，管 道通入蜗壳导流室6形成联通，如图4所示。激冷水进口 10设置进口法兰11与管件连接，入口 处管壁厚lmm-4mm。入口管道与竖直方向上的偏斜段的偏角δ为20°-70°，如图5所示。
[0040] 在导流外环4的外壁布置挡渣环7,从而可以防止从排渣口掉落的固态灰渣对激冷 环造成直接冲击，并减小激冷环装置的热应力和酸性腐蚀。挡渣环的几何尺寸如图6所示， 每个挡渣单元由环形槽构成，内部嵌入耐火材料，在导流外环壁面等距布置3-30排。
[0041]本发明在激冷环出口布置有锯齿形的出口导流槽2,锯齿与竖直方向上的偏角α为 20°-70°，作为优选的技术方案，本实施例中该角度为20°，如图7所示，配合蜗壳导流室使得 激冷水能够更加均匀地从激冷水出口流出，从而提升激冷水在下降管中的成膜性能。
[0042] 实施例2
[0043] 本申请所公开的是适合我国高灰(25~27%)、高灰熔点(FT>1400°C) "双高"煤种 的两段供氧干排渣加压气流床气化炉的激冷环。加压气流床气化炉固态排渣的优势和蜗壳 式引水机构结构的信息及优势如下所示。
[0044] 1、加压气流床气化炉固态排渣：
[0045] 液态排渣型气化炉的灰渣均以熔融液态状态进入激冷室，因此，无法安装带有膜 式壁辐射废锅对合成气及灰渣中的热量进行回收利用。一方面，从气化室中带出的大部分 热量均分布在大块的熔渣内，这部分热量难于在短暂的时间内有效吸收而直接排放。另一 方面，如果下降管直径太大，辐射废锅的换热效果将大大降低且投资成本大大提高;如果为 了保证换热效果，相应减小下降管直径，不仅将面临壁面严重沾污结渣的问题，而且合成器 换热效率将因大量结渣行为而大大降低。而排渣加压气流床技术不存在这一问题，灰渣颗 粒均以干灰形态进入激冷室，膜式壁面不会存在结渣沾污问题。因此，气化室尾部高温粗煤 气及细小灰渣颗粒(约1300°C)直接由合成气冷却室入口进入冷却室(不进行激冷冷却），与 第二洗涤冷却器圆柱形膜式水冷壁稳定发生辐射传热、对流传热及热传导行为，在辐射传 热基本占主导地位的作用下，对高温粗煤气及细小灰渣颗粒蕴含的显热进行大量回收利 用。这也是两段供氧干排渣加压气流床气化炉的一个显著特点和优点。
[0046] 目前，国内外大规模气流床气化技术采用的燃料均为低灰熔点化工用煤(要求煤 灰熔融温度FT低于1400°C)。我国适于大规模气流床气化的低灰熔点化工用煤存储量不足 35%，在目前化工用煤紧缺的时期，煤化工企业年消耗化工用煤约2亿吨左右，因此，随着社 会经济的发展，化工用煤的需求量随之不断增加，供需矛盾将不断加剧，影响企业发展。我 单位针对我国煤储备量65%以上高灰熔点煤发明的两端供氧干排渣加压气流床气化炉可 有效解决煤化工企业面临的化工用煤紧缺的问题，实现我国煤化工行业的健康发展。
[0047] 以贵州鑫晟煤化工有限公司为例:我国贵州省保有资源储量排列全国第五，是南 方12个省(市、自治区）的资源储量总和，是中国南方煤炭资源最丰富的省区，含煤面积占总 面积40 %以上，86个县(市）中有74个产煤，素有"江南煤海"之称。煤质情况较好，但由于煤 灰熔点普遍较高(高灰熔点煤所占比例大于90%以上），无法满足现有高效液态排渣型加压 气流床气化工艺对煤种灰熔点的要求，贵州地区大量以煤气化为基础的化工企业为了运 营，只能通过添加助熔剂、提高气化温度或花费高昂的代价从云南、陕西等地购运低灰熔点 化工用煤进行气流床气化，或者采用气化效率较低的固定床、流化床气化工艺，极大地降低 了企业的竞争性及经济性，也失去了产煤地区的优势。通过两段供氧干排渣加压气流床气 化技术改造，鑫晟煤化工有限公司采用六盘水本地煤炭资源进行两段供氧干排渣加压气流 床气化，可从根本上解决煤炭供应及现有液态排渣型加压气流床气化技术在燃用高灰熔点 煤时所面临的排渣困难等难题，在很大程度上降低气化运行成本(按照现有年产30万吨甲 醇规模的3套750t/d规模气化装置，保守估算年节约煤炭及运输成本2亿元），极大地提高企 业的经济性。此外，可进一步在贵州地区乃至全国范围进行推广，将能源资源优势转为经济 优势、发展优势，对推动我国经济发展具有十分重要的工业应用意义。
[0048] 2、蜗壳式导水机构
