专利名称：一种合成气湿化器及加热加湿方法
技术领域：
本发明涉及燃料技术，是一种合成气湿化器及加热加湿方法，用于燃气轮机合成 气燃料供给系统。
背景技术：
整体煤气化燃气蒸汽联合循环(IGCC)技术是实现煤炭洁净高效利用，减少排放的先进发电技术。在现代燃气轮机发电技术中，NOx是造成环境污染的主要污染物。对于 IGCC，气化过程产生的合成气经过净化被用作燃气轮机的燃料气，而燃烧室内较高的燃烧 温度会导致大量热NOx的生成，污染环境，因此必须采取措施对系统NOx排放进行控制。通过在净化后的合成气燃料中注入稀释剂，降低燃烧温度以减少热产生的NOx是 控制燃烧过程NOx排放的简单而有效的措施。现有的技术途径主要有两类，一是利用回收 系统中低品位余热获得的热水将合成气加湿；二是向合成气中注入空气分离过程产生的氮 气。对于前者，合成气湿化器是关键设备，它对燃气轮机燃料供应系统总体性能影响 较大。由于燃气轮机经常变工况运行，要求燃料供应系统中的设备结构紧凑、容积小，以避 免储存大量燃料气导致较大的燃料流量调节惯性，进而影响系统的变工况性能。同时，在目 前的燃气轮机参数下，合成气湿化器的工作压力可达30bar，工作温度可达200°C以上，化 学工业上的普通加湿装置难以满足要求。现有的合成气加湿技术利用填料塔实现，多使用散堆填料或规整填料。然而，气体 处理量一定时，填料的容积受限于液泛气速和比接触面积，只有增加填料体积才能增加工 质的处理量，这就使得整个装置尺寸相应增加。如前所述，这不利于燃气轮机以及整个系统 的变工况操作。填料的布水均勻程度或润湿性能也存在问题，当系统负荷较小时，进入加湿 装置的水流量减小，会导致填料表面不能完全润湿，从而减少气液间的接触面积，不利于传 热传质。
发明内容
本发明的目的是提供一种合成气湿化器及加热加湿方法，该合成气湿化器是紧凑 式的多孔填料湿化塔，该流程是用于合成气加热加湿过程的气液逆流接触方法，本发明针 对合成气湿化装置的特殊要求，通过增加填料的比表面积以增加气液之间的传热传质，从 而减小合成气湿化所需的填料尺寸，克服了现有填料湿化塔存在的缺陷和不足。为达到上述目的，本发明的技术解决方案是一种合成气湿化器，用于燃气轮机合成气燃料的加热加湿，包括壳体、布风器、多 孔填料、雾化喷嘴、除雾器；其壳体顶部开设排气管，壳体内排气管下方侧壁安装进水管，进 水管水平伸进后向下弯曲，进水管管口水平安装至少一个环形管，环形管上有雾化喷嘴；在 进水管与排气管间设置除雾器；壳体底部开设有排水管，排水管上方侧壁安装合成气进气管，合成气进气管气口位置水平安装环形布风器；在水平布风器与水平雾化喷嘴之间的壳体内腔中充满多孔填料。所述的合成气湿化器，其所述壳体底部侧壁上，位于合成气进气管下方设有液位 测量装置，排水管上设有阀门或电动调节阀；为电动调节阀时，液位测量装置与调节阀电连 接，控制调节阀的开闭。所述的合成气湿化器，其所述雾化喷嘴均勻分布在单环管或多环管下侧壁，喷口 位于喷嘴下表面。所述的合成气湿化器，其所述空气布风器，包括腔体、导流叶片、布风板，盘型腔体 与合成气进气管口在同一水平位置，腔体正对进气管口处设有导流叶片，腔体上表面垂直 设有多数个近低远高的弧形布风板，弧形布风板在腔体上表面以导流叶片为中心由近向远 构成多条弧，组成正对进气口位置的导流锥。所述的合成气湿化器，其所述壳体，为圆柱形、方柱形、旋转曲面形之一或组合型。
