一种半焦冷却器及气化系统的制作方法

本发明涉及煤气化技术领域，尤其涉及一种半焦冷却器及气化系统。

背景技术：

煤气化技术是一种能够提高煤炭利用率的重要技术手段，其实质是将煤炭以煤粉的形式与气化剂在一定的温度和压力下发生化学反应，使煤粉中的有机质转化为煤气，从而提高煤炭的利用率。

气化系统中通常设置有半焦冷却器，用以对煤气化单元生成的高温高压半焦进行降温。现有技术中的半焦冷却器通常采用循环冷却介质对半焦进行冷却，例如图1所示的列管式结构，高温高压的半焦从入口01进入壳体02，而后进入多个管道03，在管道03内流动的过程中通过管壁与管道03外的循环冷却介质进行换热。

由于半焦降温后其内部的水分会冷凝出来，致使半焦变湿，变湿后的半焦容易粘附于管道03上，随着时间的延长，半焦的流动通道最终会堵塞，导致故障多，影响系统的正常运行。

技术实现要素：

本发明的实施例提供一种半焦冷却器及气化系统，可缓解现有半焦冷却器故障多，影响系统正常运行的问题。

为达到上述目的，本发明的实施例提供了一种半焦冷却器，包括壳体，所述壳体上设有半焦入口，所述壳体内设有冷却管道，从所述半焦入口进入所述壳体内的半焦可与所述冷却管道内的冷却介质通过所述冷却管道的管壁进行换热，所述壳体上还设有干燥气输送通道，从所述干燥气输送通道进入所述壳体内的干燥气可对所述半焦进行干燥。

进一步的，所述干燥气输送通道为输送管，所述输送管包括位于所述壳体内的中心区域的第一管段，所述第一管段的底端连接有第二管段，所述第二管段固定于所述壳体上，所述第一管段的顶端开口为逐渐扩口型开口。

进一步的，所述壳体包括竖直设置的圆筒，所述逐渐扩口型开口的顶端直径小于所述圆筒直径的三分之一。

进一步的，所述逐渐扩口型开口的顶端设有气体分布器。

进一步的，所述气体分布器为上凸的弧形分布板，所述弧形分布板上设有多个均匀分布的透气孔。

进一步的，所述气体分布器上设有第一过滤件。

进一步的，所述第一管段和所述第二管段均为直管，且所述第一管段与所述第二管段之间的夹角大于90°。

进一步的，所述壳体上设有气体出口，所述壳体内位于所述气体出口处设有第二过滤件。

进一步的，所述冷却管道为变径螺旋型冷却管道，所述变径螺旋型冷却管道竖直设置。

进一步的，所述变径螺旋型冷却管道中相邻两层之间的垂直距离大于所述变径螺旋型冷却管道的内径，相邻两层在水平面内投影的直径差大于所述变径螺旋型冷却管道内径的2倍。

进一步的，所述半焦入口包括主入口和辅入口。

进一步的，所述主入口的内端低于或平齐于所述主入口的外端，所述辅入口的内端低于或平齐于所述辅入口的外端，且所述主入口的中心线和所述辅入口的中心线与竖直方向的夹角为30～90°。

进一步的，所述主入口为多个，多个所述主入口沿所述壳体的周向均匀分布于所述壳体上。

本发明实施例提供的半焦冷却器，由于所述壳体上设有干燥气输送通道，从所述干燥气输送通道进入所述壳体内的干燥气可对所述半焦进行干燥，因此可使半焦不容易粘附于冷却管道的管壁上，从而使半焦的流动通道不容易堵塞，进而减少了半焦冷却器的故障，也就缓解了对系统运行造成影响的问题。

本发明实施例还提供了一种气化系统，包括煤气化单元，所述煤气化单元连接有上述任一技术方案中的半焦冷却器。

进一步的，所述煤气化单元包括煤气化炉和与所述煤气化炉的合成气出口连接的分离器，所述分离器用于对气体中携带的半焦进行分离；所述半焦入口为多个，多个所述半焦入口沿所述壳体的周向均匀分布于所述壳体上；所述气化系统还包括缓冲罐，所述煤气化炉的半焦出口、所述分离器的半焦出口以及多个所述半焦入口均与所述缓冲罐连接。

本发明实施例提供的气化系统，由于半焦冷却器的壳体上设有干燥气输送通道，从所述干燥气输送通道进入所述壳体内的干燥气可对所述半焦进行干燥，因此可使半焦不容易粘附于冷却管道的管壁上，从而使半焦的流动通道不容易堵塞，进而减少了半焦冷却器的故障，也就缓解了对系统运行造成影响的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中半焦冷却器的结构示意图；

