專利名稱：一種高溫粗合成氣激冷裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種激冷裝置，尤其是涉及一種用于將氣化爐反應室出口的高溫粗合 成氣和熔渣激冷至特定的溫度范圍的高溫粗合成氣激冷裝置。
背景技術(shù)：
氣流床氣化爐的煤氣化反應通常在1200-1700°C的高溫下進行，反應生成的高 溫粗合成氣需要被冷卻到特定的溫度，才能進入后續(xù)設備進行除塵、熱回收、洗滌等生產(chǎn) 操作，不同類型的氣化爐根據(jù)工藝需要，高溫粗合成氣的冷卻方式不同，冷卻設備更是千 差萬別，具有代表性的GE水煤漿氣化爐采用的是激冷環(huán)與水浴將高溫粗合成氣激冷至飽 和態(tài)，而Siell粉煤氣化爐則采用循環(huán)壓縮的粗合成氣通過氣化室出口周邊呈輻射狀排 列的激冷管將高溫粗合成氣冷卻到工藝所需溫度。申請人在專利CN20071017M73. 5提 出了一種合成氣的制備和熱量回收方法，所述的方法中需要將高溫合成氣及其攜帶的熔 渣液滴激冷至工藝所需的溫度范圍，申請人在專利CN200910047706、CN201020567950、 CN201020607955、CN201020607531中提出來一種新的煤氣化設備，用于實現(xiàn)專利 CN200710175473. 5所述方法中煤制合成氣、合成氣部分激冷和第一級熱量回收這幾個步 驟，在前述的五項專利中均需要將高溫粗合成氣及其攜帶的熔渣液滴激冷至特定的溫度范 圍，若采用GE的激冷環(huán)結(jié)構(gòu)，激冷水量少，高溫粗合成氣容易將激冷環(huán)與下降管燒毀，若采 用Siell的激冷管結(jié)構(gòu)，所需的激冷氣量大，合成氣循環(huán)壓縮功耗大，激冷效果不好，為了 克服現(xiàn)有合成氣激冷裝置的不足，本發(fā)明提供一種將高溫粗煤氣激冷至特定溫度范圍的激 冷裝置，能夠快速、高效、均勻?qū)⒏邷睾铣蓺饧捌鋽y帶的熔渣液滴激冷至工藝設定的溫度范 圍。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種結(jié)構(gòu)簡單、激冷 效率高，激冷介質(zhì)用量少，激冷速度快，激冷后合成氣溫度分布均勻的高溫粗合成氣激冷裝置。本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)一種高溫粗合成氣的激冷裝置，包括有激冷器的氣體流動通道和氣體流動通道側(cè) 壁安裝的霧化噴嘴，氣體流動通道用于連接氣化爐的反應室與冷卻室并提供激冷介質(zhì)與高 溫粗合成氣的混合空間；霧化噴嘴為單流道壓力式噴嘴或者雙流道氣液兩相噴嘴，均勻分 布在氣體流動通道的側(cè)壁上，霧化噴頭用于將激冷介質(zhì)均勻噴入高溫粗合成氣中將高溫粗 合成氣激冷至特定的溫度范圍；氣體流動通道為水冷壁或耐火襯里或是二者的組合形式構(gòu) 成，氣體流動通道的形狀為圓筒形或圓錐形或是二者的組合形式。所述的霧化噴嘴數(shù)量為2-100個，分為1-20層，每層按照圓周均勻排布，層與層之 間可錯開0-90°，每層霧化噴嘴均設置一根進水總管，霧化噴嘴安裝在進水總管上，霧化噴 嘴軸線與氣體流動通道軸線的夾角為0-90°。
