全方位水/氣混合式激冷噴射裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種激冷裝置，具體的說(shuō)是一種水/氣混合式激冷噴射裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著人口自然增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的刺激，我國(guó)將面臨長(zhǎng)期而巨大的能源需求和供應(yīng)壓力，面對(duì)全球一體化的大趨勢(shì)，我國(guó)高能耗、低能效的發(fā)展模式將面臨嚴(yán)峻的考驗(yàn)。在能源的轉(zhuǎn)化與利用過(guò)程中，將可燃物所含的化學(xué)能通過(guò)氣化的方式轉(zhuǎn)化為蒸汽、燃?xì)?、電能等能源，是能源利用的一種主要形式。
[0003]氣化爐反應(yīng)室的氣化反應(yīng)需要在1200-1700°C的高溫下進(jìn)行，反應(yīng)生成的高溫合成氣需要被冷卻到特定的工藝溫度，才能進(jìn)入后續(xù)工序進(jìn)行除塵、熱回收、洗滌等工序。同時(shí)，高溫的合成氣攜帶了大量的灰渣和殘?zhí)?，如不及時(shí)將高溫合成氣中的灰渣與殘?zhí)窟M(jìn)行分離，將導(dǎo)致設(shè)備堵塞，整體轉(zhuǎn)化效率低，系統(tǒng)難以長(zhǎng)周期運(yùn)行。
[0004]中國(guó)專利CN102952588A公開了一種氣化爐高溫合成氣激冷裝置，該激冷裝置激冷室的周界上布置多層噴頭單元，每一層噴頭單元包括多個(gè)沿著周向切圓布置的噴頭，噴頭噴入冷卻介質(zhì)對(duì)合成氣進(jìn)行冷卻。該技術(shù)方案，直接采用噴頭將激冷介質(zhì)噴入合成氣中進(jìn)行冷卻，這種噴頭設(shè)計(jì)會(huì)使激冷介質(zhì)噴射過(guò)程中存在死角，導(dǎo)致高溫合成氣與激冷介質(zhì)無(wú)法進(jìn)行充分的混合，合成氣冷卻后溫度分布不均勻，灰渣含量較多，激冷效果欠佳。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，提供一種結(jié)構(gòu)極為簡(jiǎn)單、激冷效果好、能夠快速、均勻、全方位地將高溫合成氣冷卻至工藝所需溫度的全方位水/氣混合式激冷噴射裝置。
[0006]技術(shù)方案包括至少三層激冷環(huán)，各層激冷環(huán)具有獨(dú)立的激冷介質(zhì)入口，所述激冷環(huán)內(nèi)環(huán)壁面上均勻開有多個(gè)小孔，其中，最上層激冷環(huán)與最下層激冷環(huán)為可通入氣體的氣體激冷環(huán)，中間層激冷環(huán)中至少一層為可通入激冷水的水激冷環(huán)。
[0007]所述小孔的分布區(qū)域的邊界與激冷環(huán)截面中心線的角度為15°?75°或-15。?-75。。
[0008]小孔的直徑在0.8?3.5mm之間，相鄰兩個(gè)小孔之間的間距為孔徑的1.5?6.8倍。
[0009]所述小孔的中心線與其在激冷環(huán)壁上的孔道間具有5°?55°的錐角。
[0010]相鄰兩個(gè)所述激冷環(huán)之間的間距為O?240mm。
[0011]本發(fā)明對(duì)現(xiàn)有的氣化爐系統(tǒng)的激冷裝置進(jìn)行了深入研究，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有激冷裝置多為環(huán)形設(shè)置的多個(gè)噴頭，噴頭中噴出的水/氣混合物對(duì)合成氣進(jìn)行降溫，除存在【背景技術(shù)】中的問(wèn)題外，還需要同時(shí)將氣體和液體預(yù)先混入進(jìn)入噴頭前的管道中，操作復(fù)雜、控制不便；對(duì)此，發(fā)明人采用了多層激冷環(huán)的結(jié)構(gòu)，各層激冷環(huán)的介質(zhì)入口獨(dú)立，互不相通，這樣可以向不同的激冷環(huán)中通入不同的氣體或液體，使氣和液(激冷水)分別在噴出后再混合，形成氣液混合物，同樣具有優(yōu)異的激冷效果，最上層激冷環(huán)與最下層激冷環(huán)為可通入氣體的氣體激冷環(huán)，中間層激冷環(huán)中至少一層為可通入激冷水的水激冷環(huán)。