所述的合成气湿化器，其所述多孔填料，为碳化硅泡沫陶瓷，结构为壁流式或波纹 板式。所述的合成气湿化器，其所述合成气燃料为煤层气、煤炭气化制取的含氢混合气 体或生物质气化产生的气体。所述的合成气湿化器，其所述多孔填料，在壳体的轴向分为多层，每层安装在填料 支撑上，填料支撑水平设于壳体内，两侧固于壳体内侧壁。所述的合成气湿化器，其所述除雾器，水平布置在壳体内，除雾器将壳体内腔隔 断，或垂直于气流方向布置在排气管内。一种所述的合成气湿化器的加热加湿方法，其包括步骤A)合成气进气管接合成气气源，进水管接高温水，排气管接燃气轮机燃烧室，排水 管接循环水路；B)将低温合成气自合成气进气管送入壳体内腔，经空气布风器导向上方吹送；C)同时，由进水管经雾化喷嘴向下喷淋高温水，高温水均勻喷洒到多孔填料上经 多孔填料孔隙向下流；D)合成气向上穿过多孔填料孔隙，在多孔填料孔隙表面与高温水直接接触，升温 加湿；E)合成气气流继续上升，经除雾器排除气流内夹裹的液滴后，由排气管送出，给燃 气轮机燃烧室使用。所述的合成气湿化器的加热加湿方法，其还包括F)由多孔填料孔隙向下流出的温水集于壳体底部，到设定的水位后；G)液位测量装置报警，手动开启阀门经排水管泄水；或液位测量装置启动电动调 节阀经排水管泄水；H)排水管排水的水进入循环水路。本发明技术方案与现有填料塔加湿技术相比具有以下的优点和有益效果采用多孔泡沫陶瓷作为填料，陶瓷孔径最小可达0. 5mm,孔间的固体连接壁上还可 处理为毛细孔结构，比表面积远高于常规填料，因而多孔填料的传质传质效果好于常规填 料，填料尺寸小；
多孔填料致密，液泛速度较低，会产生较大阻力。本发明采用壁流式结构或波纹板结构可有效减小填料阻力，提高液泛气速；本发明采用的多孔填料体积小于常规填料，同时采用变直径旋转体结构也可使得 装置容积减小，为合成气加湿提供了 一个更加合理的解决方案。上述说明仅是本发明技术方案的概述，以下结合附图的详细描述可以对本发明更 充分的了解。
图1是本发明一种合成气湿化器的实施例结构示意图。图中各编号对应地构件为1-排气管；2-封头；3-收缩段；4-惯性除雾器；5-进水管；6-环形管；7-过渡段；8-多孔陶瓷填料；9-雾化喷嘴； 10-筒体；11-填料支撑；12-进气管；13-导流叶片；14-布风器；15-切向布风板；16-液位测量装置；17-调节阀； 18-排水管。
具体实施例方式以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种合成气湿化器具体实施方 式、结构及其特征等作一详细说明。参见图1，是本发明的一种合成气湿化器，包括排气管1、封头2、收缩段3、惯性除 雾器4、进水管5、环形管6、过渡段7、多孔填料8、雾化喷嘴9、筒体10、填料支撑11、进气管 12、导流叶片13、布风器14、切向布风板15、液位测量装置16、调节阀17、排水管18。壳体 顶部开设排气管1，壳体内排气管1下方侧壁安装进水管5，进水管5水平伸进后向下弯曲， 进水管管口水平安装单环形管或多环环形管，在单环管或多环形管下侧壁上有雾化喷嘴9， 喷口位于雾化喷嘴9下表面。在进水管5与排气管1间设置惯性除雾器4，除雾器4在雾化喷嘴9上方水平布置 在壳体内，除雾器4将壳体内腔隔断。除雾器4或垂直于气流方向布置在排气管1内腔中， 除雾器4为丝网型式。