所述的霧化噴嘴的霧化角在5-150°，噴射距離在0. 05-2m,霧化噴嘴的排列形式 根據(jù)霧化角和噴射距離的大小進行優(yōu)化組合，減少死角和干涉區(qū)域的大小。所述的霧化噴嘴為單通道壓力式噴嘴或雙通道的氣液兩相噴嘴，采用單通道壓力 式噴嘴則噴嘴直接噴入激冷介質(zhì)水或水蒸氣或低溫合成氣或其他惰性氣體，采用雙通道氣 液兩相噴嘴則一個通道為液相流道，另一個通道為氣相流道，液相為水，氣相可以是水蒸 氣、合成氣和其它惰性氣體。所述的氣體流動通道的水冷壁可以采用螺旋盤管、水夾套、豎直集束管或者三者 的組合形式，水冷壁設置有進水口和出水汽口，水冷壁靠近高溫合成氣側(cè)設置銷釘，銷釘密 度為50-10000個/平方米，用于固定耐火耐磨襯里和掛渣，防止高溫對水冷壁的燒蝕。所述的螺旋盤管可以采用2-20根鋼管盤繞制成，管與管間密封焊接相連，每根鋼 管均與進水總管和出水汽總管相連，并且在鋼管的入口處設置有流量分配器，保證每根水 管進水量均勻。所述的水夾套為內(nèi)外兩側(cè)存在密封的殼體，中間為充滿水的環(huán)隙，水夾套上下端 設置出水汽口和進水口。所述的豎直集束管可以采用豎直鋼管密封焊接成正多邊形或圓形，管間可根據(jù)焊 接需要加入翅片，每根鋼管均與進水總管和出水汽總管相連，并且在鋼管的入口處設置有 流量分配器，保證每根水管進水量均勻。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供一種以利用激冷介質(zhì)將氣化爐反應室出口的高溫粗 合成氣以及攜帶的熔渣液滴激冷至特定溫度范圍的激冷設備，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的諸多 問題，本發(fā)明采用優(yōu)化排布后的霧化噴嘴將激冷介質(zhì)均勻霧化噴入高溫粗合成氣中，增大 氣液固三相的接觸面積，瞬間將高溫合成氣及其熔渣液滴激冷至工藝設定的溫度范圍，激 冷介質(zhì)包括水、蒸汽、粗合成氣、惰性氣體及其組合的混合物，本技術(shù)方案具有結(jié)構(gòu)簡單、激 冷效率高，激冷介質(zhì)用量少，激冷速度快，激冷后合成氣溫度分布均勻等優(yōu)點。通過優(yōu)化布 置的霧化噴頭將激冷介質(zhì)水均勻噴入高溫粗合成氣中，縮小霧化水滴的粒徑，增大氣液兩 相的接觸面積，由于氣液兩相存在極大的傳熱溫差(平均溫差在1000°c以上)，霧化水在瞬 間完成汽化過程，吸收大量的熱量，高溫合成氣及其攜帶的熔渣液滴將迅速被均勻冷卻下 來，冷卻過程所需的停留時間較其他類型的高溫合成氣激冷方式顯著縮短，有利于減少激 冷設備的體積，降低設備成本，熔渣表面固化后不易在廢鍋表面粘結(jié)，改善換熱設備的工作 條件；采用水作為激冷介質(zhì)，水的汽化焓較高，將高溫合成氣冷卻到相同的溫度，激冷介質(zhì) 用量較少，激冷效率高，可減少洗滌黑水的用量和排放量；采用水冷壁作為高溫合成氣的氣 體通道，技術(shù)成熟，已有工業(yè)化應用先例，可實現(xiàn)以渣抗渣的目的，延長激冷設備的使用壽 命，保證氣化設備長周期運轉(zhuǎn)，是環(huán)保節(jié)能的技術(shù)。


圖1為實施例1中的本發(fā)明的剖視結(jié)構(gòu)圖；圖2為實施例1中單層的霧化噴嘴的布置結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為單通道壓力式噴嘴的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為雙通道氣液兩相噴嘴結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為螺旋盤管的結(jié)構(gòu)示意圖6為豎直集束管的局部結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為豎直集束管的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為水夾套的結(jié)構(gòu)示意圖；圖9為翅片的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，1為激冷器、2為氣體流動通道、3為霧化噴嘴、4為反應室、5為冷卻室、6為 