用于高灰煤高压鼓泡床气化的冷灰设备的制作方法

本实用新型属于高灰煤气化设备领域，具体涉及一种用于高灰煤高压鼓泡床气化的冷灰设备。
背景技术：
：我国煤炭具有“三高”特点，高灰、高硫、高灰熔点，灰含量小于10％的煤炭仅占煤炭资源总量的15-20％，大部分煤炭灰含量大于20％。据不完全统计，仅义马煤田在回采时原煤灰分可能达到40％以上的长焰煤等低阶煤约1.1亿吨，虽然活性高，但是灰分高、热值低，易风化，易碎裂，难以得到有效利用。如果对这些高灰煤进行大规模高效利用，将在一定程度上缓解能源危机且具创造可观的经济价值。鼓泡床具有传质传热均匀的特点，是一种高效的煤炭气化方法，近年来获得较大发展。鼓泡床在气化高灰煤时，煤气化后的固体反应产物-高温煤灰的冷却是该技术工业化的难题之一，尤其是在加压的条件下。在常压条件下，多采用螺旋冷渣机或空气逐级冷却高温煤灰，存在冷却设备庞大，占地面积大，磨损严重甚至出现泄漏、冷却效果差等问题。在加压条件下，若采用螺旋冷渣机冷却固体反应产物还存在转动部分密封困难、煤气容易泄漏等问题，导致现场粉尘污染严重，也存在许多安全隐患。申请公布号为cn103727544a，公布日为2014年04月16日的中国实用新型专利申请，公布了一种名称为水泥窑协同处理城市垃圾系统的固体反应产物冷却装置及工艺，该专利申请主要采用改进的螺旋冷却器冷却固体反应产物，不足之处在于在加压条件下冷却固体反应产物时仍然存在密封等问题。申请公布号为cn102757822a，公布日为2012年10月31日的中国实用新型专利申请，公布了一种名称为一种固定式承压热固体反应产物冷却器，该专利申请采用蛇管间接换热冷却固体反应产物，可以保证煤气的不泄漏，不足之处在于高温高压下固体反应产物对管束的冲刷磨损严重，同时冷却效率较低，设备庞大，尤其在渣量较大的情况下。申请公布号为cn105779013a，公布日为2016年07月20日的中国实用新型专利申请，公布了一种名称为用于加压温和气流床或流化床煤气化过程的冷渣系统，该专利申请的冷渣系统，与气化炉固体反应产物出口连接，冷轧系统包括冷却筒体，以及设置在冷却筒体上端与气化炉固体反应产物出口连接的固体反应产物进口管道，以及设置在冷却筒体下端的固体反应产物出口管道，以及与固体反应产物出口管道连接的锁斗。冷却筒体内设置有逆流换热设备，以及设置在逆流换热设备周围的高压水松动器和高压水均匀分布室，以及设置在高压水均匀分布室上的高压水均匀分布器。该实用新型无转动部分密封良好，解决了泄漏问题，冷却效率高，设备占地小。但是，该系统冷却过程产生的水汽快速上升携带大量煤灰粉尘，不但容易造成水汽管道堵塞，导致冷渣设备压力升高，系统停车，而且带有粉尘的水汽容易造成二次污染。这主要是由于，高压水从气化炉底部通入炉内，高压水需要克服煤灰的阻力后才能向上流动，煤灰往往处于流化沸腾状态，造成大量煤灰粉尘被水汽带出。另外，该实用新型的高压水均匀分布器是带孔的钢管膜形式，当气化炉压力较高时，该分布器的膜结构在颗粒的磨损冲刷下很容易被破坏，导致分布器失去均匀分布水的功能。该实用新型应用于压力小于1.0mpa的加压温和气流床和流化床。技术实现要素：本实用新型的目的是提供一种用于高灰煤高压鼓泡床气化的冷灰设备，以解决现有技术中存在的问题，该冷灰设备无转动部分、冷却效率高，而且生成的水汽含尘量非常小，不会造成管道堵塞和二次污染。