壳体由下端封闭的圆柱形筒体10、回转曲面过渡段7、圆柱形收缩段3和封头2组 合而成，圆柱形筒体10下部安装有液位测量装置16和调节阀17组成的液位控制系统，可 保持湿化器内一定水位，实现压力控制。筒体10或为圆柱形、方柱形、旋转曲面形之一或组合型。筒体10底部开设有排水 管18，排水管18上方壳体侧壁安装合成气进气管12，合成气进气管12气口位置水平安装 有环形空气布风器14。筒体10底部侧壁上，位于合成气进气管12下方设有液位测量装置16，排水管18上设有阀门或电动调节阀17 ；为电动调节阀17时，液位测量装置16与调节阀17电连接， 控制调节阀17的开闭。空气布风器14包括腔体、导流叶片13、布风板15，盘状环形腔体腔体与合成气进 气管口在同一水平位置，腔体正对进气管口处设有导流叶片13，腔体上表面垂直设有多数 个近低远高的弧形布风板15，弧形布风板15在腔体上表面以导流叶片13为中心由近向远 构成多条弧，组成正对进气口位置的导流锥。
在水平布风器14与水平雾化喷嘴9之间的壳体内腔中充满多孔填料8。多孔填料 8为碳化硅泡沫陶瓷材料，采用壁流式结构，填料上下面上布置盲孔，盲孔排列形式为等间 距交错排列。多孔填料8可为壁流式结构或波纹板式结构，在壳体的轴向根据壳体高分为 若干层，各层波纹板之间按照波纹方向呈锐角排列，安装在填料支撑11上，填料支撑11水 平设于壳体内，两侧固于壳体内侧壁。布风器14由环形腔体、导流叶片13和切向布风板15构成，在环形腔体内，沿圆周 方向布置不同高度的切向布风板15，迎风面布置导流叶片13，导流叶片13为曲面型式。由 进气管12引入的气流经导流叶片13导流后由切向布风板15沿圆周方向分配气流，实现壳 体内气体的均勻分布。液体分布装置由进水管5、环形结构管道6和一定数量的雾化喷嘴9组成，高温水 经过分配由雾化喷嘴9均勻分散于多孔填料8，水的喷入方向与空气流动相反。合成气燃料为煤层气、煤炭气化制取的含氢混合气体或生物质气化产生的气体。本发明合成气湿化器的加热加湿方法，包括步骤A)合成气进气管接合成气气源，进水管接高温水，排气管接燃气轮机燃烧室，排水 管接循环水路。B)将低温合成气自合成气进气管送入壳体内腔，经空气布风器导向上方吹送。C)同时，由进水管经雾化喷嘴向下喷淋高温水，高温水均勻喷洒到多孔填料上经 多孔填料孔隙向下流。D)合成气向上穿过多孔填料孔隙，在多孔填料孔隙表面与高温水直接接触，升温 加湿。E)合成气气流继续上升，经除雾器排除气流内夹裹的液滴后，由排气管送出，给燃 气轮机燃烧室使用。F)由多孔填料孔隙向下流出的温水集于壳体底部，到设定的水位后。G)液位测量装置报警，手动开启阀门经排水管泄水；或液位测量装置启动电动调 节阀经排水管泄水。H)排水管排水的水进入循环水路。以上所述，仅是根据本发明技术方案提出的较佳实施例，并非对本发明作任何形 式上的限制，凡是未脱离本发明内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的简单修 改、等同变化与修饰，均仍属于本发明权利要求保护的范围内。
权利要求
一种合成气湿化器，用于燃气轮机合成气燃料的加热加湿，包括壳体、布风器、多孔填料、雾化喷嘴、除雾器；其特征在于，壳体顶部开设排气管，壳体内排气管下方侧壁安装进水管，进水管水平伸进后向下弯曲，进水管管口水平安装至少一个环形管，环形管上有雾化喷嘴；在进水管与排气管间设置除雾器；壳体底部开设有排水管，排水管上方侧壁安装合成气进气管，合成气进气管气口位置水平安装环形布风器；在水平布风器与水平雾化喷嘴之间的壳体内腔中充满多孔填料。