图2为本发明实施例半焦冷却器的结构示意图；

图3为本发明实施例半焦冷却器中气体分布器的结构示意图；

图4为本发明实施例半焦冷却器中冷却管道的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，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发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或组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发明的限制。

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。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图2为本发明实施例半焦冷却器的一个具体实施例，本实施例中的半焦冷却器，包括壳体1，壳体1上设有半焦入口11，壳体1内设有冷却管道2，从半焦入口11进入壳体1内的半焦可与冷却管道2内的冷却介质通过冷却管道2的管壁进行换热，壳体1上还设有干燥气输送通道3，这里的干燥气输送通道3可以为开设于壳体1上的输送口，也可以为设置于壳体1上的输送管，从干燥气输送通道3进入壳体1内的干燥气可对所述半焦进行干燥。

本发明实施例提供的半焦冷却器，由于壳体1上设有干燥气输送通道3，从干燥气输送通道3进入壳体1内的干燥气可对所述半焦进行干燥，因此可使半焦不容易粘附于冷却管道2的管壁上，从而使半焦的流动通道不容易堵塞，进而减少了半焦冷却器的故障，也就缓解了对系统运行造成影响的问题。

需要说明的是，所述干燥气为水分处于不饱和状态的气体，当所述干燥气与半焦接触时，所述干燥气即可吸收半焦中的水分使半焦干燥。

另外，由于半焦降温后其内部的水分会冷凝出来，致使半焦中含有大量水分，无法在高压状态下直接输送利用，因此需要经阀门控制降压，利用压差排焦后进行集中利用，如燃烧或气化，导致工艺过程复杂，且高压半焦在降压的过程中也存在大量能源的浪费，导致气化系统的综合能效较低，影响整体工艺过程的经济效益。本发明实施例提供的半焦冷却器，由于从干燥气输送通道3进入壳体1内的干燥气可对所述半焦进行干燥，因此无需对半焦降压即可直接输送利用，从而简化了工艺、降低了能源的浪费，进而提高了煤气化系统的整体经济效益。

优选的，所述干燥气的温度低于所述半焦，由此可使干燥气在对半焦进行干燥的同时能够对半焦进行降温，从而提升了半焦冷却器的降温效果。

具体的，参照图2，干燥气输送通道3优选为输送管，所述输送管包括位于壳体1内的中心区域的第一管段31，第一管段31的底端连接有第二管段32，第二管段32固定于壳体1上，第一管段31的顶端开口为逐渐扩口型开口311，干燥气从第二管段32流入第一管段31，并从逐渐扩口型开口311流出至壳体1内，逐渐扩口型开口311的设置使得干燥气在壳体1内更分散，从而使干燥气能够到达壳体1的内壁处，进而使干燥气与半焦接触更充分，也就提高了对半焦的干燥效果。

逐渐扩口型开口311的顶端直径越大，对半焦下落造成的影响相应越大，另外，直径过大时，干燥气一旦中断，大量半焦将会落入逐渐扩口型开口311内，容易将开口堵塞，导致再次供干燥气时需要的动能较大，因此，本实施例中壳体1包括竖直设置的圆筒12，逐渐扩口型开口311的顶端直径优选小于圆筒12直径的三分之一，由此，一方面可减小对半焦下落造成的影响，另一方面可降低供干燥气时需要的动能。

为了进一步提升对半焦的干燥效果，逐渐扩口型开口311的顶端设有气体分布器4，气体分布器4可使进入壳体1内的干燥气均匀分布，从而使干燥气与半焦的接触更加充分，进而进一步提升了对半焦的干燥效果。

在上述实施例的基础上，参照图3，气体分布器4为上凸的弧形分布板，所述弧形分布板上设有多个均匀分布的透气孔41，干燥气通过多个透气孔41流出至壳体1内，上凸的弧形分布板使得半焦能够顺利下滑，从而避免了半焦的堆积。

当干燥气中断时，大量半焦会通过气体分布器4上的透气孔41进入输送管，容易堵塞和污染输送管，为了避免上述问题，本实施例中气体分布器4上设有用于对所述半焦进行过滤的第一过滤件(图中未示出)，由此可防止半焦进入输送管，从而避免了输送管被堵塞和污染的问题。

参照图2，第一管段31和第二管段32均为直管，且第一管段31与第二管段32之间的夹角a大于90°，由此可降低干燥气对输送管内壁的冲刷应力和冲刷腐蚀性，从而延长了输送管的使用寿命。

