在辐射废锅底部出口 19处的温度降 低到约700°C。气化产物继续向下进入洗涤冷却室，被温度约为180°C低温水激冷，喷淋水水量最高为35t/h，喷口设2层，沿下降管分两段布置，每层喷口个数为24个，沿下降管圆周均匀布置，喷口向下夹角a设置为7. 5°。为保证粗煤气出洗涤冷却室的温度与激冷水基本一致，下降管内径I. 6m，高4m，上升管内径2. 8m。经过以上设计和运行，本实用新型的总体性能如下散热损失〈0. 4%可用率>95%辐射废锅入口温度1200 1400°C辐射废锅出口温度 700°C洗涤冷却室出口温度 180°C操作压力(管程)11. 2atm操作压力(壳程)35atm该新型复合式高温粗煤气冷却洗涤设备可用于IGCC发电及现代煤化工装置中煤等含碳固体原料气化生成气化产物的高温显热回收。
权利要求1.一种新型复合式高温粗煤气冷却洗涤设备，其特征在于具有承压壳体(5)，所述承压壳体(5)中的上部为单筒体水冷壁辐射废锅、下部为洗涤冷却室，所述辐射废锅包括与气化炉的连接法兰(I)、筒体水冷壁(6)、辐射废锅出口(19);所述洗涤冷却室设置在辐射废锅出口(19)下方，包括下降管(13)、上升管(14)、冷却水喷口(12)、底部渣池(18)和粗煤气出口(17)。
2.按照权利要求I中所述的新型复合式高温粗煤气冷却洗涤设备，其特征在于所述辐射废锅的入口为圆台形扩口，辐射废锅壳体(5)内径2. 5 6. 5mm，高径比3. 5 8。
3.按照权利要求2中所述的新型复合式高温粗煤气冷却洗涤设备，其特征在于在平行于筒体水冷壁(6)的内侧布置有鳍片式水冷壁(8)，鳍片式水冷壁(8)的顶部与筒体水冷壁(6)的上端设有一定距离h，该距离h控制在3 12m。
4.按照权利要求3中所述的新型复合式高温粗煤气冷却洗涤设备，其特征在于鳍片式水冷壁(8)沿筒体水冷壁(6)圆周均匀布置，其数量为2 40个，高度不大于筒体水冷壁(6)的2/3，鳍片水冷壁(8)宽度不大于筒体水冷壁(6)圆周半径的1/2。
5.按照权利要求I中所述的新型复合式高温粗煤气冷却洗涤设备，其特征在于冷却水喷口(12)设置I 3层，每层2 40个喷口，冷却水喷口(12)沿下降管(13)圆周均匀布置，喷口方向与水平面形成夹角α，夹角α范围控制在O 20°。
6.按照权利要求5中所述的新型复合式高温粗煤气冷却洗涤设备，其特征在于下降管(13)内径为O. 5 2. 5m，上升管(14)内径I. 8 4. 8m，高度2. 8 6. 2m。
专利摘要本实用新型公开了一种新型复合式高温粗煤气冷却洗涤设备，该设备具有承压壳体，承压壳体中的上部为单筒体水冷壁辐射废锅、下部为洗涤冷却室，辐射废锅包括与气化炉的连接法兰、筒体水冷壁、鳍片式水冷壁、辐射废锅出口；洗涤冷却室设置在辐射废锅出口下方，包括下降管、上升管、冷却水喷口、底部渣池和粗煤气出口。本实用新型的技术方案，利用辐射废锅对气化产物高位显热进行回收，然后通过低温水喷淋的方式，在洗涤冷却室内将气化产物温度降低到较低温度，并使粗煤气得到初步净化。
文档编号C10K1/10GK202530054SQ20112055991
公开日2012年11月14日 申请日期2011年12月28日 优先权日2011年12月28日
发明者乌晓江, 倪建军, 刘煜, 马胜 申请人:上海锅炉厂有限公司