[0049] 蜗壳引水室的外形很像蜗牛壳，固通称蜗壳，为保证导水机构均匀供水，并对流体 工质形成必要环量而形成自进口逐渐减小的结构。其原理为蜗壳内的水流具有明显的切向 分速度，设谋点的且放分速度为V u，，该点与水轮机中心的距离为半径r，则速度矩为Vur。由 于蜗壳内的流动理想上是轴对称有势流动，固速度矩为常数，即
[0050] Vur = k = const
[0051] 经过对蜗壳中的水流运动情况进行分析，假定断面高度相等，运用流函数推导得 出流线方程为
[0053]其中，Δ为涡流强度，Q为工质流量，B为蜗壳常数。
[0054]简言之，蜗壳结构是依据水流切向分速度，按照速度矩为常数进行假定，结合蜗壳 中流动中心处的涡、汇共同诱导的平面流动方式。其几何表现为阿基米德螺线方程，及等角 螺线方程。
[0055]蜗壳引水室外形很像蜗牛壳，固通称蜗壳。引起保证向导水机构均匀供水，，可在 流场内形成必要的环量已减轻导水机构的工作强度等优势，被广泛应用于水利、水栗及叶 轮机械等领域。而在气化炉激冷环工艺中，还尚查出未有此类机构应用。
[0056]蜗壳的材质可以为多种多样，有金属蜗壳，混凝土蜗壳等机构。而在工业装置中， 主要采用的还是金属蜗壳，其制造方式主要有焊接、铸焊以及铸造三种类型。而金属蜗壳的 尺寸主要与水头及尺寸(在气化炉激冷环工艺中，水头主要为激冷水栗提供)关系密切。金 属蜗壳的工作水头较高，承受较大的内水压力。
[0057]水流在蜗壳内顺着蜗形通道逐渐扩大的方向旋转，愈接近蜗壳出口，通道截面积 愈大。液体从导流装置中以高速流出后，流过蜗壳通道时流速将逐渐降低，减少了能量损 失，使部分动能有效地转变为静压能。
【主权项】
1. 一种气化炉激冷环，其特征在于，该激冷环包括焊接连接的下降管（1)、导流外环(4) 及导流内环(8)， 所述的导流内环（8)内设有蜗壳导流室（6)，在导流内环（8)的底部设置激冷水进口 (10)， 所述的下降管（1)与导流外环(4)形成激冷水出口（3)，蜗壳导流室（6)与激冷水出口 (4)通过环间导流孔(5)相连， 激冷水通过激冷水进口（10)进入蜗壳导流室(6)，经蜗壳导流室(6)导流均匀地从激冷 水出口（4)流出进入下降管（1)。2. 根据权利要求1所述的一种气化炉激冷环，其特征在于，所述的蜗壳导流室(6)为内 径由内向外逐渐增大的螺旋状蜗壳结构，蜗壳的包角为270° -360°。3. 根据权利要求1所述的一种气化炉激冷环，其特征在于，所述的下降管（1)的内壁焊 有出口导流槽(2)。4. 根据权利要求3所述的一种气化炉激冷环，其特征在于，所述的出口导流槽(2)为锯 齿形结构，与竖直方向上的偏角为20°-70°。5. 根据权利要求1所述的一种气化炉激冷环，其特征在于，所述的导流外环(4)外壁焊 有挡渣环(7)。6. 根据权利要求5所述的一种气化炉激冷环，其特征在于，所述的挡渣环(7)设有3-30 排，均匀布置在导流外环(4)的侧壁上。7. 根据权利要求6所述的一种气化炉激冷环，其特征在于，所述的挡渣环(7)内置有耐 火材料。8. 根据权利要求1所述的一种气化炉激冷环，其特征在于，所述的环间导流孔(5)与蜗 壳导流室(6)径向之间的偏角为20°-70°。9. 根据权利要求1所述的一种气化炉激冷环，其特征在于，所述的激冷水进口（10)焊接 连接在导流内环(8)的底部。10. 根据权利要求9所述的一种气化炉激冷环，其特征在于，所述的激冷水进口（10)处 连接有进口管道，该管道倾斜段与垂直方向的夹角为20° -70°。
【专利摘要】本发明涉及一种气化炉激冷环，包括焊接连接的下降管(1)、导流外环(4)及导流内环(8)，导流内环(8)内设有蜗壳导流室(6)，在导流内环(8)的底部设置激冷水进口(10)，下降管(1)与导流外环(4)形成激冷水出口(3)，蜗壳导流室(6)与激冷水出口(4)通过环间导流孔(5)相连，激冷水通过激冷水进口(10)进入蜗壳导流室(6)，经蜗壳导流室(6)导流均匀地从激冷水出口(4)流出进入下降管(1)。与现有技术相比，本发明有效解决传统液态排渣激冷环壁面侵蚀，下降管壁面结渣等问题，提出的蜗壳式流机构对激冷水出流的均匀分布有很大的改进作用。
【IPC分类】C10J3/76, C10J3/72
【公开号】CN105542871
【申请号】CN201510904033
【发明人】张忠孝, 江砚池, 安海泉
【申请人】上海交通大学
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2015年12月9日