为实现上述目的，本实用新型的用于高灰煤高压鼓泡床气化的冷灰设备采用如下技术方案：用于高灰煤高压鼓泡床气化的冷灰设备，包括具有腔体的壳体，壳体上部设置有热的煤灰进入的煤灰进口，壳体下部设置有供冷却后的煤灰排出的煤灰出口，腔体中于煤灰进口下方设置有第一冷却剂分布器，第一冷却剂分布器上设置有供冷却剂通过的第一冷却孔，腔体中于第一冷却剂分布器下方设置有第二冷却剂分布器，第二冷却剂分布器采用上端为盲端的并向上延伸的竖直管，竖直管的下端伸出壳体供冷却剂进入，竖直管结构的侧壁上设置有供冷却剂通过的第二冷却孔。所述第一冷却剂分布器采用两段封闭侧壁上开设有第一冷却孔的水平管，或者采用下表面为球面且球面上设置有第一冷却孔的半球壳体结构。所述第一冷却剂分布器成对并对称分布，各对第一冷却剂分布器之间间隔设置以让开煤灰进口，避免热的煤灰直接冲刷第一冷却剂分布器。所述壳体下部为锥形筒结构，煤灰出口设置于锥形筒结构的最低位置处，第二冷却剂分布器设置于锥形筒结构上，第二冷却剂分布器分布的冷却剂的速度小于煤灰的临界流化速度。所述冷却剂采用冷却水、溶解有氧化亚氮的水溶液和溶解有二氧化碳的水溶液中的其中一种。所述第二冷却剂分布器采用双套管结构，双套管结构包括外管和内管，内管两段均开口，外管上端为盲端，外管的下端以内管外壁密封配合，内管的上端于外管的上端之间间隔设置，第二冷却孔设置于外管的侧壁上。所述壳体包括上下依次设置的大径圆筒、变径圆筒、小径圆筒和锥形圆筒，煤灰进口设置于大径圆筒的上端，煤灰出口设置于锥形圆筒的最低位置处。所述大径圆筒与小径圆筒的直径比不小于1.35，高度比不小于0.25，变径圆筒与大径圆筒的直径比不小于0.25。所述壳体上于第一冷却剂分布器上方设置有水汽出口。本实用新型的有益效果：(1)相比常用的螺旋冷灰机，该冷灰设备无转动部件，容易实现高压下的良好密封，可以很好地解决煤气和煤灰泄漏问题，进而决解现场的污染问题和危险问题。(2)相比螺旋冷灰机和其他专利提到的蛇管冷却，本实用新型采用冷水热灰直接接触的方式冷却，效率高，冷却速度快，冷却设备体积小，处理量大，并且对冷却设备的磨损非常小。(3)本实用新型结构简单，操作方便，过程容易控制，设备磨损小，使用寿命长，安全性高，设备加工制造简单。(4)热的煤灰由煤灰进口进入腔体中，在下落的过程中与来自第一冷却剂分布器均匀喷洒的的冷却剂接触，进行热交换，煤灰继续下落与来自第二冷却剂分布器的冷却剂接触进行快速冷却，产生水汽，水汽中夹带的灰分在上升过程中，第一冷却剂分布器喷洒的冷却剂具有很好的喷淋洗涤作用，使水汽中夹带的灰分降落，不会随水汽一起逸出。附图说明图1是本实用新型的用于高灰煤高压鼓泡床气化的冷灰设备的实施例一中的结构示意图；图2是图1中第一冷却剂分布器的分布结构示意图；图3是图1中第二冷却剂分布器的分布结构示意图；图4是本实用新型的用于高灰煤高压鼓泡床气化的冷灰设备的实施例二中第二冷却剂分布器的结构示意图；图5是本实用新型的用于高灰煤高压鼓泡床气化的冷灰设备的实施例三中第一冷却剂分布器的结构示意图。具体实施方式本实用新型的用于高灰煤高压鼓泡床气化的冷灰设备的实施例一，如图1-图3所示，包括具有腔体1的壳体2，壳体2上部设置有热的煤灰进入的煤灰进口3，壳体下部设置有供冷却后的煤灰排出的煤灰出口4。腔体中于煤灰进口下方设置有第一冷却剂分布器5，第一冷却剂分布器5上设置有供冷却剂通过的第一冷却孔7。腔体中于第一冷却剂分布器5下方设置有第二冷却剂分布器8，第二冷却剂分布器8采用上端为盲端的并向上延伸的竖直管，竖向管采用单管结构，竖直管的下端伸出壳体供冷却剂进入，竖直管结构的侧壁上设置有供冷却剂通过的第二冷却孔9。