中間層或有兩層或兩層以上時(shí)，則可采用氣體激冷環(huán)與水激冷環(huán)交替布置的形式；進(jìn)一步的，發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，由于氣液在噴出后混合形成氣液混合物，而氣液混合再和高溫合成氣混合激冷，因此激冷效果與激冷裝置中噴射小孔的設(shè)計(jì)有密切關(guān)系。所述小孔沿激冷環(huán)內(nèi)側(cè)均勻分布，其分布區(qū)域的邊界與激冷環(huán)截面中心線的角度為15°?75°或-15°?-75°，使噴出的冷卻介質(zhì)以一個(gè)合適的角度噴出，氣液迅速混合，隨后與合成氣逆向接觸，當(dāng)該角度大于75°時(shí)，由于冷卻介質(zhì)(氣液混合物)速度的減小，導(dǎo)致冷卻介質(zhì)與合成氣的混合過(guò)程的碰撞減弱，從而影響冷卻介質(zhì)的霧化效果。當(dāng)該角度小于15°時(shí)，對(duì)向噴出的冷卻介質(zhì)的動(dòng)量相互抵消過(guò)多，不利于冷卻介質(zhì)與合成氣的充分混合。小孔的直徑為0.8?3.5mm之間，小孔之間的間距為孔徑的1.5?6.8倍。小孔直徑過(guò)大使得冷卻介質(zhì)出口速度減小，與合成氣的碰撞減弱，霧化效果變差。當(dāng)直徑過(guò)小，冷卻介質(zhì)噴出速度大，但能量損失過(guò)大，不利于激冷裝置的經(jīng)濟(jì)性。小孔的中心線與其在激冷環(huán)壁上的孔道存在一個(gè)錐角θ，Θ的值為5°?55°。該錐角的存在使激冷介質(zhì)單孔噴射的范圍變大，利于冷卻介質(zhì)的分散，形成更大的霧化角度，不僅氣液混合效果佳，也增大與高溫合成氣的接觸面積，實(shí)現(xiàn)更好的激冷效果。
[0012]進(jìn)一步的，激冷環(huán)數(shù)量?jī)?yōu)選為3?15層，相鄰兩個(gè)激冷環(huán)之間的間距為O?240_。通入的氣體可以為合成氣、蒸汽、二氧化碳、氮?dú)庵械闹辽僖环N，當(dāng)高壓的激冷水從小孔中噴出時(shí)，可形成120?350 μπι的液滴，最上層和最下兩層噴射出的氣體對(duì)霧化液滴有著良好的引導(dǎo)作用，從而形成穩(wěn)定的流場(chǎng)，使激冷介質(zhì)與合成氣的充分混合冷卻，合成氣冷卻后溫度分布均勻，灰渣含量少，激冷效果好。
[0013]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
[0014]1.本發(fā)明中，通過(guò)對(duì)激冷環(huán)中小孔位置的設(shè)計(jì)，使激冷介質(zhì)沿高溫合成氣周圍均勻噴射，能夠快速、全方位、高效地冷卻高溫合成氣；
[0015]2.本發(fā)明中，使用多層激冷環(huán)，通過(guò)設(shè)計(jì)通入不同介質(zhì)的激冷環(huán)可同時(shí)使最上層和最下層的激冷環(huán)噴出的氣體與中層間噴出的激冷水配合，水滴在氣化過(guò)程中吸收大量的熱，冷卻負(fù)荷大，冷卻氣體用量少；
[0016]3.本發(fā)明在不同的氣化工藝中都有良好的適用性，適用于合成氣下行或下行工藝，以逆著合成氣的運(yùn)動(dòng)方向噴射均勻，能夠?qū)崿F(xiàn)激冷介質(zhì)與高溫合成氣的充分接觸和混合，提高激冷裝置的激冷效率，由于其角度并非正面逆流接觸，也能避免動(dòng)量的過(guò)度消耗；
[0017]4.本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、安裝和維修方便，投資成本低，經(jīng)濟(jì)性好。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2為激冷環(huán)截面開孔示意圖；
[0020]圖3為本發(fā)明實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖4為本發(fā)明使用狀態(tài)的噴射效果圖；
[0022]圖5為現(xiàn)有噴頭使用狀態(tài)的噴射效果圖。