水冷壁、7為耐火耐磨襯里、8為激冷水進水總管、9為單通道壓力式噴嘴、10為雙通道氣液 兩相噴嘴、11為螺旋盤管、12為水夾套、13為豎直集束管、14為進水口、15為出水汽口、16 為銷釘、17為進水總管、18為出水汽總管、19為流量分配器、20為翅片。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。實施例1如圖1所示，一種高溫粗合成氣的激冷器1，包括激冷器1的氣體流動通道2和在 氣體流動通道2側(cè)壁安裝的霧化噴嘴3，氣體流動通道2用于連接氣化爐的反應室4與冷 卻室5并提供激冷介質(zhì)與高溫粗合成氣的混合空間；霧化噴嘴3可以為單流道壓力式噴嘴 9或雙通道氣液兩相噴嘴10，單流道壓力式噴嘴9或雙通道氣液兩相噴嘴10的結(jié)構(gòu)分別如 圖3、圖4所示，本實施例中使用的是單流道壓力式噴嘴9，均勻分布在氣體流動通道2的側(cè) 壁上，氣體流動通道2可以為水冷壁6或耐火耐磨襯里7或是二者的組合形式構(gòu)成，形狀為 圓筒形或圓錐形或是二者的組合形式，本實施例中氣體流動通道2的結(jié)構(gòu)如圖2所示。霧 化噴嘴3的層與層之間可錯開0-90°，每層霧化噴嘴均設置一根進水總管，霧化噴嘴安裝 在進水總管上，霧化噴嘴軸線與氣體流動通道軸線的夾角為0-90°，本實施例中霧化噴嘴 3數(shù)量為20個，分為2層，每層霧化噴嘴3按照圓周均勻排布，層與層之間錯開18°，每層 霧化噴嘴3均設置一根激冷水進水總管8，霧化噴嘴3安裝在激冷水進水總管8上，霧化噴 嘴3軸線與氣體流動通道2軸線的夾角為60°，霧化噴嘴3的霧化角為45°，噴射距離在 0. 5-lm,霧化噴嘴3的霧化角在5-150°，噴射距離在0. 05_2m，其排列形式根據(jù)霧化角和噴 射距離的大小進行優(yōu)化組合，減少死角和干涉區(qū)域的大小，霧化噴嘴3用于將激冷介質(zhì)均 勻噴入高溫粗合成氣中將高溫粗合成氣激冷至特定的溫度范圍；氣體流動通道2由水冷壁 6和耐火耐磨襯里7構(gòu)成，水冷壁6可以采用螺旋盤管11、水夾套12、豎直集束管13或三者 的組合形式，螺旋盤管11的結(jié)構(gòu)如圖5所示，水夾套12的結(jié)構(gòu)如圖8所示，豎直集束管13 的結(jié)構(gòu)如圖6 7所示，在豎直集束管13的管間可根據(jù)焊接需要加入翅片20，如圖9所示。 本實施例中的水冷壁6采用螺旋盤管11，采用6根DN25的鋼管盤繞成上端為圓筒形，下端 為圓錐形，管與管間密封焊接相連，每根鋼管均與進水總管17和出水汽總管18相連，水冷 壁6下進上出，并且在鋼管的入口處設置有流量分配器19，保證每根水管進水量均勻。水冷 壁靠近高溫合成氣側(cè)設置銷釘16，銷釘16的密度為可以為50-10000個/平米，本實施例中 銷釘16的密度為1000個/平米，用于固定一層50mm的耐火耐磨襯里7，其材質(zhì)為SiC，在 生產(chǎn)時用于掛渣，防止高溫對水冷壁的燒蝕。實施例2實施例1中的霧化噴嘴3采用雙通道氣液兩相噴嘴10，激冷水進水總管8增加氣 相通道，氣相通道走壓縮合成氣，氣液兩相噴嘴10中心流道走壓縮合成氣，環(huán)隙為激冷水，通過高速氣流將激冷水剪切破碎，霧化噴入氣體流動通道2內(nèi)，其余結(jié)構(gòu)與實施例1相同。