第一冷却剂分布器5采用两段封闭侧壁上开设有第一冷却孔的水平管，水平管通过冷却剂进液管6连通。第一冷却剂分布器成对并对称分布，各对第一冷却剂分布器之间间隔设置以让开煤灰进口，避免热的煤灰直接冲刷第一冷却剂分布器。本实施例中第一冷却剂分布器的数量为5对，各对的长度根据安装位置进行调整。在下落过程中来自第一冷却剂分布器6的冷水均匀喷洒冷水，冷水的速度不小于0.3m/s,冷水向下运动，与煤灰接触，冷却煤灰。壳体包括上下依次设置的大径圆筒b、变径圆筒c、小径圆筒d和锥形圆筒e，煤灰进口设置于大径圆筒的上端，煤灰出口设置于锥形圆筒的最低位置处，第二冷却剂分布器设置于锥形筒结构上。第二冷却剂分布器分布的冷却剂的速度小于煤灰的临界流化速度，使煤灰不发生流化，保证煤灰在静止状态下被冷却。煤灰进口设置有热灰进口管a，煤灰出口设置有冷灰出口管f。热灰进口管a、大径圆筒b、变径圆筒c、小径圆筒d、锥形筒e和冷灰出口管f的外表面均有保温材料层。煤灰的最小流化速度按照式(1)计算，冷水的速度是指冷水流出分布器时的孔速度，按照式(2)计算。ul＝0.85×v/(s×a)……………………………………………………(2)u流化速度，m/sd煤灰颗粒平均直径的1/2，mρ密度，kg/m3μ气体粘度，pa·sv冷水体积流量，m3/ss冷水分布器外表面积，m2a开孔率，1g重力加速度，9.8m/s2下标f水蒸气p煤灰颗粒mf临界流化态l水冷却剂采用冷却水、溶解有氧化亚氮的水溶液和溶解有二氧化碳的水溶液中的其中一种，优先选用冷却水，但是在灰量比较大，若选用液态水冷却，水量较大，夹带粉尘较多时，可以选用溶解有氧化亚氮的水溶液或溶解有二氧化碳的水溶液做冷却剂，利用物理冷却和化学冷却相结合的方式。大径圆筒与小径圆筒的直径比不小于1.35，高度比不小于0.25，变径圆筒与大径圆筒的直径比不小于0.25。壳体上于第一冷却剂分布器上方设置有水汽出口，水汽可以通过水汽出口排出，也可以通过煤灰进口进入上方的鼓泡床气化炉中。在使用时，来自鼓泡床气化炉的热灰经过热灰进口管进入大径圆筒b，在重力作用下自由下落，依次经过变径圆筒c、小径圆筒d、锥形筒e。在下落过程中来自第一冷却剂分布器的冷却剂均匀喷洒冷水，冷水的速度不小于0.3m/s，冷水向下运动，与煤灰接触，冷却煤灰。冷却后的煤灰在小径圆筒d、锥形筒e内与来自第二冷却剂分布器的冷却剂直接接触换热，快速冷却，产生水汽。根据煤灰的冷却要求，可以调整第二冷却剂分布器的冷水流量。如果第一冷却剂分布器的冷水可以达到煤灰的冷却要求，可以调整第二冷却剂分布器的冷水流量为零或接近零。煤灰冷却过程产生的水汽经过水汽出口3流出，也可以直接通过热灰进口管向上进入鼓泡床气化炉。在不影响气化炉操作的情况下，水汽尽量通过热灰进口管进入鼓泡床气化炉，甚至可以使水汽出口管3完全关闭。达到冷却要求的煤灰通过冷灰出口管f排出。本实用新型的有益效果是：(1)相比常用的螺旋冷灰机，该系统无转动部件，容易实现高压下的良好密封，可以很好地解决煤气和煤灰泄漏问题，进而决解现场的污染问题和危险问题(2)相比螺旋冷灰机和其他专利提到的蛇管冷却，本实用新型采用冷水热灰直接接触的方式冷却，效率高，冷却速度快，冷却设备体积小，处理量大，并且对冷却设备的磨损非常小；(3)本实用新型结构简单，操作方便，过程容易控制，设备磨损小，使用寿命长，安全性高，设备加工制造简单。(4)相比一些专利提出的流化床/沸腾床冷却(如