壳体1上设有气体出口13，壳体1内位于气体出口13处设有用于对所述半焦进行过滤的第二过滤件5，由此可防止气体将壳体1内的半焦携带至气体出口13处或后续的管路中，从而避免了半焦将气体出口13或后续管路堵塞的问题。

具体的，冷却管道2可以为迂回曲折型冷却管道，也可以为螺旋型冷却管道。为了增强对半焦的降温效果，参照图2和图4，本实施例中冷却管道2为变径螺旋型冷却管道，所述变径螺旋型冷却管道竖直设置，使得变径螺旋型冷却管道的中心轴线与半焦冷却器的中心轴线重合，冷却介质由管道入口21流入变径螺旋型冷却管道，而后由管道出口22流出，由此，相比等径螺旋型冷却管道，本实施例中的上下层管道错开设置，因此可减小上层管道对下层管道的遮挡，从而增大了与半焦的有效换热面积，进而增强了对半焦的降温效果。

上述实施例中，半焦在变径螺旋型冷却管道相邻的两层之间流动，若相邻两层之间的距离过小，则会导致半焦在管间堆积，为了避免上述问题，本实施例中所述变径螺旋型冷却管道中相邻两层之间的垂直距离大于所述变径螺旋型冷却管道的内径，相邻两层在水平面内投影的直径差大于所述变径螺旋型冷却管道内径的2倍，由此可避免相邻两层之间的距离过小，从而降低了半焦堆积的可能性。

壳体1包括锥形底部14，锥形底部14的中心设有半焦出口15，锥形底部14内位于半焦出口15处设有通气锥6，通过通气锥6向锥形底部14内输送气体，有利于半焦的疏松，从而避免了半焦长时间堆积造成半焦之间的空隙变小、压实而影响半焦输送的问题，进而保证了半焦能够顺利流入下部设备。

气化系统中的煤气化单元通常包括煤气化炉和与煤气化炉的合成气出口连接的分离器，所述分离器用于对合成气中携带的半焦进行分离。为了提高半焦的利用率，本实施例中半焦入口11包括主入口111和辅入口112，主入口111可与煤气化炉的半焦出口连接，辅入口112可与分离器的半焦出口连接，从而将由煤气化炉的半焦出口排出的半焦以及合成气中夹带的半焦充分利用，进而提高了半焦的利用率。

参照图2，主入口111的内端低于或平齐于主入口111的外端，辅入口112的内端低于或平齐于辅入口112的外端，且主入口111的中心线和辅入口112的中心线与竖直方向的夹角b为30～90°，优选60°，由此，一方面避免了夹角过大，从而使半焦下落更顺畅，另一方面避免了夹角过小，从而使进入壳体1内的半焦能够尽早的撞击以分散，进而提升了对半焦的降温效果。需要说明的是，主入口111的内端为靠近壳体内部的一端，主入口111的外端为远离壳体内部的一端；辅入口112的内端为靠近壳体内部的一端，辅入口112的外端为远离壳体内部的一端。

进一步的，主入口111为多个，多个主入口111沿壳体1的周向均匀分布于壳体1上，由此使得进入壳体1内的半焦分布更均匀，从而使半焦撞击后的分散效果更好。

本发明实施例还提供了一种气化系统，包括煤气化单元，所述煤气化单元连接有上述任一实施例所述的半焦冷却器。

本发明实施例提供的气化系统，由于半焦冷却器的壳体1上设有干燥气输送通道3，从干燥气输送通道3进入壳体1内的干燥气可对所述半焦进行干燥，因此可使半焦不容易粘附于冷却管道2的管壁上，从而使半焦的流动通道不容易堵塞，进而减少了半焦冷却器的故障，也就缓解了对系统运行造成影响的问题。

进一步的，所述煤气化单元包括煤气化炉和与所述煤气化炉的合成气出口连接的分离器，所述分离器用于对气体中携带的半焦进行分离；半焦入口11为多个，多个半焦入口11沿壳体1的周向均匀分布于壳体上；所述气化系统还包括缓冲罐，所述煤气化炉的半焦出口、所述分离器的半焦出口以及多个半焦入口11均与所述缓冲罐连接，由此可使从煤气化炉的半焦出口排出的半焦以及从分离器的半焦出口排出的半焦先进入缓冲罐进行混合，而后再通过多个均匀分布的半焦入口11注入半焦冷却器，从而使进入半焦冷却器的半焦分布更均匀，进而使半焦撞击后的分散效果更好。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。