[0023]圖中:1-激冷噴射裝置，1.1、1.3、1.5-氣體激冷環(huán)，1.2、1.4-水激冷環(huán)，2-激冷介質(zhì)入口，3-小孔，4-噴頭、5-筒體。
【具體實(shí)施方式】
[0024]為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，解釋說(shuō)明如下:
[0025]實(shí)施例1
[0026]本發(fā)明激冷噴射裝置I包括三層激冷環(huán)，每層激冷環(huán)各自設(shè)有獨(dú)立的激冷介質(zhì)入口 2，三層激冷環(huán)互不相通，其中，最上層的激冷環(huán)和最下層激冷環(huán)為氣體激冷環(huán)1.1和
1.3，通入的激冷介質(zhì)為氣體，中間層激冷環(huán)為水激冷環(huán)1.2，通入的激冷介質(zhì)為液體，相鄰兩層激冷環(huán)之間的距離為O?240mm，所述激冷環(huán)內(nèi)環(huán)壁面上均勻開有多個(gè)小孔3，小孔3的直徑為0.8?3.5mm，，相鄰兩個(gè)小孔3之間的間距為孔徑的1.5?6.8倍。小孔3在激冷環(huán)上的分布區(qū)域的邊界與激冷環(huán)橫截面中心線的角度a為15°?75°或-15°?-75°，小孔3的中心線與其在激冷環(huán)壁上的孔道的錐角Θ的值為5°?55°的錐角。
[0027]當(dāng)溫度為1200?1700°C的高溫合成氣自下而上從激冷噴射裝置I中通過(guò)時(shí)，水激冷環(huán)1.2中的高壓激冷水和上、下兩層氣體激冷環(huán)中的水蒸氣逆著合成氣的運(yùn)動(dòng)方向從各自的小孔3中高速噴出，噴射速度為25m/s，高速噴出的激冷水形成120?550 μπι的液滴，氣體激冷環(huán)1.1與1.3噴出的水蒸汽在液滴兩側(cè)，對(duì)細(xì)小的液滴起到引流的作用，使激冷介質(zhì)形成更穩(wěn)定的流場(chǎng)，與高溫合成氣充分混合，通過(guò)調(diào)節(jié)進(jìn)入激冷裝置I的水和氣的流量從而實(shí)現(xiàn)對(duì)合成氣溫度進(jìn)行降溫除塵的目的。
[0028]實(shí)施例2，
[0029]參見圖3，本實(shí)施例中，激冷噴射裝置I包括5層激冷環(huán)，其中，由上至下，第一、三、五層均為氣體激冷環(huán)1.1、1.3、1.5，第二、四層為水激冷環(huán)1.2、1.4，其余同實(shí)施例1。
[0030]激冷效果對(duì)比
[0031]將本發(fā)明實(shí)施例1所述的激冷裝置安裝在氣化爐的筒體5上，局部剖圖見圖4，由于激冷環(huán)的小孔數(shù)量多且均勻分布，每一個(gè)小孔都可以起到小型噴頭的效果，激冷介質(zhì)能夠從激冷環(huán)內(nèi)側(cè)各個(gè)角度對(duì)粗合成氣進(jìn)行全方位冷卻，相比于普通的使用噴頭的激冷裝置，激冷介質(zhì)噴射更均勻，激冷效果更好。激冷介質(zhì)的噴射效果見圖4。
[0032]現(xiàn)有激冷裝置為噴頭直接安裝在氣化爐的筒體5上，參見圖5，激冷介質(zhì)的噴射效果見圖5，生產(chǎn)過(guò)程中，激冷介質(zhì)噴射不均勻，導(dǎo)致激冷效果欠佳，合成氣中的灰渣無(wú)法及時(shí)冷卻，可能導(dǎo)致未被冷卻的灰渣粘附在設(shè)備內(nèi)壁，造成堵塞，氣化爐阻力降升高，最終停車檢修，造成經(jīng)濟(jì)損失。本發(fā)明裝置噴射均勻，激冷效果好，可較好地避免此情況的發(fā)生。同等條件下，裝置穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，使用普通噴射激冷裝置，噴射裝置運(yùn)行時(shí)間僅在120小時(shí)左右，裝置阻力降上升到lOOKPa，上升通道直徑從100mm縮小的150mm (最終未縮小至0mm，為保護(hù)裝置安全強(qiáng)制停車)。當(dāng)使用本發(fā)明裝置時(shí)，噴射裝置最終運(yùn)行時(shí)間可達(dá)180天左右(因氣化裝置檢修停車，噴射裝置最長(zhǎng)運(yùn)行時(shí)間可進(jìn)一步延長(zhǎng))，裝置最終氣化爐阻力降為O?