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中cn105779013a)，本实用新型的煤灰冷却过程在固定床的状态下进行，煤灰处于静止状态，换热后产生的水汽中基本不含灰尘，不会造成水汽管道的堵塞，高温的水汽可以直接用作鼓泡床气化的高温水蒸气，气化炉的热效率显著提高。(5)本实用新型设置了大径圆筒b、变径圆筒c，即使换热后产生的水汽中带出一些粉尘，当达到大径圆筒b、变径圆筒c时，随着直径的增大，水汽气速急剧降低，粉尘的浮力和曳力急剧减小，发生自然下沉，最终返回小径圆筒d，进入煤灰中，不会随水汽一起逸出。(6)本实用新型在设备的上部设置有第一冷却剂分布器6，对换热后产生的水汽中带出的粉尘即进入大径圆筒b、变径圆筒c的粉尘具有很好的喷淋洗涤作用，使其下降返回小径圆筒d，进入煤灰中，不会随水汽一起逸出。(7)冷却剂包括液态水、溶解有氧化亚氮的水溶液、溶解有二氧化碳的水溶液，优先选用液态水。但是在灰量比较大，若选用液态水冷却，水量较大，夹带粉尘较多时，可以选用溶解有氧化亚氮的水溶液或溶解有二氧化碳的水溶液做冷却剂，利用物理冷却和化学冷却相结合的方式。由于水汽上升过程容易夹带粉尘，容易导致管道的堵塞和二次污染，为尽量降低水汽中粉尘含量，该实用新型采取了四个方面的措施：(1)煤灰在小径圆筒d、锥形筒e内与来自第二冷却剂分布器的冷水直接接触换热时，第二冷却剂分布器分布的冷水的速度小于煤灰的临界流化速度，使煤灰不发生流化，在静止状态下被冷却，换热后产生的水汽流量较小，气速小，无夹带作用，水汽中基本不含灰尘。(2)大径圆筒b和小径圆筒d的直径(内径)比不小于1.35,高度比不小于0.25，当夹带粉尘的水汽达到大径圆筒b和变径圆筒c时，随着直径的增大，水汽气速急剧降低，粉尘的浮力和曳力急剧减小，发生自然下沉，最终返回小径圆筒d，进入煤灰中，不会随水汽一起逸出。(3)设备上部设置有冷水进口管1及其相连的第一冷却剂分布器，来自第一冷却剂分布器的冷水的速度不小于不小于0.3m/s，对水汽中夹带的粉尘具有很好的喷淋洗涤作用，使其下降返回小径圆筒d，进入煤灰中，不会随水汽一起逸出。(4)在灰量比较大，若选用液态水冷却，水量较大，夹带粉尘较多时，可以选用溶解有氧化亚氮的水溶液或溶解有二氧化碳的水溶液做冷却剂，利用物理冷却和化学冷却相结合的方式。本实用新型的冷灰设备适用于高压鼓泡床气化，尤其是气化压力在1.5mpa-6.5mpa高压鼓泡床气化炉。本实用新型的用于高灰煤高压鼓泡床气化的冷灰设备的实施例二，如图4所示，与实施例一的区别仅在于第二冷却剂分布器的结构不同，本实施例中第二冷却剂分布器采用双套管结构，双套管结构包括外管11和内管12，内管两段均开口，外管上端为盲端，外管的下端以内管外壁密封配合，内管的上端于外管的上端之间间隔设置，第二冷却孔9设置于外管的侧壁上。本实用新型的用于高灰煤高压鼓泡床气化的冷灰设备的实施例三，如图5所示，与实施例一的区别仅在于，第一冷却剂分布器的结构不同，本实施例中，第一冷却剂分布器采用下表面为球面且球面上设置有第一冷却孔7的半球壳体结构5，并与冷却剂进液管6连通。在本实用新型的其他实施例中，第一冷却剂分布器的数量可根据实际需要进行调整；第二冷却剂分布器的数量也可以根据实际需要进行调整；冷却剂可以采用溶解有氧化亚氮的水溶液；冷却剂也可以采用溶解有二氧化碳的水溶液。当前第1页12