2.如权利要求1所述的合成气湿化器，其特征在于，所述壳体底部侧壁上，位于合成气 进气管下方设有液位测量装置，排水管上设有阀门或电动调节阀；为电动调节阀时，液位测 量装置与调节阀电连接，控制调节阀的开闭。
3.如权利要求1所述的合成气湿化器，其特征在于，所述雾化喷嘴均勻分布在单环管 或多环管下侧壁，喷口位于喷嘴下表面。
4.如权利要求1所述的合成气湿化器，其特征在于，所述空气布风器，包括腔体、导流 叶片、布风板，盘型腔体与合成气进气管口在同一水平位置，腔体正对进气管口处设有导流 叶片，腔体上表面垂直设有多数个近低远高的弧形布风板，弧形布风板在腔体上表面以导 流叶片为中心由近向远构成多条弧，组成正对进气口位置的导流锥。
5.如权利要求1所述的合成气湿化器，其特征在于，所述壳体，为圆柱形、方柱形、旋转 曲面形之一或组合型。
6.如权利要求1所述的合成气湿化器，其特征在于，所述多孔填料，为碳化硅泡沫陶 瓷，结构为壁流式或波纹板式。
7.如权利要求1所述的合成气湿化器，其特征在于，所述合成气燃料为煤层气、煤炭气 化制取的含氢混合气体或生物质气化产生的气体。
8.如权利要求1所述的合成气湿化器，其特征在于，所述多孔填料，在壳体的轴向分为 多层，每层安装在填料支撑上，填料支撑水平设于壳体内，两侧固于壳体内侧壁。
9.如权利要求1所述的合成气湿化器，其特征在于，所述除雾器，水平布置在壳体内， 除雾器将壳体内腔隔断，或垂直于气流方向布置在排气管内。
10.一种如权利要求1所述的合成气湿化器的加热加湿方法，其特征在于，包括步骤A)合成气进气管接合成气气源，进水管接高温水，排气管接燃气轮机燃烧室，排水管接 循环水路；B)将低温合成气自合成气进气管送入壳体内腔，经空气布风器导向上方吹送；C)同时，由进水管经雾化喷嘴向下喷淋高温水，高温水均勻喷洒到多孔填料上经多孔 填料孔隙向下流；D)合成气向上穿过多孔填料孔隙，在多孔填料孔隙表面与高温水直接接触，升温加湿；E)合成气气流继续上升，经除雾器排除气流内夹裹的液滴后，由排气管送出，给燃气轮 机燃烧室使用。
11.如权利要求9所述的合成气湿化器的加热加湿方法，其特征在于，还包括F)由多孔填料孔隙向下流出的温水集于壳体底部，到设定的水位后；G)液位测量装置报警，手动开启阀门经排水管泄水；或液位测量装置启动电动调节阀经排水管泄水；H)排水管排水的水进入循环水路。
全文摘要
本发明公开了一种合成气湿化器及加热加湿方法，其包括壳体、布风器、多孔填料、雾化喷嘴、除雾器、液位测量装置；壳体顶部设排气管，壳体内排气管下方有进水管，进水管端口有水平环形管，环形管上均匀分布雾化喷嘴，进水管与排气管间设除雾器；壳体底部设有排水管；排水管上方有进气管，进气管端口水平设有环形布风器，在布风器与雾化喷嘴之间安装多孔填料。低温合成气燃料自进气管的环形布风器均匀向上进风，高温水自上向下均匀喷洒到多孔填料上，合成气与水在多孔填料表面接触加热加湿，随气流上行的液滴经除雾器排除后，合成气由排气管送出。本发明用于燃气轮机合成气燃料的加热加湿，具有结构紧凑，容积小，调节灵活的优点。
文档编号F02C7/224GK101832182SQ20091007979
公开日2010年9月15日 申请日期2009年3月11日 优先权日2009年3月11日
发明者徐震, 王岳, 肖云汉 申请人:中国科学院工程热物理研究所