0.5KPa，上升通道直徑從100mm縮小至約450mm。通過(guò)比較可以發(fā)現(xiàn)，使用本發(fā)明裝置，阻力降減小，上升通道直徑變大，裝置運(yùn)行時(shí)間延長(zhǎng)，意味著更多的灰渣被激冷介質(zhì)冷卻，氣化爐內(nèi)灰渣粘附情況已經(jīng)得到改善，激冷效率得到提高。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種全方位水/氣混合式激冷噴射裝置，其特征在于，包括至少三層激冷環(huán)，各層激冷環(huán)具有獨(dú)立的激冷介質(zhì)入口，所述激冷環(huán)內(nèi)環(huán)壁面上均勻開有多個(gè)小孔，其中，最上層激冷環(huán)與最下層激冷環(huán)為可通入氣體的氣體激冷環(huán)，中間層激冷環(huán)中至少一層為可通入激冷水的水激冷環(huán)。2.如權(quán)利要求1所述的全方位水/氣混合式激冷噴射裝置，其特征在于，所述小孔的分布區(qū)域的邊界與激冷環(huán)截面中心線的角度為15°?75°或-15°?-75°。3.如權(quán)利要求1或2所述的全方位水/氣混合式激冷噴射裝置，其特征在于，小孔的直徑在0.8?3.5mm之間，相鄰兩個(gè)小孔之間的間距為孔徑的1.5?6.8倍。4.如權(quán)利要求1或2所述的全方位水/氣混合式激冷噴射裝置，其特征在于，所述小孔的中心線與其在激冷環(huán)壁上的孔道間具有5°?55°的錐角。5.如權(quán)利要求1或2所述的全方位水/氣混合式激冷噴射裝置，其特征在于，相鄰兩個(gè)所述激冷環(huán)之間的間距為O?240mm。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種全方位水/氣混合式激冷噴射裝置，解決了現(xiàn)有激冷噴射裝置存在的溫度分布不均勻，灰渣含量較多，激冷效果欠佳的問(wèn)題。技術(shù)方案包括至少三層激冷環(huán)，各層激冷環(huán)具有獨(dú)立的激冷介質(zhì)入口，所述激冷環(huán)內(nèi)環(huán)壁面上均勻開有多個(gè)小孔，其中，最上層激冷環(huán)與最下層激冷環(huán)為可通入氣體的氣體激冷環(huán)，中間層激冷環(huán)中至少一層為可通入激冷水的水激冷環(huán)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)極為簡(jiǎn)單、激冷效果好、能夠快速、均勻、全方位地將高溫合成氣冷卻至工藝所需溫度。
【IPC分類】C10J3/72, C10J3/84
【公開號(hào)】CN105219446
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510700990
【發(fā)明人】張宗飛, 王光友, 龔幸
【申請(qǐng)人】中國(guó)五環(huán)工程有限公司
【公開日】2016年1月6日
【申請(qǐng)日】2015年10月23日