實施例3一種高溫粗合成氣激冷裝置，該激冷裝置設置有氣體流動通道，在氣體流動通道 側(cè)壁安裝的霧化噴嘴，氣體流動通道用于連接氣化爐的反應室與冷卻室并提供激冷介質(zhì)與 高溫粗合成氣的混合空間，霧化噴嘴為雙流道氣液兩相噴嘴，一個通道為液相流道，另一個 通道為氣相流道，液相為水，氣相可以是水蒸氣、合成氣或惰性氣體。霧化噴嘴均勻分布在 氣體流動通道的側(cè)壁上，用于將激冷介質(zhì)均勻噴入高溫粗合成氣中將高溫粗合成氣激冷至 特定的溫度范圍，氣體流動通道由水冷壁與耐火耐磨襯里的組合形式構(gòu)成，氣體流動通道 的形狀為圓筒形與圓錐形的組合形式。使用的霧化噴嘴有100個，分為20層設置，每層按照圓周均勻排布，層與層之間錯 開0-90°，每層霧化噴嘴均設置一根激冷水進水總管，霧化噴嘴安裝在激冷水進水總管上， 霧化噴嘴軸線與氣體流動通道軸線的夾角為0-90°。霧化噴嘴的霧化角在5-150°，噴射 距離在0. 05-2m，該霧化噴嘴的排列形式根據(jù)霧化角和噴射距離的大小進行組合，減少死角 和干涉區(qū)域的大小。水冷壁采用螺旋盤管、水夾套、豎直集束管三者的組合形式，水冷壁設置有進水口 和出水汽口，水冷壁靠近高溫合成氣側(cè)設置銷釘，銷釘密度為10000個/平方米，用于固定 耐火耐磨襯里和掛渣，防止高溫對水冷壁的燒蝕。螺旋盤管采用20根鋼管盤繞制成，管與 管間密封焊接相連，每根鋼管均與進水總管和出水汽總管相連，并且在鋼管的入口處設置 有流量分配器，保證每根水管進水量均勻。水夾套為內(nèi)外兩側(cè)存在密封的殼體，中間為充滿 水的環(huán)隙，水夾套上下端設置出水汽口和進水口。豎直集束管采用豎直鋼管密封焊接成正 多邊形或圓形，管間可根據(jù)焊接需要加入翅片，每根鋼管均與進水總管和出水汽總管相連， 并且在鋼管的入口處設置有流量分配器，保證每根水管進水量均勻。結(jié)合圖1、圖2與實施例的詳細說明可更好地理解本發(fā)明目的和特征，但不作為限 制本發(fā)明的依據(jù)。
權(quán)利要求
1.一種高溫粗合成氣激冷裝置，其特征在于，該激冷裝置包括激冷器(1)的氣體流動 通道(2)和在氣體流動通道(2)側(cè)壁安裝的霧化噴嘴(3)，氣體流動通道(2)用于連接氣化 爐的反應室(4)與冷卻室(5)并提供激冷介質(zhì)與高溫粗合成氣的混合空間，霧化噴嘴(3) 為單流道壓力式噴嘴(9)或者雙流道氣液兩相噴嘴(10)，均勻分布在氣體流動通道O)的 側(cè)壁上，霧化噴嘴C3)用于將激冷介質(zhì)均勻噴入高溫粗合成氣中將高溫粗合成氣激冷至特 定的溫度范圍，氣體流動通道O)為水冷壁(6)或耐火耐磨襯里(7)或是二者的組合形式 構(gòu)成，氣體流動通道O)的形狀為圓筒形或圓錐形或是二者的組合形式。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫粗合成氣激冷裝置，其特征在于，所述的霧化噴嘴 (3)數(shù)量為2-100個，分為1-20層，每層按照圓周均勻排布，層與層之間錯開0-90°，每層 霧化噴嘴C3)均設置一根激冷水進水總管(8)，霧化噴嘴C3)安裝在激冷水進水總管(8) 上，霧化噴嘴(3)軸線與氣體流動通道(2)軸線的夾角為0-90°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫粗合成氣激冷裝置，其特征在于，所述的霧化噴嘴 (3)的霧化角在5-150°，噴射距離在0.05-2m，霧化噴嘴( 的排列形式根據(jù)霧化角和噴射 距離的大小進行組合，減少死角和干涉區(qū)域的大小。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫粗合成氣激冷裝置，其特征在于，所述的霧化噴嘴 (3)為單通道壓力式噴嘴(9)或雙通道的氣液兩相噴嘴(10)，采用單通道壓力式噴嘴(9) 則噴嘴直接噴入激冷介質(zhì)水或水蒸氣或低溫合成氣或其他惰性氣體，采用雙通道氣液兩相 噴嘴(10)則一個通道為液相流道，另一個通道為氣相流道，所述的液相為水，所述的氣相 可以是水蒸氣、合成氣或惰性氣體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫粗合成氣激冷裝置，其特征在于，所述的水冷壁(6) 可以采用螺旋盤管(11)、水夾套(12)、豎直集束管(1 或三者的組合形式，水冷壁(6)設 置有進水口(14)和出水汽口(15)，水冷壁靠近高溫合成氣側(cè)設置銷釘(16)，銷釘(16)密 度為50-10000個/平方米，用于固定耐火耐磨襯里(7)和掛渣，防止高溫對水冷壁的燒蝕。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高溫粗合成氣激冷裝置，其特征在于，所述的螺旋盤管(11)采用2-20根鋼管盤繞制成，管與管間密封焊接相連，每根鋼管均與進水總管(17)和出 水汽總管(18)相連，并且在鋼管的入口處設置有流量分配器(19)，保證每根水管進水量均 勻。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高溫粗合成氣激冷裝置，其特征在于，所述的水夾套(12)為內(nèi)外兩側(cè)存在密封的殼體，中間為充滿水的環(huán)隙，水夾套上下端設置出水汽口(15) 和進水口(14)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高溫粗合成氣激冷裝置，其特征在于，所述的豎直集束 管(13)采用豎直鋼管密封焊接成正多邊形或圓形，管間可根據(jù)焊接需要加入翅片(20)，每 根鋼管均與進水總管(17)和出水汽總管(18)相連，并且在鋼管的入口處設置有流量分配 器(19)，保證每根水管進水量均勻。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高溫粗合成氣激冷裝置，包括激冷器的氣體流動通道和在氣體流動通道側(cè)壁安裝的霧化噴嘴，氣體流動通道連接氣化爐的反應室與冷卻室并提供激冷介質(zhì)與高溫粗合成氣的混合空間；霧化噴嘴為單流道壓力式噴嘴或者雙流道氣液兩相噴嘴，分為1-20層，每層按照圓周均勻分布，用于將激冷介質(zhì)均勻噴入高溫粗合成氣中將其激冷至特定的溫度范圍；氣體流動通道為水冷壁或耐火耐磨襯里或是二者的組合形式構(gòu)成，氣體流動通道的形狀為圓筒形或圓錐形或是二者的組合形式。本發(fā)明具有激冷效率高，氣液相接觸面大，激冷速率快，激冷介質(zhì)用量少，制造技術(shù)成熟，可靠性高，可減少洗滌黑水的用量和排放量，是環(huán)保節(jié)能的技術(shù)。
文檔編號C10J3/84GK102140372SQ201110043839
公開日2011年8月3日 申請日期2011年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月23日
發(fā)明者方邦铻, 李保有, 趙柄國, 鄒永勝 申請人:惠生工程(中國)有限公司